WCDMA R99核心网介绍
WCDMA网络结构和功能分析
WCDMA网络结构和功能分析WCDMA网络结构和功能分析一、UMTS体系UMTS（Universal Mobile Telecommunication System，通用移动通信系统）是采用WCDMA 空中接口的第三代移动通信系统，通常也称为WCDMA通信系统。
通过3GPP的标准化工作，UMTS的技术在不断地更新和增强。
为了尽快将WCDMA系统商用，3GPP对UMTS的系列规范划定了不同的版本。
首先完成标准化工作的版本是R99，也称为WCDMA第一阶段。
这个版本的功能基本稳定，终端和网络侧设备也经过了很多实验系统和实际运营的测试。
随后3GPP在R99的基础上推出R4、R5，又在R4的基础上进行了技术更新和增强。
尽管3GPP考虑了新旧版本的兼容性问题，要充分获得新版本的技术优势，还是需要对原有系统作一些大的改动，因此运营商出于各自的实际情况可能直接选用较新的版本。
R4的标准化工作也已基本结束，有一些设备厂商可以提供商用设备，R4和R99对比，设备成熟性和运营经验要少一些。
R5的规范制定工作还没有全部完成。
鉴于R5标准化进度的不断延期，3GPP又提出了新的版本R6，将一部分无法如期完成的功能并入R6的计划。
目前R6的功能范围还未确定，增加了许多新的业务功能，实现全IP是这一阶段的最高目标。
二、WCDMA R99系统的设备和功能从系统结构和功能上看，WCDMA系统可以分成无线接入网络（RAN）和核心网（CN）。
无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，由于采用了UTRA（UMTS的陆地无线接入网络）技术，所以称之为UTRAN。
CN负责处理WCDMA系统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。
这两个单元和用户终端设备一起构成了整个UMTS系统。
1．MS（移动台）MS(或称UE)是用户终端设备。
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。
WCDMA系统支持两种接入网络技术，即GSM/GPRS的BSS和UTRAN。
WCDMA基础知识介绍
信道编码技术
使用信道编码目的：进行前向纠错。 信道编码技术：是通过给原数据添加冗余信息，从而获得纠错能力。 目前使用较多的是卷积编码和Turbo编码（1/2，1/3）。
信道编码原则
对于不同的信道，一般如下表原则进行编码：
3G技术演进介绍及比较 数字移动通信基础 WCDMA R99系统网络架构 WCDMA R99关键技术 WCDMA无线接口 WCDMA R99测试项目介绍
发射功率 手机 设定SIR目标 基站
TPC命令
多用户检测技术
多用户检测技术目的： 在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大概分为三种类型：加性白噪 声、干扰多径干扰与多用户间的多址干扰。 由于在同一个小区间同时通信的用户不是一个而是多个，在码分 多址中多个用户占用同一时隙、同一频率，当同时通信用户数较多 时，多址干扰成为最主要的干扰。CDMA 系统是一个多入多出 （MIMO ）系统，采用传统的单入单出（SISO ）检测方法，如匹配 滤波器，不能充分利用用户间的信息，而将多址干扰认为是高斯白 噪声。所以多址干扰不仅严重影响系统的抗干扰性，而且也严格限 制了系统的容量提高。因此多用户检测的作用就是去除多用户之间 的相互干扰。
大纲提要
3G技术演进介绍及比较 数字移动通信基础 WCDMA R99系统网络架构 WCDMA R99关键技术 WCDMA无线接口 WCDMA R99测试项目介绍
功率控制
B 功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标即为所有的信号到达基 站的功率相同，功率控制可以补偿衰落接收功率不够时，要求发射方增大发射功率。
智能天线原理
原理：降低来自其他干扰方向的干扰 ， 提高所需信号方向的接 收灵敏度，扩大基站的覆盖范围 ，改善信号的传输质量。
WCDMA(核心网部分)
STP ：
不同本地网间的移动信令转接
GMSC/GW ：
VMSC/VLR ：
SSP/IP：
HLR/AuC ：
移动本地网与外网 （固定网或其他运营商的 移动网）的关口完成 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；同时也完成 移动呼叫本地固定的话路汇接功能； VMSC ，下挂 RNC 或 BSC, 负责电路域的呼 叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。 VLR 存贮 用户签约信息 ； 保存用户当前 状态信息 ； 配合 VMSC 完成所有业务流 程 ； SSP 实现 CAMEL 的呼叫控制功能（CCF） 、业 务 交 换 功 能 （ SSF ） , IP 实 现 SRF(Specialised Resource Function)功能 HLR 提供签约用户数据的存储与处理； AuC 提供对签约用户的鉴权数据的管理、 计算功 能。
WCDMA
核心网络关键设备（CS电路域）
MSC/VLR：完成电路交换型业务的交换功能和信令控制功能
移动性管理: MM&MAP
位置更新流程 切换控制 鉴权与认证
附着与分离
呼叫流程
UNI侧信令：移动专有的CM控制信令 NNI侧信令：ISUP/TUP
短消息控制:
GMSC：在某一个网络中完成移动用户路由寻址功能的MSC。GMSC可 以与MSC合设，也可分设 TMSC（汇接中心）: 完成骨干话路由功能
WCDMA 分组域（PS）网络核心技术
移动性管理
Attach/Detach 位置更新
WCDMA核心网的演进
WCDMA核心网的演进3GPP组织自从1998年12月成立以后，一直致力于WCDMA技术规范的制定和完善。
R99版本主要继承了前期ETSI标准化组织在WCDMA规范上的研究成果，在2000年3月功能框架冻结。
R99主要特征包括：（1）核心网在逻辑上分为CS（电路域）和PS（分组域），保持了与2G（GSM/GPRS）核心网络结构的兼（2）核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM，其中CS业务基于ATM AAL2容性。
承载，分组业务基于ATM AAL5承载。
（3）电路域只支持TDM传输技术。
（4）分组域网络结构与GPRS基本一致，包括SGSN、GGSN、BG、CG等功能实体。
（5）可以在一体化的物理实体UMSC中，实现CS MSC和PS SGSN的所有功能，简化网络结构。
R4版本于2001年3月完成功能框架的冻结。
其主要功能特征包括：（1）继承了R99功能。
（2）与R99一致，核心网在逻辑上分CS和PS。
（3）核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM和IP技术。
（4）电路域可以基于TDM、ATM、IP多种传输技术。
（5）电路域结构发生变化，由MSC Server、GMSC Server 和MGW构成，实现了网络的分层化，即控制和承载相分离。
（6）电路域NNI 侧信令采用ITU新定义的BICC信令，实现控制与承载的无关性。
（7）分组域网络结构与R99一致，包括SGSN、GGSN、BG、CG等功能实体。
（8）增加了业务功能，包括宽带AMR语音、GTT业务、增强的LCS业务、增强的MExE 功能、视频媒体流业务等。
R5版本于2002年3月完成功能框架的冻结。
R5版本的主要功能特征包括：（1）继承了R4所有的业务和功能。
（2）核心网除保留了原有的CS和PS外，还增加了IP多媒体域，实现实时IP多媒体业务。
（3）RAN向IP方向发展，核心网和接入网之间的Iu接口基于ATM或IP。
（4）新增IP多媒体域的实现机制，可实现端到端的IP语音业务。
WCDMA基本网络结构
2008-04-08 12:26WCDMA是3G三种主流标准的一种。
WCDMA系统可以分为无线接入和网络结构两部分，本文介绍其网络结构部分。
WCDMA网络结构可分为无线接入网和核心网两部分，本文首先重点阐述了无线接入网的结构，对Iu、Iur、Iub接口协议模型进行了分析；接着对R99的核心网和全IP的核心网结构和相关功能实体进行了概述。
引言WCDMA是目前全球三种主要的第三代移动通信体制之一，是未来移动通信的发展趋势。
WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户装置）组成。
UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。
WCDMA网络在设计时遵循以下原则：无线接入网与核心网功能尽量分离。
即对无线资源的管理功能集中在无线接入网完成，而与业务和应用相关功能在核心网执行。
无线接入网是连接移动用户和核心网的桥梁和纽带。
其满足以下目标：-允许用户广泛访问电信业务，包括一些现在还没定义的业务，象多媒体和高速率数据业务。
-方便的提供与固定网络相似的高质量的业务（特别是话音质量）。
-方便的提供小的、容易使用的、低价的终端，它要有长的通话和待机时间。
- 提供网络资源有效的使用方法（特别是无线频谱）。
目前，WCDMA系统标准的R99版本已经基本稳定，其R4、R5和R6版本还在紧锣密鼓的制订中。
WCDMA系统的网络结构如图1所示。
图1 WCDMA系统结构WCDMA系统由三部分CN（核心网）、UTRAN（无线接入网）和UE（用户装置）组成。
CN与UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定义为Uu接口。
本文将重点阐述WCDMA系统的网络结构。
其网络结构的基本特点是核心网从GSM的核心网逐步演进和过渡；而无线接入网则是革命性的变化，完全不同于GSM的无线接入网；而业务是完全兼容GSM的业务，体现了业务的连续性。
无线接入网UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS。
WCDMA核心网介绍—ps域部分
IMT-2000 CDMA TDD (IMT-TD) IMT-2000 TDMA SC (IMT-TD)
IMT-2000 TDMA FT (IMT-FT)
UTRA TDD)
IMT-2000标准化 发 展 历 程
无 线 接 口
cdma2000 UWC-136
核 心 网 (Core Network) IS-41核心网 (CDMA网络)
Iur
DRNC
Iu-PS
external PLMN
核心网网元实体与作用
移动交换中心（MSC）: CS域网络的核心，提供交换和完成
移动用户寻呼接入、信道分配等重要任务，并提供面向系统其它 功能实体和面向固定网的接口功能。作为网络的核心，MSC与其 他网络单元协同工作，完成移动用户位置登记、越区切换和自动 漫游、合法性检验及频道转接等功能。
WCDMA 核心网PS域培训
PS域总体介绍
核心网(CN)：PLMN（公用陆地移动网络）从逻 辑结构上划分为核心网和接入网两个部分， 核心网分为CS域和PS域以及IP多媒体子系统. CS域：CS域主要指向用户提供电路交换型业务 的CN实体，这些实体有：MSC、GMSC、 VLR； PS域：PS域主要指向用户提供分组交换型业务 的CN实体，这些实体有：SGSN、GGSN；
1G
2G
2G—当前通信市场的主角
话音
PSTN 2G
数据
ISDN
SC 以语音业务为主 提供9.6k低速电路型数据业务
But…...
电话怎么老掉线？
UMTS
用户密度急剧增长 数据业务需求不断提高 2G系统受空中接口及网络 能力的限制，难以满足市 场的需求。
3G 发 展 目标
浅析WCDMA中的R99和R4核心网电路域差异
浅析WCDMA中的R99和R4核心网电路域差异作者：刘小鹏来源：《电脑知识与技术》2012年第12期摘要：3GPP组织对WCDMA进行了标准的制定，WCDMA它包含R99、R4、R5和R6等四个不同的版本模式，目前R99和R4大部分生产厂家都能够提供系统的解决方案，而R5和R6的技术还不是十分成熟。
但是R99的技术在运行中非常稳定，R99其主要特点是它采用了WCDMA的无线接入技术，它保留了原有的GSM电路交换域，新增加了分组交换的数据业务，这样它既可以保留原有的话路业务又支持分组交换的数据业务。
R4技术是一种由传统的交换技术向分组交换化发展的技术。
它与R99相比，主要的不同点在于它采用了软交换技术，承载与控制完全分开的软交换体系，话音部分是通过分组交换来完成的。
此外，R4还有信令的分组，它包括ATM和IP基于的两种不同方式。
该文就R99和R4核心网电路域差异进行探讨和分析。
关键词：R99；R4；差异；信令；网络；实体；软交换中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2699-023GPP组织制定了WCDMA的标准，从而为R99、R4的标准奠定了基础和指明了方向。
文中就WCDMA中的R99和R4核心网电路域差异从六个方面即R99和R4在网络结构上的差异，在承载网上的差异，在信令上的差异，在组网模式上的差异，在业务功能上的差异，在设备开发上的差异进行了分析和比较。
1 R99和R4在网络结构上的差异R99在核心网电路域网络结构上主要组成设备有网关（GMSC）设备、移动交换中心（MSC）设备、访问位置存储器（VLR）设备，移动交换中心（MSC）设备/访问位置存储器（VLR）设备和无线网络控制器（RNC）设备，它们之间是通过ATM相互连接的，它们之间的交互是通过ATM信令方式来进行的，AAL2承载的AMR编码是媒体流使用的主要方法。
移动交换中心（MSC）和网关（GMSC），网关（GMSC）和公共交换电话网络（PSTN）以及移动交换中心（MSC）和传统的2GBSS设备相连等均使用传统的TDM连接方式，设备之间的交换是通过TDM窄带七号信令来进行的，其G.711格式的PCM编码是媒体流使用的主要方式。
什么是WCDMA
什么是WCDMAWCDMA是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN （UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统。
目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。
WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，码片速率为3.84Mcps，载波带宽为5MHz。
基于Release 99/ Release 4版本，可在5MHz的带宽内，提供最高384kbps的用户数据传输速率。
新获取移动网络运营牌照的运营商，其决定部署UMTS网络是面临的第一个问题就是选择标准的哪一个版本。
3GPP WCDMA标准历经多年的努力，目前已有R99，R4，R5三个版本完成定稿，其中最新的R5版本于2002年6月完成。
其三个版本各有特色。
R99接入部分主要定义了全新的5MHz每载频的宽带码分多址接入网，采纳了功率控制、软切换及更软切换等CDMA关键技术，基站只做基带处理和扩频，接入系统智能集中于RNC统一管理，引入了适于分组数据传输的协议和机制，数据速率可支持144Kbit/s 、384Kbit/s ，理论上可达2Mbit/s 。
基站和RNC之间采用基于ATM的Iub接口，RNC分别通过基于ATM AAL2的Iu-CS 和AAL5的Iu-PS分别与核心网的CS域和PS域相连。
在核心网定义的过程中，R99充分考虑到了向下兼容GPRS，其电路域与GSM完全兼容，通过编解码转换器实现话音由ATM AAL2至64K电路的转换，以便与GSMMSC互通。
分组域仍然采用了GPRSSGSN和GGSN的网络结构，相对于GPRS，增加了服务级别的概念，分组域的业务质量保证能力提高，带宽增加。
从系统角度来看，系统仍然采用分组域和电路域分别承载与处理的方式，分别接入PSTN和公用数据网。
从一般观点来看，R99比较成熟，较适用于需要立即部署网络的新运营商，同时也适用于拥有GSM/GPRS 网络的既有移动网络运营商，因其充分考虑了对现有产品的向下兼容及投资保护，目前的商业部署全都采用了R99，其主要优点在于：1.技术成熟，风险小；2.多厂商供货环境形成；3.互联互通测试基本完成；但也正因为考虑了向下兼容，R99也存在这样或那样的缺点：1.核心网因为考虑向下兼容，其发展滞后于接入网，接入网已分组化的AAL2话音仍须经过编解码转换器转化为64K电路，降低了话音质量，核心网的传输资源利用率低；2.核心网仍采用过时的TDM技术，虽然技术成熟，互通好，价格合理，但未来存在技术过时，厂家后续开发力度不够，备品备件不足，新业务跟不上的问题，从5-10年期投资的角度来看，仍属投资浪费；3.分组域和电路域两网并行，不仅投资增加，而且网管复杂程度提高，网络未来维护费用较高，演进思路不清晰；4.网络智能仍然基于节点，全网新业务部署仍需逐点升级，耗时且成本高。
WCDMA第三代无线通信系统核心网络介绍
一、前言与目前的手机系统GSM/GPRS比较起来，第三代无线通信系统的出现，将会带来更高的无线频宽与丰富的多媒体应用技术，在第三代无线通信系统中使用者在静止时可以提供2Mbit/sec的频宽，低速移动时可以提供384Kbits/sec的频宽，而在高速移动时则提供144Kbits/sec的频宽。
以这样的频宽来说，不只足以满足许多人对于语音传递的需求，甚至是各式各样的网络服务，都有极大的潜力无时无刻出现在使用者手机中。
第三代无线通信所包含的层面相当广泛，其中包括所会用到的技术以及在商业化过程中所面临的问题，如果以目前的架构来看，我们可以把整个系统大概分为一下五个部分：▪核心网络（Core Network）▪GSM、GPRS无线通信网络（GSM、GPRS Radio Access Network）▪WCDMA/UMTS无线通信网络（WCDMA/UMTS Radio Access Network）▪服务机制与安全（Service and Security）▪手持装置（Terminal Equipment）其中，核心网络所指的就是各系统业者用来连接各无线基地台与后端大众电话网络（PSTN）或是其他资料网络的Intranet。
通过核心网系统业者可以让手机用户的语音资料，经由业者的核心网络传递到目前通信的目的端。
因此在核心网的架构中，除了包含语音媒体资料的转换外，还包括了记录使用者资讯与计费机制的系统。
笔者认为，了解一个无线通信系统最好的方式就是由核心网着手。
因为如果一旦确实了解使用者的语音或是数据资料，是如何通过核心网来传送与处理的话，那整个系统的雏形将会很自然的在脑海中产生，进一步的再由无线通信的协议与界面来着手，在这样的学习过程中，可以在建立一个对系统的轮廓后，再逐一的把各个细节探讨完整，相信这将会是对初学无线通信的读者来说，最好的一个学习道路。
而GSM/GPRS与WCDMA/UMTS的无线通信网络，所指的就是手机与基地台间的无线通信界面与机制，这也是在认识无线通信系统中相当重要的一环。
WCDMA R99核心网介绍
核心网络CS域(HLR/Auc)
• 网元HLR/Auc 来说，从2.5 代GSM网络 演进到3G R99，其在网 络中的位置 和与其他网 元的接口没 有变化
MSC/GMSC
C VLR HLR D Gc Gr
SGSN
GGSN Lh GMLC H Auc
核心网络CS域(HLR/Auc)
R N C
B T S
U m
B T S
N o d e B
c e ll
N o d e B
U u M E
粗线代表用户业务数据 粗线代表用户业务数据 细线代表信令 细线代表信令
S IM -M E i/f
o r
C u
S IM
U S IM
M S
WCDMA的网络单元构成
R99网元介绍
• 无线接入网络(Radio Access Network，RAN)：其 中无线接入网络处理所有与无线有关的功能； • 核心网络(CoreNetwork，CN)：处理WCDMA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)； 分组交换域(Packet Switched Domain, PS)。
G SC M
C
H LR
核心网络CS域(HLR/Auc)
• D接口是HLR和VLR之间的 接口，用来交换移动用户的 位置数据的相应的用户管理 数据。VLR向HLR提供移动 用户的当前位置信息和漫游 号码，而HLR向VLR传递用 户的签约信息。D接口上采 用的信令是MAP .
HLR接口 HLR接口
核心网络CS域(HLR/Auc)
WCDMA结构及关键技术
WCDMA系统结构：CN指核心网，UTRAN接入网，UE用户设备。
UTRAN中，Node B指基站，RNC指基站控制器（或者无线网络控制器）。
基站和手机的接口叫Uu接口，又称空口。
基站和RNC之间的接口叫lub接口，CS和RNC之间的接口叫lu-CS。
PS和RNC之间的接口叫lu-PS接口。
CS用来处理语音业务，PS用来处理数据业务。
RNC和RNC之间的接口称为lur接口，该接口主要是跨RNC切换中使用的。
WCDMA R99/GSM网络结构：从图可以看出2G和3G的接入网部分是完全不同的，但是他们是接入到相同的核心网中去的。
MSC，GMSC是处理语音的，是我们的CS域；SGSN，GGSN是处理数据的，是PS 域。
R99中已经将数据和语音分开了。
以打电话为例，手机的信号先到达基站上，基站再将信号送到RNC里面，RNC再将信号送到核心网，核心网起到一个交换的作用（可以将信号接入到固网中，或者其他地区的路由中）。
接入端也有MSC，信号从MSC到达RNC，再到达基站，再到手机。
RAKE接收机：快衰落是由于多径叠加引起的信号衰落，表现为信号时强时弱，RAKE接收机是一种被动的抵抗快衰落的技术，它将多径信号全部接收下来进行相位叠加后增强信号。
WCDMA的快速功率控制远近效应：两个手机离基站的距离不一样，一个近，一个远。
当这两个手机采用相同功率发射的时候，这两个手机上的信号到达基站的强度肯定是不一样的，离基站近的功率强，离基站远的功率弱，这个时候，离基站近的这个用户开始打电话后，离基站远的用户就没法打电话了。
快速功率控制可以抵抗快衰落，并且解决远近效应问题，功率控制速度可以达到1500次/s ，快速功率控制的优点是：节电，降低干扰，降低远近效应。
WCDMA的切换-切换硬切换存在于GSM和WCDMA，当手机从A小区到B小区的时候，会先切断A小区，再连接B小区，连接可能有短暂的断开。
CDMA和WCDMA都可以使用软切换，软切换在某一个时刻会和两个小区同时连接，因此会耗费一定的资源。
3GPP演进过程中R99R4R5变化
3GPP演进过程中R99，R4,R5版本的主要的变化1.R99是目前最成熟的一個版本，目前國內外已經商用。
它的核心網繼承了傳統的電路語音交換。
2.R4的電路域實現了承載和控制的分離（注：軟交換的概念，如何理解？2005。
6。
17），引入了移動軟交換概念及相應的協定，如BICC、H.248，使之可以採用TrFO等新技術以節約傳輸帶寬並提高通信質量。
此外，R4還正式在無線接入網系統中引入了TD-SCDMA。
3.R5版本在空中介面上引入了HSDPA技術，使傳輸速率大大提高到約10Mbps。
同時IMS域的引入則極大增強了移動通信系統的多媒體能力；智慧網協定則升級到了CAMEL4。
UMTS网络演进UMTS系统是无线技术采用WCDMA的第三代移动通信系统，其标准化工作由3GPP组织完成，到目前为止已经有四个版本，即我们熟知的R99、R4、R5和R 6,下面分别介绍：R99网络R99版本已经稳定，目前处于完善过程中。
它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术，核心网方面基于GSM，即保留GSM电路交换部分，增加了分组域部分，用于支持基于分组交换的数据业务，网络结构图1所示。
在系统能力方面，目前除了支持GSM／GPRS提供的所有业务以外，还支持上下行速率为384Kbps的数据业务。
在业务方面，智能网规范提出了支持能力级CS2的CAMEL3，并提出了OSA的初步架构。
这种组网方式适合于传统的GSM／GPRS运营商，因为运营商可以延用原有核心网设备，增加无线接入网即可实现3G业务，这样就保护了运营商的已有投资。
当然这种组网方式同样适用于现阶段的新运营商，因为与R4、R5版本相比，在技术和设备上更加成熟，有利于运营商迅速开展3G业务。
R4网络R4版本与R99版本比较，在无线接入网方面没有网络结构的变化，只是在无线技术方面提出了一些改进，来提高系统性能。
例如增加了Node B的同步选项，有利于降低与TDD的干扰和网管的实施；规定了直放站的使用，扩大特定区域的覆盖；增加了无线接入承载的QoS协商，使得无线资源管理效率更高。
WCDMA核心网组成
WCDMA核心网组成WCDMA系统的核心网由GSM系统的核心网发展而来。
它由电路域和分组域两大部分组成，电路域负责完成对电路域业务的承载和控制，分组域则负责完成分组域业务的承载和控制。
电路域的业务主要有话音和视频电话，分组域的业务则很丰富，如网页浏览、FTP和流媒体。
电路域有两种不同的架构，分层和非分层架构。
分组域只有非分层架构。
核心网R99版本的技术特点在R99版本中，MSC服务器和媒体网关为合设节点，电路域的核心网承载采用传统的TDM方式。
压缩的话音数据流在到达MSC服务器和媒体网关合设节点后，被码型变换器转为64K话音，然后在核心网中传送。
MSC服务器和媒体网关合设节点间以传统的ISUP信令互通。
R99的主要优势是技术成熟，各设备厂商之间的互通性好。
核心网R4版本的技术特点R4版本的主要特征是控制与承载的分离，原R99版本中合设的MSC服务器和媒体网关被分成两个节点，MSC服务器负责控制功能，媒体网关负责业务的处理和转发。
电路域的核心网承载由TDM转向ATM或IP。
压缩的话音数据流可以无须再经码型变换器转换成64K语音，而是继续以压缩形式在核心网ATM或IP网上传送。
信令也得以在ATM或IP上传送。
核心网R99版本中的MSC/媒体网关R99版本基本沿袭了GSM的核心网结构，因而R99版本中的MSC/媒体网关与GSM系统中的MSC功能很相似，都是负责电路域业务的控制和转发。
不过它们之间还是存在差异的，一个重要的差异是，WCDMA R99中的码型变换器是位于MSC/媒体网关中，而GSM系统中的码型变换器位于BSC或TRC中。
核心网R4版本中的MSC服务器R4版本中，MSC服务器只负责电路域的呼叫控制，由于它处于控制层，与其它相关设备之间只有信令联接：MSC服务器之间的信令是BICC信令，MSC服务器与HLR之间是MAP信令，MSC服务器与媒体网关之间是GCP协议。
由于信令流量的迂回相较与业务流量而言，对系统的影响较小，因此，为了方便系统的运行和维护，通常将MSC服务器集中放置在中心机房。
WCDMA网络结构和功能分析
WCDMA网络结构和功能分析一、UMTS体系UMTS（Universal Mobile Telecommunication System，通用移动通信系统）是采用WCDMA 空中接口的第三代移动通信系统，通常也称为WCDMA通信系统。
通过3GPP的标准化工作，UMTS的技术在不断地更新和增强。
为了尽快将WCDMA系统商用，3GPP对UMTS的系列规范划定了不同的版本。
首先完成标准化工作的版本是R99，也称为WCDMA第一阶段。
这个版本的功能基本稳定，终端和网络侧设备也经过了很多实验系统和实际运营的测试。
随后3GPP在R99的基础上推出R4、R5，又在R4的基础上进行了技术更新和增强。
尽管3GPP考虑了新旧版本的兼容性问题，要充分获得新版本的技术优势，还是需要对原有系统作一些大的改动，因此运营商出于各自的实际情况可能直接选用较新的版本。
R4的标准化工作也已基本结束，有一些设备厂商可以提供商用设备，R4和R99对比，设备成熟性和运营经验要少一些。
R5的规范制定工作还没有全部完成。
鉴于R5标准化进度的不断延期，3GPP又提出了新的版本R6，将一部分无法如期完成的功能并入R6的计划。
目前R6的功能范围还未确定，增加了许多新的业务功能，实现全IP是这一阶段的最高目标。
二、WCDMA R99系统的设备和功能从系统结构和功能上看，WCDMA系统可以分成无线接入网络（RAN）和核心网（CN）。
无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，由于采用了UTRA（UMTS的陆地无线接入网络）技术，所以称之为UTRAN。
CN负责处理WCDMA系统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。
这两个单元和用户终端设备一起构成了整个UMTS系统。
1．MS（移动台）MS(或称UE)是用户终端设备。
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。
WCDMA系统支持两种接入网络技术，即GSM/GPRS的BSS和UTRAN。
WCDMA核心网络
GGSN 与外部数据网之间的接口，基于 TCP/IP 协议 实现外部分组网络的互联功能。
2020/7/14
长沙通信职业技术学院湖南省电信职工培训中心
CGF
BG
2020/7/14
长沙通信职业技术学院湖南省电信职工培训中心
PSTN
Inter-PLMN网络
12 /82 12
R99网络接口：NO.7信令接口
RNC
Iub
Node B
M
C
A
A
P
P
TCAP SCCP
M
M
I
T
S U
U
P
P
MTP3
MTP2
MSC/VLR GMSC
SS7
HLR/AuC SCP
SGSN
终端 接入网
UTRAN
3G核心网络
3G CS
MSC/VLR/GMSC/SSP
业务பைடு நூலகம்用域
HLR/AUC/EIR/SCP
3G PS
SGSN/GGSN
外部网络
PSTN
2020/7/14
长沙通信职业技术学院湖南省电信职工培训中心
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3GPP R99网络结构
2020/7/14
长沙通信职业技术学院湖南省电信职工培训中心
WCDMA核心网络
长沙通信职业技术学院 通信工程系 宋燕辉 2008年9月
问题引入
1. WCDMA的标准由3GPP定义，3GPP协议版本分为 R99/R4/R5/R6等多个阶段，那么核心网络如何演进？
教案-R99版本
R99版本一、教学目标：熟悉WCDMA演进版本理解R99版本二、教学重点、难点：重点掌握R99版本三、教学过程设计：WCDMA网络技术标准的演进主要分为R99、R4、R5、R6和R7等几个主要阶段，R8版本以后开始进入LTE 4G阶段。
这里重点介绍R99版本。
1.WCDMA演进版本：WCDMA 是英文Wideband Code Division Multiple Access（宽带码分多址）的英文简称，是第三代无线通信技术的典型代表。
WCDMA是一种由3GPP组织制定的。
3GPP关于WCDMA网络技术标准的演进主要分为R99、R4、R5、R6和R7等几个主要阶段。
无线网络的演进是通过采用高阶调制方式和各种有效的纠错机制等技术增强空中接口的数据吞吐能力，核心网络演进是利用控制与承载、业务与应用相分离的思路，逐步从传统的TDM组网方式向全IP组网方式演进，最终使无线网络和核心网络全部走向IP化，在整个技术演进过程中保证了业务的连续性、完善的QoS机制和网络的安全性。
2.R99版本：R99在新的工作频段上引入了基于每载频5MHz带宽的CDMA无线接入网络，无线接入网络主要由NodeB(负责基带处理、扩频处理)和RNC(负责接入系统控制与管理)组成，同时引入了适于分组数据传输的协议和机制，理论上数据传输速率可达2Mbit/s。
R99核心网络在网络结构上与GSM保持一致，其电路域(CS)仍采用TDM 技术，分组域(PS)则基于IP技术来组网。
R99的MSC/VLR与无线接入网络(RAN)的接口Iu-CS采用ATM技术承载信令和话音，分组域SGSN与RAN通过ATM 进行信令交互，媒体流使用AAL5承载IP分组包。
另外，为满足RNC之间的软切换功能，RNC之间还定义了Iur接口。
而GSM的A接口采用基于传统E1的七号信令协议，BSC/PCU与SGSN之间的Gb接口采用帧中继承载信令和业务。
因此，R99与GSM/GPRS的主要差别体现在传输模式和软件协议的不同。
第四章 WCDMA核心网
Subscriber Identity Module (SIM)
识别用户,秘钥授权 存储 (IMSI),识别用户 秘钥授权 以及 识别用户 秘钥授权,以及 其他用户信息 可以通过密码保护 允许个人移动型
2G GSM – 基站子系统
Um Abis TDM E1/T1 A
TDM
PSTN
BTS
BSC HLR AUC
R99
三种业务机制
基于IP的 基于 的CAMEL：智能网业务 ： OSA开放业务结构： 开放业务结构： 开放业务结构 SIP： ：
辅助业务： 辅助业务：
基于定位的业务LCS 基于定位的业务 号码可携性业务MNP 号码可携性业务
R99核心网基础功能实体 核心网基础功能实体
CS域和 域共用的功能实体 域和PS域共用的功能实体 域和
HLR：完成移动用户的数据管理（MSISDN、IMSI、 ：完成移动用户的数据管理（ 、 、 PDP ADDRESS）和位置信息管理（MSRN、MSC号 ）和位置信息管理（ 、 号 号码、 号码、 码、VLR号码、SGSN号码、GMLC等） 号码 号码 等 AUC：存储用户的鉴权信息（密钥） ：存储用户的鉴权信息（密钥） EIR：存储用户的IMEI信息 ：存储用户的 信息 SMS－GMSC和SMS IWMSC： － 和 ：
RAN
大部分 2G 站点可以利用 在市区，设备的物理空间受限，应该将 机柜 机柜改变成更小的尺 在市区，设备的物理空间受限，应该将2G机柜改变成更小的尺 使得2G/3G机规可以进入 寸，使得 机规可以进入 在郊区，应该改变宽带天线 在郊区，应该改变宽带天线.
站点共享
GMSC GGSN GGSN GMSC
GSM/GPRS 网络结构
R99和R4核心网比较以及中兴WCDMA核心网解决方案
Packet Switch. Transp. Capa.
下一代网络的总体架构
SCP ASP Enterprise App Server
业务管理层
Softswitch Softswitch
网络控制层
核心交换层
SG
IP骨干网
WAG TG AG WAG
边缘接入层
NO.7
PSTN
Broad Access
3G/2G Access
考虑到IP网络的一些固有问 题，TDM技术成为可选的话 音承载方式
MGW
UTRAN
PSTN/GSM
R99核心网信令系统
接入侧信令 网络侧信令 HLR HLR
RANAP
MAP CAP
SCP SCP SMSSMSIW/GMSC IW/GMSC
P
RNS
BSSAP
BSS
MSC/ VLR
MAP
MAP
BSSA
R4网络特征
业务网络
R4的网络结构采用NGN的 分层架构，在控制层、传送
MSC Server
WCDMA核心网概述
WCDMA 核心网概述课程目标了解WCDMA 核心网络结构掌握WCDMA 核心网络接口及协议栈了解WCDMA 的编号方案核心网络的定义WCDMA 协议版本的演进R99 基本网络结构R99 核心网络特点WCDMA R4 网络结构R4 核心网络特点WCDMA R5 网络结构IMS 分层体系架构R5 核心网络特点IMS 功能实体－CSCF IMS 功能实体－HSS 核心网架构演进R99 网络实体和接口R4 核心网络新增接口与协议IMS 主要网元与接口IMS 主要网元：CSCF ：P-CSCF S-CSCF I-CSCF HSS SLF BGCF MGCF/IM MGW MRFC/MRFP AS PDF/PEF SIP 协议栈主要协议接口列表（一）主要协议接口列表（二）主要协议接口列表（三）WCDMA 编号方案MSISDN 号码IMSI 号码IMEI 号码网络设备号码MSC 号码/VLR 号码WCDMA 编号方案PLMN Identifier LAI SAI 小结IMEI ：international mobile equipment identify 国际移动设备识别码,唯一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效的移动设备,☆#06# MAP,GPRS: 抗干扰能力强AMR 可运营，可以根据用户数目的大小而采用适当的速率。
在资源不变的情况下增加了网络的容量。
卷积码用于语音，TUOBO 码数据。
精度：。
同步指GPS ，异步指精度要求低，好处是突出带宽，编码，调制方式WCDMA 采用FDD CDMA 这一成熟的技术。
包括先进的扩频与调制技术，采用编码效率高纠错能力强的卷积编码和Turbo 编码方法，Rake 接收技术，功率控制技术，软切换/更软切换技术，发射分集技术，宏分集合并技术，先进的无线资源管理方案，基于网络性能的语音AMR 可变速率控制，压缩模式技术，支持多种定位方法的IPDL 技术，ATM 传输技术，优化语音编解码的TrFO 技术：内环采用1500Hz 的快速功率控制，比IS-95/CDMA 的800Hz 控制速度快，抗衰落性能更好，功率控制步长分别支持0.5dB 、1dB 、1.5dB 、2dB 多种情况，提高了功率控制的准确度；在3G 里面，核心网只需要知道LA/RA 和SA 即可。
核心网概述
无线接口：IP技术成为无线接入网络的承载技术
核心网络：大量新的功能实体的增加，改变了原 有的呼叫流程。IP技术成为所有信令消息的承 载技术。
一、核心网络的定义及其核心网络的不 同阶段
二、R99核心网络
三、R4核心网络 四、R5核心网络 五、核心网络的平滑演进
R99核心网络
R99核心网络结构
接口协议
用户面协议栈(MS-GGSN)
E.g., IP, PPP Relay Relay GTP-U UDP/IP AAL5 ATM
Iu-PS
Application
E.g., IP, PPP
PDCP RLC MAC L1
Uu
PDCP RLC MAC L1 NhomakorabeaGTP-U UDP/IP AAL5 ATM
Transit Network Domain
核心网络：由一系列完成用户位置管理、网络功能和业务控制等功能的物理实体 组成，物理实体包括（G）MSC、HLR、SCP、SMC等。核心网络又分为归属网络、 拜访网络和传送网络3类。（参见3GPP规范23.101）
3G核心网络的不同阶段
R99：
1999年4月3GPP完成第一个版本，之后对内 容不断进行增补和修改，2001年3月最终冻 结。但2000年12月之后的版本变动不大。 主要变化体现在新的无线技术的引入，核心
网络无根本性改变。
3G核心网络的不同阶段
R4：
2001年3月完成第一个版本。 主要变化
无线接口：TD－SCDMA无线技术的基本完成
核心网络：MSC被拆分为MSC Server和MGW 两部分，开始实施向ALL IP网络的过渡
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核心网络PS域(SGSN)
• SGSN直接服务于移动用户， 向移动用户提供移动性管理、 PDP上下文的处理和其他的PS 类型的业务。SGSN存储有PS 域用户的相关位置和签约信息.
SGSN功能 SGSN功能
核心网络PS域(SGSN)
• Gb接口处于SGSN和BSC之间； • 数据封装/解封装功能； • 分组数据业务处理和分组数据传送； • MS－SGSN数据链路的建立/删除/ 修改过程； • 用户信令管理； • GSN节点间隧道管理； • 数据包的分包/打包、压缩/解压缩、 加密/解密过程
• HLR和GMSC之间的接 口称为C接口，当有移 动用户被叫或移动用户 中止短消息时，GMSC 通过C接口向HLR查询 用户的路由信息。C接 口上采用的信令是MAP
HLR接口 HLR接口
MP A TCA P
MP A TCA P
SCCP M TP3 M TP2
L1
SCCP M TP3 M TP2
L1
HLR接口 HLR接口
核心网络CS域(HLR/Auc)
• AUC是PLMN的鉴权中心，存储有本HLR所有 用户的鉴权密钥，主要用来产生用户鉴权和 加密的5元参数组和3元参数组。当这些鉴权 参数组传送到VLR和SGSN时，必须要加密。
Auc Auc
核心网络CS域:功能
局内呼叫、PSTN互通切换 鉴权、短消息、传真、紧急呼叫、 电路交换数据业务、位置业务、 CAMEL3
核心网络CS域
为用户提供 “电路型业 务”，或提供 相关信令连 接的实体。 CS域特有的 实体包括： MSC、GMSC、 VLR、IWF
A
IuCS
核心网络CS域(MSC/VLR)
• MSC/VLR是WCDMA核心网CS域功 能节点，它通过IuCS接口与UTRAN 相连，通过PSTN/ISDN接口与外部 网络PSTN ISDN等相连，通过C/D接 口与HLR/AUC相连通过E接口与其它 MSC/VLR GMSC或SMC相连，通过 CAP接口与SCP相连，通过Gs接口 与SGSN相连。MSC/VLR的主要功 能是提供CS域的呼叫控制、移动性 管理、鉴权和加密等功能
MSC/VLR类型 MSC/VLR类型
核心网络CS域(MSC/VLR)
• • • A接口：连接BSS系统，接入 2G用户； Iu接口：连接RNC系统，接 入3G用户； NNI 接 口 ： TUP，ISUP， CAS 信令 接口，用于MSC与 其他交换机对接； MAP、CAP接口：用于MSC 与 其 他MAP、CAP实 体 对 接 ； Gs接口：用于MSC与SGSN对 接；
核心网络PS域
• 用户提供“分 组型数据业 务”，PS域特 有的实体包括： SGSN GGSN
SGSN SGSN
核心网络PS域(SGSN)
• SGSN （服务GPRS支持节点）是 WCDMA核心网PS域功能节点，它通过 Iu_PS接口与UTRAN相连，通过Gn/Gp接 口与GGSN相连，通过Gr接口与HLR/AUC 相连，通过Gs接口与MSC/VLR相连 ，通 过Ge接口与SCP相连，通过Gd接口与 SMS-GMSC/SMS-IWMSC相连，通过Ga 接口与CG相连，通过Gn/Gp接口与SGSN 相连。SGSN的主要功能是提供PS域的路 由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和 加密等功能 SGSN功能 SGSN功能
MSC/VLR接口 MSC/VLR接口
核心网络CS域(MSC/VLR)
• I口：MSC与PSTN的接口，用 于MSC与PSTN的互通，这个接 口即有承载也有信令，承载 TUP，ISUP等； • J口：MSC与SCP的接口，用于 SSF与SCF的交互，承载CAP信 令； • K口：VLR与SCP的接口，用于 VLR与SCF的交互，承载MAP 信令； • B 口：MSC 与VLR 的接口，用 于MSC与VLR的交互，内部接 口。
MSC/VLR功能 MSC/VLR功能
核心网络CS域(MSC/VLR)
• MSC/VLR负责处理CS域的相关 业务 • MSC可以同时承担VMSC、 TMSC、GMSC的功能 • VLR控制所有漫游到它所控制 的MSC区域中的移动用户，它 登记了这些用户的位置和签约 信息。
MSC/VLR功能 MSC/VLR功能
• HLR （归属位置寄存器）是 WCDMA核心网CS域和PS域共有 的功能节点，它通过C接口与 MSC/VLR或GMSC相连，通过Gr 接口与SGSN相连，通过Gc接口与 GGSN相连。HLR的主要功能是提 供用户的签约信息存放、新业务支 持、增强的鉴权等功能。
HLR功能 HLR功能
核心网络CS域(HLR/Auc)
R N C
B T S
U m
B T S
N o d e B
c e ll
N o d e B
U u M E
粗线代表用户业务数据 粗线代表用户业务数据 细线代表信令 细线代表信令
S IM -M E i/f
o r
C u
S IM
U S IM
M S
WCDMA的网络单元构成
R99网元介绍
• 无线接入网络(Radio Access Network，RAN)：其 中无线接入网络处理所有与无线有关的功能； • 核心网络(CoreNetwork，CN)：处理WCDMA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)； 分组交换域(Packet Switched Domain, PS)。
• 和R99无线侧基本一样 • 核心网变化较大 CS域控制和数据分离增加了MGW • 支持电路域多媒体消息业务
3GPP版本(R5)
• 3GPP Rel-5将完成对IP多媒体子系统（IMS）的定义，如路由 选取以及多媒体会话的主要部分。Rel-5的完成将为转向全IP 网络的运营商提供一个开始建设的依据 • Rel-5计划的主要特性有：UTRAN中的IP传输、高速下行分 组数据业务的接入（HSDPA）、混合ARQII／III、支持RAB 增强功能、对Iub／Iur的无线资源管理的优化、UE定位增强 功能、相同域内不同RAN节点与多个核心网节点的连接以及 其它原有Rel-5的功能
核心网络CS域(MSC/VLR)
• 拜访MSC（VMSC）:向本MSC区域中的移 动用户提供交换和信令功能，可以同时 支持RNC和BSC的接入，能对处于MSC区 域内的合法用户完成电路交换型来话和 去话的呼叫处理，并根据用户的签约信 息提供其适合的电路交换型业务 • 关口MSC（GMSC）:能疏通固定用户到移 动用户的通信业务。GMSC应能够根据 MSISDN号码查询移动用户的实际位置， 获取MSRN后接续至拜访MSC • 汇接MSC（TMSC）：MSC具有转接呼叫的 功能；作为互通MSC，它提供PLMN和 短消息中心的接口，支持短消息向短消 息中心提交
R99、R4、R5关系
• 原则上R99的规范是R4规范集的一个子，集 若在R99中增加新的特征，就把它升级到R4。 同样R4规范集是R5规范集的子集，若在R4中 增加了新的特征就把它升级到R5。按计划R4 要在2001年3月完成，R5要在2001年12月完 成
R99网络结构
P S T N G i
3GPP组织机构
• 3GPP分为项目合作部（PCG）和技术规范部 （TSG） • 业务和系统部（TSG SA）负责整个WCDMA 体系结构和业务方面的工作，包括安全性、 编解码器和电信管理 • 核心网络部（TSG CN）负责GSM和WCDMA 系统核心网络部分的规范工作；
3GPP组织机构
• 无线接入网络部（TSG RAN）负责WCDMA 的无线接入部分，包括体系结构和协议 • GSM EDGE无线接入网络部（TSG GERAN） • 终端部（TSG T） • 目标 3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平 滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持 轻松建网及系统间的漫游和兼容性。
MSC/VLR接口 MSC/VLR接口
核心网络CS域(MSC/VLR)
• G口：VLR与VLR的接口，用于 VLR间信息交互，承载MAP信 令； • Gs口：VLR与SGSN的接口，用 于 VLR 与 SGSN 的 交 互 ， 承 载 BSSAP＋信令； • C 口 ： MSC/GMSC 与 HLR 的 接 口，用于GMSC与HLR的交互， 这个接口只有信令，承载MAP 信令； • D口：VLR与HLR的接口，用于 HLR与VLR的交互，承载MAP 信令；
MSC/VLR接口 MSC/VLR接口
核心网络CS域(HLR/Auc)
• 网元HLR/Auc 来说，从2.5 代GSM网络 演进到3G R99，其在网 络中的位置 和与其他网 元的接口没 有变化
MSC/GMSC
C VLR HLR D Gc Gr
SGSN
GGSN Lh GMLC H Auc
核心网络CS域(HLR/Auc)
G络CS域(HLR/Auc)
• D接口是HLR和VLR之间的 接口，用来交换移动用户的 位置数据的相应的用户管理 数据。VLR向HLR提供移动 用户的当前位置信息和漫游 号码，而HLR向VLR传递用 户的签约信息。D接口上采 用的信令是MAP .
HLR接口 HLR接口
核心网络CS域(HLR/Auc)
BSC
A口
RNC
SMSC
Iu 接口
3G MSC/VLR
PSTN ， ISDN
• •
MAP,CAP 接口
HLR,VLR,MSC
Gs 接口
SGSN
MSC/VLR 的外围接口
核心网络CS域(MSC/VLR)
• A口：MSC与BSC的接口，用于接 入2G用户，这个接口即有承载也 有信令； • IuCS接口：MSC与RNC的接口， 用于接入3G用户，这个接口即有 承载也有信令， • E口：MSC与MSC的接口，用于 MSC与MSC的互联，这个接口既 有承载也有信令。