第三代移动通信系统的网络结构

第三代移动通信系统的网络结构

摘要: 采用何种网络结构是第三代移动通信系统的一个重要的问题, 也是它能否取得成功的关键。第三代移动通信系统的网络结构主要由三部分组成: 接入网, Iu接口和核心网。本文综述了各种接入网与核心的结构, 功能, 优缺点及有待于进一步研究的问题。也介绍的标准的Iu接口的结构、功能。

关键词: UMTS, 接入网, 核心网, Iu接口, ATM, IP

一、引言

第三代移动通信系统的出现是与人们对更高比特速率的数据业务和更好的频谱利用率的迫切需求分不开的。国际电信联盟（ITU）1996年开始对全球个人通信进行研究并为未来第三代移动通信系统确定了长期的频率需求。第三代移动通信系统将提供能全球接入和全球漫游的广泛业务。IMT2000室全球的卫星和陆地通信系统, 它能提供包括像语音、数据和多媒体的各种业务, 而在不同的射频环境下质量和固定电信网一样好甚至更好的目标是提供一个全球的覆盖使得移动终端能在多个网络间无缝漫游。第三代移动通信系统将适应各种无线环境, 从城区到郊区, 从丘陵地区到山区, 微蜂窝, 微微蜂窝和室内环境向任何人, 在任何时间, 任何地方提供业务。这就要求它能够全球漫游, 各种通信网络能够互连互通, 是第三代移动通信系统的网络结构要解决的主要问题。3GPP所采用的网络结构是UMTS, 如图1所示。它主要由三部分组成, 接入网, Iu接口和核心网。

UMTS网络的目标是提供一个单一综合的系统, 用户在各种环境下以标准的方式接入此系统, 并可方便地使用业务。允许各种服务网络和原籍环境提供不同的业务。可提供各种通信业务, 包括固定网提供的业务和移动网特定的速率可达2Mb/s的业务。可通过手持, 便携式, 车载, 可移动及固定终端在各种环境下提供业务。对漫游用户, 提供和它原籍环境一样的业务。可灵活地引入新的业务。

UMTS除了提供话音、数据业务外, 还必须提供移动多媒体业务, UMTS系统所提供的移动多媒体业务如图2所示。

二、无线接入网（RAN）

在UMTS结构中包括一通用无线接入网, UMTS无线接入网（URAN）。URAN可以有多种不同的实现方式。根据不同的条件和环境, 即可以利用已有的接入网通过进化来实现, 也可利用先进的技术实现全新的接入网。下面介绍几种主要的接入网。

1. UMTS陆地无线接入网（UTRAN）的结构

UTRAN是一种全新的接入网, 是UMTS最重要的一种接入方式, 适用范围最广。定义UTRAN结构的基本原则: 信令网和数据传输网在逻辑上分开；UTRAN和CN的功能将和传输功能完全分开；UTRAN和CN使用的寻址方式将和传输功能的寻址方式无关；宏分集（FDD模式）的处理完全在UTRAN内；RRC连接的移动性完全由UTRAN控制；定义UTRAN接口时, 通过接口的功能划分应有尽量少的可选项；应基于此接口控制的实体的逻辑模型。

传输网的控制平面是用于传输承载管理的接口协议结构的功能平面。传输网的控制平面实际使用的信令协议和下面传输层技术有关。

1）UTRAN的结构

UTRAN由一组通过Iu接口连接到核心网的无线网络子系统（RNS）组成。一个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和一个或多个节点B组成。节点B通过Iub接口连接到RNC。

节点B可以支持FDD模式, TDD模式或双模式。RNC包含支持不同节点B之间宏分集的合并/拆分功能, 对需要和UE有信令连接的切换作出决定。支持FDD模式的B节点可以包含一任选的支持节点B内宏分集的合并/拆分功能。

在UTRAN内, 无线网络子系统内的RNCs可通过Iur 进行连接。Iu和Iur接口是逻辑接口。可通过RNCs间的物理的直接连接或通过任一适合的传输网络来传送Iur。

RNS负责它范围内的蜂窝所需资源。对于用户设备和UTRAN间的每个连接, 有一个RNS 为服务RNS。若需要, 漂移（Drift）RNSs可提供无线资源来支持服务RNS。

2）UTRAN的功能

系统接入是UMTS用户连接到UMTS以便使用UMTS业务的方法。用户系统接入的发起者即可以是移动端, 也可以是网络端。

2. 和整个系统接入控制有关的功能有允许控制、拥塞控制和系统信息广播。

允许控制的目的是允许或拒绝新的用户, 新的无线接入承载或新的无线链路；

拥塞控制的任务是监视, 检测和处理系统接近超载的情况或已连接的用户处于超载的情况；系统信息广播的功能为移动台提供UE在网络内运行所需的接入层和非接入层的信息。

（2）无线信道的加密和解密: 此功能是纯粹的计算功能, 用来保护无线传输的数据。加密和解密可以使用与会话有关的密钥, 密钥是从信令及和会话相关的信息中导出的。

（3）和移动性有关的功能包括切换和SRNS重新定位。

切换的功能管理无线接口的移动性, 它基于无线测量并用于保持核心网所要求的QoS, 切换功能既可以由网络控制, 也可以由UE控制；

SRNS重新定位的功能是另一个RNS接管SRNS的功能。

（4）与无线资源管理和控制有关的功能有无线资源的配置和运行、无线环境的测量、FDD 模式的宏分集控制、无线承载连接的建立和释放、无线承载的分配和释放、TDD模式的动态信道分配（DCA）、无线协议功能、RF功率控制与设置、无线信道编/译码以及信道编码控制、初始（随机）接入检测和处理以及对非接入层信息的CN分配功能。

无线资源的配置和运行功能完成无线网络资源（既蜂窝和公共传输信道）的配置, 使用资源或释放资源；

无线环境的测量功能完成无线信道（本蜂窝和邻近蜂窝）的测量, 并将测量结果转换成无线信道的质量估计；

FDD模式的宏分集控制功能控制信息流的复用和还原, 此信息流是通过多物理信道从移动终端接受或传输到移动终端的同一信息；

无线承载连接的建立和释放功能负责控制无线接入子网中连接单元的建立和释放；

无线承载的分配和释放功能是根据无线接入承载的QoS, 将连接单元建立/释放请求翻译成物理无线信道的分配/释放；

TDD模式的动态信道分配（DCA）功能用于TDD模式, 它包括快速DCA和慢速DCA；

无线协议功能是利用将业务适配成无线传输来提供用户数据和信令通过UMTS的传输能力。它还包括业务的复用和Ues的无线承载的复用, 打包和还原, 根据无线接入承载的QoS 进行确认/非确认的传输；

RF功率控制与设置这一组功能控制传输的功率来减少干扰和保持连接的质量。它包括上行链路外环功率控制、下行链路外环功率控制、上行链路内环功率控制、下行链路内环功率控制、上行链路开环功率控制和下行链路开环功率控制；

无线信道编/译码以及信道编码控制功能生成信道编码/译码过程所需的控制信息；

初始（随机）接入检测和处理功能是检测移动台的初始接入并恰当地给以响应；

对非接入层信息的CN分配功能是在RRC协议中, 非接入层的信息将利用直接传送过程在接入层内透明地传输。UE和SRNC中的分配功能将接入层信息中的CN域的指示器分配给适当的非接入层实体。

2. 宽带无线接入网（BRAN- Broadband Radio Access Networks）

进化的GPRS网络应允许各种无线接入网络相连。在UMTS进化中, 建议使用模块式的接入方式, 这也与GMM的建议一致。因此由核心网和接入网组成的基础网允许使用不同的接入技术和网络。EP BRAN HIPERLAN 2作为GSM BSS和UTRAN的补充, 用于在热点环