WCDMA移动通信系统分析报告

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摘要

WCDMA作为3G的三大主流技术标准之一，已经得到业界的广泛认可。在技术创新和市场驱动的双重作用下，WCDMA从概念向产业化的进程正在加快．全球主要设备制造商都在积极跟踪和研发基于WCDMA技术的3G网络产品。本文对WCDMA的组网能力进行了分析，并给出了相应的组网结构和组网模式。BSC6900是BSC6000、BSC6810后的新一代控制器产品，是华为公司Single RAN解决方案重要组成部分。它采用业界领先的多制式、IP化、模块化设计理念，融合UMTS RNC 和GSM BSC业务功能，有效满足移动网络多制式融合发展的需求；BS3900为华为GSM新开发分布式基站，实现基带部分和射频部分独立安装，其应用更加灵活，广泛用于室内、楼宇、隧道等复杂环境，实现广覆盖，低成本等优势；本文对BSC6900设备原理及其在组网中的作用以及DBS3900设备原理及其在组网中的作用进行了分析。

关键词：宽带码分多址(WCDMA ）；组网；3G；BSC6900；DBS3900

WCDMA移动通信系统分析报告

一、WCDMA移动通信网组网结构及其关键技术

1.WCDMA发展进程

WCDMA是IMT一2000家族最主要的三种技术标准之一。从基本意义上来说，WCDMA版本的演进过程也是一个技术和业务需求不断提高的过程。WCDMA标准经过多年发展，已渐趋成熟，其标准化工作由3GPP组织完成。到目前为止，主要有五个版本，即3GPP R99、3GPP R4、3GPP R5、3GPP R6和3GPP R7，前四个版本已经完成并终结，目前正在进行R7版本的制定工作。不同版本间的功能划分并不是绝对和清晰的．而是按时间进度和工作完成情况进行灵活划分．不一定某个功能必须在某个版本中完成，在修改版本时应遵守向后兼容的原则，各版本的演进时间如图所示

2.WCDMA 组网要求

为了打造综合价值最大化的WCDMA核心网络，在组网时需要考虑如下几个问题：

(1)核心网综合成本最优原则。对于3G网络的建设，我们认为应该从长期、全局的角度进行规划，规划的网络应该满足大容量、少局所、广覆盖的原则，具有清晰的全IP演进路线，避免后续网络频繁调整；能够进一步融合移动固定业务能力，便于向NGN演进。

(2)建设3G网的版本选择。随着3G牌照进一步后续．3GPP R4版本标准已经成熟，各个厂家基于3GPP R4版本的设备也进一步成熟，作为3G核心网建设的关键环节，起点版本的选择越来越成为讨论的焦点。采用3GPP R99还是3GPP R4进行组网，主要取决于网络建设时间、多厂家供货环境的形成和网络功能定位等多种因素。根据目前网络情况，核心网的结构又有3GPP R99、类3GPP R4、全TDM一3GPP R4结构、全IP 3GPP R4结构和混合3GPP R4结构等多种选择。

(3)现网资源的整合。3G核心网建设应保证对现有网络的影响最小，对传统移动运营商应能保证GSM／GPRS设备的再利用，并考虑现有电路传输网络、分组数据网络和信令网的共享、利旧还是新建．短消息业务(SMS)、多媒体消息服务(uus)、智能网(IN)业务和数据业务管理平台(DSMP)争l 台的弛问瓯综合考虑以上几个问题，做好核心网规划，同时在3G网络建设过程中利用后发优势、吸取2G网络的建设经验．避免2G网络中现有的各种技术和应用弊端，从而建设一个高质量、具有长远发展潜力的3G核心网络是完全有可能的。

3.WCDMA R99组网结构

从协议发展的角度来看，3GPP协议的各个阶段点各有侧重。3GPP R99阶段与2GSM以及 2.5G GPRS体系相比，主要是无线接入侧升级为WCDMA无线接入系统，而核心网侧则无限本性变化。3GPP R99组网，沿袭了传统的GSM组网方式。

由于在3GPP R99的组网中，MSC之间的传输是TDM话路，如果把MSC集中设置必然会造成传输的长途迂回，从而增加运营商的成本。因此，在规划网络时通常采取将MSC设置到每个本地网的方式．MS之间直接互连或者在省会或中心城市来设置一级或者二级汇接局来疏通MSC之间的话务。

4.WCDMA R4的组网方式

3GPP R4阶段在核心网电路域分离成MSC服务器和媒体网关(MG)两部分，实现了控制和承载的分离，同时电路域采用了与分组域相同的分组传输网络，并实现了在IP／ATM网络上承载分组话音数据和信令的能力。因此，对于3GPP R4阶段来说，最大的变化在于在这个阶段引入了软交换这个概念。在R4的组网中，由于控制和承载分离并且MSC服务器和MG之间只是IP上承载的信令，占用的带宽非常少，使得MSC服务器和MG之间可以经济地拉远放置。3GPP R4的本地组网方式、长途组网如图所示。

3GPP R4组网的一种方式是沿袭移动GSM 网目前的网络结构．在大多数省份或直辖市采用三级网的网络结构，即设置一对TMSC(汇接移动交换中心)服务器1，负责省际及国际话务汇接．一对TMSC服务器1采用负荷分担方式工作；设置一对或多对TMSC服务器2。负责省内话务汇接。成对的TMSC服务器2采用负荷分担方式工作：本地网设置一到多个MSC服务器。本地网内话务可以采用TMSC服务器2汇接机制，也可在话务量较大的MSC服务器之间设置直达路由：省内长途话务通过TMSC服务器2汇接：省际话务可以经过TMSC服务器2汇接到TMSC服务器1，部分省际话务量较大的MSC服务器可以建立与TMSC服务器1的直达路由。

3GPP R4组网的另一种方式是考虑到MSC服务器容量的提高，可以通过各大区汇接中心的TMSC服务器1采用一级汇接的方式实现国内长途互连。各大区汇接中心TMSC服务器1之间全互连，省内MSC服务器之间根据话务互连需求，通过大区汇接中心TM—SC服务器1汇接呼叫，或者在省内MSC服务器之间设置直达路由。

传统的3GPP R99组网模式一般为多级组网方式，端到端之间的话路需要多级转接。而在3GPP R4网络中。由于承载与控制的分离，媒体流可以在IP／ATM上承载。使得承载可以看作是在一个平面上交互。因此，只要相关信令通过MSC服务器或者TMSC服务器协商完成，就可以建立起端到端的承载。即3GPP R4网络中的TMSC服务器仅需要对呼叫控制信令进行汇接，确定呼叫的路由，可以不需要汇接话路。

移动网络到移动网络的互连经过TMSC服务器汇接呼叫接续。可能有多个TMSC服务器进行汇接。TMSC服务器在其中充当呼叫协调节点角色，无承载控制功能，在呼叫建立时，分析被叫用户号码和其他的选路信息，以确定呼叫的路由，对和承载建立的相关信息进行透传。总之，3GPP R4组网方式下，除了TDM方式组网时需要中继媒体网关进行话路汇接外，采用IP／ATM方式的组网可以实现端对端直接互连，网络组织方式扁平化，避免了3GPP R99组网情况下话务网状互连或分层汇接带来的弊端。3GPP R4引入的TMSC服务器网元，有利于组成全国性的大网，满足电信级运营的需求。

关键技术、增强技术和实现难点

WCDMA产业化的关键技术包括射频和基带处理技术，具体包括射频、中频数字化处理，RAKE 接收机、信道编解码、功率控制等关键技术和多用户检测、智能天线等增强技术。WCDMA-FDD实现技术和产业化的关键点主要是上述技术的实现和网络技术的实现，包括：物理层发射和接收机关键技术

–射频技术－线性功放、多载波TRx，AGC，其主要实现难点在于功放的线性和功放效率的

矛盾。

–中频技术－中频采样、变频，其实现难点在于数字变频技术和中频的自动增益控制算法。–基带技术：包括RAKE接收技术、功率控制技术和信道编解码实现技术，包括Turbo编解码和卷积码，其实现的主要难点在于大用户容量，通道多，基带处理量大。

无线接入网络资源管理技术，主要的实现难点在于无线资源的参数配置需要在仿真和运营中不断优化调整，包括：

–功率控制技术

–移动性管理

–无线资源优化参数配置

–无线接入网络运营

核心网络IP化技术，其实现主要是全IP的QoS控制算法。

WCDMA的接收机增强技术包括：智能天线技术和多用户检测技术。

多用户检测技术（MUD）是通过去除小区内干扰来改进系统性能，增加系统容量。多用户检测技术还能有效缓解直扩CDMA系统中的远/近效应。其实现难点主要是基带处理的复杂度很高。

智能天线技术是利用自适应的波束赋形技术，提高用户波达方向的方向图增益，同时利用方向图的零点降低空间上大功率用户的干扰。其主要实现难点在于多通道的不一致性和校正技术、RAKE接收机结合基带处理的高度复杂性以及FDD技术引起的上下行波达方向的不一致性。

二、BSC6900

1.BSC6900整体结构

BSC6900是BSC6000、BSC6810后的新一代控制器产品，是华为公司Single RAN解决方案重要组成部分。它采用业界领先的多制式、IP化、模块化设计理念，融合UMTS RNC 和GSM BSC业务功能，有效满足移动网络多制式融合发展的需求。

BSC6900是华为公司Single RAN解决方案重要组成部分。它采用业界领先的多制式、IP化、模块化设计理念，融合UMTS RNC 和GSM BSC业务功能，有效满足移动网络多制式融合发展的需求。

BSC6900根据不同网络环境可灵活配置成BSC6900 GO、BSC6900 UO和BSC6900 GU三种产品形态。

在BSC6900 GU形态下，BSC6900作为独立网元接入GSM和UMTS并存的网络，同时提供GSM BSC和UMTS RNC的功能。BSC6900 GU接入GSM网络时，遵循3GPP R6标准协议版本；BSC6900 GU接入UMTS网络时，遵循3GPP R7标准协议版本。

2.BSC6900在组网中的作用

2.1 BSC6900在GSM网络中的位置

BSC6900在GSM网络中的位置如图所示

BSC6900在GSM网络中的位置

BSC6900与UMTS网络中各网元的接口如下：

Iub接口：BSC与NodeB之间的接口。

Iur接口：BSC与其他RNC之间的接口。

Iu-CS接口：BSC与MSC和MGW之间的接口。

Iu-PS接口：BSC与SGSN之间的接口。

Iu-BC接口：BSC与CBC之间的接口。

BSC6900与GSM网络中各网元的接口如下：

Abis接口：BSC与BTS之间的接口。

A接口：BSC与MSC和MGW之间的接口。

Gb接口：BSC与SGSN之间的接口。

BSC6900产品特点－多制式融合

2.2支持灵活组网和多系统制式

平滑演进可以工作在GO, UO 或者GU模式；实现GSM UMTS共柜模式下，操作维护系统归一

BSC6900根据不同网络环境可灵活配置成BSC6900 GSM、BSC6900 UMTS和BSC6900 GU三种产品形态。用户可通过软件模式和License的切换，实现GSM制式→GU制式→UMTS制式的演进。

BSC6900 GSM兼容现网运行的BSC6000硬件。BSC6900 UMTS兼容现网运行的BSC6810硬件。BSC6900 GU制式是指BSC6900 GSM和BSC6900 UMTS通过统一的软件管理，共用操作维护处理单元(OMU)和时钟处理单元(GCU/GCG)，GSM业务单板和UMTS业务单板分别配置在独立插框的形式。

2.3 2G/3G共传输

统一的传输资源管理，带宽在GSM和UMTS间实现共享

推荐使用IP模式下的共传输

无线资源管理共享

3.BSC6900系统信号流程

BSC6900系统信号流包括控制平面信号流、Uu接口控制信号流、Iub接口控制信号流、Iur/Iu 接口控制信号流、用户平面信号流、UMTS业务信号流、CBC业务信号流、操作维护信号流。Uu接口控制信号

RRC消息构成Uu接口信令信号流。RRC消息是指在UE需要接入网络时或通信过程中和BSC6900交互的信令消息，UE进行位置更新或呼叫等过程时都会产生RRC消息。

当由同一个RNC为UE提供无线资源管理和无线链路时

RRC消息的SPUa单板不在同一个插框内，则该消息需要经过MPS插框进行交换。

当分别由BSC6900-1和BSC6900-2为UE提供无线资源管理和无线链路时

Iub接口控制信号

Iu/Iur接口控制信号

BSC6900与MSC/SGSN/其他BSC6900之间的控制面消息构成Iu/Iur接口信令信号流。

下行方向：

信号流1所示，消息经过Iu/Iur接口板处理后，在本框SPUa单板处理。

信号流2所示，消息经过Iu/Iur接口板处理后，先在本框SPUa单板进行判断，如果本框SPUa 单板

无法处理Iu/Iur接口消息，则通过MPS插框到达另一插框的SPUa单板进行处理。

信号流3所示，消息经过Iu/Iur接口板处理后，直接通过MPS插框到达另一插框的SPUa单板进行处理。上行方向反之。

UMTS业务数据流

Iub与Iu-CS/Iu-PS接口间的数据构成BSC6900与MSC/SGSN之间的用户面数据，即UMTS业务信号流。

BSC6900内Iub与Iu-CS/Iu-PS数据UMTS业务数据流上行方向处理过程描述如下：

信号流1：在上行方向，数据经过NodeB处理后，通过Iub接口到达BSC6900的Iub接口板。数据在Iub接口板单板进行处理后，到达本插框内的DPUb单板。

信号流2：如果接收消息的Iub接口板和处理消息的DPUb单板不在同一个插框内，则该消息需要经过MPS插框进行交换，然后到达相应的DPUb单板。

DPUb单板对数据进行FP、MDC、MAC、RLC、Iu UP/PDCP/GTP-U等处理后，分离出CS/PS 域用户面数据，并发送到Iu-CS/Iu-PS接口板。

Iu-CS/Iu-PS接口板对数据进行处理，并将数据发送到MSC/SGSN。下行方向反之。

UMTS业务数据流

BSC6900间Iub与Iu-CS/Iu-PS数据

上行方向处理过程描述如下：

1、在上行方向，数据经过NodeB处理后，通过Iub接口到达BSC6900-1的Iub接口板。

2、数据经过BSC6900-1的Iub接口板和DPUb单板处理后，到达BSC6900-1的Iur接口板。

3、数据经过BSC6900-1的Iur接口板处理后，通过BSC6900-1与BSC6900-2之间的Iur接口到达

BSC6900-2的Iur接口板。

4、BSC6900-2的Iur接口板对来自BSC6900-1的数据进行处理，然后将数据发送到DPUb单板。

5、DPUb单板对数据进行处理后，分离出CS/PS域用户面数据，并发送到Iu-CS/Iu-PS接口板。

6、Iu-CS/Iu-PS接口板对数据进行处理后，将数据发送到MSC/SGSN。

下行方向反之。

操作维护信号流

BSC6900与LMT/M2000之间交互的消息构成BSC6900操作维护信号流。通过操作维护信号流，LMT/M2000可以实时对BSC6900进行维护和监控。

三、DBS3900

1.DBS3900结构以及设备原理

DBS3900为华为GSM新开发分布式基站，实现基带部分和射频部分独立安装，其应用更加灵活，广泛用于室内、楼宇、隧道等复杂环境，实现广覆盖，低成本等优势。

DBS3900的功能模块包括BBU3900和RRU3004 , BBU3900和RRU3004之间使用光纤连接。BBU3900是室内单元，提供与BSC的物理接口，同时提供与RRU的物理接口，集中管理整个基站系统，包括操作维护和信令处理，并提供系统时钟。

RRU3004是室外射频拉远单元，主要完成基带信号及射频信号的处理。

LMT/MMI可通过BBU3900维护DBS3900系统。

BBU3900设备是基带处理单元，完成基站与BSC之间的功能交互。

BBU3900的主要功能包括：

提供与BSC通信的物理接口，完成基站与BSC之间的功能交互。

提供与RRU3004通信的CPRI接口。

提供USB接口，执行基站软件下载。

提供与LMT（或M2000）连接的维护通道。

完成上下行数据处理功能。

集中管理整个分布式基站系统，包括操作维护和信令处理。

提供系统时钟。

RRU3004是室外型射频远端处理单元。

RRU3004的主要功能包括：

在发射通道采用直接变频技术，将信号调制到GSM发射频段，经滤波放大或合并后，由射频前端单元的双工滤波器送往天线发射。

通过天馈接收射频信号，将接收信号下变频至中频信号，并进行放大处理、模数转换、数字下变频、匹配滤波、AGC（Automatic Gain Control）后发送给BBU3900或宏基站进行处理。CPRI接口时钟电路产生、恢复以及告警检测等功能，完成CPRI接口驱动。

2.DBS3900设备组网概述

2.1 BBU组网

BBU与BSC之间支持星型、链型、树型和环型组网方式。

E1/T1传输方式可以用于BBU和BSC或者传输设备的互连，光纤方式和网线方式可以用于BBU和路由设备的互连。

2.2 RRU组网

RRU与BBU之间支持星形、链型和环形组网方式。

RRU与BBU之间支持光纤方式。

BBU与BSC之间支持星型、链型、树型和环型组网方式

四、总结

WCDMA仿真教学平台真实体现了现实中的机房机构，以无线网络RNC与NodeB组网方式为例，模拟再现了RNC、NodeB硬件结构和工程现场无线操作维护中心。通过网管数据配置、告警、信令、业务测试等方面的学习，掌握无线网络设备中各个网元设备的配置，理解无线网络信令流程，及无线网络对接数据的含义、业务功能，从而掌握无线网络开局的一个完整流程，有效提升学习的理论与实践的结合。WCDMA仿真教学平台包括“模拟真实机房”“客户端仿真环境模块”“仿真数据配置模块”“仿真故障系统模块”“仿真拨打测试模块”“完善的帮助功能”等多个模块。它真实地再现了语音压缩编译码、数字调制解调、射频空中接口、信令交换、路由交换、功率控制、多径效应等功能

通过对通信网络实验课的学习，使我加深了对通信原理基础理论的理解，熟悉了通信网络各个处理环节的信号特征以及其信令处理过程。在试验中通过对WCDMA实验平台的使用，使我对WCDMA实验平台的在网设备有了一定的认识。对于今后的学习，我希望通过对于WCDMA平台的使用能帮助我学习更多知识以及技能，完成光通信等认证实验。

参考文献

[1] 百度百科https://www.360docs.net/doc/3312298906.html,

[2] 郎为民．下一代网络技术原理与应用．北京：机械工业出版社．2005

[3] 李旭，郎为民等.WCDMA组网技术研究[J] .微计算机信息，2006，26:8-2

[4] 华为.无线BSC6900技术关键点-20091216-A-V1.0

[5] 华为.DBS3900硬件结构与原理-2008-8

[6] 胡国华，桂金瑶.通信网络原理实验指导，2015,2