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。因此，系统中可能有三种终端：GSM/GPRS终端、WCDMA终端、同时支持GSM/GPRS和WCDMA接入的双模终端。GSM/GPRS终端通过Um接口接入BSS子系统，WCDMA终端通过Uu接口接入到UTRAN，而双模终端可以通过两个接入网与网络设备通信。

MS为用户提供电路域和分组域的各种业务功能，包括话音、短信、移动数据业务。WCDMA 终端和双模终端更可以提供宽带话音和高速的数据通信。MS包括两部分：ME（Mobile Equipment）、SIM（Subscriber Module）或USIM（UMTS Subscriber Module）。

2．接入网络

WCDMA第一阶段的系统中包括两类接入网络：GSM/GPRS的BSS（Basic Station System）和UTRAN。

BSS系统与GSM/GPRS终端和双模终端进行通信，主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。

UTRAN与WCDMA终端和双模终端通信，包括基于基站（Node B）和无线网络控制器（RNC）两部分。

UTRAN比BSS系统更复杂，RNC之间可以直接相连，并能提供CDMA特有的软切换。UTRAN 系统基于ATM网络，因此提供了更高的信令和数据速率，它针对话音传输采用了AMR技术，可以提高话音质量和系统容量。同时，UTRAN比BSS系统更开放，BSC和BTS之间的Abis

接口是BSS厂家的私有接口，而Node B和RNC之间的Iub接口和RNC之间的Iur接口都是3GPP所规定的公共接口。

3．核心网络

核心网负责与其他网络的连接和对MS的通信和管理。核心网分成两个子系统：电路域和分组域。

电路域基于电路交换网络，链路需要建立和释放，通信过程中链路独占的方式保证了电路域的通信质量。电路域的设备中包括MSC/VLR和GMSC等。分组域基于分组交换网络，信令和数据都是以数据包形式在分组网中传输，更加有效地利用了网络资源，因而可以提供更加高速的传输速度。考虑到通信的可靠性，在数据通信前，需要建立端到端的隧道，从而保证了服务质量。分组域的主要设备是SGSN和GGSN。

电路域和分组域共用一些设备，负责提供用户管理和网络设备管理。这类设备有：HLR、AUC和智能网设备（SCP）等。另外，还有一些业务支撑设备同时提供了与电路域和分组域的接口，如短消息中心（SMSC）。

三、WCDMA R4/R5的系统结构

就无线接入网络而言，UTRAN、BSS或基于GSM演进的EDGE无线接入网（GERAN）可以分别通过Iu接口（包括Iu_CS和Iu_CS）和A/Gb接口接入WCDMA R4/R5核心网。这使得那些兼有2G和3G无线接入网的运营者只需建设和运营一个核心网就能支持所有2G和3G业务。而对于那些未获3G许可证的2G运营者来说，也可以通过在原GSM基站子系统BSS中引入EDGE以及将核心网演进成R4/R5核心网络而向用户提供新的业务和性能。

上述Iu接口和A/Gb接口可以基于现有规范，也可演进成基于IP传输模式。

R4/R5核心网仍然划分成两个基本域：电路域和分组域。在此基础上，设立了IP多媒体（IM）子系统和业务子系统。

1．电路域

电路域用来提供话音等电路型业务，可以由R99的电路域平台演进而来。它包括三种逻辑实体：媒体网关（MGW）、MSC服务器/GMSC服务器和传送信令网关（T-SGW）。

R4/R5的电路域与R99的电路域平台的根本区别在于，引入了承载与呼叫控制分离的概念，即将原来的MSC交换机概念从逻辑上划分成MGW和MSC服务器。MGW负责为用户数据提供传送手段；MSC服务器负责提供原MSC中的呼叫控制、移动性管理等功能。从逻辑上分离之后，MGW与MSC服务器将不一定存在具体的对应关系，这就可能使传送资源的调配变得更灵活高效。从设备的物理实现上看，MGW和MSC服务器可以是一体化的实体，也可以是分立的实体。

R4/R5电路域可以承载在不同的网络媒质之上，基于ATM网络或者基于IP的网络。MGW 负责在不同的承载网络上管理传输资源。为了准确及时地传输信令，在基于IP的网络上，MSC服务器需要建立相互的隧道，以保证信令传输的可靠性。

2．分组域

R4/R5分组域中的功能实体SGSN和GGSN与R99规范没有本质差别。

3．IM子系统

IM子系统是R5系统中新增加的功能模块，负责在分组域连接的基础上为基于IP的多媒体业务(如VoIP、会议电视业务等)提供相关控制机制。该系统主要功能实体包括：呼叫状态控制功能（CSCF）、媒体网关控制功能（MGCF）、媒体资源功能（MRF）。

4．业务子系统

业务子系统用于提供运营者所定义的一系列业务，它主要是基于现有的CAMEL智能网平台演进而成，涉及VHE/OSA、CAMEL、SAT等多方面。该系统主要功能实体包括业务控制点（SCP）等。

四、WCDMA R4/R5新增设备和功能

1．MSC服务器（MSC Server）