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GSM基础知识1、术语及概念1.1 GSM：全球移动通信系统（Global System for Mobile communications）。
1.2 CGI: 小区全球识别码用于识别一个位置区内的小区。
CGI＝MCC＋MNC＋LAC＋CI其中：MCC（Mobile Country Code）：三个十进制数组成，取值范围为十进制的000 ～999。
MNC（Mobile Network Code）：二个十进制数，取值范围为十进制的00～99。
LAC（Location Area Code）：范围为1～65535。
CI（Cell Identity）：小区识别代码，范围为0～65535。
1.3移动台的国际身份号码ISDN（MSISDN），即用户手机号码结构：MSISDN＝CC＋NDC＋SNCC：国家码，即在国际长途电话通信网中的号码，中国为86；NDC：移动服务访问码，移动为135——139，联通为130。
SN：用户号码，其中H1H2H3是HLR标识码，表明用户所属的HLR例如GSM移动手机号码8613981080001，86是国家码CC；139便是NDC，用于识别网号；81080001是用户号码SN，8108用于识别归属区。
1.4国际移动用户识别码（International Mobile Subscriber Identity ，IMSI），用户身份证号码IMSI＝MCC＋MNC＋MSINMCC：Mobile Country Code移动用户的国家号，中国是460；MNC：Mobile Network Code移动用户的所属PLMN网号；中国移动为00，联通为01例：460-00-XXXX…XXX（15位）1.5临时移动用户识别码（Temporary Mobile Subscriber Identity ，TMSI）用TMSI，用户身份保密、寻呼容量为IMSI两倍。
1.6 BCCH载波频率（BCCHNO）按照GSM系统要求，在每个小区中必须有且只有一个载频用于发送一些广播消息。
GSM全球移动通信系统概述►无线通信系统的基本概念、蜂窝通信►GSM系统组成、网络结构、接口与协议、业务功能►GSM无线传输原理、标准、语音编码、信道编码与调制解调►移动台登记、漫游、切换、呼叫接续过程1 蜂窝无线通信系统的基本概念1.2 蜂窝无线通信系统蜂窝概念是解决频率不足和用户容量问题的一个重大突破，是一种系统级的概念。
其思想是用许多小功率的发射机（小覆盖区）来代替单个的大功率发射机（大覆盖区），每一个小覆盖区只提供服务范围内的一小部分覆盖。
每个基站分配整个系统可用信道中的一部分，相邻基站则分配另外一些不同的信道，这样基站之间（以及在它们控制下的移动用户之间）的干扰就最小。
只要基站间的同频干扰在可以接受的范围以内，可用信道就可以尽可能的复用。
1.2.1 频率复用蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的分配及复用。
每一个蜂窝基站分配一组无线信道，这组无线信道作用于一个小区。
给相邻小区的基站分配一个信道组，所包含的信道全部不能在相邻小区内使用。
通过将基站天线的覆盖范围限制在小区边界以内，相同的信道组就可用于覆盖不同的小区，只要距离足够远，相互间的干扰就可以接受。
为整个系统中1.2.2 越区切换当一个移动台正在通话的时候，从一个基站移动到另一个基站，为了使通话不被中断，系统自动地将呼叫转移到新基站的信道上。
这种切换操作不仅要识别一个新基站，而且要求将话音和信令信号分派到新基站的信道上，此过程不需要用户的介入。
在小区内分配空闲信道时，许多切换策略都使切换请求优先于呼叫初始请求。
系统设计者必须要指定一个启动切换的最恰当的信号强度，一旦将某个特定的信号强度指定为基站接收机中可接受的话音质量的最小可用信号（一般在–90 dBm到–100 dBm之间），稍微强一点的信号强度就可作为启动切换的门限，两者之间的信号强度之差值∆的选择必须慎重。
在决定何时切换的时候，很重要的一点是要保证所检测到的信号电平的下降不是因为瞬时的衰减，而是由于移动台正在离开当前服务的基站，所以基站在准备切换之前先对信号监视一段时间。
第一节工作频段的分配一、我国GSM网络的工作频段我国陆地蜂窝数字移动通信网GSM通信系统采用900MHz与1800MHz频段:GSM900MHz频段为：890~915(移动台发,基站收),935~960(基站发,移动台收);DCS1800MHz频段为：1710~1785(移动台发,基站收),1805~1880(基站发,移动台收);二、频道间隔相邻两频点间隔为为200kHz，每个频点采用时分多址（TDMA）方式，分为8个时隙，既8个信道（全速率），如GSM采用半速率话音编码后，每个频点可容纳16个半速率信道，可使系统容量扩大一倍，但其代价必然是导致语音质量的降低。
三、频道配置绝对频点号和频道标称中心频率的关系为：GSM900MHz频段为:fl(n)=890.2MHz + (n-1)×0.2MHz (移动台发,基站收）；fh(n)=fl(n)+45MHz (基站发,移动台收); n∈[1，124]GSM1800MHz频段为：fl(n)=1710.2MHz + (n-512)×0.2MHz (移动台发,基站收）；fh(n)=fl(n)+95MHz (基站发,移动台收）；n∈[512，885]其中：fl(n)为上行信道频率、fh(n)为下行信道频率,n为绝对频点号（ARFCN）。
注：1、在我国GSM900使用的频段为：905~915MHz 上行频率950~960MHz 下行频率频道号为76~124, 共10M带宽。
中国移动公司：905~909MH（上行），950~954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为76~95。
（目前通过中国移动TACS网的压频，为GSM网留出了更大的空间，因而GSM实际可用频点号要远大于该范围）中国联通公司：909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96~124。
2、目前只有中国移动公司拥有GSM1800网络，拥有1800网络的移动分公司大多申请10M的带宽，频道号为512~562。
4 GSM全球移动通信系统的工作过程4.1 移动台的位臵登记4.1.1 第一次登记当移动台开机后,在它所处的小区,通过空中接口搜索BCCH(广播控制信道,内含有位臵区域识别码(LAI信息(在GSM900规范中定义小区分配编码占用16bit,这个信息在BCCH上规则的广播,以便手机知道自己目前的位臵小区。
BCCH是个小容量信道,每0.235 S传一个23字长的消息。
移动台依靠收到的频率校正本身的频率,通过同步信息校正本身的信号,锁定到一个正确频率上,从该频率的信道上接收寻呼信号和其它信息。
假如此MS在寄存器中找不到LAI,它就向该业务区的MSC/VLR发送位臵更新请求消息,通知网络它是此位臵区的新用户。
此消息经BSS到MSC,最后到VLR。
VLR对消息中含有的国际移动用户识别码(IMSI或临时移动台识别码(TMSI以及位臵信息进行分析。
此时MSC/VLR就认为该MS被激活,在其数据字段中做“附着”标记,这个标记与IMSI有关。
MSC/VLR向HLR发送位臵更新请求信息。
HLR位臵更新操作完成后,向VLR 发送位臵更新接受消息。
最后由MSC向MS发送位臵更新证实信息,这个过程就算完成,至此MS已在HLR和VLR中注册登记。
4.1.2 分离与附着程序当一个MS被激活时,对MS标有“附着”标记(IMSI标志;当MS关机时,有IMSI 分离程序能使MS通知网络该移动用户为无效用户,此后不再发送寻呼此MS的消息。
因此分离与附着程序都与IMSI有关。
当MS关机时,MS向网络发送的最后一条消息是处理分离请求消息,MSC/VLR 收到“分离”消息后,就在该MS对应的IMSI上作“分离”标记。
归属位臵寄存器(HLR 并没有得到这个分离消息,只有拜访位臵寄存器(VLR已“分离”信息作了更新。
当MS 再开机时,若它仍处于发送分离消息时的位臵区,则只要完成附着程序即可;若不在原位臵区,它仍要执行位臵更新程序。
4.2 移动台的漫游与位臵更新4.2.1 漫游的解释对于处在开机但空闲状态下的MS,它要不断地移动,在某一个时刻它被锁定于一个已定义的无线频率上,即某个小区的BCCH载频上。
1、专业基础1.1GSM基础1.1.1GSM综述1、GSM的概念GSM是Global System for Mobile Communication“全球移动通信系统”的简称。
它是一种数字移动通信，较之以往的模拟移动通信，有较多的优点。
GSM的起源：泛欧数字蜂窝移动通讯网简称GSM系统，GSM原意为“移动通信特别小组”（Group Special Mobile），是1982年欧洲邮电主管部门会议（CEPT）为开发第二代数字移动蜂窝移动系统而成立的机构。
1987年GSM 成员国经现场测试和论证比较，就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励长期预测RPE-LTP话音编码和高斯滤波最小移频键控（GMSK）调制方式达成一致意见。
1988年十八个欧洲国家达成GSM谅解备忘录（MOU）。
1989年GSM标准生效。
1991年GSM系统正式在欧洲问世，网路开通运行。
1992年世界上第一个GSM网在芬兰投入使用。
从此，移动通信跨入了第二代。
GSM的组织结构：ETSI（欧洲电信标准协会）增设了“特别移动小组”（TC-SMG），用以负责有关数字移动业务标准的制定。
2、GSM系统的技术性能1）使用频段、双工间隔：√GSM900：890~915MHz（上行）、935~960 MHz（下行）。
双工间隔：45 MHz，带宽：200KHzGSM1800：1710~1785 MHz（上行）、1805~1880 MHz（下行）。
双工间隔：95 MHz，带宽：200KHzGSM1900：1850~1910 MHz（上行）、1930~1990 MHz（下行）。
双工间隔：80 MHz，带宽：200KHz2）、选址方式√FDMA/TDMA：Freq division multiple access /Time division multiple access（频分/时分多址）3）、调制类型：√GMSK（BT=0.3）实际应用3、GSM系统的技术规范及主要应用范围GSM规范共有12章规范系列：01系列：概述02系列：业务方面03系列：网络方面04系列：MS-BS接口和规范（空中接口第2、3层）05系列：无线路径上的物理层（空中接口第1层）06系列：话音编码规范07系列：对移动台的终端适配08系列：BS到MSC接口（A和Abis接口）09系列：网络互连10系列：暂缺11系列：设备和型号批准规范12系列：操作和维护重点掌握04、05、08系列4、GSM的主要特点：√1）频谱效率由于采用了高效调制器，信道编码、交织、均衡和话音编码技术，使系统更具高频谱效率。
第二代移动通信系统-GSM系统第二代移动通信系统 GSM 系统在现代通信技术的发展历程中，第二代移动通信系统（2G）的出现是一个具有重要意义的里程碑。
其中，GSM 系统（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）更是 2G 时代的代表，为人们的通信方式带来了巨大的变革。
GSM 系统诞生于 20 世纪 80 年代末，它的出现主要是为了解决第一代移动通信系统（1G）存在的诸多问题，如频谱利用率低、通话质量不稳定、系统容量有限等。
GSM 系统采用了数字通信技术，相较于1G 的模拟通信，具有更好的抗干扰能力、更高的频谱效率和更丰富的业务功能。
GSM 系统的核心组成部分包括移动台（手机）、基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS）。
移动台是用户直接使用的设备，具备通话、短信、数据传输等功能。
基站子系统负责与移动台进行无线通信，包括基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）。
网络子系统则主要负责移动性管理、呼叫控制、用户数据管理等功能，由移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）等组成。
在通信原理方面，GSM 系统采用了时分多址（TDMA）技术。
简单来说，就是将一个频段的频谱资源按照时间划分成多个时隙，每个用户在不同的时隙上进行通信，从而实现多个用户共享同一频段的资源。
这种技术大大提高了频谱利用率，使得系统能够容纳更多的用户同时通信。
GSM 系统的一大优势是其良好的漫游能力。
无论用户身处何地，只要有 GSM 网络覆盖，就能够使用自己的手机进行通信。
这得益于其完善的用户数据管理和移动性管理机制。
当用户从一个网络区域移动到另一个网络区域时，系统能够自动完成用户数据的切换和更新，保证通信的连续性。
在业务功能方面，GSM 系统除了支持基本的语音通话和短信服务外，还逐渐发展出了一些增值业务，如彩信、WAP 上网等。
虽然这些业务在如今看来可能已经显得十分简陋，但在当时却为人们的生活和工作带来了极大的便利。
4 GＳM全球移动通信系统的工作过程4.１移动台的位置登记４．１．1 第一次登记当移动台开机后,在它所处的小区,通过空中接口搜索BCCH（广播控制信道)，内含有位置区域识别码(ＬＡI)信息（在GSM９０0规范中定义小区分配编码占用1６bit)，这个信息在BCＣH上规则的广播,以便手机知道自己目前的位置小区。
ＢCＣH是个小容量信道，每0.2３5 Ｓ传一个23字长的消息。
移动台依靠收到的频率校正本身的频率,通过同步信息校正本身的信号,锁定到一个正确频率上，从该频率的信道上接收寻呼信号和其它信息。
假如此MS在寄存器中找不到LＡI，它就向该业务区的MSＣ／VＬR发送位置更新请求消息,通知网络它是此位置区的新用户。
此消息经BSS到MSC，最后到ＶLR。
VLR对消息中含有的国际移动用户识别码(IMSI)或临时移动台识别码（TＭSI）以及位置信息进行分析。
此时MSC／ＶLR就认为该MS被激活,在其数据字段中做“附着”标记,这个标记与I ＭSI有关。
MＳC/ＶＬＲ向HLR发送位置更新请求信息。
ＨLR位置更新操作完成后，向VLＲ发送位置更新接受消息。
最后由ＭＳC向ＭS发送位置更新证实信息，这个过程就算完成,至此MS已在ＨLＲ和ＶLＲ中注册登记。
4.１.2 分离与附着程序当一个MＳ被激活时,对MＳ标有“附着”标记(IＭSI标志)；当MS关机时，有IMＳＩ分离程序能使ＭS通知网络该移动用户为无效用户，此后不再发送寻呼此ＭS的消息。
因此分离与附着程序都与ＩMSI有关。
当MS关机时，ＭS向网络发送的最后一条消息是处理分离请求消息,MSC/VLR收到“分离”消息后，就在该ＭS对应的ＩMＳＩ上作“分离”标记。
归属位置寄存器（HL Ｒ）并没有得到这个分离消息，只有拜访位置寄存器（ＶLR）已“分离”信息作了更新。
当MS再开机时，若它仍处于发送分离消息时的位置区，则只要完成附着程序即可；若不在原位置区，它仍要执行位置更新程序。
4．２移动台的漫游与位置更新4.２.1 漫游的解释对于处在开机但空闲状态下的ＭS,它要不断地移动，在某一个时刻它被锁定于一个已定义的无线频率上，即某个小区的ＢCCH载频上。
当MS向远离此小区的方向上移动时,信号强度就会减弱，当它移动到两个小区理论边界附近的某一点时,ＭS就会因原来小区的信号太弱而决定转到附近信号强的新的无线频率上。
为了正确选择无线频率，ＭS要对周围的邻近小区的BCCH载频的信号强度进行连续测量，当发现新的BTS发出的BCCH 载频信号强度优于原小区时，MS就锁定于这个新的载频上，这就是移动台的切换。
MS所接收的BCCH载频的改变并没通知给网络。
移动中的ＭS，由于接收信号质量的原因，通过无线空中接口不时地改变与网络的连接,这种能力就称为漫游。
４.２．２移动台的位置更新位置更新过程是由MS引发。
在GＳM系统中有三个地方需要知道位置信息，即ＨL Ｒ、ＶLR和MＳ(或ＳIM卡)。
当这个信息发生变化时,需要保持三者的一致。
ＭＳ开机后就会对周围进行测试,并连接到接收性能最好的广播信道上。
如图4-1所示,移动台所处的区有三种情况:①在同一位置区内的不同小区(特征:属于同一BSC）(如图中A)其锁定的ＢＣCH载频不同,但没有位置区的变化,无需位置更新。
②在同一业务区的不同位置区(特征：属于同一ＭSＣ）(如图中Ｂ）,当MS从ＬA1向LA２移动时,信号强度会减弱,当它移动到边界附近某一点时,ＭS就会因原来小区信号太弱而决定转到邻近信号强的新的无线频率上。
为了正确选择无线频率,MS要对周围的邻近小区的ＢCＣH载频的信号强度进行连续测量,当发现新的ＢTS发出的BCCH载频信号强度优于原小区时,MS就锁定于这个新的载频上（小区选择的规则主要来自无线传播条件,以达到最佳传输质量为目的。
一个正常业务状态的MS，收听由业务小区广播的频率表，从中获得同一PLMN（公用陆地移动网）中邻近小区的标志信道（ＣCCH),MＳ逐一与这些标志信道同步,以解调出每个ＢCCH上的信息，从中可以确定ＰLMN和位置区(LA)标志以及各种无线参数。
MＳ对允许接入的小区计算其无线环境并与当前环境比较，这些处理是与当前小区寻呼信道的接收并行的。
当MS在同一ＬＡ内发现一个更好的小区时,就切换到这个小区并收听新小区的寻呼信道，同时监视新的标识信道表。
位置区的变化要通知网络的MSＣ,MS要求接入网络来进行MSC/VLR内的位置更新。
此时，VLR中MＳ的位置就由原来的LA1改为LA２。
③在不同业务区（特征:属于不同MSC）(如图中C)MS的业务区改变必须通知网络,以便能找到漫游的移动台,MS开机后就得报告网络它目前所处位置。
当它锁定在新的BＣCH的载频上,并在BＣCH消息中得知此时它所处的位置区及所属业务区。
首先ＭS向网络发出位置更新请求，此信息通过空中接口传到LA1的ＢSC，再由它传送到新的MSC。
第二步是由新的MＳC向ＨLR发送位置更新请求信息。
从HLR向新的MSＣ发回位置更新请求接受，这个消息通过ＬA１所属的BSC到新小区的BＴS,再通过空中接口传送给MS，这就是位置更新证实。
此时ＭS已在新的MSC业务区，它必须删除旧的MSC中的位置信息,否则它的位置就有两处,无法准确找到它。
此时由HＬR向旧的ＭＳC发送位置删除信息，旧的MSC得到此信息后,在ＶＬR删除此移动用户的位置信息，并向ＨＬＲ报告位置删除接受，至此，MS已属新MSC／VＬＲ中的一个用户。
4．３移动台的切换过程切换处理分成几个级别:BTS内的切换类型由BTS自主决定;BTS之间、BSC之内的切换由BＳＣ决定；ＢSC之间、MSC之内的切换由MSＣ处理；MSC之间的切换由GMSC决定。
ＢSC与ＭSＣ之间的接口协议称为ＢSSMAP(BSS管理应用部分)，用以支持各种连接处理和切换过程，其承载方式是A接口上的CSS.7信令协议。
BTS与BSＣ之间的协议称为RSM（无线分系统管理)，用于支持分配传输路径和测量报告处理,其承载方式是Abitｓ接口上的LＡPD信令协议。
BＴS与MS之间的协议称为RIL3—RR(无线接口第三层ＲR协议）,它只是整个第三层实体的一部分,用于支持无线连接处理和测试报告处理，其载体是Um接口上的LapDm信令协议。
除此之外，还有邻近MSC之间交换消息的协议，称为MＡＰ／Ｅ（移动应用部分—E )，它只是ＭAＰ的一部分，用于支持ＭSC之间的交换处理,其承载是ＭSC之间的CSS.7信令系统。
越区切换是指移动台正处在呼叫建立状态或忙状态下的无线信道转换过程。
移动台从一个小区移动到另一个小区,两小区的无线频率是不相同的,若想要维持通话，MS的频率必须改变，即从一个小区的一个无线频率下的一个时隙转换到另一个小区的另一个无线频率上,并占有它的一个时隙。
切换是由网络决定的。
通话中的移动台从一个小区移动到另外一个小区，这个小区可能是同一业务区的同一BSC管辖下的小区；也可能是同一业务区不同BSC管辖下的另一小区；还可能是不同业务区中的另一小区。
根据这三种不同情况要进行不同的操作。
4.3．1 BSC内的切换这是最简单的切换过程。
BSC根据ＭS和BＴS的测量报告，经分析处理后，确定此时MS所在区,即MS报告中最强信号的小区。
BSC与新小区的BTＳ建立链路，并在新小区中给MS分配一个TCH供ＭS切换后使用。
MＳ切换后,BＳC向MSC报告，MS由A点移动到B点的情况，此时ＭS仍属BSＣ1管辖。
ＭＳ在切换后继续测量周围小区的信号强度,并接收新小区的信息。
４.３.2同一业务区不同BSC之间的切换移动台从B点移动到Ｃ点就属于这种切换，此时ＭＳ已跨越两个BSC，即从BSC1到BＳＣ2。
切换过程如下：首先是MS向原来的ＭSC1报告其测量结果。
经ＢＳＣ1的分析处理,得知MS所到的小区属BＳC2管辖，做出切换判决,向MSC发切换请求。
MSC与ＢSC2建立新路径到BTＳ(新小区）,即MSC向BSC2发出切换请求。
BSＣ２收到切换请求消息后，与新的BTS建立链路，为MS提供切换用的新TCH，即允许切换，ＢＳC2向MSC发出切换请求证实。
此时MＳC向原来的ＢSC1发出执行切换命令，经ＢＴＳ到MS。
MS切换后，送出切换完成消息到BSC2，即MＳ与MSC2建立通路。
BSC2向ＭSC报告切换完成,送出MＳ接入新TCH信息到ＭＳＣ。
MSC向ＢSC1发出清除命令,释放原来MＳ的信道。
BSC1完成信道释放后向MＳC报告清除完成。
MS到达一个新的位置区后,要继续测量周围小区的信号强度，同时接收BSC2的有关信息。
位置区发生变化时，它还要进行位置更新。
4.3.３不同业务区之间的切换MS从C点移动到D点就属于这种切换,即从MSCＡ，动到MSC B,这是最复杂的切换情况,要进行多种信令的传递过程才能实现。
当主呼ＭSC(MSC A）发送执行切换消息给另一个MSC（ＭSCＢ)时,消息中包含MSC B分配无线信道的部分参数，并应标明呼叫所切换到的基站（ＢS)。
当该基站完成无线信道分配,并且MSC B从其相关ＶＬR取回切换号码后，MSＣB将返回MＳC A无线信道应答消息。
切换号码用于将呼叫从MSＣA接续到ＭSC 。
Ｂ如果MＳCＢ中没有空闲业务信道可用，将告诉ＭSCＡ，并由MSＣA结束切换进程。
MS现存的线路连接将不被消除。
收到无线信道响应消息后,MSＣA用固定网络的信令（IAM）在MSC A和MSＣB之间建立连接。
ＭSC B发出地址完成消息(ＡCM）并开始无线信道的切换。
收到ACＭ后,MSC A 开始切换过程,即向BＳC2和MＳ发出切换命令。
移动台完成无线信道切换后,发送证实消息给MSC B，然后MSC B发送结束信号给MＳC A。
收到此消息后MＳC A释放原有无线信道。
为了不与MSC A和MSC B之间所用的ＰSTN/ＩSＤN信令系统冲突，ＭSC B收到证实后产生回答信令（ANＳ）。
MSCＡ将掌握总的呼叫控制直至固定用户或MS挂机。
然后，MSC A释放至MSＣB的连接，并发送结束信令消息来中止MＡP进程。
MSC-Ｂ将释放RR子层的连接,并发送切换报告消息给其相关的VLR,用来释放切换号码。
4.4 移动台呼出步骤如下：①原先工作在广播控制信道（BCCH)上,后MS向BS发出申请信道的请求,收到BＳ发来的立即分配消息后，MＳ转到指定的专用信道（DCCＨ）上②ＭS申请业务信道(由BS发给MＳC)，ＭSC向VＬR发送请求以获得移动台的参数,网络要求对MS进行鉴权，产生一128 ｂit的RAND传给ＭＳ,MS处理后发送鉴权响应给网络,VLR向MSＣ回送信息证实,由网络方面判断此用户的合法性。
通过鉴权,网络就保密方面考虑向MS发送置密码模式消息（加密模式管理是无线传输性之一，传输是否采用加密取决于MSC的选择,加密模式用于无线路径，管理主要涉及ＭS 和ＢTS,MＳ提供加密参数(KC)到ＢTS，以决定是否选用加密模式）。
