基站子系統

基站子系統（Base Station Subsystem，簡稱：BSS）是傳統的蜂窩電話網路的一個組成部分，負責處理一個行動電話和網路交換子系統之間的通訊流量和信令。BSS 負責透過空中介面（Air_interface）進行通話通道（channel）的轉碼、向行動電話分配無線電通道、尋呼（paging）、傳輸（transmission）以及其它和無線電網路相關的任務。

基地收發機站（BTS）

基地收發機站（Base Transceiver Station，簡稱：BTS）包含用於傳輸和接收無線電訊號的裝置（收發機）、天線，以及用於加密和解密與基站控制器（Base Station Controller，簡稱：BSC）之間的通訊。通常情況下，除了微微蜂窩（picocell）之外，所有的 BTS 都會有若干個收發機（英文：transceivers，簡稱：TRX），允許在多個頻率和該蜂窩的多個不同扇面（sectors，如果是分扇面的基站的話）上提供服務。

一個 BTS 由一個父節點的基站控制器（簡稱：BSC）透過基站控制功能（Base Station Control Function，簡稱：BCF）來控制。BCF 被做為一個獨立的單元實現，或者甚至在緊湊型基站中（Compact Base Stations），與收發機（TRX）合併在一起。BCF 提供一個面向網路管理系統（Network Management System，簡稱：NMS）的操作和維護（Operations and Maintenance，簡稱：O&M）連線，並管理每個 TRX 的操作狀態，以及處理告警採集的軟體。不論具體的無線通訊技術是怎樣，BTS 的基本結構和功能都是一樣的。

根據所使用的蜂窩技術和蜂窩電話提供商的不同，BTS 的功能也有所不同。有一些廠商提供的 BTS 就是一個簡單的收發機，它透過 Um 空中介面（Um air interface）從移動臺（mobile station，簡稱：MS）接收資訊，然後將其轉換為基於 TDM（PCM）的介面，即 Abis 介面，然後將其發往 BSC。也有廠商生產的 BTS 可以處理資訊、生成目標蜂窩列表，甚至完全能夠處理蜂窩內（intracell）的切換（HO）。這種方式的優勢在於，可以節省昂貴的 Abis 介面上的壓力。

BTS 裝備有能夠調製（modulate）一層的 Um 介面的無線電收發裝置，對於 GSM 2G + 而言，調製型別是高斯最小頻移鍵控（Gaussian Minimum-Shift Keying，簡稱：GMSK），而對於啟用了 EDGE 的網路來說，則是 GMSK 和八位元相位偏移調製（8-PSK）。這個調製是一種連續相位（continuous-phase）頻率偏移調製。在 GMSK 中，要被調製成載頻（carrier）的訊號，首先被一個高斯低通濾波器進行平滑處理，很好地降低了相鄰通道的干擾。

天線合路器（combiner）用來實現讓多個 TRX（載頻）使用相同的天線，越多的 TRX 被合路，則合路器丟失就越大。最高 8:1 的合路器只能在微蜂窩（micro cell）和微微蜂窩（pico cell）中能被找到。

跳頻（frequency hopping）常被用於提升 BTS 的整體效能。這牽涉到在一個扇面中的 TRX 之間的語音通訊流量的快速切換。使用該扇面的手機和 TRX 都遵循一個跳躍順序。可以使用多個跳躍順序，而一個特定蜂窩所使用的順序被該蜂窩持續地廣播，這樣手機就可以知道。

一個 TRX（收發機，也稱 “carrier”，即載頻）按照 GSM 的標準，接收和傳送無線電訊號。這個標準規定了每個無線電頻率上的 8 個 TDMA 時隙（timeslot）。一個 TRX 可能丟失一些容量，因為一些資訊需要被廣播給處於該 BTS 所服務區域的手機。這個資訊允許手機去識別網路，並獲得對它的訪問。這個信令（signalling）使用一個被稱為 “廣播控制通道”（Broadcast Control Channel，簡稱：BCCH）的通道。

1.1 扇面化

透過在一個基站上使用各自指向不同方向的定向天線（directional antenna），可以扇面化（sectorise，即劃分成多個扇面）一個基站，這樣就可以從同一個地點來為多個蜂窩提供服務。通常這些定向天線具有 65 到 85 度的波束寬度（beamwidth）。這樣就增加了該基站的通訊流量的容量（每個頻率可以承載 8 個語音通道），而不會增加太多對相鄰蜂窩的干擾（對於任何給定的方向，只有少量頻率被廣播）。通常，每個方向使用兩個天線，放置在相距 10 倍或更多倍波長的位置上。這使得運營商可以能夠克服由於多重路徑接收（multipath reception）等物理現象而導致的衰落造成的影響。對接收到的訊號在它離開天線時進行的放大工作經常被用於平衡上行和下行訊號。

基站控制器（BSC）

基站控制器（Base Station Controller，簡稱：BSC）經常被用於提供在 BTS 之後的智慧部分。通常，一個 BSC 控制數十個或甚至數百個 BTS。BSC 處理無線電通道的分配，接收來自行動電話的測量，並控制從一個 BTS 到另一個 BTS 的切換（BSC 間的切換不在此列，這種情況下，由錨附 MSC 控制）。BSC 的一個關鍵功能是扮演一個集中器（concentrator）的角色，在它上面，許多到 BTS（具有相對較低的利用率）的低容量的連線，被減少為較少數量的去往移動交換中心（MSC，具有一個較高水平的利用率）的連線。總體上看，這意味著各個網路常常被建設為具有很多 BSC 分佈在靠近它們的 BTS 的區域，然後會連線到更為集中的 MSC 站點上。

BSC 毫無疑問是 BSS 中最健壯的網元，因為它不僅僅是一個 BTS 控制器，而且，對於許多廠商來說，是一個完整的交換中心，同時還是一個具有到 MSC 和業務 GPRS 支撐節點（SGSN，當使用 GPRS 的時候）的連線的 SS7 節點。它還向運營支撐系統（Operation Support Subsystem，簡稱：OSS）以及效能度量中心提供所需的資料。

一個 BSC 常常是基於一個分散式計算架構的，對於關鍵功能單元具有冗餘設計，以確保在故障條件下的可用性。冗餘設計通常還會超出 BSC 裝置本身，並且經常在電源系統和提供面向 PCU 的 A-ter 介面的傳輸裝置中被使用。

BSC 中的資料庫儲存所有站點的資訊，包括諸如載波頻點、跳頻列表、發射功率降低的程度、用於確定蜂窩邊界的接收電平強度等。這些資訊來自於無線電規劃工程（Radio Planning Engineering），包括對訊號傳播（signal propagation）的建模，以及對通訊流量的計劃（traffic projections）。

2.1 轉碼器

轉碼器（transcoder）負責對語音通道編碼進行轉碼，即在行動網路中使用的編碼和世界上的陸地電路交換網（terrestrial circuit-switched network），也就是 PSTN 中所使用的編碼之間，進行轉碼。具體來說，GSM 為移動裝置和 BSS 之間的語音資料，使用一個固定間隔脈衝激勵 - 長期預測（Regular Pulse Excited-Long Term Prediction，簡稱 RPE-LTP）編碼器，但是在 BSS 的上游，使用脈衝編碼調製（在 ITU G.711 中被標準化的 A 律和 μ 律）。RPE-LPC 編碼的結果是一個 13 kbps 的用於語音的資料速率，而標準 PCM 編碼結果則是 64 kbps。由於這樣一個對於相同的語音呼叫的資料速率的變化，轉碼器同時還具有一個緩衝的功能，這樣 PCM 的 8 位元字可以被重新編碼，來構建 GSM 20ms 通訊流量塊。

儘管轉碼（壓縮 / 解壓）功能被相關標準定義為一個基站的功能，但是有一些廠商是在 BSC 之外實現這個解決方案的。一些廠商將其實現在一個獨立的機架上，使用私有的介面。在西門子和諾基亞的架構中，轉碼器是一個能區分的獨立子系統，通常被和 MSC 放在一起。在一些愛立信的系統中，它被整合到 MSC 而不是 BSC。這些設計的原因是，如果對語音通道的壓縮工作被在 MSC 的站點完成，那麼在 BSS 和 MSC 之間的固定傳輸鏈路就可以減少，從而降低了網路基礎設施的代價。

這個子系統也被稱為轉碼器和速率適應單元（Transcoder And Rate Adaptation Unit，簡稱：TRAU）。一些網路在網路的陸地側（terrestial side）使用 32 kbps 的自適應差分脈衝碼調製（Adaptive differential pulse-code modulation，簡稱：ADPCM），而不是 64 kbps 的 PCM，而 TRAU 也被相應地轉換。當通訊流量不是語音而是類似傳真或電子郵件這樣的資料的時候，TRAU 就啟用它的速率適應單元（rate adaptation unit）功能，來在 BSS 和移動交換中心的資料速率之間提供相容性。

分組控制單元（PCU）

分組控制單元（Packet Control Unit，簡稱：PCU）是對 GSM 標準的一個遲到的補充。它實現 BSC 的一些處理任務，但是是用於分組資料的（packet data）。語音和資料之間的通道分配是由基站來控制的，但是一旦通道被分配給 PCU，則 PCU 完全接管該通道的控制。

PCU 可以被建設在基站或 BSC 中，或者甚至，在一些被建議的架構中，它可以被建設在 SGSN 站點中。在 GPRS 的早期應用中，PCU 常常是一個獨立的節點，與無線電側（radio side）的 BSC 和 Gb 側的 SGSN 通訊。

BSS 介面

Um: 移動臺（Mobile Station，簡稱：MS）與 BTS 之間的空中介面。這個介面在信令上使用 LAPDm 協議，來管理呼叫控制、測量報告、切換、功率控制（power control）、鑑權（authentication）、授權（authorization）、位置更新，等等。通訊流量（traffic）和信令（signaling）被在間隔為 4.615 毫秒、持續時長為 0.577 毫秒的脈衝串（burst）上傳送，以形成各 20 毫秒的資料塊。

Abis: BTS 與 BSC 之間的介面，用於 BTS 與 BSC 之間的遠端互連方式，該介面支援所有向用戶提供的服務，並支援對 BTS 無線裝置的控制和無線頻率的分配。該介面一般由 DS-1、ES-1 或 E1 TDM 電路承載，物理連線透過 2Mb/s 鏈路實現。對於通訊流量使用 TDM 子通道（TCH），對於 BTS 管理和電信信令使用 LAPD 協議，與 Um 口的 LAPDm 對接，並承載從 BSC 到 BTS 和 MS 的同步。

 Abis 介面速率為 16kbps，透過 4×16kbps 的複用方式適應 E1 鏈路的速率。訊號方式也採用開放互連結構，其第一、第二、第三層介面協議分別滿足 GSM 建議書 08.54、08.56、08.58 的要求。

 Abis 介面為私有介面，即 BTS 和 BSC 的協議可以根據各裝置商自行規定。

A: BSC 和 MSC 之間的介面。它被用於承載通訊流量通道以及 SS7 棧的使用者部分。儘管在 BSC 和 MSC 之間通常存在有轉碼單元（transcoding unit），但是在這兩個端點之間的信令通訊以及轉碼器單元，都不觸及 SS7 的資訊，僅僅是語音或 CS 資料被轉碼或速率同步。

Ater: BSC 和轉碼器之間的介面。這是一個私有的介面，名稱可能隨廠商的不同而變（例如，諾基亞稱 Ater）

Gb: 將 BSS 與 GPRS 核心網中的 SGSN 相連。