GSM - 架构

GSM 网络由许多功能单元组成。 这些功能和接口在本章中进行了解释。 GSM网络大致可分为 −

• 移动站（MS）

• 基站子系统 (BSS)

• 网络交换子系统 (NSS)

• 运营支持子系统 (OSS)

GSM - 移动站

MS 由无线电收发器、显示器和数字信号处理器以及 SIM 卡等物理设备组成。 它为 GSM 网络中的用户提供空中接口。 因此，还提供其他服务，其中包括 −

• 语音电话服务

• 数据承载服务

• 功能的补充服务

MS 还提供 SMS 消息接收器，使用户能够在语音和数据使用之间切换。 此外，手机便于访问语音消息系统。 MS 还提供对 GSM 网络中可用的各种数据服务的访问。 这些数据服务包括 −

• X.25 数据包通过同步或异步拨号连接交换到 PAD，速度通常为 9.6 Kbps。

• 通用分组无线服务 (GPRS) 使用 X.25 或基于 IP 的数据传输方法，速度高达 115 Kbps。

• 速度高达 64 Kbps 的高速电路交换数据。

我们将在GSM - 用户服务中讨论有关 GMS 服务的更多信息。

SIM卡是什么?

SIM 提供个人移动性，因此用户可以访问所有订阅的服务，而不管终端的位置和特定终端的使用。 您需要将 SIM 卡插入另一部 GSM 蜂窝电话才能在该电话上接听电话、从该电话拨打电话或接收其他订阅服务。

GSM - 基站子系统 (BSS)

BSS由两部分组成 −

• 基站收发器 (BTS)

• 基站控制器 (BSC)

BTS 和 BSC 通过指定的 Abis 接口进行通信，实现不同供应商制造的组件之间的操作。 BSS 的无线电组件可能由四到七个或九个小区组成。 BSS 可能有一个或多个基站。 BSS 在BTS 和BSC 之间使用Abis 接口。 然后将一条单独的高速线路（T1 或 E1）从 BSS 连接到移动 MSC。

基站收发器 (BTS)

BTS 包含定义小区的无线电收发器，并处理与 MS 的无线电链路协议。 在较大的城区，可能会部署大量的BTS。

BTS 对应于网络每个小区中使用的收发器和天线。 BTS通常放置在小区的中心。 它的发射功率决定了小区的大小。 每个 BTS 有 1 到 16 个收发器，具体取决于小区中的用户密度。 每个 BTS 作为一个小区。 它还包括以下功能 −

• 对射频信号进行编码、加密、复用、调制，并将其馈送到天线

• 转码和速率适配

• 时间和频率同步

• 通过全速率或半速率服务的语音

• 对接收到的信号进行解码、解密和均衡

• 随机访问检测

• 时间推进

• 上行链路信道测量

基站控制器（BSC）

BSC 管理一个或多个BTS 的无线电资源。 它处理无线电信道设置、跳频和切换。 BSC 是移动站和 MSC 之间的连接。 BSC 还将无线电链路上使用的 13 Kbps 语音信道转换为公共交换电话网络 (PSDN) 或 ISDN 使用的标准 64 Kbps 信道。

它为MS分配和释放频率和时隙。 BSC 还处理小区间切换。 它控制其区域内 BSS 和 MS 的功率传输。 BSC的作用是在BTS和MSC之间分配必要的时隙。 它是处理无线电资源的交换设备。

附加功能包括 −

• 跳频控制

• 进行流量集中以减少来自MSC的线路数量

• 为 BSS 的操作和维护中心提供接口

• BTS 之间频率的重新分配

• 时频同步

• 电源管理

• 从 MS 接收到的信号的时间延迟测量

GSM - 网络交换子系统 (NSS)

网络交换系统（NSS），其主要部分是移动交换中心（MSC），执行移动和其他固定或移动网络用户之间的呼叫交换，以及认证等移动业务的管理。

该交换系统包括以下功能元件 −

归属位置寄存器 (HLR)

HLR 是一个用于存储和管理订阅的数据库。 HLR 被认为是最重要的数据库，因为它存储有关用户的永久数据，包括用户的服务配置文件、位置信息和活动状态。 当个人以 SIM 卡的形式购买订阅时，有关此订阅的所有信息都会在该运营商的 HLR 中注册。

移动服务交换中心 (MSC)

网络子系统的核心组件是 MSC。 MSC 执行移动和其他固定或移动网络用户之间的呼叫交换，以及移动服务的管理，例如注册、身份验证、位置更新、切换和到漫游用户的呼叫路由。 它还执行收费票务、网络接口、公共信道信令等功能。 每个 MSC 都由一个唯一的 ID 标识。

访客位置寄存器（VLR）

VLR 是一个数据库，其中包含有关用户的临时信息，MSC 需要这些信息才能为来访的用户提供服务。 VLR 始终与 MSC 集成在一起。 当一个移动站漫游到一个新的MSC 区域时，连接到该MSC 的VLR 将向HLR 请求有关该移动站的数据。 稍后，如果移动站进行呼叫，VLR 将获得呼叫建立所需的信息，而不必每次都询问 HLR。

身份验证中心 (AUC)

身份验证中心是一个受保护的数据库，存储每个用户 SIM 卡中存储的密钥副本，用于无线电信道的认证和加密。 AUC 保护网络运营商免受当今蜂窝世界中发现的不同类型的欺诈。

设备身份寄存器 (EIR)

设备身份寄存器 (EIR) 是一个数据库，其中包含网络上所有有效移动设备的列表，其中其国际移动设备身份 (IMEI) 用于标识每个 MS。 如果 IMEI 被报告为被盗或未经类型批准，则该 IMEI 将被标记为无效。

GSM - 操作支持子系统 (OSS)

操作和维护中心 (OMC) 连接到交换系统中的所有设备和 BSC。 OMC的实现称为运营和支持系统（OSS）。

以下是OMC的一些功能 −

• 行政和商业运营（订阅、终端、收费和统计）。

• 安全管理。

• 网络配置、运营和性能管理。

• 维护任务。

操作和维护功能基于电信管理网络 (TMN) 的概念，该网络在 ITU-T 系列 M.30 中进行了标准化。

下图显示了OMC系统如何涵盖所有GSM元素。

OSS 是网络运营商监视和控制系统的功能实体。 OSS 的目的是为客户提供对 GSM 网络所需的集中、区域和本地操作和维护活动的经济高效的支持。 OSS的一个重要功能是提供网络概览，支持不同运维机构的维护活动。

GSM 架构的简单图示如下所示 −

GSM 架构的附加组件包括数据库和消息系统功能 −

• 归属位置寄存器 (HLR)

• 访客位置寄存器 (VLR)

• 设备身份寄存器 (EIR)

• 身份验证中心 (AuC)

• 短信服务中心（SMS SC）

• 网关MSC（GMSC）

• 退款中心 (CBC)

• 转码器和适配单元 (TRAU)

下图显示了 GSM 网络以及添加的元素 −

MS和BSS通过Um接口进行通信。 它也被称为空中接口 或无线电链路。 BSS 通过 A 接口与网络服务交换 (NSS) 中心通信。

GSM网络区域

在 GSM 网络中，定义了以下区域 −

• 单元格 − Cell是基本服务区； 一个基站覆盖一个小区。 每个单元格都被赋予一个单元格全局标识 (CGI)，这是一个唯一标识该单元格的数字。

• 位置区域 − 一组小区形成位置区（LA）。 这是当用户接到来电时被寻呼的区域。 每个 LA 都分配有一个位置区域标识 (LAI)。 每个 LA 由一个或多个 BSC 提供服务。

• MSC/VLR 服务区 − 一个MSC覆盖的区域称为MSC/VLR服务区。

• PLMN − 一个网络运营商覆盖的区域称为公共陆地移动网络（PLMN）。 一个 PLMN 可以包含一个或多个 MSC。