蜂窝概念 - GSM 架构

GSM网络分为四个主要系统 -

切换系统（SS）
基站系统 (BSS)
移动站（MS）
运维中心(OMC)

交换系统也称为网络和交换系统（NSS），负责执行呼叫处理和用户相关功能。交换系统包括以下功能单元 -

移动交换中心
首页位置登记
访客位置登记
设备身份登记册
认证中心

移动交换中心

移动交换中心 (MSC) 为位于由其指定的 BSS 控制的地理区域内的所有移动站执行所有交换功能。此外，它还与 PSTN、其他 MSC 和其他系统实体连接。

MSC的功能

考虑位置注册、用户和设备认证、切换和预付费服务，应对用户移动特性的呼叫处理。
管理呼叫期间所需的逻辑无线电链路信道。
MSC-BSS信令协议的管理。
处理位置注册并确保移动台和VLR之间的互通。
控制 BSS 间和 MSC 间的切换。
充当网关MSC来询问HLR。连接到PSTN/ISDN网络的MSC称为GMSC。这是网络中唯一连接到 HLR 的 MSC。
开关的标准功能，例如充电。

归属位置寄存器 (HLR)

主位置寄存器包含 -

移动用户的身份称为国际移动用户身份 (IMSI)。
移动站的 ISDN 目录号码。
有关服务的订阅信息。
服务限制。
呼叫路由的位置信息。

建议每个 GSM 网络有一个 HLR，它可以是一个分布式数据库。HLR中的永久数据通过人机界面进行更改。位置信息等临时数据在 HLR 中动态变化。

访客位置登记册 (VLR)

VLR 始终与 MSC 集成。当移动站漫游到新的MSC区域时，连接到该MSC的VLR将从HLR请求关于移动站的数据。随后，如果移动台发起呼叫，VLR 就会拥有呼叫建立所需的信息，而不必每次都询问 HLR。VLR 包含如下信息 -

移动子的身份，
任何临时移动子身份，
移动电话的 ISDN 号码簿号码，
用于将呼叫路由至漫游站的目录号码，
当前位于MSC服务区的手机HLR的部分数据。

设备身份登记册

设备身份寄存器由称为国际移动设备身份（IMEI）的移动站设备的身份组成，它可以是有效的、可疑的和禁止的。当移动站访问系统时，在提供服务之前会引发设备验证过程。

该信息以三个列表的形式提供。

白名单-允许终端连接到网络。
灰名单- 终端正在接受网络观察以发现可能存在的问题。
黑名单 - 报告被盗的终端未经类型批准。他们不被允许连接到网络。EIR 向 VLR 通知有关列表的信息，其中包含特定的 IMEI。

认证中心

它与 HLR 相关联。它为每个移动订户存储一个称为身份验证密钥 (Ki) 的身份密钥。该密钥用于生成身份验证三元组。

兰德（随机数），
SRES（签名响应）-验证 IMSI，
Kc（加密密钥）- 对 MS 和网络之间的无线路径上的通信进行加密。

运维中心（OMC）

它是网络运营商可以通过执行以下功能来监视和控制系统的功能实体 -

软件安装
交通管理
性能数据分析
追踪用户和设备
配置管理
订户管理
移动设备管理
计费和计费管理

基站系统 (BSS)

BSS连接MS和NSS。它由以下部分组成 -

基站收发站（BTS）也称为基站。
基站控制器 (BSC)。

BTS和BSC通过标准化Abis接口进行通信。BTS由BSC控制，一个BSC可以控制多个BTS。

基站收发站 (BTS)

BTS 装有无线电收发器并处理与移动站的无线电链路协议。每个BTS由无线电发射和接收设备组成，包括天线、信号处理器等。每个BTS可以支持1到16个RF载波。区分 BTS 的参数包括功率电平、天线高度、天线类型和载波数量。

基站功能

它负责时间和频率同步。
传输时要进行信道编码、加密、复用和调制，接收时要进行反向调制。
它必须根据移动设备与 BTS 的距离提前安排传输（定时提前）。
它必须检测来自移动设备的随机接入请求，测量和监控无线电信道以进行功率控制和切换。

基站控制器

BSC管理一个或一组BTS的无线资源。它处理无线电信道设置、跳频、切换和射频功率电平控制。BSC提供其BTS广播的时间和频率同步参考信号。它在移动台和MSC之间建立连接。BSC通过接口连接到MSC、BTS和OMC。

移动站

是指无线用户使用的终端设备。它包括 -

SIM - 用户身份模块
移动设备

SIM卡是可拆卸的，只要有合适的SIM卡，就可以使用各种移动设备接入网络。

设备身份不与用户关联。该设备通过 IMEI 和 EIR 分别进行验证。SIM 包含带有微处理器、随机存取存储器 (RAM) 和只读存储器 (ROM) 的集成电路芯片。SIM卡应有效，并在MS接入网络时验证其有效性。

SIM 还存储用户相关信息，如 IMSI、小区位置标识等。

移动站功能

无线电发射和接收
广播频道管理
语音编码/解码
无线电链路错误保护
数据流控制
用户数据对无线电链路的速率适配
移动管理

最多可测量六个周围 BTS 的性能并向 BSS 报告，MS 可以存储收到的简短字母数字消息并将其显示在液晶显示器 (LCD) 上，用于显示呼叫拨号和状态信息。

欧洲 GSM 系统规定了五种不同类别的移动电话装置：20W、8W、5W、2W 和 0.8W。这些对应于 43-dBm、39-dBm、37-dBm、33-dBm 和 29-dBm 功率级别。20W 和 8W 装置（峰值功率）适合车载或便携式站使用。MS 功率可按 2 dB 步长从标称值调整至 20mW (13 dBm)。这是在 BTS 的远程控制下自动完成的。

转码器

转码器是插入用于连接MSC侧和移动侧的网络实体。PSTN侧的语音编码率为64Kbps，GSM侧的语音编码率为13Kbps。为了降低空中接口的数据速率并减少地面链路的负载（4:1），在适当的地方引入了代码转换器，主要是通过 MSC。

转码器是一种将 13-Kbps 语音或 3.6/6/12-Kbps 数据复用以及其中四个转换为标准 64-Kbps 数据的设备。首先，通过插入附加同步数据，将 13 Kbps 或 3.6/6/12 Kbps 的数据提高到 16 Kbps 的水平，以弥补 13 Kbps 语音或更低速率数据之间的差异，然后将其中的四个结合在应答器中以在 BSS 内提供 64 Kbps 信道。然后，四个业务信道可以在一个 64-Kpbs 电路中复用。因此 TRAU 输出数据速率为 64 Kbps。

然后，如果 A-bis 接口上提供了 CEPT1 通道，则最多可将 30 个此类 64-Kpbs 通道复用到 2.048 Mbps 上。该通道最多可承载 120-(16x 120) 个流量和控制信号。由于 PSTN 的数据速率通常为 2 Mbps，这是组合 30-Kbps x 64-Kbps 通道或 120-Kbps x 16-Kpbs 通道的结果。

其他网络元素

其他网元包括短信服务中心、语音信箱、短信流等组件。

短信服务中心

它与具有互通功能的 MSC 接口，为移动用户提供短消息服务 (SMS)。SMS 可以发送至传真机、互联网上的 PC 或其他 MS。接收MS的位置由MSC查询并传递。

语音信箱

当移动用户由于繁忙/不在服务区而无法接听来电时，呼叫将被转移到已经由用户激活的邮箱。为此，已与 MSC 建立了单独的连接。订阅者稍后将收到短信提醒并可以检索消息。

短信流程

当用户发送 SMS 时，请求是通过 MSC 发出的。
MSC 将 SMS 转发到 SMSC，并在其中存储 SMS。
SMSC 查询 HLR 以找出目标移动设备在哪里，如果目标移动设备可用，则将消息转发到目标 MSC。
如果手机不可用，则消息将存储在当前 SMSC 本身中。在大多数安装中，如果移动设备无法用于 SMS 传送，SMSC 不会重试。相反，当移动设备返回范围内时，目标 MSC 会通知 SMSC。SMS 处理是一种存储和转发操作，与 USSD 不同。
SMS 有一个有效期，在该有效期内它将等待目标手机可用。此后 SMSC 将删除该消息。有效期可由用户设定。正常有效期为1天。