2G移动通信原理.ppt

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1、数字蜂窝通信系统由交换网络子系统SSS、无线基站子系统BSS、移动台MS等网络单元组成，如图1所示。交换子系统主要完成交换功能和用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，包括MSC、VLR、HLR、AUC、EIR等功能实体。无线基站子系统是在一定的无线覆盖区中由MSC控制，与MS进行通信的系统设备，负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能，包括BSC、BTS等功能实体。移动台由移动终端(MS)和用户识别卡（SIM）组成，完成话音编码、信道编码、信息加密、信息的调制和解调、信息发射和接收。SIM卡存有认证用户身份所需的信息，以及与网路和用户有关的管理数据。,移动通信原理,HLR,PSTN

2、,PBX,BTS,MS,图1-GSM系统框图,OMCS,AUC,BSC,OMCB,MSC/VLR,BSS,SSS,MSC/VLR,移动通信系统功能结构图,功能实体简介,MSC：Mobile Switch Centre，即移动交换中心，是GSM系统的核心，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。它可完成网络接口、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、移动性管理等功能。VLR：Vistor Location Register，即访问位置寄存器。是存储MSC为了处理所管辖区域中MS（统称

3、拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息的数据库，例如用户的号码，所处位置区域的识别，向用户提供的服务等参数。用户业务数据基本是HLR的一个拷贝。一般VLR与MSC合设。HLR：Home Location Register，即归属位置寄存器。存储本地用户数据，包括各种业务数据及用户当前位置信息等，以便建立移动台的呼叫路由。AC：Authentication Centre，即鉴权中心。存储鉴权数据，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。一般与HLR合设。,BSC：Base Station Controller，即基站

4、控制器，对一个或多个BTS进行控制，主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是个很强的业务控制点。BTS：即基站收发信台，无线接口设备，完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。MS：Mobile Station，即移动台。OMCB：Operation and Maintenance Centre-BaseStation，即无线操作维护中心，负责对无线网元的监控和操作维护。OMCS：Operation and Maintenance Centre-Switch，即交换操作维护中心，负责对交换网元的监控和操作维护。

5、PSTN：公共电话网PBX：小交换网,功能实体简介,位置区定义,GSM/CDMA网服务区,不同PLMN网,移动网（GSM/CDMA）服务区：由联网的全部成员国网络组成，在移动网服务区内用户能得到各种服务。PLMN服务区：一个PLMN服务区一般包含多个MSC服务区，全国同一运营商的所有MSC服务区组成一个PLMN服务区。MSC服务区：通常一个MSC和一个或多个基站系统相连，覆盖一定的区域，我们称该MSC所带基站的覆盖区域即为MSC服务区。一个PLMN通常包含数个“MSC服务区”。位置区：一个位置区是一个MSC服务区内的一个管理区，由若干基站区组成。一个MSC服务区包含一个或多个位置区。基站区：一

6、个基站控制器所控制若干个小区的区域称为基站区。小区：最小的功能区，即CI，通常一个基站包含一（全向站）或三个小区（三扇区）。,位置区定义,编码定义,MCC：移动国家代码，如中国=460，全球统一的PLMN国家代码MNC：移动网代码，联通CDMA=03，联通GSM=01，移动=00，国内规定的唯一的网络运营商代码MSIN：移动用户标识码，如5160012345，网络运营商规定的唯一的移动用户代码。IMSI：国际移动用户识别码，IMSI=MCC+MNC+MSIN，如46001-5160012345，全球唯一，存在SIM卡及HLR、AUC中。CC：国家代码，中国=86NDC：网络目的地代码，如网号=

7、130/131/133/135-139，区号=020MSISDN：移动用户号码，国内MSISDN=13005104444，国际格式MSISDN=8613005104444（CC+NDC），全球唯一。,编码定义,LACOD：位置区域码，如20836LAI：位置区识别码，LAI=MCC+MNC+LACOD，全球唯一，以标识用户位置，SIM卡中的LAI变化时将发起位置更新。CI：基站小区标识码，如21005GCI：全球小区标识码，GCI=LAI+CI，唯一标识TMSI：临时移动用户识别码，用户上网后由VLR分配，与IMSI对应，在空中接口中使用，防止IMSI在空中传播多次而被解密。TMSI在一些事件

8、后将重新分配。MSRN：移动用户漫游号，与MSISDN格式相同，如8613000200，用以实现移动用户被叫时能被接通。HON：切换号码，用以用户在通话时从一个MSC切换到另一个MSC时的越区切换，一般MSRN和HON同段，共用1000个号码。LMSI：本地移动用户号码，用于寻址VLR中的用户数据。,移动网相关流程,鉴权/加密：目的：防止非法用户盗用合法用户的帐户使用网络，防止BTS交叉覆盖和通信过程被非法监听。时间：在开机后或使用业务前进行鉴权，在通话时进行加密过程：进行位置更新或发生其他事件时，重新对用户信息和信令信息作鉴权审查和加密。由AUC产生三元组（RAND，Sres，Kc），将RA

9、ND传送给移动台，移动台根据SIM卡中的Ki和A3算法算出Sres，回送给MSC/VLR进行对比，若两者相同，则鉴权成功，否则鉴权失败，不能使用移动业务。移动台使用RAND，通过SIM卡中的参数Ki和A8算法产生密钥Kc，通过Kc和A5算法加密，将Kc发送到BSS，BSS保存A5算法进行解密。,移动网相关流程,位置更新发生位置更新的情况：A）用户第一次上网B）用户位置发生改变，由一个MSC进入另一个MSC，或由一个位置区进入到另外一个位置区C）移动台定时器到时，周期性位置更新D）HLR故障后，通知所有受影响的VLR可能数据丢失，在随后的业务中（如移动用户作主叫），将进行一次位置更新。位置更新过

10、程：A）用户移动到一个新的位置区，接收到的LAI与SIM保存的旧位置区LAI不同，则将两个LAI发送到MSC/VLR，请求更新位置。B）若MSC/VLR知道旧LAI所属MSC/VLR，则向旧MSC/VLR要未用完的鉴权参数和用户的IMSI。C）若MSC/VLR不知道旧LAI，则向用户要IMSI，通过IMSI寻址HLR，进行位置更新。D）在新的MSC/VLR中插入用户数据（包括用户业务、位置区等信息），更新HLR中用户的位置信息。E）HLR通知旧MSC/VLR删除VLR中的用户。,移动网相关流程,移动用户被叫定义：移动用户被叫时，需要确定用户的漫游地，根据漫游号接续过程：A）MSC接收到一个呼叫

11、请求，分别对主叫号码和被叫号码进行分析，若主叫号码无特殊（不是智能网/VPN用户）且业务状态正常（无呼叫限制），则按被叫号码进行数字分析。B）当被叫号码为本网移动用户时，则向被叫用户归属HLR发MAP消息（发送路由消息），HLR根据被叫号码查询被叫用户业务及位置信息。C）HLR向被叫用户所在MSC发请求漫游号消息，被叫所在MSC分配一个漫游号返回给HLR，记录被叫号码和漫游号的对应关系。D）HLR向主叫所在MSC回送漫游号，主叫所在MSC分析漫游号后选择对应的路由，建立到被叫MSC的话路连接。E）被叫所在MSC根据漫游号查询对应的被叫用户信息，向BSC发寻呼被叫用户的消息。F）被叫手机响应寻呼

12、消息，BSC准备相应的无线资源后通话建立。,移动网相关流程,切换定义：用户在通话过程中发生位置改变，需要保持通话不中断类别：A）BSC无线子系统发起的切换-BSC内切换 B）MSC无线子系统直接发起的切换-MSC内不同BSC的切换 C）MSC无线子系统发起的切换-MSC之间的越区切换过程：A）移动台测量接收到的最多6个CI的信号质量，发送给BSC。B）在BSC中产生一个列表，记录信号的 质量，在当前使用小区的信号达到切换的门限值时，BSC向MSC发切换请求。C）若BSC建议的准备切换的GCI是本MSC的，则执行一个MSC服务区内切换，MSC向BSC发切换请求，若不是本MSC的，则执行一个MSC

13、之间的越区切换，MSC向新MSC发切换请求。D）新BSC准备无线资源后进行切换，切换成功后旧BSC释放无线资源。,GSM移动通信网络结构（信令/话务）,GSM移动通信网络结构（信令/话务）,上图是一个典型的GSM移动通信网络，包括基站、基站控制器、移动交换中心、归属位置寄存器、关口局（GateWay MSC）、汇接局（TMSC）、信令转接点（STP）基站：为移动用户接入移动网络提供无线接口。基站控制器：控制资源管理关口局：负责至网间话务的转接，是对外的接口局，一般与中国电信、中国移动、铁通等其它运营商网络互连汇接局：负责网内大区内、区间长途话务的汇接，包括大区间的一级汇接和大区内的二级汇接，一般一级汇接兼作二级汇接。信令转接点：负责信令消息的转接移动通信网络包括话务网和信令网，TMSC/GMSC是话务的汇接和转接局，HSTP是信令的转接局，传送话路相关和话路不相关信令。,