下载文档原格式
GSM规范及移动通信《GSM 规范及移动通信》在当今高度信息化的社会，移动通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
从日常的沟通交流到商业活动的开展，从娱乐消遣到紧急救援，移动通信的身影无处不在。
而 GSM 规范作为移动通信领域的重要基石，为全球范围内的移动通讯提供了统一的标准和规范，极大地促进了移动通信的发展和普及。
GSM 是 Global System for Mobile Communications 的缩写，也就是全球移动通信系统。
它是由欧洲电信标准协会（ETSI）制定的一个数字移动通信标准。
GSM 规范的出现，解决了以往模拟移动通信系统中存在的诸多问题，如频谱利用率低、通话质量不稳定、安全性差等。
GSM 规范的核心特点之一是采用了数字信号处理技术。
与模拟信号相比，数字信号具有更强的抗干扰能力和更高的频谱利用率。
这意味着在相同的频谱资源下，GSM 系统能够支持更多的用户进行通信，同时保证了通话的清晰和稳定。
而且，数字信号还便于进行加密处理，提高了通信的安全性，保护了用户的隐私。
在网络架构方面，GSM 系统主要由移动台（MS）、基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS）三大部分组成。
移动台就是我们日常使用的手机等终端设备，它负责与基站进行通信。
基站子系统则包括基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC），主要负责无线信号的收发和管理。
网络子系统包括移动交换中心（MSC）、归属位置寄存器（HLR）、拜访位置寄存器（VLR）等，负责完成用户的呼叫控制、位置管理、鉴权认证等功能。
GSM 规范还定义了一系列的空中接口协议，用于规范移动台与基站之间的通信。
其中，最为关键的是时分多址（TDMA）技术。
通过将时间划分为不同的时隙，多个用户可以在同一频率上分时复用，从而实现了频谱资源的高效利用。
此外，GSM 规范还规定了频率分配、调制方式、编码方式等一系列技术参数，确保了不同厂家生产的设备能够相互兼容，实现全球范围内的漫游。
GSM信令系统在网络侧，即MSC、HLR、VLR、EIR之间均采用和OSI 7层结构一致的7号信令系统。
在用户接入侧，即MSC和基站间及空中接口均采用和ISDN用户－网络接口（UNI）一致的三层结构；网络侧信令着眼于系统互连。
由7号信令支持的统一的MAP信令使GSM系统可以容易地实现广域联网和国际漫游；灵活的智能网结构便于系统引入智能业务，实现快速增值；用户侧信令着眼于业务综合接入，便于未来各类ISDN业务的引入，为向个人通信发展奠定基础。
1、层次结构GSM中采用了OSI的分层协议结构。
其中下一层协议为上一层协议提供服务，上一层协议利用下一层所提供的功能，上下层之间通过原语进行通信。
在建立连接之后，对等层之间形成逻辑上的通路。
2、Um接口信令系统Um接口是MS与BTS之间的接口。
从表1可以得知，Um接口的链路层为LAPDm，它是在固定网ISDN的LAPD 协议基础上作少量修改形成的。
修改原则是尽量减少不必要的字段以节省信道资源。
由于TDMA系统提供了定位和信道纠错编码，因此取消了帧定界标志和帧校验序列。
另外，还定义了许多简短的帧格式用于各种特定的情况。
Um接口的网络层是收发和处理信令消息的实体。
它包括了RR（无线资源管理）、MM（移动管理）、CM（呼叫管理）三个子层;其中RR层指的是在无线电接口上的传输进行管理的规约，并提供MS和BSC之间的稳定链路。
BSS实现RR的大部分功能，主要涉及无线接口、Abis接口和A接口，其它功能模块还涉及七号信令接口。
MM层一是管理包括位置数据在内的用户数据库，二是管理鉴权操作，SIM，HLR和AUC。
NSS(主要是MSC)是CM层的一个重要要素。
3、A接口信令系统A接口是BSC与MSC之间的接口。
物理层是数字传输2048KBIT/S的E1线路，具体标准见G.703，G.704。
数据链路层基于7号信令系统MTP2。
网络层为MTP3和SCCP共同组成。
提示使用SCCP的识别负责识别高层消息。
GSM协议剖析全球系统移动通信的通信标准全球系统移动通信（Global System for Mobile Communications，简称GSM）是一种用于手机通信的国际标准。
GSM协议是GSM网络的核心部分，它规定了移动通信设备之间的通信规则和数据传输方式。
本文将对GSM协议进行详细的剖析，以了解全球系统移动通信的通信标准。
1. GSM协议的基本概念GSM协议是一套通信协议，用于在GSM网络中控制和管理通信。
它定义了从手机到基站、基站到网络控制中心之间的通信协议。
GSM协议包括语音信号传输、短信传输、数据传输等方面的规范，确保了手机用户之间的无缝通信。
2. GSM协议的组成部分GSM协议由多个子协议组成，包括物理层协议、数据链路层协议、网络层协议、移动设备管理协议等。
这些协议共同工作，实现了移动通信设备之间的高效通信和数据传输。
2.1 物理层协议物理层协议定义了无线信号的传输方式和频率规范。
它负责将数字信号转化为无线电信号，并在手机和基站之间进行信号传输。
2.2 数据链路层协议数据链路层协议负责将物理层传输的无线信号转化为数据包，并进行流量控制和差错校验。
它还负责对数据进行分段和重新组装，并确保数据的准确无误地传输。
2.3 网络层协议网络层协议是GSM协议中最重要的一部分。
它负责寻址、路由和转发数据包，并实现了移动设备与网络之间的连接。
网络层协议还负责用户鉴权、信息传递等功能，确保用户可以顺畅地进行通信。
2.4 移动设备管理协议移动设备管理协议用于管理移动设备的注册、注销、控制等操作。
它负责管理手机用户的状态信息，包括用户的位置信息、服务状态等。
3. GSM协议的优势和应用GSM协议作为全球系统移动通信的通信标准，具有以下优势：3.1 全球应用GSM协议是一种全球通用的通信标准，几乎所有的国家和地区都支持GSM网络。
用户可以在不同国家之间切换使用手机，享受到便捷的国际通信服务。
3.2 高质量通信GSM协议提供了高质量的语音通信和数据传输服务。
GSM移动通信及协议栈移动通信是指通过无线电技术实现移动设备之间的通信。
GSM （Global System for Mobile Communications）是一种数字移动通信标准，被广泛用于全球范围内的手机通信。
本文将介绍GSM移动通信的原理及其协议栈的组成以及各层的功能与作用。
一、GSM移动通信原理GSM移动通信采用时分多址（TDMA）技术进行信道复用，这意味着每个时间片都可以分配给不同的用户进行通信。
该技术的使用可以提高频谱利用效率，允许同时传输多个用户的信息。
GSM移动通信系统由多个基站组成，每个基站都可以覆盖一个特定的区域，称为小区。
当用户使用手机进行通话时，手机会与基站进行连接，基站负责提供信号传输和接收。
二、GSM协议栈的组成GSM协议栈由多个层级组成，每个层级都有相应的功能和作用。
1. 物理层（Physical Layer）物理层是GSM协议栈的最底层，负责无线电信号传输和接收。
它规定了信号的调制与解调方式，包括信道编码、信号传输速率等。
2. 数据链路层（Data Link Layer）数据链路层负责将物理层传输的比特流转换为帧的形式，以及进行差错检测和纠正。
这一层还负责多路复用和信道管理，确保数据的可靠传输。
3. 网络层（Network Layer）网络层负责路由选择和移动性管理。
它负责处理与用户终端的连接，并将数据包传输到目标终端。
4. 传输层（Transport Layer）传输层主要负责数据的分段和重新组装，确保数据的可靠性和完整性。
它还提供了流量控制和拥塞控制机制。
5. 会话层（Session Layer）会话层负责建立、管理和终止通信会话。
它定义了不同通信实体之间如何开始、结束和保持会话。
6. 表示层（Presentation Layer）表示层负责数据的格式转换和加密解密。
它确保数据在通信实体之间的交换时能够被正确理解。
7. 应用层（Application Layer）应用层提供了将数据传输到具体应用程序的接口。
移动通信标准移动通信是指通过无线电波传输声音、图像和数据的方式进行通信。
为了确保不同移动通信设备之间的互操作性和互联互通，制定了一系列的移动通信标准。
这些标准规定了移动通信设备之间的通信协议、信号传输格式和接口等内容，使得不同厂商生产的移动通信设备能够在相同的标准下相互通信。
一、GSM标准GSM（Global System for Mobile Communications）是全球最常用的移动通信标准之一。
GSM标准采用了时分多址技术（TDMA），将频谱划分为一系列时间片，多个用户按照时间片的顺序依次发送和接收信号，实现多用户同时进行通信。
GSM标准规定了移动通信设备的空中接口协议、语音编解码算法和数据传输速率等内容，为全球范围内的移动通信提供了基础。
二、CDMA标准CDMA（Code Division Multiple Access）是另一种常用的移动通信标准。
与GSM标准不同，CDMA标准采用的是码分多址技术，即将多个用户的信号通过不同的编码方式区分开来，然后再合并在一起传输。
CDMA标准具有抗干扰能力强、系统容量高等优点，被广泛应用于美国和亚洲等地区。
三、LTE标准LTE（Long Term Evolution）是一种基于IP网络的下一代移动通信标准。
LTE标准采用了正交频分多址技术（OFDMA），可以更高效地利用频谱资源，提供更高的数据传输速率和更低的延迟。
由于LTE标准的突出优势，它已经成为了全球范围内4G移动通信的主流标准。
四、5G标准随着移动通信的发展和用户需求的不断增长，5G标准应运而生。
5G标准是指第五代移动通信标准，目标是提供更高的数据传输速率、更低的时延和更广的覆盖范围。
5G标准采用了大规模MIMO、蜂窝网络和网络切片等关键技术，将为移动通信带来新的革命性变化。
总结移动通信标准的制定和发展对于推动移动通信技术的创新和进步起到了至关重要的作用。
GSM、CDMA、LTE和5G等标准的不断演进，使得人们可以更加方便快捷地进行移动通信，并且享受到更多的服务和应用。
GSM协议Um接口协议协议名称：GSM协议Um接口协议一、引言GSM（Global System for Mobile Communications）是一种全球通信标准，用于移动电话和数据传输。
GSM协议定义了移动通信的各个方面，包括用户与网络之间的接口。
其中，Um接口是GSM系统中无线电接口的一部分，用于连接移动设备和基站。
二、目的本协议旨在详细描述GSM协议Um接口的相关规范和要求，以确保移动设备和基站之间的无线通信能够顺利进行。
通过遵循本协议，可以确保Um接口的稳定性、可靠性和互操作性。
三、范围本协议适用于所有使用GSM技术的移动设备和基站，涵盖了Um接口的各个方面，包括物理层、数据链路层和网络层。
四、术语和缩略语在本协议中，以下术语和缩略语具有如下定义：1. GSM：全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications）。
2. Um接口：GSM系统中无线电接口的一部分，用于连接移动设备和基站。
3. 物理层：GSM协议中处理无线信号传输的层级。
4. 数据链路层：GSM协议中处理数据帧传输和错误检测的层级。
5. 网络层：GSM协议中处理数据传输和路由的层级。
五、物理层规范1. 频率范围：Um接口的频率范围应符合GSM标准规定的频段。
2. 信道编码：Um接口应使用GSM标准规定的信道编码方案。
3. 调制方式：Um接口应使用GSM标准规定的调制方式，如GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）。
4. 功率控制：Um接口应支持功率控制机制，以确保信号质量和功耗的平衡。
5. 信道切换：Um接口应支持信道切换功能，以确保移动设备在基站之间的无缝切换。
六、数据链路层规范1. 帧结构：Um接口的数据链路层帧结构应符合GSM标准规定的格式，包括帧头、帧中继承和帧尾。
2. 帧同步：Um接口应支持帧同步机制，以确保数据链路层帧的正确传输和接收。
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。
eg2. 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 + SNMSISDN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为每个移动业务本地网的HLR号码，ABCD为移动客户码。
中国联通的SN号码结构为H1H2ABCDE，其中H1H2是每个移动业务本地网的HLR号码，ABCDE是移动客户码。
2. 国际移动客户识别码（IMSI）IMSI =MCC + MNC + MSIN 15位为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确的识别某个移动客户，就必须给移动客户分配一个特定的识别码。
这个识别码就是IMSI号，用于GSM移动通信网所有信令中，这样用户就可以在PLMN中进行登记。
IMSI号存储在SIM卡、HLR和VLR中。
MCC：移动网国家代码，3位，我国为460。
MNC：移动网代码，2位，中国移动为00，中国联通为01。
MSIN：移动用户识别码，10位。
3. 临时移动客户识别码（TMSI）为了对IMSI保密，MSC/VLR可给来访的移动客户分配一个唯一的TMSI号码，即为一个由MSC自行分配的4 bytes BCD编码，仅限在本MSC业务区内使用。
4. 移动客户漫游号码（MSRN）MSRN = CC + NDC + SN被叫客户所归属的HLR知道该客户目前是处于哪一个MSC/VLR业务区，为了提供给入口MSC/VLR（GMSC）一个用于选路由的临时号码，HLR请求被叫所在业务区的MSC/VLR给该被叫客户分配一个MSRN，并将此号码送至HLR，HLR收到后在发给GMSC，GMSC根据此号码选路由，将呼叫接至被叫客户目前正在访问的MSC/VLR交换局。
路由一旦建立此号码就可立即释放。
CC：被访国家代码。
NDC：国内目的代码（服务的网络）。
SN：用户号码，是一临时与IMSI相关的内部号码，指向VLR中的数据库项。
5. 位置区识别码LAILAI用于移动客户的位置更新，具有全球唯一性。
LAI = MCC + MNC + LACMCC：移动客户国家代码，同IMSI中的前三位数字。
MNC：移动网号，同IMSI中的MNC。
LAC：位置区代码，为2 bytes BCD编码，表示为X1X2X3X4。
在一个GSMPLMN网中可定义65536个不同的位置区。
6. 切换号码HONHON是当进行MSC间越局切换时，为选择路由，由目标MSC（即切换要转移到的MSC）临时分配给移动客户的一个号码。
此号码为MSRN号码的一部分。
HON = CC + NDC + SN7. HLR号码HLR号码代表HLR的地址。
中国移动GSM网中的HLR号码结构是客户号码为全0的MSISDN号码，即：1390H1H2H30000。
8. MSC/VLR号码MSC/VLR号码代表MSC的地址。
中国移动GSM网中的MSC/VLR号码结构为1390M1M2M3，其中M1M2的分配同H1H2的分配。
9. 全球小区识别码CGICGI是用来识别一个位置区（LA）内的小区。
CGI = MCC + MNC + LAC + CI = LAI + CI CI：小区识别码。
10. 基站识别码BSICBSIC是用于识别相邻国家的相邻基站的，为6 bit编码。
BSIC = NCC + BCCNCC：国家色码，主要用来区分国界各侧的运营者（国内区别不同的省），为XY1Y2。
X：运营者（移动X = 1，联通X =0）Y1、Y2：分配见下表：BCC：基站色码，识别基站，由运营商设定。
11. 国际移动台设备识别码（IMEI）唯一的识别一个移动台设备的编码，为一个15位的十进制数字。
IMEI = TAC + FAC + SNR + SPTAC：型号批准码，由欧洲型号认证中心分配，6位。
FAC：工厂装配码，由厂家编码，表示生产厂家及其装配地，2位。
SNR：序号码，由厂家分配。
识别每个TAC 和FAC中的某个设备的，6位。
SP：备用，1位。
3.2 GSM网的呼叫建立3.2.1 固定客户至MS呼叫1. 固定网的用户拨打一个移动电话号码。
拨打的号码就是MSISDN。
2. PSTN交换机分析被拨打的号码。
分析的结果就是寻找被叫注册的PLMN所要求的路由信息。
PSTN在NDC的基础上识别移动网，之后它通过最近的网关移动业务交换中心（GMSC）接入移动网。
3. GMSC以PSTN交换机的同样方式分析MSISDN。
作为分析的结果，它获得用户永久注册的HLR地址。
注意：GMSC本身并不拥有被叫的任何位置信息。
用户的位置只能由HLR和VLR两个数据库确定。
然而，此时，GMSC仅知道HLR地址，所以它发送一个消息（其中包含了MSISDN）给HLR。
实际上，该消息就是为了建立呼叫而对被叫的位置进行查询请求，称之为“HLR Enquiry”。
4. HLR分析信息。
它根据MSISDN识别被叫，然后检查它的数据库确定用户位置（结合IMSI）。
注意：每次用户从一个VLR区移动至另一VLR区都会通知HLR，即HLR 知道用户当前登记在哪一个VLR区。
应该指出，HLR并不处理话务。
话务连接需要两个能够提供话音连接的网络单元。
语音连接是网路服务的一种业务，而且只能由MSC处理。
因此，建立话务连接需要两个MSC，第一个MSC是与PSTN交换机相连的网关MSC。
