10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 1/12

Subscribe

what­when­how

In Depth Tutorials and Information

GSM Interfaces and Protocols (Global System forMobile Communication (GSM)) Part 1

The GSM specifications define the interaction between system components through well­defined interfacesand protocols. Figure 3­11 shows the interfaces between the GSM functional entities. Table 3­3 lists the GSMinterfaces.

Figure 3­12 shows the protocol architecture used for the exchange of signaling messages on each interface. Theprotocols are layered according to the OSI Reference Model. It consists of the Physical Layer, Data Link Layer,and Layer 3. This Layer 3 is not the same as defined in OSI Layer 3. In GSM, the Layer 3 functions includecall, mobility, and radio resource management. In the OSI model, these functions are provided by the higherlayers. GSM reuses a few established protocols such as CCS7 MTP, TCAP, SCCP, ISUP, and ISDN LAPDprotocols. The MAP and BSSAP are new protocols to support GSM specific needs.

Air interface

The air interface between the MS and the BTS is called Um. The GSM air interface is based on time divisionmultiple access (TDMA) with frequency division duplex (FDD). TDMA allows multiple users to share acommon RF channel on a time­sharing basis, while FDD enables different frequencies to be used in uplink (MSto BTS) and downlink (BTS to MS) directions. Most of the implementations use a frequency band of 900 MHz.The other derivative of GSM is called Digital cellular system 1800 (DCM1800).

2.5G SatSiteGSM base station that works with IMS core networks

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 2/12

Figure 3­11 GSM interfaces.

TABLE 3­3 GSM Interfaces

Interface Description

Um

Abis

A

B

C

D

E

F

G

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 3/12

H

It uses a frequency band of 1800 MHz. Table 3­4 lists the GSM frequency bands.

The used frequency band is divided into 200­kHz carriers or RF channels in both the uplink and downlinkdirection. Each RF channel is then further subdivided into eight different timeslots, i.e., 0 to 7, by TDMAtechniques. A set of these eight timeslots is referred as a TDMA frame. Each frame lasts 4.615 ms. The physicalchannels are further mapped to various logical channels carrying user traffic and control information betweenthe MS and the BTS. Table 3­5 describes the logical channels and their usages.

The following section describes the Um interface protocols used at the MS and the BTS side.

Physical layer. Layer 1, which is a radio interface, provides the functionality required to transfer the bit streamsover the physical channels on the radio medium. The services provided by this layer to those above include:

■ Channel mapping (logical to physical)

■ Channel coding and ciphering

■ Digital modulation

■ Frequency hopping

■ Timing advance and power control

Data link layer. Signaling Layer 2 is based on the LAPDm protocol, which is a variation of the ISDN LAP­Dprotocol. The main task of LAPDm is to provide a reliable signaling link between the network and the mobilestation. The LAP­D protocol has been modified to adapt in the mobile environment. For example, LAPDm usesno flags for frame delimitation. The Physical Layer itself does the frame delimitation. This way, scarce radioresources are not spent on flag bits the bit.

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 4/12

Figure 3­12 GSM protocol stack.

TABLE 3­4 GSM Frequency Bands

System Direction Frequency band (MHz)

GSM 900 Uplink 890­815

Downlink 935­960

GSM/DCS1800 Uplink 1710­1785

Downlink 1805­1880

Network layer. Signaling Layer 3 takes care of signaling procedures between an MS and the network. Itconsists of three sublayers with distinct signaling procedures.

■ Radio resource management (RR)

■ Mobility management (MM)

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 5/12

■ Connection management (CM)

Radio resource management. Radio resource management (RR) comprises procedures required to establish,maintain, and release the dedicated radio connections. The RR sublayer functions include:

■ Channel assignment and release

■ Ciphering

■ Modification of channel modes, e.g., voice and data

■ Handover between cells

■ Frequency redefinition to enable frequency hopping

■ MS measurement reports

■ Power control and timing advance

■ Paging

■ Radio channel access

The mobile station always initiates an RR session. For example, the RR procedures are invoked to establishan RR session in response to a paging message or to establish an outgoing call. As shown in Figure 3­13, theRR messages are transferred to BSC transparently, through the BTS. Table 3­6 lists RR messages.

Mobility management. The mobility management (MM) sublayer handles functions and procedures related tomobility of the mobile user. This includes procedures for:

■ Authentication

■ Location registration and periodic updating

TABLE 3­5 Logical Traffic and Control Channels

Traffic channels (TCH)

TCH/F carries subscriber information (speech/data) at a rate of 22.8 Kbps with a speechcoding at around 13 Kbps.

TCH/F carries subscriber information at a rate of 11.4 Kbps with a speech coding ataround 7 Kbps.

Broadcast control channels (BCH)

This channel is broadcast by the BTS and carries information for the frequency correctionof the MS. It is used in downlink direction only.

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 6/12

This channel is broadcast by the BTS and carries information for frame synchronizationof the MS. In addition it also carries the base station identity code (BSIC). It is used indownlink direction only.

This channel carries broadcast information related to the BTS and the network. Theinformation includes configuration details of common control channels (CCH) describedbelow.

It is used in downlink direction only.

Common control channels (CCH)

This is used to page an MS. It is used in downlink direction only.

The MS uses this channel to request the allocation of a SDCCH. It is used in uplinkdirection only.

The BTS allocates a SDCCH or TCH in response to the allocation request by the MSusing this channel. It is used in downlink direction only.

Dedicated control channels (DCH)

This channel is used for carrying signaling information between the BTS and a MSbefore allocation of a TCH. For example, SDCCH is used for carrying signalingmessages related to update location and call establishment. This is a bidirectionalchannel.

This channel is always used in conjunction with a TCH or a SDCCH. The MS and theBTS use it to maintain an SDCCH or a TCH. In the uplink, the MS sends measurementreports to the BTS using this channel. In the downlink, the BTS transmits information tokeep the mobile updated on recent changes in system configuration.

This channel is always associated to a TCH and is used to transfer signaling messageswhen a mobile is already involved in a call.

 

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 7/12

Figure 3­13 Air interface signaling protocols.

■ Security

■ TMSI reallocation

■ IMSI detach/attach

As shown in Figure 3­13, the CM layer from the transmitting side uses the MM layer to establish RRconnection and then transfers messages transparently across to the receiving side, that is MSC. Table 3­6 listsMM messages.

Connection management. The connection management (CM ) sublayer contains the functions and proceduresfor call control. This includes procedures to establish, release, and access services and facilities. The CMconsists of three sublayers, namely, call control (CC), supplementary services (SS), and short message services(SMS).

The call control sublayer provides procedures for ISDN call control. These procedures are based on ISDN callcontrol procedures defined in the ITU­T Q.931 specification. However, the minor modifications are done toadopt these to mobile environment.

The supplementary service sublayer provides the procedures to support non­call­related supplementary servicessuch as call forwarding and call waiting.

TABLE 3­6 Layer 3 Messages

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 8/12

RR messages MM messages CM messages

Channel establishmentmessages Registration messages Call establishment

messages

ADDitional ASSignment

IMSI DETach ALERTing

INDication

IMMediate ASSignment

LOCation UPDating CALL CONFirmed

ACCept

IMMediate ASSignment LOCation UPDating CALL PROCeeding

EXTended REJect

IMMediate ASSignment LOCation UPDating CONnect

REJect REQuest

Paging messages

Connection CONnect

management messages ACKnowledge

PAGing REQuest Type 1 CM SERVice ACCept SETUP

PAGing REQuest Type 2 CM SERVice REJect EMERGency SETUP

PAGing REQuest Type 3 CM SERVice REQuest PROGRESS

CM SERVice ABOrt

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 9/12

PAGing ReSPonse Call phase messages

Handover messages CM REeStablishment MODify

REQuest

ASSignment CoMmanD Security messages MODify REJect

ASSignment COMplete AUTHentication REJect MODify COMPlete

ASSignment FAILure AUTHentication USER INFOrmation

HANDover ACCess REQuest

HANDover CoManD AUTHentication HOLD

ReSPonse

HANDover COMplete IDENTity REQuest HOLD REJect

HANDover FAILure IDENTity ReSPonse HOLD ACKnowledge

PHYsical INFOrmation TMSI REALlocation RETRIEVE

COMmand

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 10/12

Ciphering messages TMSI REALlocation RETRIEVEREJect

CoMPlete

CIPHering MODe CoMmanD Other messages RETRIEVE

ACKnowledge

CIPHering MODe COMplete MM STATUS Call clearing messages

Channel release messages ABORT DISConnect

CHANnel RELease RELease

PARTial RELease RELease COMplete

PARTial RELease COMplete Other messages

System information messages CONGESTion

CONTROL

SYStem INFOrmation Type1 STATUS

SYStem INFOrmation Type2 STATUS ENQuiry

SYStem INFOrmation Type3 NOTIFY

SYStem INFOrmation Type4 START DTMF

SYStem INFOrmation Type5 STOP DTMF

SYStem INFOrmation Type6 START DTMF

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 11/12

SYStem INFOrmation Type7 ACKnowledge

SYStem INFOrmation Type8

SYStem INFOrmation STOP DTMF

Type 2bis ACKnowledge

SYStem INFOrmation START DTMF REJect

Type 5bis

TABLE 3­6 Layer 3 Messages

RR messages MM messages CM messages

Other messages

CHANnel REQuest

CHANnel MODe MODify

CHANnel MODe MODify

ACKnowledgment

CLASSmark ENQuiry

CLASSmark CHANGE

FREQuency

REDEFinition

RR Status

10/1/2016 GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 1

http://what­when­how.com/roaming­in­wireless­networks/gsm­interfaces­and­protocols­global­system­for­mobile­communication­gsm­part­1/ 12/12

Custom Search

MEASurement REPort

The short message service sublayer provides the procedures to support the short message transfer between theMS and the network. Table 3­6 lists CM messages.

 

Next post: GSM Interfaces and Protocols (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 2

Previous post: System Architecture (Global System for Mobile Communication (GSM)) Part 2

0

Related Links

Roaming in Wireless NetworksRoaming and Wireless NetworksInterstandard RoamingPrepaid and Postpaid Subscriber RoamingBasic Structure of RoamingRoaming Services

:: Search WWH ::

  Search

Help Unprivileged Children  ¶  Careers  ¶  Privacy Statement  ¶  Copyright Information

► Mobile Locator► Interfaces GSM► Wireless Systems

Ads byGoogle

► System Architecture► CDMA GSM► GSM BTS

Ads byGoogle