3G网络结构和协议

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1、3. 3G网络和协议3.1. 3G网络UMTS网络是第三代移动通信的主流体系，它分为R99、R4、R5/R6四个阶段，下面主要 介绍相对成熟的R99和R4版本的UMTS网络体系3.1.1. UMTS R99版本网络体系UMTS R99版本和GSM的区别在于接入网部分，核心网的结构仍以演进的GSM核心网为 基础。UMTS R99版本在GSM的基础上引入了全新的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

2、，理论上可达2Mbit/s新的WCDMA无线接口技术。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。3.1.2. UMTS R99版本新增网络节点及其功能3.1.2.1. RNCRNC无线网络控制器主要负责无线资源的管理。一面它通过Iu接口同电路域和分组域 核心网相连；一面它负责管理和控制Node B，并负责空中接口与UE之间的L1以上的协议 处理。在无线接入网络中，它处于承上启下的关键地位。在逻辑上，它和GSM中的BSC相对 应。RNC的主要担任CRNC、SRNC、DRNC 三种角色。RNC

3、的实现以下功能：主要支持对WCDMA Node B的控制和管理。支持包括Iu承载、Iub承载、Iur承载、无线承载等在内的无线接入 资源的管理和分配。支持包括软切换、硬切换、与GSM/GPRS的系统间切换、小区更新、 URA更新、寻呼等各种移动性管理工作，其中包括支持通过Iur接口的宏分集 功能。支持各种电路域和分组数据业务数据传输。支持对控制信令的完整性检查以及对用户数据的加密和解密等安全 性功能。支持对UE的接入控制、负载过载的拥塞控制等系统接入功能。支持广播域广播信息业务。3.1.2.2. Node BUMTS中Node B的主要功能是基带处理和扩频，接入系统的智能性统一集中在RNC进行

4、 处理。Node B的功能有：空中接口发送/接收调制/解调CDMA物理通道编码微分集差错处理闭环功率控制3.1.1. UMTS R4版本网络体系UMTS R4版本是在R99版本上引入了软交换的概念。将核心网电路域内角）MSC实体用 （G） MSC Server和MGW来取代，网络采用开放式结构，实现了呼叫控制和承载分离MSC Server完成呼叫相关的功能，MGW完成媒体转换以及用户业务的传递;语音分组化，UTRAN与 核心网话音承载方式均由分组方式完成，实现了统计复用功能，达到网络带宽动态分配；由 于优化了话音编解码转换器，改善了 WCDMA系统网络内部话音分组包的时延，提高了话音质 量，编

5、解码转换有可能只需在与PSTN的公网网关上实现，同时提高了核心网传输资源的利 用率。支持SS7信令在两个功能实体间通过不同的网络方式传输，包括MTP、ATM、IP网络来 传输。在无线接入网部分，网络结构没有变动，增加的只是一些接口协议的增强功能和特性， 主要特性包括低码片速率TDD、UTRA FDD直放站、TDD Node B同步、对Iub和Iur上的 AAL2连接的QoS优化、Iu上RAB（无线接入承载）的QoS协商、Iur和Iub的RRM（无线 资源管理）的优化、Iub、Iur和Iu上的传输承载的修改过程、WCDMA1800/1900和在软 切换中的DSCH功率控制的改进。3.1.2. U

6、MTS R4版本新增网络节点及功能3.1.2.1. MSC Server/VLRMSC Server/VLR作为WCDMA核心网电路域业务处理中心，它的主要工作是完成WCDMA 所有电路域的业务处理，主要包含GSM/UMTS MSC中的呼叫控制和移动控制部分，它负责 对由移动发起和移动终结的电路域的呼叫控制，接收用户/网络信令，并将它转化为网 络/网络信令。此外它还保存移动用户的业务数据和与CAMEL有关的数据，对应于MGW， 它是电路域业务处理的控制面。MSC Server还保存移动用户的业务数据和与CAMEL有关的数据。MSC Server/VLR 功能有：用户移动性管理：包括位置更新、切

7、换/重定位功能等；WCDMA电路域业务处理：包括语音业务、短消息、电路型数据业务等；MGW资源控制和管理：主要为电路型业务分配资源；进行用户跟踪；计费管理；作为互通MSC（IWMSC），它提供短消息中心的接口，支持短消息向短消息 中心提交；作为汇接MSC（TMSC）： MSC具有转接呼叫的功能；用户信息管理:存储当前控制区域中活动用户动态信息（例如位置信息等） 和签约信息；3.1.2.2. MGWMGW连接PSTN/PLMN和UTRAN,是PSTN/PLMN网络的传输终结点，通过Iu CS与UTRAN 连接oMGW可以接收来自电路交换网的承载通道，也可以接收来自于分组网络的媒体流, 是电路域业

8、务处理的传输承载处理中心，为UMTS提供必要的传输资源。在Iu接口上，MGW 可以支持媒体转换、承载控制以及净荷处理，可以支持CS业务的不同的Iu接口类型（基 于AAL2/ATM或基于RTP/UDP/IP）。MGW处于用户平面。MGW功能如下：完全依从协议要求，可以通过该协议控制管理MGW资源；支持RNC、BSC的接入(用户面)；支持各种媒体流的传输；完成各种媒体流之间的格式转换，如IP-PCM，PCM-IP等转换；支持用户面数据传输和用户面相关协议处理，包括UP面协议处理、 语音编解码等处理；支持DTMF、TONE等资源的处理；支持回声抑制功能。3.2. 3G 接口WCDMA网络具有以下主要

9、接口：Uu接口： UE与Node B之间的接口Iub接口： Node B与RNC之间的接口Iur接口： RNC与RNC之间的接口Iu-CS接口： RNC与MSC之间的接口Iu-PS接口： RNC与SGSN之间的接口B接口： MSC (Server )与V LR之间的接口C接口： MSC (Server)与HLR之间的接口D 接口： GMSC (server)与 HLR 之间的接口E接口： MSC与MSC之间的接口Gc接口： GGSN与HLR之间的接口Gi接口： GGSN与外部数据网之间的接口Gn接口： SGSN与GGSN之间的接口Gr接口： SGSN与HLR之间的接口Gs接口： SGSN与MS

10、C/VLR之间的接口Nc 接口： MSC (Server)与 GMSC (Server)之间的接口Nb接口： MGW与MGW之间的接口Mc 接口： MSC (Server)与 MGW 之间的接口下面主要介绍WCDMA与GSM相比新增加的接口。3.2.1. Iub 接口Iub接口介于Node B和RNC之间，主要功能有：管理Iub传输资源：AAL2连接；Node B的管理与维护：包括Iub链路管理、小区配置管理、无线网 络测量、资源事件管理、一般的传输通道管理、无线资源管理、无线网络配置 等；系统信息管理；通用信道话务管理：接纳控制、数据传输、功率管理等；专用信道话务管理：无线链路管理、无线链路

11、监测、信道分配/释放、 数据传输等；共享信道话务管理：信道的分配/拆除、功率管理、传输信道管理、 数据传输、无线链路管理、动态物理链路分配；定时与同步管理：传输通道同步、Node B和RNC节点同步、Node B 之间的同步；数据传输：如 DCH、RACH、CPCH、FACH、DSCH、USCH、TCH 等信道数 据。3.2.2. Iur 接口Iur介于RNC之间，它的主要功能有：传输网络管理；通用传输通道话务管理：传输通道准备、寻呼；专用传输通道话务管理：无线链路建立/增加/删除、测量报告； 下行共享信道话务管理：无线链路建立/增加/删除、能力分配； 测量信息；数据传输功能：包括数据包的组装

12、/分解DRNS硬件资源处理、物理信道分配；功率控制； 接纳控制；3.2.3. Iu 接口Iu接口处于MSC/SGSN和RNC之间，其中MSC（Server）和RNC之间的接口为Iu-CS接 口，SGSN和RNC之间的接口称为Iu-PS接口 Iu接口具有以下功能：RAB的建立、维护和释放管理；完成系统间、系统内部的切换和SRNS的重定位；支持小区广播业务；和用户无关的一般的管理过程；用户信令管理；在用户和CN之间传送NAS信令消息；处理用户CS、PS业务；支持位置业务；支持用户同时接入CN中不同的域；安全功能；3.2.4. Nc 接口本接口功能主要是进行呼叫处理，处于MSC Server和GMS

13、C Server之间；在本接口上， 通讯协议采用ISUP或ISUP演变版BICC。3.2.5. Mc 接口该接口提供（G）MSC Server对MGW控制功能：包括注册、恢复、资源管理等功能。接 口协议传输层次有三种类型：（、）纯 IP 传输：SCTP/IP；纯 ATM 传输：MTP3b/SSCF/SSCOP/AAL5/ATM；IP、ATM 混合传输：M3UA/SCTP/IP；3.2.6. Nb 接口Nb接口处于MGW之间，负责MGW之间的媒体流传输；Nb接口可以采用ATM传输或IP传 输。3.3. 3G协议3.3.1. UMTS协议互操作体系JJTRAN-1NacU-BETCII1 11LI

14、fulubMINetwork LayerInCNGi;GN-fSCRntlio Network LayerTransport Xetvvork LayerWCDMAPDH or SDHL.UMTS协议在水平上分为物理层、传送网络层、无线网络层、系统网络层，下层为上层 提供信令承载和数据承载服务。各层可以进一步分为控制平面和用户平面、电路域和分组域。下图为Iu接口协议模型，此图中明确的表达了传送网控制平面和用户平面、无线网络 层控制平面和用户平面之间的关系。Iu-CS接口协议模型下面分别介绍各层的协议3.3.2, 传送网络层协议传送网络层的作用是为所有UMTS网元的用户数据和控制数据提供通用传送

15、服务，以及 为了提供服务而需要的承载建立服务。传送网络层涵盖整个UMTS，包括与其他PSTN/PLMN 的接口。在Uu接口，传送网络下层的物理层是WCDMA；在有线部分，传送网下层的物理层 可以是多种传输技术，如PDH、SDH等。3.3.2.1. UTRAN传送网控制平面传送网控制平面的作用是为了在Iub、Iur、Iu-CS、Nb接口用户平面建立和释放AAL2 虚连接Iu PS采用分组传送，不需要建立连接。3.3.2.1.1 系Iu、Iur、Nb接口基于ATM的传送网控制平面协议体3.3.2.1.2. lub接口基于ATM的传送网控制平面协议体系ALCAPSTCSSCF-UNI SSCOP AAL5 ATMPhysica l3.3.2.1.3, 传送网控制平面新增协议描述3.3.2.1.3.1. ALCAP 协议ALCAP采用ITU-T建议的协议，在用户平面为用户数据传送建立和释放AAL2虚连接。ALCAP向下使用STC提供的服务，可以承载在多种传输类型网络上。ALCAP信令实体可以分为结功