| GSM網路架構與特性
GSM網路結構
GSM網路基本上可以被區分為交換機系統(Switching System, SS)與基地台系統(Base
Station System, BSS)，如圖1所示，其中每一個子系統都包括有特定的許多功能，而這些功能可用不同的硬體或廠牌來實現且依然能讓整個系統正確的運作無誤。交換機系統(SS)主要包括以下的功能單元：
- 行動服務交換中心(Mobile services Switching Centre, MSC)
- 訪客位置登錄中心(Visitor Location Register, VLR)
- 本區位置登錄中心(Home Location Register, HLR)
- 認證中心(Authentication Centre, AUC)
- 裝備辨認登錄中心(Equipment Identity Register, EIR)
基地台系統(BSS)則包括有：
- 基地台控制中心(Base Station Centre, BSC)
- 基地台(Base Transceiver Station, BTS)
- 基地台(BTS)
每一個BTS運作著一組無線頻率，為了避免干擾，相鄰近的BTS必須用不同的頻率，BTS是網路上最終端的節點，可經由無線電波的傳輸連接上行動台(Mobile
Station, MS)。
行動服務交換中心(MSC)
一個MSC可以控制連接好幾個BSC，MSC控制連接到其他電話或數據系統，例如公眾交換電話網路(Public
Switching Telophone Network, PSTN)，整合服務數位網路(Integrated Services
Digital Network, ISDN)，公眾陸地行動網路(Public Land Mobile Network,
PLMN)和公眾交換數據網路(Public Switching Data Network, PSDN)等，其主要功能有話務控制與中繼信號等，是整個系統的心臟部份。
資料庫(Data Base, DB)
以上所提到的單元，都是牽涉到行動台(MS)到固定式話機(PSTN用戶)間的語音連接，因為固定式用戶的位置都是已知不用記錄的，如果不是為了要打電話到行動台(MS)的話，其實我們並不需要更多的網路節點裝備，因為有一個問題是必須考慮的，那就是打電話給隨時都在移動的行動台用戶，打電話的人並不知道想要打的人的確實位置，因此就需要一些裝置用來追蹤記錄行動台用戶，這就是資料庫實際應用的例子之一。這些資料庫中最重要的是本區位置登錄中心(HLR)，當某人從任何一個GSM網路經營者購買登錄一支GSM手機後，手機將即被登錄在HLR上，HLR儲存有用戶資料與資訊，例如一些附加的服務功能與認證參數，其中更重要的是記錄一些有關行動話機位置的資訊如行動台目前活動在那一個MSC區域，這些資訊會隨著行動台的移動而被更新改變，行動台會自動送出一些有關的位置資訊到HLR，因此行動台可以被系統追蹤記錄，不管行動台移動到那裡，HLR都會正確的記錄它的位置，所以行動台就可以接受別人的電話呼叫。
有個連接到HLR的單元稱為認證中心(AUC)，其目的主要是基於安全的理由提供HLR一些檢查與認證，其作法是針對要傳輸的資料與語音加密，使得被截取的加密信息無從分析了解。VLR儲存著目前正在該MSC區域內行動台活動的一些資訊，一旦行動台越區通話(Roaming)到其他新的MSC區域，連接到該MSC的VLR就會要求HLR將有關該行動台的一些資料傳送過來，同時間，HLR也會被通知目前行動台所活動的MSC區域，假如等會兒有人要打電話給行動台，VLR就已經存有該行動台所需的資訊，而不必須要再詢問HLR，如此可以節省時間並且增加效率，VLR所存放的資訊其實是HLR所存放資訊的一部份。
還有一個儲存硬體認證的資料庫叫硬體認證登錄中心(EIR)，經由一個控制用的鍊結連接到MSC，可以讓MSC檢查行動手機硬體的有效性，例如未經許可的其他廠牌或是不同批號的手機，都是可以被禁止使用的。
閘道(Gateway MSC, GMSC)
假如想從固接式網路(PSTN)打電話給GSM網路用戶，則需要GMSC扮演具有閘門的功能，將從PSTN打給GSM用戶的電話或將GSM打給PLMN用戶的電話都轉交由GMSC處理，GMSC通常都與MSC共同存在於相同的節點上，它可以是網路上任何一台MSC，而該MSC也就被稱為閘道用的交換機(GMSC)，GMSC經由詢問HLR得知所要尋找的行動台目前活動的位置，當電話到達哪一個MSC時，GMSC和已知行動台位置的VLR就會把電話轉接到該用戶。
行動台(Mobile Station, MS)
行動台主要是由硬體手機和用戶辨識模組(Subscriber Identity Module,
SIM)卡所組合而成的，沒有SIM卡，行動台不能使用GSM 網路，但緊急電話除外，不需要SIM卡，用戶也可使用他人的硬體手機和自己的SIM卡，只要該手機經過EIR認證通過即可使用GSM網路。
運作與維護中心(Operation and Maintenance, OMC)
OMC被連接到交換機系統內的所有節點與BSC，其主要的目的是提供系統營運者(Operator)一個集中式且簡單管理的環境，它可以提供一些如網路規劃擴展、系統操作、硬體維護和話務監視等功能。
網路圖形化架構
每一個電話網路都需要具備一定的架構型態用來替打進來的電話找出正確的交換中心( Exchange
Centre)，並且將電話轉接到最終的用戶上，所以對一個行動電話網路而言，保有用戶的機動性與穩定性，組織架構是相當重要的。
網路區域與Gateway MSC
GSM/PLMNs間的串連鍊結是架構在國際與國家等級上的，網路經營者間的良好協商與網路串連將會提供終端用戶更佳的通信服務，所有打進GSM/PLMN的電話都將會被轉接到該用戶上，如圖2所示。
服務區域
所謂服務區域就是行動台能移動到且不斷訊的地方，主要可分為下列幾種：
- GSM/PLMN服務區域：PLMN服務區就是單一GSM網路經營者的電波所能涵蓋的區域。
- MSC/VLR服務區域： 一個GSM/PLMN服務區域可又分為一個或幾個MSC/VLR服務區域，一個MSC/VLR區域代表著網路真正電波涵蓋的地區，行動台是登錄在VLR上，因為VLR和MSC是安裝在相同的節點上，因此經由網路的鍊結，所有的MSC區域內的電話都能在不需經由越區通話(Roaming)就能轉接到行動用戶上，如圖3所示。
- 位置區域(Location Aera, LA)： 每一個MSC/VLR區域範圍又可細分為幾個LA如圖4，LA是MSC/VLR服務區域的一部分，其中行動台可以自由地在LA區域內移動而不必需更新位置資訊，LA可由位置識別碼(LAI)所辨別。
- 細胞區域(Cell)： LA又可細分成許多小細胞，如圖5，細胞是無線電波涵蓋的最基本的區域，系統網路用CGI來辨別不同地區的細胞，相同頻率的細胞是用BSIC來辨別。
細胞觀念
細胞的觀念是利用降低發射機的功率，使每一個發射機僅涵蓋一個小細胞服務區，來代替傳統式用高功率發射機涵蓋整個服務區的方式，由於降低涵蓋範圍勢必增加小細胞服務區的數目，故可以在不同的細胞使用相同頻率，但由於行動台在相鄰兩細胞的同一頻道上通話會產生同頻道干擾，故同一頻率不能使用相鄰的細胞服務區，必須間隔幾個細胞才能使用，但頻率重複使用的觀念是實際可行的。
當某一細胞服務區的話務量不斷成長到一定的數量，導致細胞頻道數提供的服務品質無法維持原有的標準，該細胞就必須進行細胞分裂，就是將原有的細胞服務區再分割成更多更小的細胞，每一個新的小細胞所配置的基地台再度降低發射功率到足以涵蓋其本身服務區就好，如此話務量就可以再度增加為原來若干倍，將細胞服務區範圍的整個話務服務品質再度往上提昇。細胞式行動電話系統結構的特點是：相較於傳統式系統，細胞式系統規劃低功率發射機去涵蓋小的細胞服務區、頻率重複使用、細胞分裂以增加話務容量、交遞通話(Handover)與中央控制，其中最重要的是頻率重複使用與細胞分裂的觀念。
行動無線電波傳播
無線電波傳播模式深受傳播波長的影響，一般而言，房屋及建物通常為18到30米寬、12到30米高，市區則有更高更大的建物與高樓大廈。如果建物的尺寸大於或等於數倍的傳播波長，則房屋就成為自然的散射體，產生反射波，大多數房屋及建物的高度均高於行動台天線，行動台到基地台間的距離ㄧ般均低於24公里，故地球曲率的影響可以不需考慮，當干擾信號來自24公里以外時，地球曲率將使衰減增加，終使干擾信號減弱，地球曲率可以減少干擾。
在行動無線傳播環境裏，郊區及小鎮的基地台天線高度通常為21到45米高，大城市則可能會超過45米，行動台天線高度約為2米，基地台天線周圍通常較為空曠，行動台則穿插於人造建物間，地形因素與人造建物環境決定了基地台和行動台間所有的傳播路徑損失。所以行動台接收許多反射波和直射波，行動台接收的反射波來自等向的360度，通常直射波是相對較強的信號，但是行動無線系統設計卻不能依據此理想的環境，它必須考慮在邊緣地區經常收到的是非直射波的信號狀況，行動台接收的所有反射波結合成為多重路徑衰減信號。
交遞(Handover)
當基地台與行動台間通話的傳輸品質降到某一臨限值以下時，基地台內的語音頻道單體將向基地台控制中心(BSC)傳送“請求交遞(handover)”信息，請求交遞信息中內含行動台對基地台的現有電場強度值，請求交遞的意義為必須尋找另一個對行動台收訊最強的細胞以接替現有的傳輸通話，如何找出另一個收訊電場最強的細胞以繼續處理此一通話即為“定位(Locating)”。
每一個細胞均有一個信號強度接收機，它包括控制單元和接收機，每一個細胞的信號強度接收機，週期性的取樣並量測系統所有頻率的電場強度值，但僅有其相鄰的細胞語音頻道才符合交遞所需，當取樣時，基地台控制中心(BSC)會指示那幾個頻率須列入考慮，在每次週期性取樣後，並將更新後的量測值連同先前的量測結果，取其平均值，並存放在控制單元裡，利用這種方法，每一個細胞均明瞭任何行動台現用相鄰細胞語音頻道的傳輸品質如何，如果原細胞產生問題即可取而代之傳遞通話。
如果某細胞提出請求交遞時，基地台控制中心將要求相鄰細胞傳送該行動台電場強度量測數據，由於每一個細胞之電場強度數據均存放於控制單元內，隨時可用，故它們將立即提供給基地台控制中心，控制中心則會按電場強度值排名，選擇收訊電場強度最強與信號衰減最少的細胞做為最佳遞交候選人，選擇新的遞交細胞的準則是：新的服務細胞除了須有收訊最強的電場強度與信號品質外，尚須比原有服務的細胞有更高更好的收訊參數，基地台控制中心因此可據此以選定所要切換通話的目標細胞，目標細胞經選定後，基地台控制中心再向該細胞要求一空閒的語音頻道。
越區通話(Roaming)
越區的意義為行動台用戶由一交換機(MSC)服務區移動至另一個交換機(MSC)服務區後，依然能享有通話服務，網路使用越區作業時，MSC將對每一個其他服務區的用戶提供到訪服務，因此稱為協力MSC，而兩個MSC之間資訊傳送可用CCITT
No. 7共同通路信號來達成。
從MSC的觀點來看，行動台用戶在其所屬的MSC服務區內有其個別的識別資料，稱為本區用戶，該MSC則為其本區交換機，本區用戶通常在本區MSC的服務區域內活動，本區用戶越區至協力MSC的服務區域，稱為越區用戶。在其他MSC服務區有其識別資料，但卻越區到本區MSC服務區的用戶，被認定為來訪用戶，而本區MSC則被稱為受訪交換機。為了接續呼叫給越區用戶，一種越區號碼(Roaming
Number)將被使用，MSC將開始設定一系列的越區號碼作為內碼系列，當出現一個新的到訪者，一個越區號碼將被抓取並與到訪者的行動台號碼相結合，從到訪者用戶所發出的呼叫將由被訪MSC視同本區用戶發出的呼叫一般處理。一個用戶在多個MSC均有識別資料稱為不定區用戶，一個不定區用戶可以依其預期位置的不同而配置不同用戶號碼，系統不提供有關用戶位置的任何資料。
原文連結>>
[back]
|
