《交换技术基础》CH6课件.ppt
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1、第六章 移动交换南京邮电大学通信与信息工程学院网络工程与技术系2022-11-101主要内容移动通信系统基本概念移动通信系统基本概念移动交换基本技术移动交换基本技术移动交换信令移动交换信令移动交换系统移动交换系统 2022-11-1026.1 移动通信系统基本概念移动通信简介移动通信简介PLMN结构结构波道指配和信道划分波道指配和信道划分编号计划编号计划GSM系统的业务功能系统的业务功能语音编码语音编码2022-11-103移动通信简介移动通信?指通信双方或至少一方是处于移动中进行信息交流的通信。泛指用户接入采用无线技术的各种通信系统,它包括陆地移动通信系统、卫星移动通信系统、集群调度通信系统
2、、无绳电话系统、无线寻呼系统、地下移动通信系统等。基于蜂窝技术的基于蜂窝技术的陆地公用移动通信系统(陆地公用移动通信系统(PLMNPLMN)本章本章2022-11-104移动通信简介陆地公用移动通信系统分类?PLMN:Public Land Mobile Network 按照话音信号采用模拟还是数字方式传送 模拟移动通信系统 数字移动通信系统 按照用户接入的多址方式 频分多址(FDMA)系统 时分多址(TDMA)系统 码分多址(CDMA)系统本章本章TDMA方式方式全球移动通信系统全球移动通信系统GSM-Global System for Mobile Communication2022-11
3、-105移动通信简介移动通信技术的发展?3个主要阶段:第一代(1G)模拟通信系统,主要采用FDMA技术;第二代(2G)数字通信系统,主要采用TDMA(如GSM)和CDMA(如IS-95)技术;第三代(3G)主要采用CDMA(如CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA)技术,比2G可以提供更宽的频带,不仅传输话音,还能传输高速数据。2022-11-106问 题 本章涉及?第二代(第二代(2G)GSM2022-11-107PLMN结构VLRVLRHLRMSCMSCACEIRBSMSOMCUmABEFCDGPSTNISDNPSPDNPLMN的功能结构的功能结构接口接口功能单元2022-11-1
4、08PLMN结构网络功能单元 是移动网的用户终端设备。由SIM卡与物理设备组成,二者是分离的 负责射频信号的发送和接收以及无线信号至MSC的接入,在某些系统中还可以有信道分配、蜂窝小区管理等控制功能。一般,一个基站控制一个或数个蜂窝小区(cell)。Mobile Station Base Station 移动台(移动台(MS)基站(基站(BS)2022-11-109PLMN结构网络功能单元 完成移动呼叫接续、过区切换控制、无线信道管理等功能,同时也是PLMN与PSTN、公共数据网(PDN)、ISDN等陆地固定网的接口设备。VMSC/TMSC/GMSC MSC可从HLR、VLR和AC处获取处理用
5、户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。反之,MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC可提供电信业务、承载业务、补充业务。Mobile Switching Center 移动交换中心(移动交换中心(MSC)2022-11-1010PLMN结构网络功能单元“原藉”移动用户开户登记的电话局所属区域。HLR存储在该地区开户的所有移动用户的用户数据(用户号码、移动台类型和参数、用户业务权限等)、位置信息、路由选择信息等。移动用户的计费信息也由HLR集中管理。原藉位置登记器(原藉位置登记器(HLR)Home Location Register2022-11-1011PLMN结构网络功能单
6、元 存储进入本地区的所有访问用户的相关数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域,则重新在另一个VLR登记,原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。这些数据都是呼叫处理的必备数据,取自于访问用户的HLR。访问用户通常称为“漫游用户”。访问用户位置登记器(访问用户位置登记器(VLR)Visitor Location Register2022-11-1012PLMN结构网络功能单元 存储移动用户合法性检验的专用数据和算法。存储着鉴权信息和加密密钥,防止无权用户接入系统和防止无线接口中数据被窃。只在数字移动通信系统中使用,通常与HLR位于一起。鉴权中心(鉴权中心(AC)Authentication C
7、enter2022-11-1013PLMN结构网络功能单元 记录移动台设备号及其使用合法性等信息,供系统鉴别管理使用。存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI),通过核查三种表格(白名单、灰名单、黑名单)使得网络具有防止无权用户接入、监视故障设备的运行和保障网络运行安全的功能。设备标识登记器(设备标识登记器(EIREIR)Equipment Identity Register用于网络的管理和维护网络操作维护中心网络操作维护中心(OMCOMC)Operation and Maintenance Center2022-11-1014PLMN结构接口VLRVLRHLRMSCMSCACEIRBSM
8、SOMCUmABEFCDGPSTNISDNPSPDNPLMN的功能结构的功能结构2022-11-1015PLMN结构网络接口 Um接口:MS-BS 无线接口,又称空中接口,该接口采用的技术决定了移动通信系统的制式。用于移动台与GSM系统的固定部分之间的互通。其物理链接通过无线链路实现。传递的信息包括无线资源管理,移动性管理和接续管理等。A接口:BS-MSC 无线接入接口。其物理链接通过采用标准的2.048Mb/s PCM数字传输链路来实现。该接口传送有关移动呼叫处理、基站管理、移动台管理、信道管理等信息,并与Um接口互通,在MSC和MS之间互传信息。2022-11-1016网络接口B接口:MS
9、C-VLR MSC通过该接口向VLR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:MSC-HLR MSC通过该接口向HLR查询被叫移动台的选路信息,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:VLR-HLR 该接口主要用于登记器之间传送移动台的用户数据、位置信息和选路信息。2022-11-1017网络接口E接口:MSC-MSC 该接口主要用于越局切换。当移动台在通信过程中由某一MSC业务区进入另一MSC业务区时,两个MSC需要通过该接口交换信息,由另一MSC接管该移动台的通信控制,使移动台通信不中断。F接口:MSC-EIR MSC通过该接口向EI
10、R查询发呼移动台设备的合法性。G接口:VLR-VLR 当移动台由某一VLR管辖区进入另一VLR管辖区时,新老VLR通过该接口交换必要的信息。MSC与PSTN/ISDN的接口:利用PSTN/ISDN的NNI信令建立网间话路连接。TUP/ISUP2022-11-1018网络单元的物理实现 MSC、HLR和VLR在实际网络中的物理实现方式可有三种:1.综合式:MSC、HLR、VLR位于同一物理设备中,即移动交换机兼具位置登记器的功能。这时,移动交换机之间的信令链路中传送C、D、E、G接口的信息,B接口及MSC与本局HLR的C接口成为交换机的内部接口。在移动网发展初期阶段可采用这种方式。2.部分分离式
11、:MSC和VLR位于同一物理设备中,HLR为单独的物理设备。B接口为内部接口,C/D接口合一。3.完全分离式:MSC、HLR、VLR均为独立的物理实体。这时,HLR、VLR为独立的网络数据库,控制移动业务的处理,MSC则完成单纯的话路接续任务。这一结构和第七章介绍的智能网结构完全一致。其中,HLR、VLR相当于SCP(业务控制点),MSC相当于SSP(业务交换点),它们之间通过七号信令交换信息。2022-11-1019网络区域划分 系统区系统区服务区服务区公用移动网公用移动网移动交换业务区移动交换业务区位置区位置区基站区基站区小区小区CellBSLAIMSC江苏移动江苏移动中国移动中国移动GS
12、M2022-11-1020网络区域划分 蜂窝小区:Cell 为PLMN的最小空间单元。每个小区分配一组信道。小区半径按需要划定,一般为1km至几十km范围。半径在1km以下的称为微小区,还有更小的微微小区。小区越小,频率重用距离越小,频谱利用率就越高,但是系统设备投资也越高,且移动用户通信中的过区切换也越频繁。2022-11-1021网络区域划分 基站区:一个基站管辖的区域。如果采用全向天线,则一个基站区仅含一个小区,基站位于小区中央。如果采用扇形天线,则一个基站区包含数个小区,基站位于这些小区的公共顶点上。2022-11-1022网络区域划分 位置区:可由若干个基站区组成。移动台在同一位置区
13、(LAI)内移动可不必进行位置登记。移动台可任意移动不需要进行位置更新的区域。位置区可由一个或若干个小区(或基站区)组成。为了呼叫移动台,可在一个位置区内所有基站同时发寻呼信号。2022-11-1023网络区域划分 移动交换业务区:一个MSC管辖的区域。一个MSC区可以由一个或若干个位置区组成。公用移动网区:是由一个公用陆地移动通信网(PLMN)提供通信业务的地理区域。江苏移动 一个公用移动网通常包含多个业务区。2022-11-1024网络区域划分 服务区:由若干个互相联网的PLMN覆盖区组成的区域。在此区域内,移动用户可以自动漫游。中国移动 系统区:指的是同一制式的移动通信系统的覆盖区,在此
14、区域中Um接口技术完全相同。2022-11-1025GSM组网方式我国GSM数字移动通信网划分为三级:移动业务本地网 省内网 全国网移动业务本地网移动业务本地网的范围原的范围原则上与本地固定电话网的则上与本地固定电话网的范围一致;范围一致;省内网省内网由省内多个移动业由省内多个移动业务本地网组成;务本地网组成;全国网全国网则由各省网组成。则由各省网组成。2022-11-1026GSM组网方式省内网省内可根据话务流量、流向分等级成对设置:一级汇接中心(TMSC1)负责转接省际话务 二级汇接中心(TMSC2)负责转接省内不同本地网间的话务各省会城市设置成对的TMSC1,各省分别设置TMSC2,TM
15、SC1之间网状网连接,各TMSC1与所属TMSC2之间设置低损耗直达路由。随着光纤的大量敷设,有可能将TMSC1与TMSC2逐步合并为TMSC,届时我国GSM PLMN将演变为二级网。2022-11-1027GSM组网方式本地网在一个本地网内,根据用户发展情况可设一个或若干个MSC,也可以几个本地网合设一个MSC。一个本地网有多个MSC且数量较少时,MSC间可采用网状相连的方式;当MSC数量较多时,可设置汇接MSC(TMSC)并在部分话务量较大的局间设置直达中继。移动业务本地网MSCMS BTSBSCMSCMS BTSBSCMSCMS BTSBSC2022-11-1028GSM组网方式GMSC
16、为了实现与其它通信网的互通,组网时还设置了网关MSC(GMSC),负责转接PSTN、ISDN等与GSM移动网间的话务。GWTmTSPSTN本地PLMNPLMN长途网移动本地网方式一 中小规模组网LSLSGWGWGW/MSC3GW/MSC1GW/MSC2TMSCGWGW/MSC1GW/MSC2GW/MSC3PSTN本地PLMN2022-11-1029波道指配和信道划分 波道: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固定的工作频段设计的。公用移动网大多采用800MHZ和900MHZ频段,少数采用450MHZ频段,欧洲的DCS数字系统采用1800MHZ频段,第三代移动通信系统采用2000
17、MHZ频段。每个系统在其工作频段中划分若干波道,以供众多用户使用。GSM数字系统频段宽度为25MHZ,划分为125个波道。2022-11-1030波道指配和信道划分系统的波道必需按一定的方法分配给各个蜂窝小区 其原则是既要提高频谱利用率,又要减小不同小区间的互相干扰。一般采用固定方式指配波道。就是将系统总波道数分成N组,把每一组波道固定指配给一个小区,N个小区组成一簇(cluster)。然后将这样的小区簇在空间重复衍生,直至覆盖整个服务区域。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)指配的波道组应不相同。N越大,同频干扰越小,但是频率重用率越低。因此应根据需要选取一个合理的N值。
18、2022-11-1031注意:注意:从理论上来说,从理论上来说,N N应该大些,但应该大些,但分分配的信道总数是配的信道总数是固定的。固定的。如果如果N N太大,则太大,则N N个个小区中分配给小区中分配给每个小区的信道每个小区的信道数数将减少,中继将减少,中继效率就效率就会降低会降低.小区复用模式图A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2A 3A
19、1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2A 3A 1A 2A 3A 1A 2B 3B 1B 2C 3C 1C 2C 3C 1C 2K=31234123412341K=41111213456711K=7波道指配和信道划分N=3N=4N=72022-11-1032波道指配和信道划分 信道则是传送数据或控制信息的逻辑通道。对于FDMA系统来说,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的方式共用一个波道;对于CDMA系统来说,多个信道通过分配不同的伪随机扩频序列(伪码)共用一个波道。2022-11-1033波道指配和信道划分 蜂窝式移动通信系统中的无线信道均为双工信道 基
20、站移动台的方向为下行方向,其信道为前向信道;移动台基站的方向为上行方向,其信道为后向信道。对于频分双工(FDD)系统,前后向信道各占一个频率。对于时分双工(TDD)系统来说,前后向信道占用同一波道中的二个不同的时隙。2022-11-1034波道指配和信道划分 按功能划分,有二类信道:业务信道 用于传送话音和用户数据,只在通话时占用。控制信道 用于传送信令信息和系统管理数据。前向控制信道主要传送系统广播信息和寻呼信息;BSMS 后向控制信道主要传送移动台的寻呼响应信息和发呼时的接入信息。MSBS2022-11-1035编号计划在移动通信系统中,由于用户的移动性,需要有4种号码对用户进行识别、跟踪
21、和管理。移动台号簿号码MSDN(MSDNMobile Station Directory Number)国际移动台标识号IMSI(IMSIInternational Mobile Station Identification)国际移动台设备标识号IMEI(IMEI-International Mobile Equipment Identification)移动台漫游号MSRN(MSRNMobile Station Roaming Number)2022-11-1036移动台号簿号码MSDN呼叫移动用户所拔的号码。结构:国际电话字冠国家号码国内有效号码国内有效号码的结构:(我国为11位)移动网号
22、H0H1H2H3ABCD 13605191551移动网号(13/158/159)识别不同的移动系统H0H1H2H3 标识用户所属的HLRABCD 用户号码MSDN采用E.164编码方式,存储在HLR和VLR中2022-11-1037国际移动台标识号IMSI唯一识别一个移动用户的国际通用号码。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。此号码亦是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MCCMNCMSINMCC: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
23、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。2022-11-1038国际移动台标识号IMSI?每个移动台可以是多种移动业务的终端(如话音、数据等),相应地可以有多个MSDN,但是其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。IMSI由电信经营部门在用户开户时写入移动台的EPROM。2022-11-1039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。
24、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。2022-11-1040移动台漫游号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
25、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。2022-11-1041临时移动用户标识号 TMSITMSI是为了加强系统的保密性而在VLR内分配的临时用户识别,在某一VLR区域内与IMSI唯一对应。目的:是为了无线接口的安全。2022-11-1042位置区识别位置区识别 LAIMCC:Mobile Country Code,移动国家码,中国为,移动国家码,中国为 460。MNC:Mobile Network Code,移动网号,两个数字,移动网号,两个数字,如中国移动的如中国移动的M
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