UTRAN和CDMA 2000無線接入網體系結構

UTRAN和CDMA2000無線接入網體系結構研究姓名：摘要：UTRAN是一種全新的接入網，是UMTS最重要的一種接入方式，適用范圍最廣，其由NODEB和無線網絡控制器（RNC）構成。另外，UTRAN分為無線不相關和無線相關兩部分，前者完成與CN的接口，實現(xiàn)向用戶提供QOS保證的信息處理和傳送以及用戶和網絡控制信息的處理和傳送；無線相關部分處理與UE的無線接入(用戶信息傳送、無線信道控制、資源管理等)。CDMA2000是以1.25MHz帶寬為基礎。1X使用一個載波，3X使用三個載波，以此類推。其較大的技術進步包括：反向導頻，反向相干解調；前向快速功率控制，傳輸發(fā)射分集（OTD）。關鍵字：UTRAN體系結構；CDMA2000；無線網絡Abstract：UTRANisanewaccessnetwork,isthemostimportantoneUMTSaccessmode,thewidestscope,whichiscomposedofNODEBandRadioNetworkController(RNC).Besides,UTRANisdividedintowirelessandwireless-relatedtwounrelatedparts,wirelesscompletedtheinterfacewiththeCN，provideinformationprocessingandtransmissionaswellasuserandnetworkcontrolinformationtoauserprocessingandtransmissionforQOSguarantee,wirelessrelevantparttreatwiththeUEradioaccess(userinformationtransfer,radiochannelcontrol,resourcemanagement,etc.)CDMA2000isa1.25MHzbandwidthbasis.1Xusingacarrier,3Xusingthreecarriers,andsoon.Greattechnologicaladvancesinclude:Reversepilot,reversecoherentdemodulation;forwardfastpowercontrol,transmissiontransmitdiversity(OTD).keywords:UTRANarchitecture;CDMA2000;Wi-FiUTRAN體系結構研究1UTRAN概述UTRAN-UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork-UMTS陸地無線接入網。UTRAN是一種全新的接入網，是UMTS最重要的一種接入方式，適用范圍最廣。UTRAN由NODEB和無線網絡控制器（RNC）構成，NODEB相當于GSMBTS，RNC相當于GSMBSC。第三代移動通信(3g)可提供話音、數(shù)據、圖像等多媒體業(yè)務，采用幾種主要的空中接口，數(shù)據速率高達144kbit/s～2mbit/s，終端多種多樣，實現(xiàn)全球無縫連接。3g由核心網(CN)、UMTS陸地無線接入網(UTRAN)、用戶設備(UE)三大部分組成，CN主要完成用戶認證、位置管理、呼叫連接控制、用戶信息傳送等功能。UTRAN分為無線不相關和無線相關兩部分，前者完成與CN的接口，實現(xiàn)向用戶提供QOS保證的信息處理和傳送以及用戶和網絡控制信息的處理和傳送；無線相關部分處理與UE的無線接入(用戶信息傳送、無線信道控制、資源管理等)。UE主要完成無線接入、信息處理等。UTRAN可使用ATM和IP兩種傳送方式，基于ATM的UTRAN標準較成熟，相關產品已進入試用階段；基于IP的UTRAN具有網絡資源利用率高、節(jié)省運營成本、滿足INTERNET和內聯(lián)網的廣泛使用引起的IP聯(lián)網設備的降價要求、符合網絡向全ip方向發(fā)展趨勢等優(yōu)點，引起研究的熱潮。2UTRAN結構UMTS網絡（Release99）由兩部分組成：一部分是UTRAN。另一部分是核心網絡CN，這兩部分通過Iu接口連接，核心網從邏輯上可分為電路交換域（CS）和分組交換域（PS）、CS域是UMTS的電路交換核心網，用于支持電路數(shù)據業(yè)務，PS域是UMTS的分組業(yè)務核心網，用于支持分組數(shù)據業(yè)務（GPRS）和一些多媒體業(yè)務。根據UTRAN連接到核心網邏輯域的不同，Iu可分為Iu－CS和Iu－PS，其中Iu－CS是UTRAN與CS域的接口，Iu－PS是UTRAN與PS域的接口，UTRAN包括多個無線網絡子系統(tǒng)RNS。無線網絡子系統(tǒng)RNS包括無線網絡控制器RNC和一個或多個基站NodeB，NodeB和RNC通過Iub接口互聯(lián)．在UTRAN內，不同的RNC通過Iur接口互聯(lián)，Iur可以通過RNC之間的直接物理連接或通過傳輸網連接。NodeB相當于GSM網絡中的基站收發(fā)信臺（BTS），它可采用FDD、TDD模式或雙模式工作，每個NodeB服務于一個無線小區(qū)，提供無線資源的接入功能。RNC相當于GSM網絡中的基站控制器（BSC），提供無線資源的控制功能。RNS負責它范圍內的蜂窩所需資源。對于用戶設備和UTRAN間的每個連接，有一個RNS為服務RNS。若需要，漂移（Drift）RNSs可提供無線資源來支持服務RNS。下圖為UTRAN組成結構示意圖：圖1.1UTRAN結構RNC負責需要與UE進行信令交互的切換并可能包含捆綁和剝離功能。RNC之間可以通過Iur接口互連?；ミB的方式可以是直接的物理互連也可以是通過任何適合數(shù)據傳輸?shù)奶摂M網絡。為了獲取UE的當前位置，RNC可以通過內部完整的內部功能支持實現(xiàn)，也可以直接從SAS得到。若是從SAS獲得，則RNC需通過Iupc接口連接到SAS，如下圖1.2所示：圖1.2連接Iupc接口的UTRAN結構RNC也可以通過Iur-g接口連接到BSS，該BSS需支持GERANIu模式，如下圖1.3所示：圖1.3通過Iur-g接口連接GERAN（Iu模式）與UTRAN每個UE和UTRAN連接，必須有一個SRNS服務無線網絡子系統(tǒng)。如果需要，則有一個DRNS漂移無線網絡子系統(tǒng)以提供無線資源的方式輔助SRNS。3接口功能介紹3.1Iu接口Iu接口是RNC與CN之間的接口，對應協(xié)議為RANAP（CS、PS控制平面）和IuUP（CS、PS用戶平面），以及SABP協(xié)議。Iu接口體系結構如下圖3.1所示：圖3.1Iu接口體系結構Iu接口功能如下描述：移動性管理功能包括：位置區(qū)報告、SRNS重置以及RNC間硬切換和系統(tǒng)間切換。無線接入承載（RAB）管理功能包括：RAB的建立、更改以及釋放。Iu數(shù)據傳輸功能分別包括：正常數(shù)據傳輸、異常數(shù)據傳輸以及UE-CN連接信息的透明傳輸。Iu接口功能還包括：尋呼（Paging)、Iu釋放、安全性模式控制、過載控制、公共UEID（IMSI）的管理、Iu信令跟蹤管理Iu接口異常管理以及CBS控制。3.2Iur接口Iur接口是RNC之間的接口，對應協(xié)議為RNSAP（控制平面）和FP（用戶平面。Iur接口功能包括：公共信道功能，Iur接口上公共傳輸信道的建立，刪除；公共傳輸信道用于傳輸DRNC中處于公共信道狀態(tài)UE的信息；將MAC-d和MAC-c相分離；MAC-d和MAC-c之間的流控；全局資源管理（GlobalResourceManagement)；RNC間公共測量；Iub接口專用信道功能的支持。3.3Iub接口Iub接口是RNC與NODEB之間的接口，其對應協(xié)議為NBAP（控制平面）和FP（用戶平面）。Iub接口的功能可分為公共功能以及專用功能兩大方面，下面給了這兩方面的大致介紹。公共功能包括：公共傳輸信道管理；Iub公共信道數(shù)據傳輸；NodeB邏輯O&M（小區(qū)配置，故障管理，閉塞等維護功能）；系統(tǒng)信息管理；公共測量；資源核查；異常管理；定時和同步管理。專用功能包括：專用傳輸信道管理；無線鏈路（RL）監(jiān)控；專用測量管理；定時和同步管理；上行外環(huán)功控；Iub專用數(shù)據傳輸；下行功率漂移的平衡；壓縮模式控制。3UTRAN的功能系統(tǒng)接入是UMTS用戶連接到UMTS以便使用UMTS業(yè)務的方法。用戶系統(tǒng)接入的發(fā)起者即可以是移動端，也可以是網絡端。UMTS最重要的一種接入方式。充當UMTS最重要接入方式的UTRAN總體上具有以下通信功能：用戶數(shù)據傳輸（業(yè)務和多呼叫）全系統(tǒng)訪問控制移動性管理無線資源管理控制廣播和多播業(yè)務管理UTRAN的能力包括無線接入承載能力和無線接入承載控制，支持具有個問的業(yè)務和性能特性的無線資源連接的建立、重新協(xié)商和釋改，QoS屬性與承載屬性的重新協(xié)商可能由卜層請求或無線條件（切換、蜂窩負載的改動等）引起，也可由移動站或網絡發(fā)起。UTRAN將允許一個移動終端同時處理多個無線接入承載業(yè)務，每個無線接入承載業(yè)務可能有各自的速率和性能要求，但同時處理無線接入承載業(yè)務的數(shù)量將受到終端和網絡能力的限制，UTRAN還將支持廣播和組播應用的無線接入承載。UTILAN具有下列業(yè)務量管理機制：在連接建立和重新協(xié)商時應用允許接入控制（CAC）；在連接建立后應用使用參數(shù)控制（UPC）。對于由具有不同UTILA模式的UTRAN一組成的UMTS網絡，蜂窩選擇和尋呼過程應允許業(yè)務區(qū)域由支持一種特定模式的蜂窩覆蓋或由支持多種模式的蜂窩覆蓋。UMTS網絡運營商的網絡應支持能處理一個或多個無線接入承載業(yè)務的移動終端的雙向切換，這種切換是在具有不同UTKA模式的兩個UTRAN蜂窩間進行的。另外，使用兩種不同UTILA模式的蜂窩間的切換應類似于同種模式間的切換。UTILAN還將支持一個移動終端的無線接入承載業(yè)務在UTKANr的蜂窩間無縫切換。UTILAN應使UMTS移動終端位置的確定更容易，可利用各種方法完成定位功能，如基于移動終端的定位、基于網絡的定位或混合定位結構。在各種無線環(huán)境下，最低的定位精度大約是50m。UTILAN應支持局部業(yè)務區(qū)域（LSA）的概念，這將使基于局部業(yè)務區(qū)域和用戶有關的無線資源選擇更容易。三層信道概念有邏輯信道、傳輸信道以及物理信道。其中邏輯信道是在RLC與MAC之間，傳輸信道是在MAC與物理層之間。CDMA2000體系結構研究1定義CDMA是碼分多址(Code-DivisionMultipleAccess)技術的縮寫，是近年來在數(shù)字移動通信進程中出現(xiàn)的一種先進的無線擴頻通信技術，它能夠滿足市場對移動通信容量和品質的高要求，具有頻譜利用率高、話音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點，可以大量減少投資和降低運營成本。CDMA最早由美國高通公司推出，與GSM相同，CDMA也有2代、2.5代和3代技術。中國聯(lián)通推出的CDMA屬于2.5代技術。CDMA被認為是第3代移動通信技術的首選，目前3G的標準有WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA。cdma2000是在CDMA框架下的一個技術標準。CDMA2000就是CDMA技術發(fā)展過程中的一個階段。cdma2000向下兼容的，也就是說目前不管什么C網手機都可以在現(xiàn)在的網絡下使用，即使是早期的CDMA手機。189號碼不會對手機做區(qū)分的，和133沒有區(qū)別。CDMA2000是CDMA的升級版,CDMA是第二代通信協(xié)議標準，CDMA2000是第三代,也就是3G標準,3G的優(yōu)勢是速度更。2網絡結構CDMA和CDMA2000標準體系的特點在于：劃分模塊為主，而不是劃分階段為主。具體體現(xiàn)在將系統(tǒng)劃分為獨立的模塊，每個模塊間盡可能地相互獨立及每個模塊相對獨立地向前發(fā)展。其主要的模塊包括：無線、核心網電路部分、核心網分組部分、短消息、定位、智能網。另外，其強調充分利用別人的成果分組網是IP，A接口是CDG，業(yè)務是MMS，以及短消息、定位等。CDMA2000的Release通常僅僅包括無線接口和A接口，核心網是獨立的。其他重要的實體，包括短消息、智能網等都于無線接口無關，他們是獨立的模塊。這是CDMA2000系統(tǒng)能夠迅速成熟的關鍵原因之一。另外一個特點是CDMA強調利用別人已經達成的成果，反對自成體系。下圖1.1給出了CDMA2000的網絡參考模型。圖1.1CDMA2000的網絡參考模型3核心網分組部分3.1CDMA20001X分組數(shù)據業(yè)務提供中高速的分組數(shù)據業(yè)務是CDMA2000系統(tǒng)與第二代系統(tǒng)的主要區(qū)別。其最大前向傳輸速率可達到153.6kbps，最大反向傳輸速率可達到76.8kbps。并采用完全基于IP技術的分組網絡結構，移動終端與網絡間建立一個IP連接，所有業(yè)務均通過IP連接完成。同時支持簡單IP和移動IP接入方式。同時支持公網接入和專網接入。3.2系統(tǒng)對分組數(shù)據業(yè)務的支持無線部分：引入補充信道（SCH）用來支持高速分組數(shù)據業(yè)務，采用靈活的幀長度以滿足不同的分組數(shù)據業(yè)務要求，通過媒體接入控制（MAC）支持QoS、分組狀態(tài)轉移等。網絡部分：增加A10/A11接口用來支持分組數(shù)據，通過PCF和PDSN之間的安全聯(lián)盟支持安全可靠的數(shù)據傳輸，通過HA實現(xiàn)移動IP，系統(tǒng)支持分組數(shù)據在PDSN之間的切換。3.3業(yè)務方式業(yè)務方式總體可分為簡單IP及移動IP兩方面。3.3.1簡單IP簡單IP包括：動態(tài)IP地址分配，CHAP或PAP認證，在一個PDS，范圍內漫游，撥號上網方式及用L2TP支持專用網。簡單IP是移動用戶接入分組數(shù)據網的基本方式，它所使用的協(xié)議比較簡單，易于實現(xiàn)，當用戶使用簡單IP進行接入時，將會從業(yè)務接入提供商那里分配到一個動態(tài)IP地址。用戶在同一個PDSN管轄范圍內移動時可以保持其PPP連接而不改變IP地址在跨越PDSN時，用戶需要重新建立PPP連接，業(yè)務也將發(fā)生中斷。一個PDSN管轄范圍多數(shù)為一個省。在一個PDSN內移動，雖然PCF可能會發(fā)生變化，但PPP連接不會斷。每個PDSN配置的IP值不同，所以跨越PDSN時，需要重新分配IP。3.3.2移動IP移動IP包括：由歸屬地分配地址，可以是動態(tài)或靜態(tài)，MIP/AAA認證，多個PDSN間的漫游以及通過HA實現(xiàn)VPN。由于傳統(tǒng)IP技術的主機使用固定IP地址與TCP端口進行互聯(lián)，而現(xiàn)今的互聯(lián)網路由器是根據網址前綴尋找主機位置，主機若移動到其它網絡中，便無法繼續(xù)通信。在這樣的背景下，我們便需要移動IP。移動IP技術在網絡層上解決了移動接入問題，移動節(jié)點采用固定IP地址，系統(tǒng)使用隧道技術封裝和傳送數(shù)據包。在子網間切換時，移動節(jié)點無需改變IP地址，通信也不會中斷。典型的移動IP網絡由移動節(jié)點、歸屬代理和外地代理組成，一個移動節(jié)點可在任意子網上接入IP網，移動節(jié)點第一次聯(lián)入網絡時，將分配到一個固定不變的IP地址，稱為移動節(jié)點的歸屬地址。移動IP協(xié)議結構分為控制及用戶數(shù)據協(xié)議結構兩種，見下圖3.1和圖3.2所示。圖3.1移動IP控制協(xié)議結構圖3.2移動IP用戶數(shù)據協(xié)議結構移動節(jié)點位置變化時，其歸屬地址保持不變。移動節(jié)點通過歸屬地址與歸屬網進行連接，歸屬地址的網址前綴與歸屬網的網址前綴相同。移動節(jié)點連接到其他子網時，將使用外地代理和轉交地址。移動節(jié)點在外地代理登記后，外地代理通知其歸屬代理移動節(jié)點的轉交地址。轉交地址（care-ofaddress）是歸屬代理指向移動節(jié)點的隧道終點地址，它是數(shù)據包進行路由選擇時使用的動態(tài)地址通常，移動節(jié)點每移入一個新的網絡，就要重新登記一個轉交地址。在移動IP業(yè)務中，移動終端的IP地址由歸屬IP網的HA或RADIUS分配靜態(tài)或動態(tài)IP地址。用戶在一次使用業(yè)務期間，即使做跨越PDSN/FA的移動，仍保持與HA的連接，使業(yè)務不發(fā)生中斷