GSM全球移动通信系统概述-2

4GSM全球移动通信系统的工作过程4.1移动台的位置登记4.1.1第一次登记当移动台开机后，在它所处的小区，通过空中接口搜索BCCH（广播控制信道），内含有位置区域识别码（LAI）信息（在GSM900规范中定义小区分配编码占用16bit），这个信息在BCCH上规则的广播，以便手机知道自己目前的位置小区。BCCH是个小容量信道，每0.235S传一个23字长的消息。移动台依靠收到的频率校正本身的频率，通过同步信息校正本身的信号，锁定到一个正确频率上，从该频率的信道上接收寻呼信号和其它信息。假如此MS在寄存器中找不到LAI，它就向该业务区的MSC/VLR发送位置更新请求消息，通知网络它是此位置区的新用户。此消息经BSS到MSC，最后到VLR。VLR对消息中含有的国际移动用户识别码（IMSI）或临时移动台识别码（TMSI）以及位置信息进行分析。此时MSC/VLR就认为该MS被激活，在其数据字段中做“附着”标记，这个标记与IMSI有关。MSC/VLR向HLR发送位置更新请求信息。HLR位置更新操作完成后，向VLR发送位置更新接受消息。最后由MSC向MS发送位置更新证实信息，这个过程就算完成，至此MS已在HLR和VLR中注册登记。4.1.2分离与附着程序当一个MS被激活时，对MS标有“附着”标记（IMSI标志）；当MS关机时，有IMSI分离程序能使MS通知网络该移动用户为无效用户，此后不再发送寻呼此MS的消息。因此分离与附着程序都与IMSI有关。当MS关机时，MS向网络发送的最后一条消息是处理分离请求消息，MSC/VLR收到“分离”消息后，就在该MS对应的IMSI上作“分离”标记。归属位置寄存器（HLR）并没有得到这个分离消息，只有拜访位置寄存器（VLR）已“分离”信息作了更新。当MS再开机时，若它仍处于发送分离消息时的位置区，则只要完成附着程序即可；若不在原位置区，它仍要执行位置更新程序。4.2移动台的漫游与位置更新4.2.1漫游的解释对于处在开机但空闲状态下的MS，它要不断地移动，在某一个时刻它被锁定于一个已定义的无线频率上，即某个小区的BCCH载频上。当MS向远离此小区的方向上移动时，信号强度就会减弱，当它移动到两个小区理论边界附近的某一点时，MS就会因原来小区的信号太弱而决定转到附近信号强的新的无线频率上。为了正确选择无线频率，MS要对周围的邻近小区的BCCH载频的信号强度进行连续测量，当发现新的BTS发出的BCCH载频信号强度优于原小区时，MS就锁定于这个新的载频上，这就是移动台的切换。MS所接收的BCCH载频的改变并没通知给网络。移动中的MS，由于接收信号质量的原因，通过无线空中接口不时地改变与网络的连接，这种能力就称为漫游。4.2.2移动台的位置更新位置更新过程是由MS引发。在GSM系统中有三个地方需要知道位置信息，即HLR、VLR和MS（或SIM卡）。当这个信息发生变化时，需要保持三者的一致。MS开机后就会对周围进行测试，并连接到接收性能最好的广播信道上。如图4-1所示，移动台所处的区有三种情况：①在同一位置区内的不同小区（特征：属于同一BSC）（如图中A）其锁定的BCCH载频不同，但没有位置区的变化，无需位置更新。②在同一业务区的不同位置区（特征：属于同一MSC）（如图中B）,当MS从LA1向LA2移动时，信号强度会减弱，当它移动到边界附近某一点时，MS就会因原来小区信号太弱而决定转到邻近信号强的新的无线频率上。为了正确选择无线频率，MS要对周围的邻近小区的BCCH载频的信号强度进行连续测量，当发现新的BTS发出的BCCH载频信号强度优于原小区时，MS就锁定于这个新的载频上（小区选择的规则主要来自无线传播条件，以达到最佳传输质量为目的。一个正常业务状态的MS，收听由业务小区广播的频率表，从中获得同一PLMN（公用陆地移动网）中邻近小区的标志信道（CCCH），MS逐一与这些标志信道同步，以解调出每个BCCH上的信息，从中可以确定PLMN和位置区（LA）标志以及各种无线参数。MS对允许接入的小区计算其无线环境并与当前环境比较，这些处理是与当前小区寻呼信道的接收并行的。当MS在同一LA内发现一个更好的小区时，就切换到这个小区并收听新小区的寻呼信道，同时监视新的标识信道表。位置区的变化要通知网络的MSC，MS要求接入网络来进行MSC/VLR内的位置更新。此时，VLR中MS的位置就由原来的LA1改为LA2。③在不同业务区（特征：属于不同MSC）（如图中C）MS的业务区改变必须通知网络，以便能找到漫游的移动台，MS开机后就得报告网络它目前所处位置。当它锁定在新的BCCH的载频上，并在BCCH消息中得知此时它所处的位置区及所属业务区。首先MS向网络发出位置更新请求，此信息通过空中接口传到LA1的BSC，再由它传送到新的MSC。第二步是由新的MSC向HLR发送位置更新请求信息。从HLR向新的MSC发回位置更新请求接受，这个消息通过LA1所属的BSC到新小区的BTS，再通过空中接口传送给MS，这就是位置更新证实。此时MS已在新的MSC业务区，它必须删除旧的MSC中的位置信息，否则它的位置就有两处，无法准确找到它。此时由HLR向旧的MSC发送位置删除信息，旧的MSC得到此信息后，在VLR删除此移动用户的位置信息，并向HLR报告位置删除接受，至此，MS已属新MSC/VLR中的一个用户。4.3移动台的切换过程切换处理分成几个级别：BTS内的切换类型由BTS自主决定；BTS之间、BSC之内的切换由BSC决定；BSC之间、MSC之内的切换由MSC处理；MSC之间的切换由GMSC决定。BSC与MSC之间的接口协议称为BSSMAP（BSS管理应用部分），用以支持各种连接处理和切换过程，其承载方式是A接口上的CSS.7信令协议。BTS与BSC之间的协议称为RSM（无线分系统管理），用于支持分配传输路径和测量报告处理，其承载方式是Abits接口上的LAPD信令协议。BTS与MS之间的协议称为RIL3—RR（无线接口第三层RR协议），它只是整个第三层实体的一部分，用于支持无线连接处理和测试报告处理，其载体是Um接口上的LapDm信令协议。除此之外，还有邻近MSC之间交换消息的协议，称为MAP/E（移动应用部分—E），它只是MAP的一部分，用于支持MSC之间的交换处理，其承载是MSC之间的CSS.7信令系统。越区切换是指移动台正处在呼叫建立状态或忙状态下的无线信道转换过程。移动台从一个小区移动到另一个小区，两小区的无线频率是不相同的，若想要维持通话，MS的频率必须改变，即从一个小区的一个无线频率下的一个时隙转换到另一个小区的另一个无线频率上，并占有它的一个时隙。切换是由网络决定的。通话中的移动台从一个小区移动到另外一个小区，这个小区可能是同一业务区的同一BSC管辖下的小区；也可能是同一业务区不同BSC管辖下的另一小区；还可能是不同业务区中的另一小区。根据这三种不同情况要进行不同的操作。4.3.1BSC内的切换这是最简单的切换过程。BSC根据MS和BTS的测量报告，经分析处理后，确定此时MS所在区，即MS报告中最强信号的小区。BSC与新小区的BTS建立链路，并在新小区中给MS分配一个TCH供MS切换后使用。MS切换后，BSC向MSC报告，MS由A点移动到B点的情况，此时MS仍属BSC1管辖。MS在切换后继续测量周围小区的信号强度，并接收新小区的信息。4.3.2同一业务区不同BSC之间的切换移动台从B点移动到C点就属于这种切换，此时MS已跨越两个BSC，即从BSC1到BSC2。切换过程如下：首先是MS向原来的MSC1报告其测量结果。经BSC1的分析处理，得知MS所到的小区属BSC2管辖，做出切换判决，向MSC发切换请求。MSC与BSC2建立新路径到BTS（新小区），即MSC向BSC2发出切换请求。BSC2收到切换请求消息后，与新的BTS建立链路，为MS提供切换用的新TCH，即允许切换，BSC2向MSC发出切换请求证实。此时MSC向原来的BSC1发出执行切换命令，经BTS到MS。MS切换后，送出切换完成消息到BSC2，即MS与MSC2建立通路。BSC2向MSC报告切换完成，送出MS接入新TCH信息到MSC。MSC向BSC1发出清除命令，释放原来MS的信道。BSC1完成信道释放后向MSC报告清除完成。MS到达一个新的位置区后，要继续测量周围小区的信号强度，同时接收BSC2的有关信息。位置区发生变化时，它还要进行位置更新。4.3.3不同业务区之间的切换MS从C点移动到D点就属于这种切换，即从MSCA，动到MSCB，这是最复杂的切换情况，要进行多种信令的传递过程才能实现。当主呼MSC（MSCA）发送执行切换消息给另一个MSC（MSCB）时，消息中包含MSCB分配无线信道的部分参数，并应标明呼叫所切换到的基站（BS）。当该基站完成无线信道分配，并且MSCB从其相关VLR取回切换号码后，MSCB将返回MSCA无线信道应答消息。切换号码用于将呼叫从MSCA接续到MSCB。如果MSCB中没有空闲业务信道可用，将告诉MSCA，并由MSCA结束切换进程。MS现存的线路连接将不被消除。收到无线信道响应消息后，MSCA用固定网络的信令（IAM）在MSCA和MSCB之间建立连接。MSCB发出地址完成消息（ACM）并开始无线信道的切换。收到ACM后，MSCA开始切换过程，即向BSC2和MS发出切换命令。移动台完成无线信道切换后，发送证实消息给MSCB，然后MSCB发送结束信号给MSCA。收到此消息后MSCA释放原有无线信道。为了不与MSCA和MSCB之间所用的PSTN/ISDN信令系统冲突，MSCB收到证实后产生回答信令（ANS）。MSCA将掌握总的呼叫控制直至固定用户或MS挂机。然后，MSCA释放至MSCB的连接，并发送结束信令消息来中止MAP进程。MSC-B将释放RR子层的连接，并发送切换报告消息给其相关的VLR，用来释放切换号码。4.4移动台呼出步骤如下：①原先工作在广播控制信道（BCCH）上，后MS向BS发出申请信道的请求，收到BS发来的立即分配消息后，MS转到指定的专用信道（DCCH）上②MS申请业务信道（由BS发给MSC），MSC向VLR发送请求以获得移动台的参数，网络要求对MS进行鉴权，产生一128bit的RAND传给MS，MS处理后发送鉴权响应给网络，VLR向MSC回送信息证实，由网络方面判断此用户的合法性。通过鉴权，网络就保密方面考虑向MS发送置密码模式消息（加密模式管理是无线传输性之一，传输是否采用加密取决于MSC的选择，加密模式用于无线路径，管理主要涉及MS和BTS，MS提供加密参数（KC）到BTS，以决定是否选用加密模式）。将有关用户数据加密的信息传给移动台，MS对此消息返回密码模式完成消息给MSC，（如果需要，VLR将重新分配一个TMSI给MS）。对密码模式作出响应后，MS发送建立消息给MSC，MSC为此次呼叫分配一路地面信道，并要求BS分配无线业务信道TCH。③移动网络的通信链路建立后，MSC向固定网络发送消息IAM（初始地址），以便将呼叫接续到固定网络。固定网络首先通过FIN（连接证实）消息将设备信息返回MSC。被叫接通后，送回铃消息给MS。在被叫摘机后，固定网发给MSC回应信息（ANS）。MSC发给MS连接命令，MS发回响应并转入通话，至此，完成了MS主呼进程。4.5移动台呼入移动台被叫时，主叫方发出的被叫电话号码并不说明某条电话用户线或某个地理位置，而只是指向某个HLR中的用户数据存储区。在GSM系统中，移动用户电话号码的结构是基于ISDN的编号方式，因此称为MSISDN，其编号方式是按照CCITT的E.164建议。移动用户电话号码中的前几位数字可表明该用户归属的移动通信网，分析开头几位号码还能确定存放该用户数据的HLR，从这个HLR的用户数据中就能读出该用户目前访问的移动交换中心VMSC。因此通过查询HLR，可以确定最终到达该移动用户的路由。由此可见，整个呼叫建立过程可分为两部分：查询HLR以前和查询以后。这使得呼叫路由分为两部分：从主叫