蜂窩概念 - GSM 架構

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GSM 網路分為四個主要系統：

• 交換系統 (SS)

• 基站系統 (BSS)

• 移動臺 (MS)

• 運營維護中心 (OMC)

交換系統也稱為網路和交換系統 (NSS)，負責執行呼叫處理和與使用者相關的功能。交換系統包括以下功能單元：

• 移動交換中心

• 歸屬位置暫存器

• 訪客位置暫存器

• 裝置識別暫存器

• 認證中心

移動交換中心

移動交換中心 (MSC) 執行其分配的 BSS 控制的地理區域中所有移動臺的所有交換功能。此外，它與 PSTN、其他 MSC 和其他系統實體介面。

MSC 的功能

• 呼叫處理，考慮到使用者的移動性，處理位置註冊、使用者和裝置的認證、切換和預付費服務。

• 管理呼叫期間所需的邏輯無線鏈路通道。

• 管理 MSC-BSS 信令協議。

• 處理位置註冊並確保移動臺和 VLR 之間的互操作性。

• 控制 BSS 間和 MSC 間切換。

• 充當閘道器 MSC 以查詢 HLR。連線到 PSTN/ISDN 網路的 MSC 稱為 GMSC。這是連線到 HLR 的網路中唯一的 MSC。

• 諸如計費之類的交換機的標準功能。

歸屬位置暫存器 (HLR)

歸屬位置暫存器包含：

• 稱為國際移動使用者識別碼 (IMSI) 的移動使用者的標識。

• 移動臺的 ISDN 目錄號碼。

• 服務的訂閱資訊。

• 服務限制。

• 用於呼叫路由的位置資訊。

建議每個 GSM 網路一個 HLR，它可能是一個分散式資料庫。HLR 中的永久資料由人機介面更改。諸如位置資訊之類的臨時資料在 HLR 中動態更改。

訪客位置暫存器 (VLR)

VLR 始終與 MSC 整合。當移動臺漫遊到新的 MSC 區域時，連線到該 MSC 的 VLR 將會向 HLR 請求有關移動臺的資料。稍後，如果移動臺發起呼叫，則 VLR 擁有進行呼叫建立所需的資訊，而無需每次都查詢 HLR。VLR 包含以下資訊：

• 移動使用者的標識，

• 任何臨時移動使用者標識，

• 移動使用者的 ISDN 目錄號碼，

• 將呼叫路由到漫遊臺的目錄號碼，

• HLR 資料的一部分，用於當前位於 MSC 服務區域中的使用者。

裝置識別暫存器

裝置識別暫存器包含稱為國際移動裝置識別碼 (IMEI) 的移動臺裝置的標識，該標識可能是有效的、可疑的和禁止的。當移動臺訪問系統時，在提供服務之前會呼叫裝置驗證過程。

資訊以三個列表的形式提供。

• 白名單 - 終端允許連線到網路。

• 灰名單 - 網路正在觀察終端是否存在可能的問題。

• 黑名單 - 報告為被盜的終端未經型別批准。它們不允許連線到網路。EIR 會通知 VLR 該列表中包含特定的 IMEI。

認證中心

它與 HLR 相關聯。它為每個移動使用者儲存一個稱為認證金鑰 (Ki) 的標識金鑰。此金鑰用於生成認證三元組。

• RAND（隨機數），

• SRES（簽名響應） - 用於認證 IMSI，

• Kc（密碼金鑰） - 用於對 MS 和網路之間無線路徑上的通訊進行加密。

運營維護中心 (OMC)

它是網路運營商可以透過執行以下功能來監視和控制系統的功能實體：

• 軟體安裝

• 流量管理

• 效能資料分析

• 使用者和裝置的跟蹤

• 配置管理

• 使用者管理

• 移動裝置管理

• 計費和賬單管理

基站系統 (BSS)

BSS 連線 MS 和 NSS。它由以下部分組成：

• 基站收發信機 (BTS)，也稱為基站。

• 基站控制器 (BSC)。

BTS 和 BSC 透過標準化的 Abis 介面通訊。BTS 受 BSC 控制，一個 BSC 可以控制多個 BTS。

基站收發信機 (BTS)

BTS 包含無線電收發信機，並處理與移動臺的無線鏈路協議。每個 BTS 包括無線電發射和接收裝置，包括天線、訊號處理器等。每個 BTS 可以支援 1 到 16 個 RF 載波。區分 BTS 的引數是功率水平、天線高度、天線型別和載波數量。

BTS 的功能

• 它負責時間和頻率同步。

• 需要執行用於傳送方向和接收方向的反向通道編碼、加密、複用和調製過程。

• 它必須根據移動臺與 BTS 的距離提前安排移動臺的傳輸（定時提前）。

• 它必須檢測來自移動臺的隨機接入請求，測量和監視無線電通道的功率控制和切換。

基站控制器

BSC 管理一個或一組 BTS 的無線電資源。它處理無線電通道建立、跳頻、切換和 RF 功率電平的控制。BSC 提供其 BTS 發射的參考時間和頻率同步訊號。它建立移動臺和 MSC 之間的連線。BSC 透過介面連線到 MSC、BTS 和 OMC。

移動臺

它指的是無線使用者使用的終端裝置。它包括：

• SIM - 使用者識別模組

• 移動裝置

SIM 是可移動的，使用適當的 SIM，可以使用各種移動裝置訪問網路。

裝置標識與使用者無關。裝置使用 IMEI 和 EIR 單獨驗證。SIM 包含一個積體電路晶片，其中包含一個微處理器、隨機存取儲存器 (RAM) 和只讀儲存器 (ROM)。SIM 應有效，並在訪問網路時應驗證 MS 的有效性。

SIM 還儲存與使用者相關的資訊，例如 IMSI、小區位置標識等。

移動臺的功能

• 無線電發射和接收

• 無線電通道管理

• 語音編碼/解碼

• 無線鏈路錯誤保護

• 資料流控制

• 將使用者資料速率適配到無線鏈路

• 移動性管理

對最多六個周圍 BTS 的效能測量並向 BSS 報告，MS 可以儲存和顯示在液晶顯示器 (LCD) 上接收到的簡短的字母數字訊息，該顯示器用於顯示呼叫撥號和狀態資訊。

歐洲 GSM 系統指定了五種不同類別的行動電話單元：20W、8W、5W、2W 和 0.8W。它們分別對應於 43 dBm、39 dBm、37 dBm、33 dBm 和 29 dBm 的功率電平。20W 和 8W 單元（峰值功率）用於車載或行動式站使用。MS 功率可從其標稱值向下以 2 dB 的步長調節至 20mW（13 dBm）。這是在 BTS 的遠端控制下自動完成的。

轉換器

轉換器是插入以將 MSC 端與移動端介面的網路實體。PSTN 端的語音編碼速率為 64 Kbps，而在 GSM 上，語音編碼速率為 13 Kbps。為了降低空中介面的資料速率並減少地面鏈路的負載（4：1），在適當的位置引入了轉換器，主要與 MSC 配合使用。

轉換器是一種裝置，它接收 13 Kbps 語音或 3.6/6/12 Kbps 資料複用，並將其中四個轉換為標準 64 Kbps 資料。首先，透過插入額外的同步資料，將 13 Kbps 或 3.6/6/12 Kbps 的資料提升到 16 Kbps 的水平，以彌補 13 Kbps 語音或更低速率資料之間的差異，然後在轉發器中組合其中的四個以提供 BSS 內的 64 Kbps 通道。然後，四個業務通道可以在一個 64 Kbps 電路中複用。因此，TRAU 的輸出資料速率為 64 Kbps。

然後，如果在 A-bis 介面上提供 CEPT1 通道，則最多 30 個這樣的 64 Kbps 通道將複用到 2.048 Mbps 上。此通道最多可以承載 120-(16x 120) 個業務和控制訊號。由於到 PSTN 的資料速率通常為 2 Mbps，這是組合 30 個 64 Kbps 通道或 120 個 16 Kbps 通道的結果。

其他網路元素

其他網路元素包括 SMS 服務中心、語音郵箱和 SMS 流等元件。

SMS 服務中心

它與 MSC 介面，具有互操作功能，可為移動使用者提供簡訊服務 (SMS)。SMS 可以傳送到傳真機、網際網路上的 PC 或其他 MS。MSC 查詢接收方 MS 的位置並傳遞。

語音郵箱

當移動使用者由於忙/超出服務區而無法接聽來電時，呼叫將被轉移到使用者已啟用的郵箱。為此，已從 MSC 建立了單獨的連線。使用者稍後將透過簡訊收到提醒，並可以檢索訊息。

SMS 流

• 當用戶傳送簡訊時，請求將透過 MSC 傳送。

• MSC 將 SMS 轉發到 SMSC，並在那裡儲存。

• SMSC 查詢 HLR 以查詢目標移動裝置的位置，如果目標移動裝置可用，則將訊息轉發到目標 MSC。

• 如果移動裝置不可用，則訊息將儲存在當前的 SMSC 本身。在大多數安裝中，如果移動裝置不可用於 SMS 傳輸，則 SMSC 不會重試。相反，目標 MSC 會在移動裝置恢復到範圍內時通知 SMSC。SMS 處理是一種儲存轉發操作，與 USSD 不同。

• SMS 有一個有效期，在此期間它將等待目標移動裝置可用。在此時間之後，SMSC 將刪除訊息。使用者可以設定有效期。正常有效期為 1 天。