教你如何制作一个GSM移动手机网络基站

发布时间：2022-07-20 16:51:02 作者：九纹龙阅读量：4803

今天给大家介绍的内容是：如何使用 Osmocom 软件以及 UmTRX 来创建一个 GMS 移动手机网络。其实这并不是一种全新的技术，而且好多年前就已经有人实现过了。但我认为使用开源软件来创建一个 GSM 网络实在是太酷了。

除此之外，现在也有很多开源硬件支持这种软件无线电解决方案了。在这篇文章中，我们将选用 UmTRX（一种专为 GSM 移动网络设计的双信道收发器）和 Parallella（并行计算平台）。

在开始之前，我需要跟大家声明的是，即使你搭建的是一个小范围的测试网络，但在绝大多数国家你仍然需要向有关部门申请许可证。

搭建GSM基站

硬件配置

硬件的配置相对来说还是比较简单的：两块主板用连接到千兆级以太网络；UmTRX接三根天线，前两根分别接GSM TX和RX，第三根接GPS，GPS天线一般都是板载GPS规范所要求的，用来保证GSM的频率精确度和稳定性。

如果你没有GSM牌照的话，最简单的解决方案就是将UmTRX TX和RX端口连接到一个双工器，然后将其通过衰减器连接到手机上。

软件架构

对于那些刚刚接触GSM网络的人来说，估计看到这些首字母缩写的专业名词就头晕，而且软件栈的整体架构看起来也可能会太过复杂了。但是，Osmocom GSM技术最好的一点就是它是基于常见代码库和模块实现的，并且具有高度可配置的特性。libosmocore代码库负责提供该技术的核心功能，例如计时器、日志记录以及GMS协议处理等等。GMS网络中基站接收器（BTS）和基站处理器（BSC）元素之间的通信是通过A-bis接口进行的，而这种协议又是通过libosmo-abis代码库实现的。

一般来说，一个BSC所能执行的功能非常有限，并且还需要依赖于其他组件，例如归属位置寄存器（HLR）和认证中心（AuC）等等。但是经过配置，OpenBSC软件是可以在NITB模式下运行，这样就可以一次性整合大量的功能了。

我们可以使用OsmoBTS配合OsmoTRX来创建一个软件定义的无线电BTS，它可以通过A-bis与OpenBSC NITB进行通信，而这些组件一起就能够组成一个单独的网络了。

这个代码库【Fairwaves versionof UHD】提供了接收器软件的驱动程序，并且实现了air接口、OsmoTRX、UmTRX和无线电硬件。我们回顾一下整个过程：UmTRX (无线电硬件) → UHD (驱动器) → OsmoTRX (SDR BTS 接收器) → OsmoBTS (BTS 层1-3) → OpenBSC (BSC/MSC/HLR 等等，“network-in-the-box”)。

实际上，我们还需要另外一个组件，即Lin Call Router（LCR），它整合了OpenBSC NITB，并且可以简化我们的测试过程。

注：在真实场景中，你需要让OsmoTRX、OsmoBTS和OpenBSC分别运行在不同的主机上，但现在它们全部都运行在Parallella之上。

软件安装

我们使用的是官方Parallella Lin发行版-Linaro Ubuntu Nano 14.01，主要的操作指令可以参考UmTRX官方网站以及Osmocom的维基百科。

关于UmTRX和Osmocom的构建信息我在这里就不赘述了，具体可以参考相关的网站，我这里只给大家提供一些额外的帮助信息。

缺失的构建工具和依赖组件可以使用下列命令一次性完成安装：

$ sudo apt-get install build-cmake libtoolautotools-dev autoconf pkg-config python-cheetah libboost-all-devlibopencore-amrnb-dev libsofia-sip-ua-dev libortp-dev sqlite3 libdbi-devlibdbd-sqlite3 libncurses5-dev libusb-1.0-0-dev

关于构建UHD-Fairwaves以及Osmocom软件的相关信息，可以参考umtrx.org给出的内容。

我们可以使用“./configure –with-neon”来对OsmoTRX进行配置（针对ParallellaARM主机）。

构建时间大致如下（不包括“./configure”和“make install”）：

Fairwaves-UHD: 1 小时40 分钟

libosmocore: 5分钟

libosmo-abis: 分钟

OpenBSC: 4分钟

OsmoBTS: 1.5分钟

OsmoTRX: 9分钟

LCR: 3分钟

网络配置

上面提供的配置样本适用于OsmoBTS、OpenBSC和LCR，其中open-bsc.cfg中最重要的参数是ARFCN（TX/RX频率）、电力等级以及“auth policy”设置。

启动网络

OsmoTRX需要使用特定的内核参数，但是我们可以使用sysctl在软件的运行过程中进行参数修改。除此之外，OsmoTRX还需要以root权限运行，这样才可以设置线程的优先级。我们建议分别在不同的shell中运行OpenBSC NITB、OsmoBTS、OsmoTRX和LCR，这样可以简化我们解析调试输出的难度。

启动了上述所有软件组件之后，我们需要使用频谱分析仪来检测基站载波是否稳定。幸运的是，结果一切正常：下行链路ARFCN 540 = 1810.8MHz。