移动通信网络基础知识

1、1 移动通信网络基础知识1.1通信网基本概念通信网是由通信端点、连接节点和相应的传输链路有机地组合起来以实现在两个或多个通信端点之间提供信息传输的通信体系。例如电话网、计算机网、因特网等都是目前典型的通信网。通信网由用户终端设备，交换设备和传输设备组成。交换设备间的传输设备称为中继线路(简称中继线)，用户终端设备至交换设备的传输设备称为用户路线(简称用户线)。通信网可从不同角度分类：按业务内容可分为电报网、电话网、图像网、数据网等；按地区规模可分为农村网、市内网、长途网、国际网等；按服务对象可分为公用网、军用网、专用网等；按信号形式可分为模拟网、数字网等。1.1.1 （熟悉）通信网基本概念通信

2、系统就是用信号（电信号、光信号等）来传递信息的系统。通信系统的构成可以简单地概括为一个统一的模型，由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿和噪声源6各部分组成，如图1-1所示。图1-1 通信系统模型1) 信源是指发出信息的信息源。在人与人之间通信的情况下，信源就是指发出信息的人；在机器与机器之间通信的情况下，信源就是发出信息的机器，如计算机等。2) 发送设备就是把信源发出的信息变换成适合于在信道上传输的信号的设备。3) 信道是信号传输媒介的总称。不同的信源形式所对应的变换处理方式不同，与之对应的信道形式也不同。传输信道的类型有两种划分方法：一是按传输媒介可划分为无线信道和有线信道；二是按在信道上

3、传输信号的形式可划分为模拟信道和数字信道。4) 接受设备是发送设备的逆过程。因为发送设备是把不同形式的信息变换和处理成适合在信道上传输的信号，一般情况下，这种信号是不能为信息接收者所直接接收的，所以接收设备的功能就是把从信道上接收的信号变换成信息接收者的信息。5) 信宿是指信息传送的终点，也就是信息接收者。6) 噪声源并不是人为实现的实体，但在实际通信系统中是客观存在的。在模型中把发送、传输和接收端各部分的干扰噪声集中地用一个噪声源来表示。不同的信息源，不同的变换和处理方式，可以构成不同类型的通信系统。通信的基本形式是在信源和信宿之间建立一个传输（转移）信息的通道（信道），即传输信道。如果把通

4、信系统模型变成通信网来表示就更简单了。通信网中有交换点，交换点能完成接续任务。用户终端表示系统模型中的信源和信宿。终端和交换点之间的各连线表示系统模型中的信道，也称为传输链路。这样由多个用户通信系统互连的通信体系构成了通信网。1、移动通信网的发展通常1897年 被认为是人类移动通信元年。这一年，M.G.马可尼在固定站与一艘拖船之间完成了一项无线通信试验，实现了在英吉利海峡行驶的船只之间保持持续通信。这第一次向世人展示了无线电通信的魅力，由此揭开了世界移动通信历史的序幕。移动通信的出现，为人们带来了无线电通信的更大自由和便捷。移动通信已经成为现代社会中不可或缺的生活必需品和通信手段。现代移动通信

5、技术的发展始于20世纪20年代，大致经历了6个阶段，但真正发展却开始于20世纪40年代中期。第1阶段从20世纪20年代至20世纪40年代，为早期发展阶段。在此期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察使用的车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz，到20世纪40年代提高到30-40MHz。可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频率较低。第2阶段从20世纪40年代中期至20世纪60年代初期。在此期间，公用移动通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会（FCC）的计划，贝尔公司在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“

6、城市系统”。当时使用3个频道，间隔为120kHz，通信方式为弹工。随后，前西德（1950）、法国(1956)、英国（1959）等国家相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室解决了人工交换系统的接续问题。这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，移动通信容量小。第3阶段从20世纪60年代中期至20世纪70年代中期。在此期间，美国推出了改进型移动电话系统（Improved Mobile Telephone Service, IMTS），使用150MHz和450MHz频段，采用大区制、中小容量，实现了无线频道自动选择，并能够接续道公用电话网。前西德也推出了具有相同技术水平的B网

7、。可以说，这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶段，其特点是采用大区制、中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频与自动接续。第4阶段从20世纪70年代中期至20世纪80年代中期。20世纪70年代，美国贝尔实验室提出了蜂窝小区和频率复用的概念，现代移动通信开始发展起来。1978年，美国贝尔实验室开发了先进的数字移动电话系统（Advanced Mobile Phone Service, AMPS），这是第一种真正意义上的具有随时随地通信的大容量的蜂窝移动通信系统。其他工业化国家也相继开发出蜂窝式公用移动通信网。日本于1979年推出800MHz汽车电话系统（HAMTS），在东京、大阪、神户等地投

8、入商用。前西德于1984年完成C网，频段为450MHz。英国在1985年开发出全地址通信系统（Total Access Communication System, TACS），首先在伦敦投入使用，以后覆盖了全国，频段为900MHz。法国开发出450系统。加拿大推出450MHz移动电话系统（Mobile Telephone System，MTS）。瑞典等北欧四国于1980年开发出NMT-450（Nordic Mobile Telephone, NMT）移动通信网，并投入使用，频段 为450MHz。这些系统都是双工的基于频分多址（Frequency Division Multiple Access

9、, FDMA）的模拟制式系统，被称为第一代蜂窝移动通信系统。这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网络结构成为实用系统，并在世界各地迅速发展。移动通信大发展的原因，除了用户要求迅猛增这一主要推动力之外，还有技术进展所提供的条件。首先，微电子技术在这一时期得到长足发展，使得通信设备的小型化、微型化有了可能性，各种轻便电台被不断地推出。其次，提出并形成了移动通信新体制。随着用户数量增加，大区制所能提供的容量很快饱和，这就必须探索新体制。在这方面最重要的突破是贝尔实验室在20世纪70年代提出的蜂窝网的概念。蜂窝网，即所谓小区制，由于实现了频率再用，大大提高了系统容量。可以说，蜂窝概念真正解决了公用移动通信系

10、统要求容量大与频率资源有限的矛盾。第三方面进展是随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛发展，从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段的保证。第5阶段从20世纪80年代中期至20世纪90年代后期。20世纪80年代中期，随着日益增长的业务需求，推出了数字移动通信系统。第一个数字蜂窝标准GSM（Globle Standard for Mobile Communications）是基于时分多址（TDMA）方式，于1992年由欧洲提出。美国提出了两个数字标准，分别为基于TDMA的IS-95和基于窄带DS-CDMA的IS-95。日本第一个数字蜂窝系统是个人数字蜂窝（PD

11、C）系统，于1994年投入运行。在这些数字移动通信系统中，应用最广泛、影响最大的是采用TDMA技术的GSM系统和采用CDMA技术的IS-95系统。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。第6阶段从20世纪90年代后期至今。20世纪90年代后期，移动通信业务和移动通信用户呈高速增长趋势。随着全球经济一体化和社会信息化的进展，在移动通信中多媒体业务和IP业务的比例告诉增长，这使得第二代通信系统在系统容量和业务种类上逐渐趋于饱和，很难满足个人通信的要求。为了适应用户对不同业务，如会议、多媒体、数据接入、Internet等的要求，移动通信的发展创造了技术条件。市场和技术的双重驱动，为第三代移动通信系

12、统的发展奠定了基础。20世纪90年代末开始时第三代（3G）移动通信技术发展和应用阶段。1999年11月5日，在芬兰赫尔辛基召开的ITU GU8/1第18次会议上最终确定了3类共5种技术标准作为第三代移动通信的基础，其中WCDMA、COMA2000和TD-SCDMA是3G的主流标准，国际电信联盟在2000年5月批准了针对3G网络的IMT-2000无线接口的5种技术标准。随着信息社会对无线Internet业务需求的日益增长，第三代移动通信系统2Mbit/s的最高传输速率已远远不能满足需求，第三代移动通信系统正逐步采用各种速率增强型技术。CDMA200lx系统增强数据速率的下一个发展阶段称为CDMA

13、2000lxEV，其中EV是Evolution（演进）的缩写，意指在CDMA2000lx基础上的演进系统。新的系统不仅要和原有系统保持后向兼容，而且要能够提供更大的容量，更佳的性能，满足高速分组数据业务和语音业务的需求。CDMA2000lxEV又分为两个阶段：CDMA2000lxEV-DO和CDMA2000lxEV-DV。WCDMA和TD-SCDMA系统增强数据速率技术为HSDPA/HSUPA，HSDPA/HSUPA统称HSPA，HSPA+是在HSPA基础上的演进。3G无线系统高速解决方案需要数据传输具有非对称性、峰值速率高、激活时间短等特点，能够更加有效利用无线频谱资源，增加系统的数据吞吐量

14、。近年来，在传统蜂窝移动通信技术高速发展的同时，宽带无线接入技术（移动WiMAX）也开始提供移动功能，试图抢占移动通信的部分市场。为了保证3G移动通信的持续竞争力，移动通信业界提出了新的市场要求，要求进一步加强3G技术，提供更强大的数据业务能力，向用户提供更好的服务，同时具有与其他技术进行竞争的实力。因此，3GPP和3GPP2相应启动了3G技术长期演进（Long Term Evolution, LTE）和空中接口演进（Air Interface Evolution, AIE）。2007年2月，3GPP2鉴于新的标准与CDMA2000lxEV-DO有较大差别，将新的空中接口标准命名为超移动宽带（

15、Ultra Mobile Broadband, UMB），并于2007年4月正式颁布。2003年后，WP8F开始E3G和B3G频率需求和候选频段的工作，在2005年10月18日结束的ITU-R WP8F第17次会议上，ITU给出了超3G技术的一个正式的名称IMT-Advanced。按照ITU的定义：IMT-2000技术和IMT-Advanced技术拥有一个共同的前缀“IMT”，表示移动通信；当前的WCDMA，CDMA-2000，TD-SCDMA及其增强型技术统称为IMT-2000技术；未来新的空中接口技术，叫做IMT-Advanced技术。根据国际电联（ITU）的工作计划，在2008年年初将开

16、始公布征集下一代通信技术IMT-Advanced标准，并开始对候选技术和系统作出评估，最终选定相关技术作为4G标准。1.1.2 （掌握）第二代移动通信网GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。 GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大会）提

17、交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组（Group Special Mobile）简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。 1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Global System for Mobile Communications）。从此移动通信的发展跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCS1800系统。该系统与GSM900具有

18、同样的基本功能特性，因而该规范只占GSM建议的很小一部分，仅将GSM900和DCS1800之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，GSM900和DCS1800两个系统均可通称为GSM系统。相比于第一代移动通信系统，第二代移动通信系统（2G）具有如下特点：1) 业务范围扩大，除提供话音业务外还提供数据、图像等多种非话业务。2) 抗干扰性强，通信的安全保密性好。3) 提高了网络管理和控制的有效性和灵活性，易于实现国际漫游。4) 设备成本降低，可以提高系统容量。5) 频谱利用率高，可以提高系统容量。一个完整的蜂窝移动通信系统主要由网络子系统（Network Subsystem, NSS）、基站子系

19、统（Bass Station Subsystem, BSS）、网管系统（Network Manage System, NMS）和移动台（Mobile Station，MS）四大子系统组成。GSM系统的典型结构如图所示。由图可见，GSM系统由若干个子系统或功能实体组成。其中基站子系统（BSS）在移动台（MS）和网络子系统（NSS）之间提供和管理传输通路，特别是包括了MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS必须管理通信业务，保证MS与相关的公用通信网或与其他MS之间建立通信，也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。网

20、管系统则提供给运营部门一种手段来控制和维护这些实际运行部分。移动台就是移动客户设备部分，即配有SIM卡的终端设备，如手机登。它由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡（SIM）。移动终端完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网路。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网（紧急呼叫除外），但SIM卡本身不是代金卡。下面将着重介绍基站子系统、网络子系统和网管系统这三部分。MS:移动台 BTS:基站收发信机 BSC：基站中心OMC:操作

21、维护中心 MSC：移动业务交换中心 HLR:归属位置寄存器VLR：访问位置寄存器 AuC：鉴权中心 ELR:设备识别寄存器PSTN：公共交换电话网 ISDN：综合业务数字网 PDN：公共数据网图1-2 GSM系统结构1、 基站子系统基站子系统（BSS）是在一定的无线覆盖区中由移动交换中心（MSC）控制，与移动台（MS）进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。BSS功能实体可分为基站控制器（Base Station Controler, BSC）和基站收发信台（Base Transceiver Station , BTS）。一般情况下，基站子系统(BSS)就是包含了G

22、SM数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，他一端通过无线接口直接与移动台实现通信连接，另一端又连接到网络端得交换机，为移动台（MS）和交换子系统提供传输通路。GSM规范规定，一个基站子系统是指一个BSC以及由它所管辖的所有BTS。  1 基站控制器（BSC）：基站控制器（BSC）是基站收发台和移动交换中心之间的连接点，也为基站收发台（BTS）和移动交换中心（MSC）之间交换信息提供接口。BSC也是具有重要计算能力的小型交换机，它把局部网络数据汇集后传送到移动交换中心（MSC）。一个基站控制器（BSC）具有对一个或多个BTS进行监视和控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小

23、区配置数据管理、功率控制、定位和切换等。BSC通过BTS和MS的远程命令对无线电接口进行管理，主要有无线信道安排和释放、切换的安排。BSC通过脉冲编码调制（PCM）传输网向下连接一系列BTS（一般可以管理多大十几个BTS），向上连接移动交换中心（MSC）。BTS-BSC链路是类似于综合业务数据网（ISDN）通道，即LAPD（Link Access Protocol on the D channel）。一个BSC及它相应的BTS看成是基站子系统（BSS）。 2 基站收发信机（BTS）基站收发信机（BTS）在网络固定部分和无线部分之间提供中继，移动用户通过空中接口与BTS相连。它完全由B

24、SC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。除此之外，还要完成必要的无线测试，以便检测通信是否正常进行。当然检测并不是由BTS直接进行的，而是发送到BSC进行。BSC最终与BSC一起管理着数据链路层，以便在移动台和基站子系统间交换信令，保证语音传输的可靠性（遵循D信道链路接入协议LAPD）。 一个BTS由无线收发信机及多块用于无线电接口的信号处理模块组成。在朝BSC侧，BTS区分与移动台有关的话音和控制信令，并通过各自信道传给BSC。在朝MS侧，BTS将信令和语音合在一个载波上。BTS位置通常在小区中心。BTS的发射功率决定小区的尺寸。一个典

25、型的BTS通常具有1到24个收发信机（TRX），每个TRX代表一个单独的RF信道。BTS最大容量典型值是16个载频（实际上从未达到）。这就是说，它能够同时支撑上百个通信。在农村用户比较分散的区域，BTS可能减少到一个载频，能支持7个同时通信的用户手机。在城市等用户密集区域，一般BTS有2到4个载频，可支持14-28个用户手机。每个BTS约覆盖一平方千米的面积。 基站的各种配置与应用有关，一些基站是在野外使用，必须考虑到环境和机械强度，如一年的天气变化等等。另一些是在室内使用的，审美更为重要。室内使用的一个重要因数是尺寸要小。基站可设置成扇形或全向。一个BTS可控制一个扇区或多个扇区。另外需要的

26、设备有供电系统及一旦掉电用的后备电源。2、 交换子系统交换子系统（NSS）主要完成交换功能和客户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能。NSS 由一系列功能实体如移动业务交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）、设备识别寄存器（EIR）、鉴权中心（AUC）等所构成，各功能实体介绍如下：1 移动交换中心（MSC）：移动交换中心（Mobile Service Switching Centre， MSC）是GSM系统的核心，是对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换的功能实体，也是移动通信系统与其它公用通信网之间的接口。它主要由交换机及支持呼叫建立所需的

27、几个数据库组成。它提供最基本的交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，还完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等，并提供面向其他功能实体和通信网的接口功能。它还是GSM网和PSTN之间的接口。MSC完成由MSC负责区域的移动用户所有的交换和信令功能。一个MSC可以连接数个BSC。除了支持BSC之外,MSC还处理BSC/MSC内部的切换及相互之间的呼叫，它通常是一台相当大的交换机。数字移动通信系统与其他网络互联时，通过入口MSC，即GMSC（Gateway MSC），GMSC是其他网络呼叫移动用户进入数字移动通信系统的入口点。

28、GMSC具有从HLR得到用户当前位置信息的功能，也具有根据查询得到的信息选择到移动用户路由的功能。GMSC具有与固定网和其他NSS实体互通的接口，及我们通常所说的关口局。2 归属位置寄存器（HLR）：归属位置寄存器（Home Location Register, HLR）是一个静态数据库，是GSM系统的中央数据库，用来储存本地用户的数据信息。另一方面，HLR也是一个定位数据库，它为每一个用户存储着访问位置寄存器（Visitor Location Register, VLR）的数据，甚至用户在接入外国PLMN网时的有关数据。这种定位是通过跨网手机发射的信息来实现的。每个移动用户都应在其归属位置寄

29、存器（HLR）注册登记。从逻辑上讲,每个移动网有一个HLR。HLR所存储的用户信息分为两类：一类是一些永久性的信息，例如用户类别，业务限制,电信业务，承载业务，补充业务，用户的IMSI码，以及用户的保密参数等。另一类是有关用户当前位置的临时性信息，例如移动台漫游号码（MSRN）等，用于建立至移动台的呼叫路由。存储在HLR的数据由授权维护人员设置。(1)用户数据的存储 HLR必须存储其归属用户的有关数据。HLR还必须存储由运营者选择的不同用户提供的业务数据，并能随着业务的发展，增改相应存储内容。(2)用户数据的检索 任何时候当VLR请求（例如登记时），HLR应能依据要求向VLR提供有关的用户数据

30、。当某些用户数据有变化时（例如签约的变化，服务项目清单的变化），HLR要能够将这些数据信息通知VLR。 (3)提供移动台漫游号码（MSRN） MSRN 是在MS进行位置更新时，由当地的VLR负责产生。MS被叫时，HLR应能根据GMSC（关口MSC）或始发MSC的请求，将MSRN发往请求的MSC。请求的MSC从而得到MS目前所在的MSC和LA区域。 (4)鉴权 HLR应能支持用户的鉴权操作。 (5)登记 HLR应能配合VLR完成登记功能和向前一个VLR发起取消登记功能。 (6)移动台去话 当HLR接收到VLR发来的移动台去话通知后，HLR应能设置此移动台为去话状态。 (7)HLR的恢复应能周期性

31、拷贝HLR中的数据（一般在24小时内），拷贝可存储在磁盘或磁带中。当HLR重新启动后，在前一次拷贝的基础上，执行HLR恢复程序，尽量得到正确的移动用户位置与补充业务有关的信息。为避免错误数据的扩散，HLR应通知相关的VLR，使VLR删除与HLR有关的数据，同时HLR应能够撤消MS的登记，等待MS的重新登记。配置HLR可以是独立的，也可以是内置的。前者，一台HLR能管理几十万用户，它本身就是一台专用设备。后者被装配在MSC中，用户数据也存储在MSC中，在存取时享有优先权，信令的交换也降至最低限度。不管上述哪种情况，都给每一用户接有单一的HLR，以便独立提供某用户对定位的需要，使网络从MSISDN

32、号码或IMSI身份码来检索HLR。3 访问位置寄存器（VLR）：访问位置寄存器（Vistor Location Register, VLR）是一个数据库，存储着本地区动态用户的数据，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。VLR通常为一个MSC控制区服务，也可以为几个相邻的MSC控制区服务，但一般来说，VLR都只与一个MSC相连。VLR存储的数据与HLR的数据相似，永久性数据与HLR中的相同,临时性数据略有所不同，但是它仅存储在搜索区内的移动用户数据，可以看成分布的HLR，新加了临时移动用户身份（Temporary Mobile Subscriber Identity, T

33、MSI）。VLR具有的定位信息比HLR更确切。当漫游用户进入某个MSC区域时，必须向该MSC相关的VLR登记，并被分配一个移动用户漫游号（MSRN），在VLR中建立该用户的有关信息，其中包括临时移动用户识别码（TMSI）、移动用户漫游号（MSRN），所在位置区的标志以及向用户提供的服务等参数，这些信息是从相应的HLR中传递过来。MSC在处理入网出网呼叫时需要查询VLR中的有关信息。一个VLR可以负责一个或若干个MSC区域。(1)用户数据的存储 VLR必须存储其归属用户的有关数据。VLR还必须存储由运营者选择的不同用户提供的业务数据，并能随着业务的发展，增改相应存储内容。(2)用户数据的检索 当

34、呼叫建立时，根据MSC的请求，VLR应能够依据TMSI，MSRN向MSC提供用户的信息。通常在移动台呼叫时，依据TMSI；移动台被叫时,依据MSRN。(3)登记 当移动用户出现在一个新的位置区域或从移动台收到登记、呼叫建立、补充业务操作消息后，若需要则应能向HLR发出登记通知。VLR应能完成登记、取消登记的功能，并能向HLR检索用户的信息。根据HLR的请求或当用户在24小时内没有在MSC/VLR区域中出现时，VLR应能删除该用户的有关信息。(4)移动台去话 当VLR收到MSC发来的移动台去话通知后，VLR应能删除此用户的数据，并能通知相应的HLR。(5)鉴权 VLR应能向鉴权中心（AuC）索取

35、并存储鉴权参数。VLR通过MSC要求移动台进行鉴权，并比较从移动台返回的和自己存储的鉴权参数。当比较不一致时，拒绝移动台的业务请求，同时予以告警。(6)提供MSRN 当MS在位置更新时，当地的VLR应能够根据HLR请求，要求MSC分配MSRN，并将MSRN发往请求的HLR，即支持每次MS被呼时进行的MSRN分配。(7)VLR的恢复当VLR发生数据错误时，VLR应能够通知相应的HLR，删除与其相应的数据。在VLR和MSC之间，规范所提出的设备上的差别很少引起人们的注意。通常情况下，制造商把VLR与MSC集成到一起，这样可以尽量避免MSC与VLR之间频繁传递信令所带来的接续时间。MSC/VLR可共

36、同管理十万以上的用户，每用户平均话务量约为0.025Erl。4 鉴权中心（AuC）：鉴权中心（Authentication Centre, AuC）是用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三个参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。AuC对任何试图入网的用户进行身份认证，只有合法用户才能接入网中并得到服务。它给每一个在相关HLR登记的移动用户安排了一个识别字,该识别字用来产生用于鉴别移动用户身份的数据及用来产生用于对移动台与网络之间无线信道加密的另一个密钥。AuC是一个受严格保护的数据库，它属于HLR的一个功能单元部分，与HLR一同集成在一个设备中。然

37、而，从功能角度而言，他们不是一个子系统。5 设备识别寄存器（EIR）：设备识别寄存器（Equipment Identification Register , EIR）是存储有关移动台设备参数的数据库。它存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白名单、黑名单或灰名单这3种表格，在这些表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI识别码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，都能采用即时的防范措施，以确保网络所使用的移动设备的唯一性和安全性。3、 网管系统网管系统即通常所说的操作与维护子系统（0SS),操作与

38、维护子系统是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连，（但并不包括BTS，因为在GSM技术规范中明确提出，对BTS的操作维护是经过BSC进行管理），另一侧是作为人机接口的计算机工作站。1) 网络管理网络管理（Network Management）包括所有的网络运行和功能的管理，它存储与控制运行管理和资源使用，从而为用户提供一定质量水平的服务。具体管理功能如下。1 商务管理（用户登记、终端、账单、统计等）。2 安全管理（非法入侵检测、授权等级等）。3 运营和性能管理（通话质量和话务质量监测、网络承载的变

39、化、维护移动监测等）。4 系统控制（软件水平、新设备和新功能的引入等）5 维护（故障检测、设备测试等）。GSM网的管理系统近似于电信网管（Telecommnications Management Network, TMN）概念，其目标是合理组织运行和维护，规定有效的技术条件以及服务质量。在M.30建议中，TMN概念已通过ITU规范化。2) 网管TMN结构最初，通信网的管理是在每个设备上独立实现的，主机与终端都是简单直连，其功能与主机的结构密切相关。这种管理平台在GSM网中也是可行的。但是，此时终端不再仅仅是固定的，而且可以间接地通过数据网（例如X.25网）接向主机。当前网络的复杂性必然导致出现

40、复杂的管理网络，这些管理网络描述被管理网络的状态、设备图形、承载等。由于管理应是独立于设备的，在网络设备（BTS、BSC、MSC、HLR）和操作体统间必须有集成媒体设备，目的是用标准的形式来描述网络的不同的单元，并且通过标准协议与操作系统绘画。通过媒体设备所组织的操作系统、通信网和传输系统的管理网络，即TMN如图所示。图1-3 TMN结构图3) OMC和NMC在GSM网络中所用的设备是多种多样的，主设备收发信机、交换机和数据库的供货商也很多，它们推荐相应的结构和等级。GSM规范（GSM 12.00）推荐了以下两种平台：1 OMC (Operation and Maintenance Cente

41、r），操作维护中心2 NMC (Network manage Center），网络管理中心这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心OMC。GSM系统的每个组成部分都可以以通过特有的网络连接至OMC，从而实现集中维护。OMC由两个功能单元构成。OMC-R（操作维护中心系统部分）用于MSC、HLR、VLR等交换子系统各功能单元的维护与操作。OMC-R（操作维护中心无线部分）用于实现整个BSS系统的操作与维护，它一般是通过SUN工作站在BSS上的应用来实现。OMC也可以作为进入更高一层管理网络的关口设备。网络管理中心(NMC)是一个用于管理网络资源，如MSC，位置注册和基站等的运转中心。进行网络

42、配置管理与用户管理、日常运行数据的收集与统计、路由选择管理、网路监测、故障告警与网路状态显示、根据交换机提供的计费信息完成计费管理等。NMC通过一个控制中心对全网进行管理，而OMC监管本地设备。例如，多个OMC监管不同地区的BSC和BTS群，另外一些OMC还将监管MSC和VLR，例外事件也被传送到OMC，由它进行筛选处理。大量的事件则被送至NMC。OMC和NMC之间的界线还未确定，在规范中管理功能仍包含两者的功能。NMC一般对应于TMN开发系统和各种OMC保障媒体功能。4、 GSM的接口：无线接口、Abis接口、A接口、Asub接口GSM系统的接口有无线接口（Um接口）、Abis接口、A接口、

43、Asub接口等，如图所示，其中Um接口、Abis接口、A接口为主要接口，这三个几口标准使得电信运营部门能够把不同设备纳入同一个GSM数字通信网中。图1-4 GSM接口结构图（1）无线接口（Um）无线接口（Um接口）定义为移动台与基站收发信机（BTS）之间的通信接口，用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通，物理链路是无线链路。此接口传递的信息主要包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。物理层采用无线射频接口和GMSK调制方式，空中接口数字速率为270.883kbit/s，物理信道为TDMA信道，并通过各种逻辑信道完成消息的传送。Um接口链路层采用LAPDm结构；Um接口层的信号层3需要实现

44、CM、MM、RR三个层的功能。（2）Abit接口Abit接口定义了基站子系统（BSS）中基站控制器（BSC）和基站收发信机（BTS）之间的通信标准，用于远端互连方式。Abit接口物理层采用标准的2.048Mbit/s PCM数字链路，符合CCITT G.703标准；数据链路层采用LAPD链路协议。此接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。Abit接口的信号层三为BTS管理功能，BTS管理的对象分为四类：无线链路层管理（RLM），专用信道管理（DCM），控制信道管理（CCM），收发信机管理（TRXM）。RLM负责无线通路数据链路层的建立和释放以及透明消息的转发

45、。DCM负责无线业务信道和控制信息的激活、释放、性能参数和操作方式控制以及测量报告等。CCM负责不透明消息转发及公共控制信道的负荷控制。TRXM负责收发信机流量控制和状态报告等。Abit的最上层是透明传送移动用户和移动业务交换中心（MSC）之间的CM和MM信息。（3）A接口A接口定义为网络子系统（NSS）与基站子系统（BSS）之间的通信接口。从系统上来讲，就是移动业务交换中心（MSC）与基站控制中心（BSC）之间的接口。物理链路采用标准的2.048Mbit/s的数字传输链路实现。此接口传递的消息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等。A接口采用7号信令做为消息传送协议，严格的说有四层

46、：物理层（MTP-1，64kbit/s链路），链路层（MTP-2），网络层（MTP-3+SCCP）和应用层（CM、MM、BSSMAP），如图所示。但A接口只使用到及其有限的网络层功能，所以我们也可以认为它有三层，应用层作为信令的第三层。MTP2/3+SCCP作为第二层，负责消息的可靠传送。A接口的应用层位于基站子系统应用部分。它由两部分构成：直接传递应用部分（DTAP），基站子系统应用管理部分（BSSMAP）)，它们表示GSM在A接口上的特定用户层信令协议。为了识别消息是DTAP还是BSSMAP，中间还加了一个功能分配子层，用来做消息的分配。1 BSSMAPBSSMAP包含了BSC和MSC之间

47、传递的且实际由BSC处理的所有消息。一般包括了RR消息和控制任务的消息。2 DTAPDTAP包含了NSS和MS之间的CM和MM的所有的消息。BSS则透明的传送CM和MM的消息，保证了层3各子层协议在各接口之间的互通。（4） Asub接口TRAU是用来进行速率适配和码型转换的单元，它与BSC和MSC相连接。位于TRAU和MSC之间的接口就是A接口，而Asub接口就是位于TRAU与BSC之间的接口，在该接口上有话音和控制信道。在Asub接口上采用子复用话音信道的方式，以及4路14Kb/s的信道合并到1路64Kb/s的信道上。Asub接口采用了标准的2Mb/s的PCM传输方式。1.1.3（掌握）第三

48、代移动通信系统1、 第三代移动通信系统的关键技术 第三代移动通信标准中的主要技术使得第三代移动通信系统产生天翻地覆的变化，其原因在于第三代移动通信中所采用的多种高新技术，这些高新技术是第三代移动通信系统的精髓，也是制订第三代移动通信系统标准的基础，了解这些技术便于熟悉和掌握第三代移动通信系统的基本内容。下面我们就专门介绍几项应用于第三代移动通信系统中的技术。（1）TD-SCDMA技术TD-SCDMA是中国唯一提交的关于第三代移动通信的标准技术，它使用了第二代和第三代移动通信中的所有接入技术，包括TDMA、CDMA和SDMA，其中最关键的创新部分是SDMA。SDMA可以在时域/频域之外用来增加容

49、量和改善性能， SDMA的关键技术就是利用多天线对空间参数进行估计，对下行链路的信号进行空间合成。另外，将CDMA与SDMA技术结合起来也起到了相互补充的作用，尤其是当几个移动用户靠得很近并使得SDMA无法分出时，CDMA就可以很轻松地起到分离作用了，而SDMA本身又可以使相互干扰的CDMA用户降至最小。SDMA技术的另一重要作用是可以大致估算出每个用户的距离和方位，可应用于第三代移动通信用户的定位，并能为越区切换提供参考信息。总的来讲，TD-SCDMA有价格便宜、容量较高和性能优良等诸多优点。 （2）智能天线技术 智能天线技术是中国标准TD-SDMA中的重要技术之一，是基于自适应天线原理的一

50、种适合于第三代移动通信系统的新技术。它结合了自适应天线技术的优点，利用天线阵列的波束汇成和指向，产生多个独立的波束，可以自适应地调整其方向图以跟踪信号的变化，同时可对干扰方向调零以减少甚至抵消干扰信号，增加系统的容量和频谱效率。智能天线的特点是能够以较低的代价换得天线覆盖范围、系统容量、业务质量、抗阻塞和抗掉话等性能的提高。智能天线在干扰和噪声环境下，通过其自身的反馈控制系统改变辐射单元的辐射方向图、频率响应及其他参数，使接收机输出端有最大的信噪比。 （3）WAP技术WAP（Wireless Application Protocol，无线应用协议）已经成为数字移动电话和其他无线终端上无线信息和

51、电话服务的实际世界标准。WAP可提供相关服务和信息，提供其他用户进行连接时的安全、迅速、灵敏和在线的交互方式。WAP驻留在因特网上的TCP/IP环境和蜂窝传输环境之间，但是独立于所使用的传输机制，可用于通过移动电话或其他无线终端来访问和显示多种形式的无线信息。 WAP规范既利用了现有技术标准中适应于无线通信环境的部分，又在此基础上进行了新的扩展。由于WAP技术位于GSM网络和因特网之间，一端连接现有的GSM网络，一端连接因特网。因此，只要用户具有支持WAP协议的媒体电话，就可以进入互联网，实现一体化的信息传送。而厂商使用该协议，则可以开发出无线接口独立、设备独立和完全可以交互操作的手持设备In

52、ternet接入方案，从而使得厂商的WAP方案能最大限度地利用用户对Web服务器、Web开发工具、Web编程和Web应用的既有投资，保护用户现有利益。同时也解决了无线环境所带来的有关新问题。目前，全球各大移动电话制造商，包括诺基亚、爱立信、摩托罗拉和阿尔卡特在内，都已保证提供支持WAP的无线设备。 （4）快速无线IP技术快速无线IP（Wireless IP，无线互联网）技术将是未来移动通信发展的重点，宽频带多媒体业务是最终用户的基本要求。根据ITM-2000的基本要求，第三代移动通信系统可以提供较高的传输速度（本地区2Mb/s，移动144Kb/s）。现代的移动设备越来越多了（手机、笔记本电脑、

53、PDA等），剩下的好像就是网络是否可以移动，无线IP技术与第三代移动通信技术结合将会实现这个愿望。由于无线IP主机在通信期间需要在网络上移动，其IP地址就有可能经常变化，传统的有线IP技术将导致通信中断，但第三代移动通信技术因为利用了蜂窝移动电话呼叫原理，完全可以使移动节点采用并保持固定不变的IP地址，一次登录即可实现在任意位置上或在移动中保持与IP主机的单一链路层连接，完成移动中的数据通信。 （5）软件无线电技术在不同工作频率、不同调制方式、不同多址方式等多种标准共存的第三代移动通信系统中，软件无线电技术是一种最有希望解决这些问题的技术之一。软件无线电技术可将模拟信号的数字化过程尽可能地接近

54、天线，即将AD转换器尽量靠近RF射频前端，利用DSP的强大处理能力和软件的灵活性实现信道分离、调制解调、信道编码译码等工作，从而可为第二代移动通信系统向第三代移动通信系统的平滑过渡提供一个良好的无缝解决方案。 第三代移动通信系统需要很多关键性技术，软件无线电技术基于同一硬件平台，通过加载不同的软件，就可以获得不同的业务特性，这对于系统升级、网络平滑过渡、多频多模的运行情况来讲，相对简单容易、成本低廉，因此对于第三代移动通信系统的多模式、多频段、多速率、多业务、多环境的特殊要求特别重要，所以在未来移动通信应用中有着广泛的应用意义，不仅可改变传统观念，还将为移动通信的软件化、智能化、通用化、个人化

55、和兼容性带来深远影响。 （6）多载波技术多载波MC-CDMA是第三代移动通信系统中使用的一种新技术。多载波CDMA技术早在1993年的PIMRC会议上就被提出来了。目前，多载波CDMA作为一种有着良好应用前景的技术，已吸引了许多公司对此进行深入研究。多载波CDMA技术的研究内容大致有两类：一是用给定扩频码来扩展原始数据，再用每个码片来调制不同的载波。另一种是用扩频码来扩展已经进行了串并变换后的数据流，再用每个数据流来调制不同的载波。 （7）多用户检测技术在CDMA系统中，由于码间不正交，会引起多址干扰（MAI），而多址干扰将会限制系统容量，为了消除多址干扰影响，人们提出了利用其他用户的已知信息

56、去消除多址干扰的多用户检测技术。多用户检测技术分为两大类：线性多用户检测和相减去干扰检测。在线性多用户检测中，对传统的解相器软输出的信号进行一种线性的映射（变换）以期产生新的一组有希望提供更好性能的输出。在相减去干扰检测中，可产生对干扰的预测并使之减小。目前，CDMA系统中的多用户检测技术还存在一定的局限，主要表现在：多用户检测只是消除了小区内的干扰，而对小区间的干扰还是无法消除；算法相当复杂，不易在实际系统中实现。多用户检测技术的局限是暂时的，随着数字信号处理技术和微电子技术的发展，降低复杂性的多用户检测技术必将在第三代移动通信系统中得到广泛的应用。2、 第三代移动通信系统的架构与前两代移动

57、通信系统相比，3G系统初始设计目标可以概括如下：l 全球普及和全球无缝漫游系统。2G系统一般采用区域或国家标准，而3G将是一个在全球范围内覆盖和使用的系统，它将使用共同的频段，全球统一标准，一边支持同一个移动终端实现世界范围内的无缝通信。l 具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet业务。2G系统主要以提供话音业务为主，即使2G的增强技术一般也仅能提供100-200kbit/s的传输速率，GSM演进到高阶段的速率传输能力为384kbit/s。而3G系统的业务能力将有明显改进，它能支持从话音到分组数据再到多媒体业务，并能支持固定和可变速率的传输以及按需分配宽带等功能。ITU规定的3G系

58、统无线传输技术的最低要求中，必须满足下面3种速率的要求：在高速运行情况下（如汽车上）提供144kbit/s速率的多媒体业务；在低速运行情况下（如步行等）提供384kbit/s速率的多媒体业务；在室内固定情况下提供2Mbit/s的多媒体业务。l 便于过渡和演进。由于2G在引入是，2G网络已具有相当规模，所以3G网络一定要能在2G网络的基础上实现逐渐灵活眼睛，并应能与固定网兼容。l 高频谱效率。高于现有移动系统两倍的频谱效率。l 高服务质量。通信质量与固定网络的服务质量相当。l 高保密性。第三代移动通信系统最早是由ITU在1985年提出的，考虑到该系统于2000年左右进入商用，并且其工作频段也在2000MHz，因此，1996年第三代移动通信系统正式更名为国际移动通信2000，即IMT-2000（In