MSC硬件结构.doc

GSM 操 作 维 护 手 册

第一部 MSC／ VLR

第二章 MSC / VLR 系 统 硬 件 结 构

作 者 ： 李 伟

2.1 概 述
2.2 MSC ／ VLR 系 统 硬 件 结 构 说 明
2.3 DSN 网 络 结 构 和 功 能
2.4 计 算 机 外 设 装 载 模 块（APM）
2.5 时 钟 和 音 信 号 模 块（CTM）
2.6 高 性 能 公 共 信 道 信 令 模 块（HCCM）
2.7 服 务 电 路 模 块（SCM）
2.8 数 字 中 继 模 块（DTM）
2.8.1 数 字 中 继 模 块 的 主 要 功 能
2.8.2 处 理 多 频 信 令 的 模 块（DTM－L）
2.8.3 处 理 公 共 信 道 信 令 的 模 块（DTM－H）
2.8.4 综 合 分 组 交 换 中 继 模 块（IPTM）
2.8.5 数 字 回 音 消 除 器 模 块（DECM）
2.9 动 态 综 合 录 音 通 知 模 块（DIAM）
2.10 数 据 链 路 模 块（DLM）
2.11 移 动 互 通 模 块（MIM）

附 录1 印 刷 板（PBA） 上 灯 的 显 示 状 态
附 录2 MSC / VLR 交 换 机 的 硬 件 板 子 类 型
附 录3 常 用 的 告 警
附 录4 本 章 缩 写

2.1 概 述
移 动 业 务 交 换 中 心（MSC）／ 访 问 用 户 位 置 寄 存 器（VLR） 是 GSM 系 统 中 网 络 子 系 统（NSS） 的 一 部 分， 它 是 在 ISDN 基 础 上 设 计 的 交 换 机。
本 章 将 着 重 介 绍 ALCATEL 900 系 统 中 的 MSC ／ VLR 的 硬 件 结 构 和 功 能 特 性。

2.2 MSC ／ VLR 系 统 硬 件 结 构 说 明

2.2.1 MSC ／ VLR 交 换 机 说 明
A 900 系 统 中 的 移 动 业 务 交 换 中 心（MSC） 是 以 ALCATEL 1000 S12 ISDN 交 换 机 为 基 础， 在 一 个 机 器 中 把 MSC 和 VLR 的 功 能 结 合 起 来。 结 合 后 的 ALCATEL S12 MSC／VLR 使 用 全 部 标 准 功 能。
MSC/VLR 交 换 机 具 有 两 个 重 要 特 性：数 字 技 术 和 分 散 控 制。
首 先，MSC/VLR 被 称 为 使 用 数 字 技 术 是 由 于 它 的 控 制 与 其 功 能 是 由 微 机 上 运 行 的 程 序 所 形 成 的。 而 且 内 部 信 息 的 处 理（ 交 换 与 传 输） 是 完 全 靠 数 字 技 术 来 运 行 的。 这 些 特 性 使 得 系 统 能 够 处 理 任 何 信 息， 无 论 其 性 质 如 何（ 语 言、 数 据、 文 本 等）， 只 要 是 被 数 字 化 的。 这 样 无 须 机 械 运 动 而 使 用 数 字 传 输 可 以 确 保 一 个 可 靠 的 质 量。
其 次， 分 散 控 制 意 味 着 由 系 统 实 现 的 功 能， 是 从 全 球 的 观 点 出 发， 划 分 成 一 系 列 的 任 务， 按 同 类 进 行 集 中， 按 特 点 进 行 分 配 及 指 定 控 制 单 元。 这 样 的 方 式 可 以 获 得 一 个 非 常 稳 定 可 靠 的 系 统， 由 控 制 单 元 产 生 的 故 障 不 会 对 系 统 造 成 重 大 的 影 响。 而 且， 这 种 不 同 的 功 能 组 合 的 方 式 允 许 新 的 控 制 单 元 加 入 而 无 须 重 新 设 计 系 统。 因 此 很 容 易 适 应 市 场 的 新 的 需 要 及 服 务。
设 计 一 个 内 部 数 字 交 换 网 以 实 现 具 有 上 述 特 点 的 系 统。 这 样 的 网 络 将 不 同 的 系 统 模 块 连 接 在 一 起， 通 过 同 样 的 路 径 象 传 送 用 户 数 据 那 样 传 送 内 部 控 制 信 息。 通 过 增 加 新 模 块 可 以 很 容 易 地 扩 展 这 个 交 换 网。 而 且 网 络 的 交 换 控 制 是“ 蜘 蛛 型”， 这 可 简 化 其 使 用。 另 一 因 素 对 系 统 的 可 靠 性 起 着 重 要 作 用， 就 是 这 一 网 络 允 许 两 模 块 通 过 多 路 连 接 以 保 证 最 低 的 阻 塞 率。
另 一 明 显 的 优 点 是 使 用 大 规 模 集 成 电 路 。 它 使 得 各 印 刷 电 路 板 形 成 的 功 能 数 目 达 到 最 优 化， 使 结 构 紧 凑 和 减 少 设 备 成 为 可 能。

2.2.2 MSC ／ VLR 硬 件 结 构
MSC / VLR功 能 结 构 较 简 单。 根 据 交 换 机 所 提 供 的 业 务 和 特 性， 将 各 种 各 样 的 终 端 模 块 连 接 到 内 部 交 换 网 络 上， 因 此， 它 主 要 是 由 终 端 控 制 模 块 和 数 字 交 换 网 络 构 成。 其 独 到 之 处 是 采 用 了 全 分 散 控 制， 高 度 的 模 块 化 和 数 字 交 换 网 络（DSN）,使 各 种 不 同 功 能 的 模 块，能 方 便 地 经 数 字 交 换 网 络（DSN） 完 成 信 息 的 交 换， 因 而 在 结 构 上 具 有 最 大 的 灵 活 性。
因 此 MSC / VLR 的 功 能 图 是 一 个 蜘 蛛 形（“ 蜘 蛛 图”）。 其 核 心 是 内 部 交 换 网 络 而 终 端 是 模 块。 这 些 模 块 通 过 PCM 链 路 与 网 络 相 连， 还 可 以 根 据 系 统 内 部 所 要 求 的 功 能 而 改 变。
内 部 交 换 网（DSN-- 数 字 交换 网 络） 是 由 一 套 基 本 交 换 单 元 素 组 成， 这 些 单 元 以 一 种 折 叠 的 拓 扑 结 构 而 排 列。 使 得 DSN 的 级 数 与 平 面 的 数 目， 可 以 很 容 易 增 加 它。 有 两 种 潜 在 的 扩 展 方 式： 入 口 的 数 目（ 终 端 连 接）； 选 择 路 径 的 可 能 （ 话 务 量）。
另 一 方 面， 所 有 模 块 通 过 PCM 链 路 与 网 络 相 连 以 传 送 输 入 输 出 信 号。 所 有 的 模 块 包 括 一 个 共 同 的 部 分 称 为 控 制 单 元 CE， 由 一 个 微 处 理 机 与 其 存 储 器 及 一 个 通 向 交 换 网 的 标 准 接 口 电 路 所 组 成。 这 些 控 制 单 元 被 划 分 为 两 组： 终 端 控 制 单 元 简 称 TCE 与 辅 助 控 制 单 元 简 称 ACE。
那 些 与 构 成 具 体 功 能 的 集 群 或 电 路 相 连 接 的 控 制 单 元 是 TCE。 例 如 用 户 电 路、 中 继 电 路 等 等。 与 集 群 电 路 的 连 接 也 是 标 准 的。 另 外 有 一 些 控 制 单 元 专 门 负 责 对 TCE 的 支 持 功 能。 他 们 执 行 专 门 的 任 务 如 故 障 处 理、 字 冠 分 析、 本 地 用 户 识 别 等 等， 但 不 包 括 任 何 控 制 单 元 以 外 的 集 群 电 路。 这 些 控 制 单 元 称 为 辅 助 控 制 单 元 ACE。
MSC / VLR 的 主 要 控 制 单 元 模 块（TCE），和 辅 助 模 块（ACE）。如 图 2－1 所 示：

DSN
HCSA

EBSTCE
PLCE
CTLE
MONI
PBNSC
ECASTCE
ENTUPTCE
PBDBCE
MICE
ISVCE
IPTMOX25
IPTMU
ACE
ITTMTCE
DIAM
DLMCE
图 2－1 MSC / VLR硬件模块结构图

ACE： Auxiliary Control Element
辅 助 控 制 单 元
CTLE： Clock and tone CE
时 钟 和 信 号 音 控 制 单 元
DIAM： Dynamic integrated annooncement modul TCE
数 字 综 合 录 音 通 知 模 块 终 端 控 制 单 元
DLMCE： Data link module CE
数 据 链 路 模 块 控 制 单 元
DSN： Digital Switch Network
数 字 交 换 网 络
EBSTCE： Evolutionary base station TCE
改 进 型 基 站 终 端 控 制 单 元
ECASTCE： Evolutionary CAS trunk TCE
改 进 型 的 随 路 信 道 信 令 中 继 模 块
ENTUPTCE： Evolutionary N7-TUP trunk CE
改 进 型 7 号 信 令 中 继 模 块
HCCSM386： High Performance CCSN7 module CE
高 性 能 公 共 信 道 信 令 CCSN7 模 块
IPTMOX25： Intergrated packet trunk CE for OSI-Applin x.25
对 OSI 应 用 层 X.25 接 口 的 综 合 分 组 中 继 控 制 单 元
IPTMU： Integrated packet trunk module user side
综 合 分 组 交 换 中 继 模 块
ITTMTCE： Improved trunk test TCE
改 进 型 中 继 测 试 模 块
ISVCE： Improved service circuit control element
改 进 型 服 务 电 路 控 制 单 元
MICE: Mobile interworking CE
移 动 互 通 控 制 单 元
MONI: Monitor control element permanent test facility
永 久 测 试 性 能 监 视 器 控 制 单 元
PBDBCE： Peripheral backup petailed billing CE
外 设 备 份 及 详 细 计 费 控 制 单 元
PBNSC: Peripheral backup NSC CE
网 管 中 心 外 设 备 份 控 制 单 元
PLCE： Peripheral and loading CE
外 设 及 装 载 控 制 单 元
TCE: Terminal Control Element
终 端 控 制 单 元

ACE 即 由 一 块 模 块 控 制 单 元 MCUB 或 MCUA 构 成。 ACE 辅 助 控 制 单 元 如 下：

ENSCACE: Evolutionary NSC ACE
改 进 型 网 管 中 心 ACE
EOSPACE: Exchange O&M Subuser Part System ACE
交 换 机 操 作 维 护 用 户 部 分 系 统 ACE
HSCA： High Performance common channel signalling system ACE
高 性 能 公 共 信 道 信 令 系 统 控 制 单 元
LRACE： Location Register System ACE
位 置 寄 存 器 系 统 ACE
MRSACE: Mobile Radio System ACE
移 动 无 线 系 统 ACE
PSACE: Prefix System ACE
字 冠 分 析 系 统 ACE
SACEADM：System ACE Administration
系 统 管 理 ACE
SACECHRG: System ACE Charging
计 费 系 统 ACE
SLDCTRA： System ACE Local Data Collector and Trunk Resource Allocation
本 局 数 据 收 集 和 中 继 源 分 配 系 统 ACE
SPARE 386：SPARE ACE（80386）
备 用 模 块

2.3 DSN 网 络 结 构 和 功 能
MSC／VLR 交 换 机 结 构 的 核 心 是 智 能 化 的 数 字 交 换 网 络（DSN）。 这 一 特 性 提 供 了 终 端 间 的 所 有 连 接， 数 字 交 换 网 络 能 控 制 通 话、 数 据、 内 部 信 令， 分 散 控 制 单 元 间 的 通 信， 数 字 编 码 信 号 以 及 测 试 模 式。
数 字 交 换 网 络（DSN） 由 专 用 的 大 规 模 集 成 电 路 芯 片 组 成， 每 个 芯 片 都 有 它 自 己 的 逻 辑 功 能 和 存 储 器， 能 独 立 地 完 成 通 路 的 选 择 话 音 和 数 据 的 交 换， 处 理 机 之 间 的 通 信， 这 种 通 信 是 采 用 和 话 音 或 数 据 相 同 的 传 输 方 式 在 同 一 个 数 字 交 换 网 络 内 进 行 的。

2.3.1 DSN 功 能
数 字 交 换 网 络 DSN 由 若 干 个 数 字 交 换 单 元（DSE） 组 成。 每 个 DSE 具 有 16 对 收／ 发 端 口， 在 任 一 模 块 控 制 单 元 发 出 的 命 令 控 制 下。 任 何 一 个 端 口 均 具 有 路 径 的 搜 索 建 立、 保 持 和 释 放 功 能。 通 过 其 内 部 的 路 径 映 像 图， 使 得 它 既 可 作 为 下 个 交 换 矩 阵， 也 可 作 为 一 个 全 反 射 矩 阵 使 用（ 如 图 2－2 所 示）。 DSE 的 反 射 特 性 体 现 在 它 能 把 某 个 终 端 模 块 来 的 呼 叫 路 由 切 换 到 与 被 叫 终 端 模 块 相 连 的 另 一 个 交 换 单 元 的 相 关 路 由 上， 以 建 立 呼 叫 通 道。 除 上 述 的 基 本 接 续功 能 外，DSE 本 身 还 能 反 映 各 个 通 路 的 运 动 状 态，以 保 证 其 正 常 的 工 作。

每 一 印 制 板 有16 块 大 规 模 集 成 电 路 芯 片

图 2－2 数 字 交 换 单 元 路 径 映 像 图

TDM
R

T

R

T

R

T

13
12
11
17
18
19

0 8

7 15

一 个 数 字 交 换 单 元（DSE） 既 是 一 块 交 换 单 元 印 制 板（SWCH）， 每 一 块 SWCH 板 有 8 块 专 用 的 双 工 交 换 端 口（DUSP） 大 规 模 集 成 电 路 芯 片 组 成。 每 一 双 工 交 换 端 口 有 二 个 端 口， 若 一 个 端 口 编 号 为 n， 则 另 一 个 编 号 为 n＋8， 每 个 双 端 口 分 为 接 收 部 分（RX） 和 发 送 部 分（TX）。 这 两 部 分 相 结 合 可 连 接 一 条 双 向 的 PCM 传 输 线 路。 所 以， 每 块 DSE 板 提 供 了 16 个 交 换 端 口， 经 过 它 们 之 间 的 时 分 复 用 总 线， 可 进 行 时 分 交 换。

图 2－3 DSE 结构图

奇偶检验控制

时 钟
选 择

锁 相
环

时钟和帧信
号产生电路
8.192 MHz
帧
4.096 MHz
DUSP
0
DUSP
1
DUSP
2
DUSP
3
DUSP
4
DUSP
5
DUSP
6
DUSP
7
交换端口
8

交换端口
0

交换端口
9

交换端口
1

交换端口
10

交换端口
2

交换端口
11

交换端口
3

交换端口
13

交换端口
12

交换端口
5

交换端口
4

交换端口
14

交换端口
6

交换端口
15

交换端口
7

数据、地址、时钟控制线
旁路
线路发送
和接收
线路发送
和接收

DSE 的 基 本 功 能：
----DSE 共 有 16 个 交 换 端 口， 每 个 端 口 拥 有 一 条 双 向 的 PCM 链 路， 每 个 DSE 总 共 接 有 16 条 异 步 工 作 的 串 行 32 信 道 双 向 PCM 传 输 链 路。
----DSE 工 作 时 钟 为 8.192MHz， 来 自 交 换 机 系 统 的 时 钟 分 配 网。 每 个 端 口 均 能 识 别 同 步 标 识 码， 以 保 证 PCM 链 路 的 同 步 运 行。
----DSE 能 寄 存 各 条 链 路 上 每 一 信 道 的 当 前 状 态。
----DSE 能 根 据 信 道 内 的 规 约 码 得 出 每 条 信 道 中 的 数 据 性 质 及 其 处 理 方 法。
----DSE 能 执 行 信 道 中 带 来 的 一 些 有 关 路 由 的 命 令， 建 立、 保 持 或 清 除 交 换 单 元 的 输 入 信 道 之 间 的 单 向 连 接。
----DSE 总 是 既 可 被 选 用 的 第 一 条 空 闲 信 道 来 完 成 时 隙 交 换， 这 可 使 传 输 时 延 减 小 到 最 小 值。 该 值 约 等 于 一 个 8μs 的 常 数 与 一 个 随 话 务 量 变 化 而 定 的 可 变 时 延 之 和。
----DSE 还 具 有 自 我 故 障 诊 断 和 清 除 错 误 的 功 能。

2.3.2 DSN 网 络 的 结 构
MSC／VLR 的 数 字 交 换 网 络 是 一 种 多 级 模 块 化 结 构（ 一 种 四 个 交 换 级 的 折 叠 式 装 置）， 每 个 平 面 是 由 一 个 选 面 级（Access Switch, AS） 和 三 个 选 组 级 ST1、ST2、ST3（Group Switch，GS）， 两 部 分 组 成， 共 有 四 个 平 面。 它 们 均 由 完 全 相 同 的 含 有 16 个 交 换 端 口（Switch port） 的 数 字 交 换 单 元（SWCH） 所 构 成， 而 不 同 之 处 只 在 于 它 们 的 规 模 和 职 能。

Plane 0

1

2
Stage
3
Group 7
Stage Stage
1 2
Group F
F

7
0
7 F

7

0 8
7 F

7

0 8
7 F
3 E
6 0 D
2 SWCH * C
5 B
1 A
4 9
0 8
Group 0
F

0

0
Group 0
8

9

A

B
7 F
7
0 8
7 F
7
0 8
7 F

7

0 8
7 F

7

0 8
F
7
0
F

7

0

MCUB

Control
Elements
0 5
0 7
0 0 8
1
2
3
4 9
5
6
7
C A
D
E
F B
0 6
0 4
0 3
0 2
0 1
Access
Switches
Control
Elements

Access Swich
1023
7 F

0
SWCH*

0 8

3

*SWCH：Switching Element PBA

图 2－4 数 字 交 换 网 络 结 构 图

2.3.3 选 面 级
在 MSC／VLR 系 统 中， 选 面 级（AS） 是 一 个 单 级 的 交 换 单 元。如图 2－5 所示， 每 一 对 选 面 级 (AS) 有 二 块 SWCH 板 构 成。 这 一 对 选 面 级 称 为 一 个 终 端 子 单 元 (TSU) 。4 个 终 端 子 单 元 (TSU) 构 成 一 个 终 端 单 元 (TU)， 如 图 2－6 所 示。 任 一 模 块 均 连 有 一 个 TSU（ 即 一 对 AS SWCH 板）， 这 种 通 路 的 双 备 份， 保 证 了 模 块 与 数 字 交 换 网 络 的 畅 通。
选 面 级 交 换 器 的 基 本 功 能 是 把 进 入 数 字 交 换 网 络 的 话 务 分 配 到 选 组 级 的 几 个 平 面 上。 一 个 完 整 的 数 字 交 换 网 络 的 选 面 级 交 换 器 最 多 可 有 1024 个（512 对） 数 字 交 换 单 元， 即:
8（选 面 级 交 换 器）×8（交 换 单 元／ 组）×16（组）= 1024 个 数 字 交 换 单 元
一 个 选 面 级 交 换 器 是 一 个 有 16 个 端 口 的 DSE（SWCH） 其 中 4 个 端 口（ 端 口 8 ~ 端 口B） 分 别 用 于 连 接 选 组 级 的 4 个 平 面，剩 下 的 12 个 端 口 与 模 块 相 连。
PORT 0~7：与 数 字 中 继 模 块 ( DTM )、服 务 电 路 模 块 ( SCM )、公 共 信 道 信 令 模 块
PROT 8 ：连 到 选 组 级 的 平 面 0
PROT 9 ：连 到 选 组 级 的 平 面 1
PROT 10 ：连 到 选 组 级 的 平 面 2
PROT 11 ：连 到 选 组 级 的 平 面 3
PROT 12~15 : 连 接 辅 助 控 制 单 元（ACE）、 时 钟 和 音 信 号 模 块（SCM）、
外 设 与 装 载 模 块（P&L） 以 及 防 卫 模 块（DEFENCE）

图 2－5 TSU 结构

MODULE 0

MODULE 1

MODULE 7
·
·
·
·
·
·
·
TO GROUP
SWITCHES

0

1
·
·
·
·
·
7
8
9
A
B
C
D
E
F
ACCESS
SWITCH
平 面 0
TO GROUP
SWITCHES
平 面 3

0

1
2
3
4
5
6
7

ACCESS
SWITCH
8
9
A
B
C
D
E
F

图 2－6 TU 结构

0

1

2

3

4

5

6

7
8
8
8
8
8
8
8
8
0
1
2
3
4
5
6
7
T1
T1
T1
T1
GS
ONLY ONE MULTIPORT
IN FIRST STAGE
4 TSU

2.3.4 选 组 级
选 组 级 是 一 个 模 块 化 的 多 平 面 交 换 网 络， 其 结 构 大 小 取 决 于 平 面（plane） 数 和 每 个 平 面 的 级 数（stage）， 它 可 由 2~4 个 平 面 组 成。 每 个 平 面 最 多 可 有 3 级， 第 1、2 级 最 多 可 有 16 组（group）， 而 每 组 最 多 由 8 个 数 字 交 换 单 元 构 成（SWCH）。 第 3 级 最 多 可 有 8 组， 每 组 最 多 由 8 个 数 字 交 换 单 元 构 成（SWCH）。 至 于 选 组 级 的 平 面 数 则 根 据 交 换 机 的 话 务 量 的 多 少 来 决 定。 而 每 个 平 面 的 级 数 以 及 每 级 所 配 备 的 数 字 交 换 单 元 的 数 量 都 是 由 终 端 模 块 的 数 量 来 决 定 的。

选 面 板（Access Switch） 成 对 出 现
0~3 共 4 个 平 面（plane） 平 面 数 由 话 务 量 决 定
DSN 1~3 共 3 级（stage）， 它 是 由 模 块 数 决 定
选 组 级（group switch） 第 1、2 级， 共 有 16 组（group）
第 3 级， 共 有 8 组（group）
每 一 组 有 8 块 SWCH 板 构 成

选 组 级 的 作 用 是 可 使 交 换 机 中 任 一 模 块 通 过 DSN 到 达 任 一 其 它 模 块。 为 了 达 到 这 个 目 的， 应 有 一 条 从 某 模 块 进 入 DSN 和 从 DSN 到 达 另 一 个 模 块 的 通 路。 通 路 的 反 转 处 称 为 反 射 点。 反 射 点 可 在 选 面 级， 也 可 在 第 1、 第 2 或 第 3 选 组 级， 这 取 决 于 要 进 入 哪 个 模 块。

2.3.5 网 络 连 接 规 则
在 数 字 交 换 网 络 中， 各 级 DSE 之 间 按 一 定 的 规 则 进 行 连 接， 如 图 2－7 （数 字 交 换 网 络 连 接 规 则） 所 示。 第 一 选 组 级 的 出 端 口 数 PORT 减 8， 即 为 第 二、 第 三 选 组 级 的 DSE 数， 第 二 选 组 级 的 入 端 口 数 即 为 第 一 选 组 级 的 DSE， 第 二 选 组 级 的 出 端 口 数 减 8 即 为 第 三 选 组 级 的 组 数， 第 三 级 的 入 端 口 数 即 为 第 一、 第 二 选 组 级 的 组 数（SEC）， 根 据 这 个 规 则 可 画 出 一 张 完 整 的 数 字 交 换 网 络 连 接 图。

选 入 级
第 一 选 组 级
第 二 选 组 级
第 三 选 组 级
W
X
Y
Z
PORT W
PORT X
PORT Y