《现代交换原理与技术》课件第5章移动交换

第5章移动交换技术2024/9/115.1.1移动通信的基本概念和主要特点移动通信是指在通信过程中，通信者至少有一方处于移动状态下的通信方式。2024/9/12该通信方式主要有以下等特点：1．无线电波传播复杂2．移动台在强干扰下工作3．对移动台要求高4．通信系统复杂5．通信容量有限2024/9/131．无线电波传播复杂移动通信是指在自然空间下，通过无线电磁波进行信息的发射和传输，通常由于自然或人为因素使得电波传播环境恶劣，导致接收到的信号是由多条不同路径的信号叠加形成的。2024/9/142024/9/152．移动在强干扰下工作移动通信是在复杂的干扰环境中工作的，移动台在工作时除了受到外部干扰之外，还包括互调干扰、邻道干扰和同频干扰。其中，同频干扰是移动通信所特有的。2024/9/163．对移动台要求高要求移动终端具有很强的适应能力，包括：使用性能可靠、携带方便、小型、低功耗，及耐高、低温；同时在使用上，要求方便简洁、易于操作，可针对于不同用户群体提供特殊使用功能和定制业务。2024/9/174．通信系统复杂与传统固网不同，移动通信系统要涉及到对无线信道进行频率和功率的控制；对用户终端提供网络搜索、位置登记、行踪纪录以及终端安全与网络安全鉴权；支持在不同地区和不同运营者之间的越区切换、自动漫游等功能。2024/9/185．通信容量有限在各个国家，移动通信可利用的频谱资源都非常紧张，而移动通信业务量的需求却与日俱增的。根据香农公式我们知道：在频率资源、信噪比一定的前提下，通信容量是有限的。所以当前必须科学规划并合理分配已有的频谱资源，同时如何增加系统容量是移动通信发展的重要方向之一。2024/9/195.1.2移动通信的发展历程及分类1．第一代模拟移动通信系统—1G1978年底，贝尔实验室研制成功模拟蜂窝网第一代移动通信系统——AMPS（先进移动电话系统），俗称“本地通”，于1983年正式投入商用。我国主要采用的是英国的TACS(全接入通信系统)。这些系统只能传输语音业务，属于模拟移动通信系统。1984年由摩托罗拉生产的全球第一款移动电话，名为DynaTAC。2024/9/1102．第二代数字移动通信系统­—2G在20世纪90年代出现了两种典型的，以数字语音传输技术为核心的2G移动通信系统：一种是基于TDMA所发展、源于欧洲的GSM（GlobalSystemsforMobilecommunications）系统，另一种是基于CDMA所发展的，是美国最简单的CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）系统。2024/9/1113．第3代移动通信系统—3G1985年，由国际电信联盟（ITU）提出的，最初称为FPLMTS（陆地移动系统），在1996年更名为IMT-2000，其中2000有三种含义，如图5.2所示。第3代移动通信标准指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术，主要有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX四大主流无线接口标准。其中TD-SCDMA是中国首次提出的国际通信标准，是中国移动通信发展史上的一座里程碑。2024/9/1122024/9/1134．第4代移动通信系统—4G第4代移动通信系统（4G）也称为IMT-Advanced技术,包含TDD和FDD两种制式，并能够传输高清视频图像，它的图像传输质量与当前高清晰度电视相差无几。4G系统能够支持下行速率为100Mbps，比目前的ADSL上网快100倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。在2013年12月4日，中国工信部向国内三大运营商正式发放TD-LTE牌照；在2014年12月22日宣布在条件成熟时研究发放LTEFDD牌照。2024/9/1145.1.3移动通信的系统组成蜂窝式移动通信系统由移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）、移动台（MS）以及本地电话网相连的中继线和传输线等组成2024/9/1152024/9/116移动业务交换中心主要功能为完成移动台和移动台之间、移动台和固定用户之间的数据信息交换转接和系统级的管理。基站和移动台均由收发信机、馈线和天线等组成。2024/9/117基站基站是无线电台的一种形式，有一定的无线电覆盖区，称为无线小区。无线小区的覆盖范围大小由基站天线的发射功率和高度、倾角等共同决定的。移动用户通过基站和移动业务交换中心即可实现与其他移动用户之间的通信；通过中继线与市话局的接续，可以实现与固网之间的通信。2024/9/1185.2GSM系统的基本组成5.2.1GSM系统的结构和各部分的功能2024/9/1192024/9/1201．移动台MS移动台包括两部分：GSM系统中的用户设备和SIM卡。用户设备是用户所持有的硬件设备，用来接入到通信系统，每部设备都拥有一个全球唯一的对应于它的永久性识别号IMEI。2024/9/121SIM卡SIM卡是指插入到用户设备中的智能卡。SIM卡的功能是用来标示移动用户的身份,还可存储该用户的服务权限信息及一定大小的其他信息数据。移动设备可以从设备销售商处购买,但SIM卡必须从相应网络运营商处获取。如果终端设备内未入插SIM卡,就只能使用其进行紧急呼叫。2024/9/1222．基站子系统BSSBSS是与MS进行通信的系统设备，受MSC直接控制。由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）共同构成。BSC具有对一到多个BTS集中控制的功能，任何BTS接收到的操作信息都来自BSC。其主要功能是对无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区域内移动台的进行越区切换控制等。2024/9/123BTS是用来提供基站与移动台之间的空中接口，受BSC完全控制，主要负责无线信号传输，完成无线部分和有线部分的衔接转换、无线分集、无线信道加密解密和跳频功能等。2024/9/1243．网络交换子系统NSSNSS主要功能包括：GSM系统的交换功能，用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能等。主要包括以下几个部分：（1）移动业务交换中心MSC（2）访问用户位置寄存器VLR

（3）归属用户位置寄存器HLR（4）鉴权中心AUC（5）移动设备识别寄存器EIR（6）操作维护中心OMC2024/9/125（1）移动业务交换中心MSC它是GSM系统中的核心部分，控制所管辖区域内所有BSC的业务，提供交换功能及和系统内其它功能的连接和实现话路交换。2024/9/126（2）访问用户位置寄存器VLR它是用来存储用户当前位置信息的动态数据库。例如用户的号码、向用户提供的服务和所处位置区的识别等参数。当用户漫游到新的MSC控制区时，必须向该地区的VLR进行申请登记。一旦该用户离开这个VLR的所控制范围，则在另一个VLR重新登记，原VLR将注销该移动用户的临时数据记录。2024/9/127通常情况下，VLR和MSC都合并在同一设备实体中，因为在每一次呼叫时，这两者之间总有大量的信令进行流通。如果分放在两个不同实体设备中，会使它们之间的信令链路承受高负荷。2024/9/128（3）归属用户位置寄存器HLRHLR相当于GSM系统的中央数据库，每个移动用户都必须先在HLR注册登记，它主要存储两类信息：一是有关用户自身的参数，包括移动用户识别号码IMSI号、接入优先级、Ki号、用户类别和补充业务等数据；二是有关用户当前所处位置的信息，当用户漫游到HLR所属服务的区域之外，那么HLR需要登记由该区域传来的位置信息。这样当呼叫到任何一个不知道当前所属哪一个区域的移动用户时，均可以由这个移动用户的HLR获取它当前所在的位置信息，从而建立连接。2024/9/129（4）鉴权中心AUCAUC是用于产生为确定移动用户的身份及对呼叫保密所需鉴权、加密流程三参数的功能实体。一般情况下，AUC与HLR合置在一起，在AUC/HLR内部，AUC数据作为部分数据表存在。2024/9/130（5）移动设备识别寄存器EIREIR也是一个数据库，存储有关移动台参数，主要完成对移动设备的识别、监视和闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。通过检查白名单、黑名单和灰名单这三种表格，在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，使得运营部门对于失窃或者由于技术故障和误操作而危及到网络正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。2024/9/131（6）操作维护中心OMCOMC对全网进行监控与操作如：报警、备用设备激活、系统自检、话务量的统计与计费、系统的故障诊断与处理等。2024/9/1325.2.2GSM系统的接口2024/9/133GSM系统的接口1．Um接口：BTS和MS之间的接口。2．Abis接口：BSC和BTS之间的接口，Abis接口支持向客户提供的所有服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。2024/9/134GSM系统的接口3．A接口：BSC与MSC之间的接口，主要传递呼叫处理、移动性管理等信息。4．B接口：MSC与VLR之间的接口，用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息，或通知VLR有关移动台的位置更新。2024/9/1355．C接口：MSC与HLR之间的接口，用于查询用户信息。6．D接口：HLR与VLR之间的接口，主要交换位置信息和客户信息。GSM系统的接口2024/9/1367．E接口：MSC与MSC之间的接口，用于移动台在呼叫期间从一个MSC区移动到另一个MSC区，为保持通话连续而进行局间切换，以及两个MSC间建立客户呼叫接续时传递有关消息。8．F接口：MSC与EIR之间的接口，用于MSC检验移动台IMEI时使用。9．G接口：VLR和VLR之间的接口，当移动台以TMSI启动位置更新时VLR使用G接口向前一个VLR获取MS的IMSI。GSM系统的接口2024/9/1375.3移动通信系统的编号、鉴权和加密5.3.1编号计划在GSM系统中，为了便于识别，定义了如下的一些编号方式:(1)移动台的国际ISDN号码MSISDN打电话时所拨被叫的手机号2024/9/1382024/9/139其中CC(CountryCode)=国家码，即在国际长途电话中要使用的标识号，中国为86。NDC（NationalDestinationCode）=国内目的地码，即网络接入号，也就是手机平时拨号的前3位。中国移动GSM网的接入号为134~139、150~152、157~159，中国联通GSM网的接入号为130~132、155~156。2024/9/140H0H1H2H3：用户归属位置寄存器的识别号，确定用户归属，精确到地市。SN（SubscriberNumber）=用户号码如一个GSM移动手机号码为8613912345678，86是国家码，139是NDC，用于识别网络接入号；1234用于识别归属区，5678是用户号码。2024/9/141（2）国际移动用户识别码国际移动用户识别码（IMSI：InternationalMobileSubscriberIdentificationNumber）是一个手机号码的唯一身份证明，15位。移动国家号MCC＋移动网号MNC＋移动用户识别码MSIN46000 0912121001MCC(MobileCountryCode)=移动国家号码，由3位数字组成，唯一识别移动用户所属的国家，我国为460。MNC(MobileNetworkCode)=移动网号，由2位数字组成，用于识别移动用户所归属的移动网。中国移动的GSM网为00，中国联通的GSM网为01。2024/9/142MSINMSIN(MobileStationIdentityNumber)=移动用户识别码，采用等长10位数字构成，用于识别国内GSM移动通信网中的移动用户。2024/9/143（3）移动用户漫游号码MSRNMSRN由用户漫游地的MSC/VLR临时分配的，用来标识用户目前所在的MSC。该号码在接续完成后即可释放资源，以便给其他用户使用。2024/9/144（4）临时移动用户识别码TMSITMSI是为了对用户身份进行保密，所以在无线通道上代替IMSI使用的临时移动用户标识，这样可以保护用户在空中的话务及信令通道的隐私，使其IMSI不会暴露给别人。2024/9/1455.3.2鉴权与加密一、用户鉴权用户鉴权也称为用户认证，其目的是以一种可靠的方法确认用户的合法身份。它不依赖于IMSI、MSDN或IMEI，这是GSM区别于其他系统的一个特点。2024/9/146用户鉴权用户鉴权由VLR/AUC和用户配合完成，其鉴权原理如图5.7所示。当用户发起呼叫或进行位置更新时，VLR向该移动用户发送一个随机数(Rand)；用户的SIM卡以随机数和鉴权键为输入参数运行鉴权算法A3，得到输出结果，称为响应（SRES），回送VLR。SRES就是一个数字签名，VLR将此结果和早已预先算好并暂存在存储器中的结果进行比较，如果两者相符，就表示鉴权成功。2024/9/1472024/9/148如果VLR发现鉴权结果与预期结果不相符，且用户是以TMSI和网络相联系的，则可能是TMSI错误，这时VLR将通知用户发送其TMSI。如果TMSI与IMSI的对应关系出错的，则以IMSI为准再次进行鉴权。若鉴权再次失败，VLR就要检查用户的移动台设备（IMEI）是否合法。鉴权失败记录由VLR进行保存。2024/9/149VLR中存储的随机数和符号响应对是由AUC预先产生并传送到VLR中的。AUC中存有各个用户的Ki和相同的算法A3。VLR可为每个访问用户暂存最多10对随机数和符号响应对，每运行一次鉴权就使用一对数据；每当鉴权结束后该对数据就丢弃不再使用。当VLR只剩下少量鉴权数据时就向AUC发出请求，AUC将向它发送鉴权数据。用户的Ki只有SIM卡和AUC中才有，其他网络部件，包括HLR、VLR都无此参数，以保证用户安全。2024/9/150鉴权CDMA移动网鉴权的基本原理与GSM相同，同样采用数字签名方式完成。但是CDMA系统允许由VLR代替进行鉴权，以减轻AUC的负荷。相应的鉴权过程更为复杂，功能则更为完善。2024/9/151鉴权通过鉴权，系统可以为合法的用户提供服务，对不合法的用户拒绝服务当用户要进行呼叫，位置更新等操作时，先需对其鉴权AUC不断地为每个用户提供一组参数（包括随即数RAND、符号响应SRES和密匙KC等三个参数）

在SIM卡中进行的算法：

Ki(IMSI)+RAND+A3--------->SRESKi(IMSI)+RAND+A8--------->Kc2024/9/152HLR鉴权流程主叫用户发出IMSI号到VLRMSC/VLR判断该IMSI是否为新.如为新卡，则向AUC申请五个三数组；如为旧卡，则调用VLR中的一个三数组.VLR发请求三数组消息到AUCAUC送回五个三数组VLR使用一个三数组进行鉴权，其余四组待用MSC/VLR通过BSS向MS发RAND.MS在SIM卡进行计算，得到SRES和KC值MS将SRES和KC送回MSC/VLR进行核对若两个SRES一致，则鉴权成功，向MS返回接受消息：TMIS、CKSN等MSMSC/VLR⑴发IMSI到VLR⑶请求鉴权信息⑷返回鉴权信息⑺鉴权计算⑻发鉴权计算结果⑸选择三元组⑹发RAND⑼鉴权结果AUC⑵IMSI判断取信息鉴权鉴权结果2024/9/153二、数据加密数据加密（encryption）用于信令和重要用户信息的保密传送，用户信息是否需要加密可在呼叫建立时由信令指示。数字通信系统加密有很多成熟的算法，GSM采用可逆算法A5进行加密，即发送端用A5算法加密，接收端也用A5算法进行解密。为了提高加密性能，GSM系统加密时对每个用户提供一个特定的密匙Kc。如图5.8所示，在鉴权过程中，当计算SRES时，同时利用A8算法计算出密匙Kc，并在BTS和MSC中均暂存Kc。2024/9/1542024/9/155

5.4移动交换的呼叫处理过程移动网呼叫建立过程与固网具有相似性，其主要区别表现为：一是移动用户发起呼叫时必须先输入号码，确定不需要修改后才发出；二是在号码发出和呼叫接通之前，移动台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。下面以GSM为例，介绍移动呼叫的一般过程。移动用户呼叫固定用户过程2024/9/1562024/9/1572．固定用户呼叫移动用户2024/9/158移动用户呼移动用户流程移动台完成了信道请求，业务请求，鉴权请求，信道指配等步骤以后，发MSISDN.MSCa向HLR/AUC要MSRN，HLR/AUC向VLRb转发该消息VLRb提供MSRN并回送至MSCaMSCa与MSCb建立了连接MSCb向BSSb发出寻呼请求并找到MSb.BSSMSC/VLRa 发MSISDN请求MSRN建立信令连接寻呼BSSMSC/VLRbHLRMSMS请求MSRN返回MSRN返回MSRN呼叫建立取路由建连通话主叫方被叫方2024/9/159PSTN用户呼移动用户流程主叫固定用户发起呼叫，发IAM网关GMSC向被叫所在的HLR/AUC请求MSRN号，HLR到被叫所在的VLR请求MSRN.VLR回送GMSC漫游号MSRNGMSC与被叫所在的MSC建立连接.MSC向BSS发寻呼请求，找到被叫移动台.被叫移动台通过BSS向MSC发寻呼响应.MSC连接证实（CON-CONF）MSC完成被叫MS的鉴权、加密、呼叫建立等过程.MSC向主叫PSTN呼叫响应发回地址全消息（ACM）和应答消息（ANC）.GMSC⑴发IAM⑵请求MSRN⑷建立信令连接⑸寻呼BSSMSC/VLRHLRMS请求MSRN⑶返回MSRN⑶返回MSRNPSTN⑹寻呼证实⑺连接证实⑻鉴权加密⑼响应呼叫⑼响应呼叫取路由建连通话呼叫建立2024/9/1605.4.2位置登记与更新1．移动台的位置登记（1）每个移动用户的数据（包括移动台国际身份号、国际移动用户识别码、移动用户漫游码等）存放于HLR中。（2）MS通过基站向移动业务交换中心（MSC-A）发送位置更新请求MS通过基站向移动业务交换中心（MSC-A）发送位置更新请求，MSC-A把含有其标示和移动台识别码的位置更新信息，通过No.7信令网送给HLR，HLR再发回相应信息，其中包含全部相关用户数据。2024/9/161（3）在被访问的MSC-A覆盖区的VLR中，进行用户数据登记。（4）把位置更新信息通过基站送给MS，通知原来的VLR删除于此移动用户有关的用户数据。2024/9/1622．位置更新移动通信网中，用户在网络覆盖范围内可任意移动。为能把一个呼叫传送给移动的用户，必须有一个高效的位置管理系统来跟踪用户的位置变化。2024/9/163位置更新位置更新改变位置区及位置区的确认过程则称为位置更新分类常规位置更新IMSI附着IMSI分离强迫登记（周期性位置更新）隐式分离MS2024/9/164位置更新流程——常规位置更新以TMSI为标识，发位置更新请求向原VLR取IMSI和鉴权数据鉴权发送位置更新请求存储VLR号码取消原VLR的位置信息插入用户数据位置更新完成MS新MSC/VLR⑴请求（TMSI）（2）请求IMSI和鉴权参数（4）位置更新请求（8）位置更新响应（8）位置更新接受请求处理证实原MSC/VLRHLR（2）IMSI和鉴权参数（6）删除位置消息和确认（7）插入用户数据和确认（5）存储VLR号码（3）鉴权2024/9/165B接受手机用户SMSCLSTPMSCA发送手机用户MSCHLR提交MO短消息MO短消息应答MO短消息应答取路由消息取路由消息返回路由消息返回路由消息下发MT消息下发MT消息下发MT消息MT短消息应答MT消息应答提交MO短消息省内移动用户发送短信流程图短消息业务流程2024/9/166A省SMSCB省H/LSTPA省H/LSTPA省MSCA省手机用户B省MSCB省手机用户B省HLR提交MO短消息MO短消息MO短消息应答MO短消息应答取路由消息取路由消息取路由消息返回路由消息返回路由消息返回路由消息下发MT消息下发MT消息下发MT消息下发MT消息MT短消息应答MT消息应答MT消息应答MT消息应答省际间移动用户发送短信流程图短消息业务流程2024/9/167SMSC其他运营商互通网关互通网关A省MSC手机用户HLR互通短消息短信网关/行业网关互通/SP发送短信流程图互通短消息SP/集团单位SP/集团单位短消息SP/集团单位短消息互通短消息SP短消息取路由消息上行/MO短消息下行/MT短消息上行/MO短消息下行/MT短消息短消息业务流程2024/9/168为了确认移动台的位置，每个GSM覆盖区都被分为许多个位置区，一个位置区可以包含一个或多个小区。位置区不宜过大或过小。位置区过大，找到被叫就比较费时，增加了寻呼时延；位置区太小，手机移动起来就会有频繁的位置区更新，增加了系统开销。太过频繁的位置更新很容易导致掉话。需要尽量合理划分位置区、缩短位置更新时间，减少位置更新的次数。应该避免有过多人员流动的地方作为位置边界。2024/9/169划分出位置区之后，就可以分片对手机进行寻呼，或者说按位置区对手机进行寻呼。手机主动向网络报告自己所在的位置区，而网络会存储每个手机所在的位置区，那么一旦需要寻找该手机，就知道在什么范围内对该手机进行寻呼。2024/9/170所以说当手机从一个位置区移动到另一个位置区时，它必须进行登记，要不然网络就不知道它所在的位置，没法对它进行寻呼。当移动台由一个位置区移动到另一个位置区时，必须在新的位置区进行登记，也就是说一旦移动台出于某种需要或发现其存储器中LAI与接收到当前小区的LAI号发生了变化，就必须通知网络来更改它所存储的移动台的位置信息。这个过程就是位置更新。2024/9/171位置更新可分为三种：正常位置更新（即越位置区的位置更新）、周期性位置更新和IMSI附着（对应用户开机）。正常位置更新：MS来到一个新的位置区，发现小区广播的LAI与自身不一致，从而触发位置更新。系统需要对MS进行寻呼，那么就必须知道MS当前的位置区，所以这个过程是必需的2024/9/1722024/9/1735.4.3切换1．越区切换的概念及引起切换的原因越区切换是指将当前正在进行的移动台与基站之间的通信链路从当前基站转移到另一个基站的过程，该过程也称自动链路转移ALT。越区切换的目的是实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖，即当移动台从一个小区进入另一个小区时，保证通信的连续性。2024/9/174切换切换的依据是MS对周邻的BTS信号强度的测量报告和BTS对MS发射信号及通话质量.BSS统一评价后决定是否进行切换.切换的决定主要由BSS作出，当BSS对当前BSS与移动用户的无线连接质量不满意，BSS根据现场情况发起不同的切换要求，也可由NSS根据话务信息要求MS开始切换流程BSC/MSC在MS通话阶段中MS小区的改变引起的系统相应操作，包括：小区内切换 同基站内小区间切换同BSC内基站间切换同MSC内基站间切换同PLMN不同MSC之间切换 2024/9/175切换流程旧BSC把切换目标小区标志和切换请求发至旧MSC旧MSC判断出小区属另一MSC管辖新MSC分配一个切换号（路由呼叫用），并向新BSC发送切换请求新BSC激活BTS的一个TCH新MSC收到BSC回送信息并与切换号一起转至旧MSC在MSC间建立连接（也许会通过PSTN网）旧MSC通过旧BSC向MS发送切换命令，其中包含频率，时隙和发射功率MS在新频率上发一接入突发脉冲（通过FACCH）新BTS收到后，回送时间提前量信息（通过FACCH）MS通过新BSC和新MSC向旧MSC发送切换成功信息MSBTSMSCa⑴切换请求⑶切换请求⑵切换请求⑷激活信道⑻发接入脉冲⑽切换成功响应⑹建立连接⑼回时间信息⑺发切换命令MSCbBTSBSCBSC⑸切换响应⑺切换命令⑽切换成功信息⑽切换成功信息⑽切换成功信息请求响应证实源业务区目的业务区2024/9/176通常，由以下两个原因引起一个切换：（1）信号的强度或质量下降到由系统规定的一定参数以下，此时移动台被切换到信号强度较强的相邻小区；（2）由于某小区业务信道容量全被占用或几乎全被占用，这时移动台被切换到业务信道容量较空闲的相邻小区。2024/9/177越区切换需满足以下两个条件：a.切换时间要在100ms以内，使通话人完全感觉不到；b.切换必须是完全自动的。2024/9/1782．越区切换的方法（1）硬切换硬切换是在不同频率的基站或者覆盖小区之间的切换。硬切换的过程是移动台先暂时断开通话，在原基站联系的信道上，传送切换的信令，移动台自动向新的频率调谐，与新的基站建立连接，建立新的信道来完成切换。硬切换简单来说就是“先断后连”，这是硬切换的特点。2024/9/179移动台从断开原基地台信道到连接上新基地台的信道上的这段时间内通信是中断的，但由于这段时间间隔很短，只是毫秒级，人的感觉是觉察不到的，也就感觉不到中断。硬切换大多用于TDMA和FDMA系统中。当切换发生，移动台总是先释放原基站的信道，然后才能获得新基站分配的信道，是一个“释放-建立”的过程。2024/9/180（2）软切换软切换是指移动台在小区之间移动时，移动用户与原基站和新基站都保持通信链路，只有当移动台在新的小区建立稳定通信后，才断开与原基站的联系，是一种“先连后断”的过程。软切换过程中，移动台的通信是没有任何中断的。软切换属于CDMA通信系统独有的切换功能，可以有效提高切换的可靠性2024/9/181（3）接力切换接力切换是介于硬切换和软切换之间的一种切换方法。也是TD-SCDMA系统中的核心技术之一。接力切换是一种基于智能天线的切换方式。接力切换用精准的定位技术，在对移动台的距离和方位进行定位的基础上，根据移动台的方位和距离辅助信息来判断移动台是否移动到了可以进行切换的相邻基站区域。如果移动台进入切换区域，RNC通知该基站做好切换准备，从而实现快速、可靠和高效切换。实现接力切换的必要条件是，网络要准备获得移动台的位置信息，包括移动台的信号到达方向以及移动台与基站的距离。2024/9/182本章小节移动通信的出现，是人类社会发展中的一大奇迹。目前第四代移动通信(4G)已开始商用，移动通信也随着通信技术的发展不断更新。通过本章的学习，读者要能够了解移动通信的概念、特点、发展历程、系统组成、编号计划、鉴权加密及呼叫处理的一般过程，重点掌握移动通信系统的组成和编号计划、鉴权加密以及呼叫处理的流程。2024/9/183PLMN国家网：公共陆地移动网络PLMN服务区：通常指一个PLMN运营商服务区域MSC服务区：一个交换机覆盖区域位置区：MSC服务区内管理区，用于系统内部寻呼小区：移动区最小的服务区，表示移动用户的物理位置GSM服务区的概念2024/9/184

移动通信系统主要是由交换网路子系统（NSS）、无线基站子系统(BSS)和移动台（MS）三大部分组成。HomeLocationRegisterVisitorLocationRegisterMobileSwitchingCentreBaseStationControllerBaseTransceiverStationMSCBTSBSCVLRHLRSONOFONMNGSM电路域的组成部分2024/9/185交换网路子系统（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由一系列功能实体所构成，各功能实体介绍如下：

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。它可完成网路接口、公共信道信令系统和计费等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等。另外，为了建立至移动台的呼叫路由，每个MS、还应能完成入口MSC（GMSC）的功能，即查询位置信息的功能。

VLR：是一个数据库，是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息，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。

HLR：也是一个数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器（HLR）注册登记，它主要存储两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。AC：用于产生为确定移动客户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数（随机号码RAND，符合响应SRES，密钥Kc）的功能实体。EIR：也是一个数据库，存储有关移动台设备参数。主要完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台的使用。

GSM核心网电路域的组成部分2024/9/186MSBTSEIRBSCMSCVLRMSCVLRHLR/AUCUmAAbisFCBGDEGSM核心网电路域主要接口A接口：核心网与无线网的接口，传递的信息包括移动台管理、基站管理、移动性管理、接续管理等，接口协议为BSSAPE接口：交换机之间的接口，采用MAP协议，用于切换过程中交换有关切换信息以启动和完成切换B接口：内部接口，用于移动业务交换中心（MSC）向访问用户位置寄存器（VLR）询问有关移动台（MS）当前位置信息或者通知访问用户位置寄存器（VLR）有关移动台（MS）的位置更新信息等G接口：用于向分配临时移动用户识别码（TMSI）的访问用户位置寄存器（VLR）询问此移动用户的国际移动用户识别码（IMSI）的信息D接口：用于交换有关移动台位置和用户管理的信息，为移动用户提供的主要服务是保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫C接口：用于传递路由选择和管理信息F接口：用于交换相关的国际移动设备识别码管理信息，国内较少使用2024/9/187GSM/UMTS核心网演进MSC/VLRGMSCBTSBSC

NodeBSGSNGGSNTDMbackboneIPbackboneAGbHLRPSTNMGWGMGWNodeBRNC

NodeBSGSNGGSNIPbackboneIu-CSIu-PSHLRPSTNGMSCServerMSCServerMGWMGWNodeBRNC

NodeBSGSNGGSNIPbackboneIu-CSIu-PSHSSPSTNMSCServer/MGCFMSCServerCSCFMRFIMSGSM/3GPPR993GPPR43GPPR5/R6/R7RNCIu-CSIu-PSHLR提供用户数据管理、移动性管理、支持呼叫相关处理、鉴权中心等功能MSCServer提供BSS/UTRAN的接入，负责完成CS域的移动性管理、安全性管理、切换处理、信令处理、呼叫处理、用户业务数据管理（VLR功能）等控制功能MGW是PSTN/PLMN的传输终结点，负责完成媒体转换、承载控制、数字信号编解码、回声抑制、会议桥接等功能GMSCServer充当移动关口局，与PSTN、NGN、ISDN或其他PLMN网络进行信令互通，承担路由分析、网间接续、网间结算等功能。2024/9/188VMSCTMGWTMSS/CMNGMSSMSSGMGWTMGWTMSS/CMNGMSSVMSCGMGWMGW本地网1本地网2LSTPHSTPHSTPTMSC1TMSC2HLRSCPSCP他网他网LSTPIP承载网TMSC1TMSC2本地省内省际本地话务路由组织：网内呼叫1信令连接TDM语音连接IP语音连接信令路由话音路由MGWMGWMSSHLR场景1：MGW兼作SGMAP信令：MSS→MGW（兼作SG）→HLR话路：MGWIP直达MGW→MGW2024/9/189VMSCTMGWTMSS/CMNGMSSMSSGMGWTMGWTMSS/CMNGMSSVMSCGMGWMGW本地网1本地网2LSTPHSTPHSTPTMSC1TMSC2HLRSCPSCP他网他网IP承载网TMSC1TMSC2本地省内省际本地话务路由组织：网内呼叫2信令连接TDM语音连接IP语音连接信令路由话音路由MGWMGWMSSHLRLSTP场景2：MSS/HLR通过STP连接MAP信令MSS→LSTP→HLR话路：MGWIP直达MGW→MGW2024/9/190他网LSTPTMGWTMSS/CMNMSSTMGWTMSS/CMNGMSSVMSCGMGWMGW本地网1本地网2LSTPHSTPHSTPTMSC1TMSC2HLRSCPSCP他网IP承载网TMSC1TMSC2本地省内省际本地话务路由组织：IP→TDM信令连接TDM语音连接IP语音连接信令路由话音路由MGWHLRMGWMSSGMGWGMSS互通网