通信工程毕业设计（论文）-3G移动通信网络结构分析.doc

毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 3 g 移 动 通 信 网 络 的 结 构 分 析 学生姓名： 指导教师： 二级学院： 龙蟠学院 专业： 通信工程 班级： m08通信工程2班 学号： 0821114002 提交日期： 2012 年4 月27日 答辩日期： 2012年5月16日 金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要iiabstract1 绪 论11.1 3g移动系统网络产生的背景11.2 3g移动系统网络结构研究的意义21.3 论文内容安排22 移动通信系统网络简介32.1 gsm系统网络结构和功能32.2 gsm核心网到3g的演进42.3 3g移动通信系统的三大标准简介53 3g移动通信系统的网络结构组成73.1 wcdma系统的网络结构组成73.2 cdma2000系统的网络结构组成123.3 td_scdma系统的网络结构组成144 3g移动通信系统的呼叫流程164.1 wcdma呼叫处理基本过程164.2 wcdma具体呼叫流程175 3g移动通信网络发展现状及未来趋势205.1 3g在我国的发展现状及趋势205.2 3g全球发展现状及趋势206 总结与展望22参考文献23致谢24ii金陵科技学院学士学位论文 摘要3g移动通信网络的结构分析摘 要第三代移动通信（3g）的发展经历了体制标准之争，已逐步演进到标准的完善和设备开发之争以及未来的产业发展之争。面对激烈的竞争形势，快速提供业务、减少带宽资费、提高通信服务质量成为移动运营商在市场竞争中获胜的关键因素，这些关键因素之争的焦点又集中在基础网络建设，传输网是电信网的基础网络，因此，3g传输网的建设在整个3g网络发展中扮演重要角色。本文以第三代移动通信（3g）网络网络结构分析为主题，进行分析和讨论。介绍了3g网络结构以及运用和发展趋势。较为系统地对3g网络结构进行了全面的叙述和分析。关键词：第三代移动通信, 码分多址，宽带码分多址，时分同步的码分多址 金陵科技学院学士学位论文 abstract3g mobile communication network structure analysisabstractthe development of the third generation mobile communication experienced the competition of the system, it have already gradually evolved the standard of perfection, the development of the equipments and the competition of the future industry development. facing the vigorous competition situation, it becomes a triumphant key factor in the market that is quickly providing the business, reducing the cost of bandwidth and exaltating the service quantity of communication. the focus of the key factor is the construction of the basal network. transport network is the foundation network, so the construction of the 3g transport network play an important role in the whole network. how to go to the relation between the traditional service and the burgeoning data service, the relation between the existing network and the large-scale 3g network, comprehensive technique cost and customer need, which to choose the technique and the project, all of them is the problem which we must consider. based on the third generation mobile communication (3g ) network structure analysis for the theme, carries on the analysis and the discussion. introduced is the 3g network structure as well as the application and development trend.systematic structure of 3g network to conduct a comprehensive description and analysis.key words: 3g，cdma，wcdma，td-cdma金陵科技学院学士学位论文 绪论1 绪 论1.1 3g移动系统网络产生的背景八十年代初期，人们认识到欧洲各国正在使用的诸多移动电话系统各自不同且互不兼容，同时，对电信服务的需求亦日益增加。为此欧洲邮电管理会议cept专门成立一个小组为西欧规划一个公共移动系统。该小组被命名为“移动通信特别小组”，为此，系统也被称为gsm，表示全球移动通信系统（global system for mobile communications）。当前，无线互联网是一个非常热门的话题，绝大多数网站经营者一提起wap、3g，立刻就神采飞扬、豪情万丈了。而目前的一般的观点也认为无线互联网特别是3g的到来，能让几乎所有的有移动上网业务的公司进入盈利的境界，从此走上金光大道了。2002年无线互联网正式在中国登陆，在中国移动推出的“移动梦网”上，各种新业务异彩纷呈，无线互联网业务显示出了它巨大的发展潜力。2004年开始，独立免费wap网站的出现和流行也让用户能够低成本甚至免费使用搜索、浏览、下载等wap业务。从席卷全国的包月旋风看，流量费用的平民化正在被移动运营商变为现实。目前，包括小灵通在内，中国手机用户已经超过4亿，其中，手机网民约为4500万。同时，我国网民也已超过1亿，互联网上的丰富应用使很多网民受益其中，但是，超过互联网网民3倍数量的手机用户可享受的手机应用不超过1万，应用供给严重不成比例。根据多家市场调研公司的预期，到2008年底，中国手机用户将增加至5.5亿左右，手机网民将达到2亿，其中活跃于手机上网的用户大约7000万户，这个数字虽然稍逊于目前互联网民的数量，但是，无线互联网无疑将掀起信息领域的下一个浪潮，解决应用供给问题也应提上日程。wap无线上网将是3g时代的“杀手级应用”。它与短信的区别，就像电脑和算盘的区别一样巨大。通过wap，手机不再只是简单的信息收发器，而将成为一个由视频、音乐、娱乐内容组成的巨大网络的一部分。据统计，目前中国已有近1亿的手机用户使用wap无线上网服务，巨大的用户规模已经为市场井喷做好了准备。所谓的3g是英文3rdgeneration的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1g）和第二代gsm、tdma等数字手机（2g），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话30金陵科技学院学士学位论文 第1章 绪论会议、电子商务等多种信息服务1。1.2 3g移动系统网络结构研究的意义3g即第三代移动通信技术，其所支持的第三代通信网络主要目标定位于实时视频、高速多媒体和移动internet访问业务。国际电信联盟（itu）早在2000年5月即确定了w-cdma（欧洲）、cdma2000（美国）和td-scdma（中国）三个主流3g标准。为了支持和发展中国自主知识产权的td-scdma，在其尚不能成熟商用的情况下，中国迟迟没有颁发3g牌照。当前国际3g技术成熟且4g已有成功商用的例子，继续延迟3g的推出将可能对中国的通讯技术的发展不利，因此，在平衡支持国家自主标准与应对金融危机、投资拉动经济之间，显然目前的决定倾向于后者。在北京奥运会期间，中国移动曾推出了一些基于td技术的3g服务，初步具有商业化与产业化的能力，因此，在支持国产技术的同时，目前尽快推出有利于创造就业。通信业属于第三产业，目前中国电话总量达9.5亿户，其中手机是6亿5千万户，不仅总量世界第一，人均持有量也在世界前列。这一方面说明中国市场庞大，更意味着中国通讯市场趋于饱和，规模庞大的手机生产产能过剩，并引起销售市场的衰退，面临行业衰退和失业压力。如果将目前的无线通讯产业升级到3g时代，那么，消费者大量更新终端手机将为硬件厂商、市场销售和技术维修等创造新的巨大的需求，从而提供大量就业。3g是一种技术密集型、劳动密集型的行业，将创造一个巨大的服务链和大量服务提供商，根据测算，可能会提供数百万个工作岗位。与工业领域的投资消耗大量资源、能源才能创造财富不同，3g主要是通过服务来创造增加值，这种大量服务需求则为目前难以找到工作的毕业生提供很好的岗位2。1.3 论文内容安排本篇论文主要是对3g移动通信网络的结构进行分析，大致分五个主讲部分：第一部分主要说明了3g移动系统网络结构的背景及意义；第二部分简介了3g的演进及主要标准；第三部分具体阐述了3g移动系统网络结构组成；第四部分举例说明手机到手机是如何实现呼叫的；最后一部分分析了3g移动通信网络发展现状及未来趋势，并随之对论文进行总结。金陵科技学院学士学位论文 第2章 移动通信系统网络简介 2 移动通信系统网络简介2.1 gsm系统网络结构和功能图1 网络结构gsm网络被分为三个子系统：a.网络交换子系统（nss）b.基站子系统（bss）c.网络管理子系统（nms）或者操作维护子系统（omc）gsm由四大功能部分组成：移动台ms，基站子系统bss，网络与交换子系统nss，运行子系统oss，分别由相应的功能实体来实现。相邻功能实体间的连接就是所谓的接口。ms与bss之间、bss与nss间的接口分别称为um、a接口。在bss内，基站bts与基站控制器bsc间的接口称为abis接口。在nss内部也有更具体的细分，移动交换中心msc与hlr等其他功能实体相互之间的接口统称为map接口3。层3有几个子层：rr为无线管理层；mm为移动性管理层；cm为通信管理层。这几层很难同osi的开放模型一一对应，因为每一层都有很强的业务特性，而不是单纯从通信的角度来划分的。这也是通称层3的原因所在。每一层都有相应的协议。物理层之间是点到点的协议，或可以说是接口间的协议：ms与bts之间就是传统的无线传输，包括源编码、信道编码、交织、加密与调制等等内容；bts金陵科技学院学士学位论文 第2章 移动通信系统网络简介 与bsc之间的传输可能是多种形式，有可能是常见的e1线连接，也有可能是经过了多次的微波中继等等，a 接口亦然。链路层，也就是第二层，同样是点到点的协议，它在物理层的基础上，为层3提供点与点之间的可靠传输。um接口上是lapdm协议，或者说是经过改造以适合无线传输的lapd协议（abis接口上采用），a接口上则采用了七号信令协议中的mtp2。层3，包括各子层，则是端到端的协议，中间要跨越几个接口。rr协议是ms与bsc之间的协议，跨越了um与abis接口。rr层的作用就是在呼叫期间建立和释放ms和msc之间的稳定连接，无论用户怎样运动，都不受其影响，其功能集中体现于um接口上无线信道的管理，以及切换。还包括初始接入，功率控制，传输管理等功能4。mm与cm协议则是ms与msc之间的协议，依次穿过um、abis与a接口，在某些时刻，hlr也是要介入进来的，所以这两项协议也要经过map接口。还有在图中未画出的一个层3的子层次ss，就是ms与hlr之间的附加业务管理，它的协议当然跨越了上面提到的几个接口：um、abis、a与map。mm首先提供了对用户移动性的管理功能，有两个方面：一是ms如何决定在蜂房之间进行选择，一是nss如何管理ms的位置数据，这一点主要对应位置更新的过程。此外，mm层还对通信的安全性进行管理，包括鉴权和加密过程。cm层主要就是根据用户的要求，在用户之间建立、维持和释放呼叫连接。上面所提到的ss层，也可看作cm层的一个独立的子部分，用户可以通过该层所提供的功能，控制发出或接收呼叫的若干特性。cm层的另一个功能就是点到点短消息的管理，这要涉及到短消息业务中心sm-sc5。2.2 gsm核心网到3g的演进对于拥有gsm/gprs网络的运营商，gsm/gprs核心网向umts的平滑演进是umts网络建设中需要考虑的一个重要问题。gsm/gprs核心网演进的方向是：gsm核心网演进为3g cs域，gprs核心网演进为3g ps域。在演进的过程中，既要考虑充分利用现网资源，实现网络平滑演进，又不能影响业务运行和业务质量。现有gsm/gprs向3g的演进应遵循下述步骤：首先，umts建设前，2g网络的建设应充分考虑到今后的演进：电路域采用易于向r4演进的设备，分组域采用可以同时支持2g/3g的双接入设备。伴随着umts r4的建设，gsm/gprs向3g的演进可以分为三个阶段：第一阶段：3g建设初期，新建3g网络，即电路域新建msc server、mgw，分组域新建sgsn，此外共用2g的gmsc、ggsn和其他分组域设备。这个阶段，一方面2g用户仍在增长；另一方面3g无线网络覆盖不完善，2g需要承载部分3g用户的业务量，因此2g网络容量不足。为了保证业务的安全，此时应新建3g核心网满足3g用户的需求，扩容gsm/gprs网络满足2g用户的需求。第二阶段：3g发展中期，2g、3g共用核心网，即升级部分2g msc为msc ser-ver，gprs sgsn为3g sgsn，支持3g用户的接入；同时可以将部分2g bss通过3g设备的a接口和gb接口接入3g核心网。这个阶段，随着3g用户的增加，2g网络会出现余量，可以对具备升级条件的2g设备升级支持3g；同时2g、3g共用核心网也可以减少由于覆盖问题带来的网间切换或者电路域基于负荷的切换，降低资源消耗，提高网络效率。第三阶段：3g发展后期，无法升级的2g msc、sgsn逐步退网，形成统一的3g核心网。这个阶段，3g无线覆盖趋于完善，2g用户逐步萎缩，核心网不需要提供对2g无线接入网的支持，可以逐步将无法升级的设备退网，双接入设备也无须再支持2g无线网的接入6。2.3 3g移动通信系统的三大标准简介 1. cdma2000 cdma2000是从cdmaone演进而来的第三代移动通信技术。事实上，cdma2000标准是一个体系结构，称为cdma2000 family，它同样还包含一系列的子标准。其技术特点如下： 前反向同时采用导频辅助相干解调;在扩频码选择采用相同m序列，通过不同的相位偏置区分不同的小区和用户;射频带宽从1.25mhz到20mhz可调;快速前向和反向功率控制;下行信道中采用公共连续导频方式进行相干检测，提高系统容量;在下行信道传输中，定义直扩和多载波传输两种方式，码片速率分别为3.6864mcps和1.22mcps，多载波方式能很好地兼容is-95网络;支持f-qpch，可延长手机待机时间;核心网络给予ansi-41网络的演进，并保持与ansi-41网络的兼容性;支持软切换和更软切换;设计了两类码复用业务信道，基本信道用于传送语音、信令和低速数据，是一个可变速率信道，补充信道用以传送高速率数据，在分组数据传送上应用了aloha技术，改善传输性能;在同步方式上cdma2000与is-95相同，基站间同步采用gps方式。 cdma2000的发起者主要以美国和韩国为主的以is-95 cdma为标准的制造商和运营公司，cdma2000继承了is-95窄带cdma系统的技术特点，网络运营商同样可以在窄带cdma网络中更换或增加部分网络设备过渡到3g7。2. wcdma wcdma的主要技术指标是：支持高速数据传输(慢速移动时384kb/s，室内走动时2mb/s)，异步bs，支持可变速传输，帧长10ms，码片速率3.84mb/s。其主要特点如下： 基站同步方式：支持异步和同步的基站运行方式，组网方便、灵活;调制方式：上行为bpsk，下行为qpsk;解调方式：导频辅助的相干解调;接入方式：ds-cdma方式;三种编码方式：在话音信道采用卷积码(r=1/3，k=9)进行内部编码和veterbi解码，在数据信道采用reedsolomon编码，在控制信道采用卷积码(r=1/2，k=9)进行内部编码和veterbi解码;适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源，同时对多速率、多媒体的业务可通过改变扩频比(对于低速率的32kb/s、64kb/s、128kb/s的业务)和多码并行传送(对于高于128kb/s的业务)的方式来实现;上、下行快速、高效的功率控制大大减少了系统的多址干扰，提高了系统容量，同时也降低了传输的功率;核心网络基于gsm/gprs网络的演进，并保持与gsm/gprs网络的兼容性;bts之间无需同步因bs可收发异步的pn码，即bs可跟踪对方发出的pn码，同时ms也可用额外的pn码进行捕获与跟踪，因此可获得同步，来支持越区切换及宏分集，而在bts之间无需进行同步;支持软切换和更软切换，切换方式包括三种，即：扇区间软切换、小区间软切换和载频间硬切换。 wcdma的发起者主要是欧洲和日本标准化组织和厂商，wcdma继承了第二代移动通信体制gsm标准化程度高和开放性好的特点，标准化进展顺利，网络运营商可以通过在gsm网络上引入gprs网络设备和新业务，培育数据业务消费群体，逐步过渡到3g8。 3. td-scdma td-scdma较前两种技术标准略显稚嫩，其主要技术特点如下： 信号带宽为1.23mhz;码片速率为1.28mchip/s;采用智能天线技术，提高了频谱效率;采用同步cdma技术，降低上行用户间的干扰和保持时隙宽度;接收机和发射机采用软件无线电技术;采用联合检测技术，降低多址干扰;多时隙，具有上下行不对称信道分配能力，适应数据业务;采用接力切换，降低掉话率，提高切换的效率;语音编码：amr与gsm兼容;核心网络基于gsm/gprs网络的演进，并保持与它们的兼容性;基站间采用gps或者网络同步方式，降低基站间干扰。 td-scdma目前主要是西门子公司和中国大唐集团在开发，较前两个技术标准而言，对td-scdma进行大力支持和结成产业联盟的企业还比较少9。金陵科技学院学士学位论文 第3章 3g移动通信系统的网络结构组成 3 3g移动通信系统的网络结构组成3.1 wcdma系统的网络结构组成1.wcdma系统组成 wcdma作为umts（通用移动通信系统）的实现，其系统体系结构与大多数第二代系统甚至第一代系统基本类似。wcdma系统包括若干逻辑网络元素，逻辑网络元素可以按不同子网分类，也可以按功能来划分。 功能上，逻辑网络元素可以分成ue（用户设备终端）、无线接入网（ran）和核心网（cn）。无线接入网也可以借用umts中地面ran的概念，因此又简称为utran。其中ran处理与无线通信有关的功能。cn处理语音和数据业务的交换功能，完成移动网络与其他外部通信网络的互联，相当于第二代系统中的msc/vlr/hlr。ue和ran采用全新的wcdma无线技术规范，而cn基本上来源于gsm。 umts也可以分成若干个子网，子网之间可以独立工作，又可以协同工作，因而子网又叫做umts公众陆地移动网（plmn）。不同运营商运营的plmn之间可以互通，而且plmn也可以与isdn，pstn，internet以及其他数据网络互通。图1给出了plmn网络体系结构，图中包括plmn网络的逻辑元素、内部元素连接以及与外部网络的连接。 下面说明图2中的逻辑网络元素。其中ue包含如下两个部分： 图2 plmn体系结构me（移动设备）。它是通过空中无线接口uu与node b进行通信的无线终端。 usim（umts用户识别模块）。它相当于gsm终端中的sim智能卡，用于记载用户标识，可执行鉴权算法，并保存鉴权、密钥以及终端需要的预约信息。 ran中则包含如下两个部分： node b（b结点）。它是在iub和uu接口之间传送数据的基站（bs），基站也参与部分无线资源管理。 rnc（无线网络控制器）。它控制辖区内的所有无线资源，是与之相连的基站的管理者。rnc是ran提供给cn的所有业务的接入点。 cn中包含的逻辑网络元素有如下几个： msc/vlr（移动业务交换中心/访问位置寄存器）。移动交换中心msc和数据库vlr为ue提供电路交换服务。msc用于完成电路交换业务，而vlr用于保存漫游用户的服务特征描述副本，以及ue在服务系统中精确的位置信息。通过msc/vlr连接的外部网络称作cs域网络。 hlr（归属位置寄存器）。这是一个位于用户本地的系统数据库，它保存了用户服务特征描述的主备份。这些服务的特征描述包括允许的业务信息、禁止漫游的地区和补充业务信息（如呼叫前转状态和呼叫前转数量）。此数据库在新用户向系统注册入网时为用户创建初始化数据，创建后的数据在用户接收服务期间始终存在。为了给呼入的用户找到路由并连接到目的ue，hlr还在msc/vlr和sgsn中保存ue的位置信息。 gmsc（移动业务交换中心网关）。这是umts plmn与外部cs域网络连接处的交换设备，所有呼入和呼出的cs连接均需要经过gmsc。 sgsn（服务gprs支撑节点）。它与msc/vlr的功能类似，只不过它仅用于分组交换（ps）业务。通过sgsn连接的外部网络称作ps域网络。 ggsn（gprs支持节点网关）。它与gmsc的功能类似，不过它仅用于分组交换业务。 图3.1中的外部网络包括如下两个部分： cs域网络。它提供电路交换如现有电话业务的连接。cs域网络包括pstn和isdn等。 ps域网络。它提供数据分组交换如现有数据上网业务的连接。ps域网络包括internet和x.25等10。3gpp规范并没有对上面描述的逻辑网络元素的内在功能作具体详细的说明，但是对逻辑网络元素之间的一些接口作了详细定义。plmn网络主要的开放接口如下：cu接口：它是usim智能卡和me之间的电子接口，遵循智能卡的标准格式。 uu接口：它是wcdma的无线接口，是ue终端接入系统固定网络的必需接口。umts uu接口的开发性可以保证不同制造商设计的ue终端可以接入其他制造商设计的ran中。 iub接口：它是连接node b与rnc的标准接口。制定开放的iub接口就是为了保证不同移动通信设备制造商生产的node b和rcn之间可以互联互通，使运营商单独购置node b和rnc设备成为可能。 iur接口：它是rnc之间的接口，开放的iur接口允许不同设备制造商生产的rnc之间可以进行软切换。 iu接口：它是连接ran与cn之间的标准接口，类似于gsm网络中的a接口（电路交换）和gb（分组交换）接口。开放的iu接口允许运营商购置不同设备制造商生产的ran和cn设备铺设网络，这样有利于造成设备制造商之间的竞争。开放的a接口和gb接口也是gsm成功的原因11。 2.ran结构 wcdma的无线接入网可以包含一个或多个rns（无线网络子系统）。一个rns可理解为ran内的一个子网，它包含一个rnc和一个node b集合。不同rns中的rnc通过iur接口互联，而rns内部的rnc通过iub接口与node b建立物理连接。rns内部和外部的连接关系如图3所示。 图3rns内外部连接关系ran的主要特征： 支持utra（即umts地面无线接入）及真相关的所有功能。例如，要求支持软件切换以及wcdma特定的无线资源管理算法。尽可能与gsm兼容。 最大限度地兼容cs域和ps域的处理。一方面，他们共用空中接口协议栈；另一方面它们使用同一接口从ran连接到cn。 使用atm作为主要的传输机制，同时考虑传输网络向ip网络的过渡。 在wcdma系统中，逻辑网络元素无线网络控制负责ran无线资源管理。rnc通过msc或者sgsn与核心网相连，并负责终止umts wcdma的空中接口协议。rnc在逻辑上相当于第二代系统中的bsc。 我们将控制一个基站的rnc叫做控制rnc（crnc），crnc与所控制的基站之间必须有直接的物理连接。crnc负责终止所控制的基站iub协议接口，并负责所有控制小区的接纳控制和拥塞控制。另外，crnc还要完成控制小区中新建无线连接的码字分配。 如果一个移动用户连接到无线接入网时需要使用多个rns资源，那么可以从逻辑功能上将涉及到的rnc分成两类，一类叫做服务rnc（srnc），另一类叫做漂移rnc（drnc）。 一个移动用户的srnc负责终止用户无线数据的传送，以及iu连接的ranap信令。iu接口连接是cn与ran之间的连接，因而iu接口的ranap信令连接简称为ranpa连接。srnc也负责终止无线资源控制（rrc）信令，rrc是ue与ran之间的信令协议。在实际系统设计中，空中无线接口的l2处理也在srnc中完成。srnc需要完成ran内部的无线资源管理操作，例如，将无线接入承载参数转化为控制传输信道参数、切换判决或者外环功率控制。srnc在大多数情况下作为基站的crnc存在。 针对一条无线连接而言，除srnc之外的其他所有rnc都是drnc。drnc负责控制移动用户使用的小区。在某种情况下，drnc也可以进行宏分集的合并和分裂。只有ue在使用公共或者共享传输信道时，drnc才进行用户平面数据的l2处理，否则仅在iub和iur接口间透明地为数据选择路由。一个ue可以有一个和多个drnc，也可以没有。 ran中的基站又叫node b，它主要完成空中接口的l1处理，以及很小部分的l2处理。l1处理分为码片级处理和符号级处理，需要完成扩频/解扩、速率匹配以及信道编码与交织等。另外，基站也需要执行部分关键的无线资源管理操作，例如，执行内环功率控制动作。ran中的基站在逻辑上对应于第二代系统中的bts12。 3.ran接口模型ran接口的通用协议模型基于这样的原则，各层和各平面在逻辑上保持独立，这样以后可根据需要修改协议结构中的一部分，而保持其他部分不变。图4给出了ran接口的通用协议模型，由图可见，ran接口协议的设计是根据通用的协议模型进行的。图4ran接口的通用协议模型ran接口的通用协议模型在水平方向分为无线网络层和传输网络层。所有ran的相关内容仅在无线网络层体现。而传输网络层使用标准的传输技术，如atm，ip。ran在引用传输技术时完全保持其原有特征，不针对ran作任何特定修改，这也是wcdma移动通信系统充分使用现有传输网络基础设施的体现。ran接口的通用协议模型在垂直方向分为控制平面、用户平面、传输网络控制平面以及传输网络用户平面。控制平面用于实现所有接口的控制信令，它不仅包含应用控制协议，如iu口的ranap，iur中的rasap，以及iub中的nbap，还包含应用控制协议的信令承载。ran与ue之间的承载由控制平面的控制协议建立。ran与ue之间的承载分为iu中的无线接入承载和iur/iub中的无线连接。在控制平面的三层结构中，物理层和信令承载分别对应层l1和层l2，处于无线网络层水平面的控制协议对应层l3。 控制协议的信令承载与传输网络控制平面的信令承载可以相同，也可以不同。控制协议的信令承载总是通过操作维护（oam）动作建立。 用户平面用于实现所有接口的媒体流传输，它不仅包含应用媒体协议，如cch fp和dch fp，还包含媒体协议的数据承载。用户收发的所有信息，例如，话音呼叫中已编码的话音或者数据流业务中的分组，都通过用户平面传输。用户平面的媒体协议主要处理数据流的帧，因此称为帧协议（fp）。fp分为公共信道fp和专用信道fp。传输网络控制平面服务于传输网络层的所有控制信令，它不包含任何无线网络层信息。它包括用于建立用户平面内数据传输承载的承载信令控制协议（如建立atm数据传输承载的alcap协议），同时也包括信令控制协议需要的信令承载（如alcap协议要求的saal协议）。逻辑上，传输网络控制平面位于控制平面和用户平面之间。它的引入使控制平面的控制协议与用户平面中的媒体协议所采用的承载技术之间完全独立成为可能。例如，控制协议的信令承载可以使用aal5等可靠的适配技术，而媒体协议的数据承载则可采用aal2等实时性较高的适配技术。应用传输网络控制平面时，用户平面中数据承载的传输承载可以按如下方式建立：首先，控制平面的控制协议通过信令分析发现有建立数据承载的要求；其次，控制协议通过传输网络控制平面的承载信令控制协议（如alcap）引发数据承载的建立。一般来说，承载信令控制协议特定于用户平面技术要求。控制平面和用户平面的独立性要求承载信令控制协议参与用户平面数据承载的建立过程。然而，承载信令控制协议并不用于所有类型的数据承载上，如果承载信令控制协议不再存在，那么传输网络控制平面就没有存在的必要。在这种情况下，要使用预先配置的数据承载。承载信令控制协议不一定与控制协议具有相同的信令承载。3gpp规范推荐承载信令控制协议总是使用操作维护（oam）动作建立，但是对建立的细节没有规定。前面讲到的控制平面的信令承载和用户平面的数据承载都属于传输网络用户平面。传输网络用户平面的数据承载在实时操作期间由传输网络控制平面直接控制。但是，传输网络用户平面在为控制平面的控制协议建立信令承载时必须受操作维护（oam）控制13。3.2 cdma2000系统的网络结构组成1. cdma2000-1x系统结构cdma2000-1x网络主要有bts、bsc和pcf、pdsn等节点组成。基于ansi-41核心网的系统结构如图5所示:图5 基于ansi-41核心网的系统结构其中：bts - 基站收发信机pcf - 分组控制功能bsc - 基站控制器pdsn - 分组数据服务器 sdu - 业务数据单元 msc/vlr - 移动交换中心/访问寄存器bscc- 基站控制器连接由图可见，与is-95相比，核心网中的pcf和pdsn是两个新增模块，通过支持移动ip协议的a10、a11接口互联，可以支持分组数据业务传输。而以msc/vlr为核心的网络部份，支持话音和增强的电路交换型数据业务，与is-95一样，msc/vlr与hlr/ac之间的接口基于ansi-41协议。图中，- bts在小区建立无线覆盖区用于移动台通信，移动台可以是is-95或cdma2000-1x制式手机。- bsc可对对个bts进行控制；- abis接口用于bts和bsc之间连接；- a1接口用于传输msc与bsc之间的信令信息；- a2接口用于传输msb与bsc之间的话音信息；- a3接口用于传输bsc与sdu(交换数据单元模块)之间的用户话务(包括语音 和数据)和信令；- a7接口用于传输bsc之间的信令，支持bsc之间的软切换。以上节点与接口与is-95系统需求相同。cdma2000-1x新增接口为：- a8接口：传输bs和pcf之间的用户业务；- a9接口：传输bs和pcf之间的信令信息；- a10接口：传输pcf和pdsn之间的用户业务；- a11接口：传输pcf和pdsn之间的信令信息；a10/a11接口是无线接入网和分组核心网之间的开放接口。- 新增节点pcf(分组控制单元)是新增功能实体，用于转发无线子系统和pdsn分组控制单元之间的消息。- pdsn节点为cdma2000-1x接入internet的接口模块14。2. 频道设置、信道结构和后向兼容性cdma2000可以工作在8个rf频道类，包括imt-2000频段、北美pcs频段、北美蜂窝频段、tacs频段等，其中北美蜂窝频段(上行：824-849mhz, 下行:869-894mhz)提供了amps/is-95 cdma同频段运营的条件。cdma2000-1x 的正向和反向信道结构主要采用码片速率为1x1.2288mbit/s，数据调制用64阵列正交码调制方式，扩频调制采用平衡四相扩频方式，频率调制采用oqpsk方式。cdma2000-1x 正向信道所包括的正向信道的导频方式、同步方式、寻呼信道均兼容is-95a/b系统控制信道特性。cdma2000-1x 反向信道包括接入信道、增强接入信道、公共控制信道、业务信道，其中增强接入信道和公共控制信道除可提高接入效率外，还适应多媒体业务。cdma2000-1x 信令提供对is-95a/b系统业务支持的后向兼容能力，这些能力包括： 支持重迭蜂窝网结构； 在越区切换期间，共享公共控制信道； 对is-95a/b信令协议标准的延用及对话音业务的支持15。3.3 td_scdma系统的网络结构组成tdscdma系统的设计集fdma，tdma，cdma和sdma技术为一体，并考虑到当前中国和世界上大多数国家广泛采用gsm第二代移动通信的客观实际，他能够由gsm平滑过渡到3g系统。tdscdma系统的功能模块，如图6所示，主要包括：用户终端设备（ue）、基站（bts）、基站控制器（bsc）和核心网。在建网初期，该系统的ip业务通过gprs网关支持节点（ggsn）接入到x 25分组交换机，话音和isdn业务仍使用原来gsm的移动交换机。待基于ip的3g核心网建成后，将过渡到完全的tdscdma第三代移动通信系统。图6 tdscdma系统的功能模块结构tdscdma无线接入网络系统(ran)由一组通过iu连到核心网(cn)的无线网络子系统(rns)组成。如下图7所示：一个rns由一个基站控制器(rnc)和一个或多个基站node b组成。rnc和node b之间通过iub接口连接。ue通过空中接口(uu)接入rns16。图7 tdscdma网络结构无线接入网金陵科技学院学士学位论文 第4章 3g移动通信系统的呼叫流程 4 3g移动通信系统的呼叫流程4.1 wcdma呼叫处理基本过程基础知识：ovsf码：互相正交的一组码。表示法：cch,sf,jsf表示矩阵的阶数，也是扩频系数；j表示矩阵中的第j+1行。由于正交特性，用来区分同一扇区内不同的信道（用户）。是有限的，如sf256，就是一个256阶的矩阵，共256行，就表示只有256个不同的ovsf码，只能区分256个用户。scrambling code：扰码。下行区分不同的扇区，上行区分不同的ue。这样，不同的扇区内可以使用同样的ovsf码。扰码的主要编码类型是gold code（金码）。主扰码是区分每个扇区的。gold code：先从pn序列（伪随机序列）说起。pn序列的输出长度为2n-1（n为移位寄存器的个数）。对应不同的起始位，得到2n-1个输出序列组合。不同的移位寄存器组合，会得到不同的pn序列组合。不同pn序列组合中分别拿出的pn序列之间的互相关特性没有太强的规律，但有一些特殊的会有，其互相关值只有三个取值。称这样的序列为优选对。优选对移位模二加，就可总共得到2n-122n1个金码（家族）。金码自相关归一化为1，互相关为0。这样就可区分小区和ue。在下行物理信道上共有8192个扰码，将这8192个码分成512个组，每组有16个码，其中第一个为主扰码（共有512个主扰码），其余15个为次扰码。512个组每8个组成一个大组，共有64个大组（主扰码组）。分组是为了提高同步时的速度。手机开机后寻找当前基站的主扰码时就可以采取分级的方法，先64个大组选1，再8个组选1，这样就能很快知道接入的扇区的主扰码是什么了。下面是介绍呼叫过程的。通过物理信道的使用来了解整个呼叫的过程17。4.2 wcdma具体呼叫流程一、 小区搜索手机一开机，首先要寻找nodeb（或扇区），判断这个nodeb（或扇区）用的是哪个主扰码，然后才能拿到小区开销信息。所以先听主同步信道上的主同步码（psc，手机和nodeb用的都一样，非周期自相关），做自相关，有自相关峰，说明周围有好的nodeb。然后再听辅同步信道上的辅同步码（ssc），共有16个，因为一个无线帧只有15个时隙，只用其中的15个。16个中选择15个，这样不同的排列组合有很多，且具有唯一性，选择64个分别区分64个主扰码组。听完一帧后，根据15个ssc的排列顺序，就可以判断当前扇区属于哪个主扰码组（64选1）。接着，听主公共导频信道p-cpich，确定到底是哪个主扰码。p-cpich的内容是一个高电位，使用固定的信道化编码cch，256，0，扰码使用的是主扰码。在手机确定是哪个主扰码组后，它只剩下8个主扰码（一个主扰码组是8个组，每组只有一个主扰码）。只有一致的主扰码才能最后解出p-cpich中的高电位。通过一个一个试，直到得到高电位，这样就确定了主扰码。得到主扰码，就可以听到主公共控制物理信道p-ccpch，因为它也是用主扰码来加扰的，信道化编码固定cch，256，1。它上的内容是小区的系统消息bcch。通过这么4步，我的手机终于了解了它附近的一个小区的基本情况了。之前的这一系列过程，都是盲检测。二、 手机注册/位置更新在上一过程中，手机了解了小区的情况，但是基站还不知道有移动台。所以，手机必须要有一个注册的过程。首先在主随机接入信道上发送随机接入前导。这是一个敲门的动作，同时也在进行开环功控。手机会发送不止一个preamble，一开始做试探，功率小一点，看基站能不能听到。如果听不到，下一个preamble的功率就增加一个步长，直到功率足够强，基站就听到了。preamble里的两个扰码来区分是哪个扇区哪个用户发来的前导。前导签名preamble signature 区分用户，前导扰码来区分扇区。基站听到后，通过捕获指示信道aich告诉手机可以继续发送具体的接入请求信息了。aich上的信息ai与prach上的签名对应。即如果是骆驼发送preamble，则基站回一个“骆驼，我听到你了，可以发接入消息了”。于是，手机开始在prach上发送接入message。基站收到手机的接入请求后，通过辅公共控制信道s-ccpch给手机分配资源（通过传输信道fach来分配），分配得到的主要是专用物理信道。手机收到资源分配消息后，手机转到基站给它分配的dpdch/dpcch上进行注册或位置更新。这是双向的信道。三、 手机空闲手机空闲时，要不断地监听主公共控制信道，在这上面经常会发送一些小区开销信息，如哪些状态发生改变。所以手机要想在这个小区生活下去，就要不断地了解小区的规则以及小区环境的变化。手机还要监听寻呼指示信道，它会告诉手机在辅公共控制信道上有没有这个手机的寻呼消息。如果有，就转到辅公共控制信道上去收。（s-ccpch映射pch）四、 手机主叫 发送接入前导，进行呼叫请求，开环功控；基站确认呼叫请求，发送ai，通知手机继续发送具体接入请求；手机发送接入消息；基站通过s-ccpch(fach)给手机分配信道；手机占用pdch进行话音通信。五、 手机被叫快速寻呼消息。通过监听pich，得到有给此手机的寻呼消息。这个消息不是具体的寻呼消息，具体的要到s-ccpch(pch)中得到。在s-ccpch(pch)中得到寻呼消息后，手机就试图接入相应的基站，后面就和手机主叫的过程一样了。六、 高速数据传输csich指示一个cpch信道的状态，即一个cpch信道是不是可用。手机通过监听csich，就可以知道有没有可