4 ＧＳＭ数字移动通信网
4.1 系统结构
ＧＳＭ数字移动通信系统由移动交换子系统（ＭＳＳ）和基站子系统(ＢＳＳ)两大部分组成，如图9所示。
4.1.1 移动台（ＭＳ）
移动台可以是手机或车载台，每个ＭＳ有一个唯一的设备识别码。所有的ＧＳＭ移动台无法独立工作，需配上某一移动通信运营商提供的用户识别卡（ＳＩＭ），才能正常工作。每片ＳＩＭ卡拥有唯一的ＧＳＭ移动用户号簿号与移动用户识别码。移动用户号簿号由ＧＳＭ业务接入号（139、138、130等）、ＨＬＲ识别号Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3和用户号码ＡＢＣＤ构成，Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3也可用来识别移动本地网。移动用户识别码由我国的移动国家号码460、数字移动公网网号（例如中国电信00、中国联通01）、ＨＬＲ识别号Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3和用户码构成，移动用户识别码共15位，是数字移动公网中唯一识别用户的号码，一般写入ＳＩＭ卡中。
4.1.2 基站子系统（ＢＳＳ）
ＢＳＳ包括基站控制器（ＢＳＣ）和基站收发信设备（ＢＴＳ）。一个ＢＳＣ控制多个ＢＴＳ，一般情况下一个ＢＳＣ的管辖区为一个位置区。
4.1.3 移动交换子系统（ＭＳＳ）
ＭＳＳ包括移动业务交换中心（ＭＳＣ）、归属用户位置寄存器（ＨＬＲ）、访问用户位置寄存器（ＶＬＲ）、鉴权中心（ＡＵＣ）和设备识别寄存器（ＥＩＲ）等。
（1）移动业务交换中心（ＭＳＣ）
ＭＳＣ是移动通信网络的业务节点设备。它具有面向其他功能实体（ＢＳＳ、ＨＬＲ、ＶＬＲ、ＡＵＣ、ＥＩＲ、ＯＭＣ等）和面向固定网（ＰＳＴＮ、ＩＳＤＮ、ＰＳＰＤＮ等）的各种接口。它提供交换功能，即在接续移动用户呼叫移动用户、移动用户呼叫固定用户和固定用户呼叫移动用户时与ＢＳＣ一起完成对传输链路（包括无线链路）的选路与连接功能。
移动本地网中设有一个或多个ＭＳＣ，当为多个ＭＳＣ时，可指定其中的一个或两个ＭＳＣ为关口ＭＳＣ（ＧＭＳＣ）。移动本地网中各ＭＳＣ通过ＧＭＳＣ与ＰＳＴＮ、ＩＳＤＮ、ＰＬＭＮ（公共陆地移动通信网）等公网相连接。
（2）访问用户位置寄存器（ＶＬＲ）
一般情况下ＶＬＲ和ＭＳＣ一一对应，并处在同一物理实体之中。ＶＬＲ用来暂存其管辖区内所有ＭＳ的用户数据，暂存数据来自ＨＬＲ和ＢＳＣ，包括移动用户识别、ＭＳ所处位置区识别及业务、登记、鉴权等信息。
当ＭＳ进入某一ＭＳＣ／ＶＬＲ业务区或在某一业务区开机申请位置登记时，接受登记的ＶＬＲ将该ＭＳ的用户识别号和ＶＬＲ识别号送其归属的ＨＬＲ，若为合法用户则ＶＬＲ从归属ＨＬＲ获取其用户数据并暂存在ＶＬＲ。当此ＭＳ被呼时，被呼ＭＳ归属ＨＬＲ要求该ＶＬＲ给被呼ＭＳ分配一漫游号送ＨＬＲ暂存。漫游号为13x00Ｍ1Ｍ2Ｍ3ＡＢＣ，其中的x00 Ｍ1Ｍ2Ｍ3部分唯一的决定了被呼ＭＳ所在的移动本地网及所属ＭＳＣ。主呼ＭＳ所在的ＭＳＣ可将被呼ＭＳ归属ＨＬＲ中暂存的被呼ＭＳ漫游号作为该次呼叫路由选择的依据。这里需说明一下，处于非漫游状态的本地被叫ＭＳ同样需分配一个漫游号，作路由接续的依据。
（3）归属用户位置寄存器（ＨＬＲ）
一个移动本地网一般设有一个或两个ＨＬＲ，ＨＬＲ是移动运营商用于管理移动用户的数据库。每个移动用户均应在某一ＨＬＲ进行注册登记，某一ＭＳ移动用户识别码中的Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3即为其归属ＨＬＲ的代码。ＨＬＲ主要存贮两类信息，一是移动用户的静态数据，例如：用户类别、识别号码、访问能力、补充业务等；二是当前的位置信息，即包含有当前该ＭＳ所在的ＶＬＲ识别号和在接续期间暂存的被呼ＭＳ漫游号。
（4）设备识别寄存器（ＥＩＲ）
设置了ＥＩＲ是为防止非法使用盗窃的或没有入网许可证的移动设备进网使用。ＥＩＲ是存贮有关移动设备身份和黑名单的数据库，ＥＩＲ根据ＭＳ开机时发出的设备识别码完成对移动设备的识别、监视和闭锁等功能。
（5）鉴权中心（ＡＵＣ）
是网络对移动用户合法性的检查实体。可在移动用户始呼、被呼、位置更新时对用户实施鉴权，并经常更新鉴权数据，以保障用户的合法权益。 4.1.4 操作维护中心（ＯＭＣ） 公共陆地移动通信网设有各级操作维护中心来对设备与网络的运行进行管理。 4.2 移动通信网中的区域定义
（1）小区：一个采用全向天线基站所覆盖的区域，或一个采用定向无线基站的某个扇形覆盖区。
（2）基站区域：一个基站的所有小区所覆盖的区域。
（3）位置区：ＭＳ可以任意移动而无需进行位置更新的区域。在现有网络中一般将一个ＢＳＣ所控制的区域定义为一个位置区。为了呼叫在此位置区域内的某一ＭＳ，可在同一位置区内所有基站同时对该ＭＳ发起广播寻呼。
（4） 移动交换区（业务区ＭＳＣ）：一个ＭＳＣ／ＶＬＲ所控制的业务区域，可以覆盖数个位置区。
（5）移动本地网：原则上与一个长途区号所对应的区域可以建立一个移动本地网，网内可设置一个或多个ＭＳＣ。
（6）公用陆地移动通信网（ＰＬＭＮ）：某一移动运营商（例如：中国移动、中国联通）所建立的移动通信网。网内具有统一的编号制度与统一的路由计划。
（7）服务区：为注册在某一ＰＬＭＮ的移动用户可获得的服务区域，即不同通信网（ＰＬＭＮ、ＰＳＴＮ、ＩＳＤＮ等）用户无需知道该ＭＳ实际位置而可以与之通信的区域（包括国际漫游区域）。
4.3 ＧＳＭ公共陆地移动通信网网络结构
4.3.1 我国ＧＳＭ ＰＬＭＮ网络结构
我国ＧＳＭ ＰＬＭＮ 采用三级结构，由一级移动业务汇接中心（ＴＭＳＣ1）、二级移动业务汇接中心（ＴＭＳＣ2）和移动端局ＭＳＣ组成。原ＴＭＳＣ1分别设在8个大区中心，各省分别设置ＴＭＳＣ2。ＴＭＳＣ1之间网状网连接，各ＴＭＳＣ1与所属ＴＭＳＣ2之间设置低损耗直达路。我国ＧＳＭ ＰＬＭＮ网络结构以及与ＰＳＴＮ的连接见图10。随着ＧＳＭ网的高速发展，自1998年起在省会城市新建、扩建28对ＴＭＳＣ1，新老ＴＭＳＣ1之间网状网连接，使原大区中心的ＴＭＳＣ1作用逐渐淡化。随着光纤的大量敷设，有可能将ＴＭＳＣ1与ＴＭＳＣ2逐步合并为ＴＭＳＣ，届时我国ＧＳＭ ＰＬＭＮ将演变为二级网。
4.3.2 ＧＳＭ移动本地网网络结构
一般每个移动本地网设置一个ＨＬＲ，建立一个或多个ＭＳＣ，在多个ＭＳＣ情况下设置ＴｍＭＳＣ和ＧＭＳＣ，其中ＴｍＭＳＣ为移动电话本地汇接局，移动本地网中的各ＭＳＣ通过局间中继连接ＴＭＳＣ，ＧＭＳＣ通过局间中继连接ＴＭＳＣ、本地市话汇接局和本地长话局，网络结构如图11所示。对特大城市可增设ＧＭＳＣ与ＨＬＲ。
4.3.3 省内ＧＳＭ ＰＬＭＮ网络结构
全省ＰＬＭＮ由省内各移动本地网构成。一般在省会城市设一对ＴＭＳＣ1负责省际话务转接，全省范围内设若干个ＴＭＳＣ2负责省内话务转接，并与省内或大区中心的一对ＴＭＳＣ1相连，网络结构如图12所示。
4.4 ＧＳＭ漫游通信（Ｒｏａｍｉｎｇ）
当一个移动用户离开其归属的移动本地网（或归属ＨＬＲ辖区）进入其他移动本地网覆盖区时，即成为一个漫游用户。在ＧＳＭ移动信令网中各ＨＬＲ、ＶＬＲ均以Ｎｏ．7信令联网；在ＧＳＭ移动话路网中各ＭＳＣ均以ＰＬＭＮ的话路中继联网，造就了ＧＳＭ漫游的先天优势。移动用户根据与ＧＳＭ网络运营商的签约，决定其省内、国内或国际漫游有权。下面以一个漫游到北京的1390571××××杭州ＭＳ为例来说明漫游通信的工作过程。
当杭州ＭＳ进入北京移动本地网的某业务区，或在某一业务区开机时，自动向该业务区的ＭＳＣ／ＶＬＲ发出移动用户识别码申请位置登记。ＶＬＲ（北京）根据用户识别码中的Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3为0571而判此ＭＳ为杭州ＭＳ，通过移动信令网将漫游ＭＳ的用户识别号与ＶＬＲ（北京）识别号送该漫游用户的归属ＨＬＲ（杭州）并获取该用户信息，若该用户为国内漫游有权，则将该漫游用户信息分别存入ＶＬＲ（北京）及归属ＨＬＲ（杭州）。当该漫游用户被呼时，ＶＬＲ（北京）分配一个漫游号回送归属ＨＬＲ（杭州），作为该次呼叫路由接续的依据。漫游用户在异地呼出时，与本地移动用户呼出工作过程类似，只是在计费上有所差异。
4.5 呼叫的路由与接续
4.5.1 固定用户呼叫移动用户
(1)固定用户呼本地移动用户
该次呼叫经市话汇接局中继电路接至当地ＧＭＳＣ，ＧＳＭＣ根据被呼叫用户Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3访问其归属ＨＬＲ，从而获取被叫的路由信息（漫游号），并将该次呼叫接至被叫所在的ＭＳＣ。ＭＳＣ从ＶＬＲ数据库中获取被叫所在的位置区识别号，并对该位置区内所有基站发出寻呼，被叫ＭＳ应答后，该次呼叫被接通。
(2)固定用户呼叫外地移动用户
ＧＳＭＣ根据被呼用户的Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3通过移动Ｎｏ．7信令网访问其归属ＨＬＲ（外地），从而获取被叫的路由信息，并通过ＰＬＭＮ将呼叫接至被叫所在地的ＭＳＣ。
(3)固定用户呼叫本地漫游到外地的移动用户
ＧＭＳＣ根据被呼用户的Ｈ0Ｈ1Ｈ2Ｈ3访问本地归属ＨＬＲ，从而获取被叫路由信息，并通过ＰＬＭＮ将呼叫接至被叫漫游地的ＭＳＣ。
4.5.2 移动用户呼叫固定用户
(1)移动用户呼本地固定用户
由ＭＳＣ／ＶＬＲ接受该次呼叫并送当地ＧＭＳＣ。若被叫长途区号为本地长途区号，则ＧＭＳＣ将该次呼叫接续本地市话网。
（2)移动用户呼叫外地固定用户
若被叫长途区号非本地长途区号，则ＧＭＳＣ将该次呼叫接续本地长话局，或通过移动运营商建设的ＰＬＭＮ接通主叫所在的ＭＳＣ和被叫所在地ＧＭＳＣ，并通过被叫所在地ＧＭＳＣ接续当地市话网。
4.6 ＧＳＭ网的移动数据业务
4.6.1 ＧＳＭ网的电路交换移动数据业务
在ＧＳＭ网中可利用话音信道开通电路交换移动数据业务，例如便携式电脑配上带有数据接口的手机（ＭＳ），则可实现移动接入ＩＰ网。
ＧＳＭ数字移动通信系统类似Ｎ－ＩＳＤＮ系统，两者均可提供端对端的数据通道，不同的是ＩＳＤＮ用户端Ｂ通道速率为64 ｋｂｉｔ／ｓ，而在ＧＳＭ系统中，单信道数据口最高速率为9.6 ｋｂｉｔ／ｓ。在ＧＳＭ手机中，加入终端适配功能单元（ＴＡＦ），则可提供以下两类数据终端的接入。
（1）单信道情况下，提供速率为9.6 ｋｂｉｔ／ｓ或9.6 ｋｂｉｔ／ｓ以下符合原ＣＣＩＴＴ标准的Ｖ系列或Ｘ系列终端的接入。
（2）提供标准ＩＳＤＮ终端，可按原ＣＣＩＴＴ Ｖ．110标准插入填充比特将用户数据速率调整到64 ｋｂｉｔ／ｓ的标准ＩＳＤＮ终端接入。
在ＧＳＭ网络与其他公网连接处，插入互通功能单元(ＩＷＦ)。ＭＳＣ根据“承载能力”信息单元选择合适ＩＷＦ，则可提供下述3种移动数据接入ＩＰ网方式。
（1）符合Ｖ系列标准的数据通过Ｍｏｄｅｍ 池、ＰＳＴＮ和接入服务器接入ＩＰ网。
（2）从ＭＳＣ直接输出的64 ｋｂｉｔ／ｓ不受限数字通过ＩＳＤＮ网和接入服务器接入ＩＰ网。
（3）通过ＧＳＭ网中移动运营商的ＩＳＰ接入服务器接入ＩＰ网。
4.6.2 手机上网的ＷＡＰ功能
ＷＡＰ手机可通过ＧＳＭ移动数据通道和ＷＡＰ网关进入ＩＰ网，以达到直接在手机屏幕上浏览网上信息的目的。根据手机ＣＰＵ功能弱、内存少、显示屏小等特点所制订的ＷＡＰ协议是Ｗｅｂ协议的简化。ＷＡＰ手机屏幕运行微浏览器，微浏览器使用无线标记语言(ＷＭＬ)显示黑白文字与简单图像，ＷＭＬ是ＨＴＭＬ（Ｗｅｂ页面使用的超文本标记语言）的简化。ＷＡＰ手机可登录ＷＡＰ网站，或通过将ＨＴＭＬ转化为ＷＭＬ的过滤器登录Ｗｅｂ网站。
4.6.3 短消息业务
ＧＳＭ网利用控制信道传送短消息数据，每条短消息（报文）长度不超过140 Ｂｙｔｅ。在ＭＳＣ的短消息中心（ＳＭＣ）对短消息进行存储、转发，这类似于报文交换方式。若手机没有开机或不在覆盖区内，则短消息存储在ＳＭＣ中，等手机有效时再进行转发。与寻呼业务不同，ＳＭＣ发出的短消息得不到被呼手机的确认信息时，自动定时重发。短消息业务除提供用户收发短消息外，还可进行信息点播和利用短消息数据通道传送定位、遥测、遥控、报警等少量短数据。但目前一般手机生产厂商不公开短消息数据的接口规范。
4.6.4 通用分组无线业务（ＧＰＲＳ）
当前ＧＳＭ网上的移动数据业务限于电路交换移动数据业务和短消息业务。两者在速率、延时、容量和效率方面的不足限制了ＧＳＭ网移动数据业务的发展，而ＧＰＲＳ克服了两者的缺陷，为发展移动公网移动数据业务创造了前提，ＧＰＲＳ具有以下特点：
(1)ＧＰＲＳ从空中接口到地面接入及核心网均采用分组交换技术，多个移动终端共享无线信道，极大地提高了信道利用率。
(2)话音信道与数据信道可根据需要动态分配。
(3)极限情况下可将空中接口的一个载频8个时隙（信道）全都用来传送数据，这样ＧＰＲＳ最高速率可达171.2 ｋｂｉｔ／ｓ。
高速率、低成本的ＧＰＲＳ可提供移动上网，可以增强ＷＡＰ和短消息功能，可传递遥控、遥测、ＰＯＳ、ＯＡ、ＭＩＳ等数据信息，并适用于ＧＰＳ车辆定位、调度、报警等实时性要求高的移动数据业务。
具有ＧＰＲＳ功能的ＧＳＭ网，人们通常称为两代半ＧＳＭ网。
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