《移动通信技术》电子教案（全）

《移动通信技术》电子教案(全)

一、移动通信简介(3学时)

1、课程定位：(1)掌握移动通信系统的基本概念和构成移动通信网

的基本要素(Graspbasicconceptandelementsofmobile

communication),(2)掌握移动通信网络系统关键技术基本原理

(graspkeytech,andbasicprincipleofcommunication.System).

2、课程目标：(1)为在网络运营商和ISP从事移动网络相关技术规

戈4、建设、维护和优化奠定基础(Providefound,forconstruction^

plan、maintenanceandoptimizationinnetworkoperators)。(2)

为相关设备供应商开发维护等奠定基础(Providefound.for

developmentandmaintenanceinequipmentsupplies)o(3)掌

握移动通信系统中的关键技术(location,charging,trans.and

Wlantechnologies)o(4)掌握移动通信系统关键技术原理的英语表

达。

3、教学重点：移动通信系统基本概念(basicconceptsofmobile

system)、蜂窝移动通信组网原理(networkingprincipleofmobile

cellularcommunication)>移动通信系统关键技术(key

technologiesofmobilecommunication)>移动通信系统结构

(systemstructureofmobilesystem)

4、参考书

《移动通信》，西安电子科技大学出版社，郭梯云等。

《现代移动通信系统》，人民邮电出版社，祁玉生等。

《GSM网络与GPRS》电子工业出版社，XavierLagrange等，翻译：

顾肇基。

《第三代移动通信系统原理与工程设计，IS-95cdma和CDMA2000》,

美vijayk.garg

《WCDMA蜂窝移动通信》，北京邮电大学出版社，袁超伟等。

《CDMA2000lx移动通信系统》，机械工业出版社，扬大成等。

《7号信令系统(修订本)》人民邮电出版社，纪红。

5、讲解内容

引言(introduction)、蜂窝概念(cellular)、蜂窝系统结构(cellular

systeminfrastructure)、信令技术(signalingtechnology)、

移动管理技术(mobilitymanagementtechnology)、无线传输技术

(wirelesstransmissiontechnology)、其他无线组网技术(other

wirelesstechnologiessuchasadhoc)□

6、通信网的基本构成(constructionoftelecommunication)

Telecommunicationnetwork=mux(multiplexer)+switch+

transmission+userterminals

通信网络由复用、交换、传输与用户终端构成。

(1)复用：实现不同类型数据在同一通道内的复用、传输，复用能提

高网络资源利用率，有效节约通信网络建设成本。(realize

multiplexandtransmissioninasamechannelfordifferent

typesofdata)

(2)交换：在两个用户间建立临时电路，通信结束后撤除该电路。

(Temporarycircuitisbuiltforcommunicationusers,andwill

becancelledaftercomm..)

(3)传输：传输完成信息的传递，一般有有线、无线传输。

(Informationistransmittedfromonesidetoanotherside)

(4)终端：完成人与通信系统接口的设备(referredtodevices

whichrealizeinterfacebetweenusersandcommunicationsystem)

7、通信网分类(communicationnetworkclassification)

(1)按传输的内容分类(classificationonthebasisof

transmissioncontents)：电话网(telephonenetwork)、计算机网

(computernetwork)>电视网(televisionnetwork)；(2)按复用方

式分类(multiplexing)：频分多址(frequencydivision

multiplexingaccess--FDMA)、时分多址(timedivision

multiplexingaccess--TDMA)>码分多址(codedivision

multiplexingaccess--CDMA)；(3)按交换方式分类(switching)：

电路(circuit)>分组(packet)、帧中继(frane)>IP(internetpacket)

等；(4)按传输方式分类(transmission)：模拟/数字(analog/

digital)>有线/无线(wired/wireless)等

8、通信网络的性能指标(performancemetersforcommunication)

(1)延迟delaytransmissiontimefromonepointtoanother

point；(2)延迟抖动jitterdifferencebetweendelay；(3)

容量(信道发送信息的能力)capacity--maximumtransmission

abilityforachannel；(4)吞吐量(单位时间内成功地传送数据

的数量)throughputthenumberofsuccessfultransmission

data；(5)可靠性(一定时间一定条件下无故障完成指定功能的能

力)reliabilitytheabilityofperformingspecific

functioninacertaintimeandcondition；(6)便携性(方便

用户使用的程度)conveniencetheabilityforuseof

convenienceo

9、移动通信的基本概念(basicconceptsofmobilecommunication)

(1)通信一方或双方处于移动过程中的信息交换(referredto

informationcommunicationwhenonesideorbothsidesare

moving)；(2)themobilecommunicationismisunderstoodasmobile

phoneduetoitspopularity；(3)终端移动性mobility

ofterminals；(4)个人移动性personal

mobility--subscriberidentitymoduleSIMsupportpersonal

mobility；(5)无线接入支持移动业务wirelessaccess

supportmobileservice；(6)通信网的智能化与无线化实现移动

业务theintelligenceandwirelesscharacteristicrealize

mobileservice.；(7)无线传输的基本原理，信源产生信息发送给

变换器，变换器把信息转换成适合发射机发射的信息，发射机把信息

通过无线发射机向空中发射,接收机收到无线信号后，发送给变换器,

变换器把接收到的信息转换，发送给新宿。

Theprinciple:informationsourcecreatesinformationand

sendsthemtoconverter.Theconvertertransformsthe

informationandconveytotransceiver.Transceiverreceives

theinformationandsendstoconverter,andtheconverter

transformtheinformationtodestination.

Source:supplyinformationneededtransmission

Converter:transformstheserviceinformationtoelectronic

signal.

Transceiver:transformstheelectronicsignaltohigh

frequencysignalorviceversa.

Transmissionmedia:thetransmissionchannel.

Destination:receiverofinformation

(8)移动通信的特点(thecharacteristicsofmobile

communication)

1)transmissionchanneliswirelessspectrum；(2)thewireless

environmentexperiencesinterference；(3)wirelessspectrumis

verycrowded；(4)thetransmissionpowerofterminalislimited；

(5)Terminalsrandomlymove；(6)thecontentiseasytobe

disclosed

(9)移动通信的技术要求(technicalrequirements)

(1)Highspectrumefficiency；(2)Highqualityofservice

traffic；(3)Highmobilityandportability；(4)Highflexibility

ofnetworking；(5)Anti-interference；(6)Informationsecurity

10移动通信技术的关键问题(thekeyissuesofmobile

communicationtechnology)

(1)Improvequalityofservicetraffic；(2)improvespectrum

efficiency；(3)increasecapacityofmobilesystem；(4)provide

manytypesofservices；(5)provideintelligencetomobile

system

11移动通信基本业务应用范围(applicationareaofmobile

communicaiton)

(1)蜂窝移动电话系统--cellularmobilephonesystem；集群通

信系统privatemobileradionetworkPMRN；无线寻呼

wirelesspaging；无绳电话cordlessphone；卫星网

satellitenetworkslongcommunication,bigcoverage,

highcapacity,highconvenience,stableandreliable

communication.

(2)无线移动数据网wirelessdatanetworkssuchaswxan,

adhoc,etc.

Packetisakindoftransmissionunitwhichconsistsofbitflow.

Thepacketincludesheaderanddata,andtheheadusually

comprisessourceaddress,destinationaddressandrelative

routinginformation.Thedataisserviceinformation.

12公共陆地移动网PLMN--publiclandmobilenetworks

PLMNincludesnetworkbasedonbothvoiceanddata.Thevoice

networkcomprisescordlessphone,cellulardigitphone.The

datanetworkmainlyconsistsofwimaxandmobiledatanetwork.

13.蜂窝网络系统(cellularsystem)--包含接入网络(access

networks)和核心网络(corenetworks).核心网络的关键部分(main

elementsofthecorenetworks)mobilitymanagement,traffic

switching,charging,networkcontrolandmanagement,

transmission,signalingnetwork.

14.蜂窝移动通信系统的特点(characteristics),整个服务区被

划分为若干个较小区域，俗称"蜂窝小区"(thewholeservicearea

isdividedintoanumberofsmallarea,referredtoascellular

cell)；蜂窝小区又被分为"扇区"(cellularcellalsoasector)；

每个小区使用较小功率的发射机进行覆盖(eachcelluseslowpower

tocover)。Cellularcommunicationcanrealizefrequencyreuse,

accessofthesubscriberandhandoff.

15.蜂窝结构(cellulararchitecture):macro-cell,micro-cell,

pico-cell,hybridarchitecture.

16.移动通信的发展形成了巨大的产业链(thedevelopmentof

mobilecommunicationcreateshugeproductionchain):系统制

造(基站basestation、交换机switcher、传输设备transmission

devices、maintenancedevices,etc.).终端制造(terminal

production).各种芯片设计与制造(chipdesignandproduction).

通信软件开发，应用软件开发(communicationsoftwaredevelopment

andapplicationsoftwaredevelopment）。

17.第一代一一模拟蜂窝通信系统

第一代移动电话系统采用了蜂窝组网技术，蜂窝概念由贝尔实验室提

出，70年代在世界许多地方得到研究。当第一个试运行网络在芝加

哥开通时，美国第一个蜂窝系统AMPS（高级移动电话业务）在1979

年成为现实。

现在存在于世界各地比较实用的、容量较大的系统主要有：

（1）北美的AMPS；（2）北欧的NMT-450/900；（3）英国的TACS；

其工作频带都在450MHz和900MHz附近，载频间隔在30kHz以下。

鉴于移动通信用户的特点：一个移动通信系统不仅要满足区内，越区

及越局自动转接信道的功能，还应具有处理漫游用户呼叫（包括主被

叫）的功能。因此移动通信系统不仅希望有一个与公众网之间开放的

标准接口，还需要一个开放的开发接口。由于移动通信是基于固定电

话网的，因此由于各个模拟通信移动网的构成方式有很大差异，所以

总的容量受着很大的限制。

鉴于模拟移动通信的局限性，因此尽管模拟蜂窝移动通信系统还会以

一定的增长率在近几年内继续发展，但是它有着下列致命的弱点：

A）各系统间没有公共接口。

B）无法与固定网迅速向数字化推进相适应，数字承载业务很难开展。

0频率利用率低，无法适应大容量的要求。

D）安全.利用率低，易于被窃听，易做〃假机〃。

这些致命的弱点将妨碍其进一步发展，因此模拟蜂窝移动通信将逐步

被数字蜂窝移动通信所替代。然而，在模拟系统中的组网技术仍将在

数字系统中应用。

第二代一一数字蜂窝移动通信系统

由于TAGS等模拟制式存在的各种缺点,90年代开发出了以数字传输、

时分多址和窄带码分多址为主体的移动电话系统，称之为第二代移动

电话系统。代表产品分为两类：

TDMA系统

TDMA系列中比较成熟和最有代表性的制式有：泛欧GSM、美国D-AMPS

和日本PDC。

(1)D-AMPS是在1989年由美国电子工业协会EIA完成技术标准制

定工作，1993年正式投入商用。它是在AMPS的基础商改造成的，数

模兼容，基站和移动台比较复杂。

(2)日本的JDC(现已更名为PDC)技术标准在1990年制定，93年

使用，只限于本国使用。

(3)欧洲邮电联合会CEPT的移动通信特别小组(SMG)在88年制定

了GSM第一阶段标准phasel,工作频带为900MHz左右，90年投入商

用；同年，应英国要求，工作频带为1800MHz的GSM规范产生。

上述三种产品的共同点是数字化，时分多址、话音质量比第一代好,

保密性好、可传送数据、能自动漫游等。

三种不同制式各有其优点，PDC系统频谱利用率很高，而D-AMPS系

统容量最大，但GSM技术最成熟，而且它以OSI为基础，技术标准公

开，发展规模最大。

N-CDMA系统

N-CDMA（码分多址）系列主要是以高通公司为首研制的基于IS-95的

N-CDMA（窄带CDMA）。北美数字蜂窝系统的规范是由美国电信工业

协会制定的，1987年开始系统研究，1990年被美国电子工业协会接

受，由于北美地区已经有统一的AMPS模拟系统，该系统按双模式设

计。随后频带扩展到1900MHz,即基于N-CDMA的PCS1900。

第三代——IMT-2000

随着用户的不断增长和数字通信的发展，第二代移动电话系统逐渐显

示出它的不足之处。首先是频带太窄，不能提供如高速数据、慢速图

像与电视图像等的各种宽带信息业务;其次是GSM虽然号称“全球通”,

实际未能实现真正的全球漫游，尤其是在移动电话用户较多的国家如

美国，日本均未得到大规模的应用。而随着科学技术和通信业务的发

展，需要的将是一个综合现有移动电话系统功能和提供多种服务的综

合业务系统，所以国际电联要求在2000年实现商用化的第三代移动

通信系统，即IMT-2000,它的关键特性有：

（1）包含多种系统；

（2）世界范围设计的高度一致性；

（3）IMT-2000内业务与固定网络的兼容；

（4）高质量；

（5）世界范围内使用小型便携式终端。

具有代表性的第三代移动通信系统技术:

主要有三个标准：

(1)以Qualcomm公司为代表提出的与IS-95系统反向兼容的宽带

cdmaOne建议。

建议采用多级DS-CDMA,射频信道带宽1.25/10/20MHz,PN码片率为

1.288/3.6864/7.3728/14.7456Mbps0采用多级的目的在于将5MHz分

为3个1.25MHz带宽的信道，以便于IS-95后向兼容，可以共享或重

叠。

美国考虑在IMT-2000网络发展目标上，支持宽带分组交换网为核心，

将当前的从功能上分层的网络模式演变成端到端的客户-服务器模式。

(2)专门开发与GSM系统反向兼容的UMTS标准，包括两个子方案：

日本的W-CDMA

日本最大的移动电话运营商NTTDoCoMo提出的建议为相干多码率宽

带CDMA(W-CDMA)o由于日本的第二代移动电话系统并没有成为全

球化标准，而在第三代IMT-2000网络技术方案上，日本决心走全球

化合作的道路。在支持ITU的IMT-2000家族及接口概念基础上，有

意参照无线传输技术的合作方式,支持欧洲的GSMUMTS的网络概念。

现在爱立信等公司以与NTTDoCoMo公司合作，共同提出无线传输技

术采用W-CDMA,而核心网路则沿用GSM网络平台，其目的在于能从

GSM演进到第三代IMT-2000o

欧洲的TD-CDMA

欧洲西门子和阿尔卡特等公司提出了一种TD-CDMAo该方案将

FDMA/TDMA/CDMA组合在一起。其特点它的帧结构和时隙结构与GSM

相同，可支持每时隙8个用户。移动台采用双模手机，以便在网络、

信令层与GSM兼容。此方案便于由GSM平滑过渡到第三代，故受到很

多GSM供应商支持。

(3)TD-SCDMA

该标准是中国制定的3G标准。原标准研究方为西门子。为了独立出

WCDMA,西门子将其核心专利卖给了大唐电信。之后在加入3G标准时,

信息产业部(现工业信息部)官员以爱立信，诺基亚等电信设备制造

厂商在中国的市场为条件，要求他们给予支持。1998年6月29日，

原中国邮电部电信科学技术研究院(现大唐电信科技产业集团)向

ITU提出了该标准。该标准将智能天线、同步CDMA和软件无线电(SDR)

等技术融于其中。另外，由于中国庞大的通信市场，该标准受到各大

主要电信设备制造厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以

生产支持TD-SCDMA标准的电信设备。

TD-SCDMA在频谱利用率、频率灵活性、对业务支持具有多样性

及成本等方面有独特优势。

TD-SCDMA由于采用时分双工，上行和下行信道特性基本一致,

因此，基站根据接收信号估计上行和下行信道特性比较容易。止匕外,

TD-SCDMA使用智能天线技术有先天的优势，而智能天线技术的使用

又引入了SDMA的优点，可以减少用户间干扰，从而提高频谱利用率。

软件无线电：通过软件编程来实现无线电台的各种功能，在公共硬件

平台上利用可编程的软件方法实现所需要的无线电系统一一灵活、低

成本。(realizeswirelessfunctionsthroughsoftware

programming)

认知无线电(cognitiveradio),具有学习能力，能与周围环境交互

信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，能降低冲突的发生。产

生CR的背景：传统无线频谱的使用方式是由管理部门颁发无线频谱

使用牌照，但其利用率较低，由此当授权频谱利用率较低时，非授权

用户暂时借用授权频谱。

认知无线电网络(cognitiveradionetworks),无线网络具有认知能

力，根据当前环境计划、决定行动，CR是构成CRN的节点。

二、移动管理技术(10学时)

1、移动管理技术的目的(objective)：理解移动网络的构成

(constitutionofmobilenetwork)>移动网络的两层体系结构

(two-tierarchitectureofmobilenetwork)>呼叫接续查找

trackingincalldelivery(数据库查找与小区查找-database

trackingandcelltracking)、位置管理locationmanagement(位

置更新-locationupdate>位置注销locationcancellation)

2、移动管理涉及的关键问题(keyissues)：移动网络构成

(constitutionofmobilenetworks)>移动网络的体系结构

(architectureofmobilenetwork)、位置查找(trackingprocess)、

位置更新与位置注销(locationupdatesandlocation

cancellation)。

3、移动管理的目的：为了呼叫接续定位漫游用户(locateroaming

mobileterminalsforcalldelivery)；当MT改变接入点时，维

护网络与MT的连接(maintainconnectionswithMTSthatchange

theirpointsofattachment)o显然，移动管理的目的是为了应对

用户改变接入点所带来的问题,在PSTN中，由于终端位置不会改变，

PSTN不存在移动管理的问题。Obviously,PSTNhasnomobility

managementsincetheterminalsinPSTNhasnolocationchanges.

移动通信系统的编号规则

(1)移动用户国际ISDN号(MSISDN)

MSISDN=CC+NDC+SN,Mobilesubscriberisdnnumberisdialed

numberbycaller

MSISDN号码是指主叫客户呼叫所需拨的号码。(用于查询数据库)；CC：

国家代码，我国为86；

NDC：网路接入号，移动135,联通为130o

SN：用户号码，用于查找用户所在位置的信息。Subscribernumberis

usedtoquerylocationofuser

SN号码结构H1H2H3ABCDOH1H2H3为每个移动业务本地网的数据库号

码，ABCD为移动客户码。

(2)国际移动客户识别码IMSI号(MSISDN)

IMSI=MCC+MNC+MSIN15位

IMSI号用于GSM通信网所有控制信息中

MCC：移动网国家代码，3位，我国为460。

MNC：移动网代码，2位，中国移动为00,中国联通为01。

MSIN：移动用户识别码，10位。

IMSI存储在系统的所有数据库和用户SIM中.Thenumberofimsiis

storedinalldatabaseandsimmodule

(3)临时移动客户识别码(TMSI-temporarymobilesubscriber

identity)

为了对IMSI保密，系统给来访移动客户分配一个唯一的TMSI号码,

仅限在本MSC业务区内使用。

Forsecurityincommunication,thesystemallocatestheonly

TMSInumber,whichisusedincurrentMSCcoverage

(4)移动客户漫游号码(MSRN-mobilescriberroamingnumber)

MSRN=CC+NDC+SN

MSRN旨在让用户当前所在系统为了让发起呼叫方知道如何找当前所

在的位置，MSRN号码是一个临时号码，接通后即释放。

CC(countrycode)：被访国家代码

NDC(nationaldestinationcode)：国内目的代码。

SN(subscribernumber)：用户号码，是一■临时与IMSI相关的内部

号码，指向VLR中的数据库项。

(5)位置区识别码LAI(locationareaidentification),用于用

户位置更新，具有全球唯一性。

LAI=MCC+MNC+LAC

MCC(mobilecountrycode)：移动客户国家代码，同IMSI中的前三

位数字。

MNC(mobilenetworkcode)：移动网号，同IMSI中的MNC。

LAC(locationareacode)：位置区代码，为2bytesBCD编码，表

示为XIX2X3X4o

(6)国际移动台设备识别码(IMEI-InternationalMobile

EquipmentIdentity)

唯一识别移动台设备的编码，15位十进制数字。

IMEI=TAC+FAC+SNR+SP

TAC：型号批准码，欧洲型号认证中心分配，6位。

FAC：工厂装配码，厂家编码，厂家及其装配地，2位。

SNR：序号码,厂家分配，6位。

SP：备用，1位。

4、移动管理所干的工作：位置管理(locationmanagement)：位置

登记或位置更新(locationregistrationorlocationupdate--

位置登记的目的是终端告诉系统，自己到该区域了，便于其他人的查

找)，呼叫接续(calldeliveryorsearchprocess；切换管理(handoff

managementcausedbysignalstrengthdeteriorationoruser

mobility,handoffincludeintracellandintercellhandoff)

5、移动网络典型的构成：HLR、AUC、VLR、MSC、BSC、BTS、MTOIS-41

和GSMMAP两种移动通信网体制都采用二层体系结构，二层体系结构

是指移动网络由归属位置寄存器HLR和访问位置寄存器VLR两层数据

库构成相应的位置管理系统。Bothis-41andgsmmapmobilesystem

specificationsadopttwo-tierhierarchicalstrategy,which

includehomelocationregister-HLRandvisitinglocation

register-VLR.

核心网络电路部分(corenetworkcircuitpart)：

(1)归属位置寄存器HLR——个大容量数据库，存储用户属性数据，

如开户、注销、业务授权和撤消。HLRisadatabasewithlarge

capacity,whichstoressubscriberpropertydatasuchas

charginginformation,locationinformation,service

information,authentication,etc.HLR配合系统完成呼叫接续，

系统通过HLR才能知道用户当前所在的位置。HLRcooperatescall

deliverysincethesystemknowsthecurrentlocationofusers

throughHLRo每个用户在对应所属的HLR均有一条记录，运营商在

用户申请业务时，初始化该记录。Eachuserpossesaitemin

correspondingHLR,whichisinitiatedbyoperatorwhenuser

appliesforservices.HLR的用户记录所存储的属性数据实时反映

了用户当前的业务状态，比如当前所在的位置信息、当前的欠费状态

等。ThepropertydatainHLRtimelyreflectsusers'service

state,suchaslocationinformation,charginginformation.HLR

是移动网络中移动管理的关键网元，hlrisoneofkeynetwork

elementsinmobilitymanagement.

(2)AUC一鉴权中心，一个鉴权数据库，用于产生HLR管辖用户的鉴

权数据，鉴权的目的是避免克隆用户使用网络资源。AUC为用户存储

鉴权参数，并在需要时把这些参数传递给MSC/VLR。鉴权时，网络侧

向用户侧发出询问，只有合法的用户才能给出正确的响应，从而接入

到网络中。AUC一般与HLR合设在一起。AUCisaauthentication

database,whichcreatesauthenticationdataforusersunderHLR

coverage.Authenticationaimstoavoidfraudulentsubscribers

usingnetworkresources.AUCstorestheauthentication

parametersandtransmittheseparameterstoMSC/VLRneeded.

Authenticationmeansthatnetworkasksuser'sidentification

andonlyverifieduserscanaccessthenetwork.AUCusually

co-locateswithHLR.

鉴权算法由A3算法完成：每个用户有一个鉴权参数Ki,同时保存在

AUC和终端SIM中（用户不知道该参数），AUC和SIM具有相同的鉴

权电路一authenticationalgorithmisrealizedbyA3algorithm,

eachsubscriberhasaauthenticationparameterKi,whichis

storedintheaucandsim（notknowntotheuser,Kicanbe

randomlyformatandlength）.BothAucandsimhavethesame

authenticationcircuitoAuthenticationfunctionisperformed

bytripletRAND,SRESandKi.RANDiscreatedbyAUCrandomly

withlengthof128bit,SRESisreferredtoasresponseofsymbol

withlengthof32bit.鉴权步骤：当网络侧收到用户鉴权请求时，

向用户侧发送RAND,同时将该RAND送入网络侧的A3算法，网络侧

A3算法以该RAND与该用户的Ki参数作为输入计算SRES。用户SIM

收到RAND随机数后送入A3算法，A3算法以Ki和RAND作为输入计

算SRES响应，同时，终端把该SRES发回网络侧。如果用户是合法的，

则两个SRES是相同的（两个电路相同，电路的输入参数相同）。如

果用户是非法的,则SRES不同。Authenticationsteps:when

networksidereceivestheauthenticationrequestfromuser,it

sendRANDparametertotheuser,andatthesametime,itsend

theRANDtoA3algorithminthenetwork.Thenetworkperforms

theA3algorithmwithbothparametersofRANDandKi,andoutput

parameterSRES.WhenuserreceivestheRAND,thealgorithmA3

isperformedwithbothRANDandKi,anditoutputsparameters

SRES.TheterminaltransmitstheSREStothenetwork.Ifboth

SRESareidentical,thennetworkpermitsuser'saccess.

(3)VLR—访问位置寄存器或拜访位置寄存器。是一种用于存储来访用

户位置信息的数据库,一个VLR通常为一个MSC控制区服务。VLR存

放的大部分用户数据来源于HLR,是HLR数据库的副本，与HLR数据

保持一致，这种分布式数据存放方式降低了网络负荷，能够降低访问

延时。VLRisadatabasewhichstoreslocationinformationof

visitingsubscribers.AVLRdatabaseusuallyservesforaMSC

controlcoverage.AmajorityofdatainVLRcomesfromitsHLR

andisconsistentwithdatainHLR.Thisdecentralizeddatabase

effectivelyreducesnetworkloadandaccessdelay.

(4)MSC一mobileswitchingcenter移动交换中心。移动交换中心

(MSC)是通信系统的核心网元之一。是在电话和数据系统之间提供

呼叫转换服务和呼叫控制的地方/SC转换所有的在移动电话和PSTN

和其他移动电话之间的呼叫。MSCprovidecallswitchfunctionand

networkgatewaywhichinterconnectswirelessnetworkandother

telecommunicationnetworks.MSCcontrolscalldeliverywith

parametersfromthreedatabases:HLR,AUC,VLR.MSC控制呼叫

接续所用参数均来自HLR、VLR、AUCoMSCcontrolscalldelivery

withparametersfromthreedatabases:HLR,VLR,AUC.Msc是

移动通信系统的中央控制器，完成移动管理的控制与呼叫接续功能，

是呼叫接续过程的关键网元，MSC一般与VLR合设在一起。MSCis

centercontrollerwhichperformsthecontrolmobility

managementandcalldeliveryfunction.MSCiskeycomponentin

acalldeliveryprocessandisusuallyincorporatedwithVLR.

(5)BSC一基站控制器。基站控制器是BTS(基站)与移动交换中心MSC

的连接设备，同时为BTS与操作维护中心提供接口。一个BSC通常控

制几十个BTSoBSCisaconnectingequipmentbetweenBTSandMSC,

andprovidesmaintenanceinterfaceforBTSand0AM.ABSC

usuallycontrolsadozensofBTSs.BSC的功能主要包含：无线

信道管理与分配-radiochannelassignmenttowhichuser,呼叫

建立控制，callsetupcontrol,切换管理-handoffmanagementwhen

terminalchangeattachmentpoint.实现与MSC和BTSs的连接。

ConnecttoanMSCanddozensofBTSs.Inordertoassignradio

channel,BSCneedstomaintaincellconfigurationdataforBTSs.

BSC负责完成对BTS的监视与业务中转。BSCmonitorsallBTSsand

performservicetraffictransfer.BSC通过A接口实现与MSC的

连接，通过A-bis接口实现与所控制BTS的连接。BSCconnectstoMSC

throughAinterfaceandtoBTSsthroughA-bis.

BSC是无线管理的核心网元，呼叫负荷约占20-25%,寻呼与短消息

业务约占10T5%,移动管理负荷约占20-25%,硬件与网络监测的负

荷约占15-20%,当BSC负荷过重时，首先拒绝位置更新、其次起呼、

再其次是切换。BSCiskeyelementinradiomanagement.Call

trafficloadisabout20-25%,pagingandshortmessageservice

arearound10-15%,mobilitymanagementoccursabout20-25%,and

hardwarecheckingeventsoccupiesabout15-20%.WhenaBSCis

overloaded,itfirstrejectslocationupdate,nextMS

originatingcalls,thenhandoff.

(6)BTS一基站收发信机。BTS是无线接口设备，控制一个或多个小

区，完成MT与网络侧的接口功能。BTS的构成包括：无线收发设备，

天线，信号处理部分。BTS的天线一般安装在铁塔上，天线通过馈线

与收发信机相连。一般一个业务区由多个BTS组成。transceiver,BTS

isawirelessinterfacedevicewhichusuallycontrolsafew

cellsandperformsinterfacebetweenMTandnetwork.BTS

constitutescontroldevicessuchaswirelesstransceiver,

antenna,signaltransaction.Antennaisusuallyinstalledon

thetowerandconnectedtotransceiverbyfeeder.Usually,a

serviceisconsistedofmanyBTSs.ThefunctionsofBTSincludes

callmanagement,paging,measurement,powercontrol,wireless

linkretainandrecovery,protocolmanagement,wireless

channelmanagement,radiofrequency,modulation,channel

transform.Controlfunctionandmaintenance.

(7)MTmobileterminal.Differenttechnologiesadoptdifferent

mobileterminal:WCDMA,cdma2000,TD-SCDMA,whichmeansthat

differentinvariedtechnologycannotbeusedbyother

technology.Mobileterminalcontainshardwareandsoftware.

Hardware:MCU(微处理器)，Modem(基带)，andother.Software:

applicationsandOSsuchasSymbianOS(40%);PalmOS(20%),

LinuxOS,WindowsMobile

短消息业务

点对点短消息的传递与发送由短消息中心SC进行中继。SC像邮局一

样，接收来自各方面的邮件，进行分拣，再发给各用户。SC的主要

功能是接收、存储和转发用户短消息。

短消息技术发展：SMS(ShortMessagingService)>EMS(Enhanced

MessagingService,),MMS(MultimediaMessagingService,多媒

体信息业务)

短消息业务通过存储转发与传递确认两种机制确保短消息的可靠传

输。

(8)locationtrackingprotocol.Whenanuserentersanother

coverage,thecurrentMSClocationshouldbeupdatedinHLR,

whichmeansthatHLRalwaysknowsMT'scurrentlocation.(当

某用户进入到另一个覆盖区时，用户HLR会及时修改其存储的MSC位

置，该操作意味着HLR始终知道用户终端当前MSC位置)

Allincomingcallsneedlocationtracking.Theobjectiveof

locationtrackingistofindcurrentcell.Thelocation

trackingconsistsoftwo-tierincludingdeterminingcurrent

MSClocationanddeterminingcurrentcell.Locationarea(LA)

isthebasicunitforcelllocationtracking.Locationareais

identifiedbyidentification(LAI).Tofindcurrentcell,all

cellsinaLAmustbepaged.ThequeryprocessofcurrentVLR

isasfollows(所有入呼都需要位置查找，位置查找的目的是找到

用户当前所在的小区位置。位置查找包含：a、确定为被叫MS服务的

VLR；b、确定被叫MS当前正访问的小区。在小区查找中，位置区是

查找的基本单位，位置区由LAI标识，为了找到终端所在小区，LA

的所有小区都要被寻呼)。确定为被叫MS服务的VLR的数据库查询

过程如下)

①acallersendscallinitiationsignaltoservingMSCbyBTS;

②MSCqueriesthelocationofcallee'sHLRandsendsalocation

queryinformation;(3)HLRdeterminestheservingMSC/VLRforthe

MTandsendsaroutequerymessagetoservingMSC/VLR;(4)MSCasks

currentVLRallocateatemporaryroamingnumber(MSRN)forthe

MT,andsendsbacktoHLRaACKmessageincludingtheMSRN;

⑤afterHLRreceivingtheabovemessage,itforwardstoserving

MSC;⑥thecaller'sservingMSCsetupthecalldeliveryprocess

byss7network;©thecallee'sservingmscdeterminesthe

calleeaccordingtoreceivedMSRN,establishesconnectionand

releasesMSRN.

①主叫MS通过附近的基站向为其服务的MSC发出呼叫初始化信号；

②MSC通过GT确定被叫MS的HLR地址并向该HLR发送一个位置请求

消息；③HLR查找出为被叫MS服务的MSC/VLR,并向该MSC/VLR发

送路由请求消息；④MSC请求当前VLR给被叫MS分配一个临时本地

号码MSRN（MobileStationRoamingNumber,MSRN的目的是让主叫

所在的MSC知道用户当前所在的MSC）,并向HLR发送一个带有MSRN

的应答消息；⑤HLR将上述消息转发给为主叫MS服务的MSC；⑥主叫

MSC通过SS7网络向被叫MSC请求呼叫建立⑦被叫MSC收到被叫MSRN

后，到VLR查询被叫，建立连接，释放MSRN。

确定被叫的小区查询过程为：

①被叫所处MSC根据VLR存储的用户位置信息（LAI）,向用户所在

LA的所有基站发寻呼消息，基站收到寻呼命令后通过无线控制信道

转发寻呼信号（寻呼信号含有被叫用户的身份信息）。②被叫用户收

到寻呼信号后，知道网络在找自己，则向基站发回响应信号。③被叫

用户的响应信号经BTS、BSC送回当前服务MSC,经过鉴权认为合法

后，令BSC给该被叫用户分配话音信道，同时接通MSC至BTS的路由，

并向主叫MSC送回铃音信号，向被叫送振铃音信号，当被叫摘机应答,

则系统开始计费。

Determiningprocessofcellqueryisasfollow:①thecallee'

sservingMSCsendspagingmessagestoallBTSsinservingLA

accordingtoLAIinVLR.AllBTSstransformthepagingmessage

includingcallee'sidentification.②thecalleeknowsthatthe

networkissearchingforitselfwhenitidentifiesthepaging

message,andtheMTsendsbackaresponse.③theresponse

messageissentbacktoMSCthroughBTSandBSC.After

successfulauthentication,theMSCorderBSCallocatetraffic

channelandconnecttheroutefromMSCtoBTS,andsend

correspondingsignalstocallerandcallee.Whenthecallee

beginsanswer,thesystembegintocharge.

(9)位置更新协议(locationupdateprotocol)。由于每次用户到

达入呼时，呼叫起始MSC都需要到HLR查找该用户当前所在的MSC/VLR

位置，显然，每当MT更新MSC服务区时，HLR中的位置指针都需要

进行变更。位置更新协议主要包括相同MSC下移动的位置更新与不同

MSC覆盖区移动的位置更新。(sinceanincomingcallarrived,the

originatingMSCneedstoqueryHLRtofindcurrentlocationof

MSC/VLR.Obviously,whenMTsupdatesMSCcoverage,theaddress

pointerinHLRneedstobeupdated.Thelocationprotocolmainly

consistsoflocationupdatesinthesameMSCandtheonein

differentMSCcoverage)

相同MSC覆盖区移动的位置更新指MT在同一个MSC覆盖区移动，但

改变了不同的LA,在位置查找中，当入呼到达时，MSC需要先确定

MT当前所在的LA,才能命令所在LA的所有基站发寻呼消息。（the

updateinthesameMSCmeansthattheMTmovesinthesameMSC

coverage,butchangeslocationarea.Inthelocationquery,

whenanincomingcallarrives,theMSCfirstdeterminesthe

currentLA,andthenorderallBTSsintheLAsendpaging

messages)

相同MSC覆盖区下的位置更新不需要HLR参与,只需要VLR参与即可,

包括4个步骤：Step1.MSsendsalocationupdaterequestmessage

(MSBTSMSC)

parametersincluded:previousLA,PreviousMSCand

previousVLR.

IMSI(internationalmobilesubscriberidentity)isused

toidentifyMS

however,theMSidentifiesitselfbythetemporarymobile

subscriberidentity(TMSI)

TMSIisusedtoavoidsendingtheIMSIontheradiopath

Step2.MSCforwardsthelocationupdaterequesttotheVLRby

aTCAPmessage(MAPJPDATE_LOCATION_AREA)

parameterincludes:AddressoftheMSC,TMSI,previous

locationareaidentification(LAI),targetLAI,etc.

Step3and4.theVLRfindthatbothLAIandLA2belongtothe

sameMSC.

theVLRupdatestheLAIfieldoftheMS.

theVLRrepliesanACKtotheMSthroughtheMSC

不同MSC的位置更新是指终端在不同LA之间移动时所发生的位置更

新。终端知道自己改变LA的方法：系统定期发送LA标志信息，每个

终端接收到该广播信息后，与上一次收到的LA标识进行比较，如果

相同，则说明MT还是在同一个LA内，如果LA不同，则说明MT已经

改变了LA覆盖区。不同MSC位置更新包含以下步骤（thelocation

updateindifferentMSCmeansthattheMTchangestheLA.The

methodthattheMTknowsitwhetherchangestheLAisasfollows.

ThesystemperiodicallybroadcastsidentificationofLA,when

theMTreceivesthemessage,comparesitwithonereceivedlast.

Ifboththeidentificationisthesame,theMTknowsthatit

isstillinthesameMSC,inthedifferentMSCotherwise.The

locationupdateconsistsoffollowing