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第三代移动通信WCDMA系统体系架构

2/14/2005来源:移动通信人气:15127

爱立信公司


引言

  在风起云涌、扑朔迷离的3G系统标准之争中,3GPP所规范的WCDMA/UMTS系统以其不断完善和成熟的技术标准,以其灵活的网络架构、平滑的演进模式、有效的投资等诸多优势,而逐渐发展成为第三代移动通信的主要技术,并为越来越多的移动通信运营商和设备提供商所接受。迄今为止,全球已发放的WCDMA牌照占所有3G牌照的95%。在亚洲和欧洲,数十个大规模的商用WCDMA网络已经运营或正在构建之中。

一、 WCDMA/UMTS体系架构

  3GPP所规范的WCDMA/UMTS系统包括无线接入网络(RAN)和核心网络(CN)两大部分,无线接入网络采用先进的WCDMA技术,核心网络则采用灵活的、可从GSM网络平滑演进过来的分层的体系结构。

  无线接入网络提供WCDMA终端设备和核心网络的连结,并负责无线资源的管理和调配。无线接入网络中主要包括两类节点:基站(RBS)和基站控制器(RNC),此外还应有网管系统(RANOS)等,如图1所示。基站负责无线信号的收发和底层处理,例如调制/解调、编码/解码等等,并将从空中接口(Uu)中收到的信号转送到RNC或反之。RNC负责无线接入网和核心网的接口(Iu接口),也负责空中无线资源的管理,例如,发送小区广播、分配无线信道、配置小区参数、管理手机和系统之间的无线接入承载(RAB)等等。



图1 WCDMA无线接入网络 (WCDMA RAN)


  接入网络中基站和RNC之间、RNC和核心网之间的传输,可以根据市场及运营商的要求,选择ATM网络或ip网络。由于接入网络中以点到点的静态连接为主,并不需要复杂的路由,所以在用IP承载实时性业务还有诸多问题有待解决的今天,能够同时高效地传输实时语音业务和宽带数据业务的ATM网络,不失为一个实用的选择。

  核心网络将逐渐演进为分层结构,即网络结构由下至上分为如下三层:连接层、控制层和应用层,如图2所示。连接层提供各种业务承载,MGW,SGSN,GGSN和传输设备都在这一层。MGW(媒体网关)负责承载电路交换业务,并提供相应的话务处理功能,例如:编码转换(TRA)、回声抑制、录音通知等等。SGSN和GGSN承载分组业务。传输设备及其连接组成传输骨干网,它可以是由ATM交换机组成的ATM网络,也可以是由IP路由器组成的IP网络,当然也可以是其它网络或者几种网络混合而成,例如,可以用ATM网络传送话音业务,而用IP网络穿送分组业务。控制层负责各种控制信息即信令的交换,例如各种移动管理信令和话务连接信令。负责处理信令的MSC Server、GMSC/Transit Server 和存储移动用户注册信息及寻址信息的HLR、FNR, 以及健全中心AUC等节点,就在这一层。应用层为用户提供各种上层的应用,Email Server等应用服务器便在这一层。



图2 分层结构的核心网


二、 WCDMA/UMTS系统特点

  WCDMA/UMTS系统之所以能在激烈的3G制式之争中脱颖而出,是得利于它在标准、技术和实施等方面的鲜明优势和美好前景。

 1. 标准与前景

  WCDMA/UMTS遵循3GPP的规范,是全球最广泛接受的3G标准。WCDMA的技术标准正越来越成熟和完善,商用网络也已在日本和欧洲等地启动。目前全球80%的移动通信运营商计划或已经开始构建WCDMA网络,爱立信、诺基亚、西门子、华为、NEC等许多知名电信厂商都已具备一定的WCDMA技术和产业能力,产业链后发优势明显。3GPP所规范的标准保证现有GSM网络可以平滑过渡到3G,有效地保证了目前数亿GSM用户及众多GSM运营商的利益。同时,新兴的WCDMA运营商也能够享受到全球无缝漫游所带来的巨大优势。

 2. 技术与特点

  WCDMA是继FDMA、TDMA之后的一种新的宽带无线接入技术,它在频谱利用率、多业务支持、服务质量、网络容量和灵活性等方面都有鲜明的技术优势。

  WCDMA采用的码分多址接入技术和扩频技术,加上丰富的码字资源,使得WCDMA系统具有极高的频率利用率,而且同一频率还可以在相邻小区中复用,这有效地提高了无线网络的容量,同时也使无线网络规划变得较为容易。WCDMA用码字区分信道,码字长度不同,信道提供的速率就不同,所需要的功率也不同,这为WCDMA系统有效支持多种业务、提供不同等级的服务质量奠定了基础。此外,WCDMA中所用到的快速功率控制、软切换等先进技术,也使得WCDMA系统能够最大限度地降低干扰,提高服务质量。根据不同业务的不同需求,WCDMA能够提供多种不同类型(会话型、交互型、背景型等)、不同速率、不同服务等级的无线接入承载(RAB),从而支持高质量的语音业务、宽带的分组数据业务以及流媒体等多种不同的业务,为3G用户提供优质稳定、丰富多彩的服务。目前的WCDMA网络已经能支持高达384kbps的分组数据业务,不久将能支持2M bps乃至10Mbps的速率。

  WCDMA用户可以在WCDMA和GSM系统间漫游和切换,这保证了在3G初期阶段,3G用户不会因为WCDMA网络覆盖不全而在漫游或通信方面受到限制。

  总之,在空中接口中使用WCDMA技术,可以有效提高无线网络质量和效率。

  核心网络将从目前各运营商分别独自经营的垂直分层结构向可为各运营商共享的水平分层结构演进。这种水平分层结构的核心网(如图2所示)将通信业务与控制消息分离开来,既便于多种网络之间的资源共享,提高设备利用率;又因其结构的灵活性和开放性,而使得网络的平滑演进和不同网络的逐渐融合成为可能,适应多网融合的发展趋势。例如,移动网络和分组数据网络能够共享连接层的传输资源和应用层的各种服务器。又例如,如果需要将传输网络从TDM或ATM改为IP,主要的变化在连接层,控制层和应用层则不需要变化或只需微小的变化。而如果是上层应用要调整,受影响的只是相关的应用服务器,控制层和连接层可以不受影响。

 3. 实施与演进

  现有的GSM网络可以平滑过渡到WCDMA/UMTS体系。无线网络有两条演进路线:一是保留现有的900M/1800M/1900M频率,沿GSM/GPRS/EDGE演进成为能支持3G业务的GSM BSS网络;二是采用新的3G频段(2.1GHZ),沿GSM/GPRS/WCDMA演变成为标准的WCDMA接入网络WCDMA RAN。两条路线各有优劣,可以并存。EDGE是对GSM无线接入技术的改进,通过用高效的8PSK调制方法代替传统的GMSK调制方法,EDGE能够提供高达384kbps的无线信道,从而可以支持宽带的高速数据业务。GSM/GPRS/EDGE方案能有效利用现有的GSM频率资源,投资小;但接入技术仍然是TDMA。GSM/GPRS/WCDMA方案具有宽带CDMA接入技术所带来的高速、高容量、多业务等明显优势,但需要建设新的无线网络,投资较大。

  现有的GSM/GPRS核心网络则可以逐步演进为UMTS 核心网络, 它可以同时连接GSM BSS和WCDMA RAN,也就是说GSM BSS和WCDMA RAN可以共享同一个核心网络。这种演进方案确保了GSM运营商的利益,同时也使得新兴的WCDMA运营商可以快速引入3G网络。

  在竞争激烈的3G战场,爱立信公司始终走在最前列。作为最早参与WCDMA/UMTS体系研发的公司之一,爱立信已经积累和具备了提供WCDMA/UMTS系统全套解决方案的强大实力,并且已为亚洲和欧洲的多个运营商提供了商用3G系统。在中国,爱立信已为各通信运营商提供了WCDMA/UMTS测试系统,并为广东移动建立了WCDMA试验网。爱立信中国学院还为中国移动和广东移动举办了多期关于WCDMA/UMTS技术的系统培训,赢得了一致好评,为推广普及3G知识做出了贡献。


----《中国移动通信》