2.5 移动通信系统中电路交换交换机简介

移动通信发展到今天，电路交换仍是重要的交换技术。1G、2G和3G的语音业务，均采用电路交换。GPRS的数据业务、3G的数据业务、4G的语音业务和数据业务，均采用分组交换。本节简要介绍移动通信系统中的电路交换机，即移动电话交换机。

2.5.1 移动电话交换机的结构和特点

移动电话系统与固话系统相比有两个重要差别：一是用户通过无线接口接入系统，二是用户终端可随时移动。

移动电话交换机为综合式设备，即兼具归属位置寄存器（Home Location Register，HLR）和访问位置寄存器（Visitor Location Register，VLR）的功能，其硬件结构如图2.42所示，也可以分为话路子系统和控制子系统。由于基站信令接口和移动交换中心MSC之间传输的信令是7号信令，因而，从广义上来说，移动电话交换机的话路子系统包括交换网络、各个接口和本移动交换中心（Mobile Switching Center，MSC）管理的所有基站。可以把基站视为一个特殊的接口。比如在GSM系统中，每个基站分配和管理一定数量的基站收发器，实际上决定了该小区内可同时通信的用户数。话路子系统主要由接口功能模块和交换功能模块组成。例如，图2.13中的信令设备对应图2.42中的NSI、TGN和R/S，图2.13中的数字中继接口对应图2.42中的DT。而图2.13中的数字用户接口对应移动电话交换机话路子系统的空中接口。控制子系统由控制模块和运行管理与维护模块构成。控制子系统的两个模块与固话交换机的类同。

以固话交换机模拟用户接口BORSCHT的功能，来比较和分析移动电话交换机如何实现BORSCHT功能。需要特别明确的是，固话交换机模拟用户接口位于电信局。

B（Battery feed）：馈电。为移动终端馈电的不是移动交换局，而是移动终端自身携带的电池。固话交换机的终端馈电由交换机实现。

O（Over-voltage）：过压保护。对基站进行过压保护。

R（Ring）：振铃。启动振铃信号的控制信号，由移动交换局传输至移动终端，随之启动移动终端预先存储的任意铃音。固话交换机的振铃音全部都是1s通、4s断的25Hz交流电压。

S（Supervision）：监视。由移动交换局对通信用户进行监控，实为对信道的管理。

C（Codec）：编译码。移动交换机只能对数字信号进行交换处理，而语音信号是模拟信号，因此，在移动终端内部需将模拟语音信号转换成数字语音信号，在移动终端调制后发送到基站，然后经基站传输到MSC的交换网络进行交换。反之，通过解码器把从交换网络输出的数字语音转换成连续信号送给用户。固话交换机的模/数变换在交换机的用户接口实现。

H（Hybrid）：混合电路。因移动终端至基站采用无线传输，无须该功能。

T（Test）：测试。包括基站覆盖范围、通话正常与否等的测试。

移动通信系统和固话交换系统相比，结构上存在以下3方面的差异。

（1）没有用户级设备

固话交换机用户电路数量大，约占整个交换机硬件设备的60%左右。移动交换机没有这部分设备，因此其体积较小，所需机房面积和电源容量也较小。

（2）增设基站信令接口（Base station Signaling Interface，BSI）和网络信令接口（Network Signaling Interface，NSI）

BSI传输基站与移动台（MS）通信的信息，以及基站控制和维护管理信息。NSI向公共陆地移动通信网（Public Land Mobile Network，PLMN）其他网络部件传输移动用户管理、频道切换控制、网络运行维护管理等信息。由于这些信息比较复杂，因此需设置专门的数据通道传输，这些通道与语音传输通路是分开的，对应7号信令系统的移动应用部分（Mobile Application Part，MAP），信令连接控制部分（Signaling Connection Control Part，SCCP），事务处理能力应用部分（Transaction Capabilities Application Part，TCAP）。

在模拟移动通信系统中，各厂商设计的数据通道规程各不相同，因此不同厂商生产的基站和交换机无法配套；不同厂商生产的移动交换机也不能联网。20世纪80年代末开发的数字移动通信系统已注意到这个问题，从一开始就着手制订统一的规程，这些规程都采用OSI分层结构协议，以电信网中已部署的7号共路信令为基础，BSI和NSI都是7号信令系统的信令终端设备。

（3）增设HLR、VLR数据库

HLR归属地地址寄存器，是管理移动用户的数据库，物理设备是一台独立的计算机。每个移动用户必须在某个HLR中登记注册。数字蜂窝网中应包括一个或多个HLR。HLR所存储的信息分两类：一类是有关用户参数的信息，例如用户类别、所提供的服务、用户的各种号码、识别码，以及用户的保密参数等；另一类是用户当前的位置信息，例如，MS漫游号码、VLR地址等，用于建立至MS的呼叫路由。HLR不受MSC的直接控制。实际中常与AUC合设。

VLR访问地址寄存器，是存储用户位置信息的动态链接库，当漫游用户进入某个MSC区域时，必须在MSC相关的VLR中进行登记，VLR分配给移动用户一个漫游号（Mobile Station Roaming Number，MSRN）。在VLR中建立用户的有关信息，其中包括移动用户识别码（Mobile Subscriber Identification Number，MSI）、MSRN、移动用户所在位置区的标志及向用户提供服务等参数，而这些信息是从相关的HLR中传过来的。MSC在处理入网和出网呼叫时需要查访VLR中的有关信息。一个VLR可以负责一个或多个MSC区域。由于MSC与VLR之间交换信息很多，所以两者的设备通常合在一起。

由此可见，移动交换机和固话交换机硬件上差别不大，主要区别在于交换软件和信令的不同。

2.5.2 移动电话程序控制原理

移动交换机软件结构和固话交换机一样，也由操作系统和应用程序两大部分组成，不同之处主要在于应用程序中的呼叫处理软件，以及数据库的内容和组织。

根据移动交换的特点，其呼叫处理程序应包括以下主要功能。

（1）用户接入处理

对于MS始发的呼叫，不存在用户线扫描、拨号音发送和收号等处理过程，MS接入和发号通过无线接口信令一次性完成。与此同时，MS还将其自身的国际移动台识别号码（International Mobile Station Identification，IMSI）一起发送给交换机。交换机的功能只是检查MS的合法性及其呼叫权限。若需要，交换机还可以通过无线信令指示MS发送国际移动设备号（International Mobile Equipment Identification，IMEI），据此检查MS设备的合法性。

对于来自PSTN交换局或其他移动交换机的呼叫，其接入处理和固话交换机相同，也包括中继线扫描和中继信令的收发处理。

（2）信道分配

信道分配是移动呼叫的特有功能。一般来说，每个小区分配有固定数目的语音信道（Fixed Channel Assignment，FCA），由交换机按需分配给主叫MS或被叫MS。如果语音信道全忙，就向始发MS发送释放指令；或者发送呼叫排队指令，待信道空闲后自动完成排队队列中的呼叫接续，以提高呼叫接通率。移动通信系统也可以配置成动态信道分配（Dynamic Channel Assignment，DCA）方式，即各小区在本小区信道用尽时，向相邻小区借用信道。向相邻小区借用信道的合理性视系统业务量的大小而定，对中小业务量的系统是适宜的。读者可以考虑原因。

（3）数字分析

数字分析的基本任务和固话交换机类似，采用表格驱动的方法。但它是基于移动电话编号计划，各交换机表格设计不一样。另有一点与固话交换机不同的是：由于MS可以漫游，交换机收到的被叫MS的号码不一定能表示MS的当前位置，数字分析得出的局向只是该MS的原籍交换局。为了节省话路，可以先根据被叫号码向被叫MS的HLR检索它的漫游号MSRN，然后据此进行数字分析，得到MS实际所在区域的局向。

由于固话网交换机不具备向HLR检索数据的信令能力，因此固话用户呼叫MS总是先将该呼叫接至MS注册的移动交换局，然后由该移动交换机检索MSRN后，确定接续局向，这一过程为“重选路由”（Rerouting）。

（4）路由选择

路由选择原则上和固话交换机相同，主要特点体现在路由选择策略上。呼叫异地MS，可以通过移动专网连接，也可以借助PSTN网完成接续。呼叫漫游MS，可以采取重选路由方法，也可以不采取重选路由。这些都可视网络规划和交换机而异。

（5）信道切换

信道转接是移动交换软件特有的一项重要功能。固话交换机呼叫处理软件进入通话阶段后基本上就没有什么任务了，而移动交换机必须继续监视语音信道质量，必要时进行信道切换，以保持MS在移动过程中的通话连续性，这对交换和信令提出了新的要求。

（6）移动计费

移动计费的特殊性源于两个方面，一是规范不同，明显的不同之处是一般的固话呼叫只向主叫收费，而作为被叫MS漫游时一般也要收费，其理由是被叫MS和主叫MS一样，也要占用无线信道；二是用户的移动性，MS常常不在其归属地，它的呼叫由访问的移动交换机处理，但是计费数据应送回其原籍交换机或计费中心，这就对信令有特殊的要求。另外，当信道切换时，呼叫跨越几个交换局，计费应由首次接入的交换机全程管理。

其他涉及单纯话路接续的功能均与固话交换机相同。