GSM 移动通信及协议栈基础知识讲座

通信研究院

陈浩

1. 信令基本概念

人们要通过交换机接通电话，必须通过交换机发出操作命令。图1为两个用户通过两个端局进行电话接续的基本信令流程。

主叫发端交换机收端交换机被叫

图 1 电话接续基本信令流程

以上是最基本的信令流程，当接续需经过多个交换机时，实际的信令比图1要复杂得多。这些信令的共同特点是：每一个信令都促使交换机产生一个动作。如摘机信令，话机叉簧闭合，构成直流回路。在直流回路上有电流通过，可检测到摘机信令，交换机收到后，产生动作，向用户话机送拨号音，通过话机的受话器变成声音信号，送到受话人的耳朵。因此除了通信时的用户信息（包括语音信息和非话务信息）以外的控制交换机动作的信号，就是信令。eg

2. GSM通信系统概述

2.1 系统的组成

GSM系统主要是由交换网络子系统

（NSS）、无线基站子系统（BSS）和移动台（MS）三大部分组成的。其系统框图如下：

MS：移动台BTS：基站收发信台

BSC：基站控制器OMC：操作维护中心MSC：移动交换中心HLR：归属位置寄存器AUC：鉴权中心VLR：拜访位置寄存器EIR：设备识别寄存器SC：短消息中心

图 2 GSM系统框图

A接口往右是NSS系统，负责呼叫控制功能，呼叫总是通过NSS连接的；它包括MSC、VLR、HLR、AUC和EIR。A接口往左，Um接口往右是BSS系统，负责无线通道的控制，每个呼叫都通过它连接；它包括BSC和BTS。Um接口往左是移动台部分，包括移动设备ME和客户识别码SIM。

2.2 交换网络子系统

NSS主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：

MSC：是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的MS进行控制和完成话路（TCH）交换的功能实体，也是移动通信与其它公用通信网之间的接口（GMSC）。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理（RR）、移动性管理

（MM）和连接性管理（CM）等。另外，为建立呼叫路由，每个MSC还能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。

VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，如：客户的号码，所处位置区域（LA）的识别，向客户提供的服务等参数。通常VLR是和MSC集成在一块的。VLR中，用户数据是被暂时存储的。当用户移动至另一个VLR/MSC区时，用户数据将从旧的VLR中删除，并存储到新的VLR 中。

HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其所属的HLR中注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；一是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至MS的呼叫路由，如：MSC、VLR地址等。HLR以永久的方式存储用户的基本数据。在HLR

中，唯一变化的数据是用户的当前位置（VLR地址）。

AUC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需的鉴权、加密三参数（RAND、SRES、Kc）的功能实体。

EIR：也是一个数据库，存储有关ME 的参数。重要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防非法ME的使用。（注：在我国尚未启用这项功能服务）

2.3 无线基站子系统

BSS系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收机和无线资源（RR）管理等功能。功能实体可分为BSC、BTS和码形转换器（TC）。

BSC：具有对一个或多个BTS进行控

制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是很强的业务控制点。

BTS：无线接口设备，它完全由BSC 控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。

TC：在Air接口，传输媒介承载的是无线频率，但是通常存在大量PSTN与PLMN 之间的通话，话务信号也要通过固定网传输。为了使得数字话音信息在无线空中接口上的有效传输。数字语音信号被压缩至13kbit/s（全速率）或6.5kbit/s（半速率）。然而在PSTN中的话音的标准速率为64kbit/s，因此必须在网络中提供从一种速率到另一种的转换。这就是所谓的代码转换器（TC）。

2.4 移动台

移动台（MS）就是移动客户设备部分，它由两部分组成，移动终端（ME）和客户识别卡（SIM）。

ME：就是“机”，它可完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解

调、信息发射和接收等功能。

SIM：就是“人”，存有认证客户所需的所有信息，用户的识别号码，申请的业

务目录和适用的网络。并能执行一些

与安全保密有关的重要信息（即包含

鉴权和加密所需的信息），以防止非

法客户进入网络。SIM卡还存储与网

路和客户有关的管理数据，只有插入

SIM卡后ME才能接入进网。

2.5 操作维护子系统

GSM系统还有个操作维护子系统

（OMC），它主要是对整个GSM网路进行管理和监控。通过它实现对GSM网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。

3．GSM网的呼叫建立

3.1 编号规则

1. 移动用户国际ISDN码（MSISDN）

MSISDN = CC + NDC + SN

MSISDN号码是指主叫客户为呼叫PLMN中客户所需拨的号码。(用于查询HLR)

CC：国家代码，我国为86；

NDC：国内目的代码，即网路接入号，中国移动为135 ~ 139，中国联通为

130。

SN：用户号码，指向HLR中数据库的项。中国移动的SN号码结构为：

H1H2H3ABCD，其中H1H2H3为