GSM信令基础详解

GSM信令概述

一、 GSM接口与协议

接口是指两个相邻实体之间的连接点。GSM网络中的实体有MS（手机）、BSS（基站）、BSC（基站控制中心）、MSC（交换中心）、HLR（用户数据库）等，相应也就存在着多个接口，例如MS和BSS之间称为Um接口，BSS和BSC之间称为Abis接口，BSC和MSC之间称为A接口，等等。GSM网络各实体之间的接口如图1－1所示：

图1－1：GSM接口

协议是指连接点上交换信息需要遵守的规则。两个实体要通过接口传送特定的信息流，这种信息流必须按照一定的规约，也就是遵守某种协议，这样信息才能为双方所理解。按开放系统互连模式OSI的概念，协议按其功能可分为七个层面：第一层为物理层，第二层为链路层，第三层为网络层„„等等，每一层都有各自的协议规约。

不同的接口传送不同的信息流，但其中也可能有一些具有共同性，因此某些协议可以用在不同的接口上，同一个接口会用到多种协议。通常每种协议用一个规程的名称或某种缩写来代表，图1－2显示了Um接口上存在的不同协议：

图1－2：通过Um接口的各种协议 其中SS用于移动台对HLR设置补充业务的参数；MM和CM用于移动台和MSC/VLR之间交换用户移动性管理信息和通信接续信息；RR用于移动台和BSC之间交换无线资源分配信息。

一种协议在传送过程中可以通过若干个接口，例如图1－2中MM和CM协议在移动台传到MSC/VLR过程中至少要通过Um接口、Abis接口和A接口。因此，接口规程和协议规程是两种不同的规程。

GSM网络中应用了多种协议，例如TUP，MAP，BSSAP等，图1－3显示了GSM接口上的各种协议：

图1－3：GSM协议

MSC实体的右侧是到VLR、HLR、GMSC和PSTN等的接口，应用的协议有MTP、SCCP,、TCAP、MAP和ISDN/TUP等，有关这些协议的详细内容可参见7号信令方面的资料，在此不做说明。

·A接口协议

MSC实体的左侧是到BSC的A接口，应用的协议是BSSAP，利用7号信令的MTP、SCCP作为信令传输载体。BSSAP分为两部分，一部分是BSSMAP，用以MSC与BSC之间的信息交换，另一部分是DTAP，用以MSC与MS之间的信息交换，主要包括CM（连接管理）、MM（移动管理），以及小部分RR（无线资源管理）信息，这些也被称为第三层消息（因为在Um接口上位于第三层）。

GSM网络结构和主叫信令流程

1． GSM网络结构

1.1. GSM系统网络简介

GSM全名为：Global System For Mobile Communication （全球移动通信系统），是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使用。

一套完整的蜂窝移动通信系统主要是由交换网络子系统（SS）、无线基站子系统（BSS）、移动台（MS）及操作维护子系统（OMC）四大子系统设备组成。

GSM系统如图所示，SS系统包括有移动业务交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和移动设备识别寄存器（EIR）；BSS系统包括有基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。

图1.1 GSM系统网络图

接口部分如上图所示，BSC与MSC之间的接口为“A”接口；移动交换中心与访问位置寄存器之间的接口为“B”接口；移动交换中心与归属位置寄存器之间的接口为“C”接口；归属位置寄存器与访问位置寄存器之间的接口为“D” 接口；移动交换中心之间的接口为“E” 接口；移动交换中心与设备标志寄存器之间的接口为“F” 接口；访问位置寄存器之间的接口为“G” 接口；BSS与MS之间的接口为“Um”接口；基站收发台与基站控制器之间的接口为“Abis”接口。

在模拟移动通信系统中，TACS规范只对Um接口进行了规定，而未对A接口做任何的限制。因此，各设备生产厂家对A接口都采用各自的接口协议，对Um接口遵循TACS规范。也就是说，SS系统和BSS系统只能采用一个厂家的设备，而MS可用不同厂家的设备。

组成部分简介及接口等。

1.2. 交换网络子系统（SS）

交换网络子系统（SS）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。SS由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：

GSM系统使用类似OSI协议模型的简化协议，包括物理层（L1）、数据链路层（L2）和

应用层（L3）。L1是协议模型最底层，提供物理媒介传输比特流所需的全部功能。L2保证

正确传递消息及识别单个呼叫。在GSM系统中，无线接口（Um）上的L1和L2分别是TDMA帧和

LAPDm协议。在网络侧，Abis接口和A接口使用的L1均为E1传输方式，L2分别为LAPD和MTP协

议。在Um接口，MS每次呼叫时都有一个L1和L2层的建立过程，在此基础上再与网络侧建立

L3上的通信。在网络侧（A和Abis接口），其L1和L2（SCCP除外）始终处于连接状态。L3层

的通信消息按阶段和功能的不同，分为无线资源管理（RR）、移动性管理（MM）和呼叫控

制（CC）三部分。

1建立RR连接

RR的功能包括物理信道管理和逻辑信道的数据链路层连接等。

在任何情况下， MS向系统发出的第一条消息都是CH－REQ（信道请求），要求系统提

供一条通信信道，所提供的信道类型则由网络决定。CH－REQ有两个参数：建立原因和随机

参考值（RAND）。建立原因是指MS发起这次请求的原因，本例的原因是MS发起呼叫，其它

原因有紧急呼叫、呼叫重建和寻呼响应等。RAND是由MS确定的一个随机值，使网络能区别

不同MS所发起的请求。RAND有5位，最多可同时区分32个MS，但不保证两个同时发起呼叫的

MS的RAND值一定不同。要进一步区别同时发起请求的MS，还要根据Um接口上的应答消息。

CH－REQ消息在BSS内部进行处理。BSC收到这一请求后，根据对现有系统中无线资源的

判断，分配一条信道供MS使用。该信道是否能正常使用，还需BTS作应答证实，Abis接口上

的一对应答消息CHACT（信道激活）和CHACK（信道激活证实）完成这一功能。CHACT指明激

活信道工作所需的全部属性，包括信道类型、工作模式、物理特性和时间提前量等。

网络准备好合适的信道后，就通知MS，由IMMASS（立即指配）消息完成这一功能。在

精心整理

Layer3信令分析及流程详解汇编

Layer3信令是看网络运行情况的信息层，从第三层可以看到网络的各种动作：如：呼叫流程、拥塞、用户忙、位置更新等，并且可以对路测中的各种问题如掉话、切换失败等网络事件的原因进行准确的分析。

系统信息一般有8个类型，分别是1、2、3、4、5、6、7、8，Type1～4只出现在待机状态下，Type5～6只出现在通话状态下，明白这点，对以后的分析至关重要。其中2中含有：2、2bis、2ter，5中含有5、5bis、5ter，所以总共有12种系统信息，系统信息1仅用于跳频，所以称为选择项。其中1、2、3、4、2bis、2ter、7、8都在BCCH上发送，由IDLE模式下的移动台接收。5、5bis、5ter、6在SACCH上发送，由ACTIVE模式下的移动台接收。一般来说所有系统信息在连续的8个51复帧中发送完，如下图示：

上图中的TC表示复帧序列号，可以看出，当TC=4、5时，发送的内容是可选的，其它是固定的。

TC=0固定发送跳频信息，当出现上图示的1（3）时，表示跳频时发类型1，不跳频时发类型3

当类型4中发送的关于小区重选信息不够完整时，由类型7、8补充。且在TC=7、3时发送（上图示）

对于类型5、6在下行的SACCH上发送，并没有复帧规范，除非切换完成后要立即发送类型5、6。 精心整理

1、 SystemInformationType1

说明：系统信息类型1（频率信息）

此类型仅用于跳频时，发送内容为：

第一、小区信道描述。用于通知移动，小区采用的频带与可以供跳频用的频点。对于GSM900与GSM1800采用的格式是不同的。对于GSM900：

有一个BITMAP0（比特位图）用于描述两方面信息，分别为：

CA-NO，取值分别为：0、1、2，代表，GSM900、GSM1800、GSM1900。

CA-ARFCN，采用的有效射频频点，当为GSM900，将有一个相应于124个频点的124位图，当某个频点被采用时，相应的比特位被置为1，否则将被置为0.