主要內容：

1、UMTS的基本理論。簡述無線通信的發展歷史以及他們之間的變化。

2、UMTS基本結構的介紹。從邏輯視圖介紹UMTS的功能結構，GSM及GPRS向UMTS過渡的結構變化。

3、無線接口。UMTS作為UTRAN網絡并且是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網絡的總體介紹，協議模型、物理層、RLC層、MAC層的基本功能以及所對應的信道、空中接口的通信過程、調制解調方案及AMR等。

4、基本通信過程。移動臺至核心網之間的通信過程。

一、UMTSIntroduction

目標：1、UMTS是什么？

2、UMTS的標準由誰制定、這些標準的特點及不同標準的差異。

3、UMTS現狀，各國license發布情況。

1、移動通信的基本發展過程

第一代以模擬制式為代表的空中無線接口的應用主要有：NMT（北歐）、TACS（英國）、AMPS（北美）及R2000（鐵路應用）等。多種標準的存在使得彼此不兼容，不能互聯互通。

第二代移動通信引入數字和調頻技術，最典型的技術有：GSM（歐洲）、CDMAIS-95（北美）、D-AMPS（北美）、IS-136（北美）等。在整個發展過程中，主要有三個分支，分別是歐洲、北美和日本的移動通信發展歷程。日本的分支由于比較獨立，一般不在討論之中。

作為歐洲第二代移動通信技術的典型代表是GSM，GSM在空中接口的主要特點：多址方式－—TDMA，采用8路時分復用的多址方式，每用戶的接入是通過占用物理信道的時隙來區分。從網絡側考慮，區分上下行鏈路的雙工方式是FDD。在每一個頻率上使用8路時分復用，微觀的占用時間片來區分多路用戶的個人通信。在通信過程中，每個用戶得到的物理資源是時隙，在GSM中物理信道的定義為：物理信道（Phychannel）＝頻率（Frequence）+時隙號（TSnumber）。由于采用電路交換方式，每用戶在通信過程中，將一直占用網絡分配的物理信道直至通信結束。在空中接口，物理信道的分配是采用固定的分配方式。一個用戶對應一個時隙（TS），時隙用于傳送話音時，話音的凈比特速率（經過原編碼后的速率）為13kbit/s(FR)或12.2kbit/s(EFR)；傳送數據時，單信道最大傳輸速率為9.6kbit/s（限值），由于受限于該速率，所以GSM的數據業務歸為承載業務，主要是通過GSM網絡承載數據到外部網絡。但是，如果在軟件上升級，也可以支持到14.4kbit/s的數據速率。

隨著數據業務的發展，為提高空中接口上的數據傳送速率，在GSM基礎上提出了2.5代的GPRS技術。GPRS提供的是一種數據服務，它不能獨立于GSM存在，它的目的只是在GSM系統上提供高速有效地傳遞數據業務的服務。因此，GPRS的無線部分不會發生變化，仍然沿用GSM的無線接口，采用TDMA幀結構，但交換方式由電路交換轉變為分組交換方式。在2.5代系統中，核心網交換域由電路交換域（CSDomain）和分組交換域（PSDomain）構成。從數據速率和業務的角度來說，GPRS可以提高空中接口中數據業務的速率，而對于話音速率沒有任何影響。如何在GSM系統數據速率受限的前提下提高空中接口的數據速率？可以有兩種方法：第一是改變信道編碼方案，提高每用戶的單信道數據凈比特率。在GSM系統中，空中接口上的每用戶信息是按20ms分塊，每信息塊包含456bits，傳輸速率為22.8kbit/s。456bits的信息塊內容大體可以分成二部分，即有用消息字段和保護字段。從22.8kbps角度來說，要提高傳輸速率，也就是在20ms時間段，增加信息塊的有用消息字段的長度，減少保護字段的長度。這種機制即所謂的信道編碼（channelcoding）。這種方案的實現帶來的缺陷就是由于保護字段的減少，數據包在空中接口傳遞時，它的可靠性會有所下降，數據包對無線接口的敏感性會加重，也就是對載干比（能量之比）的要求將會提高，基本要達到14dB以上，才能滿足CS4的編碼方案。對于CS4編碼，數據速率為20.4kbps，與22.8kbps比較，幾乎沒有保護。而數據業務比較關鍵的是塊的差錯率、塊的丟失率，話音業務比較注重的因素是時延。隨著單信道數據速率的提高，對無線信道空中接口的載干比要求也會提高，因此通過提高單信道數據傳遞速率的方法并不是最有效的。作為第二種方案，就是通過多時隙分配來實行數據速率的提高，也就說通過改變無線資源的分配使每用戶根據數據量的大小動態分配占用多個時隙來完成分組數據塊的傳送。這種動態分配從兩個角度來考慮，首先是每用戶空中接口的最大可占用時隙為8個TS，其次是每時隙可支持的最大用戶數為8個。二種方案前者是通過提高單信道速率，后者是通過提高資源利用率的角度來實現數據傳遞速率的提升。理論上，GPRS網絡能夠提供的最大數據傳遞速率是采用CS4編碼方式，8時隙共用的前提下得到的值為160kbps。而實際上，當前的小區規劃中定義的分組時隙取決于業務量的大小，以最大4個TS為例，（1＋3）個TS的配置方式是指1個時隙是靜態分配給分組時隙，3個時隙作為混合方式的分配，完成分組或話音業務的傳送。因此，目前最大的時隙分配是4個TS。從信道編碼方式來考慮，目前使用較多的是CS1和CS2方案，CS1多用于信令，而CS2可以動態選擇支持業務和信令。CS2的速率理論值是12.2kbps，考慮一定的阻塞（5％），實際有效速率是10kbps，而CS1只有8kbps。因此，從網絡側考慮，最大的數據傳遞速率只有40kbps。從移動臺來看，對于GPRS移動終端來說，移動臺有所謂的多時隙能力的指標值。多時隙能力是指移動臺在上下行鏈路上同時能夠獲得的最大無線資源能力，即能獲得的最大時隙數。在規范中移動臺按多時隙能力被分成class1~class29共29個級別，而目前網絡能支持的只有class1~class13共13個級別。對于一個3＋1級別的移動臺來說，該移動臺在下行方向上最大只能同時獲得3個時隙，在上行方向上最大只能獲得1個時隙。目前MOTO各式包括測試手機最大的也就是3＋1的移動臺，通常使用的也就是2＋1或其他級別的手機。因此，數據速率還要取決于移動終端的級別，移動臺只有在class29級別時，才能真正實現8＋8的時隙配置。所以，在實際過程中，手機真正能獲得的數據傳輸速率在下行方向上目前也只有30kbps，這也是目前GPRS網絡能夠提供的有效速率，一般變化范圍在20～40kbps之間。這里所講的速率是凈比特速率，指的是業務數據包經過多重分裝后，在進入RLC的MAP層之前的速率，并不是指經過信道編碼之后的速率。所以，在考慮數據速率時，必須清楚所處的階段，是原編碼速率、經過信道編碼的速率還是經過調制后的速率。

（課間提問：GPRS系統在通信過程中，手機要不斷對系統進行測量，那么又如何能夠實現8＋8的時隙配置？也就說如果手機工作在8＋8模式下，靠什么物理信道來完成測量和信令的交互？）

在GPRS網絡中，空中接口的傳遞速率，無論是30kbps還是160kbps，都顯得太低，這樣就存在了由GSM和GPRS網絡繼續向上過渡的系統要求，被稱為E－GSM和E－GPRS，其中，E代表的是EDGE技術。EDGE技術是采用了空中接口上不同的無線處理方式，主要是調制方案的改變。由于采用不同的調制方案，可以提高空中接口的信息傳輸速率，在原有基礎上提高3倍的數據速率的增長。因此，E－GSM的數據速率可以達到43.2kbps，E－GPRS可以達到480kbps。EDGE技術的缺點是由于無線接口調制方案的改變，需要改變所有BTS基站的硬件和軟件。EDGE技術早在二年前，歐洲的GSM網絡就已經投入商用。對于一個大型網絡，由于采用EDGE技術所需要的追加投資將非常巨大，這也就是我國目前沒有引入這一技術的主要原因。

作為GSM營運商，為提高數據的傳遞速率，可能會考慮的方案是GSM/GPRS網絡直接向UMTS的演進。UMTS技術作為歐洲3G的典型代表，在空中接口上選擇了碼分多址CDMA的方式，在雙工方式上，既可以選擇FDD方式，也可以采用TDD方式，取決于空中接口的規范。在FDD方式下，UMTS理論速率為2Mbps，是每用戶所能得到的最大凈比特速率，指未經過信道編碼之前的速率，而實際上可以達到2.1Mbps。這個速率是含有數據包頭的數據流，如用戶的數據是IP數據，IP應用層數據可能是某個FTP數據包，數據包在封裝時會選擇各種合適的底層協議數據，即IP數據的包頭。

第二個移動通信演進的分支，是北美分支。首先作為第一代系統，選擇的是800MHz的AMPS系統。北美與歐洲的發展模式不同，歐洲在模擬系統中由于采用了多種制式，導致它在做GSM規范時，力求一體化，所以GSM是先有規范后有網絡。而這個問題，對北美來說就不是那么重要。由于北美從一開始就選擇了統一的AMPS制式，所以它首先要考慮的是不斷改善網絡的性能。作為北美第二代系統的一個重要分支D－AMPS系統，就是在原有的AMPS基礎上引入了數字化技術。與此同時，歐洲GSM1900MHz也被引入了北美，作為第二代系統的補充。北美二代系統的第三個分支，就是高通公司研制并擁有專利的CDMA系統。CDMA在北美的發展大致經歷了幾個階段，首先是窄帶CDMA，引入的是IS－95空中接口的標準，IS－41是核心網標準（對應GSM是MAP標準）。IS－95標準系列通稱為CDMAOne技術，1993年IS－95標準被最終確定，作為第一個被引入的CDMA系統，采用的是IS－95A的標準，標準確定在擴頻時使用的帶寬為1.25MHz、速率為1.2288Mcps，相對于WCDMA中5MHz的帶寬，1.25MHz帶寬則被稱為窄代系統。對于CDMA來說，物理信道的定義是指：物理信道（Phychannel）＝頻率（Frequence）+碼子（Code）。與GSM相對應，CDMA系統中的每用戶是通過分配的碼子來得到單業務信道，目前的IS－95A標準，單信道碼子上的最大數據用戶速率是14.4kbps。發展到IS－95B標準時，通過碼子捆綁技術，單用戶可占用的碼子最大可以分配8個碼子，所以可以得到的最大數據速率為14.4x8＝115.2kbps。

與GPRS對應，CDMA的2.5代技術被稱為CDMA2000－1X，所對應的標準仍然是2.5代的標準而非3代標準。在CDMA20001X單載波中，帶寬仍為1.25MHz，雙工方式為FDD方式，提供用戶共二類信道，一類稱為FundamentalChannel(基本信道)，另一類稱為SupplementalChannel（附加信道）。在通信過程中，用戶會固定的得到一個F信道，并始終維持不會釋放，在基本信道上，傳送的是信令（Signaling）和業務（Traffic）信息，速率為9.6kbps；當用戶申請高速率業務時，系統會提供S信道，S信道的獲得并非按Qos由系統自動分配，而是任何用戶都可以根據需要向系統申請。在系統中，S信道的配置數量不多，因為它的實現要用到Walsh四階矩陣中的二個碼子，另外2個碼子要分配給公共信道，所以最多只有2個S信道，每小區只能同時分配2個用戶使用獨立的S信道。用戶只有申請并獲得S信道后，才能提供153kbps的業務。由于信道數較少，系統就規定了單個用戶占用該信道的時長（ms級的占用周期），因此，信道的占用具有非連續性。用戶在F信道上通過發送信令消息，向系統申請S信道，獲得S信道后，用戶會在S信道上傳送業務信息，而自動釋放在F信道上傳業務信息；如果在占用周期內沒有傳完業務信息，用戶將再次申請S信道，所以，用戶的業務速率會有所波動，這也是CDMA20001X的特點和缺陷，目前的碼子規劃只能做到這一步。與GPRS連續占用時隙的工作模式相比，CDMA20001X存在明顯的缺陷，即所謂的信道重配置過程，這也體現了歐洲與北美在制定規范體制上的區別。在核心網部分，CDMA20001X同樣被分為CS和PS域，與GPRS不同的是，CDMA在制定標準時，各實體間的接口都是內部的（Internal），這樣的結構更適合內部高效的運作。只有在中國的使用過程中，由于營運商的要求，才對A接口開放，從而實現多廠家設備的互聯。在CDMA由IS－95向CDMA2000－1X過渡過程中，BSC增加了分組交換的功能，相當于GPRS中SGSN的功能由BSC來實現。這與GPRS中CS域與PS域是獨立完成的結構截然不同。所以，由于接口的不開放，使CDMA2000－1X的物理實體較GPRS網要少，對應GGSN的網關實體稱為PDSN。

在CDMA2000向三代過渡的過程中，最初有二個分支。一個分支稱為CDMA2000－MC叫多載波CDMA技術，這一技術是在空中接口中通過多載波碼分多址實現寬帶業務的提供，目前，該技術已被擱置。另一分支是CDMA2000－1XEV（增強型），已作為主流技術被發展。其中CDMA2000－1XEV－DO（dataonly）已被韓國商用，CDMA2000－1XEV－DV（data&voice）將在下階段被采用，并將作為真正的CDMA2000的3G標準。該技術使用的帶寬仍然是單載波的1.25MHz，它的發展趨勢并不打算向寬帶過渡，由于使用了增強的數據速率和新的調制方案，使得速率提高，可以在1.25MHz帶寬上達到2.4Mbps（HDR方案）。CDMA在向3G過渡的過程中，無線部分也將發生較大變化，這是因為采用了高通的專利技術使得在16QAM的調制方案上提高速率。歐洲在制定WCDMA規范時，就有意要避開高通的專利，所以采用了5MHz帶寬來實現2Mbps的數據傳遞速率。

二種技術的比較表明，3G標準都采用了碼分多址的多址方案，它的特點在于：

a、增加了系統容量（Increasedcapacity）。這一特點值得考慮的有以下觀點。所謂容量是指同時使用的用戶數，在TDMA方式中，由于物理資源是固定分配，所以容量是指硬容量，容量受限于系統的載頻數和可用的時隙數。在GSM中，單載頻同時通話的用戶數是8個，所以，一旦網絡規劃完畢，系統的容量也就確定下來。而對于CDMA來說，容量是指軟容量，是不受物理資源的限制，CDMA的物理資源是碼子，只要碼子是無窮的，它的容量就是無窮的。對于單載頻來說，采用多少矩陣的碼子，有多少個碼子，就會同時接入多少個用戶。但是，CDMA作為一個自干擾系統，它容量的增長受兩個因素的影響，首先是在上行鏈路上，容量受限于干擾因素，也就是在上行鏈路不同用戶使用相同頻率時會產生同頻干擾，同頻干擾的加劇，達到一定門限時，使容量的增加受限。這也稱為上行鏈路的容量干擾受限。其次在下行鏈路上，容量增加受限于能量（Power）。在下行鏈路上，所有的用戶分享同一個能量，所以能量的分配也就決定了下行鏈路上的用戶容量。因此，GSM和CDMA的容量一般不具有可比性，這是因為對同樣是單載波系統CDMA根據不同的業務需求，容量是不定的，要根據實際情況來算，而GSM系統則具有確定的容量值。

b、增加覆蓋（Improvedcoverage）。不同的觀點認為，覆蓋一般有3種不同的含義，第一種稱為計劃的覆蓋范圍（PlannedCellCoverage），也就是在規劃過程中，希望獲得的理想覆蓋；第二種稱為實際的覆蓋范圍（PracticalCoverage），由于無線環境的限制，無論采取何種措施，都無法加大覆蓋范圍，稱為實際的覆蓋；第三種稱為可操作的覆蓋范圍（OperationalCoverage），指的是移動臺可接入系統的最大距離。所以在考慮覆蓋范圍時，應該考慮以上因素，一般認為GSM和CDMA也不具有可比性。在GSM中，實際的覆蓋范圍一般認為是不可變的，當實行網優時，系統的可操作范圍是可變的。如改變最小接受電平值，用戶可接入的距離就會發生相應變化。所以這種范圍的變化，是可以人為來操作的。而在CDMA中，覆蓋范圍是動態變化的，不像GSM是靜態的變化，這也被稱為CDMA的呼吸效應。隨著小區負荷的增加，實際可操作范圍的小區半徑會縮小，小區半徑隨用戶的干擾而發生動態的變化，這也就是CDMA小區規劃的復雜性所在。

c、簡化系統規劃年（Simplifiedsystemplanning）。這一提法應改為不用做頻率規劃，因為它簡化的只是頻率復用方案。而碼子仍需要規劃，所以對于CDMA的系統設計來說，并不會簡化，如果考慮無線射頻的規劃，由于小區是動態變化，系統的規劃只會更加復雜。要考慮小區的負荷，小區呼吸的可行性、呼吸效應之后的重疊覆蓋區的大小等因素。

d、增加電池使用時間（Increasedbatterytime）。這也同樣不具有可比性。GSM手機在工作過程中，是采用突發脈沖的發式工作的，信號總是在自己的脈沖時間段發射，所以，手機無論在監測公共控制信道還是通話過程，信號的接受和發射都有一個不連續性，由發射期、空閑期和不發射期構成整個工作時間。而對于CDMA來說，手機始終處于持續工作方式，即使在沒有信號傳遞的過程中，也需要連續監聽公共導頻信道的信息并解碼。所以到底那個手機的待機時間更長，不具有可比性。另外，由于開環功率控制的原因，CDMA手機的平均接續時間（呼叫建立時間）要比GSM手機長，尤其是在系統干擾較大的時候，接續時間會更長。一般情況下，CDMA手機的接續時間是ms級，規范中規定，在最差情況下，接續時間可以達到秒級。

e、靈活的切換（Facilitatedhandovers）。根據歐洲GSM對切換的的定義，切換是指系統在無線接口上為用戶提供連續性服務的過程。UMTS的切換和IS－95中的切換是不同的。UMTS中的軟切換和更軟切換，是在無線接入網內部的過程，而把跨MSC或SGSN之間的切換，定義成重定位過程（Re－location），二種切換過程促發的機制和建立過程是獨立的。由于軟切換的引入，使無線接口的掉話率有明顯改善。除了軟切換，CDMA還定義了各種硬切換，如從UMTS系統切換到GSM系統、在網絡初期，系統不提供Iur接口時，UMTS之間的切換、今后使用多載波之間的切換等。

f、需要的帶寬（Bandwidthondemand）。從空中接口角度來說，經過擴頻之后的速率是可以調整的。如在UMTS規范中，WCDMA在最初提交空中接口的標準時，速率是4.096Mcps，而不是3.84Mcps。結合余弦滾降系數α＝0.22的射頻轉換之后，4.096x(1+α)=4.99MHz，將占用空中接口上的5MHz帶寬。但是為了實現多系統在空中接口的兼容，鑒于MC當時提出的載波是三載波，也就是3個1.25MHz構成的帶寬，歐洲WCDMA的帶寬提出了讓步，將4.096MHz帶寬減為3.84MHz帶寬。而它的余弦滾降系數并未發生變化，仍為0.22，因此，3.84x(1+α)=4.7MHz，與CDMA2000－MC三載波的帶寬幾乎一樣。由此可見，擴頻之后的帶寬可以由系統自己決定。除此之外，這一特點還可以體現在分組技術的特點上，將來過渡到R4活R5時，在核心網的業務上，它所有的業務資源都是共享的，也就存在著Qos的引入。用戶和網絡之間，可以通過協商Qos獲得它所需要的帶寬。在網絡閑的情況下，可以獲得較高的帶寬，而在網絡忙時，只能維持保證速率。

2、3代移動通信簡介

根據報告顯示，全球移動用戶數到2004年將會超過固定電話的用戶數，2005年，預測無線數據業務在整個移動通信業務中將占據70％的份額。3代移動通信就是為了滿足數據業務在無線通信接口上的實現而誕生的。

IMT－2000是ITU（InternationalTelecommunicationUnion）對3代移動通信標準的總稱，其中，歐洲選擇的標準稱為UMTS，北美選擇的標準稱為CDMA2000。二者最主要的區別在于它們無線接口上標準的不同，核心網技術沒有太大的變化。IMT－2000的基本要求稱為3A，即Anytime、Anywhere、Anything。保證通信的3A也就是要求通信系統能夠實現全球化、多媒體化、綜合化、智能化和個人化。所謂全球化，是指系統能夠真正實現全球兼容，業務實現全球漫游。多媒體化是指在寬帶上能夠傳送多媒體業務，各種多媒體業務能夠在統一的無線接口上傳送，并滿足不同業務類型的不同Qos的要求，如話音業務、視頻業務、普通數據流業務、E－mail業務、WapBrowser業務等等對Qos的要求都是不同的。如何在統一的無線接口上滿足不同Qos的要求，就是3G的一個關鍵。綜合化是針對UTRAN網絡來說的，UMTS規范規定了統一的上層應用協議，對于底層的接入來說卻可以隨著接入的不同類型而替換，如陸地無線接入網絡、衛星接入網絡、無繩電話接入網絡、W－LAN等等都可以作為它不同類型的接入，所以它的接入類型是可變的，但它的上層應用是不變的。智能化是指在智能網平臺上提供各種智能業務，如最典型的代表VHE（VirtualHomeEnvironment）。個人化方面，從目前的發展狀況來看是不可能實現了，它的基本含義是指用戶只要有一個個人的號碼，就可以實現在不同網絡中的通信，對不同網絡來說，個人號碼是唯一的。

從營運商和用戶的角度來看，3G能夠提供用戶高速的多媒體、虛擬居家環境等業務。營運商希望能提供標準開放的接口、減少投資、提供統一平臺增強網絡和用戶的管理工具和業務質量的區分。因此，UMTS＝數據＋話音＋附加業務＋Qos＋低花費＋高容量＋…….。

目前對整個網絡來說，比較復雜的也就是Qos的實現，規范把數據業務按Qos分四大類，分別是會話類業務，包括話音、可視電話、視頻游戲等；交互式業務；數據流業務和后臺業務。四類業務的區別，就在于Qos參數的要求是不同的，Qos參數最典型的如BLER（塊差錯率和塊丟失率）、Delay（傳輸時延、可變時延及可變時延的累計）等。從用戶的角度實現Qos，就是將用戶分成三大類，如金、銀、銅卡類用戶。三種用戶在系統中可能獲得的資源是不一樣的，如金卡用戶，可能的保證速率128kbps，峰值速率滿足384kbps或更高。不同用戶的業務要求根據不同的種類系統提供不同的資源。另外從小區負荷來考慮，隨小區負荷的變化，能夠滿足的各類用戶的各類業務要求的速率是不一樣的。所以從三個方面，根據Qos可以實現資源的動態分配，由RNC根據移動交換中心或其他部分提出的RNB分配請求消息，來分配各種合適的無線接口的信道資源。所以在UMTS中引入了Qos的概念，以及Qos的實現方案。Qos對UMTS非常重要，它保證了各種業務在無線接口上暢通無阻的基本要求，但由于還沒有完善的規范，所以它的實現各廠家有不同的方案。

對3G業務需求的問卷調查顯示，用戶希望3G能夠提供的前十類業務，具有三項特點：分別是個性化、快速和LBS（基于位置的服務）。所謂個性化，就是在用戶的分組網上，如何實現數據的安全性傳遞，這種安全性傳遞不僅包括空中接口，還包括網絡內部的各個接口的安全性。快速是3G網絡最主要的特點，提供高速的數據速率的傳遞是3G網絡的基本要求。LBS是指用戶在不同的位置獲得相應的服務，它是基于智能網平臺來實現的。

3、3G標準的制定

3G標準是由二個組織來制定的，分別是3GPP和3GPP2。3GPP的含義是指第三代合作伙伴計劃。3GPP2是針對CDMA2000來制定相應規范，而3GPP是針對UMTS來制定規范的。3GPP規范涉及二部分內容，空中接口上選擇的是WCDMA標準，核心網選擇的是MAP標準。3GPP2選擇的則分別是CDMA2000和IS－41標準。這二個組織，中國都已加入并參與標準的制定。3GPP的技術規范可以從網上下載，與GSM規范相對應，UMTS規范的編號＝GSM規范編號＋20。如GSM中關于層三消息的規范編號是GSM4.08，對應的UMTS無線接口規范是3GPP24.008。目前3GPP常用的規范，無線部分主要是24、25、26三個系列，包括了所有關于無線方面的接口及通信流程。33、34、35系列主要是作為測試用規范。

目前，ITU選擇的空中接口標準，從最初遞交共15個提議，其中，陸地無線接口9個，衛星網絡6個。通過對9個提議的歸總，ITU最終制定了5項空中接口的標準：（通稱為IMT－2000）

a、CDMA－DS

多址方式采用寬帶碼分多址（W－CDMA），在5MHz帶寬上采用碼分多址技術；擴頻通常采用直接擴頻（DS）（另外還有時間擴頻和調頻擴頻，均未采用），將原來的高能量窄帶信號展寬成低能量寬帶信號，由于是直接擴頻，所以是和擴頻序列直接作相乘運算就可以了；雙工方式采用FDD方式，在空中接口上占用一對5MHz帶寬來構成上下行鏈路。典型應用于UTRAN—FDD/UMTS網絡。通常稱之為WCDMA標準。

b、CDMA－MC

多址方式仍采用寬帶碼分多址（W－CDMA），由3個連續的1.25MHz帶寬頻率（多載波），構成5MHz帶寬的碼分多址技術；雙工方式仍采用FDD方式。應用于CDMA—2000－MC網絡。

c、CDMA－TDD

多址方式采用寬帶碼分多址（W－CDMA）；擴頻采用直接擴頻（DS）；唯一區別是雙工方式采用TDD方式，即采用單一頻率，在時間上區分空中接口的上下行鏈路。在時間軸上，劃分出不同的時隙，上下行鏈路在時間軸上交換輪替。典型應用于UTRAN—TDD/UMTS和中國的TD－SCDMA網絡。TDD方式的特點是可以提高頻譜的效率，可以采用頻譜上任何一個非對稱頻譜來實現。但復雜點在于上下行鏈路的分配上，網絡如何來均衡上行和下行鏈路的分配？也就是控制系統中用戶上下行鏈路數量的配置。作為動態的管理，是由RNC來管理的。在網絡初期，一般認為系統的下行鏈路數要大于用戶的上行鏈路數，按7:3的方案來配置。所以，由于上下行鏈路時隙的分配，給系統帶來的另一個問題就是系統的同步，要求系統的同步性要高。克服傳輸上的時延，保持時隙上的同步，避免不同時隙之間的干擾。

d、TDMA－SC

由美國TIA組織提出，是在窄帶的IS－136標準上演進過來的，稱為UWC－136標準。

e、TDMA－MC

該標準可能會由歐洲的DECT制式來使用。

最初作為ITU在制定標準時，希望不同的空中接口標準，對于用戶端來說可以實現兼容。這就要求作為核心網的MAP和IS－41標準的兼容，目前的發展似乎已沒有必要。

（課間提問：通常概念上的CDMA2000是指上述5個標準中的哪個？）

4、UMTSLicenses

由世界無線協會分配的3G頻段，是全世界通用的。世界無線協會（WARC－92）為3G分配了上下行鏈路上共230MHz帶寬，包括了所有陸地接入方式、衛星接入、TDD接入方式、DECT等所需的帶寬。230MHz帶寬的定義范圍（歐洲為例）：

a、對稱性頻譜UMTS（FDD接入）

上行1920MHz～1980MHz；

下行2110MHz～2170MHz；

2個60MHz共120MHz帶寬，用于陸地無線接入網絡的頻譜劃分。

b、對稱性頻譜（MSS衛星接入頻譜）

上行1980MHz～2010MHz；

下行2170MHz～2200MHz；

2個30MHz共60MHz帶寬，用于移動衛星接入網絡的頻譜劃分。

c、非對稱性頻譜（TDD接入）

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

120+60+50=230MHz帶寬。

所謂Licenses，也就是對頻譜的中心頻率的占有權。每個營運商申請的帶寬都會分配2個FDD和1個TDD的頻段。如給英國TIW公司的Licenses分配了2個15M的FDD和1個5M的TDD。目標：在回顧GSM、GPRS基本結構和協議模型的基礎之上，了解UMTS的基本結構及演進過程。

1、功能結構的描述及回顧

從總體上來看，移動系統的結構由三部分組成。

第一部分指的是用戶端，面向用戶的設備，在UMTS中稱為UE（UserEquipment）。UE完成三部分的功能：

MT－移動終端設備，也就是GSM中的移動臺的概念，提供無線接口的收發，完成和基站之間的直接對話。作為移動終端來說，它提供了基帶信號的處理途徑，以及話音編碼等；

TAF－終端適配功能，主要是支持上層應用。所謂上層應用，如PC上產生的FTP文件、網頁下載或收發E－mail等。從終端設備產生的上層應用，直至到達空中接口進行發射，需要軟件適配，這個軟件適配功能即為TAF。它是傳送數據業務所必備的功能，從用戶角度，TAF功能根據不同的工作方式完成對數據包的透明或非透明的處理。在網絡端，為了承載數據業務的傳遞也需要同樣的功能，在GSM中稱為IWF功能。由IWF功能模塊，完成到外部公共數據網絡的速率適配和控制。在WCDMA中通過PS域的相關功能，完成數據業務的傳遞。無論是2代網絡還是3代網絡，移動網絡對數據業務始終都只是完成一個承載的功能，只是提供一個通路；

TE－終端設備，直接與用戶的界面。

UE由上述三部分構成，在實現時可以是分開的，也可以是合成在一個物理實體上。如常見的3G移動終端，可能是將三部分功能合成在一起的。

第二部分稱為接入網部分，它的基本功能就是提供接入通路的，提供移動臺與無線接口的通話，將信息接入后最終送往第三部分――核心網部分。核心網就是業務提供者，作為核心網，其基本功能就是提供服務，不管是用戶的描述信息、用戶業務的定義還是相應的一些其他過程，各種類型業務的提供以及定義，都是由核心網來承擔的。作為無線的接入子系統來說，它的功能只是負責完成空中接口的管理。所以對于接入網，基本職能是體現在空中接口的接入上。而對于核心網來說，它才是真正主要通信過程所涉及的信令，它包括鑒權、呼叫建立、呼叫釋放、移動性管理等等。在UMTS的網絡結構中，核心網部分被分成二個域，分別稱為電路域和分組域。所謂電路域是完成初期對話音的電路交換，而分組域完成初期對分組數據的分組交換。至于電路域和分組域在將來的演進過程中會發生怎樣的變化？最終在核心網部分會實現二者的一體化過程。

與UMTS比較，回顧GSM和GPRS網絡的基本構成在三部分結構中相對應的定義。在GSM中，移動終端－MS、空中接口是Um接口，BSS系統由基站（負責無線接口的收發）、BSC（無線子系統的控制核心）和TRAU（完成速率適配和碼型轉換）三部分組成。NSS系統則由MSC、VLR、HLR等組成。在電路交換中完成數據的傳送，利用到了IWF功能。從GSM網絡向GPRS網絡的演進過程，首先作為GPRS網絡對數據業務提供的是分組交換，所以核心網部分要提供全新的分組交換機，即SGSN，對等于GSM中的MSC功能。MSC完成的是電路交換、SGSN完成分組交換。其次，SGSN功能里含有移動性管理功能，不再區分VLR和HLR。對分組域來說，它的移動性管理直接包含在SGSN設備節點中。SGSN和MSC要同時共享訪問同一個HLR，在GPRS初期網絡，必須提供SGSN至HLR的通路，之所以要共享同一個HLR，是因為GPRS只是提供了一種服務，并不是以獨立的系統方式存在，是GSM用戶申請的一種能夠提供高速數據的附加業務，所以從HLR的屬性來說除了增加業務描述關于分組數據業務的重新定義（新的功能）外，用戶的其他特性都不會發生任何變化，所以完全沒有必要建立新的HLR，由電路交換域和分組交換域共用一個HLR。這也將構成UMTS的（寄存器平臺）服務器平臺的概念，HLR是必不可少的。在核心網部分GPRS還要添加GGSN網關設備，GGSN提供GPRS到外部公共數據網的端口，它所面對的不是用戶的管理而是功能的管理，建立的是到外部網絡的每一對會話的功能，它的功能對等于電路域中GMSC的功能。GGSN連接的外部網絡可以是各種類型的分組數據網，如Internet、Intranet、X.25等等，它的接入能力取決于GGSN設備的端口管理能力。在GPRS的接入網部分，無線接口部分的原理不會發生任何變化，無非是增加了無線分組業務信道。該信道仍然是由BSC來管理，在2代的BSC中，管理的是空中接口的話音時隙并非分組信道資源，所以在BSC中要添加新的控制單元PCU，該控制單元的主要功能就是要完成空中接口上分組業務信道的分配和管理。對PCU來說，在硬件上既可以和BSC放在一起，也可以是分開的，在規范上規定了三種實現方案，取決于廠家的選擇。從功能上來講，PCU是必不可少的，完成空中接口分組資源的分配和管理。由于分組數據本身就是異步數據流，所以對于分組呼叫（DataCall），完全不需要TRAU這樣的功能部件存在，所以在GPRS的接入網部分不存在TRAU。關于GPRS網絡接口，PCU與BSC之間的Agprs接口是非公開化的，屬于內部接口，各個廠家的實現方案是不同的；接入網與核心網之間的Gb接口是開放的，現階段該接口的底層承載采用的是幀中繼，規范中沒有明確要求用幀中繼，所以將來可能會選擇ATM或其他承載方案；核心網內部接口，SGSN與GGSN之間是Gn接口，底層承載采用IP的骨干網，所以SGSN與HLR之間的Gr接口需要有信令網關，完成從MAP消息OverIP的承載向MAP消息overNo.7信令上的轉換，訪問HLR的功能，上層應用不會發生變化，只是底部承載發生變化；由GGSN到外部數據網的接口稱為Gi接口。

UMTS與GSM/GPRS對比，可以從以下幾個方面說明：

GSM/GPRSUMTS設備太多（無線接入網部分）；

數據速率不足以提供新的服務類型；

不提供Qos;

部分接口不標準設備數量減少；

提供高速的數據速率（2Mbps）；

提供基于Qos的服務；

提供更加靈活的業務和開放的標準接口

2、UMTS網絡結構

UMTS結構中接入網絡無非只是提供空中接口的接入手段，網絡可以根據不同需求選擇不同類型的接入網絡。如典型的UTRAN－陸地無線接入網絡就是接入網絡類型之一，它可以提供宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩等陸地資源上的覆蓋。除此之外，還可以提供由衛星接入，通過衛星通道提供全球的覆蓋；將來可能會通過W－LAN接入等等寬帶無線接入網絡，或者其他無線接入技術如無繩電話的應用，都可以作為不同類型的接入網絡，適用于不同類型的終端。因此，UMTS網絡對接入網絡的定義可以是多種類型的。

UTRAN作為陸地無線接入網絡，它的結構分二部分，即接入網部分和核心網部分。在接入網部分有二個主要功能節點，NodeB和RNC。NodeB主要提供空中接口與移動臺間對話以及與RNC間（Iub）的對話；RNC稱為無線網絡控制器，完成空中接口無線資源的管理和分配以及陸地資源的管理和分配（完成Iu、Iub、Iur的管理和分配）。從功能結構上來說，UTRAN接入網部分只有二個功能節點，相當于二代中的基站和BSC，但功能上與二代是有區別的。

（UM103-13）

NodeB的主要功能包括：

A、呼叫處理（CallProcessing）：基站完成基帶信號的處理，不管是話音呼叫還是數據呼叫，對UMTS基站來說所完成的都是基帶信號處理過程。簡單說，從協議層角度，NodeB只涉及物理層的功能，包括物理層的傳輸子層和物理子層功能，不涉及高層功能。所以UMTS基站功能相對較簡單。

B、無線接入（RadioAccess）：指的是移動臺在空中接口公共信道上的無線接入的監測，以實現開環功率控制的功能－隨機接入過程的開環功控。移動臺發出preamble前導部分來試探功率，基站對preamble作出應答，只是給出指示，屬于物理層的功能。

C、性能監測（PerformanceMonitoring）：在二代系統中，基站涉及到RR層的部分功能，要完成對空中接口測量報告的預處理，以及由基站完成相鄰小區的篩選和判決，并將結果上報給BSC。在三代系統，NodeB將不再完成上述這些功能，所謂性能監測指的是，基站完成對上行鏈路空中接口上Ec/Io的測量，同時將測量結果上報給RNC。由RNC根據測量結果，來設置功率控制的目標值，由基站執行物理層的功率控制。所以無論是功率控制還是切換的決定，控制端都放在了RNC，基站只是執行端。對NodeB來說執行的是閉環功率控制的內環功控，外環功控則由RNC來完成。

D、網絡接口（NetworkInterface）：NodeB提供面向移動臺的空中接口－Uu接口和面向RNC的Iub接口。當NodeB和RNC之間對話時，要有上層協議的支持，在Iub上的上層信令協議是NBAP協議，這個協議僅指NodeB和RNC之間的協議，不是移動臺和RNC間的協議。NodeB為將空中接口上收到的信令和業務信息發送至RNC，需要在Iub接口上支持作為UMTS來說所必須的一種特殊的協議－FP（幀協議）。在Iub這個在ATM承載之上的異步接口上，NodeB和RNC之間對話，所有的信息都將轉換成FP協議發送至RNC，所以在NodeB和RNC之間需要同步。

E、隨機接入監測（RandomAccessdetection）：與無線接入的概念一樣。NodeB對隨機接入的過程進行應答，實現開環功率控制。

從協議層來角度來講，物理層的協議是終結于NodeB的，也就是說空中接口上只有物理層協議，而上層的RLC、MAC、RRC等都是移動臺與RNC之間的對話，NodeB只是執行，所以在后續的協議封裝過程會有所不同。這也是三代基站與二代基站在功能上的差別，所以在產品設計上，基站側相對來說比較簡單，主要由數字化模塊和射頻模塊二部分組成。射頻模塊提供功放和射頻端口，數字化模塊完成基帶信號的處理過程，包括Rake接受機過程、基帶信號的正處理和逆處理過程等。

（UM103-14）

RNC的主要功能包括：

A、無線資源管理（RadioResourceManagement）：由RNC來完成空中接口的碼字資源的分配和管理，RNC將根據不同服務的請求，來執行Qos的功能，即根據不同的業務服務質量，分配合適的空中接口的信道，包括碼字（物理信道）、傳輸信道等的分配。為不同的業務選擇不同的基帶信號處理方式，如話音和數據在空中接口上對塊差錯率的要求是不一樣的，話音在選擇傳輸信道時采用1/2卷積編碼，而數據業務選擇Turbe碼1/3的效率。所以在UMTS中正是選擇了不同的傳輸信道來實現空中接口的Qos。信道的復雜化就是指無論是從邏輯信道、傳輸信道還是物理信道上，都有了詳細定義和區分。不像GSM中沒有傳輸信道概念，因為所有業務信息的基帶處理方式都是一樣的，沒有Qos。RNC承擔Qos的功能，又稱為RB（無線承載）的分配，RB分配取決于服務類型，而服務由CN（CoreNetwork）提供。所以說RNC在承擔無線資源管理時，關于無線承載的匹配是來源于核心網的請求，即RAB（無線訪問承載）的分配請求消息。RB或RAB都是邏輯概念，對應的都是Qos。當用戶發出呼叫提出業務請求，由核心網在HLR上查詢用戶的profile，查看該用戶請求的級別、標準，由CN向RNC提出RAB的分配請求，由RNC完成空中接口的映射。

B、用戶移動性管理（UserMobilityHandling）：由RNC負責的移動性管理所涉及的內容比較有限，主要包含二個功能，即軟切換功能和宏分集功能。軟切換的判決、鄰小區的篩選都由RNC來決定（在GSM中是由BTS來決定）。除此之外，在空中接口上軟切換要求移動臺要同時維持多條無線接口鏈路，導致RNC必須完成來自多條無線鏈路上的用戶信息的合成過程，再送往核心網，即所謂的宏分集功能。宏分集只與軟切換相關，在后續中提到的更軟切換將不會涉及到宏分集的概念。

C、RNS監視（RNSsupervision）：RNS（無線網絡子系統）包括NodeB和RNC二部分，所謂RNS監視，也就是負責完成RNS重定位過程的決定。所謂重定位就是完成服務的RNC（ServingRNC）面向核心網的Iu接口的切換的監視。簡言之，空中接口的軟切換完成之后，移動臺將會選擇到新的目標RNC（DriftRNC），該目標RNC在決定成為移動臺的服務RNC時，必須建立目標RNC到核心網的Iu端口。新舊Iu端口的倒換過程，即為重定位過程。也就是目標RNC將要完成整個監視和重定位過程。

D、接口管理（Interfaces）：RNC將負責管理面向NodeB的Iub接口、面向核心網的Iu接口以及面向其他RNC的新的Iur接口。

E、安全性功能（Security）：主要體現在加密上，在GSM中，由MSC激活加密功能，設置加密模式，向BSC發送設置加密模式的信令消息，在空中接口上完成對業務信息的加密，上行鏈路是移動臺完成加密，基站側解密，下行是基站加密，移動臺解密。加密參數由鑒權中心產生并送給基站和移動臺，所以加密過程是對空中接口的數據加密。在GPRS中，由SGSN激活對數據業務的加密功能，在SGSN側完成加密過程，被加密的數據包一定是LLC層的數據包，該數據包是移動臺和SGSN間的直接對話，換言之，數據將通過空中接口、基站、BSC、PCU至SGSN后才被解密。在UMTS中，加密功能仍然是由核心網激活，由鑒權中心產生的加密參數將被送往RNC，完成移動臺與RNC之間的加密過程，是對RLC層或MAC層的加密，取決于業務類型和傳輸信道的定義。被加密的信息可以分成二個過程，第一個過程是針對信令部分，稱為信令加密（信令消息的完整性測試），是移動臺和RNC之間信令的完整性測試，完成信令信息的正確性和完整性的測試。移動臺發送的信令消息送至RNC，如非法則RNC將不做應答。第二個過程是對業務消息的加密，對RLC和MAC層的保護。因此在鑒權中心將會增加對信令部分的鑒權參數，又稱為完整性測試鑰匙。

由上可知，RNC完成的功能不再像二代中BSC只是對無線資源和陸地資源的管理，它同時要涉及參與與Qos相關的高速網絡呼叫允許控制算法；與用戶和核心網之間網絡資源的協商；完成Iu接口的切換的監控等等。所以整個無線部分的核心就在RNC，而基站只涉及到物理層。由于在空中接口上引入了新的CDMA技術，無線網絡部分一定是全新的，不存在平滑演進的過程。

UTRAN網絡的接口部分：空中接口稱為Uu接口、基站和RNC之間的接口稱為Iub接口、RNC之間的Iur接口、RNC與核心網之間的Iu接口（分IuCS和IuPS接口）。RNC與NodeB之間通過Iub接口相連時，Iub不管物理層如何實現（PCM還是光纖鏈路實現等），它的數據鏈路層（第二層）走的都是ATM適配，采用ATM信源，是以ATM的骨干網作為承載，將來可能會Over在IP的骨干網上。從NodeB角度來說，作為NodeB和RNC之間的連接關系一定是一對一的對應；從RNC角度來說，根據RNC容量可以連接多臺基站，由一個RNC管理的多個基站組成的接入系統就稱為RNS。NodeB的連接方式可以是PCM2M口，也可以是光纖STM－1直連，在Iub接口上，也可以選擇ATM反向復用功能或不選，均取決于廠家的實現。

從RNC到核心網的端口稱為Iu接口，從物理接口的角度來說，RNC面向核心網提供的就是Iu接口，Iu接口是開放的。從邏輯角度來說，面向核心網的通信對象不同，分成IuCS和IuPS。所以從實現上來說，可能提供的只有一條物理Iu端口，但內部的邏輯通路上既可以為話音呼叫建立到MSC的IuCS邏輯端口，也可以為數據呼叫建立到SGSN的IuPS端口。IuCS和IuPS并不是具體的物理體現，它只是這個端口上面向不同的核心網域的邏輯功能。在三代系統中，標準為不同RNC之間提供了Iur端口。Iur連接選擇了ATM的骨干網，不同RNC之間遵循的是網絡形式的互連。在建網初期，某些廠家的產品可能不支持Iur端口。Iur接口的提供是為了支持軟切換，軟切換時，在空中接口上會建立多條無線鏈路，多條無線鏈路上的業務信息都會通過目標RNC（DriftRNC）送往服務RNC（ServingRNC），這就需要用到Iur端口。在整個軟切換執行過程中，沒有信令消息涉及到核心網，作為Iur端口，目的就是使得在執行空中接口的切換過程中，信令消息將不會涉及到核心網。而在二代系統中，跨BSC之間的切換，需要通過MSC，涉及到核心網的信令，由于加大了處理時延、多系統之間的配合問題的存在，使BSC間切換的成功率較低。所以Iur端口的提出，使空中接口的切換無論是在觸發、執行還是在切換結束，都不再涉及核心網的信令消息的傳遞。至于跨MSC之間的切換，在三代系統中，將切換類別是分開的，作為切換的概念只存在在無線接口上。所以跨MSC之間的切換，首先要完成新的無線鏈路的添加，通過Iur接口選擇新的目標小區、空中接口的切換的執行及完成。至于IuCS接口上的切換過程，是前面所述的RNC重定位過程。所以在三代中，相當于將原來跨MSC之間切換的一個過程分成二步來完成，一步是空中接口的切換，另一步是核心網端口的重定位。所以Iur的提出，提高了系統的性能。（提問：Iur能否連接跨MSC的不同RNC？）

（UM103-15～3-16）

UMTS核心網結構：從邏輯結構圖上，R99核心網結構和二代GSM/GPRS網絡的核心網部分沒有太大區別。所以二代核心網中的CS域和PS域都可以平滑過渡到UMTS的核心網，包括CS域的TRAU、MSC、HLR、VLR，PS域的SGSN、GGSN等都不會發生變化。CS域中的TRAU主要是完成碼形轉換和速率適配功能，在二代中，TRAU只完成FR和EFR二種編碼，三代中它要完成可變多速率的自適應編碼（AMR），AMR取決于空中接口的載干比，載干比越好，選擇越高速率的話音編碼方案，這里的編碼方案指的是原編碼方案（數字化量化之后的編碼），每20ms提取一定比特的話音塊。規范規定了AMR一共有8個子流（8個可編碼速率），分別是12.2、10.2、7.95、7.40、6.70、5.90、5.15、4.75kbps，速率為凈比特速率（量化后已加入控制比特位之后的速率），其中12.2kbps（20ms提取244bits）是目前可以實現的GSM中EFR編碼速率。TRAU接受來自IuCS端口上的話音流，進行速率轉換成適應MSC中繼傳輸的64kbps。所以二代MSC通過軟件升級就可以完成向三代MSC的過渡。從硬件結構上來說，仍然提供的是2M的話音鏈路，每個用戶在通信時占用1條64kbps的鏈路。隨著網絡的演進，TRAU的功能將作為可選項功能（Optional）。

（UM103-17）

MSC的功能與二代相比沒有太大區別，包括交換功能（Switching）－完成電路交換、呼叫建立（Callsetup）－關于呼叫建立信令的處理和應答、呼叫接入（CallTicketing）－允許用戶接入、接口（Interfaces）－提供面向RNC的IuCS端口和其他各種MAP端口（C、D、B等）、計費（Accounting）－從MSC采集計費卷，提供按時間的計費記錄，送往統一的計費平臺，整合后送往計費中心。IuCS端口是MSC和RNC之間的對話，TRAU在它們之間只是物理層設備，只做速率轉換和碼型適配，信息是透明通過的。

（UM103-18～3-19）

HLR的功能，主要包括處理用戶的永久性數據（如IMSI、CI等）－三代核心網中的HLR將會加入用戶業務描述特性參數，與Qos相關的profile管理、臨時性用戶記錄的處理－如HLR中保存的VLR地址、與AUC數據庫的對話－由HLR向AUC申請鑒權參數。

AUC的功能主要是存放用戶鑒權的鑰匙和安全性算法，三代核心網中的AUC無非是增加了一些新的算法，如目前支持UMTS鑒權的F1～F9算法。其次，AUC根據每個用戶的IMSI和密鑰產生用戶的鑒權參數，稱為5元參數組（二代中稱為鑒權3元組），包括隨機號（對應于IMSI產生的隨機號）、隨機號與密鑰通過算法產生的RES值（二代中是SRES）、隨機號與密鑰通過算法產生的完成對信令完整性測試的IK值、隨機號與密鑰通過算法產生的加密鑰匙CK（二代中稱Kc）、隨機號與密鑰通過算法產生用于移動臺識別網絡的鑒權令牌－AUTN。與二代相比增加了IK和AUTN二個參數。產品硬件上不會發生變化，只是軟件升級得以實現。

VLR功能同樣沒有發生任何變化，記錄或存儲當前用戶所登記在本VLR的相關信息、分配相應的臨時識別符，完成主要鑒權參數的存儲，

（UM103-20～3-24）

PS域SGSN的功能包括分組移動性管理－SGSN參與用戶移動性狀態管理、通話管理（SessionManagement）－SGSN與GGSN之間為用戶所建立的PDP隧道的管理，也就是Gn接口上的隧道協議的管理、通過GGSN將用戶信息送往外部網絡。唯一需要注意的是在原來的GPRS網絡中GGSN與SGSN之間的信令通信屬于PDP隧道協議，業務信息的傳遞也是PDP隧道協議，而在UMTS系統中，SGSN將Gn接口上的業務PDP－U協議延展至IuPS接口上，也就是說用戶在做數據通信時，數據業務在RNC和SGSN之間、以及SGSN和GGSN之間建立的都是PDP隧道協議，而控制平面還是走控制信令的，延展的只是PDP－U的協議。SGSN仍具有計費（Accounting）功能，也就是提供關于時間以及關于用戶數據包大小的計費信息，產生計費記錄送往計費記錄平臺。

GGSN的功能是提供Gi接口建立到外部網絡（Internet/Intranets及各種類型分組數據網）的通路，同時通過Gn接口與SGSN間的通信，為每個用戶來管理每用戶的PDPcontext。除此之外，GGSN的也有計費（Accounting）功能－提供基于用戶字節流量大小的計費記錄。計費記錄的采集可以從MSC、GGSN和SGSN獲得，所有記錄經過整合之后送往計費中心，由計費服務器產生相應的話單。

以上為UMTSR99的基本功能模塊的介紹，從現網向R99過渡時，無線網絡必須是全新的，除此之外，無論是CS域還是PS域，都將會沿用GSM網絡和GPRS網絡的核心部分，只需要軟件升級來實現?？赡芨鲝S家實現的軟件升級的階段有所不同。在R99版本，CS和PS二個域的承載是獨立分開的，PS是基于IP骨干網（IPBackbone）、CS是基于TDM（同步流）。從R99向R4的過渡時，PS域仍然保留分組的骨干網，而CS域會發生較大變化。在R4版本CS域中，業務和信令的處理將被區分，分到二個功能模塊上處理，專門用于對信令處理的稱為MSC服務器（MSCServer），在規范中定義的名稱是CallServer，所有的信令處理將集中在服務器上完成。業務部分將直接通過多媒體網關（MGW）進行處理，建立話音和業務在分組骨干網上的承載。因此在R4版本中，CS域將發生變化，原來電路交換中心的電路交換平面以及話音中繼模塊都將被取消，信令部分由服務器完成，MGW則完成話音中繼的提供和建立，均建立在分組骨干網上，而分組骨干網可以選擇IP或ATM等，目前選擇IP的呼聲較高。最終將和PS域分組骨干網和為一體，都選擇在IP的骨干網上。在PS域中的SCP和HLR仍然會選擇No.7信令平臺，屬于No.7信令工作平臺，稱之為服務器平臺（ServerBone）。ICP指的是智能網的業務控制點。從R4向R5過渡時，所謂的全IP骨干網，也就是在UMTS的無線網部分也選擇了IP骨干網。最終網絡中的所有節點，如RNC、SGSN、MSCserver等最終都是通過服務器來實現的，引入了軟交換的概念，移動網和核心網合而為一。（提問：在R99版本中，ATM的終結在哪里？）

3、UMTS的基本概念和工具

（UM103-26～3-27）

UMTS的協議：從總體上來看被分成二個層面，稱為接入層面（AccessStratum）和非接入層面（Non-AccessStratum）。其中，接入層面協議是隨選擇不同接入網的類型而發生變化的協議，如選擇的是UTRAN時，接入層面的協議模型只適用于UTRAN網絡。對于非接入層面，不管底層的接入協議發生怎樣的變化，上層的非接入層面的協議是統一的，不發生變化。上下層協議的不相關聯性使得將來接入系統發生的任何變化，上層應用軟件包都不會發生變化。如上層協議的RANAP屬于非接入層面，不管下層如何變化，上層都會按RANAP協議的消息格式來發送。接入層面向上會涉及到層3（Layer3）的一部分，包括物理層（Layer1）、MAC/RLC層（Layer2）及RRC層（Layer3)的部分，層3再向上的高層如CC、MM等則屬于非接入層協議。

登記區、位置區和路由區：位置區和路由區的概念和GSM及GPRS中的概念完全一致，MSC負責位置區的管理、SGSN負責路由區的管理，二者均要表明的是在當前系統中移動臺當前的位置。位置區和路由區是人為劃分的，可能是多個小區的組合，通過一定的標識符加以標識，位置區LA（LocationArea）的標識符是LAI，路由區RA（RoutingArea）的標識符是RAI，RA是包含在LA內的。LAI由MCC、MNC和LAC組成、而RAI由MCC、MNC、LAC和RAC組成，所以RA應小于等于LA。在網絡初期，RA和LA的區域應相等。移動臺在作話音呼叫時，跨位置區移動將發生位置區更新；在數據呼叫時，跨路由區移動時將發生路由區的更新過程。系統尋呼時，尋呼過程是在位置區內或路由區內發生尋呼的。小區（cell）是移動臺可以識別的當前在系統中所能駐扎的最小單位，小區可以是扇區（Sector）的概念也可以不是。服務區（SerivceArea）是移動臺所能獲得業務提供的最大區域范圍。UMTS登記區（URA）的概念只出現在移動性狀態管理中，與LA和RA沒有關系。在UMTS中移動臺進入休眠狀態時，會選擇一個URA或一個小區內，進入URA-PCH狀態進行休眠，取決于移動性管理的當前狀態。事實上，系統關心的通信過程還是LA和RA的更新過程。

UMTS的USIM卡上包含了與用戶有關的信息，包括IMSI、MSISDN、密鑰、服務列表和臨時識別符（動態數據）等。

UMTS的北電網管系統是提供了二個服務器，分別是主服務器（MainServer）和性能服務器（PerformaceServer），在一體化平臺上，由主服務器完成對所有節點的管理，包括NodeB、RNC、MSC、SGSN、HLR等等。主服務器主要完成故障管理、配置管理，如日常的系統監控和維護，事件報告的采集和告警采集等等。性能服務器將實時分析系統所上報的各種原始的計數值（Counter），產生后處理的性能報告，如呼叫掉話率報表、切換成功率報表等。相當于原來用后臺處理軟件完成的功能，可以由性能服務器實時完成。

ATM模式：在接入網內部以及接入網與核心網之間端口上，現網初期的底層都選擇了ATM作為承載。ATM承載選擇時，必須根據不同的業務信息選擇合適的ATM適配層。作為ATM基本的協議層來說，是四層協議模型，上層是用戶層又稱為應用層，對應用層來說要選擇適合的ATM適配層，進行分段或重整，將它分割成固定信元――53字節信元方式，最終在物理層上傳遞。對ATM協議來說，AAL層的適配非常重要。在規范中對根據不同的業務將ATM的適配分成了四類，第一類稱為CBR（恒定比特速率業務），在通信過程中占用唯一的固定帶寬，無峰值速率和最低保證速率；第二類VBR（可變比特速率業務），分成二類，實時性和非實時性的VBR，也就是對時延比較敏感的VBR業務和對塊差錯率比較敏感的非實時性VBR；此外，還有ABR（可用比特速率業務）和UBR（不指明比特速率業務）二種。在UMTS中的業務基本上都歸為VBR類業務，無論是話音業務還是數據業務，速率都變成了可變，如話音的AMR技術應用，使話音也成為VBR類業務。在選擇合適適配層時，ATM提供了四種適配層，分別是AAL1、AAL2、AAL3/4和AAL5。其中AAL1主要適用于CBR業務，AAL2是效率最高的，適用于VBR業務的適配，而AAL5是AAL3/4的簡化版，一般來說看不到AAL3/4的應用，在數據網絡中比較常用的是AAL5的應用。

在UMTS的各個端口上，由于傳送信息的不同，特性各不一樣，也會選擇不同的適配。在空中接口（Uu）上，主要傳送二類信息――控制類和業務類信息，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層，所以基站無法區分這二類信息，它只完成基帶信號逆處理，之后將信號送往RNC。所以對于基站來說，空中接口上在專用的物理信道上傳遞的控制和業務信息都是一樣的，不會加以區別和區分。移動臺和RNC或移動臺和核心網之間的上層透明對話的信令消息，對基站來說都是透明通過。這二類信息在Iub接口選擇的是AAL2的適配（適用于實時性的業務）。值得注意的是所說的信令消息指的是來自射頻部分的信令消息，是移動臺和RNC及核心網之間上層應用信令消息的對話。基站只關注物理層信息，包括Layer1的控制信息，基站對此類信息將直接應答和響應。在Iub接口上，基站和RNC之間也要進行對話，如一個隨機接入請求送往RNC，RNC對移動臺接入應答時，首先要激活基站的無線資源，這時RNC與基站之間就要發生對話；又如做閉環功率控制時，RNC向基站設置相應目標值，這些信息的傳遞也屬于RNC和基站間的對話。在Iub接口上，用于基站和RNC之間對話的信令消息（NBAP消息）將選擇AAL5適配。所以在Iub接口上，從無線接口上過來的二類信息適配到AAL2，送往RNC；作為基站和RNC之間的信令對話，NBAP協議對話的信令消息將選擇AAL5的適配。RNC將對不同適配層的信令消息作出響應，NBAP協議到達RNC就終結了，對于無線接口上的消息RNC未必會作出直接的響應，如無線連接已經完成，移動臺發送呼叫建立消息，該消息透明通過RNC，與核心網之間對話。空中接口上AAL2適配的ATM信元到達RNC后，RNC要有相應的板卡區分空中接口上的信令和業務信息，即由RNC完成解包過程，并對不同的業務重新選擇適配。RNC面向IuCS傳遞消息時，話音消息（Voice）選擇AAL2適配，信令（RANAP協議）消息選擇AAL5適配，送往CS域。面向IuPS的消息，無論是分組數據還是信令都將選擇AAL5的適配，與SGSN對話。Data信息從原來的AAL2適配經過RNC后轉換成AAL5的適配，送往PS域。在Iur端口上，只有觸發了軟切換功能，才會有信息的傳遞。在軟切換過程中，從空中接口上傳送的二路信息，經過各自的基站送往各自的RNC，再由目標RNC送往服務RNC，所以在Iur接口上傳遞的第一類消息是射頻接口送來的消息。目標RNC對射頻消息不作任何處理，只有服務RNC才會對移動臺的請求作出響應。所以射頻上的適配仍然是AAL2，對服務RNC來說只是增加了一條無線通路。而二個RNC之間信令的對話消息，如服務RNC命令目標RNC分配無線資源等，稱為RNSAP消息，將選擇AAL5適配。在接入層面，還有一個位于傳輸層稱為ALCAP的協議（網絡內部協議）。作為一個專門的信令協議，它主要完成AAL2承載的建立、分配、釋放和維護等功能。AAL2提供的是面向連接的業務，所以在傳送信息之前要事先建立AAL2的承載。在Iub、Iur及IuCS接口上，在實現AAL2信息傳遞之前，必須先有ALCAP的信令來完成AAL2承載的建立。這種ALCAP消息本身選擇的是AAL5適配。（提問：AAL5適配層是如何建立的？）

ATM交換基本原理：ATM交換分成二種類型，即VP虛通路交換和VC虛信道交換。VP交換屬于骨干網節點的ATM交換所能承擔的功能，可以理解為路由交換，由一條路由選擇交換到另一條路由，對于路徑上業務承載的通路，不會發生任何變化，所以VC25經過VP交換后還是VC25。VC交換一般都是在端設備上，用戶端設備或接入層面上，當面對一項具體業務通信時，一定是對應到VC交換上，如原來的VC25交換到另一端的VC27等。ATM骨干網在構成時，核心骨干網節點上是VP交換；邊緣網節點上是VC交換。目前，在網絡中選擇的還是PVC通信方式，SVC實現起來有一定困難。PVC方式是在系統工作之前，通過OMC平臺，事先做數據底層配置時將定義好VC之間的關系。

Qos屬性：在規范中，將用戶的業務分成四類，第一類稱為會話類業務（Conversationnal），包括話音（Voice）、視頻（Video）；第二類稱為交互類業務（Interactive）；第三類稱為流業務（Streaming），如下載電影以及大部分數據業務；第四類稱為背景業務（Background），如WAP、E-mail、傳真等。由于四類業務在Qos屬性參數上的要求上各不一樣，所以導致它們在使用無線信道資源的不同。Qos參數包括：

傳播時延（Delay）――由傳輸引起的時延；

可變時延累計（DelayVariation）――由于存儲轉發，擁塞管理，流量控制引起的可變時延；

吞吐量（Throughput）――數據包的流量，如64Kbps，128Kbps等，吞吐量的描述分成峰值速率和保證速率，來區分不同的業務等級；

包丟失率（PacketlossRate）――一般體現為BLER指標，塊差錯率的直接體現是空中接口上的Ec/Io，二者有直接的影響。Ec/Io越低，BLER就越高，Ec/Io在空中接口上將作為重要的門限而存在；目標：了解擴頻的基本原理（碼字）、功率、功率控制、上下行鏈路的覆蓋限制、Rake接收機、宏分集、發射分集、壓縮模式及無線幀等概念。

1、擴頻基本原理（碼字）

對于多址接入方式，WCDMA在同一載頻上，多個用戶通過不同的碼字加以區分，為什么WCDMA還會有時間軸的定義？對于CDMA來說，物理信道的定義是頻率加碼字，時間概念的引入是在傳輸信道上基帶信號處理過程的基本單位，對應用層信息，以多長時間來分塊進行基帶信號處理，如GSM中20ms的時間塊，在UMTS中則隨不同傳輸信道的格式，選擇10ms、20ms、40ms或80ms等不同的時間塊。所以時間概念是空中接口基帶信號處理中傳輸信道的適配，也就是傳輸信道上的速率適配。時間和時隙的作用是提供時鐘參考和傳輸信道塊的處理單位。

在WCDMA中碼字（Code）和功率（Power）是二個重要概念，碼字是用來區分每一路通信的，而功率是對系統的干擾。與GSM類似，在WCDMA系統中，FDD方式下空中接口的主要參數包括：

帶寬――5MHz（實際使用的帶寬射頻調制之后是4.75MHz，在頻率劃分上可以不留保護頻帶）；

雙工間隔――190MHz（中間值），規范規定雙工間隔可以在134.8MHz～245.2MHz間取值（取決于不同國家的頻譜規劃）；

信道柵格（channelraster）――200KHz，在中心頻率選擇時，每200KHz頻率作為一個單位，故中心頻率一定是200KHz的整數倍；

絕對射頻信道號（UARFCN）――用一對整數來描述空中接口的一對上下行頻率，對應關系：Nul（NumberUL）＝5xful；Ndl＝5xfdl，其中ful和fdl分別是上行和下行鏈路的絕對頻率值。該參數將作為底層的系統配置參數寫入軟件中，一旦獲得相應的Lisence參數就不會發生變化。

在TDD方式下，會增加一個時隙參數的定義，一個TS定義為666.67us；頻段從1900～1920MHz；2010～2025MHz，每5MHz構成一個中心頻率。

（UM104-7～4-8）

在WCDMA中采用的擴頻方式是直接擴頻（DS），在講述擴頻原理之前，須明確幾個概念，首先，時間頻率的二元性指的是在傳送二進制比特流時，它的周期性和在頻譜上表現出來特性之間的相互關系，如要傳送的比特流101101，在擴頻及加擾調制之前，它要被轉換成物理上高低電平的電信號，在UMTS中，電平轉換采用的是NRZ編碼方案。0比特編為正相位、1比特變為負相位。左圖中每比特周期用T0表示，右圖每比特周期用T1表示，T1<T0所以右圖比特流速率大于左圖，速率＝1/周期。對應于空中接口功率譜特性，橫軸單位格是1/T，縱軸表示功率峰值，只考慮主瓣值為a2T，其中a代表比特本身的幅度增益。比較二圖可知，T值較小的信號，頻譜特性中的峰值能量就小，也就是隨比特速率增高，主瓣峰值能量降低，而占用的頻譜1/T展寬。擴頻的目標就是將窄代高能量信號展寬成5MHz的寬帶低能量信號，降低峰值能量。如何將窄代高能量信號展寬成寬帶低能量信號？作為直擴的方式，就是將數據序列與高速的擴頻序列進行相乘運算獲得，如果是比特流的話就是進行異或運算，由于在電路擴頻之前已經是＋1、－1的物理電信號，所以異或運算將轉變成相乘運算，結果是一樣的。由4-8圖可知，數據序列是擴頻之前的序列，經過NRZ編碼之后，假設每比特周期是由6個單位（虛線表示周期單位）構成，對于原始比特來說，峰值能量是a2Tbit，即Ebit＝a2Tbit。擴頻序列是幅度增益為1的單位序列，沒有多余能量的引入，只是速率上有變化，擴頻序列速率是數據序列速率的6倍。經過相乘運算之后，在空中接口上發送的序列，速率與擴頻序列的速率相同，原數據序列的1比特由6個比特位的序列來表示，因此，擴頻后的序列抗干擾性能增加了。擴頻之后的比特能量峰值仍然是a，周期發生變化T＝Tchip，所以擴頻后的峰值能量為a2Tchip。定義Eb＝a2Tbit為擴頻之前比特的峰值能量；Ec＝a2Tchip為擴頻之后在空中接口傳送的碼