第四章 移动交换技术

唯一的识别一个移动用户的国际通用号码，为一个15位数字的号码，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也是HLR、VLR的主要检索参数。CCITT规定IMSI的结构为：我国15位，国际规定最大15位MCC＋MNC＋MSINMCC：国家码－－3位 由CCITT统一分配，我国为460；

MNC：移动网号－－2位

00：中国移动、01：中国联通；MSIN：网内移动台号，采用等长10位数字编号格式。IMSI采用E.212编码方式，存储在SIM卡、HLR和VLR中，在无线接口及MAP接口上传送。移动用户漫游号码MSRN系统赋给来访用户的一个临时号码。作用：供移动交换机路由选择使用。

当移动台漫游进入其它地区接受来话呼叫时，该地区的移动系统（MSV/VLR）必需根据当地编号计划赋予它一个MSRN，经由HLR告之MSC，MSC据此才能建立至该用户的路由。MSRN由被访地区的VLR动态分配，它是系统预留的号码，一般不向用户公开，用户拨打MSRN号码将被拒绝。国际移动台设备标识号－IMEI这是唯一标识移动台设备的号码，又称移动台串号。该号码由制造厂家永久性地置入移动台，用户和电信部门均不能改变，其作用是防止有人使用非法的移动台进行呼叫。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中建有一张“非法IMEI号码表”，俗称“黑表”，用以禁止被盗移动台的使用。EIR也可设置在MSC中。CCITT建议IMEI的最大长度为15位。其中，设备型号占6位，制造厂商占2位，设备序号占6位，另有1位保留。我国数字移动网即采用此结构。临时移动用户识别码TMSI为了对IMSI保密，VLR可给来访移动用户分配一个唯一的TMSI号码，它仅在本地使用，为一个4字节的BCD编码。由各个VLR自行分配。位置区识别码LAI位置区由若干个基站区组成，当移动台在同一位置区内时可不必向系统进行强迫位置登记。当呼叫某一移动用户时，只需在该移动台当前所在的位置区下属的各小区中寻呼即可。位置区识别码LAI由三部分组成：移动国家号MCC＋移动网号MNC＋LAC

其中MCC、MNC与国际移动用户识别码（IMSI）中的编码相同，LAC为2字节16进制的BCD码，表示为L1L2L3L4。其中L1L2全国统一分配，L1L2L3L4全为0的编号不用。L3L4由各省分配。MSC/VLR号码用于在七号信令消息中识别MSC/VLR的号码规定为13SM0M1M2M3，其中M0M1M2M3的数值与H0H1H2H3相同。HLR号码在№7信号消息中用来对HLR寻址的号码，

HLR的号码规定为13SH0H1H2H30000。切换号码HON当进行移动局间切换时，为选择路由，由目标MSC(即切换要转到的MSC)临时分配给移动用户的一个号码。切换号码HON的结构与漫游号码MSRN的结构类似。4.3 移动交换信令系统4.3.1移动交换信令系统的结构UM接口A-BIS接口A接口4.3.2Um空中接口物理层（第一层）数据链路层（第二层）信令层（第三层）物理层LAPDmRRMMCML1L2L3通信管理层移动性和安全性管理层无线资源管理层Um接口实现了MS到GSM系统固定部分的物理连接。1、物理层(第一层)GSM系统将无线信道分为两类，物理信道和逻辑信道，逻辑信道分为：业务信道（TCH）用于传送用户信息，包括话音或数据控制信道（CCH）用于传送信令消息，又称为信令信道

4类控制信道：广播信道（BCH）：下行信道，BS→MS公共控制信道（CCCH）：为系统内移动台所共用专用控制信道（DCCH）：使用时由基站将其分给移动台，进行移动台与基站之间的信号传输。随路控制信道（ACCH）：和别的信道一起使用广播信道（BCH）下行信道，BS→MS广播信道供基站发送单向广播信息，使移动台与网络同步。共有3种广播信道：广播控制信道（BCCH）：用于向移动台发送识别和接入网络所需的系统参数。例如：位置区标识码（LAI）、移动网络标识码（MNC）、邻接小区基准频率、接入参数等。频率校正信道（FCCH）：用于向移动台提供系统的基准频率信号，以使移动台校正其工作频率。同步信道（SCH）：向移动台传送同步训练序列，供其捕获与基站的起始同步；同时广播基站识别号码，以使移动台识别相邻的同频基站。公共控制信道（CCCH）系统内移动台共用公共控制信道用于系统寻呼和移动台接入。共有三种公共控制信道：寻呼信道（PCH）：下行信道，BS→MS用于寻呼被叫的移动台。随机接入信道（RACH）：上行信道，MS→BS移动台向系统申请入网信道。（移动台随机提出入网申请，即请求分配一个SDCCH（独立专用控制信道））。包含呼叫时移动台向基站发送的第一个消息。接入准许信道（AGCH）：下行信道，BS→MS用于基站对移动台的入网请求做出应答，即分配一个SDCCH（独立专用控制信道）或直接分配一个TCH（业务信道）。专用控制信道（DCCH）

随路控制信道（ACCH）这些信道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。网络消息：主要用于呼叫控制和用户位置登记低层信令消息：主要用于信道维护具体包括以下3种信道独立专用控制信道（SDCCH）慢速随路控制信道（SACCH）快速随路控制信道（FACCH）

独立专用控制信道（SDCCH）基站和移动台间的双向信道，用于传送呼叫控制和位置登记信令信息。所谓“独立专用”指的是该信道单独占用一个物理信道，即某个波道中的某个时隙，不和任何TCH共用物理信道，犹如七号信令中的公共信令信道一样。它的管理和TCH一样，在信令交换过程中可以进行信道切换。慢速随路控制信道（SACCH）该信道总是和TCH或SDCCH一起使用的。只要基站分配了一个TCH或SDCCH，就一定同时分配一个对应的SACCH，它和TCH（SDCCH）位于同一物理信道中，以时分复用方式插入要传送的信息。（即在传送用户信息期间带传某些特定信息，例如无线传输的测量报告）SACCH用于信道维护。在下行方向，基站向移动台发送一些主要的系统参数，使移动台随时知道系统的最新变化。这些参数和BCCH发送的数据类拟，另外再加上一些调整时间提前量或功率电平的控制参数。在上行方向，移动台向网络报告邻接小区的测量值，供网络进行切换时判决使用，同时还向网络报告它当前使用的时间提前量和功率电平。快速随路控制信道（FACCH）该信道传送的信息和SDCCH相同，差别在于SDCCH是独立的信道，而FACCH是寄生于TCH中的，故称之为“随路”。用途：在呼叫进行过程中快速发送一些长的信令消息。例如，在通话中移动台越区进入另一小区需要立即和网络交换一些信令消息，如果通过SACCH传送，因为每26帧才能插入一帧SACCH，速度太慢，所以就“偷用”TCH信道来传送此消息，被偷用的TCH就称之为FACCH。一次偷用至少4帧，这是交织编码的需要。这种信令传送方式称之为“中断—突发”方式，它必须暂时中断用户信息的传送。为了减小对话音质量的影响，GSM系统采用了数字信号处理技术来估计因为插入FACCH而被删除的话音信号，在接收输出端予以恢复。GSM系统逻辑信道信道名缩写方向业务信道TCHMS↔BS快速随路控制信道FACCHMS↔BS广播控制信道BCCHMS←BS频率校正信道FCCHMS←BS同步信道SCHMS←BS随机接入信道RACHMS→BS寻呼信道PCHMS←BS接入准许信道AGCHMS←BS独立专用控制信道SDCCHMS↔BS慢速随路控制信道SACCHMS↔BS逻辑信道类型逻辑信道控制信道CCH业务信道TCH专用控制信道DCCH随路控制信道ACCH独立专用控制信道SDCCH公共控制信道CCCH广播信道BCHFCCH/BCCH1SCH/BCCH2BCCH/BCCH3下行线下行线上行线PCHAGCHRACHSACCHFACCH下行/上行线GSM系统逻辑信道为了节省无线资源，信道按一定方式构成组合信道，每个组合信道占用一个物理信道。常用的三种组合信道：TCH+FACCH+SACCHBCH+CCCHSDCCH+SACCH2、数据链路层（第二层）第二层协议称为LAPDm，主要目的是在移动台和基站之间建立可靠的专用数据链路。LAPDm是在ISDN的LAPD协议基础上作少量修改形成的。主要不同之处在于取消帧定界标志（Flag）和帧校验序列（FCS），因为其功能已由TDMA系统的定位和信道纠错编码完成。此外还定义了多种简缩的帧格式用于各种特定的情况。LAPD协议LAPDm定义的5种帧格式格式B是最基本的一种帧，和LAPD帧基本相同。地址字段：增设一个业务接入点标识SAPI=3，表示是短消息。SAPI=0的帧优先级高于SAPI=3的帧。控制字段：定义了两类帧：I帧：用于专用控制信道（SDCCH、SACCH、FACCH）UI帧：用于除RACH外的所有控制信道。（BCCHFCCHSCHPCHAGCH）帧格式A对应U帧和S帧格式A地址字段控制字段长度指示字段填充比特格式B地址字段控制字段长度指示字段信息字段填充比特格式A'长度指示字段填充比特格式B'长度指示字段信息字段填充比特格式C

LAPDm的帧格式帧格式A’和B’用于AGCH、PCH和BCCH信道。这些下行信道的信息自动重复发送，无需证实，因此不需要控制字段；所有移动台都要收听这些信道，因此不需要地址字段。B’传送UI帧，A’纯粹起填充作用。帧格式C仅一个字节，专门用于RACH。实际上它并不是LAPDm帧，只是由于接入消息的信息量少，所以就赋予一个最简化的结构。3、信令层（第三层）第三层是收发和处理信令消息的实体，包括三个功能子层：无线资源管理（RR）移动性管理（MM）连接管理（CM）RRMMCML3无线资源管理（RR）作用：对无线信道进行分配、释放、切换、性能监视和控制。共定义了八个信令过程。移动性管理（MM）作用：完成移动台位置更新过程定义了7个过程：移动用户位置更新、定期更新、鉴权、开机接入、关机退出、TMSI重新分配、设备识别连接管理（CM）作用：负责呼叫控制，包括补充业务和SMS（短消息）的控制。由于有MM子层的屏蔽，CM子层已感觉不到用户的移动性。其控制机理继承ISDN，包括去话建立、来话建立、呼叫中改变传输模式、MM连接中断后呼叫重建和DTMF传送等五个信令过程。4.3.3A-bis接口信令GSM系统将基站系统(BSS)进一步分解为基站收发信系统（BTS）和基站控制器（BSC）两部分，它们之间的接口称为A-bis。一个BSC可以控制分布于不同地点的多个BTS，对于小型基站系统也可以合二为一。BTSBTSBTSBSCMSCA-bisAA-bis接口信令也是三层结构。A-bis接口信令第二层采用LAPD协议；A-bis接口信令第三层有三个实体：业务管理过程：GSM标准定义SAPI=0对应的第二层逻辑链路称为RSL(无线信令链路)网络管理过程：尚未标准化SAPI=62对应的第二层逻辑链路称为OML(操作和管理链路)第二层管理过程：LAPD定义SAPI=63对应的第二层逻辑链路称为L2ML(第二层管理链路)GSM规范将BTS的管理对象分为四类，它们是：无线链路层、专用信道、控制信道和收发信机，相应定义了四个管理子过程。无线链路层管理过程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；专用信道管理过程负责TCH、SDCCH和SACCH的激活、释放、性能参数和操作方式控制以及测量报告等；控制信道管理过程负责不透明消息转发及公共控制信道的负荷控制；收发信机管理过程负责收发信机流量控制和状态报告等。4.3.4A接口信令GSM规范将A接口分为三层结构，即第一层：物理层（MTP-1：64kbit/s链路）第二层：MTP2/3+SCCP，负责消息的可靠传送；第三层：应用层DTAPBSSMAP分配功能BSSOMAPSCCPMTP（-2、3）DTAPBSSMAP分配功能BSSOMAPSCCPMTP（-2、3）物理层SCCPMTP(-2,3)A接口BSSNSSMTP-3的使用：主要用其信令消息处理（SMH）功能。由于有许多和电路无关的管理消息，因此采用SCCP，但其全局名翻译功能基本不用。SCCP的使用：主要采用类别1和类别2。类别1（无连接服务功能）适用于整个基站系统、和特定事务无关的全局消息类别2（面向连接服务）传送某一特定事务(如呼叫)的消息序列和操作维护消息序列。SCCP的子系统号（SSN）可识别多个第三层应用实体。第三层包括三个应用实体：BSS操作维护应用部分（BSSOMAP）：用于和MSC及网管中心（OMC）交换维护管理信息。与OMC间的消息传送也可采用X.25协议。直接传送应用部分（DTAP）：用于透明传送MSC和MS间的消息，这些消息主要是CM和MM协议消息。RR协议消息终接于BSS，不再发往MSC。BSS管理应用部分（BSSMAP）：用于对BSS的资源使用、调配和负荷进行控制和监视。消息的源点和终点为BSS和MSC，消息均和RR相关。某些BSSMAP过程将直接引发RR消息，反之，RR消息也可能触发某些BSSMAP过程。GSM标准共定义了十八个BSSMAP信令过程。BSSMAP和DTAP合称为基站系统应用部分（BSSAP）。4.3.5移动应用部分MAP网络接口包括接口B～G，其信令的传送采用的是七号信令方式。E接口：关于话路接续时TUP/ISUP协议/随路信令MSC和PSTN/ISDN之间：TUP/ISUP/随路信令B、C、D、E、F、G接口的应用层协议：移动应用部分（MAP）ABEFCGDMSBSSMSCVLRMSCEIRVLRHLRTUP/ISUPMAPTUP/ISUPMAP由SCCP和TCAP支持。MAP的主要功能：支持移动用户漫游、切换和网络的安全保密，实现全球联网。为此，需要在MSC和HLR、VLR、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，最适于采用七层结构的七号信令方式传送。MAP协议共定义了十个信令过程。P202MAP信令规程移动通信应用部分有以下几类信令过程：．位置登记和删除；．补充业务的处理；．呼叫建立期间用户参数的检索；．频道切换(转换)；．用户管理；·

．操作和维护；．国际移动设备识别管理；．支持短消息业务；．鉴权。4.4移动交换的处理过程GSM(全球移动通信系统)，是由欧洲电信标准化研究所（ETSI）下的特别小组开发并成功运用。我国GSM通信系统一般采用900MHz频段。上行信道频率为905~915MHz，下行信道频率为950~960MHz。频道号为76~124。1800MHz频段，上行信道频率为1710~1785MHz，下行信道频率为1805~1880MHz。频道号为512~562。GSM相邻两频道间隔为200kHz，每个频道采用时分多址接入（TDMA）方式，分为8个时隙，即8个信道，每个信道带宽为25kHz。频道号为76~124,共10M带宽。中国移动公司：905~909MH（上行），950~954MHz（下行），共4M带宽，20个频道，频道号为76~95。中国联通公司：909~915MH（上行），954~960MHz（下行），共6M带宽，29个频道，频道号为96~124。移动呼叫处理的特点1.用户数据集中管理由用户归属的HLR集中管理移动用户的用户数据，HLR中主要存储两类信息：移动用户的用户数据移动用户目前所处位置2.位置登记与更新当用户的位置发生改变时，须将用户当前所在的位置报告给系统。3.

移动用户接入处理

对于MS始发呼叫，不存在用户线扫描、拨号音发送和收号等处理过程，MS接入和发号通过无线接口信令完成，交换机的功能主要是检查MS的合法性及其呼叫权限。对于MS来话呼叫，则要执行寻呼过程。4．信道分配

由于无线接口的频率资源有限，移动用户并没有固定的业务信道和信令信道，而是在通信时由交换机按需给MS分配业务信道和必要的信令信道。5．路由选择由于移动用户的位置是经常发生变化的，所以当移动用户为被叫时始发MSC要向被叫用户归属的HLR查询用户的当前位置，再由被叫用户归属的HLR向被叫当前所在的VLR要求为该次呼叫分配漫游号码，始发MSC通过漫游号码来选择路由6．切换这是移动交换区别于一般交换机的重要特点，它要求交换机在用户进入通信阶段后继续监视业务信道质量，必要时进行切换以保证通信连续性。呼叫处理的一般过程与固定交换机中的呼叫处理不同，由于无线接口的频率资源有限，移动用户并没有固定的业务信道和信令信道，而是在通信时由交换机按需给MS分配业务信道和必要的信令信道。移动通信系统的通信一般包括接入阶段鉴权加密阶段（如果需要）完成业务（位置更新、呼叫、发送短消息等）阶段释放连接阶段。接入阶段的一般处理过程流程说明：信道请求：MS-BTS-BSC信道激活：BSC-BTS信道激活响应：BTS-BSC立即指配：BSC-MSSABM帧：MS-BTSUA帧应答：BTS-MSRR连接SCCP连接鉴权与加密鉴权的目的是确定用户身份的合法性，保证只有有权用户才可以访问网络。加密的目的是保护用户的隐私，防止在无线信道上窃听通信信息。用户鉴权：用户标识模块（SIM）鉴权中心（AUC）用户鉴权过程1－用户标识模块(SIM)SIM：用来存储和移动用户有关的信息基本数据（固化）：IMSI、Ki、A3、A8、A5Ki：鉴权密钥，每个用户都不一样A3：鉴权算法（是统一的）A8：数据加密密钥生成算法A5：加密算法临时数据：TMSI、LAI、KcLAI：位置区标识Kc：由A8计算得到的数据加密密钥和用户业务有关的数据：缩位号码表终端配置参数呼出限制固定电话号码表要发送的短消息SIM卡密码：为了SIM卡本身的使用安全，用户可设置4～8位数字的密码即个人用户识别码（PIN-Personalidentificationnumber），如果使用者连续3次键入密码出错，SIM就自动锁定，其后必须用个人解锁密钥才能使SIM解锁。1－鉴权中心AUCAUC中存储的数据：用于生成随机数(RAND)的随机数发生器Ki各种安全算法（A3、A8），这些安全算法和SIM卡中的算法相一致。AUC的基本功能是产生三参数组（RAND、SRES、Kc），其中：RAND由随机数发生器产生；SRES（数字签名SRES-SignedRESponse）由RAND和Ki由A3算法得出；Kc由RAND和Ki用A8算出。三参数组产生后存于HLR中。当需要鉴权时，由MS所在服务区的MSC/VLR从HLR中装载至少一套三参数组为此MS服务。具体到某次鉴权时，如果此时VLR中还有该MS的三参组，则HLR不参与鉴权过程，VLR直接向MS下发鉴权命令；如果VLR中已经没有该MS的三参组，则需首先向HLR取三参组。3－用户鉴权过程用户鉴权由AC、VLR和用户配合完成。当用户起呼或进行位置更新登记时，MSC向需被鉴权用户发送一个随机数RAND，用户的SIM卡以(RAND,Ki)为输入参数执行鉴权算法A3，得到计算结果即数字签名SRES-SignedRESponse）回送MSC，MSC将此结果和暂存器中存储的预先算好的结果比较，如果两者相符，就表示鉴权成功。数据加密

数据加密用于信令和重要的用户通信信息的保密传送，用户信息是否需要加密可在呼叫建立时由信令指明。加密算法：数字系统加密有许多成熟的算法。GSM采用可逆算法A5加密，即发送端用A5算法加密，接收端也用A5算法解密。密钥：GSM系统加密还需要一个用户特定的密钥Kc。该密钥是在鉴权过程中根据同一随机数和Ki用算法A8计算得到的考虑到数据加密，VLR中存储的用户保密数据共有3个，即RAND、SRES、Kc。鉴权时，RAND送经用户；鉴权成功后，Kc送往基站。位置登记与更新移动通信系统与固定电话系统的一个主要不同之处就是移动台MS的位置是在不断变化的，为了与系统保持联系，MS就需要不断地向系统报告自己当前的位置。GSM网络被划分为不同的位置区，位置区由位置区识别码LAI标识，每个小区的广播信道广播的系统消息中，都包含该小区所属的位置区识别码LAI，每个MS当前所在的位置区的LAI被保存在MS的SIM卡和该MS位于的VLR中。MS进行位置更新的时间

MS进入了新的位置区，发现当前小区广播信道广播的系统消息中包含的位置区识别码LAI与SIM卡中保存的LAI不一致时系统定义的周期性位置更新位置更新的两种情况在GSM系统中有三个地方需要知道位置信息：HLR、VLR和MS（SIM卡），在MS的位置发生变化时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当前所在的位置区识别码LAI，在MS归属的HLR中保存的位置信息是MS当前所在的VLR号码。

同一MSC/VLR区不同的LAI的位置更新，只需