移動通信技術(shù) 課件 第3章 無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.1GSM移動通信系統(tǒng)組成

3.2GSM編碼規(guī)則

3.3GSM網(wǎng)絡(luò)接口及幀結(jié)構(gòu)

3.4GSM業(yè)務(wù)流程

3.5第三代移動通信技術(shù)

3.6WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.7WCDMA系統(tǒng)接口和幀結(jié)構(gòu)

3.8WCDMA業(yè)務(wù)流程

3.9系統(tǒng)間切換3.1GSM移動通信系統(tǒng)組成圖3.1給出了GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，因為它是后來3G及LTE演進(jìn)的基礎(chǔ)，所以有必要講述一下。早期的GSM系統(tǒng)主要由基站子系統(tǒng)(BSS)、網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)、移動臺MS和GSM分組無線系統(tǒng)GPRS四個部分組成。1.基站子系統(tǒng)BSSBSS主要由基站控制器BSC和基站收發(fā)信臺BTS組成。它是在一定的無線覆蓋區(qū)中由移動交換中心MSC控制、與移動臺MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。BSC和BTS通過Abis接口直接互連。1)基站控制器BSCBSC是BSS的控制部分，具有一個BSC控制一個或多個BTS的功能，負(fù)責(zé)各種接口的管理，承擔(dān)其覆蓋區(qū)域內(nèi)的無線資源和無線參數(shù)的管理，負(fù)責(zé)呼叫建立的信令處理以及小區(qū)中的信道分配，并提供無線電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營與維護(hù)功能。如無線網(wǎng)絡(luò)資源的管理、小區(qū)配置數(shù)據(jù)管理、功率控制、定位和切換等。GSM演進(jìn)為3G后，BSC演進(jìn)為無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC。2)基站收發(fā)信臺BTSBTS是BSS系統(tǒng)中的無線接入部分。BTS由BSC控制，服務(wù)于某個小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)中固定部分與無線部分之間進(jìn)行通信的中繼，用來完成BSC與無線信道之間的轉(zhuǎn)換，并通過空中接口Um實現(xiàn)BTS與MS之間的無線傳輸以及相關(guān)控制功能。2.網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)NSS網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)NSS由MSC和用戶數(shù)據(jù)庫組成。MSC提供所需要的交換，為主叫和被叫用戶建立連接，并和公用電話交換網(wǎng)(PSTN)互聯(lián)。為實現(xiàn)呼叫控制，MSC利用歸屬位置寄存器(HLR)和拜訪位置寄存器(VLR)確定移動用戶的位置。NSS與BSS之間的接口為“A”接口，BSS與MS之間的接口為“Um”接口。在模擬移動通信系統(tǒng)中，全入網(wǎng)通信系統(tǒng)技術(shù)TACS規(guī)范只對Um接口進(jìn)行了規(guī)定，而未對A接口做任何的限制。因此，各設(shè)備生產(chǎn)廠家對A接口都采用各自的接口協(xié)議，對Um接口遵循TACS規(guī)范。也就是說，NSS系統(tǒng)和BSS系統(tǒng)只能采用一個廠家的設(shè)備，而MS可用不同廠家的設(shè)備。NSS主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)以及移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。NSS由一系列功能實體構(gòu)成，各功能實體介紹如下：1)移動業(yè)務(wù)交換中心MSCMSC是GSM系統(tǒng)的核心，是對位于它所覆蓋區(qū)域中的移動臺進(jìn)行控制和完成話路交換的功能實體，也是移動通信系統(tǒng)與其他公用通信網(wǎng)之間的接口。它具有如下功能：完成網(wǎng)絡(luò)接口、公共信道信令系統(tǒng)和計費(fèi)等功能；完成BSS、MSC之間的切換和輔助性的無線資源管理、移動性管理等。為了建立至移動臺的呼叫路由，每個MS還應(yīng)能完成訪問MSC網(wǎng)關(guān)移動交換中心(GMSC)的功能，即查詢位置信息的功能。2)訪問位置寄存器VLRVLR是存儲MSC為了處理所管轄區(qū)域中MS的來話、去話呼叫所需檢索信息的一個數(shù)據(jù)庫。3)歸屬位置寄存器HLRHLR用于存儲移動客戶管理數(shù)據(jù)的一個數(shù)據(jù)庫。每個移動客戶都應(yīng)在其HLR注冊登記，它主要存儲兩類信息：一是有關(guān)客戶的參數(shù)；二是有關(guān)客戶目前所處位置的信息，以便建立至移動臺的呼叫路由，例如MSC、VLR地址等。4)鑒權(quán)中心AUC鑒權(quán)中心(AUC)用于產(chǎn)生為確定移動客戶的身份和對呼叫保密所需鑒權(quán)、加密參數(shù)的功能實體。AUC為電路域(CS)和分組域(PS)的共用設(shè)備，它有兩個功能：一是對用戶的國際移動用戶識別碼IMSI號進(jìn)行鑒權(quán)；二是為移動臺和網(wǎng)絡(luò)之間在無線路徑上的通信進(jìn)行加密。5)設(shè)備識別寄存器EIR設(shè)備識別寄存器(EIR)存儲著移動設(shè)備的國際移動設(shè)備識別碼(IMEI)，通過檢查白色清單、黑色清單或灰色清單這三種表格，使得運(yùn)營部門對于不管是失竊還是由于技術(shù)故障或誤操作而危及網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的MS設(shè)備，都能采取及時的防范措施，以確保網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所使用的移動設(shè)備的唯一性和安全性。6)操作維護(hù)中心OMC操作維護(hù)中心(OMC)是完成網(wǎng)絡(luò)操作與維護(hù)管理的設(shè)施。GSM系統(tǒng)的所有功能單元都可以通過各自的網(wǎng)絡(luò)連接到OMC，通過OMC可以實現(xiàn)GSM網(wǎng)絡(luò)各個功能單元的監(jiān)視、狀態(tài)報告和故障診斷等功能。OMC主要具有維護(hù)測試、故障診斷及處理、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、用戶跟蹤、告警、話務(wù)統(tǒng)計等功能。依據(jù)廠家的實現(xiàn)方式OMC可分為無線子系統(tǒng)的操作維護(hù)中心(OMC-R)和交換子系統(tǒng)的操作維護(hù)中心(OMC-S)。OMC-R用來實現(xiàn)對BSS設(shè)備的操作和維護(hù)，主要包括面向GSM無線子系統(tǒng)的基本操作維護(hù)功能以及提供管理服務(wù)的輔助功能；OMC-S用于NSS系統(tǒng)的操作和維護(hù)。3.移動臺MSMS是移動客戶設(shè)備部分，它由移動終端(MT)和用戶識別卡(SIM)兩部分組成。移動終端就是“手機(jī)”，它可完成話音編碼、信道編碼、信息加密、信息的調(diào)制和解調(diào)、信息發(fā)射和接收；SIM卡就是“身份卡”，它類似于我們現(xiàn)在所用的IC卡，因此也稱作智能卡，存有認(rèn)證客戶身份所需的所有信息，并能執(zhí)行一些與安全保密有關(guān)的重要信息，以防止非法客戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。SIM卡還存儲與網(wǎng)絡(luò)和客戶有關(guān)的管理數(shù)據(jù)，只有插入SIM卡后移動終端才能接入移動通信網(wǎng)。4.?GSM分組無線系統(tǒng)GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)(GPRS)是介于2G和3G之間的一種技術(shù)，通常稱為2.5G。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時，GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要作硬件改動，只需作軟件升級。有了GPRS，用戶的呼叫建立時間大大縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”。此外，GPRS是以運(yùn)營商傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時間為基準(zhǔn)來計費(fèi)的，從而令每個用戶的服務(wù)成本更低。GPRS在原有的基于電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(CSD)方式的GSM網(wǎng)絡(luò)上引入GPRS服務(wù)支持節(jié)點(SGSN)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(GGSN)兩個新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。SGSN和MSC在同一等級水平，并跟蹤單個MS的存儲單元實現(xiàn)安全功能和接入控制，并通過幀中繼連接到基站系統(tǒng)。GGSN支持與外部分組交換網(wǎng)的互通，并經(jīng)由基于IP的GPRS骨干網(wǎng)和SGSN連通。SGSN提供位置和移動性管理，可以認(rèn)為是MSC的分組數(shù)據(jù)等效。GGSN提供IP接入路由器功能，把GPRS網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)及其他IP網(wǎng)絡(luò)相連。3.2GSM編碼規(guī)則GSM系統(tǒng)屬于小區(qū)制大容量移動通信網(wǎng)，在它的服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置有很多基站，移動臺只要在服務(wù)區(qū)內(nèi)，移動通信網(wǎng)就必須具有控制、交換功能，以實現(xiàn)位置更新、呼叫接續(xù)、過區(qū)切換及漫游服務(wù)等。GSM系統(tǒng)組成的移動通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，其區(qū)域定義如圖3.2所示。GSM服務(wù)區(qū)指的是MS可獲得服務(wù)的區(qū)域，可由1個或若干個公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)組成。PLMN區(qū)指的是由1個公用陸地移動通信網(wǎng)(PLMN)提供通信業(yè)務(wù)的地理區(qū)域，可由1個或若干個MSC組成。例如中國移動的PLMN是46000和46002，中國聯(lián)通的PLMN是46001。MSC區(qū)指的是由1個MSC所控制的所有小區(qū)共同覆蓋的區(qū)域，構(gòu)成PLMN網(wǎng)的一部分，可由1個或若干個位置區(qū)組成。位置區(qū)指MS可任意移動而不需要進(jìn)行位置更新的區(qū)域，可由1個或若干個扇區(qū)(或基站區(qū))組成。在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中為了解決尋找手機(jī)的問題，通常將每個城市的無線網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個位置區(qū)，并分位置區(qū)廣播自己的位置區(qū)消息，手機(jī)通過偵聽廣播信息得知自己所在的位置區(qū)。若發(fā)現(xiàn)自己的位置區(qū)發(fā)生了變化，則主動聯(lián)系無線網(wǎng)絡(luò)，上報自己所在的位置，無線網(wǎng)絡(luò)收到手機(jī)發(fā)來的位置變更信息后，就把它記載在數(shù)據(jù)庫中，這個數(shù)據(jù)庫稱為位置寄存器。等以后無線網(wǎng)絡(luò)收到該手機(jī)的被叫請求時，就首先查找位置寄存器，確定手機(jī)當(dāng)前所處的位置區(qū)，再將被叫的請求發(fā)送到該位置區(qū)的所有基站，由這些基站對手機(jī)進(jìn)行尋呼。實際中，為了避免網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，系統(tǒng)會設(shè)定一個周期性的時間，要求手機(jī)每隔一定時間，不管位置區(qū)變化與否，都向網(wǎng)絡(luò)匯報自己當(dāng)前所在的位置區(qū)。對于逾期未報的手機(jī)，就把它當(dāng)做“網(wǎng)絡(luò)不可及”，直到收到它的下一次位置更新再改變狀態(tài)。位置區(qū)的劃分要適中，劃得太大會浪費(fèi)尋呼資源，劃得過小手機(jī)會頻繁上報位置區(qū)變更信息，同樣浪費(fèi)資源?；緟^(qū)指由置于同一基站點的1個或數(shù)個BTS包括的所有小區(qū)所覆蓋的區(qū)域。為了方便手機(jī)找到基站并和基站建立聯(lián)系，基站總是一刻不停地向外廣播信息。對GSM系統(tǒng)而言，不同的基站廣播信息時所使用的頻率不同，這樣GSM手機(jī)就會掃描整個頻段，按信號的強(qiáng)弱從最強(qiáng)信號開始逐一檢查，直到找到合適的基站的廣播信息。而CDMA手機(jī)鎖定基站的方法是這樣的：基站固定使用一個頻率廣播信息，手機(jī)只要調(diào)諧到這個頻率，就可以收到基站的指引信息，從而找到基站。系統(tǒng)的控制載頻在整個CDMA通信網(wǎng)絡(luò)中是統(tǒng)一的。為了使手機(jī)正確接收廣播信號，就要同步信號。CDMA系統(tǒng)和GSM系統(tǒng)類似，首先是廣播導(dǎo)頻信號和同步信號，然后再廣播基站的標(biāo)識和空口的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于GSM相鄰的基站和小區(qū)采取不同的頻率進(jìn)行廣播，工作頻率不同，因而不會產(chǎn)生干擾；CDMA系統(tǒng)雖然采用一個固定的頻率，但是相鄰基站的擾碼不同，也不會產(chǎn)生干擾。扇區(qū)指采用基站識別碼或全球小區(qū)識別進(jìn)行標(biāo)識的無線覆蓋區(qū)域。當(dāng)基站收發(fā)信臺天線采用定向天線時，基站區(qū)分為若干個扇區(qū)；在采用全向天線時，扇區(qū)即為基站區(qū)。在一個城市，用戶和基站的數(shù)量要多得多。比如手機(jī)用戶，通常是幾十萬乃至上百萬量級的，基站通常為幾百到上千個，就連數(shù)量相對較少的BSC，也有十幾到幾十臺。管理這樣龐大的一個系統(tǒng)需要科學(xué)的編號方法，一個好的編號計劃需要滿足以下兩點：編號具有唯一性，也就是用戶的手機(jī)號唯一，信令點的編碼也保持唯一；編號要便于檢索，比如HLR的尋址方式就是根據(jù)手機(jī)號碼的第4～7位來判斷手機(jī)的歸屬地。在GSM網(wǎng)絡(luò)里，有5個編號極其重要，分別是移動臺國際ISDN號(MSISDN)、國際移動用戶識別碼(IMSI)、位置區(qū)識別碼(LAI)、全球小區(qū)識別碼(CGI)和基站識別色碼(BSIC)。1.移動臺國際ISDN號(MSISDN)MSISDN，簡單說就是用戶的手機(jī)號碼，而IMSI是國際移動用戶識別碼，即SIM卡的識別碼。MSISDN的具體結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。圖中各部分解釋如下：國家碼(CountryCode，CC)，即在國際長途電話通信網(wǎng)中要使用的標(biāo)識號，中國為86。國內(nèi)目的地碼(NationalDestinationCode，NDC)，即網(wǎng)絡(luò)接入號，也就是平時手機(jī)撥號的前3位。如中國移動GSM網(wǎng)的接入號為“134～139”“150～152”“157～159”，中國聯(lián)通GSM網(wǎng)的接入號為“130～132”“155～156”。用戶號碼(SubscriberNumber，SN)，采用等長8位編號計劃。MSISDN的前面部分CC?+?NDC?+?H0H1H2H3其實就是用戶所屬HLR的地址。2.國際移動用戶識別碼(IMSI)為了在無線路徑和整個移動通信網(wǎng)上正確地識別某個移動用戶，就必須為移動用戶分配一個特定的識別碼。這個識別碼稱為國際移動用戶識別碼IMSI，用于移動通信網(wǎng)的所有信令中，存儲在用戶識別卡(SIM)、HLR、VLR中。MSISDN與IMSI的關(guān)系有點類似于一個人的姓名與身份證號的關(guān)系，雖然大家平時都是以姓名相稱呼，但是公安局也好、民政局也罷，還是會通過個人身份證號進(jìn)行唯一識別。個人姓名可以修改，但是身份證號卻不會變，同樣，用戶可以去運(yùn)營商處修改手機(jī)號碼，但只要SIM卡沒扔，用戶IMSI號還是不會變。如圖3.4所示，IMSI號碼結(jié)構(gòu)為：IMSI?=?MCC?+?MNC?+?MSIN。3.位置區(qū)識別碼(LAI)位置區(qū)識別碼(LocationAreaIdentity，LAI)代表MSC業(yè)務(wù)區(qū)的不同位置區(qū)，用于移動用戶的位置更新，當(dāng)用戶從一個區(qū)域到另外一個區(qū)域時，就用這個編號來進(jìn)行識別?，F(xiàn)網(wǎng)中通常一個BSC分配一個LAI號，這樣比較簡單。如圖3.5所示，其號碼結(jié)構(gòu)為：LAI?=?MCC?+?MNC?+?LAC。4.全球小區(qū)識別碼(CGI)如果說LAI能精確到某個用戶處于哪個區(qū)域的話，那么全球小區(qū)識別碼(CellGlobalIdentifier，CGI)甚至可以識別到這個用戶具體是在哪個基站的哪個扇區(qū)下。通常情況下一個基站有3個扇區(qū)。它的結(jié)構(gòu)是在位置區(qū)識別碼(LAI)后加上一個小區(qū)識別碼(CI)，如圖3.6所示，其結(jié)構(gòu)為：CGI?=?MCC?+?MNC?+?LAC?+?CI。5.基站識別色碼(BSIC)BSIC用于識別采用相同載頻的相鄰的不同基站收發(fā)信臺(BTS)，特別用于識別不同國家的邊界地區(qū)采用相同載頻的相鄰BTS。BSIC結(jié)構(gòu)為：BSIC=NCC+BCC，BSIC占6bit，其中，網(wǎng)絡(luò)色碼(NCC)占高3位、基站色碼(BCC)占低3位。NCC用來唯一地識別相鄰國家不同的PLMN，相鄰國家要具體協(xié)調(diào)NCC的配置。BCC用來唯一地識別采用相同載頻的相鄰BTS。3.3GSM網(wǎng)絡(luò)接口及幀結(jié)構(gòu)3.3.1GSM網(wǎng)絡(luò)接口在移動通信系統(tǒng)中，將傳輸網(wǎng)元間信號的通道稱為接口。一個接口代表兩個相鄰實體間的連接點，它可承載不同實體間的信息流和協(xié)議。GSM系統(tǒng)在制定技術(shù)規(guī)范時，就對系統(tǒng)功能、接口等作了詳細(xì)規(guī)定，以便于不同公司的產(chǎn)品可以互連互通，為GSM系統(tǒng)的實施提供了靈活的設(shè)備選擇方案，GSM系統(tǒng)接口情況如圖3.7所示。對于GSM而言，主要有3類接口，它們分別是：手機(jī)和基站的接口，俗稱“空中接口”，在GSM中稱作“Um”接口。它是GSM系統(tǒng)中最重要、最復(fù)雜的接口，用于移動臺與GSM系統(tǒng)的固定部分之間的互通。BSC和BTS間的接口，在GSM中稱作“Abis”接口。采用標(biāo)準(zhǔn)的2048Mb/s或64kb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)，支持所有向用戶提供的服務(wù)，并支持對BTS無線設(shè)備的控制和無線頻率的分配。Abis口是私有的，各個廠家可以自己定義，這就使得不同廠家的BSC和BTS不能兼容，容易造成壟斷。于是，到了3G時代，在運(yùn)營商的干預(yù)下，這個接口在制定標(biāo)準(zhǔn)的時候也變成了開放的。MSC與BSC間的互連接口，在GSM中稱作“A”接口。其物理連接是通過采用標(biāo)準(zhǔn)的2048Mb/sPCM數(shù)字傳輸鏈路來實現(xiàn)的，接口傳送的信息包括對移動臺及基站管理、移動性及呼叫接續(xù)管理等。A接口也是開放的，它是無線接入網(wǎng)與無線核心網(wǎng)的分界線，通常將A接口靠近用戶的這一側(cè)稱為無線接入網(wǎng)，包括BSC和BTS，而把MSC、HLR這些設(shè)備稱為無線核心網(wǎng)。這3類接口中，Um接口和A接口是開放的，而Abis接口是私有的，各個廠家可以自己定義。Abis接口的私有性，決定了BSC和BTS必須是同一個廠家的，否則無法對接，這在應(yīng)用中造成了很多不便。為了便于互聯(lián)互通，在3G網(wǎng)絡(luò)中，這個接口在制定標(biāo)準(zhǔn)時也變?yōu)殚_放的。A接口則是無線接入網(wǎng)與無線核心網(wǎng)的分界線，通常把A接口靠近用戶的這一側(cè)稱為無線接入網(wǎng)，包含BSC和BTS，而把MSC、HLR等設(shè)備稱為無線核心網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部接口包括B、C、D、E、F、G接口。3.3.2GSM空中接口幀結(jié)構(gòu)我們都知道，空中接口的頻譜資源非常有限，GSM不但是一個頻分復(fù)用系統(tǒng)，還是一個時分復(fù)用系統(tǒng)，在頻域上，GSM每個頻點占200kHz，它在時間域上又分成8個時隙，每個時隙0.577?ms，可以承載1個用戶?？梢赃@樣理解，8個時隙提供給8個用戶來使用，每個用戶通話0.577?ms，下一個TDMA幀輪到該用戶說話(如圖3.9所示，26個TDMA幀，持續(xù)時長120ms)，間隔時長為120/26≈4.615?ms，這只是舉了一個例子，實際中這8個時隙中的0號時隙用于管理控制整個系統(tǒng)，即作為廣播控制信道(BCCH)時隙，1～7號時隙用于承載業(yè)務(wù)。GSM的時隙和幀結(jié)構(gòu)如圖3.8所示。在TDMA中，每個載頻被定義為一個TDMA幀，相當(dāng)于FDMA系統(tǒng)中的一個頻道，每幀包括8個時隙(TS0～TS7)，要有TDMA幀號，這是因為GSM的特性之一是客戶保密性好，是通過在發(fā)送信息前對信息進(jìn)行加密實現(xiàn)的。計算加密序列的算法是以TDMA幀號為一個輸入?yún)?shù)，因此每一幀都必須有一個幀號。有了TDMA幀號，移動臺就可判斷控制信道TS0上傳送的是哪一類邏輯信道。GSM幀結(jié)構(gòu)含有如圖3.9所示的5個層次，即時隙、TDMA幀、復(fù)幀、超幀和超高幀。時隙是物理信道的基本單元。TDMA幀號是以3小時28分53秒760毫秒(2?715?648個TDMA幀)為周期循環(huán)編號的，每2?715?648個TDMA幀為一個超高幀，超高幀是持續(xù)時間最長的TDMA幀結(jié)構(gòu)，可以用作加密和跳頻的最小周期。每一個超高幀又可分為2048個超幀，一個超幀持續(xù)時間為6.12s，是最小的公共復(fù)用時幀結(jié)構(gòu)；每個超幀又是由復(fù)幀組成的。為了滿足不同速率的信息傳輸?shù)男枰?，?fù)幀分為兩種類型：26幀的復(fù)幀——它包括26個TDMA幀，持續(xù)時長120ms，這種復(fù)幀用于攜帶業(yè)務(wù)信道(TrafficCHannel，TCH)；51幀的復(fù)幀——它包括51個TDMA幀，持續(xù)時長3060/13ms，這種復(fù)幀用于攜帶BCCH、SDCCH和CCCH。超幀是一個連貫的51?×?26的TDMA幀，由51個26幀的復(fù)幀或26個51幀的復(fù)幀構(gòu)成；超高幀由2048個超幀構(gòu)成。3.4GSM業(yè)務(wù)流程3.4.1位置登記位置登記(或稱注冊)是通信網(wǎng)為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程，位置登記過程如圖3.10所示。GSM系統(tǒng)的位置更新包括三個方面：移動臺的位置登記；當(dāng)移動臺從一個位置區(qū)進(jìn)入另一個位置區(qū)時，所進(jìn)行的通常意義的位置更新；在一定的時間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)與移動臺無聯(lián)系，移動臺自動地、周期性地與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，核對數(shù)據(jù)。位置登記包括首次登記、IMSI分離附著，位置更新與刪除，強(qiáng)制登記、周期性位置登記等過程。下面分別介紹：(1)首次登記、IMSI分離/附著：當(dāng)新的移動用戶在接受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)去開機(jī)登記時，它的登記信息通過空中接口送到網(wǎng)絡(luò)的VLR中，并再次進(jìn)行鑒權(quán)登記。同時HLR也要隨時知道移動臺的位置，它通過D接口向VLR索取該信息。當(dāng)?shù)怯浲瓿蓵r，網(wǎng)絡(luò)將對新移動用戶的國際移動用戶識別碼(IMSI)的數(shù)據(jù)作“附著”標(biāo)記，若用戶關(guān)機(jī)，MSC/VLR將對該用戶的IMSI的數(shù)據(jù)作“分離”標(biāo)記，即去其“附著”。(2)位置更新與刪除：當(dāng)移動臺處于開機(jī)空閑狀態(tài)，MS將隨時接收網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的當(dāng)前小區(qū)的位置識別信息，并將它存儲起來，若下一次接收的位置標(biāo)志與原存儲的位置標(biāo)志不同，則表示移動臺發(fā)生了位置移動，此時MS將發(fā)送位置更新請求信息，網(wǎng)絡(luò)將更新(注冊)到新的VLR區(qū)域，同時HLR也將隨之更新，之后HLR將向舊的VLR發(fā)出“注銷該用戶有關(guān)數(shù)據(jù)”的消息。(3)強(qiáng)制登記、周期性位置登記：若網(wǎng)絡(luò)無法接收移動臺的正確消息，而此時移動臺還處于開機(jī)狀態(tài)并可接收網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的消息，這時網(wǎng)絡(luò)無法知道移動臺的狀態(tài)。為了解決此問題，系統(tǒng)采取了強(qiáng)制登記措施，如系統(tǒng)要求用戶在一個特定時間內(nèi)登記一次。這種位置登記過程就叫周期位置更新。之所以需要在新舊VLR中傳遞IMSI，是因為對于每次位置更新或呼叫嘗試，MSC/VLR都將給MS分配一個新的TMSI，并且TMSI與IMSI之間有一定的算法轉(zhuǎn)換關(guān)系。新VLR位置更新的確定，首先要獲取MS的IMSI，才能夠分配新的TMSI，而IMSI的發(fā)送要盡可能不在空中接口上進(jìn)行，因此需要在新舊VLR中傳遞IMSI。3.4.2呼叫建立過程1.移動臺被呼過程下面以固定電話上呼叫移動臺(手機(jī))為例，說明移動臺的被呼過程，詳細(xì)過程如圖3.11所示。呼叫處理過程實際上是一個復(fù)雜的接續(xù)過程，包括交換中心間一些命令的交換和操作處理、識別定位呼叫的用戶、選擇線路和建立信道的連接等。下面將詳細(xì)地介紹這一處理過程。固話用戶呼叫手機(jī)用戶時，主要分為下面五步：(1)固定網(wǎng)的用戶撥打移動用戶的電話號碼。(2)固定電話網(wǎng)(程控交換網(wǎng))交換機(jī)分析用戶所撥打的移動用戶的號碼。(3)固定電話交換中心接到用戶的呼叫后，根據(jù)用戶所撥打的移動用戶的號碼分析得出此用戶是要接入移動用戶網(wǎng)，這樣就將接續(xù)轉(zhuǎn)接到移動網(wǎng)的關(guān)口移動交換中心GMSC，關(guān)口移動交換中心分析用戶所撥打的移動用戶的號碼。因為移動交換中心沒有被呼用戶的位置信息，而用戶的位置信息只存放在用戶登記的歸屬寄存器(HLR)和訪問登記表(VLR)中，所以移動交換中心分析用戶所撥打的移動用戶的號碼得到被呼用戶所在的歸屬寄存器的地址，取得被呼用戶的位置信息。由此得到被呼用戶的所在地區(qū)，同時也得到與該用戶建立話路的信息，這個過程稱為歸屬寄存器查詢。(4)關(guān)口移動交換中心找到當(dāng)前為被呼移動用戶服務(wù)的移動交換中心，由正在服務(wù)于被呼用戶的移動交換中心得到呼叫的路由信息，正在服務(wù)于被呼用戶的移動交換中心是由其產(chǎn)生的一個移動臺漫游號碼(MobileStationRoamingNumber，MSRN)給出呼叫路由信息的。這里由訪問登記表分配的移動臺漫游號碼是一個臨時移動用戶的號碼，該號碼在接續(xù)完成后即可以釋放給其他用戶使用。(5)移動交換中心與被呼叫的用戶所在基站連接，完成呼叫。關(guān)口移動交換中心接收包含移動臺漫游號碼的信息并進(jìn)行分析，得到被叫的話路信息。最后向正在為被呼用戶服務(wù)的移動交換中心發(fā)送攜帶有移動臺漫游號碼的呼叫建立請求消息，正在為被呼用戶服務(wù)的移動交換中心接到此消息，找到被叫用戶，通過其所在基站完成呼叫。2.移動臺主叫過程當(dāng)一個移動用戶要建立一個呼叫時，只需撥被呼用戶的號碼，再按“發(fā)送”鍵，移動用戶則開始啟動程序。首先，移動用戶通過隨機(jī)接入信道(RandomAccessChannel，RACH)向系統(tǒng)發(fā)送接入請求消息，移動交換中心便分配給它一個專用信道，查看主叫用戶的類別并標(biāo)記此主叫用戶忙，若系統(tǒng)允許該主叫用戶接入網(wǎng)絡(luò)，則移動交換中心發(fā)證實接入請求消息，主叫用戶發(fā)起呼叫，如果被呼叫用戶是固定用戶，則系統(tǒng)直接將被呼用戶號碼送入固定網(wǎng)(PSTN)，固定網(wǎng)將號碼連接至目的地。這種連接方式與固定電話的區(qū)別僅僅在于發(fā)送端的移動性，就是說移動臺先接入移動交換中心，移動交換中心再與固定電話網(wǎng)相連，之后就和平時的電話接續(xù)沒有什么差別了，由固定電話網(wǎng)接到被呼叫的用戶端。如果被呼號是同一網(wǎng)中的另一個移動臺，則移動交換中心以類似從固定網(wǎng)發(fā)起呼叫的處理方式，進(jìn)行歸屬寄存器的請求過程，轉(zhuǎn)接被呼用戶的移動交換機(jī)，一旦接通被呼用戶的鏈路準(zhǔn)備好，網(wǎng)絡(luò)便向主呼用戶發(fā)出呼叫建立證實，并給它分配專用業(yè)務(wù)信道(TCH)。主呼用戶等候被呼用戶響應(yīng)證實信號，這時完成移動用戶主呼的過程。也就是說，移動臺呼叫移動臺是“移動臺呼叫固定電話網(wǎng)用戶”和“固定電話網(wǎng)用戶呼叫移動臺”兩者的結(jié)合。中間常常需要固定網(wǎng)(PSTN)做兩者之間的信息交換。但由于移動臺的移動性，就造成呼叫過程更復(fù)雜，要求也更高。其復(fù)雜之處在于移動臺與移動交換中心之間的信息交換，包括基站與移動臺之間的連接以及基站與移動交換中心之間的連接。3.4.3越區(qū)切換與漫游越區(qū)切換是指將當(dāng)前正在進(jìn)行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個基站的過程。越區(qū)切換的主要過程為BTS首先要通知MS隨時測量其周圍基站的信號強(qiáng)度、廣播控制信道的載頻、信號強(qiáng)度和傳輸質(zhì)量，并且以一定的時間間隔向正在為此移動臺服務(wù)的BSC報告，BSC根據(jù)這些信息對周圍小區(qū)進(jìn)行比較排隊(也就是“定位”)，與此同時BSC也要測量它與移動臺的通話質(zhì)量和信道性能。當(dāng)語音質(zhì)量下降到一定門限值以下時，BSC就根據(jù)移動臺的報告結(jié)合其本身測量的情況，決定是否切換。切換的種類有：(1)同一個BSC控制區(qū)內(nèi)不同小區(qū)之間的切換，也包括不同扇區(qū)之間的切換。(2)同一個MSC控制區(qū)內(nèi)不同BSC之間的切換。(3)不同MSC控制區(qū)內(nèi)的切換。下面以同一個MSC控制區(qū)內(nèi)不同BSC之間的切換為例，說明其切換流程，具體步驟如圖3.12所示，流程如下：BSC1發(fā)起切換流程，把切換請求及切換目的小區(qū)標(biāo)識一起發(fā)給MSC。MSC根據(jù)位置區(qū)小區(qū)表判斷目的小區(qū)屬于哪個BSC，并向BSC2(即目標(biāo)BSC)發(fā)送切換請求。BSC2向目標(biāo)BTS預(yù)訂并激活一個TCH。BSC2把包含有頻率、時隙及發(fā)射功率的參數(shù)通過MSC、BSC1和源BTS傳到MS。MS在新的頻點上通過快速隨路控制信道(FastAssociatedControlChannel，F(xiàn)ACCH)發(fā)送接入突發(fā)脈沖。目標(biāo)BTS收到此脈沖后，回送時間提前量信息至MS。MS發(fā)送HANDOVERCOMPLETE消息，通過BSC2傳送至MSC。MSC通知BSC1釋放TCH，同時釋放BSC1的A接口電路資源。3.5第三代移動通信技術(shù)3G的最初動力還是源于那個有點遙遠(yuǎn)的夢想，即“任何人”在“任何時間”“任何地點”和“任何另外一個人”進(jìn)行“任何方式的信息交換”。前面4個“任何”在大哥大時代和2G時代已經(jīng)實現(xiàn)了，而第5個“任何”，則一直是人們努力的方向?；贕SM的GPRS、EDGE和基于IS-95的CDMA1x向這個方向靠近了一步，它們可以完成一些低速率的信息交換，比如發(fā)彩信、上WAP網(wǎng)、聊QQ等，但對于視頻以及多媒體數(shù)據(jù)的傳輸，還是有點力不從心。隨著互聯(lián)網(wǎng)越來越深地滲入我們的生活，以iPhone和Android為代表的智能手機(jī)的異軍突起，較好地實現(xiàn)了第5個“任何”。3G用戶和業(yè)務(wù)的迅速增長，讓看慣世間風(fēng)云的金融大鱷摩根斯坦利也發(fā)出這樣的驚嘆：“移動互聯(lián)網(wǎng)正在以史無前例的速度在增長！”這充分說明了移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的速度的確超乎想象。在3G的3大標(biāo)準(zhǔn)中，以WCDMA的應(yīng)用最為成熟廣泛，而且3G的3大標(biāo)準(zhǔn)又都以CDMA作為空中接口的基礎(chǔ)，彼此有很多相似之處。因此，本節(jié)以WCDMA為例來介紹3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。WCDMA實現(xiàn)了將無線通信與互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。為了提供這些服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mb/s、384kb/s以及44kb/s的傳輸速度。為了提高下載速率和增加用戶數(shù)，又要考慮降低建網(wǎng)成本、向下兼容，3GPP推出了Release99(R99)規(guī)范，其核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)源自GSM核心網(wǎng)，主要變化發(fā)生在空中接口。從GSM到3G，空中接口由FDMA、TDMA變成了CDMA。而從3G到其后續(xù)演進(jìn)LTE，OFDM技術(shù)又取代了CDMA。雖然從GSM網(wǎng)絡(luò)演變到UMTS，WCDMA代表著無線接入技術(shù)的巨大進(jìn)步，但是UMTS核心網(wǎng)在3GPP的Release99規(guī)范中并沒有發(fā)生較大的變動，UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)UTRAN和GERAN通過無線接入網(wǎng)連接到相同的核心網(wǎng)中。通用移動通信系統(tǒng)UMTS是采用WCDMA空中接口技術(shù)的第三代移動通信系統(tǒng)，通常也把UMTS系統(tǒng)稱為WCDMA通信系統(tǒng)。UMTS是IMT-2000的重要成員，主要是由歐洲、日本等國家和地區(qū)的移動通信設(shè)備供應(yīng)商提出的。UMTS系統(tǒng)采用了與第二代移動通信系統(tǒng)類似的結(jié)構(gòu)，包括無線接入網(wǎng)絡(luò)RAN和核心網(wǎng)絡(luò)CN。其中RAN用于處理所有與無線有關(guān)的功能，而CN處理UMTS系統(tǒng)內(nèi)所有的語音呼叫和數(shù)據(jù)連接，并實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的交換和路由功能。UTRAN、CN與UE一起構(gòu)成了整個UMTS系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.13所示。從3GPPR99標(biāo)準(zhǔn)的角度來看，UE和UTRAN由全新的協(xié)議構(gòu)成，其設(shè)計基于WCDMA無線技術(shù)。而CN則采用了GSM/GPRS的定義，這樣可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡，此外在第三代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期能實現(xiàn)全球漫游。UMTS支持可變速率的業(yè)務(wù)量及QoS的高比特率承載業(yè)務(wù)。同時，也能以有效的方式支持突發(fā)和非對稱業(yè)務(wù)，這將允許UMTS引入一系列新的業(yè)務(wù)如多媒體和IP業(yè)務(wù)等。一般的UMTS系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)分為兩個域：用戶設(shè)備域和基本結(jié)構(gòu)域。用戶設(shè)備域是用戶用來接入UMTS業(yè)務(wù)的設(shè)備，用戶設(shè)備通過無線接口與基本結(jié)構(gòu)相連接?；窘Y(jié)構(gòu)域由物理節(jié)點組成，這些物理節(jié)點完成終止無線接口和支持用戶通信業(yè)務(wù)需要的各種功能?；窘Y(jié)構(gòu)域是共享的資源，它為其覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有授權(quán)用戶提供服務(wù)。1.用戶設(shè)備域用戶設(shè)備域包括具有不同功能的各種類型設(shè)備。它們可能兼容一種或多種現(xiàn)有的接口(固定或無線)設(shè)備，用戶設(shè)備域分為移動設(shè)備(ME)域和用戶業(yè)務(wù)識別單元(USIM)域。(1)?ME域：其功能是完成無線傳輸和應(yīng)用。移動設(shè)備還可以分為實體，如完成無線傳輸和相關(guān)功能的移動終端(MT)，包含端到端應(yīng)用的終端設(shè)備(TE)。對移動終端沒有特殊的要求，因為它與UMTS的接入層和核心網(wǎng)有關(guān)。(2)?USIM域：其功能包含安全地確定身份的數(shù)據(jù)和過程。這些功能一般存入智能卡中。它只與特定的用戶有關(guān)，而與用戶所使用的移動設(shè)備無關(guān)。2.基本結(jié)構(gòu)域基本結(jié)構(gòu)域可進(jìn)一步分為直接與用戶相連接的接入網(wǎng)域和核心網(wǎng)域，兩者通過開放接口連接。(1)接入網(wǎng)域。接入網(wǎng)域由管理接入網(wǎng)資源的物理實體組成，并向用戶提供接入到核心網(wǎng)域的機(jī)制。對于UMTS系統(tǒng)接入網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在只包括UTRAN，其他類型的接入網(wǎng)有待進(jìn)一步研究。UTRAN是一種新的接入網(wǎng)，為了使UMTS網(wǎng)絡(luò)能夠在兩種接入網(wǎng)下運(yùn)行，特別定義了UTRAN和基站子系統(tǒng)(BSS)接入網(wǎng)的互操作。從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及漫游和切換的角度看，UMTS系統(tǒng)應(yīng)后向兼容GSM網(wǎng)絡(luò)。所以UMTS將允許運(yùn)營商引入新的技術(shù)。UMTS將支持各種接入方法，以便于用戶利用各種固定和移動終端接入UMTS核心網(wǎng)和虛擬原籍環(huán)境(VHE)業(yè)務(wù)。在所有情況下，接入到UMTS網(wǎng)需要使用UMTS的用戶業(yè)務(wù)識別單元。UMTS的移動終端設(shè)計成運(yùn)用于各種無線接入環(huán)境。(2)核心網(wǎng)域。核心網(wǎng)域由提供網(wǎng)絡(luò)支持特性和通信業(yè)務(wù)的物理實體組成。提供的功能包括用戶位置信息的管理、網(wǎng)絡(luò)特性和業(yè)務(wù)的控制、信令和用戶信息的傳輸機(jī)制等。核心網(wǎng)域又可分為服務(wù)網(wǎng)域、原籍網(wǎng)域和傳輸網(wǎng)域。①服務(wù)網(wǎng)域：與接入網(wǎng)域相連接，其功能是呼叫尋路和將用戶數(shù)據(jù)與信息從源傳輸?shù)侥康牡?。它既和原籍網(wǎng)域聯(lián)系以獲得與用戶有關(guān)的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)，又和傳輸網(wǎng)域聯(lián)系以獲得與用戶無關(guān)的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)。②原籍網(wǎng)域：管理用戶永久的位置信息。用戶業(yè)務(wù)識別單元與原籍網(wǎng)域有關(guān)。③傳輸網(wǎng)域：它是服務(wù)網(wǎng)域和遠(yuǎn)端用戶間的通信路徑。3.6WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成示意圖如圖3.14所示，由圖可以看出WCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)單元包括四個部分。1.用戶終端設(shè)備(UE)用戶終端設(shè)備(UserEquipment，UE)主要包括移動設(shè)備ME和用戶業(yè)務(wù)識別單元USIM兩部分，ME是通過Uu接口進(jìn)行無線通信的無線終端；USIM是一張智能卡，記載有用戶標(biāo)識，可執(zhí)行鑒權(quán)算法，并存儲鑒權(quán)、密鑰及終端所需的一些預(yù)約信息，提供用戶身份識別。圖3.14中，UE通過Uu接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為用戶提供電路域和分組域內(nèi)的各種業(yè)務(wù)功能，包括普通語音、數(shù)據(jù)通信、移動多媒體、Internet應(yīng)用等。2.?UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)(UTRAN)UTRAN包含一個或幾個無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)RNS。一個RNS由一個無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC和一個或多個基站(NodeB)組成。UTRAN可分為NodeB和RNC兩部分。(1)?NodeB是WCDMA系統(tǒng)的基站(即無線收發(fā)信機(jī))，包括無線收發(fā)信機(jī)和基帶處理部件。轉(zhuǎn)換在Iub和Uu接口之間的數(shù)據(jù)流，它也參與無線資源管理，主要完成Uu接口物理層協(xié)議的處理。它的主要功能是擴(kuò)頻、調(diào)制、信道編碼及解擴(kuò)、解調(diào)、信道解碼，還包括基帶信號和射頻信號的相互轉(zhuǎn)換等。(2)無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC主要完成連接建立和斷開、切換、宏分集合并、無線資源管理控制等功能。具體如下：執(zhí)行系統(tǒng)信息廣播與系統(tǒng)接入控制功能。切換和RNC遷移等移動性管理功能。宏分集合并、功率控制、無線承載分配等無線資源管理和控制功能。3.核心網(wǎng)絡(luò)(CN)CN負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)的連接和對UE的通信和管理。主要功能實體如下：(1)移動交換中心/訪問位置寄存器(MSC/VLR)是WCDMA核心網(wǎng)CS域功能節(jié)點，它通過Iu-CS接口與UTRAN相連，通過PSTN/ISDN接口與外部網(wǎng)絡(luò)(PSTN、ISDN等)相連，通過C/D接口與HLR/AUC相連，通過E接口與其他MSC/VLR、GMSC或SMC相連，通過CAP接口與SCP相連，通過Gs接口與SGSN相連。MSC/VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移動性管理、鑒權(quán)和加密等功能。通常把通過MSC/VLR相連接的網(wǎng)絡(luò)部分稱為CS域。(2)網(wǎng)關(guān)MSC節(jié)點(GMSC)是WCDMA移動網(wǎng)CS域與外部網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點，是UMTSPLMN與外部CS網(wǎng)絡(luò)連接的交換設(shè)備，所有出入的CS交換業(yè)務(wù)都經(jīng)過GMSC。它通過PSTN/ISDN接口與外部網(wǎng)絡(luò)相連，通過C接口與HLR相連，通過CAP接口與SCP相連。它的主要功能是完成VMSC功能中的呼入呼叫的路由功能及與固定網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)間結(jié)算功能。(3)服務(wù)GPRS支持節(jié)點(SGSN)是WCDMA核心網(wǎng)PS域功能節(jié)點，它通過lu-PS接口與UTRAN相連，通過Gn/Gp接口與GGSN相連，通過Gr接口與HLR/AUC相連，通過Gr接口與MSC/VLR相連。SGSN的主要功能是提供PS域的路由轉(zhuǎn)發(fā)、移動性管理、會話管理、鑒權(quán)和加密等。(4)網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(GGSN)是WCDMA核心網(wǎng)PS域功能節(jié)點，通過Gn/Gp接口與SGSN相連，通過Gi接口與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Internet/Intranet)相連。GGSN提供數(shù)據(jù)包在WCDMA移動網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的路由和封裝。GGSN需要提供UE接入外部分組網(wǎng)絡(luò)的關(guān)口功能，從外部網(wǎng)的觀點來看，GGSN就好像是可尋址WCDMA移動網(wǎng)絡(luò)中所有用戶IP的路由器，需要同外部網(wǎng)絡(luò)交換路由信息。(5)歸屬位置寄存器(HLR)是WCDMA核心網(wǎng)CS域和PS域共有的功能節(jié)點，它通過C接口與MSC/VLR或GMSC相連，通過Gr接口與SGSN相連，通過Gc接口與GGSN相連。HLR的主要功能是提供用戶的簽約信息存放、新業(yè)務(wù)支持、增強(qiáng)的鑒權(quán)等功能。4.外部網(wǎng)絡(luò)(ExternalNetworks)外部網(wǎng)絡(luò)分為以下兩類：電路交換網(wǎng)絡(luò)(CSNetworks)提供電路交換的連接，例如通話服務(wù)。ISDN和PSTN均屬于電路交換網(wǎng)絡(luò)。分組交換網(wǎng)絡(luò)(PSNetworks)提供數(shù)據(jù)包的連接服務(wù)，Internet屬于分組交換網(wǎng)絡(luò)。3.7WCDMA系統(tǒng)接口和幀結(jié)構(gòu)UMTS標(biāo)準(zhǔn)沒有對網(wǎng)元的內(nèi)在功能進(jìn)行具體的規(guī)范，但定義了邏輯網(wǎng)絡(luò)元素間的接口，其中主要的開放接口包括：(1)?Cu接口。Cu接口是USIM卡和ME之間的電氣接口，Cu接口采用標(biāo)準(zhǔn)接口。(2)?Uu接口。Uu接口是WCDMA的無線接口。UE通過Uu接口接入到UMTS系統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)部分，可以說Uu接口是UMTS系統(tǒng)中最重要的開放接口。(3)?Iu接口。Iu接口是連接UTRAN和CN的接口。類似于GSM系統(tǒng)的A接口和Gb接口，Iu接口是一個開放的標(biāo)準(zhǔn)接口，這也使通過Iu接口相連接的UTRAN與CN可以分別由不同的設(shè)備制造商提供。(4)?Iur接口。Iur接口是連接RNC之間的接口，是WCDMA系統(tǒng)特有的接口，用于對RAN中移動臺的移動管理。例如在不同的RNC之間進(jìn)行軟切換時，移動臺所有數(shù)據(jù)都是通過Iur接口從正在工作的RNC傳到候選RNC。Iur是開放的標(biāo)準(zhǔn)接口。(5)?Iub接口。Iub接口是連接NodeB與RNC的接口，Iub接口也是一個開放的標(biāo)準(zhǔn)接口。這也使通過Iub接口相連接的RNC與NodeB可以分別由不同的設(shè)備制造商提供。3.7.1WCDMA與2G空中接口的區(qū)別由于其他2G空中接口，如日本的PDC和US-TDMA(主要應(yīng)用在美洲地區(qū))的接口基于TDMA，跟GSM有更多的相似之處。2G系統(tǒng)主要用在宏小區(qū)中并提供話音業(yè)務(wù)。3G與2G相比，具有如下新需求：最高可達(dá)2Mb/s的比特速率；根據(jù)不同帶寬需求支持可變比特速率；支持不同服務(wù)質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)，例如語音、視頻和分組數(shù)據(jù)復(fù)用到一條單一的連接中；滿足從對時延敏感的實時業(yè)務(wù)(話音業(yè)務(wù))到比較靈活的盡力而為型的分組數(shù)據(jù)的時延要求；支持從10%的誤幀率到10-6的誤比特率的質(zhì)量要求；與2G系統(tǒng)共存及支持增加覆蓋范圍和負(fù)載均衡而能夠在2G、3G系統(tǒng)之間進(jìn)行切換；支持上、下行鏈路業(yè)務(wù)量不對稱的服務(wù)，如瀏覽網(wǎng)頁造成的下行鏈路負(fù)載遠(yuǎn)大于上行鏈路負(fù)載；高頻譜利用率；支持FDD、TDD兩種模式的共存。下面通過表3.1和表3.2分別列出WCDMA與GSM、IS-95在空中接口方面的主要區(qū)別?？罩薪涌诘牟煌从沉?G系統(tǒng)的新要求。WCDMA中采用發(fā)送分集來提高下行鏈路容量，以支持具有上、下行鏈路容量非對稱特性的業(yè)務(wù)。第二代的標(biāo)準(zhǔn)并不支持發(fā)送分集。而在3G系統(tǒng)中則要把不同比特速率、不同服務(wù)種類和不同質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)混合在一起，這就需要有先進(jìn)的無線資源管理算法來保障服務(wù)質(zhì)量并達(dá)到足夠大的系統(tǒng)吞吐量。還有，在新系統(tǒng)中對非實時的分組數(shù)據(jù)的支持也很重要。WCDMA和IS-95都采用直接序列CDMA。從表3.2可知：WCDMA的碼片速率為3.84?Mchip/s，比IS-95中的1.2288?Mchip/s高，這樣就能提供更多的多徑分集，尤其是在小的市內(nèi)小區(qū)。尤其值得強(qiáng)調(diào)的是，利用多徑分集，可以改善信號覆蓋。與窄帶的2G系統(tǒng)相比，在高比特速率的情況下，更高的碼片速率還需要有更高的中繼增益。WCDMA上、下行鏈路中都采用快速閉環(huán)功率控制。在下行鏈路中使用快速功率控制能夠提高鏈路性能和增加下行鏈路的容量，但需要相應(yīng)的移動臺要有SIR估計和外環(huán)功率控制的新功能，由于IS-95的移動臺沒有此項功能，因此，IS-95只在上行鏈路中使用快速閉環(huán)功率控制技術(shù)。IS-95系統(tǒng)的應(yīng)用主要針對宏小區(qū)，IS-95的基站需要同步，而同步的完成依賴于GPS信號，因此宏小區(qū)基站一般位于電線桿或屋頂這些易于接收GPS信號的地方。為了擺脫接收GPS信號來同步的限制，WCDMA的設(shè)計采用了異步基站，這也使得WCDMA的切換與IS-95當(dāng)中的略有不同。在WCDMA中，為了使每個基站的幾個載頻能得到最大化的使用，頻率間的切換尤為重要。IS-95中沒有對頻率間的切換做出詳細(xì)規(guī)定，使得頻率間的切換比較困難?？傊陂_發(fā)3G空中接口的過程中，從2G空中接口中獲得的經(jīng)驗發(fā)揮了很大的作用。3.7.2WCDMA的幀結(jié)構(gòu)由圖3.15所示的WCDMA幀結(jié)構(gòu)可以看出，它與GSM幀結(jié)構(gòu)有很多相似之處，為了加深理解，我們可以總結(jié)出以下幾點：WCDMA占用5MHz帶寬，而GSM占用200kHz帶寬；WCDMA一個幀長度為10ms，GSM一個TDMA幀長度為4.615ms；WCDMA一個幀有15個時隙，而GSM只有8個時隙，但應(yīng)該注意，WCDMA中的時隙不是時分復(fù)用分配給很多用戶，而是給一個用戶的。由表3.2可知，WCDMA的碼片速率為3.84?Mchip/s，那么其一幀的碼片數(shù)就是3.84?Mchip/s?×?10?×?10-3?=?38?400?chip，因此每個時隙的碼片數(shù)為38400/15?=?2560?chip，這就是圖3.15所示的一個時隙占用2560個碼片的由來。3.8WCDMA業(yè)務(wù)流程3.8.1終端開機(jī)、搜索網(wǎng)絡(luò)、駐留終端開機(jī)就停留在空閑模式下，通過非接入層標(biāo)識如IMSI、TMSI或P-TMSI等標(biāo)志來區(qū)分，它的首要任務(wù)就是找到網(wǎng)絡(luò)PLMN并和網(wǎng)絡(luò)取得聯(lián)系。只有這樣，才能獲得網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。UE在選定的PLMN中搜索一個合適的小區(qū)，選擇該小區(qū)以提供服務(wù)，并監(jiān)測該小區(qū)的控制信道，這個過程稱為小區(qū)駐留。UE在空閑模式下的行為可以細(xì)分為PLMN選擇和重選，小區(qū)的選擇、重選和位置登記?？臻e模式下的UE行為如圖3.16所示。當(dāng)UE開機(jī)后，首先應(yīng)該選擇一個PLMN。當(dāng)選中了一個PLMN后，就開始選擇屬于這個PLMN的小區(qū)。當(dāng)找到這樣的一個小區(qū)后，從系統(tǒng)信息(廣播)中就可以知道臨近小區(qū)(neighboringcell)的信息，這樣，UE就可以在所有這些小區(qū)中選擇一個信號最好的小區(qū)，駐留下來。緊接著，UE就會發(fā)起位置登記過程(attachorlocationupdate)。成功后，UE就駐留在這個小區(qū)中了。駐留的作用有4個：使UE可以接收PLMN廣播的系統(tǒng)信息。可以在小區(qū)內(nèi)發(fā)起隨機(jī)接入過程。可以接收網(wǎng)絡(luò)的尋呼?？梢越邮招^(qū)廣播業(yè)務(wù)。當(dāng)UE駐留在小區(qū)中，并登記成功后，隨著UE的移動，當(dāng)前小區(qū)和臨近小區(qū)的信號強(qiáng)度都在不斷變化。UE就要選擇一個最合適的小區(qū)，這就是小區(qū)重選過程。當(dāng)UE重選小區(qū)后，發(fā)現(xiàn)這個小區(qū)屬于另外一個LA或者RA，UE就要發(fā)起位置更新，使網(wǎng)絡(luò)獲得最新UE的位置信息。UE通過系統(tǒng)廣播信息中的SIB1發(fā)現(xiàn)LA或者RA的變化。如果位置登記或者更新不成功，比如當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拒絕UE時，或者當(dāng)前的PLMN出了覆蓋區(qū)，UE可以進(jìn)行PLMN重選，以選擇另外一個可用的PLMN。3.8.2UE主叫流程當(dāng)UE想發(fā)起一個呼叫時，UE要使用無線接口信令與網(wǎng)絡(luò)建立通信，并發(fā)送一個包含有被叫用戶號碼的消息，即Iu接口上的SETUP消息。CN將建立一個到該UE的通信信道，并使用被叫方地址創(chuàng)建一個IAM消息發(fā)送到被叫方，具體流程如圖3.17所示。(1)?UE在隨機(jī)訪問信道上發(fā)送信道申請的消息給網(wǎng)絡(luò)。(2)網(wǎng)絡(luò)回應(yīng)快速響應(yīng)的消息，使得UE可占用指定的專用信道。(3)?UE向無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)側(cè)發(fā)初始服務(wù)請求消息呼叫服務(wù)申請。(4)網(wǎng)絡(luò)將發(fā)起鑒權(quán)和加密過程。(5)在發(fā)送安全模式完成的消息之后，UE通過發(fā)送通話設(shè)置的消息給無線網(wǎng)而發(fā)起呼叫的建立過程。(6)網(wǎng)絡(luò)將回通話建立的消息。(7)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)起固定網(wǎng)絡(luò)的呼叫建立之前要為UE分配一個通信信道。(8)當(dāng)被叫振鈴時，網(wǎng)絡(luò)則要向主叫UE發(fā)一個響鈴的消息。(9)當(dāng)被叫方應(yīng)答后，將發(fā)送一個通話連接消息給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)再將其傳給主叫側(cè)。(10)當(dāng)從主叫MS回通話連接確認(rèn)的消息之后即完成了呼叫建立的過程。3.8.3UE被叫流程UE被叫發(fā)生在移動用戶作被叫時的情況，此時由網(wǎng)絡(luò)發(fā)起呼叫的建立過程，具體流程如圖3.18所示。CN收到IAM消息后，若允許該到來的呼叫建立，則CN要使用無線接口信令尋呼UE。當(dāng)MS以PAGEACK消息回應(yīng)，CN收到后即建立一個到MS的通信信道。PSTN呼叫UE，呼叫從無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)側(cè)的端局入口開始。端局通過本地位置查詢器查詢UE當(dāng)前所在的移動交換中心的號碼，并將呼叫轉(zhuǎn)接給當(dāng)前的移動交換中心，之后交換中心向無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個尋呼消息，在尋呼信道上廣播該尋呼消息。(1)被叫UE監(jiān)測到該尋呼，將向無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個信道請求，無線網(wǎng)絡(luò)回應(yīng)立即指配命令，指示UE使用指定的信令信道。(2)然后UE將在該信令信道上發(fā)送一個尋呼響應(yīng)消息，無線網(wǎng)絡(luò)收到UE的尋呼響應(yīng)消息后，將發(fā)起鑒權(quán)和加密過程。(3)無線網(wǎng)絡(luò)將發(fā)送通話設(shè)置消息給UE，該消息中包含有該呼叫的承載能力。(4)當(dāng)UE從無線網(wǎng)絡(luò)接收到通話設(shè)置的消息，它將回應(yīng)一個通話建立的消息。如果協(xié)商的承載能力參數(shù)有變化，則該消息中要包含有承載能力信息。(5)當(dāng)CN從RNS接收到通話建立的消息時，無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送無線承載關(guān)聯(lián)申請的消息要求進(jìn)行無線信道的指配，無線網(wǎng)絡(luò)將通過向UE發(fā)指配消息，命令UE調(diào)節(jié)到一個指定的通信信道上，UE調(diào)到指定的信道上之后，將向無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指配完成消息。(6)?UE之后會發(fā)送無線承載關(guān)聯(lián)相應(yīng)的消息。(7)?UE發(fā)送呼叫振鈴的消息指示被叫用戶振鈴。(8)當(dāng)被叫用戶應(yīng)答時，被叫UE將發(fā)送一個通話連接的消息到無線網(wǎng)絡(luò)。(9)無線網(wǎng)絡(luò)回應(yīng)通話連接確認(rèn)消息，呼叫建立過程結(jié)束。3.8.4普通CS64K可視電話業(yè)務(wù)回落3G相對于2G，有一個非常顯著的區(qū)別，即3G網(wǎng)絡(luò)電路域可提供包括視頻電話在內(nèi)的多媒體業(yè)務(wù)，但在3G網(wǎng)絡(luò)為用戶提供多媒體服務(wù)時，用戶可能會由于多種原因而導(dǎo)致可視電話呼叫失敗，即出現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)回落或業(yè)務(wù)更改的情況。比如：當(dāng)一個支持視頻通話的終端UE發(fā)起視頻呼叫時，由于某種原因，導(dǎo)致視頻呼叫失敗，但是網(wǎng)絡(luò)和用戶設(shè)備的狀況仍然滿足進(jìn)行一次音頻通話的條件，為滿足客戶的通話需求，此次視頻呼叫的結(jié)果將會演變成一次音頻通話，這種情況就是業(yè)務(wù)回落。這時應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)通過接口信令通知主叫終端，以便主叫終端執(zhí)行業(yè)務(wù)回落所需的操作。下面以被叫已簽約且位于WCDMA網(wǎng)中，但當(dāng)前被叫手機(jī)不支持可視電話業(yè)務(wù)或被叫手機(jī)雖支持可視電話業(yè)務(wù)，但所在位置的無線網(wǎng)絡(luò)不足以支持可視電話業(yè)務(wù)為例，介紹回落流程，具體如圖3.19所示。(1)?WCDMA主叫用戶發(fā)起呼叫請求，SETUP消息中攜帶兩個承載能力參數(shù)(BearerCapability，BC)，BCmm(BearerCapabilitymultimedia)是多媒體承載，BCs(BearerCapabilitySpeech)是語音承載，多媒體業(yè)務(wù)優(yōu)先；(2)?3GMSC向被叫HLR發(fā)送路由信息請求消息SRI，其中承載參