现代交换原理与技术（第二版）课件第八章 移动交换

第八章移动交换技术目录8.1移动通信系统基本概念8.2PLMN结构8.3移动通信中的编号计划8.4GSM移动通信网络8.5移动交换基本技术图1固定电话网络和移动交换网络8.1移动通信系统基本概念

移动通信就是通信双方至少有一方在运动状态中进行信息交换，包括移动用户之间、固定用户与移动用户的通信，即“动中通“。按此定义，包括陆地移动通信、移动卫星通信、舰船通信，航空通信等都属于移动通信的范围。例如，移动体（车辆、船舶、飞机、人）与固定点之间、或移动体之间的通信等等。移动通信其实很早就有，比如，飞机与机场之间、飞机与飞机之间的通信；船舶与码头之间、船舶与船舶之间的通信；野战部队与指挥部之间、野战部队与野战部队之间的通信等等都属于移动通信的范畴。

移动通信可以应用在任何条件之下用无线方式，而且是在运动中进行通信，因此形成了它的许多特点。(1)移动通信的传输信道必然是无线信道。因此移动通信也称为移动无线电通信方式。(2)具有复杂的电波传播环境。(3)干扰大，需采用抗干扰措施。(4)多普勒效应。(5)环境条件差，对设备要求高。(6)用户量大，但频率有限。

移动通信技术的发展已经经历了5个主要阶段：第一代（1G）为模拟通信系统，主要采用FDMA；第二代（2G）为数字通信系统，主要采用TDMA（如GSM）技术；和CDMA（如IS-95）技术；第三代（3G）比2G可以提供更宽的频带，主要采用CDMA（如CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA）技术，不仅传输话音，还能传输高速数据，从而提供快捷方便的无线应用；第四代（4G）采用OFDMA接入技术（如WiMax、HSPA+、LTE、LTE-Advanced、WirelessMAN-Advanced），向用户提供最大100Mb/s的带宽，是支持宽带接入IP的多功能集成移动通信系统；第五代（5G），具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施，现已进入全面商用阶段。2024年一季度，中国5G用户普及率突破60%。2024年3月，中国移动宣布5G-Advanced网络（5.5G）正式商用。2024年5月17日，在浙江宁波举行的2024世界电信和信息社会日大会上，中国电信、中国移动、中国联通、中国广电联合宣布启动5G异网漫游商用推广。第六代（6G），即第六代移动通信标准，也被称为第六代移动通信技术，可促进产业互联网、物联网的发展。2018年我国着手展开6G研究，预计2030年左右，6G将在中国实现商用。8.2PLMN结构1988年CCITT通过了关于PLMN（PublicLandMobileNetwork）的Q.1000系列建议，对PLMN的结构、接口、功能以及与公用电话交换网的互通等作了详尽的规定。图2PLMN功能结构网络功能单元（1）移动交换中心（MobileSwitchingCentre,MSC）是移动通信网的核心，一般包括控制管理模块、交换单元和接口电路，主要完成MS登记和寻呼、移动呼叫接续、路由选择、越区切换控制、无线信道资源和移动性管理等功能。MSC也是PLMN与PSTN、ISDN、PDN等固定网络之间的接口设备。(2)移动台（MobileStation,MS）是用户使用的终端设备。MS有车载式、手持式、便携式、船舶以及特殊地区需要的固定式等类型。MS由移动终端（手机）和用户识别模块（SubscriberIdentityModule，SIM）或身份识别模块（UserIdentityModule，UIM）两部分组成。MS主要完成语音编码、信道编码、信息的调制解调、信息加密和信息的发送与接收等功能。(3)基站（BaseStation,BS）是位于同一位置所有无线电设备的总称。BS是MS与MSC的接口设备，一般由多个信道收信机、发信机和天线系统组成，其主要功能是发送和接收射频信号，在有些系统中还具有信道分配和小区管理等控制功能。一个BS一般为一个或多个小区服务。(4)归属位置寄存器（HomeLocationRegister,HLR）是一个位置数据库。归属是指移动用户开户登记的所属区域。HLR用于存储在该地区开户的所有移动用户的用户数据，包括常规的用户识别号码、MS类型和参数、用户服务类别以及和移动通信有关的用户位置信息、路由选择信息等。(5)访问位置寄存器（VisitorLocationRegister,VLR）是一个动态数据库，用来存储进入其覆盖范围内的移动用户信息。VLR存储进入本地区的所有访问者的有关用户数据，这些数据取自访问者的HLR。当MSC要处理访问者的去话或来话呼叫时，就从VLR中检索所需的数据。访问者通常称为“漫游用户”。(6)设备识别寄存器（EquipmentIdentityRegister，EIR）也是一个数据库，用来存储MS设备参数，完成对移动设备的识别、监视和锁闭等功能。(7)鉴权中心（AuthenticationCentre,AuC）存储移动用户合法性检验的数据和算法，用于安全及保密管理，对用户鉴权，对无线接口的语音、数据、信号信息进行加密，防止无权用户接入系统，保证无线接口的通信安全。(8)操作维护中心（OperationandMaintenanceCenter，OMC）是操作维护数字蜂窝PLMN的功能实体。网络接口(1)Um接口：无线接口，又称空中接口，该接口采用的技术决定了移动通信系统的制式。(2)A接口：无线接入接口。该接口传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、信道管理等信息，并与Um接口互通，在MSC和MS之间互传信息。(3)B接口：MSC和VLR之间的接口。MSC通过该接口向VLR传送漫游用户位置信息，并在呼叫建立时向VLR查询漫游用户的有关数据。(4)C接口：MSC和HLR之间的接口。MSC通过该接口向HLR查询被叫移动台的选路信息，以便确定呼叫路由，并在呼叫结束时向HLR发送计费信息。(5)D接口：VLR和HLR之间的接口。该接口主要用于登记器之间传送移动台的用户数据、位置信息和选路信息。(6)E接口：MSC之间的接口。该接口主要用于越区切换。当移动台在通信过程中由某一MSC业务区进入另一MSC业务区时，两个MSC需要通过该接口交换信息，由另一MSC接管该移动台的通信控制，使移动台通信不中断。(7)F接口：MSC和EIR之间的接口。MSC通过该接口向EIR查询发呼移动台设备的合法性。(8)G接口：VLR之间的接口，当移动台由某一VLR管辖区进入另一VLR管辖区时，新老VLR通过该接口交换必要的信息。(9)MSC与PSTN/ISDN的接口：利用PSTN/ISDN的NNI信令建立网间话路连接。8.3移动通信中的编号计划（1）移动台目录号码（MSDN：MobileStationDirectoryNumber）移动台目录号码是供主叫用户拨打的移动用户号码，编码方式和PSTN/ISDN相同，在GSM系统中称为MSISDN；在CDMA系统中，称为MDN。其结构为：

[国家码]+[国内移动网接入号码]+[用户号码]其中：国家码（CC），即MS登记注册的国家码，中国为86；国内移动网接入号码（NDC），例如中国移动为134~139，中国联通为130~132；用户号码（SN），我国采用8位等长编号，前4位为HLR标识码，后4位为用户号码。(2)国际/国内移动用户标识（InternationalMobileSubscriberIdentity/NationalMobileStationIdentification,IMSI/NMSI）指网络识别移动用户的国际/国内通用号码。移动用户以此号码发出入网请求或位置登记，移动网据此查询用户数据。此号码亦是HLR、VLR的主要检索参数。

每个移动台可以有多个MSDN，但是其IMSI只有一个，移动网络据此受理用户的通信或漫游登记请求，并对用户计费。IMSI由电信经营部门在用户开户时写入移动台的EPROM。当任一主叫按MSDN拨叫某移动用户时，终接MSC请求HLR或VLR将其翻译成IMSI，然后用IMSI在无线信道上寻呼该移动台。(3)国际移动设备标识（IMEI:InternationalMobileEquipmentIdentification）

IMEI是唯一标识MS设备的号码，又称MS电子串号。该号码由制造厂家永久性地置入MS，用户和运营商都不能改变，作用是防止非法用户入网。根据需要，MSC可以发指令要求所有的移动台在发送IMSI的同时发送其IMEI，如果发现两者不匹配，则确定该移动台非法，应禁止使用。在EIR中建立一张“非法IMEI号码表”，俗称“黑表”，用以禁止被盗移动台的使用。

(4)移动台漫游号码（MSRN：MobileStationRoamingNumber）移动台漫游号码是分配给来访用户的临时号码，供MSC进行路由选择。由于MS的移动性，其位置是不确定的，MSDN只反映它的归属地，当MS进入另一个MSC管辖的区域时，该MSC的VLR要根据当地编号计划为MS动态分配一个MSRN，并经由HLR告知归属地MSC，以建立至该MS的路由。当此MS离开该区后，VLR和HLR都要删除这个MSRN，以便再分配。(5)临时移动用户标识（TMSI：TemporaryMobileSubscriberIdentity）TMSI是为网络安全设计的，由于IMSI是唯一识别一个用户的编码，如果被截取，会被不法分子利用，所以IMSI不在空中无线信道上传送，而是用TMSI替代。TMSI由VLR分配，是动态变化的，只在本地有效，由此可以保护IMSI。8.4GSM移动通信网络

传输方式：双向传输。适用范围：公众通信网。公众通信网

MSBSBSMSBSBSMSCMSC移动交换中心或移动电话交换局MTSO基站移动台移动通信网MSMSGSM系统的网络结构移动台（MS）无线基站子系统（BSS）交换网络子系统（NSS）操作维护子系统（OMC）移动台子系统（MS）

移动客户设备部分，有手持机和车载台。包括移动终端（ME），手机客户识别卡（SIM）。移动终端(ME)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客户识别卡(SIM)存贮了用户的各种信息，包括国际移动用户识别码IMSI号，PIN码，PUK码等，还包括鉴权和加密信息，呼叫限制，缩位拨号等。它与网络数据库中储存的信息相一致。无线基站子系统（BSS）

由MSC控制，与MS进行通信的系统设备。主要完成无线发送接收和无线资源管理等功能。有基站收发信机（BTS）和基站控制器（BSC）两部分。基站收发信机（BTS）功能无线传输无线分集无线信道加密完成无线与有线的转换基站控制器（BSC）是BTS和MSC之间的连接点，也为BTS和OMC之间交换信息提供接口。具有对一个或多个BTS进行控制的功能。其功能有：无线网络资源的管理实施呼叫和通信链路的建立和拆除对本控制区内移动台的越区切换的控制小区配置数据管理功率控制等交换网络子系统（NSS）主要完成交换功能，客户数据管理、移动性管理、安全性管理等功能。操作维护子系统（OMC）主要对整个GSM网络内各种部件进行功能监视、状态报告、故障诊断和设备管理。网关交换中心（OMC）负责移动交换网络与固话网络（PSTN）的互联互通。包括进行接续控制（信令控制）和话音转发。GSM交换信令GSM的交换信令系统负责控制呼叫建立、释放、移动性管理等功能，其核心是“No.7信令系统（SS7）”以及GSM特有的协议栈。主要包括三种类型：无线接口信令基站接入信令网络接口信令无线接口信令手机（MS）与基站（BTS）之间的信令。其控制平面包括物理层、数据链路层和信令层三层协议结构。GSM系统将无线信道分为两类：业务信道（TCH）和控制信道（CCH）。业务信道用于传送用户信息，包括话音或数据；控制信道用于传送信令信息，称为信令信道。GSM包括四类控制信道：广播信道、公共控制信道、专用控制信道和随路控制信道。基站接入信令也叫网络内部信令（BSS与核心网之间）。“BSSAP”（BSSApplicationPart）：用于BSC与MSC之间的信令（通过A接口）。网络接口信令网络接口包括接口B~G。网络接口上层信令为移动应用部分（MAP），MAP是7号信令系统的应用层协议，由SCCP和TCAP支持。其主要功能是支持移动用户漫游、切换和网络的安全保密。为实现全球网络联网，需要在MSC和HLR、VLR和EIR等网络数据库之间频繁地交换数据和指令，这些信息都与电路连接无关，最适合采用7号信令方式传送。MSC与MSC之间以及MSC和PSTN/ISDN之间关于话路接续的信令则采用7号信令的TUP/ISUP协议。8.5移动交换基本技术在移动通信中，主要解决“动中通”的问题，因此交换机能够实现移动性管理（MobileManagement，MM），即是对移动终端位置信息、安全性以及业务连续性方面的管理，努力使终端与网络的联系状态达到最佳，进而为各种网络服务的应用提供保证。主要包括：位置登记与更新、呼叫管理以及切换。1.移动呼叫一般过程移动网呼叫建立具有以下特点：一是移动用户发起呼叫时必须先输入号码，确认不需要修改后才发起。二是在号码发出和呼叫接通之前，移动台MS与网络之间有些附加信息需要传送。这些操作是机器自动完成的，无需用户介入，但有一段时延存在。(1)移动台初始化在蜂窝移动通信系统中，每个小区指配一定数量的波道，在这些波道上按规定配置各类逻辑信道。其中有用于广播系统参数的广播信道，用于信令传送的控制信道和用户信息传送的业务信道。移动台开机后，通过自动扫描捕获当前所在小区的广播信道，由此获得移动网号、基站号和位置区域等信息。对于模拟移动系统来说，一般一个小区只有一个控制信道，并独占一个波道，初始化工作比较简单。

对于数字移动系统来说，一个小区有多个不同功能的逻辑控制信道，以时分复用的方式在同一波道上传送，并允许有不同的复用格式。移动台首先需要根据广播的训练序列完成与基站的同步，然后获得位置信息、寻呼信道等公共控制信道号码。上述任务完成后，移动台就监视寻呼信道，处于收听状态。

通话始呼接入始呼消息分配话音信道初始业务信道分配提醒接入成功回铃音话路接续信令回铃音MSBSMSCLS

BSMSBSBSVLRHLRVMSCGMSCLS12534677141013167881115912168

（4）呼叫释放在移动通信系统中，为节省无线信道资源，呼叫释放采用互不控制复原方式。通信可在任意时刻由两个用户之一释放，移动用户可以通过按挂机键终止通话。2.GSM系统信令过程（呼叫流程）EIRBSC1BTS1MS1AUCVLRMS2BTS2BSC2MSC2MSC1HLRSIMSIM接入请求消息1.首先，MS通过随机接入控制信道（RACH）向网络发第一条消息，即接入请求消息，要求系统分配一个SDCCH信道。RACHRACH2.BSC收到请求后，将分配的SDCCH信道号经基站通过AGCH信道送回MS。SDCCH信道用于控制呼叫的建立。SDCCH号AGCHAGCH2.GSM系统信令过程（呼叫流程）EIRBSC1BTS1MS1AUCVLRMS2BTS2BSC2MSC2MSC1HLRSIMSIM3.MS在SDCCH信道上发呼叫信息，经BSC至MSC。4.MSC查看A客户的类别，完成鉴权程序，并标注此客户忙。这些消息流均在SDCCH信道上传送。呼叫信息SDCCHSDCCH5.若网络允许此MS接入，则MSC发证实接入请求消息。证实接入请求消息接着，MS发呼叫建立消息及B客户号码，即MSISDN。呼叫建立消息及MSISDN2.GSM系统信令过程（呼叫流程）EIRBSC1BTS1MS1AUCVLRMS2BTS2BSC2MSC2MSC1HLRSIMSIM6.MSC分析此号码，根据H1H2H3H4ABCD，应用查询功能向B客户的HLR发MSISDN号码。7.HLR将B用户MSISDN号码转换为客户识别码（IMSI），查询B用户目前所在的业务区MSC，向该区VLR发送被叫的IMSI。请求VLR分配给被叫客户一个漫游号码MSRN。MSISNDIMSI2.GSM系统信令过程（呼叫流程）EIRBSC1BTS1MS1AUCVLRMS2BTS2BSC2MSC2MSC1HLRSIMSIM8.VLR把分配给被叫客户的MSRN号码回送给HLR，由HLR发送给主叫MSC。9.知道被叫MSC后，则可用E接口把主被叫MSC连接起来。MSRNMSRNE呼叫建立证实消息10.主叫MSC便向MS发呼叫建立证实消息，并令BSC给它分配一空闲的专用业务信道TCH2.GSM系统信令过程（呼叫流程）EIRBSC1BTS1MS1AUCVLRMS2BTS2BSC2MSC2MSC1HLRSIMSIM11.同时，VLR查出被叫客户的位置区识别码（LAI），呼叫MS的路由到达MSC，MSC将寻呼消息发送给位置区内所有的BTS。G12.TCH号由BSC通过BTS送到MS，并且被激活，同时，MS-BTS-BSC-MSC的链路建立，即呼叫建立过程基本完成，MS等待B用户相应的证实信号。LAI寻呼消息TCHTCHTCH号TCH号2.GSM系统信令过程（呼叫流程）EIRBSC1BTS1MS1AUCVLRMS2BTS2BSC2MSC2MSC1HLRSIMSIM13.BTS通过无线路径上的寻呼信道（PCH）发送寻呼消息，在整个位置区范围覆盖内进行广播寻呼。G14.守候的空闲的MS接收到此寻呼消息，识别出其IMSI码后，发送应答相应。寻呼消息TCHTCH寻呼消息应答响应2.GSM系统信令过程（呼叫流程）EIRBSC1BTS1MS1AUCVLRMS2BTS2BSC2MSC2MSC1HLRSIMSIM15.为被叫分配和激活TCH信道。呼叫过程完毕，双方进入通话状态。GTCHTCH