8.3WCDMA的系统构成

图8-6 UMTS的系统结构
8.3.1 WCDMA的R99版本系统构成 的 版本系统构成
从3GPP R99标准的角度来看，UE和UTRAN（ UMTS的陆地无线接入网络）由全新的协议构成，其 设计基于WCDMA无线技术。而CN则采用了GSM/GPRS 的定义，这样可以实现网络的平滑过渡，此外在第 三代网络建设的初期可以实现全球漫游。 主要工作进展： 制定FDD和TDD无线接口规范 GSM与UMTS的切换 ARM多速率自适应语音编码 UMTS网络功能单元构成如图8-7所示：
表8-2 R4接口协议（1）
接口 A Iu-CS B C D E F G Gs H Ga Gb Gc Gd 连接实体 MSC——BSC MSC ——RNS MSC——VLR MSC——HLR VLR——HLR MSC——MSC MSC——EIR VLR——VLR MSC——SGSN HLR——AuC MSC——PSTN/ISDN/PSPDN SGSN——CG SGSN——BSC GGSN——HLR SGSN——SM-GMSC/IWMSC TUP/ISUP GTP' BSSGP MAP MAP MAP MAP MAP MAP MAP BSSAP+ 信令与协议 BSSAP RANAP
表8-3 R4接口协议（2）
SGSN——SCP Gf Gi Gp Gn Gr Iu-PS Mc Nc Nb Mh SGSN——EIR GGSN——PDN GSN——GSN（Inter PLMN） GSN——GSN（Intra PLMN） SGSN——HLR SGSN——RNC CAP MAP TCP/IP GTP GTP MAP RANAP
8.3.2 WCDMA的R4版本 的 版本
R4版本网络是基于 3GPP TS23.002 V4.3.0 2001.6 版本。与R99版本网络一样，R4网络基本结 构同样分为核心网和无线接入网。其主要变化在核 心网，无线网络没有实质性的变化。 主要工作进展： 引入低码片速率TDD UTRAN Repeater的规范 DSCH在软切换中的功率控制 引入下一代网络（NGN）的层次结构 结构图见图8-8。
8.3 WCDMA的系统构成 WCDMA的系统构成
学习目标： 1.掌握R99和R4版本的WCDMA的系统构成以及各 自的特点，比较两个版本的相同点和不同点； 2.理解R5版本的WCDMA系统的IP多媒体子系统； 3.能用自己的语言简述WCDMA的应用； 4.了解WCDMA的主要参数及特点。
8.3 WCDMA的系统构成 WCDMA的系统构成
（5）系统接口 3G WCDMA R99版本系统与2G GSM网络相比，CN 部分的接口变化不大，UTRAN部分主要有如下接口： ①Cu接口：是USIM卡和ME之间的标准电气接口。 ②Uu接口：是WCDMA的系统无线接口。UE通过Uu接口 接入到UMTS系统的固定网络部分。 ③Iu接口：是连接UTRAN和CN的接口。 ④Iur接口：是连接RNC之间的开放标准接口，Iur接 口是UMTS系统特有的接口，用于对RAN中移动台的移 动管理。 ⑤Iub接口：是连接Node B与RNC的接口。
（4）外部网络（External Networks） 外部网络主要可以分为两类： ①电路交换型外部网络（CS Networks）：提 供电路交换的连接服务，如语音服务。ISDN 和PSTN均属于电路交换型外部网络。 ②分组交换型外部网络（PS Networks）：提 供数据包的连接服务。Internet属于分组数 据交换型外部网络。
（2）陆地无线接入网UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network） 它分为基站（Node B）和无线网络控制器（RNC）两部分。 ①Node B： Node B是WCDMA R99系统的基站（即无线收发信机）。通 过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的 处理。它的主要功能是扩频/解扩、调制/解调、信道编码及 解码等，还包括基带信号和射频信号的相互转换、内环功率 控制等的无线资源管理等功能。 ②无线网络控制器RNC（Radio Network Controller） RNC是用于控制UTRAN的无线资源，主要完成连接建立/断 开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。
R5主要工作进展 主要工作进展： 3GPP R5主要工作进展：
在无线接入网上引入了HSDPA的概念 改善下行分组数据传输性能，有望得到8～10Mbit/s 峰值数据速率和2～3倍容量提高 UTRAN传输上引入基于IP的方式 RAN节点同若干个CN节点的域内连接
图8-9 WCDMA的R5版本的结构
（6）主要参数与特点 WCDMA R99标准的系统的特点和基本参数为： 扩频方式：可变扩频比的直接扩频； 载波扩频速率：4.096MChip/s； 每载波带宽：5MHz（可扩展为10/20MHz）； 载波速率：16～256kbit/s； 帧 长：10ms； 时隙长度（功率控制组）：0.625ms； 调制方式：QPSK； 基站间同步：异步； 分集方式：Rake十天线； 功率开关：开环十自适应闭环方式（功率速率为l.6kbit/s）； 业务复用：有不同服务质量要求的业务复用到一个连接中； 多速率概念：可变的扩频因子和多码； 检测：使用导频符号或公共导频进行相关检测； 多用户检测，智能天线：标准支持，应用可选。
IP多媒体子系统具备以下功能单元： 呼叫会话控制功能（CSCF） 媒体网关控制功能（MGCF） IP多媒体网关功能（IM-MGW） 多媒体资源功能控制器（MRFC） 多媒体资源功能处理器（MRFP） 签约定位功能（SLF） 出口网关控制功能（BGCF） 应用服务器（AS） 信令网关功能（SGW）
为了实现接入的独立性和支持无线终端与 Internet互操作的平滑性，IP多媒体子系统尽量采 用与IETF一致的因特网标准。因此，定义的接口 跟IETF的因特网标准也是尽可能的一致。 IP多媒体子系统的应用： IP多媒体子系统使运营商能为他们的用户提供基 于因特网的应用、服务和协议的多媒体业务。 IP多媒体子系统能集成语音、图像、消息、数据 和基于Web的技术来为无线用户服务，并把因特 网的发展和移动通信的发展结合起来。
图8-8 WCDMA的R4版本的结构
与R99版本相比，R4版本中PS域的功能实体SGSN和 GGSN没有改变，与外界的接口也没有改变。但为了支持全 IP网发展需要，R4版本中CS域实体有所变化，如： （1）MSC根据需要可分成两个不同的实体： ① MSC服务器（MSC Server）：MSC Server主要由MSC的 呼叫控制和移动控制组成，负责完成CS域的呼叫处理等功 能。 ②电路交换媒体网关（CS-MGW）：CS-MGW是 CS-MGW CS-MGW PSTN/PLMN的传输终接点，用于处理用户数据 。 （2）HLRபைடு நூலகம்体更新为归属位置服务器。 （3）R4版本新增一个实体：信令网关（SGW）。 （4）在R4网络中也新增一些接口协议，如下表8-2，表8-3 所示。
8.3.1 WCDMA的R99版本系统的构成 8.3.2 WCDMA的R4版本系统构成 8.3.3 WCDMA的R5版本系统构成
UMTS系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构： 用户终端设备（User Equipment，UE）：UE通过Uu接口与网 络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务 功能 无线接入网络（Radio Access Network，RAN）：处理所有与 无线有关的功能。 核心网络（CoreNetwork，CN）：处理UMTS系统内所有的 话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。 CN从逻辑上分为：电路交换域（Circuit Switched Domain，CS） 和分组交换域（Packet Switched Domain，PS） UTRAN、CN与用户设备UE（User Equipment）一起构成了 整个UMTS系统。其系统结构如图8-6所示。
（3）核心网络CN（Core Network） CN负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理。CN中有多 个功能实体，主要如下： ①MSC/VLR：是WCDMA R99核心网CS域功能节点，主要功能是提 供CS域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 ②GMSC：是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点，是 可选功能节点，主要功能是充当移动网和固定网之间的移动 关口局，完成PSTN用户呼移动用户时呼入呼叫的路由功能， 承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。 ③SGSN：是WCDMA R99核心网PS域的功能节点，主要提供PS域 的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。 ④GGSN：是WCDMA R99核心网PS域功能节点，主要功能是同外 部IP分组网络的接口功能。 ⑤HLR：是WCDMA R99核心网CS域和PS域共有的功能节点，主要 功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权 等功能。
图8-7 UMTS网络单元构成示意图
（1）用户终端设备UE（User Equipment） 它主要包括：射频处理单元、基带处理单元、 协议栈模块以及应用层软件模块等。 UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用 户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普 通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（ 如E-mail WWW浏览FTP等）。 UE包括两部分： ①ME（Mobile Equipment），提供应用和服务； ②USIM（UMTS Subscriber Module），提供用户 身份识别。
（G）MSC Server——CS-MGW H.248 MSC Server——GMSC Server CS-MGW ——CS-MGW HSS——R-SGW ISUP/TUP/BICC
8.3.3 WCDMA的R5版本系统构成 的 版本系统构成
R5阶段的UMTS基本网络的结构如图8-9所示。 基本网络的网元实体继承了R4的定义，没有变化。 不同点： 1.增加了IP多媒体子系统实体 2.基本网络和IM多媒体子系统间也增加了相应的接 口 3.要求 BSC 提供 Iu-CS 接口和 Iu-PS 接口，这 是R5网络和 R4以及 R99网络的一个主要不同 4.增加了HSS实体替代HLR，它在功能上比HLR强， 支持IP多媒体子系统。