第3章 WCDMA移动通信系统概述3.1WCDMA网络结构与接口3.2UTRAN接口协议结构3.3WCDMA空中接口3.4WCDMA网络中的编号计划3.5宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）是第 三代移动通信系统3种主流无线传输技术之 一，在世界范围内WCDMA已经成为被广 泛采用的通信标准本章主要包括以下内容：ØWCDMA系统的主要特点ØWCDMA 系统的网络结构，主要网元和 接口功能Ø基于R99、R4、R5的核心网结构及接口， 不同版本核心网的特点ØIP多媒体子系统的特点、结构和功能ØUTRAN接口协议模型及协议栈结构ØWCDMA空中接口协议结构、各层协议功 能及相互关系ØWCDMA空中接口物理层的功能，物理信 道、传输信道与逻辑信道的映射关系，物 理层上下行链路的进程ØWCDMA网络中的编号计划3.1 概述第三代移动通信系统的核心网基于 GSM/CDMA等2G系统演进，空中接口采 用WCDMA、cdma 2000和TD-SCDMA等 无线传输制式，工作于2GHz频段，快速移 动环境中最高传输速率可达144kbit/s，室 外到室内或步行环境中最高传输速率达到 384kbit/s，室内环境中最高传输速率达到 2Mbit/s。
基于WCDMA技术，采用HSDPA之后 ，下行数据速率可达10.8～14.4Mbit/sHSUPA也已处于商用阶段，上行数据 速率可达1.4～5.8Mbit/s与第二代移动通 信系统相比，第三代移动通信系统具有频 谱效率高、支持多媒体业务、服务质量高 以及无缝漫游等特点目前WCDMA、cdma 2000两种技术 都得到了大规模的商用，中国已经开始运 营TD-SCDMA商用网络3.1.1 WCDMA网络的演进图3-1 GSM到WCDMA的演进WCDMA标准的演进简述如下：R99 版本中WCDMA依然采用GSM/GPRS核心 网的结构，但是采用新的空中接口协议 R4版本中完成了中国提出的TD- SCDMA标准化工作，同时引入了软交换的 概念，将电路域的控制与业务分离，便于 向全IP核心网结构过渡R5版本将IP技术从核心网扩展到无线 接入网，形成全IP的网络结构，在R4基础 上增加了IP多媒体子系统（IMS），同时 在无线传输中引入高速下行分组接入（ HSDPA）技术目前R8版本已于2008年12月冻结， 3GPP中还有R9等版本在同时进行研究WCDMA是从GSM演进而来，所以许 多WCDMA的高层协议和GSM/GPRS基本 相同或相似，比如移动性管理（MM）、 GPRS移动性管理（GMM）、连接管理（ CM）以及会话管理（SM）等。
移动终端中通用用户识别模块（USIM ）的功能也是从GSM的用户识别模块（ SIM）的功能延伸而来的3.1.2 WCDMA网络的特点1．工作频段和双工方式WCDMA支持两种基本的双工工作方 式：频分双工（FDD）和时分双工（TDD ）在FDD模式下，上行链路和下行链路 分别使用两个独立的5MHz的载频，发射和 接收频率间隔分别为190MHz或80MHz2．多址方式WCDMA是一个宽带直扩码分多址（ DS-CDMA）系统，通过用户数据与扩频 码相乘，从而把用户信息比特扩展到更宽 的带宽上去WCDMA系统中，数据流用正交可变 扩频码（OVSF）来扩频，扩频后的码片速 率为3.84Mchip/s，OVSF码也被称作信道 化码3．语音编码WCDMA中的声码器采用自适应多速 率（Adaptive Multi-Rate，AMR）技术 4．信道编码WCDMA系统中使用的信道编码类型 有两种：卷积编码和Turbo编码5．功率控制快速、准确的功率控制是保证WCDMA 系统性能的基本要求功率控制解决的基本问题是远近效应 ，即解决接收机接收到近距离发射机的信 号比较容易，而接收到远距离发射机的信 号比较困难的问题。
6．切换切换的目的是为了当UE在网络中移动 时保持无线链路的连续性和无线链路的质 量WCDMA系统支持软切换、更软切换 、硬切换和无线接入系统间切换，也可以 表述为同频小区间的软切换、同频小区内 扇区间的更软切换、同一无线接入系统内 不同载频间的硬切换和不同无线接入系统 间的切换7．同步方式WCDMA不同基站间可选择同步和异 步两种方式，异步方式可以不采用GPS精 确定时，支持异步基站运行，室内小区和 微小区基站的布站就变得简单了，使组网 实现方便、灵活8．可变数据速率WCDMA系统支持各种可变的用户数 据速率，适应多种速率的传输，可灵活地 提供多种业务，并根据不同的业务质量和 业务速率分配不同的资源图3-2 WCDMA可变数据速率示意图3.2 WCDMA网络结构与接口3.2.1 UMTS系统结构UMTS与第二代移动通信系统在逻辑 结构上基本相同如果按功能划分，UMTS系统由核心 网（CN）、无线接入网（UTRAN）、用 户设备（UE）与操作维护中心（OMC） 等组成核心网与无线接入网（UTRAN）之间 的开放接口为Iu，无线接入网（UTRAN） 与用户设备（UE）间的开放接口为Uu接口 ，如图3-3所示。
图3-3 UMTS的系统结构核心网是业务提供者，基本功能就是 提供服务，承担各种类型业务的定义，包 括用户的描述信息、用户业务的定义还有 相应的一些其他过程UMTS核心网负责内部所有的语音呼 叫、数据连接和交换，以及与其他网络的 连接和路由选择的实现无线接入网（UTRAN）位于两个开放 接口Uu和Iu之间，完成所有与无线有关的 功能用户设备（UE）完成人与网络间的交 互 3.2.2 UMTS网元和接口功能图3-4 UMTS网元和接口 1．用户设备（UE）用户设备（User Equipment，UE）完 成人与网络间的交互，通过Uu接口与无线 接入网相连，与网络进行信令和数据交换 UE用来识别用户身份和为用户提供各 种业务功能，如普通话音、数据通信、移 动多媒体、Internet应用等用户设备（UE）主要由移动设备（ Mobile Equipment，ME）和通用用户识别 模块（Universal Subscriber Identity Module，USIM）两部分组成1）移动设备（ME） （2）通用用户识别模块（USIM）2．通用陆地无线接入网络（UTRAN ）无线接入网（UMTS/Universal Terrestrial Radio Access Network， UTRAN）位于两个开放接口Uu和Iu之间 ，完成所有与无线有关的功能。
UTRAN主要功能有宏分集处理、移动 性管理、系统的接入控制、功率控制、信 道编码控制、无线信道的加密与解密、无 线资源配置、无线信道的建立和释放等UTRAN由一个或几个无线网络子系统 （Radio Network Subsystem，RNS）组成 ，RNS负责所属各小区的资源管理每个RNS包括一个无线网络控制器（ Radio Network Controller，RNC）、一个 或几个Node B（即通常所称的基站，GSM 系统中对应的设备为BTS）1）节点B（Node B）Node B的主要功能是Uu接口物理层的 处理，如扩频、信道编码、速率匹配、交 织、调制和解扩、信道解码、解交织和解 调，还包括基带信号和射频信号的相互转 换功能，无线资源管理部分控制算法的实 现等Node B逻辑功能模块包括基带处理部 件，射频收发放大器、射频收发系统、基 带部分和天线接口单元等部件Node B受RNC控制，与RNC的接口为 E1或STM-12）无线网络控制器（RNC）无线网络控制器（RNC）主要完成连 接建立和断开、切换、宏分集合并和无线 资源管理控制等功能，分为如下3类：① 系统信息管理 ② 移动性管理 ③ 无线资源管理与控制（3）CRNC、SRNC、DRNC的概念① 控制无线网络控制器（CRNC） ② 服务无线网络控制器（SRNC） ③ 漂移无线网络控制器（DRNC）图3-5 CRNC、SRNC、DRNC作用示意图（4）UTRAN接口与协议接 口 名 称接 口 位 置协 议IuCN-UTRANRANAPIurRNC-RNCRNSAPIubRNC-Node BNBAPUuNode B-UEWCDMA表3-1UTRAN接口和协议3．核心网（CN）核心网承担各种类型业务的提供以及 定义，包括用户的描述信息、用户业务的 定义还有相应的一些其他过程。
UMTS核心网负责内部所有的语音呼 叫、数据连接和交换，以及与其他网络的 连接和路由选择的实现不同协议版本核心网之间存在一定的 差异4．外部网络（EN）核心网的电路交换域（CS）通过 GMSC与外部网络相连，如公用交换 网（PSTN）、综合业务数据网（ISDN） 及其他公共陆地移动网（PLMN）核心网的分组交换域（PS）通过 GGSN与外部的Internet及其他分组数据网 （PDN）等相连3.2.3 基于R99、R4、R5/R6的核心网结构UMTS核心网的标准化工作由3GPP组 织完成从网络演进的角度看，R99网络中核 心网完全继承了GSM/GPRS的结构，包括 电路域和分组域两部分，引入了新的无线 接入技术（WCDMA），兼容GSM/GPRS 无线终端接入R4网络中的主要变化是在核心网电路 域提出了承载和控制独立的概念，而在无 线接入网没有太多变化在R5网络中，核心网叠加了IP多媒体 子系统（IMS），无线接入网引入了 HSDPA技术，无线接入网和核心网中采用 全IP传输在R6网络中，网络架构变化不大，考 虑更多的是增加了新的功能或对已有功能 的增强目前R8版本已于2008年12月冻结， 3GPP中还有R9等版本在同时进行研究。
1．R99网络结构及接口（1）R99网络结构图3-6 R99版本网络结构图（2）R99核心网的接口与协议接口名连接实体信令协议接口名连接实体信令协议AMSC—BSCBSSAPGaGSN—CGGTPIu-CSMSC—RNSRANAPGbSGSN—BSCBSSGPBMSC—VLRGcGGSN—HLRMAPCMSC—HLRMAPGdSGSN—SMS-GMSC/IWMSCMAPDVLR—HLRMAPGeSGSN—SCPCAPEMSC—MSCMAPGfSGSN—EIRMAPFMSC—EIRMAPGiGGSN—PDNTCP/IPGVLR—VLRMAPGpGSN—GSN（Inter PLMN）CTPGsMSC—SGSNBSSAP+GnGSN—GSN（Intra PLMN）CTPHHLR—AuCGrSGSN—HLRMAPMSC—PSTN/ISDN/PSPDNTUP/ISUPIu-PSSGSN—RNCRANAP表3-2R99核心网的接口协议2．R4网络结构及接口（1）R4网络结构R4核心网电路域变化的实体功能介绍 如下 ① MSC服务器（MSC Server） ② 电路交换媒体网关（CS-MGW） ③ 关口MSC服务器（GMSC Server）图3-7 R4网络结构图（2）R4核心网的接口与协议接 口 名连 接 实 体信令与协议 Mc（G）MSC Server—CS- MGWH.248NcMSC Server—（G）MSC ServerISUP、BICCNbCS-MGW—CS-MGWRTP/UDP/IP AAL2、STM、 H.245R99全部接口名R99全部连接实体R99全部信令与协议表3-3R4核心网新增接口与协议R4核心网的新增接口及功能如下。
① Mc接口 ② Nc接口 ③ Nb接口3．R5网络结构及接口R5版本在无线接入网方面的改进如下 ① 提出高速下行分组接入（HSDPA）技术 ，使下行数据速率峰值可达14.4Mbit/sHSDPA技术将在后面的章节介绍② Iu，Iur，Iub接口增加了基于IP的可选 择传输方式，保证无线接入网实现全IP化 R5版本在核心网（Core Network， CN）方面，在R。