移动通信系统：基本结构分析

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：③MSC是无线移动通信系统与另一个移动通信系统的接口设备，也是无线移动通信系统与固定的地面公众网的接口设备。为有效支持移动通信业务，移动通信系统还需要针对无线资源、移动性、安全性等进行有效管理。不同的移动通信系统具有不同的无线资源组合。当移动用户离开登记注册的系统服务区进入其他系统服务区时，而获得通信的能力称为漫游。保证移动通信系统安全的技术措施包括鉴权和加密。

数字蜂窝移动通信系统包括移动台（MS，Mobile Station）、基站子系统（BSS，Base SubSystem）和网络子系统（NSS，Network SubSystem）。其中，基站子系统由基站收发信机（BTS，Base Transceiver Station）和基站控制器（BSC，Base Station Controller）两部分组成，网络子系统包括移动交换中心（MSC，Mobile Switch Center）、归属位置寄存器（HLR，Home Location Register）、访问位置寄存器（VLR，Visitor Location Register）、鉴权中心（AUC，Authentication Center）和操作维护中心（OMC，Operation and Maintenance Center）等。如图10.31所示。

pagenumber_ebook=320,pagenumber_book=307

图10.31　数字蜂窝系统构成

①BTS是BSS的无线接入部分，由BSC控制，是负责某个小区的用户接入网络的无线收发设备，完成BSC与无线信道之间的转化，实现BTS与MS之间通过空中接口的无线传输及相关的控制功能。

②BSC是BSS的控制部分，起着BSS的变换设备的作用，即各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。

③MSC是无线移动通信系统与另一个移动通信系统的接口设备，也是无线移动通信系统与固定的地面公众网的接口设备。其主要功能有：路由选择管理、计费和费率管理、业务量管理、向归属位置寄存器（HLR）发送有关计费和业务量信息。

④HLR 是用于对本地移动台进行管理的数据库，主要功能有：对HLR 中登记的移动台的所有用户参数的管理和修改、计费管理和VLR 的更新。

⑤VLR 是漫游用户的定位和管理的动态数据库。所谓漫游就是移动用户在非归属区得到服务的能力。VLR 的主要功能有：移动台漫游号的管理、临时移动台识别管理、访问移动台用户管理、HLR 的更新、通信覆盖区域的管理（如基站覆盖区、MSC无线交换区等）、无线信道的管理（如信道分配表、动态信道分配管理等）。

⑥AUC 存储用户的鉴权信息和加密密钥，用于防止无权用户进入系统。AUC 属于HLR 的一个功能单元。

⑦OMC的作用是完成BSS和NSS的网络运行和维护管理。

为有效支持移动通信业务，移动通信系统还需要针对无线资源、移动性、安全性等进行有效管理。

1.无线资源管理

无线资源包括基站、扇区、频率、时间、码道和功率等。不同的移动通信系统具有不同的无线资源组合。例如，TDMA/FDMA 系统具有基站、扇区、频率、时隙和功率等资源，CDMA/FDD系统具有基站、扇区、码道和功率等资源。

无线资源管理的目标是在有限无线资源的条件下，进行资源调整，为网络内无线用户终端提供业务质量保证。基本出发点是在网络话务量分布不均匀、信道特性因信道衰落和干扰而起伏变化等情况下，灵活分配和动态调整无线传输部分和网络的可用资源，最大限度地提高无线频谱利用率。

根据具体管理目标的不同，无线资源管理分为面向连接的无线资源管理、面向网络的无线资源管理以及无线资源的分配和调度。

面向网络的无线资源管理是控制用户在网络中获得服务的过程，主要包括呼叫接入控制和负载控制。在接入一个新的用户之前，需要用接入控制检查这个接入不会损害规划的覆盖范围或者现存连接的质量。负载控制的主要目的是将某些“热点小区”的负载分担到周围负载较轻的小区中，提高系统容量的利用率。

面向连接的无线资源管理是对用户通信过程中无线资源的协调，主要包括功率控制、速率控制、切换技术和自适应技术等。切换过程能使处于通信的用户在当前小区中面临不利条件时，转换到另一个更好的小区，甚至可以在同一小区内的信道之间切换，继续保持好的通信链路。通过功率控制可以减少对其他用户的干扰，对于CDMA 系统，反向功率控制可以克服远近效应。速率控制和自适应技术是针对无线分组数据传输的特性而进行的控制，在保证无线资源分配和高频谱效率情况下，每个用户的传输速率尽可能高，数据更准确。

无线资源分配和调度是根据小区信道的占用情况或用户的业务需求进行动态信道分配。根据小区信道的占用情况进行的信道分配是小区间的动态信道分配，根据用户的业务需求进行信道分配是小区内的动态信道分配。在无线分组数据传输系统中，很多用户共享一个物理信道，这样要求系统根据用户业务需求进行包调度，保证系统具有较大的吞吐率和对用户具有很好的公平性。

2.移动性管理

移动性管理指移动台的位置区发生改变时，网络为保证其通信正常而进行的操作，包括移动台的注册和漫游。

移动台注册是将移动台的特征如位置或状态报告给网络。移动台和网络都可以发起注册。移动台发起的注册是移动台通知服务提供者它的存在和希望得到服务。作为移动台的地理位置被注册后，网络可以给它传递呼叫。

当移动用户离开登记注册的系统服务区进入其他系统服务区时，而获得通信的能力称为漫游。例如，北京的用户移动到天津，称其处于漫游状态，在漫游状态下，用户的信息要从原来归属区的用户管理服务器复制到漫游区的用户管理服务器中。

3.安全性管理

无线通信系统的安全，涉及防止入侵者读取或修改传输或存储的数据，防止入侵者获取对系统资源或服务的访问权。保证移动通信系统安全的技术措施包括鉴权和加密。

鉴权用于确保要接入网络的终端或用户是合法的。网络可以在通信过程中的任何时候请求鉴权，可以是单向的，由网络或终端发起的只对终端或网络进行鉴权，也可以是双向的，终端和网络相互鉴权。鉴权过程使用一个密钥K，一个函数A 和一个随机数RAND。通过对鉴权应答RES=A（K，RAND）的核对，确认终端或用户的合法性。

加密用于确保用户的信息不被第三方窃取。加密一般对信息源数据发送前通过密钥加密，接收后用密钥解密，恢复原始信息。数字加密系统分为两类：以共享或对称密钥为特征的系统，这种系统的加密和解密的密钥是相同的，密钥通过秘密信道进行交换；以采用两个或非对称密钥为特征的系统，这种系统的加密和解密的密钥是不一样的。

移动通信系统：基本结构分析

相关推荐