第八章 移動交換技術(shù)

現(xiàn)代交換原理與實(shí)踐第八章移動交換技術(shù)本章主要內(nèi)容8.1移動交換概述8.2移動通信基本的原理8.3移動交換接口及協(xié)議8.4VoLTE技術(shù)8.1移動交換概述8.1.1移動通信的特點(diǎn)和分類8.1.2移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程8.1.1移動通信的特點(diǎn)和分類移動通信既可以是移動體與固定體之間的通信，又可以是移動體之間的通信，包括陸、海、空移動通信，移動體可以是人、汽車、輪船、火車、手機(jī)等移動中的物體，移動通信的特點(diǎn)如下：（1）無線電波傳播模式復(fù)雜。（2）噪聲和干擾比較嚴(yán)重。（3）頻譜資源有限。（4）系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（5）用戶終端設(shè)備（移動臺）要求高。移動通信有不同的分類方式，如果按照多址方式劃分，則可以分為頻分多址、時(shí)分多址和碼分多址；如果按照使用環(huán)境劃分，則可以分為陸地通信、海上通信和空中通信；如果按照信號形式；可以分為模擬移動網(wǎng)和數(shù)字移動網(wǎng)；如果按照不同的使用要求和工作場合劃分，則可以分為集群移動通信、蜂窩移動通信、衛(wèi)星移動通信等。按照頻段范圍，移動通信可以分為甚低頻、低頻、中頻、高頻、甚高頻、特高頻和超高頻等。甚低頻（VLF）：3～30kHz，對應(yīng)電磁波的波長為甚長波10～100km。低頻（LF）：30～300kHz，對應(yīng)電磁波的波長為長波10～10km。中頻（MF）：300～3000kHz，對應(yīng)電磁波的波長為中波100～1000m。高頻（HF）：3～30MHz，對應(yīng)電磁波的波長為短波10～100m。甚高頻（VHF）：30～300MHz，對應(yīng)電磁波的波長為米波1～10m。特高頻（UHF）：300～3000MHz，對應(yīng)電磁波的波長為分米波10～100cm。超高頻（SHF）：3～30GHz，對應(yīng)電磁波的波長為厘米波1～10cm。極高頻（EHF）：30～300GHz，對應(yīng)電磁波的波長為毫米波1～10mm。至高頻300～3000GHz，對應(yīng)電磁波的波長為絲米波0.1～1mm。8.1.2移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程移動通信技術(shù)的發(fā)展歷程如圖8.1所示，自20世紀(jì)七八十年代以來，移動通信技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了5代，保持了大約每10年更新一代的節(jié)奏。1．第一代移動通信（1G）第一代移動通信技術(shù)（1G）制定于20世紀(jì)80年代，是指最初的模擬、僅限語音的蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)八九十年代出現(xiàn)于我國的大哥大采用的就是這種技術(shù)。因?yàn)槭谴髤^(qū)制，所以覆蓋能力并不好。另外，它還受限于傳輸帶寬，容量十分有限，只提供語音通話服務(wù)，不支持移動互聯(lián)網(wǎng)。2．第二代移動通信（2G）2G發(fā)展于20世紀(jì)90年代，相比于1G技術(shù)，2G最重要的進(jìn)展是將數(shù)字技術(shù)引入通信網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)臄?shù)字信號通常采用離散脈沖電壓，又采用了蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，覆蓋性能有所增強(qiáng)，頻譜利用率高、容量大，克服了1G技術(shù)的缺點(diǎn)。為了解決中速數(shù)據(jù)傳輸問題，銜接3G技術(shù)，在20世紀(jì)末出現(xiàn)了2.5代（2.5G）的移動通信系統(tǒng)，如通用分組無線系統(tǒng)（GeneralPacketRadioService，GPRS）。GPRS讓服務(wù)者能夠依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸量來收費(fèi)，而不是單純地以聯(lián)機(jī)時(shí)間計(jì)費(fèi)。相對于GSM的9.6kbit/s的訪問速率而言，GPRS擁有171.2kbit/s的訪問速率。3．第三代移動通信（3G）隨著電信業(yè)的快速發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡(luò)越來越受到人們的重視，也有了更豐富的需求。3G采用CDMA技術(shù)，現(xiàn)已基本形成了三大主流技術(shù)：W-CDMA、CDMA-2000和TD-SCDMA。這3種技術(shù)都屬于寬帶CDMA技術(shù)，都能在靜止?fàn)顟B(tài)下提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。但這3種技術(shù)在工作模式、區(qū)域切換等方面又有各自不同的特點(diǎn)。3G技術(shù)中主要包含4個(gè)功能子系統(tǒng)，分別為核心網(wǎng)、無線接入網(wǎng)、移動臺及用戶識別模塊。其中，無線接入網(wǎng)主要應(yīng)用了ITU基礎(chǔ)上的5種接入標(biāo)準(zhǔn)，而核心網(wǎng)則應(yīng)用了將2G電路交換形式升級為高速電路交換與分組交換的基本形式。3G核心網(wǎng)中涵蓋了移動交換網(wǎng)與業(yè)務(wù)服務(wù)網(wǎng)兩種網(wǎng)絡(luò)形式，移動交換網(wǎng)主要負(fù)責(zé)進(jìn)行無線網(wǎng)與固定網(wǎng)之間的連接、終端移動性能功能的管理，而業(yè)務(wù)服務(wù)網(wǎng)則主要為移動用戶提供與固定用戶相同的業(yè)務(wù)和服務(wù)，如用戶可以享受電子商務(wù)、計(jì)費(fèi)及呼叫等一系列服務(wù)。4．第四代移動通信（4G）4G是基于3G通信技術(shù)上的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，將3G與WLAN相結(jié)合的通信技術(shù)，旨在提供與固網(wǎng)一樣的光纖級別的網(wǎng)速體驗(yàn)。另外，4G還采用了MIMO天線技術(shù)、OFDM頻分復(fù)用技術(shù)、SA天線技術(shù)等，可以顯著提高信噪比和信道容量，大大提高了通信質(zhì)量。通過4G網(wǎng)絡(luò)，用戶可以在手機(jī)上網(wǎng)游、開啟高清視頻會議等，理論上速率可達(dá)到100Mbit/s，能夠滿足幾乎所有用戶對上網(wǎng)的需求。4G在標(biāo)準(zhǔn)上也實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，全球都采用3GPP組織提出的LTE/LTE-Advanced標(biāo)準(zhǔn)。LTE又定義了TD-LTE和FDD-LTE兩種網(wǎng)絡(luò)制式，二者在技術(shù)規(guī)范上存在較大的共通性和統(tǒng)一性，并且共享相同的二層和三層結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)也基本一致；二者的主要區(qū)別在于無線接入部分，空中接口標(biāo)準(zhǔn)不一致。5．第五代移動通信（5G）5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、降低延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。雖然4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滿足了絕大多數(shù)人日常生活的需要，但網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和數(shù)據(jù)帶寬仍不盡如人意。并且隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的設(shè)備接入移動網(wǎng)絡(luò)中，新的服務(wù)和應(yīng)用層出不窮，預(yù)計(jì)到2030年，全球的移動終端數(shù)量將接近180億個(gè)，移動數(shù)據(jù)流量增長將接近2萬倍。5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，最高可達(dá)10Gbit/s，比當(dāng)前的有線互聯(lián)網(wǎng)要快，比先前的4GLTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)快100倍。另外，它具有較低的網(wǎng)絡(luò)延遲（更快的響應(yīng)時(shí)間），低于1ms，而4G的延遲為30～70ms。不僅如此，5G時(shí)代將會實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，主要目的是讓終端用戶保持聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，除手機(jī)外，智能手表、腕帶、家庭設(shè)備等都會實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。本章主要內(nèi)容8.1移動交換概述8.2移動通信基本的原理8.3移動交換接口及協(xié)議8.4VoLTE技術(shù)8.2移動通信基本的原理8.2.1移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)8.2.2GSM的區(qū)域與編號計(jì)劃8.2.3移動呼叫的一般過程8.2.4越區(qū)切換與漫游8.2移動交換的基本原理168.2.1移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1．移動臺（MS）MS是公用GSM移動通信網(wǎng)中用戶使用的終端設(shè)備，也是用戶能夠直接接觸的整個(gè)GSM系統(tǒng)中的唯一設(shè)備。MS的類型不僅包括手持臺（手機(jī)），還包括車載臺和便攜式臺。MS由移動終端設(shè)備（MobileEquipment，ME）和用戶識別模塊（SubscriberIdentityModule，SIM）兩部分組成。其中，ME可以完成語音編碼、信道編碼、加密、調(diào)制/解調(diào)，以及發(fā)射和接收功能；而SIM卡則存有確認(rèn)用戶身份所需的信息，以及與網(wǎng)絡(luò)和客戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)。ME只有插入SIM卡后才能入網(wǎng)，但SIM卡不能作為代金卡使用。MS通過無線空中接口Um給用戶提供接入網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的能力。2．基站子系統(tǒng)（BSS）（1）基站收發(fā)臺（BTS）。BTS可看作一個(gè)無線調(diào)制解調(diào)器，負(fù)責(zé)移動信號的收發(fā)處理。BTS不能覆蓋的地區(qū)也就是手機(jī)信號的盲區(qū)，因此，BTS發(fā)射和接收信號的范圍直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)信號的好壞以及手機(jī)是否能在這個(gè)區(qū)域內(nèi)正常使用。（2）基站控制器（BSC）。一個(gè)BSC通?？刂茙讉€(gè)BTS，負(fù)責(zé)所有的移動通信接口管理，包括無線信道的分配、釋放和管理等。另外，當(dāng)用戶使用移動電話時(shí)，BSC還負(fù)責(zé)為用戶打開一個(gè)信號通道；當(dāng)通話結(jié)束時(shí)，它又把這個(gè)信道關(guān)閉，留給其他用戶使用。BSC主要包括4個(gè)部件：小區(qū)控制器（CSC）、話音信道控制器（VCC）、信令信道控制器（SCC）和用于擴(kuò)充的多路端接口（EMPI）。（3）變碼器（XCDR）。XCDR進(jìn)行碼型變換。例如，XCDR將來自MSC的語音或數(shù)據(jù)信號（PCM）壓縮變換（或反變換）成GSM規(guī)定的格式（RPE-LTP），以便通過空中接口在BSS和MS之間傳輸。3．網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）（1）移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）（2）訪問位置寄存器（VLR）（3）歸屬位置寄存器（HLR）（4）鑒權(quán)中心（AUC）（5）移動設(shè)備識別寄存器（EIR）（6）互通功能部件（IWF）（7）回聲消除器（EC）4．操作支持系統(tǒng)（OSS）操作支持系統(tǒng)（OSS）需要完成許多任務(wù)，包括移動用戶管理、移動設(shè)備管理，以及網(wǎng)絡(luò)操作和維護(hù)。OSS由網(wǎng)絡(luò)管理中心（NMC）和操作維護(hù)中心（OMC）兩部分組成。NMC總攬整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，處于體系結(jié)構(gòu)的最高層，從整體上管理網(wǎng)絡(luò)，提供全局性的網(wǎng)絡(luò)管理，用于長期性規(guī)劃。OMC負(fù)責(zé)對全網(wǎng)中的每個(gè)設(shè)備實(shí)體進(jìn)行監(jiān)控和操作，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)各種部件的功能監(jiān)視、狀態(tài)報(bào)告、故障診斷、話務(wù)量統(tǒng)計(jì)和計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)的記錄與傳遞、性能管理、配置管理和安全管理等功能。8.2.2編號計(jì)劃

1．GSM的區(qū)域

從地理位置范圍來看，GSM分為GSM服務(wù)區(qū)、公用陸地移動網(wǎng)（PLMN）業(yè)務(wù)區(qū)、移動交換控制區(qū)（MSC區(qū)）、位置區(qū)（LA）、基站區(qū)和小區(qū)。小區(qū)是由一個(gè)基站（全向天線）或一個(gè)基站的一個(gè)扇形天線所覆蓋的區(qū)域?；緟^(qū)是由一個(gè)基站提供服務(wù)的所有小區(qū)所覆蓋的區(qū)域

若干個(gè)小區(qū)組成一個(gè)位置區(qū)（LAI）當(dāng)移動用戶在同一個(gè)位置區(qū)內(nèi)移動時(shí)不必向系統(tǒng)進(jìn)行位置更新。當(dāng)呼叫某個(gè)被叫移動臺時(shí)，只需在其所在的位置區(qū)下屬的各小區(qū)中尋呼。

一個(gè)MSC業(yè)務(wù)區(qū)是由一個(gè)MSC所管轄的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域，由一個(gè)或幾個(gè)位置區(qū)組成。一個(gè)運(yùn)營商的所有MSC業(yè)務(wù)區(qū)組成的區(qū)域。GSM服務(wù)區(qū)由全球各個(gè)國家的PLMN網(wǎng)路所組成。

在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，由于用戶的移動性，為了將一個(gè)呼叫接至某個(gè)移動客戶，需要調(diào)用相應(yīng)的實(shí)體。因此要正確尋址，編號計(jì)劃就非常重要。移動臺ISDN號碼(MSISDN)MSISDN=[CC]+[NDC]+[SN]國際移動用戶識別碼(IMSI)IMSI=[MCC]+[MNC]+[MSIN]460移動用戶漫游號碼(MSRN)MSRN=[CC]+[NDC]+[SN]2．編號計(jì)劃臨時(shí)移動用戶識別碼(TMSI)為一個(gè)由MSC自行分配的4字節(jié)的BCD編碼，僅限在本MSC業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)使用。國際移動設(shè)備識別碼(IMEI)IMEI=[TAC]+[FAC]+[SNR]+[SP]位置區(qū)識別碼(LAI)LAI=[MCC]+[MNC]+[LAC]238.2.3移動呼叫的一般過程（1）移動用戶發(fā)起呼叫時(shí)必須先輸入號碼，確認(rèn)不需要修改后才發(fā)送；（2）在號碼發(fā)送和呼叫接通之前，MS與網(wǎng)絡(luò)之間必須交互控制信息。248.2.3移動呼叫的一般過程1）MS初始化MS開機(jī)時(shí)通過自動掃描捕獲當(dāng)前所在小區(qū)的廣播信道，根據(jù)系統(tǒng)廣播的訓(xùn)練序列完成與基站的同步；然后獲得移動網(wǎng)號、基站識別碼、位置區(qū)識別碼等信息。此外，MS還需獲取接入信道、尋呼信道等公共控制信道的標(biāo)識。上述任務(wù)完成后，MS就監(jiān)視尋呼信道，處于監(jiān)聽狀態(tài)。252）位置登記與更新所謂位置登記與更新指的是移動通信網(wǎng)為了跟蹤MS的位置變化而對其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程。位置信息存儲在HLR和VLR中。當(dāng)一個(gè)移動用戶首次進(jìn)入GSM網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它必須通過MSC在相應(yīng)的HLR中進(jìn)行注冊，把有關(guān)的數(shù)據(jù)（如IMSI、MSISDN、位置信息、業(yè)務(wù)類型等）存放在HLR中。當(dāng)MS從一個(gè)位置區(qū)進(jìn)入另一個(gè)位置區(qū)時(shí)，就要向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告其位置的移動，使網(wǎng)絡(luò)能隨時(shí)登記移動用戶的當(dāng)前位置，網(wǎng)絡(luò)利用位置信息可以實(shí)現(xiàn)對漫游用戶的自動接續(xù)，將用戶的通話、分組數(shù)據(jù)、短消息和其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)送達(dá)漫游用戶。26（1）同MSC/VLR中（局內(nèi)）不同位置區(qū)的位置更新①M(fèi)S從Cell3移動到Cell4中，通過檢測由BTS（Cell4的BTS）持續(xù)發(fā)送的廣播信息，MS發(fā)現(xiàn)新收到的LAI與目前SIM卡中存儲并使用的LAI不同。②MS通過BTS和BSC向MSC發(fā)送“我在這里”的位置更新請求信息。③MSC分析出新的位置區(qū)也屬本業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)的位置區(qū)，即通知VLR修改MS位置信息，VLR向MSC發(fā)出反饋信息，通知位置信息已修改成功。④MSC通過BTS把有關(guān)位置更新響應(yīng)的信息傳送給MS，MS將自己SIM卡中存儲的LAI修改為當(dāng)前的位置區(qū)號碼，位置更新過程結(jié)束。（2）不同MSC/VLR之間不同位置區(qū)的位置更新。①M(fèi)S從Cell5（屬于MSCA的覆蓋區(qū)）移動到Cell7（屬于MSCB的覆蓋區(qū)）中，通過檢測由BTS7持續(xù)發(fā)送的廣播信息，MS發(fā)現(xiàn)新收到的LAI與目前存儲并使用的LAI不同。②MS通過BTS和BSC向MSCB發(fā)送“我在這里”的位置更新請求信息。③MSCB把含有MSC標(biāo)識和MS識別碼的位置更新信息傳送給HLR（鑒權(quán)或加密計(jì)算過程從此時(shí)開始）。④HLR返回響應(yīng)信息，其中包含全部相關(guān)的MS數(shù)據(jù)；然后在VLRB中進(jìn)行MS數(shù)據(jù)登記。⑤通過BTS把有關(guān)位置更新響應(yīng)信息傳送給MS（如果重新分配TMSI，則此時(shí)一起送給MS）。⑥通知MSC/VLRA刪除有關(guān)此MS的數(shù)據(jù)。3．位置刪除如前所述，當(dāng)MS移動到一個(gè)新的位置區(qū)并在該位置區(qū)的VLR中進(jìn)行登記后，還要由其HLR通知原位置區(qū)中的VLR刪除該MS的相關(guān)信息，這稱為位置刪除。4．IMSI分離/附著MS的IMSI（國際移動臺識別碼）在系統(tǒng)的某個(gè)HLR和VLR及該MS的SIM卡中都有存儲。MS可處于激活（開機(jī)）和非激活（關(guān)機(jī)）兩種狀態(tài)。當(dāng)MS由激活狀態(tài)轉(zhuǎn)換為非激活狀態(tài)時(shí)，應(yīng)啟動IMSI分離進(jìn)程，在相關(guān)的HLR和VLR中設(shè)置標(biāo)志。這就使得網(wǎng)絡(luò)拒絕對該MS的呼叫，不再浪費(fèi)無線信道發(fā)送呼叫信息。當(dāng)MS由非激活轉(zhuǎn)換為激活狀態(tài)時(shí)，應(yīng)啟動IMSI附著進(jìn)程，以取消相應(yīng)HLR和VLR中的標(biāo)志，恢復(fù)正常。5．周期性位置登記GSM要求MS必須進(jìn)行周期性登記，登記時(shí)間是通過BCCH通知所有MS的。若系統(tǒng)沒有收到某MS的周期性登記信息，就會在MS所處的VILR處以“隱分離”狀態(tài)給它做標(biāo)記，若再有對該MS的尋呼時(shí)，則系統(tǒng)不會再呼叫它。只有當(dāng)系統(tǒng)再次收到正確的周期性登記信息后，才將移動臺改為附著狀態(tài)。6.呼叫流程32①主叫過程。8.3移動交換的基本原理33②被叫過程。①主叫用戶MS1撥叫MS2的電話號碼，經(jīng)過基站系統(tǒng)通知MSC1。

②MSC1分析被叫用戶MS2的電話號碼，找到MS2所屬的HLR，向HLR發(fā)送路由申請。

③HLR查詢MS2的當(dāng)前位置信息，獲知MS2服務(wù)于MSC2/VLR2，HLR向MSC2/VLR2請求路由信息。

④MSC2/VLR2分配路由信息，即漫游號碼MSRN，并將MSRN提交給HLR。

⑤HLR將MSRN送給主叫MSC1。

⑥MSC1根據(jù)MSRN與MSC2進(jìn)行呼叫建立。

⑦M(jìn)SC2/VLR2向被叫用戶MS2發(fā)送尋呼消息。

⑧MSC2/VLR2收到MS2用戶可以接入消息。

⑨MSC2與MSC1進(jìn)行呼叫建立。

⑩MSC1向主叫MS1發(fā)送信號接通信號，MS1與MS2可以通話。

（2）呼叫流程舉例8.2.4越區(qū)切換與漫游1）越區(qū)切換越區(qū)切換是指在當(dāng)通話中的MS從一個(gè)小區(qū)進(jìn)入另一個(gè)小區(qū)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，把MS從原小區(qū)所用的信道切換到新小區(qū)的某一信息，并保證用戶通話不中斷。GSM系統(tǒng)采用的越區(qū)切換方法稱為移動臺輔助切換（MAHO）法，其主要指導(dǎo)思想是把越區(qū)切換的檢測和處理等功能部分地分散到各個(gè)MS，即由MS來測量本地BSS和周圍BSS的信號強(qiáng)度，把測得結(jié)果送給MSC進(jìn)行分析和處理，從而做出有關(guān)越區(qū)切換的決策。35（1）同一BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換（包括不同扇區(qū)之間的切換）（2）同一MSC/VLR控制區(qū)內(nèi)不同BSC間的切換（3）不同MSC/VLR控制區(qū)間的切換2）漫游

在數(shù)字移動通信網(wǎng)中，每個(gè)移動用戶都有其歸屬交換局為其提供服務(wù)，當(dāng)移動用戶離開其歸屬交換局服務(wù)區(qū)進(jìn)入其他交換局（被訪交換局）控制區(qū)后，仍能獲得移動業(yè)務(wù)服務(wù)的功能就稱為漫游。

漫游服務(wù)包括位置更新、呼叫轉(zhuǎn)移和呼叫建立3個(gè)過程。39（1）位置更新（2）呼叫轉(zhuǎn)移（3）呼叫建立

根據(jù)在HLR中的查詢，確定MS目前所處的VLR區(qū)并向VLR發(fā)出查詢信息，被訪交換局便可以查出國際移動用戶識別碼（IMSI），然后在被訪交換局的控制區(qū)內(nèi)進(jìn)行尋呼。當(dāng)被叫MS接收到對其的呼叫時(shí)，在RACH上向BSS發(fā)送一個(gè)應(yīng)答信息，當(dāng)此信息被BS正確接收時(shí)，BSS立即在CCCH上發(fā)送指配信息，隨后MS便轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的DCCH上，建立主信令鏈路，同時(shí)MS向BSS和被訪MSC返回尋呼響應(yīng)。當(dāng)被訪MSC接收到來自該MS的尋呼響應(yīng)時(shí)，就可以開始進(jìn)行鑒權(quán)和密碼參數(shù)傳遞操作。如果一些順利，即可進(jìn)行正常的通話。428.3.1主要接口43Um接口又稱為空中接口，是移動通信網(wǎng)的主要接口之一。Um接口傳遞的信息包括無線資源管理、移動性管理和連接管理等信息。該接口采用No.7信令作為控制協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部接口:A-G接口8.3移動交換接口及協(xié)議1．BSS與MSC之間的接口（A接口）A接口定義為網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)（NSS）與基站子系統(tǒng)（BSS）之間的通信接口，從系統(tǒng)的功能實(shí)體來說，就是移動業(yè)務(wù)交換中心（MSC）與基站控制器（BSC）之間的接口，其物理連接通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit//s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)。此接口傳遞的信息包括MS管理、基站管理、無線資源管理等信息，并采用No.7信令作為控制協(xié)議與Um互通。2．BSC與BTS之間的接口（A-bis接口）A-bis接口定義為基站子系統(tǒng)（BSS）的兩個(gè)功能實(shí)體——基站控制器（BSC）和基站收/發(fā)信臺（BTS）之間的通信接口。用于BTS（不與BSC并置）與BSC之間的遠(yuǎn)端互聯(lián)，物理連接通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2.048Mbit//s或64kbit//s的PCM數(shù)字傳輸鏈路來實(shí)現(xiàn)。此接口支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。當(dāng)BSC與BTS之間的距離小于10m時(shí)，BSC與BTS可以在物理層上采用直接互連的方式，此時(shí)，它們之間使用A-bis接口的特例BS接口。3．Um接口（空中接口）Um接口又稱為空中接口，是移動通信網(wǎng)的主要接口之一。該接口采用的技術(shù)決定了移動通信系統(tǒng)的制式。Um接口定義為MS與BTS之間的通信接口，用于MS與GSM的固定部分之間的互通，其物理連接通過無線鏈路實(shí)現(xiàn)。4．D接口D接口定義為HLR與VLR之間的接口，用于交換有關(guān)MS位置和用戶管理的信息，為移動用戶提供的主要服務(wù)是保證MS在整個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)能建立和接收呼叫。D接口的物理連接是通過MSC與HLR之間的標(biāo)準(zhǔn)2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。5．B接口B接口定義為VLR與MSC之間的內(nèi)部接口（VLR經(jīng)常和MSC合設(shè)于同一物理設(shè)備中），用于MSC向VLR詢問有關(guān)MS的當(dāng)前位置信息或通知VLR有關(guān)MS的位置更新信息等。該接口采用No.7信令的移動應(yīng)用部分（MAP）協(xié)議規(guī)程。6．C接口C接口定義為HLR與MSC之間的接口，用于傳遞路由選擇和管理信息。該接口采用MAP規(guī)程。7．E接口E接口定義為控制相鄰區(qū)域的不同MSC之間的接口。當(dāng)MS在一個(gè)呼叫進(jìn)行過程中從一個(gè)MSC控制的區(qū)域移動到相鄰的另一個(gè)MSC控制的區(qū)域時(shí)，為了不中斷通信，需要完成越區(qū)信道切換過程，此接口用于在切換過程中交換有關(guān)切換信息，以啟動和完成切換。E接口的物理連接方式是通過MSC之間的標(biāo)準(zhǔn)2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。對于局間話路接續(xù)，該接口采用ISDN用戶部分（ISUP）或電話用戶部分（TUP）信令規(guī)程；對于越區(qū)（局）頻道切換的信息傳送，采用MAP規(guī)程。8．F接口F接口定義為MSC與EIR之間的接口，用于交換相關(guān)的國際移動設(shè)備識別碼管理信息。F接口的物理連接方式是通過MSC與EIR之間的標(biāo)準(zhǔn)2.048Mbit/s的PCM數(shù)字傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)的。9．G接口G接口定義為VLR之間的接口。當(dāng)采用臨時(shí)移動用戶識別碼（TMSI）時(shí)，此接口用于向分配臨時(shí)移動用戶識別碼（TMSI）的VLR詢問此移動用戶的國際移動用戶識別碼（IMSI）的信息。在以上GSM的主要接口中，MS和基站子系統(tǒng)（BSS）之間的接口，即Um接口，稱為GSM的空中接口，是系統(tǒng)最重要的接口。以下將著重討論GSM空中該接口及其特征。8.3.2空中接口前面提到，Um接口定義為MS與BTS之間的接口，也可稱為無線接口，其重要性體現(xiàn)在以下幾方面。首先，Um接口實(shí)現(xiàn)了各種制造商的MS與不同運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)間的兼容，從而實(shí)現(xiàn)了MS的漫游。其次，它的制定解決了蜂窩系統(tǒng)的頻譜效率問題，采用了一些抗干擾技術(shù)和減小干擾的措施。很明顯，Um接口實(shí)現(xiàn)了從MS到GSM固定部分的物理連接，即無線鏈路，同時(shí)，它負(fù)責(zé)傳遞無線資源管理、移動性管理和接續(xù)管理等信息。GSM的Um接口繼承了ISDN用戶/網(wǎng)絡(luò)接口的概念，其控制平面包括3個(gè)層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和信令層。1．物理層L1物理層為無線接口最低層，提供無線鏈路的傳輸通道，為高層提供不同功能的邏輯信道，包括業(yè)務(wù)信道TCH和控制信道（ControlChannel，CCH）。業(yè)務(wù)信道承載話音編碼或用戶數(shù)據(jù)?？刂菩诺烙糜诔休d信令或同步數(shù)據(jù)，GSM包括3種控制信道：廣播信道、公共控制信道和專用控制信道。2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層L2數(shù)據(jù)鏈路層為MS和BTS之間提供了可靠的專用數(shù)據(jù)鏈路，采用基于ISDN的D信道鏈路接入?yún)f(xié)議（LAPD），但加入了一些移動應(yīng)用方面的GSM特有的協(xié)議，以應(yīng)用于Um接口，因此稱為LAPDm協(xié)議（LinkAccessProtocolontheDmchannel）。LAPDm支持兩種操作：一是無確認(rèn)操作，其信息采用無編號信息（UI）幀傳輸，無流量控制和差錯(cuò)控制功能；二是確認(rèn)操作，使用多種幀傳輸?shù)谌龑有畔ⅲ纱_保傳送幀的順序，具有流量控制和差錯(cuò)控制功能。3．信令層L3

信令層是主要負(fù)責(zé)控制和管理的協(xié)議層，把用戶和系統(tǒng)控制過程的信息按一定的協(xié)議分組安排到指定的邏輯信道上。它包括CM、MM、RR3個(gè)子層，分別可完成呼叫控制（CC）、補(bǔ)充業(yè)務(wù)管理（SS）和短消息業(yè)務(wù)管理（SMS）功能。（1）無線資源管理（RR）子層：對無線信道進(jìn)行分配、釋放、切換、性能監(jiān)視和控制。對于RR，GSM共定義了8個(gè)信令過程。（2）移動性管理（MM）子層：定義了位置更新、鑒權(quán)、周期更新、開機(jī)接入、關(guān)機(jī)退出、TMSI重新分配和設(shè)備識別7個(gè)信令過程。（3）連接管理（CM）子層：或稱呼叫管理，負(fù)責(zé)呼叫控制，包括對補(bǔ)充業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù)的控制。

除以上Um接口控制平面的3層分層結(jié)構(gòu)外，在GSM中，還有許多很重要的協(xié)議，其協(xié)議棧的層次結(jié)構(gòu)如圖8.8所示。VoLTE的全稱為VoiceoverLong-TermEvolution（長期演進(jìn)語音承載），意思是一個(gè)面向手機(jī)和數(shù)據(jù)終端的高速無線通信標(biāo)準(zhǔn)。它基于IPIMS網(wǎng)絡(luò)，在LTE上使用為控制層面（Controlplane）和語音服務(wù)的媒體層面（Mediaplane）特制的配置文件（由GSM協(xié)會在PRDIR.92中定義），這使語音服務(wù)（控制層面和媒體層面）作為數(shù)據(jù)流在LTE數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)中傳輸，而不再需要維護(hù)和依賴傳統(tǒng)的電路交換語音網(wǎng)絡(luò)。VoLTE的語音和數(shù)據(jù)容量是3GUMTS3倍以上，超過2GGSM6倍以上。8.4VoLTE技術(shù)8.4.1VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有扁平化的特點(diǎn)，這樣可以減少用戶感知的等待時(shí)間，并顯著改善用戶的移動通信體驗(yàn)。通過疊加基于EPC核心網(wǎng)絡(luò)的流量控制層IMS獲得VoLTE網(wǎng)絡(luò)。其中主要包含移動終端、無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺等。VoLTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖8.9所示。（1）終端：任何智能化終端，無論是否支持VoLTE。（2）無線接入網(wǎng)：VoLTE網(wǎng)絡(luò)的無線接入網(wǎng)仍是TD-LTE的eNodeB，相比于3G網(wǎng)絡(luò)，eNodeB將RNC和NodeB融合為一體，具備整個(gè)NodeB和部分RNC的功能，包括物理層功能（HARQ等）、MAC、RRC、調(diào)度、無線接入控制、移動性管理等。為了防止有些地區(qū)沒有覆蓋LTE網(wǎng)絡(luò)或移動終端不支持VoLTE網(wǎng)絡(luò)，除TD-LTE外，仍會包含2G/3G網(wǎng)絡(luò)的無線接入部分。（3）核心網(wǎng)：由EPC（EvolvedPacketCore，演進(jìn)的分組核心）網(wǎng)和IMS組成，可縮寫為EPS。EPC網(wǎng)絡(luò)由HSS（歸屬簽約用戶服務(wù)器）、移動性管理設(shè)備（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）等組成，實(shí)現(xiàn)終端及運(yùn)營商資源的分配、連接管理。IMS負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯和核心會話控制，主要完成LTE用戶注冊、鑒權(quán)、業(yè)務(wù)觸發(fā)、路由選擇、接入資源控制等。因現(xiàn)在未完全覆蓋VoLTE，IMS集成了CS域，具有可支持eSRVCC的eMSC，所以當(dāng)移動終端從LTE網(wǎng)絡(luò)離開后，切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，可以避免通話無法進(jìn)行的情況，繼續(xù)為用戶提供語音業(yè)務(wù)，確保通話的連續(xù)性。（4）信令網(wǎng)：DRA（DiameterRoutingAgent）網(wǎng)絡(luò)用于在VoLTE結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)元之間進(jìn)行Diameter信令的傳輸，其重要功能之一是實(shí)現(xiàn)跨運(yùn)營商的互聯(lián)。通過采用DRA網(wǎng)絡(luò)，未來可以真正實(shí)現(xiàn)逐步擴(kuò)展核心網(wǎng)絡(luò)，簡化網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)快速高效維護(hù)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性的目的。（5）業(yè)務(wù)平臺：提供VoLTE基本語音業(yè)務(wù)、增值類業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。8.4.2VoLTE關(guān)鍵技術(shù)1．無線承載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識QoSQoS是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，VoLTE作為語音業(yè)務(wù)，對延遲和抖動要求比較高，因此網(wǎng)絡(luò)必須確保這兩個(gè)特性。在EPS網(wǎng)絡(luò)（EPC網(wǎng)絡(luò)與IMS網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)稱）中，EPS承載將作為Qos控制的基本粒度，不同類型的EPS承載將提供不同的QoS保障，但基于同一EPS承載上的所有數(shù)據(jù)流都可以得到相同的QoS保障。在無線接入網(wǎng)中，eNodeB負(fù)責(zé)控制承載在空中接口Um上的QoS，用QCI表示服務(wù)質(zhì)量，每個(gè)承載都對應(yīng)于一定QoS參數(shù)的QCI。2．AMR-WB語音編碼AMR（Adaptive?Multi-Rate，自適應(yīng)多速率編碼）主要用于移動終端的音頻編碼，較其他編碼方式，其壓縮比大，質(zhì)量也比較差，主要針對人聲進(jìn)行編碼?；贏MR語音編碼器的自適應(yīng)性，可以根據(jù)無線信道情況和傳輸條件自動選擇全速率或半速率的最佳信道與特定比特率的源編碼方案。2G/3G網(wǎng)絡(luò)使用AMR-NB的編碼格式，語音帶寬是300～3400Hz，編碼采樣速率為8kHz，VoLTE采用的AMR-WB編碼方式可對50～7000Hz的語音進(jìn)行速率達(dá)16kHz的采樣，增大采樣范圍和提高采樣速率可使用戶聽到的語音更清楚、自然。3．SIP網(wǎng)絡(luò)上的很多應(yīng)用都需要建立一個(gè)基于使用者之間的數(shù)據(jù)的交換，稱為會話，但是這種會話的建立和管理是非常復(fù)雜的，需要考慮實(shí)際情況，可能使用者之間基于不同的媒介。鑒于此，人們創(chuàng)立了許多應(yīng)用于傳輸實(shí)時(shí)的多媒體會話數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，VoLTE選擇了SIP。SIP（Session?Initiation?Protocol）由IETF組織提出，是控制應(yīng)用層信令的協(xié)議，SIP是一個(gè)簡單而通用的工具，可以靈活地創(chuàng)建、更改和退出會話，不依賴于建立的會議類型。SIP采用文本格式編碼，消息格式簡單。VoLTE的核心業(yè)務(wù)控制網(wǎng)絡(luò)是IMS網(wǎng)絡(luò)，MME只負(fù)責(zé)承載業(yè)務(wù)，IMS通過SIP消息完成對業(yè)務(wù)的控制。SIP消息有請求和響應(yīng)兩種類型，請求是由客戶機(jī)發(fā)送給服務(wù)器，響應(yīng)是由服務(wù)器發(fā)送給客戶機(jī)。4．ROHC（報(bào)頭壓縮協(xié)議）在相鄰節(jié)點(diǎn)之間的同一數(shù)據(jù)流的分組報(bào)文頭中，IP報(bào)頭長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度，存在一些固定的冗余信息報(bào)頭和一些具有變化規(guī)則的動態(tài)信息報(bào)頭，如果這些冗余信息每次都要在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，則會造成大量資源浪費(fèi)。為了避免這種浪費(fèi)，可以選擇只在數(shù)據(jù)流開始傳送時(shí)發(fā)送完整的頭部信息，后續(xù)數(shù)據(jù)報(bào)頭僅發(fā)送修正報(bào)文頭部的部分和基于同一個(gè)流的關(guān)聯(lián)標(biāo)識符，減少數(shù)據(jù)頭的字節(jié)數(shù)，從而提高帶寬資源的使用效率。VoLTE網(wǎng)絡(luò)采用ROHC對報(bào)頭進(jìn)行壓縮，支持IPv4和IPv6，壓縮后的報(bào)頭僅有4～6字節(jié)，提高了傳輸效率，可以增加一個(gè)基站承載的VoLTE用戶數(shù)，從而提升VoLTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，且ROHC壓縮率高、壓縮方法簡單，適用于網(wǎng)絡(luò)延遲較高和高錯(cuò)誤率的傳輸環(huán)境。5．SPS（半靜態(tài)調(diào)度）SPS（Semi-PersistentScheduling，半靜態(tài)調(diào)度）是指在UE本身具備周期性的前提下申請一次資源后，PDCCH也會在一段時(shí)間內(nèi)將相應(yīng)資源周期性地分配給UE。在通信的眾多業(yè)務(wù)中，語音業(yè)務(wù)具有固定發(fā)送頻率，一般是每20ms發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，這樣就不需要每次都進(jìn)行底層信令交互，節(jié)省了PDCCHCCE資源開銷，提升了系統(tǒng)效率，而且對傳輸時(shí)延和丟包率等指標(biāo)沒有影響。6．eSRVCC當(dāng)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)和2G/3G網(wǎng)絡(luò)之間移動時(shí)，會出現(xiàn)通話中斷的情況，為了解決這一問題，3GPP在LTE的R8階段提出了SRVCC方案。SRVCC可以保證終端在IMS網(wǎng)絡(luò)中從分組交換域到CS（電路交換）域的平滑切換，但切換網(wǎng)絡(luò)后，會在IMS網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建新的承載，這極大地影響了切換時(shí)長