移动交换系统...ppt

移动交换系统简介 移动通信是指用户终端处于可移动情况下 采用无线电技术实现信息传输的通信方式 5 1移动交换系统概述5 2移动交换控制原理5 3移动交换接口信令 5 1移动交换系统概述 5 1 1系统组成移动通信系统一般由移动台 MobileStation MS 基地站 BaseStation BS 移动交换中心 MobileSwitchingCenter MSC 和与公用固定通信网相连的中继线等构成 1 移动台 MS 它是移动网的用户终端设备 其主要功能如下 能通过无线接入通信网络 完成各种控制和处理以及提供主叫或被叫通信业务 具备与使用者之间的人 机接口 当移动用户和市话用户建立呼叫时 移动台与最近的基站之间确立一个无线信道 并通过MSC与市话用户通话 同样 任何两个移动用户的通话也必须通过MSC建立 移动用户终端主要有车载式 手持式和便携式三种形式 2 基站 BS 它负责射频信号的发送 接收和无线信号至MSC的接入 还具有信道分配 信令转换 无线小区管理等控制功能 如图5 2所示为BS的功能结构框图 图5 2BS的功能结构框图 3 移动交换中心 MSC 完成对本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制与管理 主要包括移动台各种类型的呼叫接续控制 通过标准接口与基站 BS 和其他MSC相连 完成越区切换 漫游及计费功能 用户位置登记与管理 用户号码和移动设备号码的登记与管理 服务类型的控制 对用户实施鉴权 提供连接维护管理中心的接口 完成无线信道管理功能等 4 与公用固定通信网的连接移动通信网通过MSC利用有线信道连接公用固定通信网 主要有三种方式 用户线接入 市话中继线接入和移动电话汇接中心接入 1 用户线接入 2 市话中继线接入 3 移动电话汇接中心接入 基站和移动台设有收 发信机和天线等设备 每个基站都有一个可靠通信的服务范围 称为无线小区 通信服务区 无线小区的大小 主要由发射功率和基站天线的高度决定 根据服务面积的大小可将移动通信网分为大区制 中区制和小区制 CellularSystem 三种 大区制是指一个通信服务区 比如一个城市 由一个无线区覆盖 此时基站发射功率很大 50W或100W以上 对手机的要求一般为5W以下 无线覆盖半径可达25km以上 其基本特点是 只有一个基站 覆盖面积大 信道数有限 一般只能容纳数百到数千个用户 大区制的主要缺点是系统容量不大 为了克服这一限制 适合更大范围 大城市 更多用户的服务 就必须采用小区制 小区制一般是指覆盖半径为2 10km的多个无线区链合而形成整个服务区的制式 此时的基站发射功率很小 8 20W 由于通常将小区绘制成六角形 实际小区覆盖地域并非六角形 多个小区结合后看起来很像蜂窝 因此称这种组网为蜂窝网 用这种组网方式可以构成大区域大容量的移动通信系统 进而形成全省 全国或更大的系统 小区制有以下四个特点 1 基站只提供信道 其交换 控制都集中在一个移动电话交换局 MTSO MobileTelephoneSwitchingOffice 或称为移动交换中心 其作用相当于一个市话交换局 而大区制的信道交换 控制等功能都集中在基站完成 2 具有 过区切换功能 Handoff 简称 过区 功能 即一个移动台从一个小区进入另一个小区时 要从原基站的信道切换到新基站的信道上来 而且不能影响正在进行的通话 3 具有漫游 Roaming 功能 即一个移动台从本管理区进入到另一个管理区时 其电话号码不能变 仍然像在原管理区一样能够被呼叫到 4 具有频率再用的特点 所谓频率再用是指一个频率可以在不同的小区重复使用 由于同频信道可以重复使用 再用的信道越多 用户数也就越多 因此 小区制可以提供比大区制更大的通信容量 几种频率的组网方式见图19 2 图19 2几种小区组网图案 频率再用 无线覆盖的区域结构 1 小区 一个基站或基站的一部分 扇形天线 所覆盖的区域 2 基站区域 由一个基站的所有小区所覆盖的区域 3 位置区 移动台可以任意移动 不需要进行位置更新的区域 位置区可由一个或若干个小区组成 4 MSC区 一个MSC所管辖的所有小区共同覆盖的区域 一个MSC区可由一个或若干个位置区组成 5 服务区 移动台可以获得服务的区域 无需知道移动台实际位置而可马上通信的区域 服务区由若干个公用移动电话网组成 各用户在通信时所占用的频道和时隙是在呼叫建立阶段由网络动态分配的 各小区需要在其分配的频道当中 指配一个专门的频道作为所有移动用户的公用信道 用于基站广播通用 控制 信息和移动台发送入网申请 其余频道用于各类业务信息的传播 移动台除了在指配的频道和时隙中发送和接收与自己有关的信息外 还可以在其它时隙检测或接收周围基站发送的广播信息 因而移动台可随时了解网络的运行状态和周围基站的信号强度 以判断何时需要进行过境切换和应该向哪一个基站进行过境切换 5 1 2移动交换控制的特征由于移动用户随时随地运动 甚至在某些移动系统中 移动用户不通话时发射机是关闭的 它与交换中心没有固定的联系 因此 移动通信的交换技术有着自身的特点 位置登记 波道切换 漫游等 GSM系统的传输方式GSM系统主要采用了时分多址 TDMA 技术 由此引出许多不同的特点 并为移动用户提供更为广泛的业务功能 1 TDMA基本概念TDMA的基本思想是系统中各移动台占用同一频带 但占用不同的时隙 即在一个通信网内各台占用不同的时隙建立通信的方式 通常 各移动台只在规定的时隙内以突发的形式发射它的信号 这些信号通过基站的控制在时间上依次排列 互不重叠 同样 各移动台只要在指定时隙内接收信号 就能从各路信号中把发给它的信号区分出来 实际上 在GSM系统中既采用了TDMA技术 也采用了FDMA技术 具体来说就是 在GSM的25MHz带宽内 总共分为125个频道 一个频道 即一个载波 可同时传送8个话路 而一个频道占用200kHz带宽 即频道间隔为200kHz 这样 总共可容纳1000个用户 5 2移动交换控制原理 5 2 1移动呼叫处理一 移动台初始化移动通信系统要进行一次正常通话 涉及到位置登记 呼叫处理和越区切换等过程 通常移动通信系统将整个服务区分为许多位置区 并指定不同的识别码 这些位置区识别码分别由各区的广播控制信道广播 二 呼叫接续控制1 固定网至移动台的呼叫接续控制如图5 5所示 市话用户拨移动用户号码 进入移动业务交换控制中心MSC 经MSC识别确认后 变换成移动用户的识别码 图5 5市话用户呼叫移动用户的控制过程 2 移动台主呼的呼叫接续控制移动台若要建立一个呼叫 需拨被叫用户的号码 再按 发送 键 移动用户则开始启动程序 1MS 随机接入信道 基站 发送申请信道 接收成功 分配专用控制信道 发送立即指配信道 2MS 专用控制信道 MSC发送业务请求信息 用户信息对照 VLR HLR 用户认证 1 移动台至固定网的呼叫号码分析 接入固定交换机 呼叫证实 分配专用业务信道 被叫用户响应证实信号 2 移动台至移动台的呼叫广播 上行空闲 寻呼响应 分配信道 振铃 环回检测 应答 5 2 2移动交换的基本技术一 漫游技术移动用户由归属交换局 或归属局 控制区进入被访交换局控制区后 仍能获得移动业务服务的网络功能称为漫游 1 人工漫游两地运营部门预先定有协议 为对方预留一定数量的漫游号 用户漫游前必须提出申请 该方式用于A B两地尚未连网的情况 2 半自动漫游漫游用户至访问区发起呼叫时由访问区人工台辅助完成 3 自动漫游这种方式要求网络数据库通过7号信令网互连 网络可自动检索漫游用户的数据 并自动分配漫游号 对于用户来说没有任何感觉 自动漫游过程 1进入新的无线服务区漫游用户自动在服务区移动交换局进行位置登记 2检查漫游用户是否以前登记了 未登记通知归属局 把用户新的位置通知他们 3归属局将用户漫游服务区数据记录下来 4漫游用户可以使用和归属局相同方法呼叫和处理呼叫 二 切换技术切换是移动通信系统的一项重要功能 它是移动台在移动过程中为保持与网络的持续连接而发生的波道切换技术 其含义是指正在通话的MS从一个小区移动到另一小区时 移动业务交换中心MSC命令该MS从本小区的无线信道转接到另一个小区的无线信道上 以保持通话的连续性 MS从一个小区到另一个小区 根据信号载波电平 质量判断是否越区切换 模拟蜂窝系统中 信号强度通过周围基站测量 GSM 基站和MS都参与越区切换 越区切换 MS 无线电环境 MS或者相邻BS判断BS 1MS越区切换请求 包含IMS 新BS位置 2MSC越区切换请求 判断新BS是否是本地 是 分配空闲信道 信道号频率值 BS MS 环路核准 MSC BS释放原信道 越局切换 1MSC 新BS不是本辖区2MSC 越区呼叫请求 新MSC VLR寻找空闲信道 原MSC BS MS 三 网络安全技术移动通信系统 如GSM系统 在网络安全方面提供了较为完备的网络安全功能 主要表现在对用户识别码的加密 接入网络时采用了对用户鉴权 以及对无线路径上传送的用户通信信息加密 1 用户识别码的加密国际移动用户识别码 InternationalMobileStationIdentification IMSI 是移动用户的特征号码 一旦被人截获 就会让他人知道行踪 甚至被他人冒用账户 造成经济损失 为每个用户提供了一个临时用户识别码TMSI代替IMSI过程 1MS 位置登记 MSC VLR新 TMSI TMSI VLR HLR 2 用户鉴权用户鉴权也称为用户认证 确认移动台通过无线传送的移动用户识别码 IMSI 是否是签约的IMSI 即确认用户的合法身份 防止无权用户接入网络 用户鉴权由鉴权中心 AuthorityCenter AC 位置寄存器 VLR 和用户配合完成 用户登记 分配电话号码 IMSISIM卡写入IMSI 唯一的用户鉴权密钥ki分别存储于SIM卡 鉴权中心鉴权中心产生RANDki产生鉴权算法 3 用户通信信息的加密信息的加密是指基站和移动台之间交换的用户信息和用户参数不被截获或监听 用户信息是否需要加密可在呼叫建立时由信令指明 5 3移动交换接口信令 5 3 1无线接口信令移动终端与网络之间的接口为无线接口 是一个开放性的接口 它是保证不同厂家的移动台与不同厂家的系统设备之间互通的主要接口 无线接口自下而上分为三层 物理层 第一层 数据链路层 第二层 和信令层 第三层 一 物理层 第一层 GSM系统将无线信道分为两类 业务信道 TrafficCHannel TCH 和控制信道 ControlCHannel CCH 1 广播信道 BCH 广播信道供基站发送单向广播信息 使移动台与网络同步 1广播控制信道BCCH广播通信信息 如 位置识别码 移动网标识码 邻接小区基准频率和接入参数等 2频率校正信道FCCH携带校正MS的频率信息 使其校正工作频率 3同步信道SCH携带幁同步BS识别码 使MS识别相邻同频BS 2 公共控制信道 CCCH 公共控制信道用于系统寻呼和移动台接入 1 寻呼信道PCH用于寻呼 下行信道BS MS 2 随机信道RACHMS向系统申请入网信道是上行信道 MS BS 3 接入允许信道MS分配业务信道和独立专用信道下行信道 3 专用控制信道 DCCH 和随路控制信道 ACCH 用于在网络和移动台间传送网络消息以及无线设备间传送低层信令消息 1 独立专用控制信道 SDCCH 用于分配TCH之前的呼叫建立传送系统信息如 登记鉴权是上下行信道 2 慢速随路控制信道 SlowlyAssociatedControlCHannel SACCH 与TCH SDCCH相关 采用时分复用上行 向网络报告测量值功率电平下行 系统参数系统变化 3 快速随路控制信道 FastAssociatedControlCHannel FACCH 只与一个TCH相关采用 中断 突发 如越区发布 当MS在某小区时1收听广播控制信道信息 寻呼组内寻找有寻呼信息 2有寻呼信息或者MS拨打电话 随机接入信道向网络申请接入 分配专用信令信道 3系统在下行的接入信道上位MS分配专用控制信道 4在专用控制信道上进行鉴权和业务信道建立前的信令交换5进入业务信道 6专用控制信道和业务信道传送信息时 慢速随路信道用于传送测量信息 越区时中用快速随路控制信道 二 数据链路层 第二层 无线接口的数据链路层采用一种类似于D通道链路接入协议 LinkAccessProtocolofD channel LAPD 为了与LAPD相区别加上 m 脚标 表示移动的意思 称为LAPDm 三 信令层 第三层 无线接口第三层是收发和处理信令消息的实体 由无线资源管理来建立 改变和释放无线信道 包括三个功能子层 无线资源管理 RadioResourcemanagement RR 移动性管理 MobileManagement MM 和连接管理 ConnectionManagement CM 5 3 2基站接入信令在GSM系统中 基站子系统 BaseStationSubsystem BSS 可分为两部分 即基站收发信台 BaseTransceiverStation BTS 和基站控制器 BaseStationController BSC 一 A bis接口信令A bis接口信令分为三层结构 第二层采用D通道链路接入协议 LAPD 第三层有三个实体 业务管理过程 网络管理过程和第二层管理过程 分别对应于业务接入点标识 ServiceAccessPointIdentification SAPI 取值0 62和63 二 A接口信令A接口信令采用7号信令作为消息传送协议 GSM规范将A接口信令归为三层结构 即物理层 链路层和应用层 5 3 3网络接口信令1 MAP接口如图5 15所示 移动交换系统的网络接口主要有B G六种接口 图5 15网络接口示意图 1 B接口移动交换中心 MSC 与访问位置寄存器 VLR 之间的接口 2 C接口移动交换中心 MSC 与归属位置寄存器 认证中心 HLR AUC 之间的接口 3 D接口归属位置寄存器 HLR 与访问位置寄存器 VLR 之间的接口 4 E接口移动交换中心 MSC 之间的接口 5 F接口移动交换中心 MSC 与设备识别寄存器 EIR 之间的接口 6 G接口访问位置寄存器 VLR 之间的接口 2 MAP接口的主要程序 1 位置登记和删除这是在HLR和VLR之间传送的程序 是MAP规程中最重要的一部分 这一程序主要用于位置信息的更新 2 补充业务处理补充业务处理包括激