移動通信系統制式

1．移動通信的多址方式

移動通信系統中是以信道來區分通信對象的。一個信道只容納一個用戶進行通話，許多同時通話的用戶，互相以信道來區分，這就是多址。目前移動通信系統的多址方式基本上有三種。第一種是頻分多址(FDMA)，即按載波頻率來劃分信道，第一代的模擬蜂窩移動通信系統就是採用頻分多址的。在數字系統中，FDMA也同樣可以套用。第二種是時分多址(TDMA)，它是在一個寬頻的無線載波上，按時隙劃分為若干個時分信道，每一用戶占用一個時隙，只在這一指定的時隙內收發信號。在時分多址系統中，每個用戶無論傳送或接收都是突髮型的，即MS的收發都以突發脈衝序列方式傳輸，其傳輸是不連續的，每個時隙可傳輸一路數字電話。第三種是碼分多址(CDMA)，它是一種是以不同的互成正交的碼序列來區分用戶的多址方式。

2．移動通信的主要制式

世界蜂窩移動通信系統已得到廣泛套用，並經歷了從第一代模擬網到第二代數字網的發展，第三代移動通信網現正處於開發階段。第一代模擬網和第二代數字網都有不同的制式。第一代模擬蜂窩移動通信系統採用的主要制式有AMPS(高級行動電話系統)、TACS(全接入通信系統)和NMT(北歐行動電話)等。我國第一代的模擬蜂窩移動通信系統採用了TACS制式，其主要技術參數見表1。第二代數字蜂窩移動通信系統的主要制式有歐洲的GSM(全球移動通信系統)、北美的CDMA、D-AMPS(數字高級行動電話系統)和日本的PDC(個人數字蜂窩電話)等。我國目前主要使用的是GSM制式。除GSM制式外，我國也已在一些大城市開通了CDMA商用試驗網。中國聯通公司的CDMA網路已在2002年年初正式放號。

表1 我國TACS模擬蜂窩

移動通信系統主要技術參數

信道間隔(kHz)		25
信道總數(雙工)		1 000
BS發射功率(W)		最大100
MS發射功率(W)		3，7
BS覆蓋區或小區半徑(km)		2～20
語音信號調製方式		PM
控制信號調製方式		FSK
控制信號碼型		曼徹斯特碼
語音信號峰值頻偏(kHz)		±9.5
控制信號峰值頻偏(kHz)		±6.4
控制信號傳輸速率(kbit/s)		8
多址方式		FDMA
糾錯編碼	BS	BCH(40:28)
	MS	BC4H(48:36)

（1）GSM制式

GSM移動通信系統由網路交換子系統(NSS)、基站子系統(BSS)、操作維護中心(OMC)和MS等四大部分組成，如圖1所示。

（2）CDMA制式

CDMA移動通信系統及有關網路結構組成模型如圖2所示，可看出其組成與GSM系統組成很相似。

3．網路結構

（1）網路結構的形式

蜂窩移動通信網的網路結構有兩種。第一種是單局多站制結構，如圖3所示。這種通信網的服務範圍即是一個移動業務交換區，在每個交換區內設立一個MSC，作為無線系統與PSTN的接口，處理移動用戶的呼出、呼入、話務統計、話費計算、用戶參數管理和故障診斷等。交換區內可分若干個無線小區，每個小區設立一個BS，各BS通過中繼線與MSC相連，MSC再通過中繼線與長途局、市話匯接局相連。移動用戶通過無線信道與BS溝通，這樣就可實現移動用戶之間或移動用戶與市話用戶之間的通信。這種網路結構便於集中維護，可提高交換接續的質量。

第二種是多局多站制結構，如圖4所示。當一個城市的移動用戶增加，以至一個MSC不能接納那么多用戶量時，就要設定多個MSC，每個MSC管理、控制部分BS。多個MSC之間用數據專線和電話專線連線，組成一個多MSC和多BS的連網區域。在連網區域內，根據需要規定一個MSC作為匯接局，以疏通該區域內MSC的來話、轉話業務。這種網路結構除了具有單局多站制的功能之外，還可有漫遊功能，即一個移動用戶離開它原來登記的MSC的服務區轉到其他MSC的服務區時仍可以使用行動電話。

（2）GSM網的網路結構

我國目前通用的數字蜂窩式行動電話是GSM制式，其網路結構如下。

整個網路分為業務網(話路網)與信令網。業務網是獨立的網路，分為移動業務本地網、省區域網路(省內數字移動通信網)和全國網(全國數字移動通信網)三級結構。

移動業務本地網的網路結構如圖5所示。全國劃分為若干個移動業務本地網，每個網中設定相應的歸屬位置暫存器(HLR)，用來存儲有關用戶參數的信息和用戶當前的位置信息，使移動用戶能實現全國漫遊。如有必要，本地網可增設多個HLR。在每個移動業務本地網中設定一個或多個MSC，分別與當地的長途局或市話局相連。在多局制地區，MSC應與該地的高一級長途局相連，在沒設市話匯接局的地區，MSC與市話端局相連。

省區域網路的網路結構如圖6所示。省區域網路由省內各本地網構成。一個省級網可設定若干個移動業務匯接中心(也稱為二級匯接中心或省級匯接中心)。二級匯接中心既可作為端局又可作為匯接中心，每個移動端局至少與省內的兩個二級匯接中心相連，省內的二級匯接中心之間為網狀網。任意兩個MSC之間若有較大業務時，可建立語音專線。

全國網的網路結構如下：在各大區設定單獨的移動業務匯接中心(稱為一級移動業務匯接中心)；省內的二級匯接中心與相應的一級匯接中心相連；一級匯接中心之間為網狀網。

為了構成全國的移動通信網，PLMN應與相應的PSTN相連。我國的PSTN分為5級，從C₅～C₁。PLMN與PSTN的連線如圖7所示。移動通信網中的一級匯接中心、二級匯接中心和移動端局都分別與局所在地的固定網的長途局相連，並與局所在地的匯接局相連，也可以與本地端局相連。

GSM網的網路中除業務網外，還有信令網。信令網目前是獨立的No.7信令網，採用三級結構：第一級為最高級，稱高級信令轉接點(HSTP)；第二級為低級信令轉接點(LSTP)；第三級為信令點(SP)。

（3）CDMA網的網路結構

CDMA網的網路規劃採用3級結構，與GSM網相似，如圖8所示。具體為：在大區中心(如北京、上海、廣州等)設立一級移動業務匯接中心併網狀相連；在各省會或大城市設立二級移動業務匯接中心，並與相應的一級匯接中心相連；在移動業務本地網中設一個或若干個移動端局MSC，也可視業務量由一個MSC覆蓋多個移動業務本地網。移動業務本地網原則上以固定電話網的長途編號為2位和3位的區域來劃分。

（4）網間互聯

隨著我國公眾移動通信的發展和電信的重組，出現了多個移動網和長途電話網並存的局面，提出了網間互聯的要求。信息產業部於1999年10月發布了《陸地蜂窩移動通信網與其他通信網網間互聯技術規範》，按照這個規範要求，移動通信網與其他電話網網間互聯時，可以根據業務和網路安全的需要，在同一個固定本地網範圍內設兩個或兩個以上的互聯點，其數量應根據網路安全和網間業務量由互聯雙方協商確定。互聯點兩側的交換機可以為不同的業務網互聯時共用。網間互聯示意圖如圖9所示。

4．編號計畫

在蜂窩行動電話網中，為了將一個呼叫接至某個移動客戶，需要系統各部分協調工作，因此要正確定址，編號計畫就非常重要。

（1）GSM網的編號計畫

目前通用的GSM行動電話網的編號計畫如下。

① MS的國際身份號ISDN(MSISDN)

這個號碼相當於公眾電話網內的用戶電話號碼，是供用戶撥打的公開號碼，它是惟一的。根據原國際電報電話諮詢委員會(CCITT)的建議，它的號碼結構如下：

MSISDN=CC+NDC+SN

CC為國家碼(即在國際長途電話通信網中的號碼)，中國為86；NDC為國內目的地碼；SN為用戶號碼。將國家碼CC去掉，就成了國內MS身份號碼，目前我國GSM網的國內身份號碼為11位。它由兩部分組成：第一部分為國內目的地碼NDC，即數字蜂窩移動業務接入號，由3位數字N₁N₂N₃組成，用於識別網路，例如中國移動GSM網為139、138等，中國聯通GSM網為130等；第二部分為客戶號碼SN，目前為8位，結構是H₀H₁H₂H₃ABCD，其中H₀H₁H₂H₃為每個移動業務本地網的 HLR識別號，它表示用戶歸屬的HLR，也表示移動業務本地網號，ABCD為移動客戶碼，當網號為139時，行動電話號碼為139H₀H₁H₂H₃X₁X₂X₃X₄。

② 國際移動用戶識別碼（IMSI）

IMSI是PLMN中惟一識別移動用戶的號碼，共15位。它是移動通信系統內使用的用戶號碼，且是在無線信道上惟一能識別用戶的號碼。它存儲於用戶識別卡(SIM)、HLR和VLR中，其結構如下：

IMSI=MCC+MNC+MSIN

MCC為移動國家號，由3位數組成，惟一地識別移動用戶所屬國家，中國的移動國家號為460；MNC為移動網號，用於識別移動用戶所歸屬的移動網，中國移動GSM網的網號為00，中國聯通GSM網的網號為01；MSIN是移動用戶識別碼，它惟一地識別國內GSM移動通信網中的移動客戶，其結構為N₁N₂N₃H₀H₁H₂XXXX，其意義與前述NDC碼和SN碼相同。

③ 移動台漫遊號碼（MSRN）

這是針對移動用戶的移動特性而設定的號碼。當一個被叫的移動用戶已離開母局的HLR而漫遊時，只要該用戶已在被訪地登記，為避免該用戶號碼與當地用戶號碼重疊，由 VLR臨時分配給移動用戶一個漫遊號碼(MSRN)。

當呼叫移動用戶時，撥打MS的國際身份號MSISDN到當地的HLR，被叫用戶所歸屬的HLR知道該用戶目前處於哪個 MSC的業務區，為了提供給入口移動交換局(GMSC)一個用於選擇路由的臨時號碼，HLR請求被叫所在業務區的MSC和VLR給該被叫客戶分配一個移動客戶漫遊號碼(MSRN)，並將此號碼送至HLR，HLR收到後再傳送給GMSC，GMSC根據此號碼選擇路由，將呼叫接至被叫客戶目前正在訪問的MSC/VLR交換局。路由一旦建立，此號碼就可被立即釋放。這種查詢、呼叫選擇路由功能(即請求一個MSRN功能)是No.7信令中移動套用部分(MAP)的一個程式，在GMSC－HLR－MSC/VLR間的No.7信令網中進行傳遞。

我國數字移動通信網的MSRN結構為“接入號(如139)+移動用戶電話號碼”，即13XM₀M₁M₂M₃ABC。其中M₀M₁M₂M₃為移動交換局MSC號碼，ABC為各移動局臨時分配給移動用戶的漫遊號碼，範圍為100～999。

④ 移動用戶臨時識別碼(TMSI)

TMSI等同於移動用戶識別碼(IMSI)，它是對IMSI保密而設定的號碼。為了對IMSI保密，用戶漫遊所在地的MSC和VLR可給來訪移動用戶分配一個惟一的TMSI號碼，即為一個由MSC自行分配的4位元組的BCD編碼，僅限在本MSC業務區內使用。TMSI與IMSI沒有長期固定關係，僅在MS呼叫時臨時指定，因此TMSI可以重複地給不同的MS使用。

⑤ 國際移動台設備識別碼（IMEI）

IMEI是惟一用來識別MS設備的號碼，稱作系列號。它可防止非法MS設備使用移動業務。出廠的MS設備都指定一個不可改變的15位數字，其號碼結構為：

IMEI = TAC + FAC + SNR + SP

TAC為型號批准碼，6位數字，由歐洲型號認證中心分配；FAC為最終裝配碼，2位數字，用以識別製造廠家及其裝配地；SNR為序號碼，6位數字，由廠家分配；SP為備用。

⑥ 位置識別碼

GSM系統用3個號碼組成MS的位置識別。

a．位置區識別碼(LAI)。它由三部分組成，即MCC+MNC+LAC。前兩部分與移動用戶識別碼(IMSI)的前兩部分相同，LAC為一個2位元組的BCD編碼，表示為L₁L₂L₃L₄，其範圍為0001～FFFF，在一個GSM公眾數字移動通信網中可定義65536個不同的位置區，L₁L₂由國家主管部門統一分配，而L₃L₄由各省主管部門自行分配。LAI代表MSC業務區中的不同位置區，用於移動用戶的位置更新時使用。

b．全球小區識別碼(GCI)。它是在位置區識別碼(LAI)基礎上再加上小區識別碼(CI)構成的，即：

GCI = MCC + MNC + LAC + CI

CI為一個2位元組的BCD編碼，由各MSC自定。

c．基站識別碼(BSIC)。BSIC主要供MS區分相鄰BS使用，為6比特編碼，即：

BSIC = NCC + BCC

NCC為國家色碼，由XY₁Y₂ 3位構成，用於識別GSM移動網和區分不同省份的運營商，X=1是中國移動的GSM網，X=0是中國聯通的GSM網；Y1、Y2的地區分配見表2。BCC為基站色碼，用於識別基站組(基站組是指使用不同頻率組的各基站的整體)，由運營商設定。

表2 Y1、Y2的地區分配

Y2 Y1	0	1
0	吉林、甘肅、西藏、廣西、 福建、湖北、北京、江蘇	黑龍江、遼寧、寧夏、四川、海南、江西、 天津、山西、山東
1	新疆、廣東、河北、安徽、上海、貴州、陝西	內蒙古、青海、雲南、河南、 浙江、湖南

（2）CDMA網的編號計畫

① 移動用戶號碼薄號碼（DN）

移動用戶號碼薄號碼(DN)為移動用戶作被叫時，主叫用戶所需撥的號碼，其構成與GSM的MS國際身份號ISDN(MSISDN)相同，由國家碼、移動接入碼、HLR識別碼和移動用戶號四部分共13位號碼組成。移動接入碼採用網號方案，我國的CDMA網的網號為133。CDMA網的DN與GSM網的區別在於移動接入碼的不同。

② 國際移動用戶識別碼（IMSI）與MS識別碼（MIN）

IMSI的構成與GSM的基本相同。其中，開通的CDMA網的行動網路碼為03。

MIN是為了保證CDMA/AMPS雙模工作而沿用AMPS標準定義的。

③ 電子序列號（ESN）

ESN是惟一地識別一個MS設備的32比特碼，每個雙模MS分配一個惟一的ESN，由廠家編號和設備序號構成。空中接口、A接口和MAP的信令訊息都使用到ESN。

④ 系統識別碼（SID）和網路識別碼（NID）

SID是CDMA網中惟一識別一個移動業務本地網的號碼，按省份分配。NID是一個移動業務本地網中惟一識別一個網路的號碼，可用於區別不同的移動端局。MS可根據SID和NID判斷其漫遊狀態。

5．信令方式

（1）移動通信的信令

在移動通信網中，為了完成用戶隨時隨地建立通信的要求，除了要傳送用戶到用戶的信息(如語音、數據)外，還要在MSC之間、用戶與MSC之間傳送用於建立和釋放呼叫為主的控制信號，以便完成用戶進行通信的正常接續。完成以上功能的控制信號稱為信令。

移動通信網的信令系統要比市話網的信令複雜，種類也較多，這是因為它不僅要滿足市話網的要求，還要滿足各類移動通信網的特殊要求，例如自動信道搜尋、信道指配、移動台尋呼、越區自動信道切換、位置登記、自動功率控制等。對於不同類型的移動通信網，信令系統的複雜程度也有很大差異。

移動通信網的信令按照功能之不同，可分為下列五類：①狀態標誌信令，指設備和信道狀態的信號，如用戶摘機、掛機、空閒、占線等；②操作指示信令，用於進行通話之前或通話完成以後的某種操作，如發撥號音、振鈴、指配或轉換頻道、釋放或拆線等；③撥號信令，是指用戶(固定或移動的)通過撥號操作傳送的被叫用戶的地址碼，其位數由編號計畫決定；④選擇呼叫信令。這種信令可以判別用戶身份，具有針對性，只對指定的用戶發生作用，是移動網中特有的一類重要信令；⑤控制信令，這是移動網所特有的，包括控制BS與MS之間無線頻道的指配、連線、轉移、停止(拆線)的控制信令，撥號信令，應答信令以及用於監控和狀態顯示的頻道占用、空閒、MS位置、功率等信令，此外，還可傳送計費信息。

（2）數字蜂窩移動通信網的信令方式

在移動通信網中對信令所遵守的協定稱為信令方式。在第一代模擬通信中的信令方式，功能上沒有明確的分層。在第二代的數字蜂窩移動通信網中，制定信令方式的共同思路之一是採用OSI模型。

數字蜂窩移動通信網是一個非常複雜的系統，為了完成通信任務，網內多個通信實體之間的接口要按一定的協定交換信息。這些接口就成為定義信令方式的接入節點，各種接口如圖10所示。

① 無線區間的信令格式

數字蜂窩移動通信網的無線接口U_m採用OSI的概念來規定其協定模型。根據這個模型，無線接口U_m可分為三層，對應於OSI模型的下三層，其信令結構如圖11所示。

② 局間信令方式

對於移動通信網，MSC局間信令方式一般採用原CCITT規定的No.7公共信道信令方式，它是利用局間公共的幾條信令鏈路傳送幾千條話路的信令信息。

（3）GSM通信系統中的信令傳輸

GSM通信系統為了增強系統的控制功能，保證語音通信質量，傳輸所需的各種信令，設定了多種專門的控制信道(CCH)來進行各種信令的傳輸。根據功能不同，控制信道分為三類：

① 廣播信道(BCH)，詳見第22章；② 公共控制信道(CCCH)；③ 專用控制信道(DCCH)。

（4）我國CDMA移動通信網的信令方式規劃

在我國CDMA移動通信網的規劃中，CDMA網的信令網與其交換網路結構相對應，也分為三級結構：高級信令轉接點(HSTP)、低級信令轉接點(LSTP)和信令點(SP)。信令網中網路節點間採用中國No.7信令。信令方式的規劃如下(各有關接口參閱圖22.15)：

U_m接口(也稱空中接口)的無線信令規程由《800MHz CDMA數字蜂窩移動通信網空中接口技術規範》規定。此規範基於TIA/EIA/IS-95A—寬頻雙模擴頻蜂窩系統移動台—基站兼容性標準。

A接口的信令規程由《800MHz CDMA數字蜂窩移動通信網移動業務交換中心與基站子系統間接口信令技術規範》規定。

B、C、D、E、F和G接口的信令規程由《800MHz CDMA數字蜂窩移動通信網移動套用部分技術規範》規定。此規範基於TIA/EIA/IS-41C―蜂窩無線通信系統間操作標準。

A_i接口的信令規程由《800MHz CDMA數字蜂窩移動通信網與PSTN網接口技術規範》規定。