2．5．3　GSM系统移动性管理

由于MS的移动性，网络必须确定其位置，因为只有明确知道MS当前位置，才能在有对MS的呼叫时迅速建立其与被叫MS的连接。因此，要求网络对移动台的移动特性给以支持及管理，其最终目的就是确定MS当前位置及使MS与网络的联系达到最佳状态。移动用户在移动性的情况下要求改变与小区和网络联系的特点称为漫游。根据MS当前状态的不同，可分为位置管理及切换管理。

1．位置管理

位置管理使网络保持跟踪移动台当前实际所处的位置并存储位置信息。位置信息存储在HLR、MSC／VLR和移动台的SIM卡中，其中HLR中存放着用户当前所在的VLR号码，VLR中存放用户当前所在位置信息，SIM卡中存放其所在位置区码，位置管理要确保三个实体保存的相关位置信息的一致性。

（1）位置登记

位置登记（或称注册）是通信网为了跟踪移动台的位置变化，由移动台向网络报告自己的位置信息，网络对其位置信息进行登记的过程。

GSM系统提供“IMSI附着／分离”功能，通过对IMSI的“附着”或“分离”标记来表明MS是否处于激活状态。

①IMSI分离：移动台关机时，发送最后一次消息要求进行分离操作，MSC／VLR接到后在VLR中的IMSI上作分离标记，此时MS处于非激活状态。

②IMSI附着：当MS开机后，若此时MS处于分离前相同的位置区，则将MSC／VLR中VLR的IMSI作附着标记；若位置区已变，则要进行新的常规位置更新。

移动台向网络登记的方式分为开机登记和周期性登记。

开机登记。移动台开机后，接收广播信息LAI，更新位置存储器的内容；接着向MSC／VLR发送位置登记报文，MSC／VLR接收并存储该移动台的位置信息，MSC／VLR认为MS被激活，在其IMSI号码上作“附着”标记。

周期性登记。当MS关机时，向网络发送最后一次消息，其中包含进行分离操作的请求。若MS向网络发送“IMSI分离”消息时，由于此时无线链路质量很差，那么MSC／VLR有可能收不到分离处理请求，而仍认为MS处于附着状态。另外若MS进入盲区，MSC／VLR不知道，仍认为MS处于附着状态。此时，若该客户被寻呼，系统就会不断地发出寻呼消息，无效占用无线资源。为了解决上述问题，GSM系统采取了强制登记的措施。例如要求MS每30分钟登记一次（时间的长短由运营者设定），这就是周期性登记。这样，若MSC／VLR没有接收到某MS的周期性登记信息，它所处的VLR就以“隐分离”状态在该MS上做记录，只有当再次接收到正确的周期性登记信息后，将它改写成“附着”状态。

网络是通过BCCH通知MS其周期性登记的时间。

（2）位置更新

移动通信的特点决定了移动台总是在不断的移动当中，通信网为了跟踪移动台的位置变化，而对其位置信息进行登记、删除和更新的处理过程称为位置更新。MS由BCCH传送的LAI来判断是否进入新的位置区。当移动台发现收到的LAI已经发生改变，则可以确定该用户已经进入了新的位置区，此时，它必须向该地区的MSC／VLR申请位置登记（用IM－SI证明身份）来告知其新的位置信息，由MSC处理位置更新过程，更新VLR中数据，若此时LAI属于不同的MSC／VLR，则HLR也要更新，还要通知原来的VLR删除此用户的位置信息。位置更新具体过程如下：

①MS从一个小区移动到另一个小区，发生位置区的改变；

②MS从BCCH上读取到新的位置区识别码，判断移动台进入了新的位置区；

③MS在RACH发起随机接入请求，请求专用信道SDCCH；

④MS在在AGCH上获得一个SDCCH；

⑤MS在在SDCCH发送IMSI和新旧LAI位置更新请求给MSC；

⑥MSC用IMSI对用户进行鉴权认证；

⑦如果认证成功，MSC则可以进行位置更新，更新VLR中移动台的位置信息，若此时LAI属于不同的MSC／VLR，则HLR也要更新所存放的移动台的VLR号码，还要通知原来的VLR删除此用户的位置信息；

⑧MSC发送位置更新完成的确认信息给移动台；

⑨MS离开SDCCH，进入空闲模式。

2．越区切换

所谓越区切换是指在通话期间，当移动台从一个小区移动到另一个小区时，或者由于外界干扰造成通话质量下降时，为了保持通话不中断（让用户感觉不到通话的中断），网络进行实时控制，把移动台从原小区所用的信道切换到新小区的某一信道的处理过程。

切换过程分为三步：切换测量、切换判决、切换的执行，因此，首先，以MS对周邻BTS信号强度的测量报告和BTS对MS发射信号强度及通话质量为判决依据，然后由BSC评价后决定是否进行切换，最后，执行切换的信令流程。

（1）切换判决条件

在移动通信系统中，一般可根据射频信号强度、载干比、移动台到基站的相对位置来判断切换与否。

①依据射频信号强度判决。射频信号强度（基站接收到的手机信号强度）直接反映了话音传输质量的好坏，基站话音信道接收机连续对其进行测量，控制单元将测量值与门限值比较，根据比较结果向交换机发出切换请求。

②依据接收信号载干比判决。载干比是接收机接收到的载波信号与干扰信号的平均功率的比值，反映了移动通信的通话质量。如在模拟移动通信系统（TACS）系统中，通话时基站会产生连续的监测音（SAT），和话音一起传送，用于监测无线信道质量。一般来说，TACS要求载干比大于17dB，而GSM、CDMA载干比分别大于9dB和7dB。当接收机接收到的载干比小于规定的门限值时，系统就启动切换过程。

③依据移动台到基站的距离判决。一般而言，切换是由于移动台移动到相邻小区的覆盖范围内，因此可根据其与基站及小区的距离作出是否要进行切换的判决。当距离大于规定值时，发出切换请求。

上述三种判决条件中，满足其中任一条件都将启动切换过程。但在实际应用时，由于在通话过程中测量接收信号载干比有一定困难，而用距离判决时，测量精度很难保证，因此，大多数的移动通信系统均使用射频信号强度作为判决切换与否的基准。

（2）切换控制方式

移动通信系统共有三种切换控制方式，即移动台控制切换（MCHO）、网络控制切换（NCHO）和移动台辅助切换（MAHO）。

①移动台控制切换（MCHO）。移动台控制切换是通过移动台持续监视通信端口的信号强度和质量，当满足切换条件时，移动台选择一个最好的切换候选项并发出切换请求。目前欧洲的增强型数字无绳技术（DECT）和北美的太平洋地区通信系统（PACS）均采用这种切换控制。

②网络控制切换（NCHO）。网络控制切换是通过通信端口监视信号强度和质量，当信号恶化到低于某阈值时，网络就安排切换到新的通信端口。在此过程中，网络要求所有端口监视由移动台来的信号，并将结果报告给网络。当网络选择新端口后，它同时通知新、旧端口完成切换，移动台在切换过程中是被动的。目前的TACS及AMPS系统均采用这种切换控制，即由基站检测，由交换中心控制完成，当前基站监视并测量所有通信链路，移动交换中心（MSC）命令周围基站不时地测量各自的通信链路，基于这些测量，MSC决定何时何地发生切换。

③移动台辅助切换（MAHO）。移动台辅助切换可以说是网络控制切换（NCHO）的一种演化，网络要求移动台测量周围端口的信号强度并报告给旧端口，然后由网络来判断是否切换和切换到哪个端口。因此MAHO是通过移动台测量通信链路，而由网络控制切换，在切换过程中移动台和网络同时参与切换，移动台负责测量，网络负责判决，目前的GSM及CDMA系统均采用这种切换控制。

（3）越区切换的过程

越区切换主要有下列三种不同的情况，下面分别予以介绍。

①由相同BSC控制的小区间的切换，如图2．41所示。

图2．41　相同BSC控制小区间的切换

（a）BSC预订新的BTS激活一个TCH；

（b）BSC通过旧BTS发送一个包括频率、时隙及发射功率参数的信息至MS，此信息在FACCH上传送；

（c）MS在规定新频率上发送一个切换接入突发脉冲（通过FACCH发送）；

（d）新BTS收到此突发脉冲后，将时间提前量信息通过FACCH回送MS；

（e）MS通过新BTS向BSC发送一切换成功信息；

（f）BSC要求旧BTS释放TCH。

②由同一MSC，不同BSC控制小区间的切换，如图2．42所示。

图2．42　由相同MSC、不同BSC控制小区间的切换

（a）旧BSC把切换请求及切换目的小区标识一起发给MSC；

（b）MSC判断是哪个BSC控制的BTS，并向新BSC发送切换请求；

（c）新BSC预订目标BTS激活一个TCH；

（d）新BSC把包含有频率、时隙及发射功率的参数通过MSC，旧BSC和旧BTS传到MS；

（e）MS在新频率上通过FACCH发送接入突发脉冲；

（f）新BTS收到此脉冲后，回送时间提前量信息至MS；

（g）MS发送切换成功信息通过新BSC传至MSC；

（h）MSC命令旧BSC去释放TCH；

（i）BSC转发MSC命令至BTS并执行。

③由不同MSC控制的小区间的切换，如图2．43所示。

图2．43　由不同MSC控制小区间的切换

（a）旧BSC把切换目标小区标志和切换请求发至旧MSC；

（b）旧MSC判断出小区属另一MSC管辖；

（c）新MSC分配一个切换号（路由呼叫用），并向新BSC发送切换请求；

（d）新BSC激活BTS的一个TCH；

（e）新MSC收到BSC回送信息并与切换号一起转至旧MSC；

（f）一个连接在MSC间被建立（也许会通过PSTN网）；

（g）旧MSC通过旧BSC向MS发送切换命令，其中包含频率、时隙和发射功率；（h）MS在新频率上发送一个接入突发脉冲（通过FACCH）；

（i）新BTS收到后，回送时间提前量信息（通过FACCH）；

（j）MS通过新BSC和新MSC向旧SCM发送切换成功信息。

此后，旧TCH被释放，而控制权仍在旧MSC手中。