WCDMA原理深入资料整理

主要内容：

1、UMTS的基本理论。简述无线通信的发展历史以及他们之间的变化。

2、UMTS基本结构的介绍。从逻辑视图介绍UMTS的功能结构，GSM及GPRS向UMTS过渡的结构变化。

3、无线接口。UMTS作为UTRAN网络并且是FDD方式下的空中接口特性，包括：

a、WCMDA空中接口的基本原理

b、UTRAN网络的总体介绍，协议模型、物理层、RLC层、MAC层的基本功能以及所对应的信道、空中接口的通信过程、调制解调方案及AMR等。

4、基本通信过程。移动台至核心网之间的通信过程。

一、UMTSIntroduction

目标：1、UMTS是什么？

2、UMTS的标准由谁制定、这些标准的特点及不同标准的差异。

3、UMTS现状，各国license发布情况。

1、移动通信的基本发展过程

第一代以模拟制式为代表的空中无线接口的应用主要有：NMT（北欧）、TACS（英国）、AMPS（北美）及R2000（铁路应用）等。多种标准的存在使得彼此不兼容，不能互联互通。

第二代移动通信引入数字和调频技术，最典型的技术有：GSM（欧洲）、CDMAIS-95（北美）、D-AMPS（北美）、IS-136（北美）等。在整个发展过程中，主要有三个分支，分别是欧洲、北美和日本的移动通信发展历程。日本的分支由于比较独立，一般不在讨论之中。

作为欧洲第二代移动通信技术的典型代表是GSM，GSM在空中接口的主要特点：多址方式－—TDMA，采用8路时分复用的多址方式，每用户的接入是通过占用物理信道的时隙来区分。从网络侧考虑，区分上下行链路的双工方式是FDD。在每一个频率上使用8路时分复用，微观的占用时间片来区分多路用户的个人通信。在通信过程中，每个用户得到的物理资源是时隙，在GSM中物理信道的定义为：物理信道（Phychannel）＝频率（Frequence）+时隙号（TSnumber）。由于采用电路交换方式，每用户在通信过程中，将一直占用网络分配的物理信道直至通信结束。在空中接口，物理信道的分配是采用固定的分配方式。一个用户对应一个时隙（TS），时隙用于传送话音时，话音的净比特速率（经过原编码后的速率）为13kbit/s(FR)或12.2kbit/s(EFR)；传送数据时，单信道最大传输速率为9.6kbit/s（限值），由于受限于该速率，所以GSM的数据业务归为承载业务，主要是通过GSM网络承载数据到外部网络。但是，如果在软件上升级，也可以支持到14.4kbit/s的数据速率。

随着数据业务的发展，为提高空中接口上的数据传送速率，在GSM基础上提出了2.5代的GPRS技术。GPRS提供的是一种数据服务，它不能独立于GSM存在，它的目的只是在GSM系统上提供高速有效地传递数据业务的服务。因此，GPRS的无线部分不会发生变化，仍然沿用GSM的无线接口，采用TDMA帧结构，但交换方式由电路交换转变为分组交换方式。在2.5代系统中，核心网交换域由电路交换域（CSDomain）和分组交换域（PSDomain）构成。从数据速率和业务的角度来说，GPRS可以提高空中接口中数据业务的速率，而对于话音速率没有任何影响。如何在GSM系统数据速率受限的前提下提高空中接口的数据速率？可以有两种方法：第一是改变信道编码方案，提高每用户的单信道数据净比特率。在GSM系统中，空中接口上的每用户信息是按20ms分块，每信息块包含456bits，传输速率为22.8kbit/s。456bits的信息块内容大体可以分成二部分，即有用消息字段和保护字段。从22.8kbps角度来说，要提高传输速率，也就是在20ms时间段，增加信息块的有用消息字段的长度，减少保护字段的长度。这种机制即所谓的信道编码（channelcoding）。这种方案的实现带来的缺陷就是由于保护字段的减少，数据包在空中接口传递时，它的可靠性会有所下降，数据包对无线接口的敏感性会加重，也就是对载干比（能量之比）的要求将会提高，基本要达到14dB以上，才能满足CS4的编码方案。对于CS4编码，数据速率为20.4kbps，与22.8kbps比较，几乎没有保护。而数据业务比较关键的是块的差错率、块的丢失率，话音业务比较注重的因素是时延。随着单信道数据速率的提高，对无线信道空中接口的载干比要求也会提高，因此通过提高单信道数据传递速率的方法并不是最有效的。作为第二种方案，就是通过多时隙分配来实行数据速率的提高，也就说通过改变无线资源的分配使每用户根据数据量的大小动态分配占用多个时隙来完成分组数据块的传送。这种动态分配从两个角度来考虑，首先是每用户空中接口的最大可占用时隙为8个TS，其次是每时隙可支持的最大用户数为8个。二种方案前者是通过提高单信道速率，后者是通过提高资源利用率的角度来实现数据传递速率的提升。理论上，GPRS网络能够提供的最大数据传递速率是采用CS4编码方式，8时隙共用的前提下得到的值为160kbps。而实际上，当前的小区规划中定义的分组时隙取决于业务量的大小，以最大4个TS为例，（1＋3）个TS的配置方式是指1个时隙是静态分配给分组时隙，3个时隙作为混合方式的分配，完成分组或话音业务的传送。因此，目前最大的时隙分配是4个TS。从信道编码方式来考虑，目前使用较多的是CS1和CS2方案，CS1多用于信令，而CS2可以动态选择支持业务和信令。CS2的速率理论值是12.2kbps，考虑一定的阻塞（5％），实际有效速率是10kbps，而CS1只有8kbps。因此，从网络侧考虑，最大的数据传递速率只有40kbps。从移动台来看，对于GPRS移动终端来说，移动台有所谓的多时隙能力的指标值。多时隙能力是指移动台在上下行链路上同时能够获得的最大无线资源能力，即能获得的最大时隙数。在规范中移动台按多时隙能力被分成class1~class29共29个级别，而目前网络能支持的只有class1~class13共13个级别。对于一个3＋1级别的移动台来说，该移动台在下行方向上最大只能同时获得3个时隙，在上行方向上最大只能获得1个时隙。目前MOTO各式包括测试手机最大的也就是3＋1的移动台，通常使用的也就是2＋1或其他级别的手机。因此，数据速率还要取决于移动终端的级别，移动台只有在class29级别时，才能真正实现8＋8的时隙配置。所以，在实际过程中，手机真正能获得的数据传输速率在下行方向上目前也只有30kbps，这也是目前GPRS网络能够提供的有效速率，一般变化范围在20～40kbps之间。这里所讲的速率是净比特速率，指的是业务数据包经过多重分装后，在进入RLC的MAP层之前的速率，并不是指经过信道编码之后的速率。所以，在考虑数据速率时，必须清楚所处的阶段，是原编码速率、经过信道编码的速率还是经过调制后的速率。

（课间提问：GPRS系统在通信过程中，手机要不断对系统进行测量，那么又如何能够实现8＋8的时隙配置？也就说如果手机工作在8＋8模式下，靠什么物理信道来完成测量和信令的交互？）

在GPRS网络中，空中接口的传递速率，无论是30kbps还是160kbps，都显得太低，这样就存在了由GSM和GPRS网络继续向上过渡的系统要求，被称为E－GSM和E－GPRS，其中，E代表的是EDGE技术。EDGE技术是采用了空中接口上不同的无线处理方式，主要是调制方案的改变。由于采用不同的调制方案，可以提高空中接口的信息传输速率，在原有基础上提高3倍的数据速率的增长。因此，E－GSM的数据速率可以达到43.2kbps，E－GPRS可以达到480kbps。EDGE技术的缺点是由于无线接口调制方案的改变，需要改变所有BTS基站的硬件和软件。EDGE技术早在二年前，欧洲的GSM网络就已经投入商用。对于一个大型网络，由于采用EDGE技术所需要的追加投资将非常巨大，这也就是我国目前没有引入这一技术的主要原因。

作为GSM营运商，为提高数据的传递速率，可能会考虑的方案是GSM/GPRS网络直接向UMTS的演进。UMTS技术作为欧洲3G的典型代表，在空中接口上选择了码分多址CDMA的方式，在双工方式上，既可以选择FDD方式，也可以采用TDD方式，取决于空中接口的规范。在FDD方式下，UMTS理论速率为2Mbps，是每用户所能得到的最大净比特速率，指未经过信道编码之前的速率，而实际上可以达到2.1Mbps。这个速率是含有数据包头的数据流，如用户的数据是IP数据，IP应用层数据可能是某个FTP数据包，数据包在封装时会选择各种合适的底层协议数据，即IP数据的包头。

第二个移动通信演进的分支，是北美分支。首先作为第一代系统，选择的是800MHz的AMPS系统。北美与欧洲的发展模式不同，欧洲在模拟系统中由于采用了多种制式，导致它在做GSM规范时，力求一体化，所以GSM是先有规范后有网络。而这个问题，对北美来说就不是那么重要。由于北美从一开始就选择了统一的AMPS制式，所以它首先要考虑的是不断改善网络的性能。作为北美第二代系统的一个重要分支D－AMPS系统，就是在原有的AMPS基础上引入了数字化技术。与此同时，欧洲GSM1900MHz也被引入了北美，作为第二代系统的补充。北美二代系统的第三个分支，就是高通公司研制并拥有专利的CDMA系统。CDMA在北美的发展大致经历了几个阶段，首先是窄带CDMA，引入的是IS－95空中接口的标准，IS－41是核心网标准（对应GSM是MAP标准）。IS－95标准系列通称为CDMAOne技术，1993年IS－95标准被最终确定，作为第一个被引入的CDMA系统，采用的是IS－95A的标准，标准确定在扩频时使用的带宽为1.25MHz、速率为1.2288Mcps，相对于WCDMA中5MHz的带宽，1.25MHz带宽则被称为窄代系统。对于CDMA来说，物理信道的定义是指：物理信道（Phychannel）＝频率（Frequence）+码子（Code）。与GSM相对应，CDMA系统中的每用户是通过分配的码子来得到单业务信道，目前的IS－95A标准，单信道码子上的最大数据用户速率是14.4kbps。发展到IS－95B标准时，通过码子捆绑技术，单用户可占用的码子最大可以分配8个码子，所以可以得到的最大数据速率为14.4x8＝115.2kbps。

与GPRS对应，CDMA的2.5代技术被称为CDMA2000－1X，所对应的标准仍然是2.5代的标准而非3代标准。在CDMA20001X单载波中，带宽仍为1.25MHz，双工方式为FDD方式，提供用户共二类信道，一类称为FundamentalChannel(基本信道)，另一类称为SupplementalChannel（附加信道）。在通信过程中，用户会固定的得到一个F信道，并始终维持不会释放，在基本信道上，传送的是信令（Signaling）和业务（Traffic）信息，速率为9.6kbps；当用户申请高速率业务时，系统会提供S信道，S信道的获得并非按Qos由系统自动分配，而是任何用户都可以根据需要向系统申请。在系统中，S信道的配置数量不多，因为它的实现要用到Walsh四阶矩阵中的二个码子，另外2个码子要分配给公共信道，所以最多只有2个S信道，每小区只能同时分配2个用户使用独立的S信道。用户只有申请并获得S信道后，才能提供153kbps的业务。由于信道数较少，系统就规定了单个用户占用该信道的时长（ms级的占用周期），因此，信道的占用具有非连续性。用户在F信道上通过发送信令消息，向系统申请S信道，获得S信道后，用户会在S信道上传送业务信息，而自动释放在F信道上传业务信息；如果在占用周期内没有传完业务信息，用户将再次申请S信道，所以，用户的业务速率会有所波动，这也是CDMA20001X的特点和缺陷，目前的码子规划只能做到这一步。与GPRS连续占用时隙的工作模式相比，CDMA20001X存在明显的缺陷，即所谓的信道重配置过程，这也体现了欧洲与北美在制定规范体制上的区别。在核心网部分，CDMA20001X同样被分为CS和PS域，与GPRS不同的是，CDMA在制定标准时，各实体间的接口都是内部的（Internal），这样的结构更适合内部高效的运作。只有在中国的使用过程中，由于营运商的要求，才对A接口开放，从而实现多厂家设备的互联。在CDMA由IS－95向CDMA2000－1X过渡过程中，BSC增加了分组交换的功能，相当于GPRS中SGSN的功能由BSC来实现。这与GPRS中CS域与PS域是独立完成的结构截然不同。所以，由于接口的不开放，使CDMA2000－1X的物理实体较GPRS网要少，对应GGSN的网关实体称为PDSN。

在CDMA2000向三代过渡的过程中，最初有二个分支。一个分支称为CDMA2000－MC叫多载波CDMA技术，这一技术是在空中接口中通过多载波码分多址实现宽带业务的提供，目前，该技术已被搁置。另一分支是CDMA2000－1XEV（增强型），已作为主流技术被发展。其中CDMA2000－1XEV－DO（dataonly）已被韩国商用，CDMA2000－1XEV－DV（data&voice）将在下阶段被采用，并将作为真正的CDMA2000的3G标准。该技术使用的带宽仍然是单载波的1.25MHz，它的发展趋势并不打算向宽带过渡，由于使用了增强的数据速率和新的调制方案，使得速率提高，可以在1.25MHz带宽上达到2.4Mbps（HDR方案）。CDMA在向3G过渡的过程中，无线部分也将发生较大变化，这是因为采用了高通的专利技术使得在16QAM的调制方案上提高速率。欧洲在制定WCDMA规范时，就有意要避开高通的专利，所以采用了5MHz带宽来实现2Mbps的数据传递速率。

二种技术的比较表明，3G标准都采用了码分多址的多址方案，它的特点在于：

a、增加了系统容量（Increasedcapacity）。这一特点值得考虑的有以下观点。所谓容量是指同时使用的用户数，在TDMA方式中，由于物理资源是固定分配，所以容量是指硬容量，容量受限于系统的载频数和可用的时隙数。在GSM中，单载频同时通话的用户数是8个，所以，一旦网络规划完毕，系统的容量也就确定下来。而对于CDMA来说，容量是指软容量，是不受物理资源的限制，CDMA的物理资源是码子，只要码子是无穷的，它的容量就是无穷的。对于单载频来说，采用多少矩阵的码子，有多少个码子，就会同时接入多少个用户。但是，CDMA作为一个自干扰系统，它容量的增长受两个因素的影响，首先是在上行链路上，容量受限于干扰因素，也就是在上行链路不同用户使用相同频率时会产生同频干扰，同频干扰的加剧，达到一定门限时，使容量的增加受限。这也称为上行链路的容量干扰受限。其次在下行链路上，容量增加受限于能量（Power）。在下行链路上，所有的用户分享同一个能量，所以能量的分配也就决定了下行链路上的用户容量。因此，GSM和CDMA的容量一般不具有可比性，这是因为对同样是单载波系统CDMA根据不同的业务需求，容量是不定的，要根据实际情况来算，而GSM系统则具有确定的容量值。

b、增加覆盖（Improvedcoverage）。不同的观点认为，覆盖一般有3种不同的含义，第一种称为计划的覆盖范围（PlannedCellCoverage），也就是在规划过程中，希望获得的理想覆盖；第二种称为实际的覆盖范围（PracticalCoverage），由于无线环境的限制，无论采取何种措施，都无法加大覆盖范围，称为实际的覆盖；第三种称为可操作的覆盖范围（OperationalCoverage），指的是移动台可接入系统的最大距离。所以在考虑覆盖范围时，应该考虑以上因素，一般认为GSM和CDMA也不具有可比性。在GSM中，实际的覆盖范围一般认为是不可变的，当实行网优时，系统的可操作范围是可变的。如改变最小接受电平值，用户可接入的距离就会发生相应变化。所以这种范围的变化，是可以人为来操作的。而在CDMA中，覆盖范围是动态变化的，不像GSM是静态的变化，这也被称为CDMA的呼吸效应。随着小区负荷的增加，实际可操作范围的小区半径会缩小，小区半径随用户的干扰而发生动态的变化，这也就是CDMA小区规划的复杂性所在。

c、简化系统规划年（Simplifiedsystemplanning）。这一提法应改为不用做频率规划，因为它简化的只是频率复用方案。而码子仍需要规划，所以对于CDMA的系统设计来说，并不会简化，如果考虑无线射频的规划，由于小区是动态变化，系统的规划只会更加复杂。要考虑小区的负荷，小区呼吸的可行性、呼吸效应之后的重叠覆盖区的大小等因素。

d、增加电池使用时间（Increasedbatterytime）。这也同样不具有可比性。GSM手机在工作过程中，是采用突发脉冲的发式工作的，信号总是在自己的脉冲时间段发射，所以，手机无论在监测公共控制信道还是通话过程，信号的接受和发射都有一个不连续性，由发射期、空闲期和不发射期构成整个工作时间。而对于CDMA来说，手机始终处于持续工作方式，即使在没有信号传递的过程中，也需要连续监听公共导频信道的信息并解码。所以到底那个手机的待机时间更长，不具有可比性。另外，由于开环功率控制的原因，CDMA手机的平均接续时间（呼叫建立时间）要比GSM手机长，尤其是在系统干扰较大的时候，接续时间会更长。一般情况下，CDMA手机的接续时间是ms级，规范中规定，在最差情况下，接续时间可以达到秒级。

e、灵活的切换（Facilitatedhandovers）。根据欧洲GSM对切换的的定义，切换是指系统在无线接口上为用户提供连续性服务的过程。UMTS的切换和IS－95中的切换是不同的。UMTS中的软切换和更软切换，是在无线接入网内部的过程，而把跨MSC或SGSN之间的切换，定义成重定位过程（Re－location），二种切换过程促发的机制和建立过程是独立的。由于软切换的引入，使无线接口的掉话率有明显改善。除了软切换，CDMA还定义了各种硬切换，如从UMTS系统切换到GSM系统、在网络初期，系统不提供Iur接口时，UMTS之间的切换、今后使用多载波之间的切换等。

f、需要的带宽（Bandwidthondemand）。从空中接口角度来说，经过扩频之后的速率是可以调整的。如在UMTS规范中，WCDMA在最初提交空中接口的标准时，速率是4.096Mcps，而不是3.84Mcps。结合余弦滚降系数α＝0.22的射频转换之后，4.096x(1+α)=4.99MHz，将占用空中接口上的5MHz带宽。但是为了实现多系统在空中接口的兼容，鉴于MC当时提出的载波是三载波，也就是3个1.25MHz构成的带宽，欧洲WCDMA的带宽提出了让步，将4.096MHz带宽减为3.84MHz带宽。而它的余弦滚降系数并未发生变化，仍为0.22，因此，3.84x(1+α)=4.7MHz，与CDMA2000－MC三载波的带宽几乎一样。由此可见，扩频之后的带宽可以由系统自己决定。除此之外，这一特点还可以体现在分组技术的特点上，将来过渡到R4活R5时，在核心网的业务上，它所有的业务资源都是共享的，也就存在着Qos的引入。用户和网络之间，可以通过协商Qos获得它所需要的带宽。在网络闲的情况下，可以获得较高的带宽，而在网络忙时，只能维持保证速率。

2、3代移动通信简介

根据报告显示，全球移动用户数到2004年将会超过固定电话的用户数，2005年，预测无线数据业务在整个移动通信业务中将占据70％的份额。3代移动通信就是为了满足数据业务在无线通信接口上的实现而诞生的。

IMT－2000是ITU（InternationalTelecommunicationUnion）对3代移动通信标准的总称，其中，欧洲选择的标准称为UMTS，北美选择的标准称为CDMA2000。二者最主要的区别在于它们无线接口上标准的不同，核心网技术没有太大的变化。IMT－2000的基本要求称为3A，即Anytime、Anywhere、Anything。保证通信的3A也就是要求通信系统能够实现全球化、多媒体化、综合化、智能化和个人化。所谓全球化，是指系统能够真正实现全球兼容，业务实现全球漫游。多媒体化是指在宽带上能够传送多媒体业务，各种多媒体业务能够在统一的无线接口上传送，并满足不同业务类型的不同Qos的要求，如话音业务、视频业务、普通数据流业务、E－mail业务、WapBrowser业务等等对Qos的要求都是不同的。如何在统一的无线接口上满足不同Qos的要求，就是3G的一个关键。综合化是针对UTRAN网络来说的，UMTS规范规定了统一的上层应用协议，对于底层的接入来说却可以随着接入的不同类型而替换，如陆地无线接入网络、卫星接入网络、无绳电话接入网络、W－LAN等等都可以作为它不同类型的接入，所以它的接入类型是可变的，但它的上层应用是不变的。智能化是指在智能网平台上提供各种智能业务，如最典型的代表VHE（VirtualHomeEnvironment）。个人化方面，从目前的发展状况来看是不可能实现了，它的基本含义是指用户只要有一个个人的号码，就可以实现在不同网络中的通信，对不同网络来说，个人号码是唯一的。

从营运商和用户的角度来看，3G能够提供用户高速的多媒体、虚拟居家环境等业务。营运商希望能提供标准开放的接口、减少投资、提供统一平台增强网络和用户的管理工具和业务质量的区分。因此，UMTS＝数据＋话音＋附加业务＋Qos＋低花费＋高容量＋…….。

目前对整个网络来说，比较复杂的也就是Qos的实现，规范把数据业务按Qos分四大类，分别是会话类业务，包括话音、可视电话、视频游戏等；交互式业务；数据流业务和后台业务。四类业务的区别，就在于Qos参数的要求是不同的，Qos参数最典型的如BLER（块差错率和块丢失率）、Delay（传输时延、可变时延及可变时延的累计）等。从用户的角度实现Qos，就是将用户分成三大类，如金、银、铜卡类用户。三种用户在系统中可能获得的资源是不一样的，如金卡用户，可能的保证速率128kbps，峰值速率满足384kbps或更高。不同用户的业务要求根据不同的种类系统提供不同的资源。另外从小区负荷来考虑，随小区负荷的变化，能够满足的各类用户的各类业务要求的速率是不一样的。所以从三个方面，根据Qos可以实现资源的动态分配，由RNC根据移动交换中心或其他部分提出的RNB分配请求消息，来分配各种合适的无线接口的信道资源。所以在UMTS中引入了Qos的概念，以及Qos的实现方案。Qos对UMTS非常重要，它保证了各种业务在无线接口上畅通无阻的基本要求，但由于还没有完善的规范，所以它的实现各厂家有不同的方案。

对3G业务需求的问卷调查显示，用户希望3G能够提供的前十类业务，具有三项特点：分别是个性化、快速和LBS（基于位置的服务）。所谓个性化，就是在用户的分组网上，如何实现数据的安全性传递，这种安全性传递不仅包括空中接口，还包括网络内部的各个接口的安全性。快速是3G网络最主要的特点，提供高速的数据速率的传递是3G网络的基本要求。LBS是指用户在不同的位置获得相应的服务，它是基于智能网平台来实现的。

3、3G标准的制定

3G标准是由二个组织来制定的，分别是3GPP和3GPP2。3GPP的含义是指第三代合作伙伴计划。3GPP2是针对CDMA2000来制定相应规范，而3GPP是针对UMTS来制定规范的。3GPP规范涉及二部分内容，空中接口上选择的是WCDMA标准，核心网选择的是MAP标准。3GPP2选择的则分别是CDMA2000和IS－41标准。这二个组织，中国都已加入并参与标准的制定。3GPP的技术规范可以从网上下载，与GSM规范相对应，UMTS规范的编号＝GSM规范编号＋20。如GSM中关于层三消息的规范编号是GSM4.08，对应的UMTS无线接口规范是3GPP24.008。目前3GPP常用的规范，无线部分主要是24、25、26三个系列，包括了所有关于无线方面的接口及通信流程。33、34、35系列主要是作为测试用规范。

目前，ITU选择的空中接口标准，从最初递交共15个提议，其中，陆地无线接口9个，卫星网络6个。通过对9个提议的归总，ITU最终制定了5项空中接口的标准：（通称为IMT－2000）

a、CDMA－DS

多址方式采用宽带码分多址（W－CDMA），在5MHz带宽上采用码分多址技术；扩频通常采用直接扩频（DS）（另外还有时间扩频和调频扩频，均未采用），将原来的高能量窄带信号展宽成低能量宽带信号，由于是直接扩频，所以是和扩频序列直接作相乘运算就可以了；双工方式采用FDD方式，在空中接口上占用一对5MHz带宽来构成上下行链路。典型应用于UTRAN—FDD/UMTS网络。通常称之为WCDMA标准。

b、CDMA－MC

多址方式仍采用宽带码分多址（W－CDMA），由3个连续的1.25MHz带宽频率（多载波），构成5MHz带宽的码分多址技术；双工方式仍采用FDD方式。应用于CDMA—2000－MC网络。

c、CDMA－TDD

多址方式采用宽带码分多址（W－CDMA）；扩频采用直接扩频（DS）；唯一区别是双工方式采用TDD方式，即采用单一频率，在时间上区分空中接口的上下行链路。在时间轴上，划分出不同的时隙，上下行链路在时间轴上交换轮替。典型应用于UTRAN—TDD/UMTS和中国的TD－SCDMA网络。TDD方式的特点是可以提高频谱的效率，可以采用频谱上任何一个非对称频谱来实现。但复杂点在于上下行链路的分配上，网络如何来均衡上行和下行链路的分配？也就是控制系统中用户上下行链路数量的配置。作为动态的管理，是由RNC来管理的。在网络初期，一般认为系统的下行链路数要大于用户的上行链路数，按7:3的方案来配置。所以，由于上下行链路时隙的分配，给系统带来的另一个问题就是系统的同步，要求系统的同步性要高。克服传输上的时延，保持时隙上的同步，避免不同时隙之间的干扰。

d、TDMA－SC

由美国TIA组织提出，是在窄带的IS－136标准上演进过来的，称为UWC－136标准。

e、TDMA－MC

该标准可能会由欧洲的DECT制式来使用。

最初作为ITU在制定标准时，希望不同的空中接口标准，对于用户端来说可以实现兼容。这就要求作为核心网的MAP和IS－41标准的兼容，目前的发展似乎已没有必要。

（课间提问：通常概念上的CDMA2000是指上述5个标准中的哪个？）

4、UMTSLicenses

由世界无线协会分配的3G频段，是全世界通用的。世界无线协会（WARC－92）为3G分配了上下行链路上共230MHz带宽，包括了所有陆地接入方式、卫星接入、TDD接入方式、DECT等所需的带宽。230MHz带宽的定义范围（欧洲为例）：

a、对称性频谱UMTS（FDD接入）

上行1920MHz～1980MHz；

下行2110MHz～2170MHz；

2个60MHz共120MHz带宽，用于陆地无线接入网络的频谱划分。

b、对称性频谱（MSS卫星接入频谱）

上行1980MHz～2010MHz；

下行2170MHz～2200MHz；

2个30MHz共60MHz带宽，用于移动卫星接入网络的频谱划分。

c、非对称性频谱（TDD接入）

1885MHz～1920MHz和2010MHz～2025MHz共50MHz带宽，用于TDD方式。

120+60+50=230MHz带宽。

所谓Licenses，也就是对频谱的中心频率的占有权。每个营运商申请的带宽都会分配2个FDD和1个TDD的频段。如给英国TIW公司的Licenses分配了2个15M的FDD和1个5M的TDD。目标：在回顾GSM、GPRS基本结构和协议模型的基础之上，了解UMTS的基本结构及演进过程。

1、功能结构的描述及回顾

从总体上来看，移动系统的结构由三部分组成。

第一部分指的是用户端，面向用户的设备，在UMTS中称为UE（UserEquipment）。UE完成三部分的功能：

MT－移动终端设备，也就是GSM中的移动台的概念，提供无线接口的收发，完成和基站之间的直接对话。作为移动终端来说，它提供了基带信号的处理途径，以及话音编码等；

TAF－终端适配功能，主要是支持上层应用。所谓上层应用，如PC上产生的FTP文件、网页下载或收发E－mail等。从终端设备产生的上层应用，直至到达空中接口进行发射，需要软件适配，这个软件适配功能即为TAF。它是传送数据业务所必备的功能，从用户角度，TAF功能根据不同的工作方式完成对数据包的透明或非透明的处理。在网络端，为了承载数据业务的传递也需要同样的功能，在GSM中称为IWF功能。由IWF功能模块，完成到外部公共数据网络的速率适配和控制。在WCDMA中通过PS域的相关功能，完成数据业务的传递。无论是2代网络还是3代网络，移动网络对数据业务始终都只是完成一个承载的功能，只是提供一个通路；

TE－终端设备，直接与用户的界面。

UE由上述三部分构成，在实现时可以是分开的，也可以是合成在一个物理实体上。如常见的3G移动终端，可能是将三部分功能合成在一起的。

第二部分称为接入网部分，它的基本功能就是提供接入通路的，提供移动台与无线接口的通话，将信息接入后最终送往第三部分――核心网部分。核心网就是业务提供者，作为核心网，其基本功能就是提供服务，不管是用户的描述信息、用户业务的定义还是相应的一些其他过程，各种类型业务的提供以及定义，都是由核心网来承担的。作为无线的接入子系统来说，它的功能只是负责完成空中接口的管理。所以对于接入网，基本职能是体现在空中接口的接入上。而对于核心网来说，它才是真正主要通信过程所涉及的信令，它包括鉴权、呼叫建立、呼叫释放、移动性管理等等。在UMTS的网络结构中，核心网部分被分成二个域，分别称为电路域和分组域。所谓电路域是完成初期对话音的电路交换，而分组域完成初期对分组数据的分组交换。至于电路域和分组域在将来的演进过程中会发生怎样的变化？最终在核心网部分会实现二者的一体化过程。

与UMTS比较，回顾GSM和GPRS网络的基本构成在三部分结构中相对应的定义。在GSM中，移动终端－MS、空中接口是Um接口，BSS系统由基站（负责无线接口的收发）、BSC（无线子系统的控制核心）和TRAU（完成速率适配和码型转换）三部分组成。NSS系统则由MSC、VLR、HLR等组成。在电路交换中完成数据的传送，利用到了IWF功能。从GSM网络向GPRS网络的演进过程，首先作为GPRS网络对数据业务提供的是分组交换，所以核心网部分要提供全新的分组交换机，即SGSN，对等于GSM中的MSC功能。MSC完成的是电路交换、SGSN完成分组交换。其次，SGSN功能里含有移动性管理功能，不再区分VLR和HLR。对分组域来说，它的移动性管理直接包含在SGSN设备节点中。SGSN和MSC要同时共享访问同一个HLR，在GPRS初期网络，必须提供SGSN至HLR的通路，之所以要共享同一个HLR，是因为GPRS只是提供了一种服务，并不是以独立的系统方式存在，是GSM用户申请的一种能够提供高速数据的附加业务，所以从HLR的属性来说除了增加业务描述关于分组数据业务的重新定义（新的功能）外，用户的其他特性都不会发生任何变化，所以完全没有必要建立新的HLR，由电路交换域和分组交换域共用一个HLR。这也将构成UMTS的（寄存器平台）服务器平台的概念，HLR是必不可少的。在核心网部分GPRS还要添加GGSN网关设备，GGSN提供GPRS到外部公共数据网的端口，它所面对的不是用户的管理而是功能的管理，建立的是到外部网络的每一对会话的功能，它的功能对等于电路域中GMSC的功能。GGSN连接的外部网络可以是各种类型的分组数据网，如Internet、Intranet、X.25等等，它的接入能力取决于GGSN设备的端口管理能力。在GPRS的接入网部分，无线接口部分的原理不会发生任何变化，无非是增加了无线分组业务信道。该信道仍然是由BSC来管理，在2代的BSC中，管理的是空中接口的话音时隙并非分组信道资源，所以在BSC中要添加新的控制单元PCU，该控制单元的主要功能就是要完成空中接口上分组业务信道的分配和管理。对PCU来说，在硬件上既可以和BSC放在一起，也可以是分开的，在规范上规定了三种实现方案，取决于厂家的选择。从功能上来讲，PCU是必不可少的，完成空中接口分组资源的分配和管理。由于分组数据本身就是异步数据流，所以对于分组呼叫（DataCall），完全不需要TRAU这样的功能部件存在，所以在GPRS的接入网部分不存在TRAU。关于GPRS网络接口，PCU与BSC之间的Agprs接口是非公开化的，属于内部接口，各个厂家的实现方案是不同的；接入网与核心网之间的Gb接口是开放的，现阶段该接口的底层承载采用的是帧中继，规范中没有明确要求用帧中继，所以将来可能会选择ATM或其他承载方案；核心网内部接口，SGSN与GGSN之间是Gn接口，底层承载采用IP的骨干网，所以SGSN与HLR之间的Gr接口需要有信令网关，完成从MAP消息OverIP的承载向MAP消息overNo.7信令上的转换，访问HLR的功能，上层应用不会发生变化，只是底部承载发生变化；由GGSN到外部数据网的接口称为Gi接口。

UMTS与GSM/GPRS对比，可以从以下几个方面说明：

GSM/GPRSUMTS设备太多（无线接入网部分）；

数据速率不足以提供新的服务类型；

不提供Qos;

部分接口不标准设备数量减少；

提供高速的数据速率（2Mbps）；

提供基于Qos的服务；

提供更加灵活的业务和开放的标准接口

2、UMTS网络结构

UMTS结构中接入网络无非只是提供空中接口的接入手段，网络可以根据不同需求选择不同类型的接入网络。如典型的UTRAN－陆地无线接入网络就是接入网络类型之一，它可以提供宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝等陆地资源上的覆盖。除此之外，还可以提供由卫星接入，通过卫星通道提供全球的覆盖；将来可能会通过W－LAN接入等等宽带无线接入网络，或者其他无线接入技术如无绳电话的应用，都可以作为不同类型的接入网络，适用于不同类型的终端。因此，UMTS网络对接入网络的定义可以是多种类型的。

UTRAN作为陆地无线接入网络，它的结构分二部分，即接入网部分和核心网部分。在接入网部分有二个主要功能节点，NodeB和RNC。NodeB主要提供空中接口与移动台间对话以及与RNC间（Iub）的对话；RNC称为无线网络控制器，完成空中接口无线资源的管理和分配以及陆地资源的管理和分配（完成Iu、Iub、Iur的管理和分配）。从功能结构上来说，UTRAN接入网部分只有二个功能节点，相当于二代中的基站和BSC，但功能上与二代是有区别的。

（UM103-13）

NodeB的主要功能包括：

A、呼叫处理（CallProcessing）：基站完成基带信号的处理，不管是话音呼叫还是数据呼叫，对UMTS基站来说所完成的都是基带信号处理过程。简单说，从协议层角度，NodeB只涉及物理层的功能，包括物理层的传输子层和物理子层功能，不涉及高层功能。所以UMTS基站功能相对较简单。

B、无线接入（RadioAccess）：指的是移动台在空中接口公共信道上的无线接入的监测，以实现开环功率控制的功能－随机接入过程的开环功控。移动台发出preamble前导部分来试探功率，基站对preamble作出应答，只是给出指示，属于物理层的功能。

C、性能监测（PerformanceMonitoring）：在二代系统中，基站涉及到RR层的部分功能，要完成对空中接口测量报告的预处理，以及由基站完成相邻小区的筛选和判决，并将结果上报给BSC。在三代系统，NodeB将不再完成上述这些功能，所谓性能监测指的是，基站完成对上行链路空中接口上Ec/Io的测量，同时将测量结果上报给RNC。由RNC根据测量结果，来设置功率控制的目标值，由基站执行物理层的功率控制。所以无论是功率控制还是切换的决定，控制端都放在了RNC，基站只是执行端。对NodeB来说执行的是闭环功率控制的内环功控，外环功控则由RNC来完成。

D、网络接口（NetworkInterface）：NodeB提供面向移动台的空中接口－Uu接口和面向RNC的Iub接口。当NodeB和RNC之间对话时，要有上层协议的支持，在Iub上的上层信令协议是NBAP协议，这个协议仅指NodeB和RNC之间的协议，不是移动台和RNC间的协议。NodeB为将空中接口上收到的信令和业务信息发送至RNC，需要在Iub接口上支持作为UMTS来说所必须的一种特殊的协议－FP（帧协议）。在Iub这个在ATM承载之上的异步接口上，NodeB和RNC之间对话，所有的信息都将转换成FP协议发送至RNC，所以在NodeB和RNC之间需要同步。

E、随机接入监测（RandomAccessdetection）：与无线接入的概念一样。NodeB对随机接入的过程进行应答，实现开环功率控制。

从协议层来角度来讲，物理层的协议是终结于NodeB的，也就是说空中接口上只有物理层协议，而上层的RLC、MAC、RRC等都是移动台与RNC之间的对话，NodeB只是执行，所以在后续的协议封装过程会有所不同。这也是三代基站与二代基站在功能上的差别，所以在产品设计上，基站侧相对来说比较简单，主要由数字化模块和射频模块二部分组成。射频模块提供功放和射频端口，数字化模块完成基带信号的处理过程，包括Rake接受机过程、基带信号的正处理和逆处理过程等。

（UM103-14）

RNC的主要功能包括：

A、无线资源管理（RadioResourceManagement）：由RNC来完成空中接口的码字资源的分配和管理，RNC将根据不同服务的请求，来执行Qos的功能，即根据不同的业务服务质量，分配合适的空中接口的信道，包括码字（物理信道）、传输信道等的分配。为不同的业务选择不同的基带信号处理方式，如话音和数据在空中接口上对块差错率的要求是不一样的，话音在选择传输信道时采用1/2卷积编码，而数据业务选择Turbe码1/3的效率。所以在UMTS中正是选择了不同的传输信道来实现空中接口的Qos。信道的复杂化就是指无论是从逻辑信道、传输信道还是物理信道上，都有了详细定义和区分。不像GSM中没有传输信道概念，因为所有业务信息的基带处理方式都是一样的，没有Qos。RNC承担Qos的功能，又称为RB（无线承载）的分配，RB分配取决于服务类型，而服务由CN（CoreNetwork）提供。所以说RNC在承担无线资源管理时，关于无线承载的匹配是来源于核心网的请求，即RAB（无线访问承载）的分配请求消息。RB或RAB都是逻辑概念，对应的都是Qos。当用户发出呼叫提出业务请求，由核心网在HLR上查询用户的profile，查看该用户请求的级别、标准，由CN向RNC提出RAB的分配请求，由RNC完成空中接口的映射。

B、用户移动性管理（UserMobilityHandling）：由RNC负责的移动性管理所涉及的内容比较有限，主要包含二个功能，即软切换功能和宏分集功能。软切换的判决、邻小区的筛选都由RNC来决定（在GSM中是由BTS来决定）。除此之外，在空中接口上软切换要求移动台要同时维持多条无线接口链路，导致RNC必须完成来自多条无线链路上的用户信息的合成过程，再送往核心网，即所谓的宏分集功能。宏分集只与软切换相关，在后续中提到的更软切换将不会涉及到宏分集的概念。

C、RNS监视（RNSsupervision）：RNS（无线网络子系统）包括NodeB和RNC二部分，所谓RNS监视，也就是负责完成RNS重定位过程的决定。所谓重定位就是完成服务的RNC（ServingRNC）面向核心网的Iu接口的切换的监视。简言之，空中接口的软切换完成之后，移动台将会选择到新的目标RNC（DriftRNC），该目标RNC在决定成为移动台的服务RNC时，必须建立目标RNC到核心网的Iu端口。新旧Iu端口的倒换过程，即为重定位过程。也就是目标RNC将要完成整个监视和重定位过程。

D、接口管理（Interfaces）：RNC将负责管理面向NodeB的Iub接口、面向核心网的Iu接口以及面向其他RNC的新的Iur接口。

E、安全性功能（Security）：主要体现在加密上，在GSM中，由MSC激活加密功能，设置加密模式，向BSC发送设置加密模式的信令消息，在空中接口上完成对业务信息的加密，上行链路是移动台完成加密，基站侧解密，下行是基站加密，移动台解密。加密参数由鉴权中心产生并送给基站和移动台，所以加密过程是对空中接口的数据加密。在GPRS中，由SGSN激活对数据业务的加密功能，在SGSN侧完成加密过程，被加密的数据包一定是LLC层的数据包，该数据包是移动台和SGSN间的直接对话，换言之，数据将通过空中接口、基站、BSC、PCU至SGSN后才被解密。在UMTS中，加密功能仍然是由核心网激活，由鉴权中心产生的加密参数将被送往RNC，完成移动台与RNC之间的加密过程，是对RLC层或MAC层的加密，取决于业务类型和传输信道的定义。被加密的信息可以分成二个过程，第一个过程是针对信令部分，称为信令加密（信令消息的完整性测试），是移动台和RNC之间信令的完整性测试，完成信令信息的正确性和完整性的测试。移动台发送的信令消息送至RNC，如非法则RNC将不做应答。第二个过程是对业务消息的加密，对RLC和MAC层的保护。因此在鉴权中心将会增加对信令部分的鉴权参数，又称为完整性测试钥匙。

由上可知，RNC完成的功能不再像二代中BSC只是对无线资源和陆地资源的管理，它同时要涉及参与与Qos相关的高速网络呼叫允许控制算法；与用户和核心网之间网络资源的协商；完成Iu接口的切换的监控等等。所以整个无线部分的核心就在RNC，而基站只涉及到物理层。由于在空中接口上引入了新的CDMA技术，无线网络部分一定是全新的，不存在平滑演进的过程。

UTRAN网络的接口部分：空中接口称为Uu接口、基站和RNC之间的接口称为Iub接口、RNC之间的Iur接口、RNC与核心网之间的Iu接口（分IuCS和IuPS接口）。RNC与NodeB之间通过Iub接口相连时，Iub不管物理层如何实现（PCM还是光纤链路实现等），它的数据链路层（第二层）走的都是ATM适配，采用ATM信源，是以ATM的骨干网作为承载，将来可能会Over在IP的骨干网上。从NodeB角度来说，作为NodeB和RNC之间的连接关系一定是一对一的对应；从RNC角度来说，根据RNC容量可以连接多台基站，由一个RNC管理的多个基站组成的接入系统就称为RNS。NodeB的连接方式可以是PCM2M口，也可以是光纤STM－1直连，在Iub接口上，也可以选择ATM反向复用功能或不选，均取决于厂家的实现。

从RNC到核心网的端口称为Iu接口，从物理接口的角度来说，RNC面向核心网提供的就是Iu接口，Iu接口是开放的。从逻辑角度来说，面向核心网的通信对象不同，分成IuCS和IuPS。所以从实现上来说，可能提供的只有一条物理Iu端口，但内部的逻辑通路上既可以为话音呼叫建立到MSC的IuCS逻辑端口，也可以为数据呼叫建立到SGSN的IuPS端口。IuCS和IuPS并不是具体的物理体现，它只是这个端口上面向不同的核心网域的逻辑功能。在三代系统中，标准为不同RNC之间提供了Iur端口。Iur连接选择了ATM的骨干网，不同RNC之间遵循的是网络形式的互连。在建网初期，某些厂家的产品可能不支持Iur端口。Iur接口的提供是为了支持软切换，软切换时，在空中接口上会建立多条无线链路，多条无线链路上的业务信息都会通过目标RNC（DriftRNC）送往服务RNC（ServingRNC），这就需要用到Iur端口。在整个软切换执行过程中，没有信令消息涉及到核心网，作为Iur端口，目的就是使得在执行空中接口的切换过程中，信令消息将不会涉及到核心网。而在二代系统中，跨BSC之间的切换，需要通过MSC，涉及到核心网的信令，由于加大了处理时延、多系统之间的配合问题的存在，使BSC间切换的成功率较低。所以Iur端口的提出，使空中接口的切换无论是在触发、执行还是在切换结束，都不再涉及核心网的信令消息的传递。至于跨MSC之间的切换，在三代系统中，将切换类别是分开的，作为切换的概念只存在在无线接口上。所以跨MSC之间的切换，首先要完成新的无线链路的添加，通过Iur接口选择新的目标小区、空中接口的切换的执行及完成。至于IuCS接口上的切换过程，是前面所述的RNC重定位过程。所以在三代中，相当于将原来跨MSC之间切换的一个过程分成二步来完成，一步是空中接口的切换，另一步是核心网端口的重定位。所以Iur的提出，提高了系统的性能。（提问：Iur能否连接跨MSC的不同RNC？）

（UM103-15～3-16）

UMTS核心网结构：从逻辑结构图上，R99核心网结构和二代GSM/GPRS网络的核心网部分没有太大区别。所以二代核心网中的CS域和PS域都可以平滑过渡到UMTS的核心网，包括CS域的TRAU、MSC、HLR、VLR，PS域的SGSN、GGSN等都不会发生变化。CS域中的TRAU主要是完成码形转换和速率适配功能，在二代中，TRAU只完成FR和EFR二种编码，三代中它要完成可变多速率的自适应编码（AMR），AMR取决于空中接口的载干比，载干比越好，选择越高速率的话音编码方案，这里的编码方案指的是原编码方案（数字化量化之后的编码），每20ms提取一定比特的话音块。规范规定了AMR一共有8个子流（8个可编码速率），分别是12.2、10.2、7.95、7.40、6.70、5.90、5.15、4.75kbps，速率为净比特速率（量化后已加入控制比特位之后的速率），其中12.2kbps（20ms提取244bits）是目前可以实现的GSM中EFR编码速率。TRAU接受来自IuCS端口上的话音流，进行速率转换成适应MSC中继传输的64kbps。所以二代MSC通过软件升级就可以完成向三代MSC的过渡。从硬件结构上来说，仍然提供的是2M的话音链路，每个用户在通信时占用1条64kbps的链路。随着网络的演进，TRAU的功能将作为可选项功能（Optional）。

（UM103-17）

MSC的功能与二代相比没有太大区别，包括交换功能（Switching）－完成电路交换、呼叫建立（Callsetup）－关于呼叫建立信令的处理和应答、呼叫接入（CallTicketing）－允许用户接入、接口（Interfaces）－提供面向RNC的IuCS端口和其他各种MAP端口（C、D、B等）、计费（Accounting）－从MSC采集计费卷，提供按时间的计费记录，送往统一的计费平台，整合后送往计费中心。IuCS端口是MSC和RNC之间的对话，TRAU在它们之间只是物理层设备，只做速率转换和码型适配，信息是透明通过的。

（UM103-18～3-19）

HLR的功能，主要包括处理用户的永久性数据（如IMSI、CI等）－三代核心网中的HLR将会加入用户业务描述特性参数，与Qos相关的profile管理、临时性用户记录的处理－如HLR中保存的VLR地址、与AUC数据库的对话－由HLR向AUC申请鉴权参数。

AUC的功能主要是存放用户鉴权的钥匙和安全性算法，三代核心网中的AUC无非是增加了一些新的算法，如目前支持UMTS鉴权的F1～F9算法。其次，AUC根据每个用户的IMSI和密钥产生用户的鉴权参数，称为5元参数组（二代中称为鉴权3元组），包括随机号（对应于IMSI产生的随机号）、随机号与密钥通过算法产生的RES值（二代中是SRES）、随机号与密钥通过算法产生的完成对信令完整性测试的IK值、随机号与密钥通过算法产生的加密钥匙CK（二代中称Kc）、随机号与密钥通过算法产生用于移动台识别网络的鉴权令牌－AUTN。与二代相比增加了IK和AUTN二个参数。产品硬件上不会发生变化，只是软件升级得以实现。

VLR功能同样没有发生任何变化，记录或存储当前用户所登记在本VLR的相关信息、分配相应的临时识别符，完成主要鉴权参数的存储，

（UM103-20～3-24）

PS域SGSN的功能包括分组移动性管理－SGSN参与用户移动性状态管理、通话管理（SessionManagement）－SGSN与GGSN之间为用户所建立的PDP隧道的管理，也就是Gn接口上的隧道协议的管理、通过GGSN将用户信息送往外部网络。唯一需要注意的是在原来的GPRS网络中GGSN与SGSN之间的信令通信属于PDP隧道协议，业务信息的传递也是PDP隧道协议，而在UMTS系统中，SGSN将Gn接口上的业务PDP－U协议延展至IuPS接口上，也就是说用户在做数据通信时，数据业务在RNC和SGSN之间、以及SGSN和GGSN之间建立的都是PDP隧道协议，而控制平面还是走控制信令的，延展的只是PDP－U的协议。SGSN仍具有计费（Accounting）功能，也就是提供关于时间以及关于用户数据包大小的计费信息，产生计费记录送往计费记录平台。

GGSN的功能是提供Gi接口建立到外部网络（Internet/Intranets及各种类型分组数据网）的通路，同时通过Gn接口与SGSN间的通信，为每个用户来管理每用户的PDPcontext。除此之外，GGSN的也有计费（Accounting）功能－提供基于用户字节流量大小的计费记录。计费记录的采集可以从MSC、GGSN和SGSN获得，所有记录经过整合之后送往计费中心，由计费服务器产生相应的话单。

以上为UMTSR99的基本功能模块的介绍，从现网向R99过渡时，无线网络必须是全新的，除此之外，无论是CS域还是PS域，都将会沿用GSM网络和GPRS网络的核心部分，只需要软件升级来实现。可能各厂家实现的软件升级的阶段有所不同。在R99版本，CS和PS二个域的承载是独立分开的，PS是基于IP骨干网（IPBackbone）、CS是基于TDM（同步流）。从R99向R4的过渡时，PS域仍然保留分组的骨干网，而CS域会发生较大变化。在R4版本CS域中，业务和信令的处理将被区分，分到二个功能模块上处理，专门用于对信令处理的称为MSC服务器（MSCServer），在规范中定义的名称是CallServer，所有的信令处理将集中在服务器上完成。业务部分将直接通过多媒体网关（MGW）进行处理，建立话音和业务在分组骨干网上的承载。因此在R4版本中，CS域将发生变化，原来电路交换中心的电路交换平面以及话音中继模块都将被取消，信令部分由服务器完成，MGW则完成话音中继的提供和建立，均建立在分组骨干网上，而分组骨干网可以选择IP或ATM等，目前选择IP的呼声较高。最终将和PS域分组骨干网和为一体，都选择在IP的骨干网上。在PS域中的SCP和HLR仍然会选择No.7信令平台，属于No.7信令工作平台，称之为服务器平台（ServerBone）。ICP指的是智能网的业务控制点。从R4向R5过渡时，所谓的全IP骨干网，也就是在UMTS的无线网部分也选择了IP骨干网。最终网络中的所有节点，如RNC、SGSN、MSCserver等最终都是通过服务器来实现的，引入了软交换的概念，移动网和核心网合而为一。（提问：在R99版本中，ATM的终结在哪里？）

3、UMTS的基本概念和工具

（UM103-26～3-27）

UMTS的协议：从总体上来看被分成二个层面，称为接入层面（AccessStratum）和非接入层面（Non-AccessStratum）。其中，接入层面协议是随选择不同接入网的类型而发生变化的协议，如选择的是UTRAN时，接入层面的协议模型只适用于UTRAN网络。对于非接入层面，不管底层的接入协议发生怎样的变化，上层的非接入层面的协议是统一的，不发生变化。上下层协议的不相关联性使得将来接入系统发生的任何变化，上层应用软件包都不会发生变化。如上层协议的RANAP属于非接入层面，不管下层如何变化，上层都会按RANAP协议的消息格式来发送。接入层面向上会涉及到层3（Layer3）的一部分，包括物理层（Layer1）、MAC/RLC层（Layer2）及RRC层（Layer3)的部分，层3再向上的高层如CC、MM等则属于非接入层协议。

登记区、位置区和路由区：位置区和路由区的概念和GSM及GPRS中的概念完全一致，MSC负责位置区的管理、SGSN负责路由区的管理，二者均要表明的是在当前系统中移动台当前的位置。位置区和路由区是人为划分的，可能是多个小区的组合，通过一定的标识符加以标识，位置区LA（LocationArea）的标识符是LAI，路由区RA（RoutingArea）的标识符是RAI，RA是包含在LA内的。LAI由MCC、MNC和LAC组成、而RAI由MCC、MNC、LAC和RAC组成，所以RA应小于等于LA。在网络初期，RA和LA的区域应相等。移动台在作话音呼叫时，跨位置区移动将发生位置区更新；在数据呼叫时，跨路由区移动时将发生路由区的更新过程。系统寻呼时，寻呼过程是在位置区内或路由区内发生寻呼的。小区（cell）是移动台可以识别的当前在系统中所能驻扎的最小单位，小区可以是扇区（Sector）的概念也可以不是。服务区（SerivceArea）是移动台所能获得业务提供的最大区域范围。UMTS登记区（URA）的概念只出现在移动性状态管理中，与LA和RA没有关系。在UMTS中移动台进入休眠状态时，会选择一个URA或一个小区内，进入URA-PCH状态进行休眠，取决于移动性管理的当前状态。事实上，系统关心的通信过程还是LA和RA的更新过程。

UMTS的USIM卡上包含了与用户有关的信息，包括IMSI、MSISDN、密钥、服务列表和临时识别符（动态数据）等。

UMTS的北电网管系统是提供了二个服务器，分别是主服务器（MainServer）和性能服务器（PerformaceServer），在一体化平台上，由主服务器完成对所有节点的管理，包括NodeB、RNC、MSC、SGSN、HLR等等。主服务器主要完成故障管理、配置管理，如日常的系统监控和维护，事件报告的采集和告警采集等等。性能服务器将实时分析系统所上报的各种原始的计数值（Counter），产生后处理的性能报告，如呼叫掉话率报表、切换成功率报表等。相当于原来用后台处理软件完成的功能，可以由性能服务器实时完成。

ATM模式：在接入网内部以及接入网与核心网之间端口上，现网初期的底层都选择了ATM作为承载。ATM承载选择时，必须根据不同的业务信息选择合适的ATM适配层。作为ATM基本的协议层来说，是四层协议模型，上层是用户层又称为应用层，对应用层来说要选择适合的ATM适配层，进行分段或重整，将它分割成固定信元――53字节信元方式，最终在物理层上传递。对ATM协议来说，AAL层的适配非常重要。在规范中对根据不同的业务将ATM的适配分成了四类，第一类称为CBR（恒定比特速率业务），在通信过程中占用唯一的固定带宽，无峰值速率和最低保证速率；第二类VBR（可变比特速率业务），分成二类，实时性和非实时性的VBR，也就是对时延比较敏感的VBR业务和对块差错率比较敏感的非实时性VBR；此外，还有ABR（可用比特速率业务）和UBR（不指明比特速率业务）二种。在UMTS中的业务基本上都归为VBR类业务，无论是话音业务还是数据业务，速率都变成了可变，如话音的AMR技术应用，使话音也成为VBR类业务。在选择合适适配层时，ATM提供了四种适配层，分别是AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。其中AAL1主要适用于CBR业务，AAL2是效率最高的，适用于VBR业务的适配，而AAL5是AAL3/4的简化版，一般来说看不到AAL3/4的应用，在数据网络中比较常用的是AAL5的应用。

在UMTS的各个端口上，由于传送信息的不同，特性各不一样，也会选择不同的适配。在空中接口（Uu）上，主要传送二类信息――控制类和业务类信息，基站接受到空中接口上的信息之后，由于基站只涉及到物理层，所以基站无法区分这二类信息，它只完成基带信号逆处理，之后将信号送往RNC。所以对于基站来说，空中接口上在专用的物理信道上传递的控制和业务信息都是一样的，不会加以区别和区分。移动台和RNC或移动台和核心网之间的上层透明对话的信令消息，对基站来说都是透明通过。这二类信息在Iub接口选择的是AAL2的适配（适用于实时性的业务）。值得注意的是所说的信令消息指的是来自射频部分的信令消息，是移动台和RNC及核心网之间上层应用信令消息的对话。基站只关注物理层信息，包括Layer1的控制信息，基站对此类信息将直接应答和响应。在Iub接口上，基站和RNC之间也要进行对话，如一个随机接入请求送往RNC，RNC对移动台接入应答时，首先要激活基站的无线资源，这时RNC与基站之间就要发生对话；又如做闭环功率控制时，RNC向基站设置相应目标值，这些信息的传递也属于RNC和基站间的对话。在Iub接口上，用于基站和RNC之间对话的信令消息（NBAP消息）将选择AAL5适配。所以在Iub接口上，从无线接口上过来的二类信息适配到AAL2，送往RNC；作为基站和RNC之间的信令对话，NBAP协议对话的信令消息将选择AAL5的适配。RNC将对不同适配层的信令消息作出响应，NBAP协议到达RNC就终结了，对于无线接口上的消息RNC未必会作出直接的响应，如无线连接已经完成，移动台发送呼叫建立消息，该消息透明通过RNC，与核心网之间对话。空中接口上AAL2适配的ATM信元到达RNC后，RNC要有相应的板卡区分空中接口上的信令和业务信息，即由RNC完成解包过程，并对不同的业务重新选择适配。RNC面向IuCS传递消息时，话音消息（Voice）选择AAL2适配，信令（RANAP协议）消息选择AAL5适配，送往CS域。面向IuPS的消息，无论是分组数据还是信令都将选择AAL5的适配，与SGSN对话。Data信息从原来的AAL2适配经过RNC后转换成AAL5的适配，送往PS域。在Iur端口上，只有触发了软切换功能，才会有信息的传递。在软切换过程中，从空中接口上传送的二路信息，经过各自的基站送往各自的RNC，再由目标RNC送往服务RNC，所以在Iur接口上传递的第一类消息是射频接口送来的消息。目标RNC对射频消息不作任何处理，只有服务RNC才会对移动台的请求作出响应。所以射频上的适配仍然是AAL2，对服务RNC来说只是增加了一条无线通路。而二个RNC之间信令的对话消息，如服务RNC命令目标RNC分配无线资源等，称为RNSAP消息，将选择AAL5适配。在接入层面，还有一个位于传输层称为ALCAP的协议（网络内部协议）。作为一个专门的信令协议，它主要完成AAL2承载的建立、分配、释放和维护等功能。AAL2提供的是面向连接的业务，所以在传送信息之前要事先建立AAL2的承载。在Iub、Iur及IuCS接口上，在实现AAL2信息传递之前，必须先有ALCAP的信令来完成AAL2承载的建立。这种ALCAP消息本身选择的是AAL5适配。（提问：AAL5适配层是如何建立的？）

ATM交换基本原理：ATM交换分成二种类型，即VP虚通路交换和VC虚信道交换。VP交换属于骨干网节点的ATM交换所能承担的功能，可以理解为路由交换，由一条路由选择交换到另一条路由，对于路径上业务承载的通路，不会发生任何变化，所以VC25经过VP交换后还是VC25。VC交换一般都是在端设备上，用户端设备或接入层面上，当面对一项具体业务通信时，一定是对应到VC交换上，如原来的VC25交换到另一端的VC27等。ATM骨干网在构成时，核心骨干网节点上是VP交换；边缘网节点上是VC交换。目前，在网络中选择的还是PVC通信方式，SVC实现起来有一定困难。PVC方式是在系统工作之前，通过OMC平台，事先做数据底层配置时将定义好VC之间的关系。

Qos属性：在规范中，将用户的业务分成四类，第一类称为会话类业务（Conversationnal），包括话音（Voice）、视频（Video）；第二类称为交互类业务（Interactive）；第三类称为流业务（Streaming），如下载电影以及大部分数据业务；第四类称为背景业务（Background），如WAP、E-mail、传真等。由于四类业务在Qos属性参数上的要求上各不一样，所以导致它们在使用无线信道资源的不同。Qos参数包括：

传播时延（Delay）――由传输引起的时延；

可变时延累计（DelayVariation）――由于存储转发，拥塞管理，流量控制引起的可变时延；

吞吐量（Throughput）――数据包的流量，如64Kbps，128Kbps等，吞吐量的描述分成峰值速率和保证速率，来区分不同的业务等级；

包丢失率（PacketlossRate）――一般体现为BLER指标，块差错率的直接体现是空中接口上的Ec/Io，二者有直接的影响。Ec/Io越低，BLER就越高，Ec/Io在空中接口上将作为重要的门限而存在；目标：了解扩频的基本原理（码字）、功率、功率控制、上下行链路的覆盖限制、Rake接收机、宏分集、发射分集、压缩模式及无线帧等概念。

1、扩频基本原理（码字）

对于多址接入方式，WCDMA在同一载频上，多个用户通过不同的码字加以区分，为什么WCDMA还会有时间轴的定义？对于CDMA来说，物理信道的定义是频率加码字，时间概念的引入是在传输信道上基带信号处理过程的基本单位，对应用层信息，以多长时间来分块进行基带信号处理，如GSM中20ms的时间块，在UMTS中则随不同传输信道的格式，选择10ms、20ms、40ms或80ms等不同的时间块。所以时间概念是空中接口基带信号处理中传输信道的适配，也就是传输信道上的速率适配。时间和时隙的作用是提供时钟参考和传输信道块的处理单位。

在WCDMA中码字（Code）和功率（Power）是二个重要概念，码字是用来区分每一路通信的，而功率是对系统的干扰。与GSM类似，在WCDMA系统中，FDD方式下空中接口的主要参数包括：

带宽――5MHz（实际使用的带宽射频调制之后是4.75MHz，在频率划分上可以不留保护频带）；

双工间隔――190MHz（中间值），规范规定双工间隔可以在134.8MHz～245.2MHz间取值（取决于不同国家的频谱规划）；

信道栅格（channelraster）――200KHz，在中心频率选择时，每200KHz频率作为一个单位，故中心频率一定是200KHz的整数倍；

绝对射频信道号（UARFCN）――用一对整数来描述空中接口的一对上下行频率，对应关系：Nul（NumberUL）＝5xful；Ndl＝5xfdl，其中ful和fdl分别是上行和下行链路的绝对频率值。该参数将作为底层的系统配置参数写入软件中，一旦获得相应的Lisence参数就不会发生变化。

在TDD方式下，会增加一个时隙参数的定义，一个TS定义为666.67us；频段从1900～1920MHz；2010～2025MHz，每5MHz构成一个中心频率。

（UM104-7～4-8）

在WCDMA中采用的扩频方式是直接扩频（DS），在讲述扩频原理之前，须明确几个概念，首先，时间频率的二元性指的是在传送二进制比特流时，它的周期性和在频谱上表现出来特性之间的相互关系，如要传送的比特流101101，在扩频及加扰调制之前，它要被转换成物理上高低电平的电信号，在UMTS中，电平转换采用的是NRZ编码方案。0比特编为正相位、1比特变为负相位。左图中每比特周期用T0表示，右图每比特周期用T1表示，T1<T0所以右图比特流速率大于左图，速率＝1/周期。对应于空中接口功率谱特性，横轴单位格是1/T，纵轴表示功率峰值，只考虑主瓣值为a2T，其中a代表比特本身的幅度增益。比较二图可知，T值较小的信号，频谱特性中的峰值能量就小，也就是随比特速率增高，主瓣峰值能量降低，而占用的频谱1/T展宽。扩频的目标就是将窄代高能量信号展宽成5MHz的宽带低能量信号，降低峰值能量。如何将窄代高能量信号展宽成宽带低能量信号？作为直扩的方式，就是将数据序列与高速的扩频序列进行相乘运算获得，如果是比特流的话就是进行异或运算，由于在电路扩频之前已经是＋1、－1的物理电信号，所以异或运算将转变成相乘运算，结果是一样的。由4-8图可知，数据序列是扩频之前的序列，经过NRZ编码之后，假设每比特周期是由6个单位（虚线表示周期单位）构成，对于原始比特来说，峰值能量是a2Tbit，即Ebit＝a2Tbit。扩频序列是幅度增益为1的单位序列，没有多余能量的引入，只是速率上有变化，扩频序列速率是数据序列速率的6倍。经过相乘运算之后，在空中接口上发送的序列，速率与扩频序列的速率相同，原数据序列的1比特由6个比特位的序列来表示，因此，扩频后的序列抗干扰性能增加了。扩频之后的比特能量峰值仍然是a，周期发生变化T＝Tchip，所以扩频后的峰值能量为a2Tchip。定义Eb＝a2Tbit为扩频之前比特的峰值能量；Ec＝a2Tchip为扩频之后在空中接口传送的码