3．2．1　GSM系统结构

GSM移动通信系统由网络交换子系统(NSS)、基站子系统(BSS)、移动台(MS)和操作维护中心(OMC)四大部分组成，如图3-2所示。

PSTN—公众电话交换网; ISDN—综合业务数字网; PLMN—公众陆地移动网; PDN—公众数据网; NSS—网络交换子系统; BSS—基站子系统;

MS—移动台; OMC—操作维护中心; MSC—移动交换中心;

VLR—拜访位置登记器; EIR—设备识别登记器; HLR—归属位置登记器;

AUC—鉴权中心; BSC—基站控制器; BTS—基站收发信台;

SIM—用户识别模块; ME—移动设备; OMC-R—无线操作维护中心; OMC-S—交换操作维护中心

图3-2 GSM系统组成

1．网络交换子系统

网络交换子系统主要完成交换功能、用户数据与移动性管理和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，包括MSC、HLR、VLR、AUC、EIR等部分。

(1)移动交换中心

移动交换中心(MSC)是GSM系统的核心部分，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其他公用通信网之间的接口。MSC提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能;还完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等;每个MSC还可完成入口MSC〔即关口移动交换中心(GMSC)〕的功能，并起到GSM网络和其他电信网络PSTN/ISDN/PLMN/PDN等的接口作用。

(2)归属位置登记器

归属位置登记器(HLR)是一个用来存储归属地用户数据信息的静态数据库。每个移动用户都应在其归属地的HLR中注册登记，HLR主要存储两类信息:一是有关用户的永久性参数，如用户号码、移动用户识别号、接入的优先级、预定的业务类型等;二是暂时性的需要随时更新的参数，如用户当前所处位置(当前所处MSC/VLR)信息，即使用户漫游到归属HLR以外的其他区域也要传送回位置信息登记到归属HLR中，以保证任何时候呼叫用户都可以从归属HLR中查询到用户所在的MSC/VLR，进而建立至移动台的呼叫路由。

(3)拜访位置登记器

拜访位置登记器(VLR)又称访问者位置登记器，是一个用于存储当前位于MSC服务区域内所有移动用户(归属用户+漫游用户)信息的动态数据库。每个MSC通常都有一个它自己的VLR;VLR、MSC、EIR常合设于一个物理实体中，特定情况可以相邻的几个MSC共用一个VLR。每个移动用户到达一个新的MSC管辖区域区(或打开手机)时，都自动向所在地的VLR申请登记，VLR从用户的归属HLR中获得相关参数，VLR同时分配给用户一个漫游号码;并通知归属HLR更新位置信息;如从一个VLR到达另一个VLR时，归属HLR还要通知原VLR删除信息。

当呼叫某移动用户时，首先接入MSC(又称GMSC)，查询归属HLR询问用户现在的MSC/VLR和所在地的漫游号码，GMSC根据漫游号码确定到达目的交换机的路由，并查询所处VLR的位置区信息，在该位置区内一齐呼叫。如图3-3所示。

图3-3呼叫漫游用户过程

(4)鉴权中心

鉴权中心(AUC)属于HLR的一个功能单元部分，通常与HLR连在一起，专用于安全性管理。它是产生鉴权、加密的3个参数——随机号码(RAND)、响应数(SRES)、密钥(Kc)，以及认证移动用户身份的功能实体。每张SIM卡写卡时，在SIM卡和AUC中对应产生唯一相同的用户密钥(Ki)，AUC中为用户产生一个随机数RAND，RAND和Ki经AUC中的加密算法运算产生Kc，再经算法产生响应数SRES;RAND、Kc、SRES组成一个三参数组传到HLR，用户登记时VLR请求HLR后传到VLR。用户请求接入时VLR将RAND传到SIM卡，同样运算后传回VLR中比较，相同允许接入，不同则拒绝。

(5)设备识别登记器

设备识别登记器(EIR)是一个存储移动台设备参数的数据库。主要完成对移动设备(ME)的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。每个ME都有一个国际移动设备识别号(IMEI)，厂家未经许可不得生产，IMEI要在EIR中登记。EIR中列出3种数据清单，分别是白名单——准许使用的IMEI;灰名单——出现故障需监视的IMEI;黑名单——失窃不准使用的IMEI。移动台使用时就可以查询EIR是否允许使用。但在我国，基本上没有采用EIR进行设备识别。

2．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和无线资源管理等功能。按功能实体可分为基站控制器(BSC)和基站收发信台(BTS)两个部分。

(1)基站控制器

基站控制器是BTS和MSC之间的连接点，也提供OMC接口。一个BSC可控制多个BTS，其主要功能是进行无线信道管理，实施呼叫和通信链路的建立拆除，完成小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等。一般由两部分构成，一是编译码设备，将64 kbit/s的话音信道压缩编码为13 kbit/s或6．5 kbit/s，反之译码;二是基站中央设备，主要用于用户移动性的管理以及BTS、MS的动态功控等。

(2)基站收发信台

基站收发信台是为小区提供服务的无线收发信设备，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。包括无线收发信机和天线等。

3．移动台

移动台是用户终端设备，包括移动终端设备(ME)和用户识别模块(SIM)卡两部分。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。

移动终端设备的组成原理框图如图3-4所示。由图可见，移动终端的组成可分为3大部分:无线部分、处理部分和接口部分。

(1)无线部分为高频系统，包括天线系统、发送、接收、调制解调以及振荡器等。发送包括带通滤波、射频功率放大等。接收包括高频滤波、高频放大、变频、中频滤波放大等。在GSM系统中采用GMSK调制。

(2)处理部分可分为两个子块:信号基带和控制。信号基带子块对数字信号进行一系列处理。发送通道的处理包括:语音编码、信道编码、加密、TDMA帧形成等，其中信道编码包括分组编码、卷积编码和交织;接收通道的处理包括均衡、信道分离、解密、信道解码和语音解码等。控制子块对整个移动台进行控制和管理，包括定时控制、数字系统控制、无线系统控制以及人机对话控制等。若采用跳频，还应包括对跳频的控制。

(3)接口部分包括话音模拟接口、数字接口以及人机接口3个子块。话音模拟接口包括A/D、D/A变换、麦克风和扬声器等。数字接口主要是数字终端适配器。人机接口主要有显示器和键盘等。

图3-4移动终端设备原理框图

SIM卡的全称是用户识别模块。内部由集成电路芯片制成，主要有微处理器(CPU)、程序存储器(RAM)、数据存储器(E₂ PROM)和串行通信单元;SIM卡上的8个触点是它的外部接口。SIM卡存储内容主要有4类，分别是移动用户识别码、用户密钥和保密算法、个人识别码(PIN)和SIM卡解锁密码(PUK)、用户使用的存储空间。一旦设置了PIN码，如果开机时连续输错3次，就必须输入PUK解锁，如果连续输10次输错PUK则SIM卡失效。没有SIM卡则只能进行紧急呼叫。

4．操作维护中心

操作维护中心(OMC)主要是对整个GSM网络进行管理和监控。通过OMC实现对GSM网内各种部件功能的监视、系统自检、状态报告、故障诊断与处理、话务统计等功能。OMC分为OMC-R和OMC-S，分别完成无线部分操作维护和交换部分操作维护，也可合二为一。