WCDMA系統網絡結構

2019-11-03 09:30:28

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供稿：網友

北京郵電大學無線新技術研究室崔春風徐國鑫張平　　摘要：WCDMA是3G三種主流標準的一種。WCDMA系統可以分為無線接入和網絡結構兩部分，本文介紹其網絡結構部分。WCDMA網絡結構可分為無線接入網和核心網兩部分，本文首先重點闡述了無線接入網的結構，對Iu、Iur、Iub接口協議模型進行了分析；接著對R99的核心網和全ip的核心網結構和相關功能實體進行了概述。

　　關鍵詞：WCDMA 無線接入網 R99核心網全IP核心網

引言

　　WCDMA是目前全球三種主要的第三代移動通信體制之一，是未來移動通信的發展趨勢。WCDMA系統是IMT-2000家族的一員，它由CN（核心網）、UTRAN（UMTS陸地無線接入網）和UE（用戶裝置）組成。UTRAN 和UE采用WCDMA無線接入技術。WCDMA網絡在設計時遵循以下原則：無線接入網與核心網功能盡量分離。即對無線資源的管理功能集中在無線接入網完成，而與業務和應用相關功能在核心網執行。無線接入網是連接移動用戶和核心網的橋梁和紐帶。其滿足以下目標：

-允許用戶廣泛訪問電信業務，包括一些現在還沒定義的業務，象多媒體和高速率數據業務。

-方便的提供與固定網絡相似的高質量的業務（特別是話音質量）。

-方便的提供小的、容易使用的、低價的終端，它要有長的通話和待機時間。

- 提供網絡資源有效的使用方法（特別是無線頻譜）。

　　目前，WCDMA系統標準的R99版本已經基本穩定，其R4、R5和R6版本還在緊鑼密鼓的制訂中。WCDMA系統的網絡結構如圖1所示。

圖1 WCDMA系統結構

　　WCDMA系統由三部分CN（核心網）、UTRAN（無線接入網）和UE（用戶裝置）組成。CN與UTRAN的接口定義為Iu接口，UTRAN與UE的接口定義為Uu接口。

　　本文將重點闡述WCDMA系統的網絡結構。其網絡結構的基本特點是核心網從GSM的核心網逐步演進和過渡；而無線接入網則是革命性的變化，完全不同于GSM的無線接入網；而業務是完全兼容GSM的業務，體現了業務的連續性。

無線接入網

　　UTRAN包括許多通過Iu接口連接到CN的RNS。一個RNS包括一個RNC和一個或多個Node B。Node B通過Iub接口連接到RNC上，它支持FDD模式、TDD模式或雙模。Node B包括一個或多個小區。

　　UTRAN內部，RNSs中的RNCs能通過Iur接口交互信息, Iu接口和Iur接口是邏輯接口。Iur接口可以是RNC之間物理的直接相連或通過適當的傳輸網絡實現。

UTRAN結構如圖2所示。

圖2 UTRAN結構

　　Iu、Iur、Iub接口分別為CN與RNC、RNC與RNC、RNC與Node B之間的接口。圖3所示為ＵＴＲＡＮ接口通用協議模型。此結構依據層間和平面間相互獨立原則而建立。

圖3 UTRAN接口通用協議模型

　　協議結構包括三層，無線網絡層、傳輸網絡層和物理層。所有UTRAN相關問題只與無線網絡層有關，傳輸網絡層只是UTRAN采用的標準化的傳輸技術，與UTRAN的特定的功能無關。物理層可用E1、T1、STM-1等數十種標準接口。

　　控制平面包括無線網絡層的應用協議以及用于傳輸應用協議消息的信令承載。

　　在Iu接口的無線網絡層是無線接入網應用協議（RANAP），它負責CN和RNS之間的信令交互。在Iur接口的無線網絡層是無線網絡子系統應用協議（RNSAP），它負責兩個RNS之間的信令交互。在Iur接口的無線網絡層是Ｂ節點協議（NBAP），它負責RNS內部的RNC與Node B之間的信令交互。

　　在傳輸網絡層三個接口統一應用ATM傳輸技術，3GPP還建議了可支持七號信令的SCCP、MTP及IP等技術。

　　應用協議在無線網絡層建立承載。信令承載與ALCAP的信令承載可同可不同。信令承載由操作維護（Ｏ&M）建立。

　　用戶平面包括數據流和用于傳輸數據流的數據承載。數據流是各個接口規定的幀協議。

　　傳輸網絡控制平面只在傳輸層，它不包括任何無線網絡控制平面的信息。它包括用戶平面傳輸承載（數據承載）所需的ALCAP協議，還包括ALCAP所需的信令承載。傳輸網絡控制平面的引入使得無線網絡控制平面的應用協議完全獨立于用戶平面數據承載技術。

　　用戶平面的數據承載和應用協議的數據承載屬于傳輸網絡用戶平面。

R99核心網

　　為了第二代向第三代的平滑過渡和演進，目前R99核心網包括三個域，CS（電路交換）域、PS（分組交換）域和BC（廣播）域，分別處理電路交換業務、分組交換業務和廣播組播業務。R99核心網的CS域指GSM的核心網，PS域指GPRS的支持節點。CS域處理傳統的電路交換業務，每次通信需占用占用的一些資源建立專用的一條鏈路，如語音業務；PS域處理分組交換業務，不需要建立專用鏈路，每個分組都自己找路由。R99核心網主要有以下一些設備：

●移動業務交換中心(MSC)：對位于它管轄區域中的移動臺進行控制、交換的功能實體。

●服務GPRS支持節點（SGSN）：執行移動性管理、安全管理和接入控制和路由選擇等功能。

●網關GPRS支持節點（GGSN）：負責提供GPRS PLMN與外部分組數據網的接口，并提供必要的網間安全機制（如防火墻）。

●拜訪位置寄存器(VLR)：MSC為所管轄區域中MS呼叫接續所需檢索信息的數據庫。VLR存儲與呼叫處理有關的一些數據，例如用戶的號碼，所處區域的識別，向用戶提供的業務等參數。

●歸屬位置寄存器(HLR)：管理部門用于移動用戶管理的數據庫。每個移動用戶都應在其歸屬位置寄存器中注冊登記。

●鑒權中心(AUC)：為認證移動用戶的身份和產生相應鑒權參數的功能實體。

　　另外，R99核心網還包括一些智能網設備和短消息中心等設備。

圖4 R99核心網結構

　　R99核心網只是為2G向3G系統過渡而引入的解決方案，真正的WCDMA系統核心網是全IP核心網，目前在R4和R5標準中已制定了大致方案。

全IP核心網

　　全IP核心網體系結構基于分組技術和IP電話，用于同時支持實時和非實時的業務。此核心網體系結構可以靈活的支持全球漫游和與其它網絡的互操作，諸如：PLMN、2G網絡、PDN和其它多媒體VOIP網絡。此核心網主要包括三部分：GPRS網絡、呼叫控制和網關。

　　GPRS網絡部分同R99 GPRS PS網絡，而GPRS網絡中HLR功能由歸屬用戶服務器提供（HSS）。

　　網絡結構中呼叫控制部分是最重要的功能。CSCF（呼叫狀態控制功能）、MGCF（媒體網關控制功能）、R-SGW（漫游信令網關）、T-SGW（傳輸信令網關）、MGW（媒體網關）和MRF（多媒體資源功能）組成了呼叫控制和信令功能。CSCF與H.323網守或SIP服務器相似。此體系結構是一個通用結構而不是基于一個具體的H.323或SIP的呼叫控制解決方案。

　　用戶特征文件被保存在HSS中。與多媒體IP網絡通信的信令只能通過CSCF，而業務則直接通過GGSN就可。MRF與所有業務承載實體協調業務承載事宜，而與CSCF協商信令承載事宜。MRF提供媒體混合、復用以及其它處理和產生功能。

　　與其它網絡（諸如PLMN、其它PDN、其它多媒體VOIP網絡和2G繼承網絡GSM）的互聯由GGSN、MGCF、MGW、R-SGW和T-SGW支持。其它PLMN網絡與本網的信令和業務接口是它們的GPRS實體。CSCF作為一個新的實體通過信令也參與此過程。到繼承網絡的信令通過R-SGW、CSCF、MGCF、T-SGW和HSS，而和PSTN網絡的業務承載接口通過MGW。

圖5 全IP核心網結構

總結

　　WCDMA系統的網絡結構包括核心網和無線接入網兩部分。對于核心網采取由GSM的核心網逐步演進的思路，即由最初的GSM的電路交換的一些實體，然后加入GPRS的分組交換的實體，在到最終演變成全IP的核心網。這樣可以保證業務的連續性和核心網絡建設投資的節約化。而對于無線接入網，由于WCDMA方式是完全不同與GSM的TDMA的無線接入方式，所以無線接入網是全新的，完全不同于GSM的基戰子系統。所以WCDMA系統的無線接入網需要重新進行無線網絡規劃和布站。

　　WCDMA網絡的設計遵循了網絡承載和業務應用相分離、承載和控制相分離、控制和用戶平面相分離的原則，這樣使得整個網絡結構清晰，實體功能獨立，便于模塊化的實現。

摘自《賽迪網》

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