现代通信技术与业务05.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,Page,*,点击此处结束放映,第,5,章,移动通信技术,5.1,移动通信概述,移动通信是指通信的一方或双方可以在移动中进行的通信过程，即至少有一方具有可移动性。移动通信满足了人们无论在何时何地都能进行通信的愿望。因此，,20,世纪,80,年代以来，特别是,20,世纪,90,年代以后，公用移动通信得到了飞速的发展。,相比固定通信而言，移动通信不仅要给用户提供与固定通信一样的通信业务，而且由于用户的移动性，其控制与管理技术要比固定通信复杂得多。同时，由于移动通信网中依靠的是无线电波的传播，其传播环境要比固定网中有线媒质的传播特性复杂，因此，移动通信有着与固定通信不同的特点。,1,移动通信的特点,用户的移动性。,电波传播条件复杂。,噪声和干扰严重。,系统和网络结构复杂。,有限的频率资源。,2,移动通信的电波传播特性,移动通信中，接收信号强度和传播损耗是随机变化的，因此常用中值和瞬时值两个参量来联合表征。,所谓中值是在给定统计时间内，信号电平大于或小于它的时间各为,50%,的场强值。一般地，场强瞬时值变化快，而中值变化慢。,在自由空间中，电波传播的损耗与距离的平方成正比。而在移动通信中，由于电波传播环境特别复杂多变，因此电波传播的损耗近似与距离的四次方成正比。,3,移动通信分类,移动通信的种类繁多，其中陆地移动通信系统有：无线寻呼系统、无绳电话、集群系统和蜂窝移动通信等。同时，移动通信还可与卫星通信相结合形成卫星移动通信，可以实现国内、国际大范围内的移动通信。,5.2,公用蜂窝移动通信网络,5.2.1,网络结构,为了便于各设备之间的互连互通，,ITU-T,于,1988,年对公用陆地移动通信网（,Public Land Mobile Network,，,PLMN,）的结构、功能和接口及其与公共电话交换网（,PSTN,）等的互通作出了详尽的规定。,PLMN,的网络功能结构如图,5.1,所示。,图,5.1,PLMN,的网络功能结构,1,网络功能实体,（,1,）移动台,移动台（,Mobile Station,，,MS,）是移动通信网的用户终端。对于,GSM,系统，每个移动用户有自己的国际移动用户识别号（,IMSI,），存储在,SIM,卡上。,（,2,）基站系统,基站系统（,BSS,）负责在一定区域内与移动台之间的无线通信。一个,BSS,包括一个基站控制器（,BSC,）和一个或多个基站收发台（,BTS,）。,基站收发台（,BTS,）。,BTS,是,BSS,的无线部分，受控于基站控制器（,BSC,），包括无线传输所需要的各种硬件和软件。它完成,BSC,与无线信道之间的转换，实现,BTS,与,MS,之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。,基站控制器（,BSC,）。,BSC,是,BSS,的控制部分，处于基站收发台（,BTS,）和移动业务交换中心（,MSC,）之间。一个基站控制器通常控制几个基站收发信台，主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台越区切换进行控制等。,（,3,）移动业务交换中心,移动业务交换中心（,MSC,）完成移动呼叫接续、越区切换控制、无线信道资源和移动性管理等功能，是移动通信网的核心。同时，,MSC,也是,PLMN,与固定网之间的接口设备。,（,4,）归属位置寄存器,归属位置寄存器（,HLR,）是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。每个用户都必须在某个,HLR,中登记。登记的内容主要有以下,3,个方面：用户信息。位置信息。业务信息。,（,5,）访问位置寄存器,访问位置寄存器（,VLR,）是一个用于存储进入其覆盖区的用户位置信息的数据库。当移动台进入一个新的区域时，首先向该地区的,VLR,申请登记。该地区的,VLR,要从该用户的,HLR,中查询，存储其有关的参数；通知其,HLR,修改该用户的位置信息，然后准备为其他用户呼叫此移动用户时提供漫游号码（,MSRN,）等路由信息；原,VLR,将取消临时记录的该移动用户数据。,一般地，一个,MSC,对应一个,VLR,，并处于同一物理设备中，记作,MSC/VLR,。,（,6,）设备标识寄存器,设备标识寄存器（,EIR,）是存储移动台设备参数的数据库，用于对移动设备的鉴别和监视，并拒绝非法移动台入网。,（,7,）鉴权中心,鉴权中心（,AC,）存储移动用户合法性检验的专用数据和算法。用于防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。,（,8,）操作维护中心,操作维护中心（,OMC,）是网络运营者对全网进行监视和操作的功能实体。,（,1,）空中接口,空中接口又称为,Um,接口，是,PLMN,的主要接口之一。,Um,接口传递的信息包括无线资源管理、移动性管理和接续管理等。该接口采用的技术决定了移动通信系统的制式。,（,2,）网络内部接口,如图,5.1,所示，除空中接口外，,PLMN,各网络部件之间的接口称为网络内部接口，包括以下几个部分。,2,网络接口,A,接口：为基站与,MSC,之间的接口。该接口传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、无线资源管理等信息，并与,Um,接口互通，在,MSC,和,MS,之间传递信息。,A-,bis,接口：为基站控制器（,BSC,）与基站收发台（,BTS,）之间的接口，在图,5.1,中未画出，该接口未完全标准化。,B,接口：为,MSC,与访问位置寄存器（,VLR,）之间的接口，,MSC,通过该接口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。,C,接口：为,MSC,与归属位置寄存器（,HLR,）之间的接口，,MSC,通过该接口向,HLR,查询被叫移动用户的选路信息，以便确定呼叫路由，并在呼叫结束时向,HLR,发送计费信息。,D,接口：为,HLR,与,VLR,之间的接口，该接口主要用于传送移动用户数据、位置和选路信息。,E,接口：为,MSC,之间的接口，该接口主要用于越区切换。,F,接口：为,MSC,与设备标志寄存器（,EIR,）之间的接口，,MSC,通过该接口向,EIR,查询发话移动台设备的合法性数据。,G,接口：为,VLR,之间的接口，当通话中的移动用户由一个,VLR,管辖区进入另一个,VLR,管辖区时，新老,VLR,通过该接口交换必要的控制信息。,（,3,）,PLMN,与其他网络之间的接口,为,PLMN,实现与其他网络（如,PSTN/ISDN,、,PSPDN,等）业务互通的网间互联接口。,3,网络区域划分,PLMN,的网络覆盖区域划分按从小到大的顺序，包括下列各组成区域。,（,1,）小区,为,PLMN,的最小覆盖区域。每个小区分配一组信道，小区半径按需划定，一般为,1km,至几十千米范围。半径在,1km,以内的为微小区，还有更小的微微小区。,（,2,）基站区,一个基站管辖的区域。如果采用全向天线，一个基站区仅含一个小区，基站位于小区中央。如果采用扇型定向天线，则一个基站区包含几个小区，基站位于这些小区的公共顶点上。,（,3,）位置区,指移动台可任意移动而不需要进行位置更新的区域。一个位置区可由若干个基站区组成，因此寻呼移动台时，可在一个位置区内的所有基站同时发起呼叫。,（,4,）,MSC,服务区,指由一个,MSC,所控制的所有小区共同覆盖的区域构成的,PLMN,网的一部分。一个,MSC,区可由若干位置区构成。,（,5,）服务区,由若干个互联的,PLMN,覆盖区组成的区域。在此区域内，移动用户可以自动漫游。,（,6,）系统区,指的是同一制式的移动通信系统的覆盖区，在此区域中,Um,接口技术完全相同。,5.2.2,信道划分和波道指配,所谓波道（或称频道）指的是具有一定频带宽度的无线传输通道。移动通信系统都是按指定的工作频段设计的。每个系统在其工作频段中划分为若干个波道，供众多用户使用。,信道则是传送数据或控制信息的逻辑通道。对于,FDMA,系统，一个信道就占用一个波道；对于,TDMA,系统来说，多个信道通过时分复用方式共用一个波道；对于,CDMA,系统，多个信道通过分配不同的伪随机扩频序列（伪随机码）共用一个波道。,蜂窝移动通信系统的无线信道均为双工信道。基站发往移动台的方向为下行方向，其信道为前向信道；移动台发往基站的方向为上行方向，其信道为后向信道。,在移动通信系统中，有两类信道：业务信道和控制信道。业务信道用于传送语音和数据信息，控制信道用于传送信令和系统管理信息。前向控制信道主要传送系统广播和寻呼信息，后向控制信道主要传送移动台的寻呼响应信息和启呼时的接入信息。控制信道数量的划分视系统不同而异。,系统的波道必须按一定的方法分配给各个蜂窝小区，其原则是既要提供频谱利用率，又要减少不同小区间的相互干扰。一般采用固定方式指配波道，即将系统总波道数分成,N,组，把每一组波道固定分配给一个小区，,N,个小区组成一簇（也称为区群）。然后将这样的簇在空间重复衍生，直至覆盖整个服务区域。其基本要求是任意两个相邻的小区（包括分属不同簇的相邻小区）指配的波道簇应不相同。,5.2.3,信道类型和时隙结构,1,逻辑信道,GSM,通信系统中，根据所传输的信息不同，将逻辑信道分为业务信道（,TCH,）和控制信道（,CCH,）。业务信道传输编码的语音或用户数据，按速率的不同分为全速率业务信道（,TCH/F,）和半速率业务信道（,TCH/H,）。控制信道传输各种信令信息。包括,3,类控制信道：广播信道,（,BCH,）,、公共控制信道（,CCCH,）和专用控制信道（,DCCH,）。,（,1,）广播信道,广播信道供基站单向发送广播信息，使移动台与网络同步。分为以下,3,种广播信道。,频率校准信道（,FCCH,）：用于向移动台提供系统的基准频率信号，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，使其捕获与基站的起始同步；同时广播基站识别码，以使移动台识别相邻的同频基站。,广播控制信道（,BCCH,）：用于向移动台接入网络所需的系统参数，例如：位置区识别码（,LAI,）、移动网络识别码（,MNC,）、邻接小区基准频率和接入参数等。,（,2,）公共控制信道,公共控制信道（,CCCH,）用于系统寻呼和移动台接入，分为以下,3,种公共控制信道。,寻呼信道（,PCH,）：用于基站寻呼移动台（下行）。,随机接入信道（,RACH,）：用于移动台申请入网。包含呼叫时移动台向基站发送的第一个消息。,准予接入信道（,AGCH,）：基站由此信道通知移动台所分配的业务信道和专用控制信道，同时向移动台发送时间提前量（,TA,）。,（,3,）专用控制信道,专用控制信道（,DCCH,）是一种“点对点”的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段和通信进行当中，在移动台和基站之间传输必需的控制信息，又分为以下几种信道。,独立专用控制信道（,SDCCH,）。,SDCCH,用于在基站和移动台之间双向传送呼叫控制和位置登记信令信息。所谓“独立专用”是指该信道单独占用一个物理信道（,TDMA,时隙），不与任何其他,TCH,共用物理信道，如同,No.7,信令的公共信令信道一样。它的管理和,TCH,一样，在信令交换时可以进行信道切换。,慢速随路控制信道（,SACCH,）。,SACCH,与一条业务信道或一条,SDCCH,联合使用，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某些特定信息。例如功率控制和帧调整信息、测量数据等。,快速随路控制信道（,FACCH,）。该信道传送的信息与,SDCCH,相同，差别在于,SDCCH,是独立的信道，而,FACCH,寄生于,TCH,中，所以称为“随路”。用于在呼叫进行中快速发送一些长的信令信息。,2,物理信道,GSM,系统采用时分多址（,TDMA,）、频分多址（,FDMA,）和频分双工方式（,FDD,）。采用频段为：上行,890,915MHz,，下行,935,960MHz,；双工间隔,45MHz,。首先在,25MHz,的频段内进行频分复用，分为,125,个载频，载频间隔为,200kHz,；再在每个载频上进行时分复用，分为,8,个时隙。这样，共有,1000,个物理信道，根据需要分给不同的用户使用。移动台在特定的频率和时隙内，向基站传输信息，基站也在相应的频率和相应的时隙内，以时分复用方式向各个移动台传输信息。,3,时隙结构,图,5.4,GSM,系统的时隙结构,GSM,的帧结构分为帧、复帧、超帧、超高帧。,5.2.4,编号计划,（,1,）移动用户号码薄号码,移动用户号码薄号码（,MSDN,）指主叫用户为呼叫移动用户所拔的号码，其编号方式同,PSTN/ISDN,。在,GSM,系统中，被称为,MSISDN,；在,CDMA,系统中，被称为,MDN,。,MSDN,结构如下。,CC +NDC +SN,国家码,+,国内网移动络接入号码,+,用户号码,（,2,）国际移动用户识别号,国际移动用户识别号（,IMSI,）是网络识别一个移动用户的国际通用号码。移动用户以此号码发起入网请求或位置登记，网络据此查询用户数据。此号码也是,HLR,、,VLR,的主要检索参数。,IMSI,的结构如下。,NMSI,MCC +MNC +MSIN,国家码,+,移动网号,+,国内移动用户号码,每个移动台可以是多种移动业务的终端（如语音、数据等），相应地可以有多个,MSDN,；但是,IMSI,只有一个，移动网据此受理用户的通信或漫游登记请求，并对用户计费。,（,3,）国际移动设备识别号,国际移动设备识别号（,IMEI,）是唯一标识移动台设备的号码，又称移动台电子串号。该号码由制造厂家永久性地置入移动台，用户和网络运营部门均不能改变它，其作用是防止有人使用非法的移动台进行呼叫。,（,4,）移动台漫游号码,移动台漫游号码（,MSRN,）是系统分配给来访用户的一个临时号码，供移动交换机进行路由选择使用。,5.2.5,移动通信网络的发展演变,第一代移动通信系统是模拟蜂窝电话网，第一代移动通信系统采用频分复用技术，如美国的高级移动电话系统（,AMPS,）将分配的频谱分成,30kHz,带宽的许多信道，并使用窄带调频调制，调制效率为每,30kHz,一条话路。第一代移动通信系统话路容量较低，系统通话质量、保密性较差，切换时通话容易中断。,第二代移动通信系统是数字蜂窝系统，如欧洲的,GSM,、美国的,CDMA,等。针对第一代通信系统的缺陷，第二代蜂窝系统设计成可直接进行数字传输。,GSM,是时分复用方式，,CDMA,是码分复用方式，都是采用电路交换方式进行语音通信，支持对数字信道的直接接入，通话质量、保密性都有提高。对于突发型的数据通信，电路交换方式的信道利用率不高，用户通信费用也较高。为此，,GSM,上叠加了通用分组无线业务（,GPRS,），这是,2.5,代移动系统。,CDMA,体制的,2.5,代移动系统为,cdma2000 1x,。但是在,GSM/GPRS,、,cdma2000 1x,系统内部，语音和数据是分别传输的，语音依然使用电路交换，这些仅仅是为向第,3,代移动通信系统过渡做准备。,第三代移动通信系统，是指能支持语音数据综合和移动多媒体的宽带数字移动通信网络，由接入部分、宽带通信网和智能化网络控制管理等组成。接入部分包括卫星移动通信系统，用于覆盖边远地区、空中和海上通信。还包括以微微蜂窝、微蜂窝和宏蜂窝等方式分别覆盖市区高密度区和郊区等的蜂窝移动通信系统。接入的用户终端可以是普通电话机、小巧轻便的手持机、车载台和多媒体终端等。,超,3G,是由,ITU,定义的，目前有些国家所称的第四代移动通信（,4G,）实际上是指,ITU,提出的超,3G,系统。超,3G,的概念涵盖了现有的,3G,、,3G,增强型技术，以及新定义的两部分新能力，即新的移动接入和新的游牧,/,本地接入系统，前者一般是指蜂窝移动通信系统，后者一般由无线接入,/,无线局域网（,WLAN,）演变而来。,5.3,移动交换基本技术,以,GSM,数字移动通信系统为例，介绍移动呼叫的一般过程和移动交换的一些基本技术。,5.3.1,移动呼叫的一般过程,1,移动台初始化,MS,开机时通过自动扫描，捕获当前所在小区的广播信道，根据广播的训练序列完成与基站的同步；然后获得移动网号、基站识别码、位置区识别码等位置信息；此外，,MS,还需提取接入信道、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，处于守听状态。,2,用户状态,移动台一般处于空闲、关机和忙这,3,种状态之一，网络需要对这,3,种状态作相应处理。,（,1,）,MS,开机，网络对它作“附着”标记,若,MS,是第一次开机，在其,SIM,卡中找不到原来的位置区识别码（,LAI,），,MS,就立即要求接入网络，向,MSC,发送“位置更新请求”消息，通知,GSM,系统这是一个此位置区内的新用户。,MSC,根据用户发送的,IMSI,中的,H1H2H3H4,消息，向该用户的,HLR,发送“位置更新请求”，,HLR,记录发请求的,MSC,号码，并向,MSC,回送“位置更新证实”消息，并在,VLR,中对该用户的,IMSI,作“附着”标记；再向,MS,发送“位置更新接受”消息。,MS,的,SIM,卡记录此位置区识别码（,LAI,）。,若,MS,不是第一次开机，而是关机后又开机，,MS,接收到的,LAI,与,SIM,卡中的,LAI,不一致，那么,MS,也要立即向,MSC,发送“位置更新请求”。,MSC,首先判断原有的,LAI,是否是自己服务区的位置，如是，,MSC,只需修改,VLR,中该用户的,LAI,，对其,IMSI,作“附着”标记，并在“位置更新接受”消息中发送,LAI,给,MS,，,MS,修改,SIM,卡中的,LAI,。如不是，,MSC,需根据该用户,IMSI,中的,H,1,H,2,H,3,H,4,，向相应的,HLR,发送“位置更新请求”，,HLR,记录发请求的,MSC,号码，再回送“位置更新证实”；,MSC,在,VLR,中对用户的,IMSI,作“附着”标记，记录,LAI,，并向,MS,回送“位置更新接受”，,MS,修改,SIM,卡中的,LAI,。但若,MS,关机再开机时，所接收到的,LAI,与,SIM,卡中的,LAI,相一致，那么,MSC,只需对该用户作“附着”标记。,（,2,）,MS,关机，从网络中“分离”,当,MS,切断电源关机时，,MS,在断电前向网络发送最后一条消息。其中包括分离处理请求，,MSC,接收到后，即通知,VLR,对该,MS,对应的,IMSI,上作“分离”标记，但,HLR,并没有得到该用户已经脱离网络的通知。当该用户被寻呼，,HLR,向,MSC/VLR,要,MSRN,时，,MSC/VLR,通知,HLR,该用户已分离网络，不再需要发送寻找该用户的寻呼消息。,（,3,）,MS,忙,此时，网络分配给,MS,一个业务信道传送语音或数据，并标注该用户“忙”。当,MS,在小区间移动时必须有能力转到别的信道上，这就叫做切换。,（,4,）周期性登记,若,MS,向网络发送“,IMSI,分离”消息，由于当时无线链路质量很差，衰落很大，,GSM,系统有可能不能正确译码，这就意味着系统仍认为,MS,处于附着状态。此时该用户被寻呼，系统就会不断发出寻呼消息，无效占用无线资源。为了解决上述问题，,GSM,系统采取了强制登记措施，例如要求,MS,每,30min,登记一次，这就是周期性登记。这样，若,GSM,系统没有接收到某,MS,的周期性登记信息，,MS,所处的,VLR,就以“隐分离”状态在该,MS,上做记录，只有当再次接收到正确的周期性登记信息后，将,MS,的状态记录改写成“附着”状态。周期性登记的时间间隔由网络通过,BCCH,向,MS,广播。,3,移动用户呼叫固定用户（,MSPSTN,用户）,图,5.5,移动用户至固定用户呼叫流程图,移动用户起呼时，移动台竞争所在小区的随机接入信道。如果由于冲突，移动台将收不到基站返回的响应消息，移动台则随机延迟若干时隙后重发接入请求消息。系统通过广播信道发送“重复发送次数”和“平均重复间隔”参数，以控制信令业务量。,移动台（,MS,）通过系统分配的专用控制信道与移动业务交换中心（,MSC,）之间建立信令连接，并发送业务请求消息。请求消息中包含移动台的相关信息，如该移动台的,IMSI,、本次呼叫的被叫号码等参数。,MSC,根据,IMSI,检索主叫用户数据，检查该移动台是否为合法用户，是否有权进行此类呼叫。,VLR,直接参与鉴权和加密过程，如果需要,HLR,也将参与操作。如果需要加密，则设置加密模式。然后进入呼叫建立起始阶段。,对于合法用户，系统为移动台分配一个空闲的业务信道。一般，,GSM,系统由基站控制器分配业务信道。移动台收到业务信道分配指令后，即调谐到指定的信道，并按照要求调整发射电平。基站在确认业务信道建立成功后，将通知,MSC,。,MSC,分析被叫号码，选择路由，采用,No.7,信令协议与固定网（,ISDN/PSTN,）建立至被叫用户的通路，并向被叫用户振铃，,MSC,将终端局回送的成功建立消息转换成相应的无线接口信令回送给移动台，再由移动台生成回铃音信号。,被叫用户取机应答，,MSC,向移动台发送应答（连接）指令，移动台回送连接确认消息。然后进入通话阶段。,4,固定用户呼叫移动用户（,PSTNMS,用户）,图,5.6,固定用户至移动用户入局呼叫流程图,PSTN,交换机,EXCH,通过号码分析判定被叫为移动用户，通过,No.7,信令协议将呼叫接至网关,MSC,（,GMSC,）。,GMSC,根据,MSDN,确定被叫所属的,HLR,，向,HLR,询问有关被叫移动用户正在访问的,MSC,地址（即,MSRN,）。,HLR,检索用户数据库，若该用户已漫游至其他地区，则向用户当前所在的,VLR,请求漫游号码，,VLR,动态分配,MSRN,后回送,HLR,。,HLR,将,MSRN,转送,GMSC,，,GMSC,根据,MSRN,选择路由，将呼叫建立至被叫当前所在的,MSC,。,、被访,MSC,查询数据库，从,VLR,获取有关被叫用户数据。,、被访,MSC,通过位置区内的所有基站（,BS,）向移动台发送寻呼消息。各基站通过寻呼信道发送寻呼消息，消息的主要参数为被叫的,IMSI,号码。,、被叫移动用户收到寻呼消息，发现,IMSI,与自己相符，即回送寻呼响应消息，基站寻呼响应消息转发至,MSC,。,MSC,然后执行与移动用户呼叫固定用户流程、相同的过程，直到移动台振铃，向主叫用户回送呼叫接通证实信号（图,5.6,中省略）。,移动用户取机应答，向固定网发送应答（连接）消息，最后进入通话阶段。,5,呼叫释放,在移动网中，呼叫释放采用互不控制的复原方式。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“,NO”,键终止通话。这样一个动作由,MS,翻译成“断连”消息，,MSC,收到“断连”消息后，向对端局发送拆线或挂机消息，然后释放局间通话电路。然而此时呼叫尚未完全释放，,MSC,与,MS,之间的信道资源仍保持着，以便完成诸如收费指示等附带任务。当,MSC,决定不再需要呼叫存在时，就发送一个“信道释放”消息给,MS,，而,MS,也以一个“释放完成”消息应答。只有这时，低层连接才被释放，,MS,回到空闲状态。,5.3.2,自动漫游,漫游（,Roaming,）是指移动台离开自己注册登记的归属业务区，移动到访问业务区后，移动通信系统仍可向其提供服务的功能。漫游是蜂窝移动通信网的一项重要服务功能，可使不同地区的移动网实现互连。移动台不但可以在归属业务区中使用，也可以在访问业务区使用。数字蜂窝移动网均支持自动漫游方式，这种方式要求移动网络数据库通过,No.7,信令网进行互联，网络可自动检索漫游用户数据，并在呼叫时自动分配漫游号码，而对于移动用户来说没有任何感觉。,5.3.3,越区切换,越区切换是指当通话中的,MS,从一个小区进入另一个小区时，网络能够把移动台从原小区占用的信道切换到新小区的某一信道，以保证用户的通话不中断。,切换时，基站首先要通知,MS,对其周围小区基站的有关信息及广播信道载频、信号强度进行测量，同时还要测量它所占用业务信道的信号强度和传输质量，再将测量结果传送给,BSC,，,BSC,根据这些信息对,MS,周围小区的情况进行排队比较，最后由,BSC,做出是否切换的决定。另外，,BSC,还需判别在什么时候进行切换，切换到哪个基站。,越区切换分为以下两种不同情况的切换。,同一,MSC,业务区内基站之间的切换，称为,MSC,内部切换（,Intra-MSC,）。这又分为同一,BSC,控制区内不同小区之间（,Intra-BSS,）的切换和不同,BSC,控制区内（,Inter-BSS,）小区之间的切换。,不同,MSC,业务区基站之间的切换，称为,MSC,间切换（,Inter-MSC,）。,越区切换是由网络发起，移动台辅助完成的。,MS,周期性地对周围小区的无线信号进行测量，及时报告给所在小区，并送给,MSC,。网络会综合分析移动台送回的报告和网络所监测的情况，当网络发现符合切换条件时，进行越区切换的有关信令交换，然后释放原来所占用的无线信道，在邻近小区的新信道上建立连接并进行通话。,5.3.4,网络安全,GSM,数字移动网提供了完备的网络安全功能，包括用户识别码（,IMSI,）的保密、用户鉴权和信息在无线信道上的加密。,（,1,）用户识别码的保密,移动用户识别码（,IMSI,）是唯一识别一个用户的编码，如果被截获就会被人知道行踪，甚至被人冒用账户，造成经济损失。为此，,GSM,系统可为每个使用网络的用户提供一个临时移动用户识别码（,TMSI,）。该编码在用户入网时由,VLR,分配，它和,IMSI,一起存在,VLR,的数据库中，在访问期间有效。,IMSI,不在空中无线信道上传送，取而代之的是,TMSI,，而,TMSI,是动态变化的，避免了,IMSI,被截获的可能，因而,IMSI,得到了保密保护。,（,2,）移动用户鉴权,移动用户鉴权（,Authentication,）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色。,用户鉴权由鉴权中心,AC,、,VLR,和用户配合完成。当用户起呼或进行位置更新时，,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,，得到输出结果称为符号响应（,SRES,）回送给,VLR,。,SRES,就是一种数字签名，,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。,如果,VLR,发现鉴权结果与预期结果不相符，且用户是以,TMSI,和网络联系的，则可能是错误的,TMSI,，这时,VLR,将通知用户发送其,TMSI,。如果,TMSIIMSI,的对应关系出错，则以,IMSI,为准再次进行鉴权。若鉴权再次失败，,VLR,就要核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。,（,3,）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。,GSM,系统加密时对每个用户提供一个特定的密钥,Kc,。在鉴权过程中，当计算,SRES,时，同时利用,A8,算法计算出密钥,Kc,，并在,BTS,和,MSC,中均暂存,Kc,。,当,MSC/VLR,把加密命令（,M,）通过,BTS,发往,MS,时，,MS,根据,M,、,Kc,和,TDMA,帧号通过加密算法,A5,产生加密信息，表明,MS,已完成加密，并将加密消息回送给,BTS,。,BTS,采用相应的算法解密，恢复消息,M,，如果无误则通告,MSC/VLR,，表明加密模式完成。,（,4,）国际移动台识别,移动台识别是通过国际移动设备识别码（,IMEI,）和设备识别寄存器（,EIR,）来完成的。根据需要，,MSC,可以发送指令要求移动台在呼叫时发送其国际移动设备识别码（,IMEI,），并与,EIR,中存储的数据进行比对，如果发现不相符，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“黑名单”，用以禁止被盗移动台的使用。,5.4,移动交换信令,5.4.1,空中接口信令,1,物理层,在,GSM,系统中，无线信道分成业务信道（,TCH,）和控制信道（,CCH,）两类。业务信道承载编码语音或用户数据，控制信道用于承载信令或同步数据，,GSM,包括,3,类控制信道：广播信道、公共控制信道和专用控制信道。,2,数据链路层,GSM,空中接口的数据链路层协议称为,LAPDm,，它是在,ISDN,的,LAPD,协议基础上做少量修改形成的。修改原则是尽量减少不必要的字段以节省信道资源。主要不同在于取消了帧定界标志和帧校验序列，这是因为其功能已由,TDMA,系统的定位和信道纠错编码完成。此外，还定义了多种简化的帧格式以适应各种特定情况。,3,信令层,信令层是收、发和处理信令消息的实体，其主要功能是传送控制和管理信息。信令层包括以下,3,个功能子层。,无线资源管理（,RR,），其作用是对无线信道进行分配、释放、切换、性能监视和控制，,GSM,共定义了,9,个信令过程。,移动性管理（,MM,），定义移动用户位置更新、鉴权、开机接入、关机退出、,TMSI,重新分配和设备识别等过程。,接续管理（,CM,）或称连接管理，负责呼叫控制，包括补充业务和短消息业务的控制。由于有,MM,功能子层的屏蔽，,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,5,个信令过程。,5.4.2,基站接入信令,GSM,系统基站子系统（,BSS,）与网络子系统（,NSS,）的接口称为,A,接口，又将基站子系统分为基站收发信系统（,BTS,）和基站控制器（,BSC,）两个部分。,BTS,与,BSC,之间的接口称为,A-,bis,接口。,A,接口已在,GSM,规范中进行了标准化定义，,A-,bis,接口定义较晚，尚未完全标准化，因此不能支持,BSC-BTS,的多厂商设备互连环境。,1,A-,bis,接口信令,A-,bis,接口信令同样采用三层结构，其第二层采用,LAPD,协议，第三层有,3,个实体：第二层管理过程、网络管理过程和业务管理过程。,第二层管理过程已由,LAPD,本身定义；网络管理过程尚未标准化，这也是,A-,bis,接口不支持多厂商设备的主要原因；,GSM,标准只定义了业务管理过程。,业务管理过程完成两项任务，一是透明传送绝大部分的无线接口信令消息，以适配无线和有线接口不同的低层协议要求。二是对,BTS,的物理和逻辑设备进行管理。,2,A,接口信令,A,接口采用,No.7,信令系统的功能结构，包括物理层（,MTP-1,）、链路层（,MTP-2,）、网络层（,MTP-3,SCCP,）和应用层。由于,A,接口是用户侧信令，只用到极其有限的网络层功能，因此,GSM,规范仍将其归为三层结构，应用层作为信令处理的第三层，,MTP2/3,SCCP,作为第二层，负责消息的可靠传递。,MTP-3,复杂的信令网管理功能基本上不用，主要采用其信令消息处理功能。由于,A,接口上传递许多电路无关的管理消息，因此需要,SCCP,的支持，但其全局名翻译功能基本不用。,A,接口利用,SCCP,的子系统号（,SSN,）来识别多个第三层应用实体。,5.4.3,网络接口信令,GSM,网络接口包括,B,G,，网络接口上层信令为移动应用部分（,MAP,），,MAP,是基于,No.7,信令系统的应用层协议，由,SCCP,和,TCAP,支持，主要功能是支持移动用户漫游、切换和网络安全。为实现全球网络联网，,GSM,系统需要在,MSC,和,HLR,、,VLR,和,EIR,等网络部件之间频繁地交换数据和指令，这些信息都与电路无关，因此最适合采用,No.7,信令方式传送。,MSC,与,MSC,之间及,MSC,与,PSTN/ISDN,之间关于话路接续的信令则采用,No.7,信令的,TUP/ISUP,协议。,5.5,CDMA,移动通信系统,5.5.1,CDMA,系统概述,1,CDMA,技术的发展历程及标准,扩频技术具有抗干扰能力强、保密性能好的特点。在扩频的基础上，人们又提出了码分多址的概念，利用不同的地址码来区分无线信道。,IS-95,是,CDMA,系列标准中最先发布的标准，,IS-95,建议的,CDMA,技术扩频带宽约为,1.25MHz,，信息数据速率最高为,13kbit/s,，属于窄带,CDMA,范畴。之后，,ITU,制定了第,3,代移动通信的标准，统称为,IMT-2000,。这种,CDMA,系统称为宽带,CDMA,系统，其中最具代表性的技术是,WCDMA,、,cdma2000,和,TD-SCDMA,技术。,2,CDMA,蜂窝移动通信网的特点,CDMA,移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成的，因此它具有抗干扰性好、抗多径衰落、保密安全性高和同频率可在多个小区内重复使用的优点，所要求的载干比（,C,/,I,）小于,1,，容量和质量之间可做权衡取舍等属性。,这些属性使,CDMA,与其他系统相比有以下重要的优势：系统容量大。保密性好。软切换。软容量。频率规划简单。,5.5.2,CDMA,网络结构及信道类型,1,CDMA,网络结构,图,5.18,CDMA,的系统结构,2,CDMA,系统的逻辑信道,CDMA,系统采用的是频分双工（,FDD,）方式，即收、发采用不同的载频。从基站到移动台方向的链路称为前向链路或下行链路，从移动台到基站方向的信道称为反向链路或上行链路。由于上、下行链路传输的要求不同，因此上、下行链路上信道的种类及作用也不同。,前向链路中的逻辑信道包括导频信道（,PICH,）、同步信道（,SYCH,）、寻呼信道（,PACH,）和正向业务信道（,F-TCH,）等。,反向链路中的逻辑信道由反向业务信道（,B-TCH,）和接入信道（,ACCH,）等组成。,5.5.3,CDMA,系统的关键技术,CDMA,系统的关键技术主要包括：同步技术（捕获与跟踪）、,Rake,接收、功率控制、软切换。,1,同步技术,CDMA,系统中的,PN,码同步过程分为,PN,码捕获和,PN,码跟踪两部分。,PN,码捕获指接收机在开始接收扩频信号时，选择和调整接收机的本地扩频,PN,序列相位，使它与发送端的扩频,PN,序列相位基本一致（码间定时误差小于,1,个码片间隔），即接收机捕捉发送的扩频,PN,序列相位，也称为扩频,PN,序列的初始同步。,PN,码跟踪则是指自动调整本地码相位，进一步缩小定时误差，使之小于码片间隔的几分之一，达到本地码与接收,PN,码频率和相位精确同步。,2,Rake,接收技术,移动通信信道是一种多径衰落信道，,Rake,接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的。,CDMA,系统中这里多径信号不仅不是一个不利因素，反而变成了一个可供利用的有利因素。,3,功率控制,功率控制技术是,CDMA,系统的核心技术。,CDMA,系统是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，“远近效用”问题特别突出。功率控制的目的就是克服“远近效用”，使系统既能维持高质量通信，又不对其他用户产生干扰。功率控制分为正向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分为仅有移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。,4,软切换,与,GSM,系统不同，,CDMA,系统的越区切换可分为两大类：软切换和硬切换。,（,1,）软切换,软切换是,CDMA,系统中特有的。在软切换过程中，移动台与原基站和新基站都保持着通信链路，可同时与两个（或多个）基站通信。在软切换中，不需要进行频率的转换，而只有导频信道,PN,序列偏移的转换。软切换的呼叫过程可分为,3,步：移动台和原小区仍在通信；移动台同时与原小区、新小区进行通信；移动台只与新小区通信。,（,2,）更软切换,更软切换是指在一个小区内的扇