1、第5章 移動交換技術51移動通信系統的結構和接口移動通信系統的結構 數字蜂窩移動通信網由移動交換子系統（MSS）、基站子系統（BSS）、操作維護中心（OMC）、移動用戶設備、中繼線路及其傳輸設備組成。 移動交換子系統（MSS）由移動關口局（GMSC）、移動業務交換中心（MSC）、拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）、用戶鑒權中心（AUC）和設備識別寄存器（EIR）、短消息業務中心（SMSC）、移動業務匯接中心（TMSC）及信令轉接點（STP）等組成。 基站子系統（BSS）由基站控制器（BSC）和基站收/發信臺（BTS）組成。 基站子系統BSS 基站子系統BSS可分為兩部分。通過無

2、線接口與移動臺相連的基站收發信臺（BTS）以及與移動交換中心相連的基站控制器（BSC），BTS負責無線傳輸、BSC負責控制與管理。 基站收發臺(BTS)包括無線傳輸所需要的各種硬件和軟件，如發射機、接收機、支持各種小區結構(如全向、扇形、星狀和鏈狀)所需要的天線，連接基站控制器的接口電路以及收發臺本身所需要的檢測和控制裝置等。完成BSC與無線信道之間的轉換，實現BTS與MS之間通過空中接口的無線傳輸及相關的控制功能。 BSC是基站系統（BSS）的控制部分，在BSS中起交換作用。 BSC一端可與多個BTS相連，另一端與MSC和操作維護中心OMC相連，BSC面向無線網絡，主要負責完成無線網絡管理、

3、無線資源管理及無線基站的監視管理，控制移動臺和BTS無線連接的建立、接續和拆除等管理，控制完成移動臺的定位、切換和尋呼，提供語音編碼、碼型變換和速率適配等功能，并能完成對基站子系統的操作維護功能。 移動業務交換中心MSC 1 移動業務交換中心MSC是對位于其所覆蓋區內的移動臺進行控制、交換的功能實體，也是移動通信系統與公用電話網PSTN，綜合業務數字網ISDN，分組交換網PSPDN及其它移動通信網的接口。 MSC除了完成固定網中交換中心所完成的呼叫控制等功能外，還要完成無線資源的管理，移動性管理等功能。 為了建立至移動臺的呼叫路由，每個MSC還應能完成入口(GMSC)的功能，即查詢移動臺位置信

4、息的功能。 MSC從三種數據庫，拜訪位置寄存器（VLR）、歸屬位置寄存器（HLR）和鑒權中心（AUC）中取得處理用戶呼叫請求所需的全部數據。來訪位置寄存器VLR VLR是一個數據庫，用來存儲所有當前在其管理區域活動的移動臺有關數據：IMSI、MSISDN、TMSI、MS登記所在的位置區、補充業務參數、始發CAMEL簽約信息O-CSI、終結CAMEL簽約信息T-CSI等。 VLR是一個動態用戶數據庫。VLR從移動用戶的歸屬位置寄存器（HLR）處獲取并存貯必要的數據，一旦移動用戶離開該VLR的控制區域，在另一個VLR登記，原VLR將取消該移動用戶的數據記錄。 VLR通常與MSC合設在同一個物理實體

5、中。歸屬位置寄存器HLR HLR是管理部門用于移動用戶管理的數據庫。每個移動用戶都應在某個歸屬位置寄存器注冊登記。HLR中主要存儲兩類信息： 用戶的用戶數據，包括移動用戶識別號碼IMSI、MSISDN、基本電信業務簽約信息、業務限制（例如限制漫游）和始發CAMEL簽約信息O-CSI、終結CAMEL簽約信息T-CSI等數據； 用戶目前所處位置（當前所在的MSC、VLR地址）的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由。 鑒權中心AUC AUC屬于HLR的一個功能單元部分，專門用于GSM系統的安全性管理。 鑒權中心產生移動用戶的鑒權三參數組（隨機數RAND、符號響應SRES、加密鍵Kc），用來鑒權用戶身份的

6、合法性以及對無線接口上的話音、數據、信令信號進行加密，防止無權用戶接入和保證移動用戶通信的安全。 通常，HLR、AUC合設于一個物理實體中。 設備識別寄存器EIR 設備識別寄存器EIR存儲有關移動臺設備參數的數據庫。在EIR中存有網中所有移動臺設備的識別碼IMEI和設備狀態標志(白色、灰色、黑色)。 在我國的移動通信系統中，沒有設置設備識別寄存器EIR。 短消息中心（SC） 短消息中心提供短消息業務功能。 短消息業務（SHORT MESSAGE SERVICE：SMS）提供在GSM網絡中移動用戶和移動用戶之間發送訊息長度較短的信息。 點 對點短消息業務包括移動臺MS發起的短消息業務MO/PP及

7、移動臺終止的短消息業務MT/PP。點對點短消息的傳遞與發送由短消息中心SC進行中繼。 短消息中心的作用像郵局一樣，接收來自各方面的郵件，然后把它們進行分揀，再發給各個用戶。短消息中心的主要功能是接收、存儲和轉發用戶的短消息。 移動通信系統的接口 Um接口：是用戶終端設備MS與基站之間的空中無線接口。 Abis接口：基站收發信機BTS與基站控制器BSC之間的接口 A接口：基站控制器BSC與移動交換中心MSC之間的信令接口。 B接口：MSC與來訪位置寄存器VLR之間的接口。由于MSC與來訪位置寄存器VLR通常設置在同一個物理設備中，該接口一般為內部接口。 C接口：MSC與歸屬位置寄存器HLR之間的

8、接口 D接口：來訪位置寄存器VLR與歸屬位置寄存器HLR之間的接口。 E接口：不同的移動交換中心MSC之間的接口。 G接口：不同的來訪位置寄存器VLR之間的接口。 移動用戶的ISDN號碼(MSISDN) MSISDN是主叫用戶為呼叫數字公用陸地蜂窩移動用戶時所需撥的號碼。 移動用戶的ISDN 號碼由兩部分組成：國家號碼國內有效移動用戶電話號碼。我國的國家號碼為86，國內有效電話號碼為一個十一位數字的等長號碼，其結構為：N1N2N3H0H1H2H3ABCD 其中N1N2N3為數字蜂窩移動業務接入號，目前中國移動GSM移動通信網的業務接入號為135139，中國聯通GSM移動通信網的業務接入號為13

9、0132，中國聯通CDMA移動通信網的業務接入號為133。 H0H1H2H3是用戶注冊所在地的HLR的識別碼，H0H1H2全國統一分配，H3省內分配。 ABCD為每個HLR中移動用戶的號碼。 通過MSISDN ，可確定用戶注冊所在的HLR。國際移動用戶識別碼IMSI 國際移動用戶識別碼（IMSI）是在數字公用陸地蜂窩移動通信網中，唯一的識別一個移動用戶的號碼，為一個15位數字的號碼，結構為： 移動國家號MCC移動網號移動用戶識別碼MSIN 國際移動用戶識別碼（IMSI）由移動用戶國家號碼MCC，移動用戶所歸屬PLMN的網號MNC，移動用戶識別號碼MSIN三部分組成，總長度為15位。 移動國家號

10、碼MCC，由3位數字組成，唯一地表示移動用戶所屬的國家，我國的移動用戶國家號碼為460。 移動網號MNC，用來識別移動用戶歸屬的移動網，中國移動900/1800MHz TDMA 數字公用蜂窩移動通信網號為00，中國聯通900/1800MHz TDMA 數字公用蜂窩移動通信網號為01，中國聯通CDMA移動通信網號為03。 移動用戶識別號碼是一個十位數字的等長號碼，可由各運營商自行確定編號原則,但移動用戶識別號碼的前四位與H0H1H2H3之間應有一定的對應關系，通過IMSI ，同樣可確定用戶注冊所在的HLR。移動用戶漫游號碼MSRN 移動用戶漫游號碼MSRN是當呼叫一個移動用戶時，為使網絡進行路由

11、再選擇，VLR臨時分配給移動用戶的一個號碼，結構為13SM0M1M2M3ABC。 M0M1M2M3的數值與H0H1H2H3相同 ABC為各移動局中臨時分配給移動用戶的號碼。 MSRN是在一次接續中臨時分配給漫游用戶的，供入口MSC選擇路由用，一旦接續完畢即釋放該號碼，以便分配給其他的呼叫使用。該號碼對用戶是透明的。 臨時移動用戶識別碼TMSI 為了對IMSI保密，VLR可給來訪移動用戶分配一個唯一的TMSI號碼，它僅在本地使用，為一個4字節的BCD編碼。由各個VLR自行分配。 位置區識別碼LAI 位置區由若干個基站區組成，當移動臺在同一位置區內時可不必向系統進行強迫位置登記。當呼叫某一移動用戶

12、時，只需在該移動臺當前所在的位置區下屬的各小區中尋呼即可。位置區識別碼LAI由三部分組成： 移動國家號MCC移動網號MNCLAC 其中MCC、MNC與國際移動用戶識別碼（IMSI）中的編碼相同，LAC為2字節16進制的BCD碼，表示為L1L2L3L4。其中L1L2全國統一分配，L1L2L3L4全為0的編號不用。L3L4由各省分配。 移動交換信令系統的結構 UM接口A-BIS接口A接口移動應用部分MAP 在移動通信網中，移動交換中心(MSC)至來訪位置寄存器(VLR)的B接口、MSC至歸屬位置登記器的C接口、VLR至HLR的D接口、不同的MSC之間的E接口，MSC至設備識別寄存器(EIR)之間的

13、F接口都使用移動應用部分(MAP)的信令規程。 MAP是No7信令系統的應用層協議，是事務處理部分(TC)的用戶。MAP的主要功能是在MSC和HLR，VLR，EIR等網絡數據庫之間交換與電路無關的數據和指令，從而支持移動用戶漫游、頻道切換和用戶鑒權等網絡功能。 MAP信令規程 移動通信應用部分有以下幾類信令過程： 位置登記和刪除； 補充業務的處理； 呼叫建立期間用戶參數的檢索； 頻道切換(轉換)； 用戶管理； 操作和維護； 國際移動設備識別管理； 支持短消息業務； 鑒權。移動交換的處理過程 移動呼叫處理的特點 1 用戶數據集中管理 由于移動用戶的位置是經常發生變化的，移動用戶的用戶數據是由用戶

14、歸屬的HLR集中管理的，HLR中主要存儲兩類信息： 移動用戶的用戶數據，包括移動用戶識別號碼IMSI、MSISDN、基本電信業務簽約信息、業務限制（例如限制漫游）和始發CAMEL簽約信息O-CSI、終結CAMEL簽約信息T-CSI等數據； 移動用戶目前所處位置（當前所在的MSC、VLR地址）的信息。同時在用戶當前所在位置的的VLR中也會保留用戶的部分數據，在呼叫處理過程中，MSC在需要的時候要向HLR和VLR查詢相關用戶數據，根據這些數據來完成不同的處理。2. 位置登記與更新 由于移動用戶的位置是經常發生變化的，當用戶的位置發生改變時，必須將用戶當前所在的位置報告給系統。3. 移動用戶接入處理

15、 對于MS始發呼叫，不存在用戶線掃描、撥號音發送和收號等處理過程，MS接入和發號通過無線接口信令完成，交換機的功能主要是檢查MS的合法性及其呼叫權限。對于MS來話呼叫，則要執行尋呼過程。4信道分配 由于無線接口的頻率資源有限，移動用戶并沒有固定的業務信道和信令信道，而是在通信時由交換機按需給MS分配業務信道和必要的信令信道。5路由選擇 由于移動用戶的位置是經常發生變化的，所以當移動用戶為被叫時始發MSC要向被叫用戶歸屬的HLR查詢用戶的當前位置，再由被叫用戶歸屬的HLR向被叫當前所在的VLR要求為該次呼叫分配漫游號碼，始發MSC通過漫游號碼來選擇路由6切換 這是移動交換區別于一般交換機的重要特

16、點，它要求交換機在用戶進入通信階段后繼續監視業務信道質量，必要時進行切換以保證通信連續性。位置登記與更新 移動通信系統與固定電話系統的一個主要不同之處就是移動臺MS的位置是在不斷變化的，為了與系統保持聯系，MS就需要不斷地向系統報告自己當前的位置。 GSM網絡被劃分為不同的位置區，位置區由位置區識別碼LAI標識，每個小區的廣播信道廣播的系統消息中，都包含該小區所屬的位置區識別碼LAI，每個MS當前所在的位置區的LAI被保存在MS的SIM卡和該MS位于的VLR中。 MS進行位置更新的時間 MS進入了新的位置區，發現當前小區廣播信道廣播的系統消息中包含的位置區識別碼LAI與SIM卡中保存的LAI不

17、一致時 系統定義的周期性位置更新 位置更新的兩種情況 在GSM系統中有三個地方需要知道位置信息：HLR、VLR和MS（SIM卡），在MS的位置發生變化時需要保持三者的一致性，在VLR和SIM卡中保存的位置信息是MS當前所在的位置區識別碼LAI，在MS歸屬的HLR中保存的位置信息是MS當前所在的VLR號碼。 同一MSC/VLR區不同的LAI的位置更新，只需更新VLR和MS（SIM卡）中的位置信息 不同MSC/VLR區不同的LAI的位置更新，需更新HLR、VLR和MS（SIM卡）中的位置信息。 僅涉及VLR與HLR的位置登記和刪除過程 在位置更新過程中，如果移動用戶(MS)用其識別碼(IMSI)來

18、標識自身時，其位置更新過程只涉及用戶新進入區域的MSCVLR及用戶注冊所在地的HLR。 MS新進入的位置的VLR MS原來登記位置的VLR 用戶注冊所在地的HLR 涉及到前一個VLR的位置更新 當MS從MSC/VLRB管轄的區域進入MSC/VLRA管轄的區域，在位置登記時用MSC/VLRB分配給它的臨時號碼TMSI來標識自己時的位置更新/刪除過程 經過位置更新過程后，管轄MS當前所在區域的VLR中已存放了該用戶主要的用戶數據，MS注冊的HLR中也已存放了該用戶的位置信息。MS原來登記位置的VLR已刪除該用戶的用戶數據。 查詢被叫手機的位置的過程 短消息處理流程 短消息業務是一項新的移動增值業務，短消息業務（SHORT MESSAGE SERVICE：SMS）提供在移動通信網絡中移動用戶和移動用戶之間發送長度較短的信息。 短消息業務功能是一種類似于傳呼機的業務功能，但是它具有尋呼網絡無法具備的優點：即保證消息到達和雙向尋呼功能。 短消息能通過移動通信系統的信令信道實現消息傳送，具有節省無線資源，傳輸迅速和價格低廉等特點。 與短消息處理有關的網絡結構圖 短消息中心的主要功能是接收、存儲和轉發用戶的短消息。 發送短消息的流程 手機將短信發送給MSC， MSC根據短信中攜帶的短消息中心的標