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书名：3G移动通信接入网运行维护（WCDMA接入网技术原理）第2版ISBN：978-7-111-48881-1作者：孙秀英出版社：机械工业出版社本书配有电子课件第3章WCDMA网络结构与接口3.1WCDMA通信系统概述3.2WCDMA无线接口3.3WCDMA无线接口信道3.1.1WCDMA网络结构1UMTS系统构成•UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS系统称为WCDMA通信系统。•UMTS系统组成分为三部分：移动台（UE）、接入网（UTRAN）和核心网（CN）。Page4UMTS系统网络结构RNCRNCNodeBNodeBNodeBMCS/VLRUEUTRANCNUuIuIu-CSIurIubIubIubRNCRNCNodeBNodeBNodeBCSPSUEUTRANCNUuIuIu-CSIu-PSIurIubIubIubPSTN/PLMNPSTN/PLMNHLR/AUCGMCSSGSNGGSNInternetPage51.用户设备（UE）UE是用户终端设备，它通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如E-mail、浏览、FTP等）。UE包括两部分：1）ME（TheMobileEquipment），提供应用和服务2）USIM（TheUMTSSubscriberModule），提供用户身份识别Page62.接入子网（UTRAN）•UTRAN包含一个或几个无线网络子系统（RNS）。•一个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和一个或多个基站（NodeB）组成。•从功能结构上来说，UTRAN接入网部分只有两个功能节点：基站（NodeB）和无线网络控制器（RNC）。Page7(1）NodeB•NodeB是WCDMA系统的基站（即无线收发信机），通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能，同时，它还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能。它在逻辑上对应于GSM网络中基站BTS。Page8NodeB由下列几个逻辑功能模块构成：RF收发放大、射频收发系统（TRX）、基带部分（BaseBand）、传输接口单元、基站控制部分Page9(2）无线网络控制器(RNC)RNC（RadioNetworkController）是无线网络控制器，它通常通过Iu接口与电路域（MSC）和分组域（SGSN）以及广播域（BC）相连，在移动台和UTRAN之间的无线资源控制（RRC）协议在此终止。Page10RNC逻辑上由交换子系统、业务处理子系统、传输子系统、时钟同步子系统、操作维护子系统、供电子系统和环境监控子系统组成组成。Page11RNC主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。具体如下：•执行系统信息广播与系统接入控制功能；•切换和RNC迁移等移动性管理功能；•宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。Page12•CRNC/SRNC/DRNC•控制NodeB的RNC称为该NodeB的控制RNC（CRNC），CRNC负责对其控制的小区的无线资源进行管理。•如果在一个移动台与UTRAN的连接中用到了超过一个RNS的无线资源，那么这些涉及的RNS可以分为：•服务RNS（SRNS）：管理UE和UTRAN之间的无线连接。它是对应于该UE的Iu接口（Uu接口）的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参数，是否进行越区切换、开环功率控制等基本的无线资源管理都是由SRNS中的SRNC（服务RNC）来完成的。一个与UTRAN相连的UE有且只能有一个SRNC。•漂移RNS（DRNS）：除了SRNS以外，UE所用到的RNS称为DRNS，其对应的RNC则是DRNC。一个用户可以没有，也可以有一个或多个DRNS。Page133.核心网(CN)(1)移动交换中心（MSC）为电路域特有的设备，用于连接无线系统（包括BSS、RNS）和固定网。MSC完成电路型呼叫所有功能，如控制呼叫接续、管理MS在本网络内或与其他网络（如PSTN/ISDN/PSPDN、其他移动网等）的通信业务，并提供计费信息。(2)拜访位置寄存器（VLR）为电路域特有的设备，存储着进入该控制区域内已登记用户的相关信息，为移动用户提供呼叫接续的必要数据。当MS漫游到一个新的VLR区域后，该VLR向HLR发起位置登记，并获取必要的用户数据；当MS漫游出控制范围后，需要删除该用户数据，因此VLR可看作为一个动态数据库。实现中通常都将MSC和VLR合为一体。(3)归属位置寄存器（HLR）为CS域和PS域共用设备，是一个负责管理移动用户的数据库系统。PLMN可以包含一个或多个HLR，具体配置方式由用户数、系统容量以及网络结构所决定。HLR存储着本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等。当用户漫游时，HLR接收新位置信息，并要求前VLR删除用户所有数据。当用户被叫时，HLR提供路由信息。Page143.核心网(CN)(4)鉴权中心（AuC）CS域和PS域共用设备，是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体。AuC将鉴权和加密数据通过HLR发往VLR、MSC以及SGSN，以保证通信的合法和安全。每个AuC和对应的HLR关联，只通过该HLR和外界通信。通常AuC和HLR结合在同一物理实体中。(5)设备识别寄存器（EIR）为CS域和PS域共用设备，存储着系统中使用的移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。移动设备被划分“白灰黑”三个等级，并分别存储在相应的表格中。目前中国没有用到该设备。(6)网关MSC（GMSC）电路域特有的设备。GMSC作为系统与其它公用通信网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，网络如不能查询该用户所属的HLR，则需要通过GMSC查询，然后将呼叫转接到MS目前登记的MSC中。具体由运营商决定那些MSC可作为GMSC，如部分MSC或所有的MSC。Page153.核心网(CN)(7)服务GPRS支持节点（SGSN）为PS域特有的设备，SGSN提供核心网与无线接入系统BSS、RNS的连接，在核心网内，SGSN与GGSN/GMSC/HLR/EIR/SCP等均有接口。SGSN完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等功能，管理MS在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。(8)网关GPRS支持节点（GGSN）也是分组域特有的设备。GGSN作为移动通信系统与其它公用数据网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，数据先到GGSN，再由GGSN向HLR查询用户的当前位置信息，然后将呼叫转接到目前登记的SGSN中。GGSN也提供计费接口。Page163.1.2UMTS设计原则•UMTS设计原则是无线接入网与核心网功能尽量分离。无线接入网完成无线资源的管理，它是连接核心网和用户的桥梁，处理所有与无线接入有关的无线信道的分配、释放、切换、管理等功能；而核心网完成的是与业务和应用相关的功能，处理所有与话音呼叫和数据连接以及与外部网络相关的交换连接和路由等，核心网子系统从逻辑上分为电路交换域（CircuitSwitchedDomain,CS）和分组交换域（PacketSwitchedDomain,PS）。Page173.2WCDMA无线接口---UTRAN主要接口有Uu、Iu、Iur和IubRNSRNCRNSRNC核心网NodeBNodeBNodeBNodeBIuIuIurIubIubIubIubPSCS18UTRANUMTSTerrestrialRadioAccessNetworkCNCoreNetworkUEUserEquipmentIuUTRANUEUuCNUMTS体系结构19RNSRNCRNSRNCCoreNetworkNodeBNodeBNodeBNodeBIuIuIurIubIubIubIubUTRAN体系结构20接口协议结构的原则是层与平面在逻辑上相互独立，如果需要，在将来的协议版本协议层、甚至一个平面内的所有层可以改变。UTRAN接口的一般协议模型物理层信令承载ALCAP应用协议无线网络层传输网络层控制面传输网络控制面用户面数据流数据承载信令承载传输网络用户面传输网络用户面物理层信令承载ALCAP应用协议无线网络层传输网络层控制面传输网络控制面用户面数据流数据承载信令承载传输网络用户面传输网络用户面Page21水平分层:协议结构主要由两层组成，无线网络层和传输网络层。所有UTRAN相关的问题仅在无线网络层可见，传输网络层表示用于UTRAN的标准传输技术，但不表示任何UTRAN的特殊要求。垂直平面:1.控制平面:控制平面包括应用协议，即RANAP，RNSAP，NBAP和传输应用协议消息的信令承载。应用协议用于在无线网络层建立承载（即无线接入承载或无线链路）。三个平面结构中，应用协议的承载参数不直接与用户平面技术相关，而是一般的承载参数。应用协议的信令承载类型可以和ALCAP的信令协议相同或不同。信令承载总是由O&M建立。Page22垂直平面:1.控制平面:控制平面包括应用协议，即RANAP，RNSAP，NBAP和传输应用协议消息的信令承载。应用协议用于在无线网络层建立承载（即无线接入承载或无线链路）。三个平面结构中，应用协议的承载参数不直接与用户平面技术相关，而是一般的承载参数。应用协议的信令承载类型可以和ALCAP的信令协议相同或不同。信令承载总是由O&M建立。2.用户平面:用户平面包括数据流和数据承载。数据流以特定接口帧协议来区分。Page23传输网络控制平面:•传输网络控制平面不包含任何网络层信息，完全在传输层。传输网络控制平面包括用于建立用户平面传输承载（数据承载）的ALCAP协议，还包括ALCAP协议所需的信令承载。传输网络控制平面介于控制平面和用户平面之间。•引入传输网络控制平面使得在无线网络控制平面的应用协议完全独立于用户平面数据承载所用的技术。•ALCAP不能用于所有类型的数据承载。如果没有ALCAP信令事务，传输网络控制平面根本不需要。使用预先配置的数据承载就属这种情况。•还需指出传输网络控制平面中的ALCAP协议在实时操作时不用于为应用协议或ALCAP建立信令承载。ALCAP的信令承载类型和应用协议的信令承载类型可相同也可不同。ALCAP的信令承载总是由O&M建立。Page24传输网络用户平面:用户平面的数据承载和应用协议的信令承载也属于传输网络用户平面。如前所述，传输网络的用户平面在实时操作时直接由传输网络控制平面控制，但为应用协议建立信令承载是O&M的事。Page253.3WCDMA无线接口信道•根据3GPP的协议规范，WCDMA的空中接口协议分为三层。最底层是物理层由L1层、L2层、层L3组成，分别称作物理层（PhysicalLayer）、媒体接入控制层（MediumAccessControl）也叫数据链路层、无线资源控制层（RadioResourceControl）•从协议层次的角度看，WCDMA无线接口上存在三种信道，物理信道、传输信道、逻辑信道。26Uu接口协议结构层3控制平面信令用户平面信息物理层层2/MAC层1RLCDCNtGC层2/RLCMAC子层RLCRLCRLCRLCRLCRLCRLC重复防止机制Uu接口边界BMC层2/BMC控制CPDCPPDCPPDCP层2/PDCPDCNtGCRRC控制CPHY控制CRLC控制CBMC逻辑信道传输信道无线承载RLC子层控制CMACPage27Uu接口协议:•第2层分为媒体接入控制层(MAC)无线链路控制层(RLC)分组数据汇聚层(PDCP)和广播/多播控制层(BMC)。•层3和层2划分为控制面C-plane和用户面U-plane，其中PDCP和BMC只属于用户面。在控制面，层3