一、第一代模擬網絡的簡介和缺點（當時也叫類比網絡）

當時典型的系統有：AMPS、NMTS、TACS（它是頻分多址的模擬移動通信系統）

(一)系統制式混雜，不能實現國際漫游，覆蓋有限；

(二)不能提供綜合業務數字網ISDN業務（ISDN是以電話IDN綜合數字電話網為基礎發展演變而成的通信網，能夠提供端到端的數字連接，提供包括語音和非話在內的多種電信業務，用戶能夠通過一組有限的多用途用戶／網絡接口接入網內，并按統一的規程進行通信。）；

(三)系統設備價格高，手機體積大，電池充電后有效工作時間短；

(四)用戶容量受到限制，系統擴容困難，而且訊號不好；

(五)系統保密性差、安全性差，易被破解竊聽。

二、第二代GSM數字移動通信系統簡介及優點（也叫數位網絡）

它是一個泛歐式的移動通信系統主要代表有TDMA、CDMA、PDC與 i DEN，1990年從歐洲發展而來。

（一）優點是：

（1）頻譜利用率更高，進一步提高了系統容量

（2）GSM提供了一種公共標準，便于實現全自動國際漫游，在GSM系統覆蓋到的地區均可提供服務

（3）能提供新型非話業務

（4）信息傳輸時保密性好，入網信息安全性好

（5）數字無線傳輸技術抗衰落性能較強，傳輸質量高、話音質量好

（6）可降低成本費用，減小設備體積，電池有效使用時間較長

（二）主要技術及參數。

（1）頻段：

a)下行：935～960MHz（基站發，移動臺收）；

b)上行：890～915MHz（移動臺發，基站收）；

（2）頻帶寬度：25MHz；

（3）通信方式：全雙工；

（4）載頻間隔：200KHz；

（5）信道分配：每載頻8時隙；全速信道8個，半速信道16個（TDMA）；

（6）信道總速率：270.8kbit/s；

（7）調制方式：GMSK，BT=0.3；

（8）話音編碼：RPE-LTP，輸出速率為13kbit/s；

（9）數據速率：9.6～14.4kbit/s；

（10）跳頻速率：217跳/秒；

（11）每時隙信道速率：33.8kbit/s

（12）分集接收，交織信道編碼，自適應均衡…

三、GSM系統的組成及網絡機構

（一）整體組成：

（1）網絡子系統NSS（交換子系統SS ）

a)移動業務交換中心MSC、歸屬用戶位置寄存器HLR、訪問用戶位置寄存器VLR、鑒權中心AUC、設備識別寄存器EIR

（2）基站子系統BSS

a)基站控制器BSC、基站收發信機BTS

（3）操作維護子系統OSS

a)操作維護中心OMC

（4）移動臺子系統MS

四、詳細介紹系統組成各個部分

（一）NSS

1.功能：GSM系統的交換功能；用于用戶數據管理、移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能；對GSM移動用戶間通信和GSM移動用戶與其它通信網用戶間通信的管理作用

2.組成：

（1）MSC

（2）數據庫：HLR、VLR、AUC、EIR

3. MSC

（1）是網路的核心

（2）完成系統的電話交換功能

a)呼叫建立、控制、終止；選路；

b)業務的提供；計費處理；區內切換；

c)功能實體間及網絡間接口；公共信令等

（3）從HLR、VLR、AUC中獲取位置登記和呼叫請求所需的數據

（4）提供移動性能和其他網絡功能

（5）……

（6）類型

a)普通MSC

b)網關MSC（GMSC）：網間互通

c)匯接MSC（TMSC）：長途匯接

4.HLR

（1）用于管理移動用戶的數據庫，靜態數據庫

（2）存儲信息：

a)用戶信息：用戶的入網信息，注冊的有關業務信息等；

b)位置信息

c)分配給移動用戶的兩個號碼：IMSI、MSISDN

5.VLR

（1）服務于其控制區域內移動用戶 提供建立呼叫接續的必要條件

（2）存儲信息：進入其控制區域內已登記的移動用戶的相關信息

（3）動態用戶數據庫

6.AUC

（1）屬于HLR的一個功能單元

（2）用于GSM系統的安全性管理 ，對無線接口上的話音、數據和信號信息進行保密，防止無權用戶接入系統，并保證通過無線接口的移動用戶信息的安全

（3）存儲信息：鑒權信息和加密密鑰

7.EIR

（1）防止非法使用偷竊的、有故障的或未經許可的移動設備

（2）存儲信息：移動設備的國際移動設備識別碼（IMEI）

（二）BSS

1.與無線蜂窩方面關系最直接的基本組成部分

2.功能：

（1）通過無線接口直接與移動臺相接，負責無線收發和無線資源管理

（2）與網絡子系統中的移動業務交換中心相連，實現移動用戶間或移動用戶與固定網用戶間的通信連接，傳送系統信號和用戶信息

3.BSC

（1）BSS的控制部分

（2）各種接口的管理、無線資源和無線參數的管理

（3）控制切換，移動臺功率控制

4.BTS

（1）BSS的無線部分

（2）由BSC控制并服務于某個小區的無線收發信設備，完成BSC與無線信道間的轉接，實現BTS與MS間的無線傳輸及相關的控制功能

（三）OSS

（1）內容：移動用戶管理、移動設備管理及網路操作和維護

（2）網路操作和維護：對GSM系統的BSS和NSS進行操作和維護的管理，由OMC完成

a)網絡的監視、操作（告警、處理等）；

b)無線規劃（增加載頻、小區等）；

c)交換系統的管理（軟件、數據的修改等）；

d)性能管理（產生統計報告等）

（3）移動用戶管理：用戶數據管理和呼叫計費

a)用戶數據管理一般由HLR來完成，包括 SIM卡的管理

b)呼叫計費可由移動用戶所訪問的各MSC和GMSC分別處理，也可采用通過HLR或獨立的計費設備集中處理

（4）移動設備管理是由EIR完成

（四）MS

（1）用戶使用的設備

（2）類型：手機、車載臺、便攜臺

（3）通過無線接口接入GSM系統的通常的無線處理功能；提供與使用者間的接口

（4）用戶識別模塊SIM：

a)包含所有與用戶有關的信息和某些無線接口的信息，其中也包括鑒權和加密信息

b)處理異常的緊急呼叫時（如119、110、120、122等），可以不插入SIM卡

五、網絡結構

（一）無線覆蓋區域結構

（二）GSM移動業務本地網的網絡結構

（1）規模較小的本地網

（2）中規模移動本地網

（3）大規模移動本地網

（三）GSM話路網的網絡結構

（1）二級網絡結構

（2）三級網絡結構

a)業務量大的三級網絡

b)業務量小的三級網絡

（3）二三級混合的結構

六、GSM系統的總體框圖

說明：

（1）MS移動臺、

（2）OMC操作維護中心、

（3）MSC移動業務交換中心

（4）SC短信業務中心、

（5）HLR歸屬位置寄存器、

（6）AUC鑒權中心

（7）VLR來訪位置寄存器、

（8）BSC基站控制器、

（9）BTS基站收發心臺

（10）EIR移動設備識別寄存器、

（11）PSTN共用電話網、

（12）ISDN綜合業務數字網

（13）PSPDN分組交換共用數據網、

（14）MAP移動應用部分、

（15）TUP電話用戶部分

（16）BSSAP基站子系統應用部分

七、GSM網絡和其他網絡的互聯

（一）移動網與其他網絡之間應設置接口局

（1）接口局的數量應盡量少

（2）接口局可獨立設置，也可兼設

（二）互聯雙方的接口局作為網間結算的計費點對來去話進行計費

（三）GSM話路網與No.7信令網的關系

（1）信令網與話路網相對獨立

（2）話路網和信令網 間的關系：

a)TMSC1連到HSTP（高級信令轉接點）

b)TMSC2和MSC連到LSTP（低級信令轉接點）

c)MSC設信令點SP

八、編號

（一）移動用戶的ISDN號碼MSISDN

1.主叫用戶為呼叫GSM用戶所需的撥叫號碼

2.號碼結構

（1）國家碼CC：我國為86

（2）國內有效ISDN號：

a)移動業務接入號NDC（N1N2N3 ）：13S（S=9～4屬于中國移動；S=0～3屬于中國聯通）

b)HLR識別號：

c)移動用戶號：ABCD

（二）撥號程序：

（1）移動→本地固定：PQRABCD

（2）移動→外地固定：

（3）移動→移動：

（4）固定→本地移動：

（5）固定→外地移動：

（6）移動→緊急呼叫：直接撥號(如110、119、120、122、112)

（7）普通特服撥號與固定電話方法相同

其中，XYZ為長途區號；PQR為市話局端局號；ABCD為用戶號

（三）國際移動用戶識別碼IMSI

（1）用于在國際上唯一識別移動用戶

（2）結構（15位）：如圖所示

a)我國MCC為460

b)MNC的值中國移動為00、中國聯通為01

（四）臨時移動用戶識別碼TMSI

（1）為了對IMSI保密，IMSI僅在空中傳送一次，便由VLR給來訪移動用戶分配一個惟一的TMSI號碼替代

（2）僅在本地有效 ，當用戶離開此VLR服務區后釋放

（3）由VLR臨時分配

（五）移動用戶漫游號碼MSRN

（1）用于在呼叫時為移動用戶選路

（2）VLR臨時分配 ，接續完成后即釋放

（3）在被訪VLR區域內是惟一有效的

（六）區域識別

（1）位置區識別碼LAI

結構：MCC+MNC+LAC

a)LAC用于識別移動網中的一個位置區

（2）全球小區識別碼GCI

b)用于在全球范圍內識別小區

c)結構：MCC+MNC+LAC+CI

CI用于小區識別

（七）基站小區識別碼BSIC

（1）用于識別相鄰國家、地區或不同運營商的相鄰

（2）結構：NCC+BCC

a)NCC為網絡色碼，用于識別不同國家（國內區別不同的省）及不同運營商

b)BCC為基站色碼，由運營部門設定

（八）國際移動設備識別碼IMEI

（1）用于在國際上惟一地識別一個移動設備.用于監控被竊或無效的移動設備。

（2）結構（15位）：TAC(6)+FAC(2)+SNR(6)+SP(1)

a)TAC為型號批準碼，由歐洲型號中心分配；

b)FAC為工廠裝配碼，由廠家編碼，表示生產廠家及裝配地；

c)SNR為序號碼，由廠家分配；

d)SP為備用

（3）IMEI可在待機狀態下按“*#06#”讀取

a)讀取的IMEI碼與手機后蓋板上的條碼標簽、外包裝上的條碼標簽應一致

（九）MSC/VLR號碼

（1）在No.7信令消息中使用的、代表MSC的號碼

（十）HLR號碼

在No.7信令消息中使用的、代表HLR的號碼

（十一）切換號碼HON

目標MSC(即切換到的MSC)臨時分配給移動用戶的一個號碼，用于路由選擇

（十二）短消息中心號碼

在No.7信令消息中使用的、代表短消息中心的號碼

結構：

1.X1X2X3與當地的長途區號相同，兩位長途區號的地區X3設為0

2.用戶發送短消息前，必須先設置短消息中心號碼

八、電路群的設置

（一）各移動匯接中心間及與移動端局間，設置話音專線時，電路群有低呼損電路群和高效直達電路群兩類

（二）二級網絡結構的長途網

（1）在一級匯接中心TMSC1間設置低呼損電路群，形成網狀網

（2）移動端局或本地匯接局至本省一對一級匯接中心間設置低呼損電路群

（三）三級網絡結構的長途網

（1）在一級匯接中心TMSC1間設置低呼損電路群，形成網狀網

（2）二級匯接中心應與其相對應的一級匯接中心間設置低呼損電路

（3）二級匯接中心TMSC2間設置低呼損電路

（4）各移動端局與本地匯接局至本省一對二級匯接中心間設置低呼損電路群。

（四）本地網

（1）無本地匯接

A.端局間網狀網相連，所有端局間設低呼損路由

B.各本地網內的端局應與上一級的匯接中心間設低呼損電路群

（2）有匯接局

A.本地網內端局間話務量足夠大時應盡量設高效直達路由，通過TMm的轉接，可作為端局間的第二路由

B.設有TMSC1、TMSC2的本地網，或端局業務量較大需要連到TMSC1、TMSC2的本地網。各本地網內的端局應與其一級、二級匯接中心間設高效直達路由，經本地匯接與一級、二級匯接中心的鏈路為迂回路由

九、路由選擇

（一）路由選擇原則為

（1）PSTN用戶呼叫移動用戶時，盡可能快進入移動網查詢路由；

（2）移動用戶呼叫PSTN用戶，立即進入PSTN，由PSTN進行接續。

（二）國內呼叫接續

（1）移動用戶呼叫PSTN用戶

A.始呼MSC分析被叫號碼為PSTN用戶，則立即從始發地通過接口局GWm接至GWp，進入PSTN網

（2）PSTN用戶呼叫移動用戶

PSTN端局根據移動業務接入號（13S），通過接口局GWp就近接入GMSC，GMSC分析，導出被叫移動用戶的HLR地址信息。通過No.7信令網，從HLR得到該用戶目前的位置信息，即MSRN，GMSC經移動網接續至用戶所在MSC

（3）GSM用戶呼叫GSM用戶

始發MSC通過TMSC查詢到被叫用戶的路由信息MSRN，由主叫所處的MSC接續至被叫所處的被訪MSC（VMSC）

（4）國際呼叫接續

a）移動用戶用為國際呼叫的主叫：始發MSC分析為國際接入碼00后，則立即從始發地通過接口局進入PSTN網

b）移動用戶作為國際呼叫的被叫：由國外一直接續到北京、上海、廣州PSTN的國際局，就近接入移動本地的接口局，在當地GMSC進行路由查詢，并建立接續

（三）呼叫過程

（1）移動用戶主呼：

a)當移動用戶撥被呼用戶的號碼，再按“發送”鍵（延遲撥發）

b)系統鑒權后若允許該主呼用戶接入網絡，則MSC/VLR發證實接入請求消息，主呼用戶發起呼叫。

c)被呼用戶的鏈路準備好后，網絡便向主呼用戶發出呼叫建立證實，并分配專用業務信道TCH，主呼用戶等候被呼用戶響應的證實信號，即完成移動用戶的主呼過程

（2）移動用戶被呼：

a)被呼的移動用戶的路由到達該移動用戶所登記的MSC/VLR后，由該MSC/VLR向移動用戶發尋呼消息

b)位置區內所有的基站都向移動用戶發尋呼消息，進行一齊呼叫

c)在位置區內守聽的被叫用戶收到尋呼消息并立即響應，即完成移動用戶的被呼過程

九、GSM移動通信網絡接口模型或者叫協議模型

說明：GSM系統的接口，其實就是對等層協議，所以說接口模型就是協議模型

（一）A接口

基站控制器BSC和MSC之間，屬于固網接口。即A接口，信令協議基于CCITT的SS7.

1.網絡子系統NSS與基站子系統BSS間的通信接口

2.MSC與BSC間的互連接口

3.傳遞的信息包括移動臺管理、基站管理、移動性管理、接續管理等

4.標準的2.048Mbit/s的PCM數字傳輸鏈路實現

（二）Abis接口

1.基站子系統的兩個功能實體基站控制器BSC和基站收發信臺BTS間的通信接口

2.用于BTS（不與BSC并置）與BSC間的遠端互連

3.支持所有向用戶提供的服務，并支持對BTS無線設備的控制和無線頻率的分配

4.采用標準的2.048Mbit/s或64kbit/sPCM數字傳輸鏈路實現

（三）Um接口(空中接口)：

（1）移動臺與基站收發信機BTS間的通信接口

（2）用于移動臺與GSM系統設備間的互通

（3）通過無線鏈路實現

（4）傳遞的信息包括無線資源管理、移動性管理和接續管理等

（四）用戶與網絡間的接口(Sm接口)

（1）用戶與網絡間的接口,用戶識別卡SIM與移動終端ME間接口

（2）傳遞的信息包括用戶對移動終端進行操作，移動終端向用戶提供顯示、信號音等

（五）網絡子系統內部接口

（1）D接口

a)HLR與VLR間的接口

b)用于交換有關移動臺位置和用戶管理的信息，保證移動臺在整個服務區內建立和接收呼叫

c)通過MSC與HLR間的標準2.048Mbit/s的PCM數字傳輸鏈路實現

（2）B接口

a)VLR與MSC間的內部接口

b)用于MSC向VLR詢問有關移動臺當前的位置信息或者通知VLR有關移動臺的位置更新信息等

（3）C接口

a)HLR與MSC間的接口

b)用于傳遞路由選擇和管理信息

（4）E接口

a)相鄰區域的不同MSC間的接口

b)用于切換過程中交換有關切換信息以啟動和完成切換

（5）F接口

a)MSC與EIR間的接口

b)用于交換相關的IMEI管理信息

（6）G接口

a)VLR間的接口

b)用于在采用TMSI的MS進入新的MSC/VLR服務區域時向分配TMSI的VLR詢問此移動用戶的IMSI信息

十、GSM系統的安全措施

（一）用戶識別模塊SIM

1．功能

（1）存儲數據：

a)用戶身份認證所需的信息，如IMSI、TMSI、用戶鑒權鍵Ki等

b)存儲安全保密有關的信息，如加密密鑰Kc、密鑰序號n、加密算法A3、A5、A8、個人識別碼PIN、PIN碼出錯計數、SIM卡狀態、個人解鎖碼PUK等

c)存儲與網絡和用戶有關的管理數據，如PLMN代碼、LAI、用戶登記的通信業務等

d)存儲用戶的個人信息

（2）執行安全操作：

a)進行用戶入網的鑒權

b)用戶信息的加密

c)TMSI的更新

d)用戶PIN碼的操作和管理

2.組成：CPU、工作存儲器RAM，程序存儲器ROM、數據存儲器EEPROM和串行通信單元5個模塊組成

3.結構：

4. 使用：

（1）SIM卡的安全用PIN碼和PUK碼保證

a)PIN碼連續輸錯三次后SIM卡將閉鎖

b)SIM卡解鎖需輸入正確的PUK碼，PUK碼連續輸錯10次，SIM將報廢

c)用戶的入網信息存在SIM卡中，而SIM卡很難仿造，可確保用戶側的信息安全

（2）SIM卡的使用有一定年限

a)物理壽命取決于用戶的插拔次數，約在1萬次左右

b)集成芯片的壽命取決于數據存儲器的寫入次數，約在5萬次左右。

c)不同廠家指標不同，SIM卡的壽命也略有不同

（3）注意事項：

a)不要人為浸水

b)不要彎折SIM卡

c)不要經常插拔SIM卡

d)拆卸SIM前先關手機電源

e)SIM卡表面氧化或弄臟后，不用硬物刮擦，可用酒精清洗，也可用橡皮擦拭；

f)正確輸入PIN碼，當SIM卡閉鎖后輸入正確PUK碼解鎖

（4）移動設備的識別

a)確保系統中使用的移動設備都是合法的設備

b)MS申請接入時向系統發送IMEI

i.MSC/VLR將IMEI發送給EIR

ii.EIR的三個清單（白名單、黑名單、灰名單）中比對，以決定是否允許入網

（二）安全措施

（1）安全措施：

a)鑒權

b)加密

c)用戶識別碼的保密

d)SIM卡的安全

e)移動設備的識別

（2）參數：

a)RAND（RANDOM）128bit不可預測的隨機數

b)對RAND和Ki用加密算法A3計算出符號響應SRES

c)用加密算法A8計算出加密密鑰Kc .

（三）鑒權

（1）在MS登記入網和呼叫時判斷是否是有權用戶

（2） 過程：

a)AUC產生隨機數RAND，并進行A3運算

b)RAND同時通過公共控制信道送給移動終端，在SIM卡中進行A3運算

c)運算結果在VLR中進行比較，一致則為有權用戶

鑒權原理圖如下：

（四）加密

（1）在空中接口中對用戶數據和信令保密

（2）過程：

a)對Ki和RAND進行A8運算產生密鑰Kc.其中Ki和RAND參數和鑒權過程中使用的參數相同，產生密鑰分別存儲在網絡側和用戶側。

b)根據加密啟動指令，移動用戶和基站便開始用Kc和TDMA幀號產生加密序列

c)用摩爾加原理對無線路徑上傳送的比特流進行加密或解密

加密原理圖:

（五）用戶識別碼的保密

（1）為防止IMSI被竊取，由VLR分配TMSI代替IMSI在空中傳輸，并不斷更新

（2）TMSI的更新

十一、GSM的基本業務

（1）電話業務

a)提供移動用戶與固定網用戶間的實時雙向通話

b)提供兩個移動用戶間的實時雙向通話

（2）緊急呼叫業務

a)優先于其它業務

b)在移動用戶沒有插入SIM卡時也可使用

（3）短消息業務

a)在移動電話上直接發送和接收文字或數字消息

b)包括移動臺間點對點的短消息業務，以及小區廣播式短消息業務

（4）語音信箱業務

a)按聲音信息歸屬于某用戶來存儲聲音信息，用戶可根據自己的需要隨時提取

b)三種操作：

用戶留言；

用戶以自己的GSM移動電話提取留言；

用戶以其他電話提取留言；

（5）傳真和數據通信業務

a)收發傳真、閱讀電子郵件、訪問、登錄遠程服務器等

十二、GSM的補充業務

(一)用戶在使用補充業務前，應在歸屬局申請使用手續，在獲得某項補充業務的使用權后才能使用

(二)系統按用戶的選擇提供補充業務，用戶可隨時通過移動電話通知系統為自己提供或刪除某項具體的補充業務

(三)操作

（1）激活補充業務（從現在開始本移動電話使用某項補充業務）

（2）刪除補充業務（從現在開始本移動電話暫不使用原已激活的某項補充業務）

（3）查詢補充業務

（四）類型：

（1）號碼識別補充業務類

a）主叫號碼識別顯示

b）主叫號碼識別限制

c）被連號碼識別顯示

d）被連號碼識別限制

（2）呼叫提供類補充業務

a無條件呼叫轉移

b遇忙呼叫轉移

c無應答呼叫轉移

d不可及呼叫轉移

（3）呼叫限制類補充業務

a閉鎖所有出呼叫

b閉鎖所有國際出呼叫

c閉鎖除歸屬PLMN國家外所有國際出呼叫

d閉鎖所有入呼叫

e當漫游出歸屬PLMN國家后，閉鎖入呼叫

（4）呼叫完成類補充業務

a呼叫等待

b呼叫保護

c至忙用戶的呼叫完成

（5）多方通信類補充業務（如三方通信）

（6）集團類補充業務（如移動虛擬網）

（7）計費類補充業務