UMTS系統(tǒng)及主要接口協(xié)議

    一、UMTS基本概念

    UMTS是通用移動通信系統(tǒng)（Universal Mobile Telecomunication）的簡稱。它是ITU的IMT-2000第三代移動通信系統(tǒng)（3G）的重要組成部分。

    UMTS系統(tǒng)將整個網(wǎng)絡劃分為兩部分，即核心控制部分、無線接入部分。在核心控制部分采用ATM技術及相應的接口技術達到同時支持電路交換、包交換兩種方式的目的。在無線接入部分采用UTRA（UMTS
Terrestrial Radio Access）作為全球地面無線接入的標準。UTRA接口的基礎為W-CDMA技術，它具有CDMA技術的全部優(yōu)點。同時，它還可以根據(jù)不同話務分布在無線接入中采用不同的調制解調方式：對于話務密度較高的城區(qū)可采用TDD方式、郊區(qū)則可采用FDD方式，為靈活組網(wǎng)提供了極大的方便。

    UMTS系統(tǒng)除支持現(xiàn)有的話音、數(shù)據(jù)業(yè)務外，還可以為移動用戶提供全新的交互式多媒體業(yè)務。它的高容量系統(tǒng)可提供2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前，英國、德國等部分歐洲國家將陸續(xù)開通UMTS的商用網(wǎng)絡。UMTS技術已引起了全球范圍的廣泛關注。

    二、UMTS網(wǎng)絡結構與接口

    1．UMTS網(wǎng)絡結構如圖1所示。可以看到，整體網(wǎng)絡結構分為UTRA網(wǎng)絡和核心網(wǎng)絡兩大部分。其中UTRA網(wǎng)絡中的網(wǎng)元種類較少，主要包括BTS和RNC兩種。BTS與GSM系統(tǒng)中的基站相同，是無線信號收發(fā)的基本單元，它可以支持WCDMA的編碼方式。RNC（無線網(wǎng)絡控制器）的功能相當與GSM系統(tǒng)中BSC與GPRS的PCU兩者的結合，它承擔無線資源管理、BTS控制以及切換管理等功能。RNC之間采用ATM方式連接。整個無線接入網(wǎng)絡的主要功能包括：（1）無線資源管理（RRM功能）；（2）無線接續(xù)的移動管理（如切換管理功能）；（3）無線接入承載（RAB功能），可以根據(jù)核心網(wǎng)絡的不同要求提供不同的接口類型；（4）安全功能管理（如加密等）；（5）位置業(yè)務（LCS）管理，從而確定用戶設備的位置信息。

    核心網(wǎng)絡分為電路交換部分、包交換部分兩個層面。電路交換部分中TRAU為編碼變換單元，為UTRA與MSC提供連接。它將RNC側的ATM傳輸方式轉換為TDM，從提供MSC所必需的電路連接。MSC、HLR、VLR功能與GSM網(wǎng)中相應網(wǎng)元的功能一致。包交換部分的結構與GPRS結構相近：SGSN為UE提供移動性管理、路由選擇等服務；GGSN主要是提供與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口；DNS即域名服務器，將域名翻譯成相應的IP地址。從網(wǎng)絡結構可以看出UMTS系統(tǒng)核心網(wǎng)絡部分是基于GSM/GPRS網(wǎng)絡的演進，保持了與GSM/GPRS系統(tǒng)的兼容性，可以提供現(xiàn)有GSM系統(tǒng)的相關服務。核心網(wǎng)絡可以將用戶接入各種外部網(wǎng)絡以及業(yè)務平臺，如：電路交換話音網(wǎng)、包交換話音網(wǎng)（IP語音網(wǎng)）、數(shù)據(jù)網(wǎng)、Internet、Intranet、電子商務、短信中心等。

    2．UMTS系統(tǒng)主要包括以下接口類型：

    （1）B接口：MSC(VLR；（2）D接口：MSC(HLR；（3）E接口：MSC(MSC；（4）Gc接口：GGSN(HLR；（5）Gj接口：GGSN(外部數(shù)據(jù)網(wǎng)（6）Gn接口：SGSN(GGSN；（7）Gr接口：SGSN(HLR；（8）Gs接口：SGSN(MSC/VLR；（9）Uu接口：UE（用戶設備）(BTS；（10）lub接口：BTS(RNC；（11）lur接口：RNC(RNC；（12）lu接口：RNC與核心網(wǎng)絡之間的接口，lu接口包括lu
cs（電路交換lu接口）、lu ps（包交換lu接口）兩種。

    其中Uu接口、lub接口、lur接口、lu接口為UMTS系統(tǒng)的特有接口類型。lub接口、lur接口、lu接口的傳輸協(xié)議均為ATM協(xié)議，且根據(jù)信息的類型采用ATM協(xié)議的不同層進行傳輸。

    三、UMTS系統(tǒng)主要協(xié)議

    1．UTRA系統(tǒng)的協(xié)議平臺

    UTRA系統(tǒng)的通用協(xié)議分為兩個平面，即控制面協(xié)議、用戶面協(xié)議�？刂泼鎱f(xié)議用于控制無線接入承載業(yè)務和用戶設備與網(wǎng)絡的連接(包括業(yè)務請求,控制不同傳輸源,切換等等)；用戶面協(xié)議用于實現(xiàn)無線接入承載業(yè)務,例如：載著數(shù)據(jù)通過接入層等。在UTRA系統(tǒng)中采用了四個新的應用部分信令協(xié)議：RANAP、RNSAP、NBAP和ALCAP。

    RANAP（無線接入網(wǎng)絡應用協(xié)議）用于RNC與核心網(wǎng)絡的連接，它包括GSM系統(tǒng)BSSMAP協(xié)議。該協(xié)議的主要功能有：RAB管理、透明傳輸NAS消息流程、尋呼、安全模式控制、位置信息報告等等。

    RNSAP（無線網(wǎng)絡子系統(tǒng)應用協(xié)議）用于RNC之間的連接。該協(xié)議的主要功能有：無線鏈路管理、物理信道的重新配置、位置更新的實施等等。

    NBAP（結點B應用協(xié)議）用于BTS與RNC之間的連接。該協(xié)議的主要功能有：扇區(qū)配置管理；無線鏈路的監(jiān)控、管理；普通信道、專用信道的測量；系統(tǒng)信息管理等等。

    ALCAP（接入鏈路控制應用協(xié)議）定義了與用戶面建立、釋放傳輸承載的方式。在lub、lur、lu
cs接口上，用戶數(shù)據(jù)通過ATM結構中的AAL2傳送，此時需要建立控制機制，而在lu ps接口上，數(shù)據(jù)通過AAL5傳送，則不需要建立控制機制。

    2．核心網(wǎng)絡信令協(xié)議

    核心網(wǎng)絡中采用了多種協(xié)議，具體結構及協(xié)議間的關系見圖三。核心網(wǎng)絡基礎的傳輸機制采用了ATM/AAL5協(xié)議，ATM的上一層包括MTPS、IP地址兩種協(xié)議，整個網(wǎng)絡的各結點間既可以通過MTP3中的信令點進行尋址、又可以通過IP地址進行尋址。SCCP層為上層RANAP協(xié)議中的面向連接業(yè)務提供支持。


    RANAP協(xié)議的功能與UTRA系統(tǒng)中提高的功能相同，它適用于lu cs、lu ps兩種接口。TCAP、CAP/INAP、MAP及用戶部分（包括TUP、ISUP等）的協(xié)議與GSM系統(tǒng)中的協(xié)議功能相同。

    UDP協(xié)議用于控制非面向連接的數(shù)據(jù)傳輸；GTP協(xié)議用于RNC與SGSN之間（lu ps接口）、SGSN與GGSN之間（Gn接口）IP信道的建立、釋放、控制等功能。UDP、GTP協(xié)議用于UMTS系統(tǒng)中數(shù)據(jù)功能的相關業(yè)務，它們都建立在IP協(xié)議的基礎之上。

    核心網(wǎng)絡的協(xié)議體系保證了UMTS系統(tǒng)的高質量話音業(yè)務以及高速率數(shù)據(jù)業(yè)務的實現(xiàn)。