第三代移動(dòng)通信WCDMA系統(tǒng)體系架構(gòu)

愛(ài)立信公司



引言



　　在風(fēng)起云涌、撲朔迷離的3G系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)中，3GPP所規(guī)范的WCDMA/UMTS系統(tǒng)以其不斷完善和成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以其靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、平滑的演進(jìn)模式、有效的投資等諸多優(yōu)勢(shì)，而逐漸發(fā)展成為第三代移動(dòng)通信的主要技術(shù)，并為越來(lái)越多的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備提供商所接受。迄今為止，全球已發(fā)放的WCDMA牌照占所有3G牌照的95%。在亞洲和歐洲，數(shù)十個(gè)大規(guī)模的商用WCDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)運(yùn)營(yíng)或正在構(gòu)建之中。




一、 WCDMA/UMTS體系架構(gòu)



　　3GPP所規(guī)范的WCDMA/UMTS系統(tǒng)包括無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）和核心網(wǎng)絡(luò)（CN）兩大部分，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)采用先進(jìn)的WCDMA技術(shù)，核心網(wǎng)絡(luò)則采用靈活的、可從GSM網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)過(guò)來(lái)的分層的體系結(jié)構(gòu)。



　　無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)提供WCDMA終端設(shè)備和核心網(wǎng)絡(luò)的連結(jié)，并負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)資源的管理和調(diào)配。無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)中主要包括兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)：基站（RBS）和基站控制器（RNC），此外還應(yīng)有網(wǎng)管系統(tǒng)（RANOS）等，如圖1所示�；�站負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的收發(fā)和底層處理，例如調(diào)制/解調(diào)、編碼/解碼等等，并將從空中接口（Uu）中收到的信號(hào)轉(zhuǎn)送到RNC或反之。RNC負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的接口（Iu接口），也負(fù)責(zé)空中無(wú)線(xiàn)資源的管理，例如，發(fā)送小區(qū)廣播、分配無(wú)線(xiàn)信道、配置小區(qū)參數(shù)、管理手機(jī)和系統(tǒng)之間的無(wú)線(xiàn)接入承載（RAB）等等。






　　接入網(wǎng)絡(luò)中基站和RNC之間、RNC和核心網(wǎng)之間的傳輸，可以根據(jù)市場(chǎng)及運(yùn)營(yíng)商的要求，選擇ATM網(wǎng)絡(luò)或IP網(wǎng)絡(luò)。由于接入網(wǎng)絡(luò)中以點(diǎn)到點(diǎn)的靜態(tài)連接為主，并不需要復(fù)雜的路由，所以在用IP承載實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)還有諸多問(wèn)題有待解決的今天，能夠同時(shí)高效地傳輸實(shí)時(shí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的ATM網(wǎng)絡(luò)，不失為一個(gè)實(shí)用的選擇。



　　核心網(wǎng)絡(luò)將逐漸演進(jìn)為分層結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由下至上分為如下三層：連接層、控制層和應(yīng)用層，如圖2所示。連接層提供各種業(yè)務(wù)承載，MGW，SGSN，GGSN和傳輸設(shè)備都在這一層。MGW(媒體網(wǎng)關(guān))負(fù)責(zé)承載電路交換業(yè)務(wù)，并提供相應(yīng)的話(huà)務(wù)處理功能，例如：編碼轉(zhuǎn)換（TRA）、回聲抑制、錄音通知等等。SGSN和GGSN承載分組業(yè)務(wù)。傳輸設(shè)備及其連接組成傳輸骨干網(wǎng)，它可以是由ATM交換機(jī)組成的ATM網(wǎng)絡(luò)，也可以是由IP路由器組成的IP網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然也可以是其它網(wǎng)絡(luò)或者幾種網(wǎng)絡(luò)混合而成，例如，可以用ATM網(wǎng)絡(luò)傳送話(huà)音業(yè)務(wù)，而用IP網(wǎng)絡(luò)穿送分組業(yè)務(wù)�？刂茖迂�(fù)責(zé)各種控制信息即信令的交換，例如各種移動(dòng)管理信令和話(huà)務(wù)連接信令。負(fù)責(zé)處理信令的MSC Server、GMSC/Transit Server 和存儲(chǔ)移動(dòng)用戶(hù)注冊(cè)信息及尋址信息的HLR、FNR， 以及健全中心AUC等節(jié)點(diǎn)，就在這一層。應(yīng)用層為用戶(hù)提供各種上層的應(yīng)用，Email Server等應(yīng)用服務(wù)器便在這一層。








二、 WCDMA/UMTS系統(tǒng)特點(diǎn)



　　WCDMA/UMTS系統(tǒng)之所以能在激烈的3G制式之爭(zhēng)中脫穎而出，是得利于它在標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和實(shí)施等方面的鮮明優(yōu)勢(shì)和美好前景。



　1． 標(biāo)準(zhǔn)與前景



　　WCDMA/UMTS遵循3GPP的規(guī)范，是全球最廣泛接受的3G標(biāo)準(zhǔn)。WCDMA的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正越來(lái)越成熟和完善，商用網(wǎng)絡(luò)也已在日本和歐洲等地啟動(dòng)。目前全球80%的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃或已經(jīng)開(kāi)始構(gòu)建WCDMA網(wǎng)絡(luò)，愛(ài)立信、諾基亞、西門(mén)子、華為、NEC等許多知名電信廠商都已具備一定的WCDMA技術(shù)和產(chǎn)業(yè)能力，產(chǎn)業(yè)鏈后發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯。3GPP所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)保證現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)可以平滑過(guò)渡到3G，有效地保證了目前數(shù)億GSM用戶(hù)及眾多GSM運(yùn)營(yíng)商的利益。同時(shí)，新興的WCDMA運(yùn)營(yíng)商也能夠享受到全球無(wú)縫漫游所帶來(lái)的巨大優(yōu)勢(shì)。



　2． 技術(shù)與特點(diǎn)



　　WCDMA是繼FDMA、TDMA之后的一種新的寬帶無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，它在頻譜利用率、多業(yè)務(wù)支持、服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)容量和靈活性等方面都有鮮明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。



　　WCDMA采用的碼分多址接入技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)，加上豐富的碼字資源，使得WCDMA系統(tǒng)具有極高的頻率利用率，而且同一頻率還可以在相鄰小區(qū)中復(fù)用，這有效地提高了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的容量，同時(shí)也使無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃變得較為容易。WCDMA用碼字區(qū)分信道，碼字長(zhǎng)度不同，信道提供的速率就不同，所需要的功率也不同，這為WCDMA系統(tǒng)有效支持多種業(yè)務(wù)、提供不同等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。此外，WCDMA中所用到的快速功率控制、軟切換等先進(jìn)技術(shù)，也使得WCDMA系統(tǒng)能夠最大限度地降低干擾，提高服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)不同業(yè)務(wù)的不同需求，WCDMA能夠提供多種不同類(lèi)型（會(huì)話(huà)型、交互型、背景型等）、不同速率、不同服務(wù)等級(jí)的無(wú)線(xiàn)接入承載（RAB），從而支持高質(zhì)量的語(yǔ)音業(yè)務(wù)、寬帶的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及流媒體等多種不同的業(yè)務(wù)，為3G用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、豐富多彩的服務(wù)。目前的WCDMA網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能支持高達(dá)384kbps的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，不久將能支持2M bps乃至10Mbps的速率。



　　WCDMA用戶(hù)可以在WCDMA和GSM系統(tǒng)間漫游和切換，這保證了在3G初期階段，3G用戶(hù)不會(huì)因?yàn)閃CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全而在漫游或通信方面受到限制。



　　總之，在空中接口中使用WCDMA技術(shù)，可以有效提高無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和效率。



　　核心網(wǎng)絡(luò)將從目前各運(yùn)營(yíng)商分別獨(dú)自經(jīng)營(yíng)的垂直分層結(jié)構(gòu)向可為各運(yùn)營(yíng)商共享的水平分層結(jié)構(gòu)演進(jìn)。這種水平分層結(jié)構(gòu)的核心網(wǎng)（如圖2所示）將通信業(yè)務(wù)與控制消息分離開(kāi)來(lái)，既便于多種網(wǎng)絡(luò)之間的資源共享，提高設(shè)備利用率；又因其結(jié)構(gòu)的靈活性和開(kāi)放性，而使得網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)和不同網(wǎng)絡(luò)的逐漸融合成為可能，適應(yīng)多網(wǎng)融合的發(fā)展趨勢(shì)。例如，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)能夠共享連接層的傳輸資源和應(yīng)用層的各種服務(wù)器。又例如，如果需要將傳輸網(wǎng)絡(luò)從TDM或ATM改為IP，主要的變化在連接層，控制層和應(yīng)用層則不需要變化或只需微小的變化。而如果是上層應(yīng)用要調(diào)整，受影響的只是相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)器，控制層和連接層可以不受影響。



　3． 實(shí)施與演進(jìn)



　　現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)可以平滑過(guò)渡到WCDMA/UMTS體系。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有兩條演進(jìn)路線(xiàn)：一是保留現(xiàn)有的900M/1800M/1900M頻率，沿GSM/GPRS/EDGE演進(jìn)成為能支持3G業(yè)務(wù)的GSM BSS網(wǎng)絡(luò)；二是采用新的3G頻段（2.1GHZ），沿GSM/GPRS/WCDMA演變成為標(biāo)準(zhǔn)的WCDMA接入網(wǎng)絡(luò)WCDMA RAN。兩條路線(xiàn)各有優(yōu)劣，可以并存。EDGE是對(duì)GSM無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的改進(jìn)，通過(guò)用高效的8PSK調(diào)制方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的GMSK調(diào)制方法，EDGE能夠提供高達(dá)384kbps的無(wú)線(xiàn)信道，從而可以支持寬帶的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GSM/GPRS/EDGE方案能有效利用現(xiàn)有的GSM頻率資源，投資小；但接入技術(shù)仍然是TDMA。GSM/GPRS/WCDMA方案具有寬帶CDMA接入技術(shù)所帶來(lái)的高速、高容量、多業(yè)務(wù)等明顯優(yōu)勢(shì)，但需要建設(shè)新的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，投資較大。



　　現(xiàn)有的GSM/GPRS核心網(wǎng)絡(luò)則可以逐步演進(jìn)為UMTS 核心網(wǎng)絡(luò)， 它可以同時(shí)連接GSM BSS和WCDMA RAN，也就是說(shuō)GSM BSS和WCDMA RAN可以共享同一個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)。這種演進(jìn)方案確保了GSM運(yùn)營(yíng)商的利益，同時(shí)也使得新興的WCDMA運(yùn)營(yíng)商可以快速引入3G網(wǎng)絡(luò)。



　　在競(jìng)爭(zhēng)激烈的3G戰(zhàn)場(chǎng)，愛(ài)立信公司始終走在最前列。作為最早參與WCDMA/UMTS體系研發(fā)的公司之一，愛(ài)立信已經(jīng)積累和具備了提供WCDMA/UMTS系統(tǒng)全套解決方案的強(qiáng)大實(shí)力，并且已為亞洲和歐洲的多個(gè)運(yùn)營(yíng)商提供了商用3G系統(tǒng)。在中國(guó)，愛(ài)立信已為各通信運(yùn)營(yíng)商提供了WCDMA/UMTS測(cè)試系統(tǒng)，并為廣東移動(dòng)建立了WCDMA試驗(yàn)網(wǎng)。愛(ài)立信中國(guó)學(xué)院還為中國(guó)移動(dòng)和廣東移動(dòng)舉辦了多期關(guān)于WCDMA/UMTS技術(shù)的系統(tǒng)培訓(xùn)，贏得了一致好評(píng)，為推廣普及3G知識(shí)做出了貢獻(xiàn)。




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