??? 摘? 要: 采用什么樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是第三代移動通信系統(tǒng)的一個重要問題,本文對第三代移動通信系統(tǒng)中UMTS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),包括接入網(wǎng)、標準Iu接口和核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、功能進行了深入的探討,并提出了一些有待進一步研究的問題。?

??? 關(guān)鍵詞: UMTS? 無線接入網(wǎng)? 核心網(wǎng)? Iu接口? IP

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??? 第三代移動通信系統(tǒng)的研究工作正在世界范圍內(nèi)進行。如未來公共陸地移動通信系統(tǒng)(FPLMTS);國際電信聯(lián)盟(ITU)的國際移動通信2000年(IMT2000);歐洲的通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)。第三代移動通信系統(tǒng)的目標是支持多種業(yè)務(wù)。它將適應(yīng)各種無線環(huán)境,從城區(qū)到郊區(qū),從丘陵地區(qū)到山區(qū);微蜂窩,微微蜂窩和室內(nèi)環(huán)境向任何人,在任何時間,任何地方提供業(yè)務(wù)。這就要求它能夠全球漫游。各種通信網(wǎng)絡(luò)能夠互連互通,是第三代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要解決的主要問題。UMTS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它主要由三部分組成,無線接入網(wǎng)、Iu接口和核心網(wǎng)。?

??? UMTS網(wǎng)絡(luò)的目標是提供一個單一綜合的系統(tǒng),用戶在各種環(huán)境下以標準的方式接入此系統(tǒng),并可方便地使用業(yè)務(wù)。允許各種服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和歸屬環(huán)境提供各種通信業(yè)務(wù)。可通過手持、便攜式、車載、可移動及固定終端在各種環(huán)境下提供業(yè)務(wù)。對漫游用戶,提供和它歸屬環(huán)境一樣的業(yè)務(wù)?？伸`活地引入新的業(yè)務(wù)。?

1 無線接入網(wǎng)(RAN)?

??? 在UMTS結(jié)構(gòu)中包括通用無線接入網(wǎng),UMTS無線接入網(wǎng)(URAN)。URAN可以有多種不同的實現(xiàn)方式。根據(jù)不同的條件和環(huán)境,既可以利用已有的接入網(wǎng)通過進化來實現(xiàn),也可利用先進的技術(shù)實現(xiàn)全新的接入網(wǎng)。UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN)是一種全新的接入網(wǎng),是UMTS最重要的一種接入方式,適用范圍最廣。它由一組通過Iu接口連接到核心網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(RNS)組成。一個RNS由一個無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)和一個或多個節(jié)點B組成。節(jié)點B通過Iub接口連接到RNC。節(jié)點B可以支持FDD模式、TDD模式或雙模式。RNC包含支持不同節(jié)點B之間宏分集的合并/拆分功能,對需要和UE有信令連接的切換作出決定。支持FDD模式的B節(jié)點可以包含一任選的支持節(jié)點B內(nèi)宏分集的合并/拆分功能。?

??? 在UTRAN內(nèi),無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)的RNCs可通過Iur 進行連接。Iu和Iur接口是邏輯接口?？赏ㄟ^RNCs間的物理的直接連接或通過任一適合的傳輸網(wǎng)絡(luò)來傳送Iur。?

??? RNS負責(zé)它范圍內(nèi)的蜂窩所需資源。對于用戶設(shè)備和UTRAN間的每個連接,有一個RNS為服務(wù)RNS。若需要,漂移(Drift)RNSs可提供無線資源來支持服務(wù)RNS。?

??? UTRAN的功能包括:和整個系統(tǒng)接入控制有關(guān)的功能——允許控制;擁塞控制;系統(tǒng)信息廣播;無線信道的加密和解密。和移動性有關(guān)的功能——切換;SRNS重新定位。與無線資源管理和控制有關(guān)的功能——無線資源的配置和運行;無線環(huán)境的測量;FDD模式的宏分集控制;無線承載連接的建立和釋放;無線承載的分配和釋放;TDD模式的動態(tài)信道分配(DCA);無線協(xié)議功能;RF功率控制與設(shè)置;無線信道編/譯碼;信道編碼控制;初始(隨機)接入檢測和處理;對非接入層信息的CN分配功能。?

2 Iu接口?

??? Iu接口是一個開放的、標準化的、多廠商支持的接口。通過此接口,任意的接入網(wǎng)可以和任意的核心網(wǎng)相連。?

??? Iu接口是分層的結(jié)構(gòu),如圖2所示,每個高層實體控制多個低層實體。每個CN接入點可以連接到一個或多個UTRAN接入點。一個UTRAN接入點只能連接到每個CN域的一個CN接入點。從UTRAN的觀點來看,Iu接口上的各種協(xié)議需要有最大公共性,即不管核心網(wǎng)的類型(3G-MSC或3G-SGSN),UTRAN將提供給核心網(wǎng)一組通用的無線接入承載業(yè)務(wù),UTRAN和核心網(wǎng)節(jié)點間有通用的功能分割。無線網(wǎng)絡(luò)控制平面的信令不依賴于傳輸層的選擇。?

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??? Iu接口支持:(1)所有UMTS業(yè)務(wù);(2)無線接入承載的建立、維持和釋放過程;(3)執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)/系統(tǒng)間切換和SRNS重定位過程;(4)與UE無關(guān)的一組通用過程,如在過程級流量控制或初始化階段出現(xiàn)故障情況;(5)一系列通用的UTRAN過程,如尋呼-通告;(6)對每個UE在協(xié)議級分離和用戶有關(guān)的信令管理;(7)在UE和CN間透明地傳送NAS信令信息;(8)UMTS信令和后向兼容GSM信令方式;(9)CN請求UTRAN提供位置業(yè)務(wù);(10)一個UE同時接入多個CN;(11)對分組數(shù)據(jù)流的資源預(yù)定機制。?

??? Iu接口允許核心網(wǎng)、無線接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)內(nèi)獨立的技術(shù)進化,O&M設(shè)備的進化。Iu接口的規(guī)范應(yīng)方便一些CS域業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到PS域。Iu接口用戶平面協(xié)議應(yīng)獨立于核心網(wǎng)域。對Iu接口的控制平面和用戶平面,無線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層應(yīng)是獨立的。為了使電路/分組交換域根據(jù)自己的特點來進化,Iu接口允許不同的協(xié)議棧及PSTN/ISDN域和IP域進行轉(zhuǎn)換。?

3 核心網(wǎng)(CN)?

??? 核心網(wǎng)也有不同的實現(xiàn)方式。根據(jù)不同的條件和環(huán)境,既可以利用已有的核心網(wǎng)通過進化來實現(xiàn),也可建設(shè)一全新的、先進的核心網(wǎng)。無論以何種方式,何種技術(shù)實現(xiàn)核心網(wǎng),都要滿足第三代移動通信系統(tǒng)對核心網(wǎng)的要求。?

??? 對UMTS核心網(wǎng)的傳輸要求是:支持電路交換業(yè)務(wù)、分組交換業(yè)務(wù)、實時/非實時及自適應(yīng)流量控制業(yè)務(wù);支持各種QoS需求和業(yè)務(wù)描述;可以使用戶獲得各種通信業(yè)務(wù),包括許多現(xiàn)在未定義的多媒體和高速率業(yè)務(wù); UMTS業(yè)務(wù)能力應(yīng)考慮大多數(shù)終端業(yè)務(wù)和用戶應(yīng)用的非連續(xù)和非對稱的特性,以便更有效的使用網(wǎng)絡(luò)資源;當一個應(yīng)用所需的承載業(yè)務(wù)需要多個連接時,承載業(yè)務(wù)的屬性可以映射為多個值;所有承載業(yè)務(wù)的屬性可以在呼叫建立時進行協(xié)商,且在呼叫(移動臺或網(wǎng)絡(luò)發(fā)起)期間重新協(xié)商;具有允許控制功能。?

??? UMTS支持四種業(yè)務(wù)類型:恒定比特速率,可變比特速率,可用比特速率和未指定比特速率。UMTS系統(tǒng)允許在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中對連接到此服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的不同移動站的業(yè)務(wù)進行有效的統(tǒng)計復(fù)用。另外還希望UMTS將基于統(tǒng)一的傳輸網(wǎng)。下面介紹一種全IP核心網(wǎng)。?

??? 使用IP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點有:通過使用IP能夠提供無縫的業(yè)務(wù),而和使用的接入方式無關(guān);最佳地利用通用的IP技術(shù),綜合OA&M,減少了業(yè)務(wù)的所需開銷;是解決同時支持包括話音、數(shù)據(jù)、實時業(yè)務(wù)等多媒體業(yè)務(wù)的有效方法;更高級別的業(yè)務(wù)控制;通過支持作為IP客戶的終端來利用internet應(yīng)用的優(yōu)點,通過分組傳輸減少網(wǎng)絡(luò)開銷。?

??? 在全IP網(wǎng)中,對無線方面問題的要求有:在此結(jié)構(gòu)內(nèi),對業(yè)務(wù)和信令都要優(yōu)化無線資源的使用。在核心網(wǎng)和無線接入網(wǎng)間要將和無線有關(guān)的功能與和無線無關(guān)的功能分開。在無線接入網(wǎng)中,將協(xié)議棧的用戶平面和控制平面分開。在上行和下行鏈路,使用快速上行鏈路接入和快速資源分配過程,在相同的無線鏈路上復(fù)用不同類型的業(yè)務(wù)。對某些實時應(yīng)用優(yōu)化端到端IP傳輸。使用由網(wǎng)絡(luò)控制的、有短暫中斷的切換過程來支持實時應(yīng)用。無線接入網(wǎng)中的協(xié)議棧支持多種有不同QoS要求的業(yè)務(wù)。分組核心網(wǎng)中,使用用于無線接入網(wǎng)的QoS機制的互操作方式和QoS機制。在接入網(wǎng)的空中接口復(fù)用不同類型業(yè)務(wù)的不同承載能力,都要獲得最大的頻譜利用率。對某些應(yīng)用,如話音,使用優(yōu)化的編碼和交織方式。支持每個IP地址中有多個不同QoS的數(shù)據(jù)流。頻譜效率應(yīng)最大化(如利用統(tǒng)計復(fù)用)。?

??? 全IP網(wǎng)結(jié)構(gòu)的目標是允許運營商利用IP技術(shù)來傳送第三代業(yè)務(wù),此結(jié)構(gòu)基于分組技術(shù)和IP電話來提供所有的業(yè)務(wù),包括由H.323/SIP或ISUP控制的多媒體和話音業(yè)務(wù)、實時和非實時業(yè)務(wù)。此網(wǎng)絡(luò)的特點是:網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于進化的GPRS;對包括UTRAN和ERAN的多接入類型有公共的網(wǎng)絡(luò)單元;不管業(yè)務(wù)類型,使用IP協(xié)議傳輸所有的信令和數(shù)據(jù);對話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),支持個人移動性及移動和固定網(wǎng)間的互操作;提供業(yè)務(wù)控制與呼叫/連接控制的分離,將用IP取代SS7。支持R99 CS域業(yè)務(wù)和基于IP的release 00終端,和現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)相比,保持或改善了業(yè)務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)可靠性。所有的IP接口及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)支持實時多媒體業(yè)務(wù)。?

??? 全IP網(wǎng)絡(luò)有兩種參考結(jié)構(gòu)。圖3是第一種參考結(jié)構(gòu),它允許運營者利用基于分組技術(shù)和IP電話技術(shù)的結(jié)構(gòu)來傳輸?shù)谌鸁o線/移動業(yè)務(wù),支持實時和非實時業(yè)務(wù)。此結(jié)構(gòu)具有靈活性和可擴展性來支持與外部網(wǎng)絡(luò)的全球漫游和互操作,如PLMN,2G網(wǎng)絡(luò),PDN和其它多媒體VOIP網(wǎng)。此結(jié)構(gòu)由下列關(guān)鍵部分組成:無線接入網(wǎng)、GPRS網(wǎng)、呼叫控制、與外部網(wǎng)絡(luò)相連的網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)。

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??? 全IP網(wǎng)絡(luò)還有許多問題需要進一步研究,標準化。例如:(1)切換問題,和其它網(wǎng)絡(luò)間的互操作;(2)網(wǎng)絡(luò)的安全問題;(3)如何保證所要求的QoS。?

??? 第三代移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題是它的一個關(guān)鍵問題,非常復(fù)雜。接入網(wǎng)與核心網(wǎng)是采用一種實現(xiàn)方式還是采用多種實現(xiàn)方式還沒有最后確定。兩種方式各有優(yōu)缺點。筆者認為采用多種實現(xiàn)方式更好些。?

參考文獻?

1 3G TS 25.401 UTRAN Overall Description 3GPP 2000.9?

2 NKRIARAS I, et al.Third generation mobile network?architectures for the universal mobile telecommunications?system (UMTS) [J] Bell Labs Technical Journal 1997,2(3):?99～116?

3 BERRUTO E, et al.Research activities on UMTS radio?interface, network architectures, and planning [J] IEEE Communications Magazine? 1998,36(2): 82～95?

4 E.FRY G, et al.Next generation wireless networks [J] Bell?Labs Technical Journal 1996,1(2):88～96?

5 3G TS 25.410? UTRAN Iu Interface: General Aspects?and Principles? 3GPP 1999.10?

6 3G TS 23.101? General UMTS Architecture 3GPP 1999.4