電子發(fā)燒友App
WCDMA主要由ETSI和日本無線電產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(ARIB)提出，WCDMA系統(tǒng)支持寬帶業(yè)務(wù)，可有效支持電路交換業(yè)務(wù)(如PSTN和ISDN)、分組交換業(yè)務(wù)(如IP網(wǎng))。靈活的無線協(xié)議可在一個(gè)載波內(nèi)對(duì)用戶同時(shí)支持話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，并通過透明或非透明傳輸塊來支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。作為一個(gè)完整的3G移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，UMTS不僅定義了空中接口，而且還包括接入網(wǎng)絡(luò)和分組化的核心網(wǎng)絡(luò)等一系列技術(shù)規(guī)范和接口協(xié)議。
WCDMA是IMT-2000家族最主要的3種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。從基本意義上來說，WCDMA版本的演進(jìn)過程也是一個(gè)技術(shù)和業(yè)務(wù)需求不斷提高的過程。WCDMA標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多年發(fā)展，已漸趨成熟，其標(biāo)準(zhǔn)化工作由3GPP組織完成。到目前為止，主要有5個(gè)版本，即3GPP R99、3GPP R4、3GPP R5、3GPP R6和3GPP R7，前4個(gè)版本已經(jīng)完成并終結(jié)，目前正在進(jìn)行R7版本的制定工作。不同版本間的功能劃分并不是絕對(duì)和清晰的，而是按時(shí)間進(jìn)度和工作完成情況進(jìn)行靈活劃分，不一定某個(gè)功能必須在某個(gè)版本中完成，在修改版本時(shí)應(yīng)遵守向后兼容的原則，各版本的演進(jìn)時(shí)間如圖1所示。
圖1 WCDMA演進(jìn)
1、3GPP R99
3GPP R99版本功能于2000年3月份確定，標(biāo)準(zhǔn)已相當(dāng)完善，后續(xù)版本將都與3GPP R99版兼容。目前在全球已經(jīng)安裝和試開通的WCDMA網(wǎng)絡(luò)都是基于這個(gè)版本的。3GPP R99版本最大的特征是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上繼承了廣泛采用的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)——GSM/GPRS核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有的2G或2.5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相比，3GPP R99版本發(fā)生了根本性變化，它引入了全新的接入網(wǎng)——通用地面無線接入網(wǎng)絡(luò)(UTRAN)，空中接口技術(shù)采用WCDMA，而核心網(wǎng)部分則是基于GSM系統(tǒng)的移動(dòng)應(yīng)用部分(MAP)的，可通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展方式提供在基于ANSI-41的核心網(wǎng)上運(yùn)行的能力。同時(shí)，3GPP R99采用了分組化傳輸，更有利于實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。
因此，在3GPP R99版本中，WCDMA和GSM使用相同的核心網(wǎng)絡(luò)，但是兩者還是有一些不同的地方。如WCDMA的編碼解碼器是和移動(dòng)交換中心(MSC)在一起的，而在GSM網(wǎng)絡(luò)中，編碼解碼器和基站控制器在一起。同樣，GSM采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)編碼，而WCDMA采用自適應(yīng)多速率(AMR)編碼。
1.1 3GPP R99標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)
3GPP R99在新的工作頻段上引入了基于每載頻5MHz帶寬的CDMA無線接入網(wǎng)絡(luò)，它主要由無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩部分組成。無線接入網(wǎng)由用戶設(shè)備(UE)、Node B和無線網(wǎng)絡(luò)控制器(RNC)組成，同時(shí)引入了適于分組數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議和機(jī)制，數(shù)據(jù)速率可支持144kbit/s和384kbit/s，理論上可達(dá)2Mbit/s。3GPP R99核心網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上與GSM保持一致，其電路域(CS)仍采用TDM技術(shù)，分組域(PS)則基于IP技術(shù)來組網(wǎng)。
3GPP R99核心網(wǎng)的CS域是指GSM的核心網(wǎng)，PS域則是指GPRS的支持節(jié)點(diǎn)。CS域處理傳統(tǒng)的電路交換業(yè)務(wù)，每次通信為需占用資源的節(jié)點(diǎn)建立專用的一條鏈路(如語音業(yè)務(wù))；PS域處理分組交換業(yè)務(wù)，不需要建立專用鏈路，每個(gè)分組都自己找路由。3GPP R99標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 3GPP R99標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
1.1.1 無線接入網(wǎng)
無線接入網(wǎng)由UE、RNC和Node B組成。UE是用戶終端設(shè)備，它主要包括射頻處理單元、基帶處理單元、協(xié)議棧模塊以及應(yīng)用層軟件模塊等；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，包括普通話音、寬帶話音、移動(dòng)多媒體、Internet應(yīng)用(如E-mail、WWW瀏覽和FTP等)。
RNC是RNS的控制部分，負(fù)責(zé)對(duì)各種接口的管理，承擔(dān)無線資源和無線參數(shù)的管理。主要功能包括系統(tǒng)信息廣播與接入控制功能、切換、RNC遷移、功率控制、宏分集合并、無線資源分配及管理等功能。
Node B是WCDMA系統(tǒng)的基站，受RNC控制，由一個(gè)或多個(gè)小區(qū)的無線收發(fā)信設(shè)備組成，完成RNC與無線信道之間的編碼轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)空中接口與物理層間的相關(guān)處理如無線信道編碼、交織、速率匹配和擴(kuò)頻等，并完成一些無線資源管理功能。
1.1.2 核心網(wǎng)
3GPP R99核心網(wǎng)主要包括移動(dòng)交換中心(MSC)/拜訪位置寄存器(VLR)、GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)、GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)、歸屬位置寄存器(HLR)/鑒權(quán)中心(AUC)和設(shè)備識(shí)別寄存器(EIR)。
移動(dòng)交換中心是網(wǎng)絡(luò)的核心，它提供交換功能，把移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶與固定網(wǎng)絡(luò)用戶連接起來，或者把移動(dòng)用戶互相連接起來。MSC為用戶提供各種業(yè)務(wù)，它對(duì)位于其管轄區(qū)域中的移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制、交換，并為所管轄區(qū)域中MS呼叫接續(xù)所需檢索信息的數(shù)據(jù)庫。拜訪位置寄存器存儲(chǔ)進(jìn)入其覆蓋區(qū)中的移動(dòng)用戶的全部信息，一些數(shù)據(jù)(例如用戶的號(hào)碼、所處區(qū)域的識(shí)別和向用戶提供的業(yè)務(wù)種類等參數(shù))使得移動(dòng)交換中心能夠建立呼入和呼出的呼叫。
GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)用于執(zhí)行移動(dòng)性管理、安全管理、接入控制和路由選擇等功能。GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)提供GPRS/PLMN與外部分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的接口，并提供必要的網(wǎng)間安全機(jī)制(如防火墻)。
歸屬位置寄存器存儲(chǔ)與用戶有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括用戶的漫游能力、簽約服務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)，它還為移動(dòng)交換中心提供移動(dòng)臺(tái)實(shí)際漫游所在地的信息，這樣就使任何來話呼叫立即按選擇的路徑發(fā)送給被叫用戶。每個(gè)移動(dòng)用戶都應(yīng)在其歸屬位置寄存器中注冊(cè)登記。鑒權(quán)中心存儲(chǔ)保證移動(dòng)用戶通信隱私的鑒權(quán)參數(shù)等必要信息。在用戶的安全機(jī)制上，GSM由AuC提供鑒權(quán)三元組，采用A3/A8算法對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)及業(yè)務(wù)加密；3GPP R99由AuC提供鑒權(quán)五元組，定義了新的用戶加密算法，并采用認(rèn)證令牌機(jī)制增強(qiáng)用戶鑒權(quán)機(jī)制的安全性。
設(shè)備識(shí)別寄存器是一個(gè)數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)有關(guān)移動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)。主要完成對(duì)移動(dòng)設(shè)備的識(shí)別、監(jiān)視和閉鎖等功能，通過對(duì)照禁止使用網(wǎng)絡(luò)的某個(gè)或者成批的移動(dòng)臺(tái)號(hào)碼的清單，來禁止某些非法移動(dòng)臺(tái)的使用。此外，3GPP R99核心網(wǎng)還包括一些智能網(wǎng)設(shè)備和短消息中心等設(shè)備。
1.2 3GPP R99標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)與功能
3GPP R99系統(tǒng)采用分組域和電路域分別承載與處理的方式接入PSTN和公用數(shù)據(jù)網(wǎng)。3GPP R99標(biāo)準(zhǔn)比較成熟，充分考慮了對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的向下兼容及投資保護(hù)，目前的商業(yè)部署全都采用了3GPP R99，其主要優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟穩(wěn)定，風(fēng)險(xiǎn)小；多廠商供貨環(huán)境形成；可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源(如各級(jí)匯接網(wǎng)和信令網(wǎng))；互連互通測(cè)試基本完成。
3GPP R99也存在著如下缺點(diǎn)：核心網(wǎng)由于考慮向下兼容，其發(fā)展滯后于接入網(wǎng)，接入網(wǎng)已分組化的AAL2話音仍須經(jīng)過編解碼轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為64kbit/s電路，降低了話音質(zhì)量，導(dǎo)致核心網(wǎng)的傳輸資源利用率低；核心網(wǎng)仍采用過時(shí)的TDM技術(shù)，雖然技術(shù)成熟，互通性好，價(jià)格合理，但在未來發(fā)展中存在技術(shù)過時(shí)、廠家后續(xù)開發(fā)力度不夠、備品備件不足和新業(yè)務(wù)跟不上等問題。
3GPP R99版本的主要功能包括無線接口采用WCDMA技術(shù)；采用AMR(自適應(yīng)多速率)編碼技術(shù)、快速功率控制技術(shù)和軟切換技術(shù)；在核心網(wǎng)內(nèi)部的接口上，3GPP R99和GSM/GPRS非常相似，只是在部分接口與功能上，3GPP R99網(wǎng)絡(luò)有所增強(qiáng)。3GPP R99引入了新的Iu和Iu-b接口，新增了Iu-r和Gs接口，而且Iu、Iu-b和Iu-r接口均開放，采用ATM和IP方式傳輸數(shù)據(jù)；在業(yè)務(wù)能力上，3GPP R99網(wǎng)絡(luò)所提供的業(yè)務(wù)和GSM/GPRS相比要豐富得多，例如在3GPP R99中，增加了對(duì)短消息的CAMEL業(yè)務(wù)和GPRS業(yè)務(wù)的控制；3GPP R99系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)的提供更加靈活，例如短消息業(yè)務(wù)既可以通過電路域?qū)崿F(xiàn)，也可以通過分組域?qū)崿F(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇；開放業(yè)務(wù)VHE/OSA等；為了更好地支持各種業(yè)務(wù)的傳輸，3GPP R99網(wǎng)絡(luò)采用寬帶分組交換技術(shù)(如ATM)；在傳輸方面，既可以采用TDM這種傳統(tǒng)的傳輸方式，也可以采用ATM傳輸。
3GPP R99核心網(wǎng)只是為2G向3G系統(tǒng)過渡而引入的解決方案，真正的WCDMA系統(tǒng)核心網(wǎng)是全I(xiàn)P核心網(wǎng)，目前在R4和R5標(biāo)準(zhǔn)中已制定了大致方案。
2、3GPP R4
3GPP R4版本功能于2001年3月份確定，標(biāo)準(zhǔn)已相當(dāng)完善。在3GPP R4網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)的電路交換域被分成兩層，它們是控制層和連接層。控制層負(fù)責(zé)控制呼叫的建立、進(jìn)程的管理和計(jì)費(fèi)等相關(guān)功能，連接層主要用來傳輸用戶的數(shù)據(jù)。關(guān)于分組交換域，3GPP R4和3GPP R99沒有區(qū)別。由于分層結(jié)構(gòu)的引入，可以采用新的承載技術(shù)(如ATM和IP)來傳輸電路域的語音和信令。由于分組交換域的傳輸是建立在ATM或IP網(wǎng)絡(luò)上，因而運(yùn)營(yíng)商可以用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來傳輸所有業(yè)務(wù)。
2.1 3GPP R4標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)
在核心網(wǎng)電路域部分，3GPP R4版本針對(duì)3GPP R99基于TDM的電路核心網(wǎng)進(jìn)行了很大改進(jìn)，提出與承載無關(guān)的電路交換網(wǎng)絡(luò)(BICSCN)概念，主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)采用分層開放式結(jié)構(gòu)、呼叫控制與承載層相分離、話音和信令分組化，進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)由TDM中心節(jié)點(diǎn)交換型演進(jìn)為典型的分組話音分布式體系結(jié)構(gòu)。話音分組化，以數(shù)據(jù)包的方式承載，并由ATM或IP網(wǎng)絡(luò)來傳輸電路域的語音和信令。因此，接入網(wǎng)與核心網(wǎng)話音承載方式均由分組方式實(shí)現(xiàn)。
3GPP R4與3GPP R99版本相比較，在無線接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面無明顯變化，重要的改變是在核心網(wǎng)方面，主要體現(xiàn)在3GPP R4版本在電路域完全體現(xiàn)了NGN的體系構(gòu)架思想，引入軟交換的概念，實(shí)現(xiàn)控制和承載分開，3GPP R4的CS域?qū)SC分為MSC服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)(MG)，將網(wǎng)關(guān)移動(dòng)交換中心(GMSC)分為GMSC服務(wù)器和MG，MSC服務(wù)器和GMSC服務(wù)器承擔(dān)控制功能，主要完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入控制、移動(dòng)性管理、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證和計(jì)費(fèi)等功能。MG執(zhí)行實(shí)際的用戶數(shù)據(jù)交換和跨網(wǎng)處理，各實(shí)體之間提供標(biāo)準(zhǔn)化的接口，主要完成將一種網(wǎng)絡(luò)中的媒體格式轉(zhuǎn)換成另一種網(wǎng)絡(luò)所要求的媒體格式。除了MSC服務(wù)器和MG外，其它3GPP R4版本的核心網(wǎng)設(shè)備，如HLR、VLR、SGSN和GGSN等都繼承了3GPP R99的功能。3GPP R4標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 3GPP R4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
與3GPP R99相比，3GPP R4的無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)沒有改變，只是在一些接口協(xié)議的特性和功能上有所增強(qiáng)，如對(duì)Iu-b和Iu-r連接的QoS優(yōu)化，改進(jìn)了對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支持；Iu上無線接入承載的QoS協(xié)商，確保無線資源被更有效地利用；對(duì)Iu-r和Iu-b接口的無線資源進(jìn)行管理優(yōu)化，提高UTRAN效率，改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量等。而核心網(wǎng)部分PS(分組交換)域不變，電路域變化較大，主要體現(xiàn)在：3GPP R4將在電路域中傳輸?shù)脑捯舻葮I(yè)務(wù)放到IP承載網(wǎng)上，呼叫控制由軟交換來實(shí)現(xiàn)。但此時(shí)的IP承載網(wǎng)已不是原來的分組域，因?yàn)榇藭r(shí)的分組域還沒有經(jīng)過改造，不能保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量。
2.2 3GPP R4的特點(diǎn)與功能
3GPP R4的特點(diǎn)是將控制與承載分開，軟交換MSC服務(wù)器為其控制節(jié)點(diǎn)，從RNC處將控制流與信息流分開，信息流經(jīng)過網(wǎng)關(guān)進(jìn)入IP承載網(wǎng)，控制信息到MSC服務(wù)器，進(jìn)入控制層。與3GPP R99相比，3GPP R4版本中的WCDMA系統(tǒng)核心網(wǎng)設(shè)備在選擇多種的承載網(wǎng)絡(luò)以及建立承載方式上有很大的自由度。
3GPP R4在電路域核心網(wǎng)中主要引入了基于軟交換的分層架構(gòu)，將呼叫控制與承載層相分離，通過MSC服務(wù)器，MG將語音和控制信令分組化，使電路交換域和分組交換域可以承載在一個(gè)公共的分組骨干網(wǎng)上。3GPP R4主要實(shí)現(xiàn)了語音、數(shù)據(jù)和信令承載的統(tǒng)一，這樣可以有效地降低承載網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本；而在核心網(wǎng)中采用壓縮語音的分組傳輸方式，可以節(jié)省傳輸帶寬，降低建設(shè)成本；由于控制和承載分離，使得MG和服務(wù)器可以靈活放置，提高了組網(wǎng)的靈活性，集中放置的服務(wù)器可以使業(yè)務(wù)的開展更快捷。此外，由于3GPP R4網(wǎng)絡(luò)主要是基于軟交換結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，為向R5的順利演變奠定了基礎(chǔ)。
3GPP R4存在的主要問題包括由于采用了分層結(jié)構(gòu)，不同廠家的支持度不一樣，產(chǎn)品成熟度不一樣，可能出現(xiàn)隔離島現(xiàn)象；由于新接口的引入，多廠家的支持需更多時(shí)間；IP技術(shù)在處理實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)時(shí)QoS方面存在缺陷，且全球尚無大規(guī)模商用的先例。
3GPP R4的主要功能包括為電路域各實(shí)體間提供標(biāo)準(zhǔn)化接口，MSC服務(wù)器通過H.248控制MG完成媒體間的轉(zhuǎn)換；信令可用IP承載；語音分組化實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)帶寬動(dòng)態(tài)分配，并且對(duì)帶寬要求有所下降；TD-SCDMA無線接口技術(shù)在3GPP R4階段被3GPP所接納。
與3GPP R99相比，3GPP R4業(yè)務(wù)趨向?qū)崟r(shí)化和多樣化，主要包括實(shí)時(shí)傳真、PS域?qū)崟r(shí)業(yè)務(wù)切換、多媒體消息服務(wù)、面向分組數(shù)據(jù)服務(wù)的運(yùn)營(yíng)者決定的閉鎖業(yè)務(wù)、在端到端應(yīng)用透明的PS域流業(yè)務(wù)；定位業(yè)務(wù)的增強(qiáng)；VHE概念智能業(yè)務(wù)的增強(qiáng)等。
由于3GPP R4系統(tǒng)在核心網(wǎng)電路域采用了軟交換技術(shù)，引入了全新的協(xié)議，并且國(guó)際上有3GPP R4系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商也不多，同時(shí)，隨著NGN技術(shù)的逐漸成熟，基于軟交換技術(shù)的3GPP R4電路域核心網(wǎng)在業(yè)界引起了廣泛的討論，3GPP R4是否具備基本的可用性，是否具備大規(guī)模組網(wǎng)的能力，是否能夠滿足接口的開放并具備多廠家供貨環(huán)境的要求，都需要通過測(cè)試來進(jìn)行驗(yàn)證。因此，在3G技術(shù)中引入3GPP R4部分的試驗(yàn)和測(cè)評(píng)是非常必要的，也是非常及時(shí)的。
目前，對(duì)3GPP R4版本W(wǎng)CDMA系統(tǒng)核心網(wǎng)的全面測(cè)試仍在進(jìn)行之中，3GPP R4版本核心網(wǎng)設(shè)備應(yīng)具有的典型業(yè)務(wù)功能還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。不同廠家的MSC服務(wù)器之間的互通比較簡(jiǎn)單可行，但要在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同廠家的MSC服務(wù)器和MG設(shè)備之間的互通，目前還有很多工作要做，這些問題也值得運(yùn)營(yíng)商在選擇3GPP R99或3GPP R4版本設(shè)備組網(wǎng)方案時(shí)加以關(guān)注。
3、3GPP R5
隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)和無線互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，WCDMA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸向全I(xiàn)P化方向發(fā)展，先是核心網(wǎng)，然后是全網(wǎng)IP化，R5成為全I(xiàn)P的第一個(gè)版本。
3GPP R5版本功能于2002年6月份確定。R5階段接入網(wǎng)部分采用全I(xiàn)P，核心網(wǎng)部分主要是引入了IMS域，它是基于PS(分組域)之上的多媒體業(yè)務(wù)平臺(tái)，用于提供各種實(shí)時(shí)的或非實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)。R5的早期仍然保留電路域，話音由其實(shí)現(xiàn)；到后期CS和PS將完全融合，所有業(yè)務(wù)由IP承載，全網(wǎng)從接入到交換實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化。R5階段只完成了IMS子系統(tǒng)的基本功能的描述，大量?jī)?nèi)容有待于在R6中解決。
3.1 3GPP R5標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)
3GPP R5在接入網(wǎng)部分通過引入IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)端到端的全面IP化。這些技術(shù)包括HSDPA(高速下行鏈路數(shù)據(jù)分組接入)技術(shù)，其峰值數(shù)據(jù)速率可高達(dá)8～10Mbit/s，時(shí)延更小；UE定位增強(qiáng)功能，3GPP R5提供了更多的支持定位業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)手段。
在核心網(wǎng)，3GPP R5協(xié)議引入了IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)。IMS疊加在分組域網(wǎng)絡(luò)之上，支持PS域IP業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化方案，由CSCF(呼叫狀態(tài)控制功能)、MGCF(媒體網(wǎng)關(guān)控制功能)、MRF(媒體資源功能)和HSS(歸屬用戶服務(wù)器)等功能實(shí)體組成，如圖4所示。
圖4 3GPP R5的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
在3GPP R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，呼叫控制部分是最重要的功能。CSCF、MGCF、R-SG(漫游信令網(wǎng)關(guān))、T-SG(傳輸信令網(wǎng)關(guān))、MG和MRF共同完成了呼叫控制和信令功能。CSCF與H.323關(guān)守或SIP服務(wù)器相似。此體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)通用結(jié)構(gòu)而不是基于一個(gè)具體的H.323或SIP的呼叫控制解決方案。
HSS替代了原有的HLR，它包含了原有HLR和AuC的功能并對(duì)其進(jìn)行了擴(kuò)展。HSS是網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)用戶的主數(shù)據(jù)庫，存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)實(shí)體完成呼叫/會(huì)話處理相關(guān)的業(yè)務(wù)信息(如用戶標(biāo)識(shí)符、編號(hào)和尋址信息)、用戶安全信息(鑒權(quán)和認(rèn)證等網(wǎng)絡(luò)接入控制)、用戶位置信息以及用戶基本數(shù)據(jù)信息。HSS和HLR一樣，負(fù)責(zé)維護(hù)和管理有關(guān)用戶的識(shí)別碼、地址信息、安全信息、位置信息和簽約服務(wù)等用戶數(shù)據(jù)。與IP多媒體網(wǎng)絡(luò)通信有關(guān)的信令只能通過CSCF，而業(yè)務(wù)則直接通過GGSN就可。
MG可以作為終結(jié)點(diǎn)處理來自電路交換網(wǎng)的承載信道或分組網(wǎng)的數(shù)據(jù)流。MG支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制和負(fù)荷處理(如編解碼、回聲抑制和會(huì)議橋接等)，在IMS中MG還要與MGCF進(jìn)行交互以完成資源控制的功能。
SG完成SS7網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸層信令轉(zhuǎn)換。SG并不解析應(yīng)用層信令消息(如MAP、CAP、BICC或ISUP等)，但可以解析低層的SCCP或SCTP等信令以便選擇正確的路由。
MRF控制媒體流資源，或者混合不同的媒體流。CSCF是與IMS終端進(jìn)行首次接觸的節(jié)點(diǎn)，完成入呼叫網(wǎng)關(guān)功能、呼叫業(yè)務(wù)觸發(fā)功能和路由選擇功能，是最主要的軟交換控制實(shí)體；MGCF負(fù)責(zé)處理協(xié)議的轉(zhuǎn)換、控制來自CS域的業(yè)務(wù)等，它根據(jù)被叫號(hào)碼和來話情況選擇CSCF，并完成PSTN和IMS之間呼叫控制協(xié)議轉(zhuǎn)換以及控制IMS的媒體網(wǎng)關(guān)(IM-MG)通道的呼叫狀態(tài)。MRF與所有業(yè)務(wù)承載實(shí)體協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)承載事宜，而與CSCF協(xié)商信令承載事宜。MRF提供媒體混合、復(fù)用以及其它處理功能。
CSCF負(fù)責(zé)對(duì)用戶多媒體會(huì)話進(jìn)行處理，其功能包括多媒體會(huì)話控制、地址翻譯以及對(duì)業(yè)務(wù)協(xié)商進(jìn)行服務(wù)轉(zhuǎn)換等。CSCF實(shí)現(xiàn)了多媒體呼叫中主要的軟交換控制功能，與IETF架構(gòu)中的SIP服務(wù)器類似。CSCF根據(jù)功能的不同分為代理CSCF、服務(wù)CSCF、查詢CSCF。
MGCF控制與IM-MG中媒體信道連接控制有關(guān)的呼叫狀態(tài)并且與CSCF通信，根據(jù)其它網(wǎng)絡(luò)來話路由號(hào)碼選擇CSCF，完成ISUP和IMS呼叫控制協(xié)議的轉(zhuǎn)換，接收信息并轉(zhuǎn)發(fā)到CSCF/IM-MG。
與其它網(wǎng)絡(luò)(如PLMN、其它分組數(shù)據(jù)網(wǎng)、其它多媒體VoIP網(wǎng)絡(luò)和2G繼承網(wǎng)絡(luò)GSM)的互連互通由GGSN、MGCF、MG、R-SG和T-SG協(xié)同完成。其它PLMN網(wǎng)絡(luò)與3GPP R5網(wǎng)的信令和業(yè)務(wù)接口是其GPRS實(shí)體。CSCF作為一個(gè)新的實(shí)體通過信令也參與此過程。到繼承網(wǎng)絡(luò)的信令通過R-SG、CSCF、MGCF、T-SG和HSS，而與PSTN網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載接口通過MG。
3GPP R5版本中IMS的引入，為開展基于IP技術(shù)的多媒體業(yè)務(wù)創(chuàng)造了條件。R5主要提供端到端的IP多媒體業(yè)務(wù)，除原有CAMEL和OSA業(yè)務(wù)外，新增加了支持SIP業(yè)務(wù)的功能，如VoIP、PoC、即時(shí)消息、MMS、在線游戲以及多媒體郵件等。同時(shí)，為解決IP管理問題，IMS引入了IPv6。目前，全球運(yùn)營(yíng)商正在進(jìn)行基于SIP協(xié)議的系統(tǒng)和業(yè)務(wù)測(cè)試，尤其是不同運(yùn)營(yíng)商的互通測(cè)試成為一個(gè)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，它代表了未來業(yè)務(wù)的發(fā)展方向。業(yè)界普遍認(rèn)為，WCDMA將是運(yùn)營(yíng)商部署IPv6網(wǎng)絡(luò)的最大推動(dòng)力。
3.2 3GPP R5的新增功能
3GPP R5對(duì)初始的分組域進(jìn)行了改造，由于這個(gè)分組域不能保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS。其最主要的特點(diǎn)是增加了能保證移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)腎MS模塊，到3GPP R5階段核心網(wǎng)的改造基本完成，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)是綜合的，包括實(shí)時(shí)的、非實(shí)時(shí)的、話音、數(shù)據(jù)和多媒體等。由于R5版本中控制層、承載層與業(yè)務(wù)層完全分開，這種架構(gòu)有利于新業(yè)務(wù)和新功能的引入，并能保證電信級(jí)的質(zhì)量。
R5的新增功能主要包括增加了IMS域，能夠提供由PS域接入的基于SIP的實(shí)時(shí)的和非實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)；引入了HSDPA，該技術(shù)能夠提供高速下行分組接入，速率達(dá)8～10Mbit/s，它是無線接口基于WCDMA的演進(jìn)，能提高系統(tǒng)容量和分組數(shù)據(jù)的吞吐量，并可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能；UE定位增強(qiáng)功能；接入網(wǎng)部分通過引入IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)端到端的全I(xiàn)P化；支持CAMEL Phase4；增強(qiáng)的OSA。
相對(duì)于3GPP R4，R5由于標(biāo)準(zhǔn)定稿不久，同時(shí)大量業(yè)務(wù)因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，不得不推后到R6考慮，故IMS域目前還無法完全取代3GPP R4分組化的CS域，即R5仍然需要3GPP R4分組化CS域的部署實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)(如話音等)，它只是3GPP R4的補(bǔ)充和滿足IP多媒體業(yè)務(wù)需求的一個(gè)版本。
4、3GPP R6
到了3GPP R6版本階段，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面已沒有太大的變更，主要是增加了一些新的功能特性，以及對(duì)已有功能特性的增強(qiáng)。3GPP R6版本功能于2004年12月確定。
在R6版本中，UMTS移動(dòng)網(wǎng)為PTT(一鍵通)業(yè)務(wù)提供承載能力，PTT業(yè)務(wù)應(yīng)用層規(guī)范由OMA(開放移動(dòng)聯(lián)盟)制定；用戶經(jīng)過WLAN接入時(shí)可與UMTS用戶一樣使用移動(dòng)網(wǎng)業(yè)務(wù)，有多個(gè)互通層面，包括統(tǒng)一鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、利用移動(dòng)網(wǎng)提供的PS和IMS業(yè)務(wù)、不同接入方式切換時(shí)業(yè)務(wù)不中斷；多個(gè)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商共享接入網(wǎng)，且有各自獨(dú)立的核心網(wǎng)或業(yè)務(wù)網(wǎng)。
3GPP R6版本計(jì)劃推出以下功能，考慮到版本凍結(jié)時(shí)間，一些功能有可能推遲，成為后續(xù)R7版本的工作任務(wù)。
(1)引入HSUPA，HSDPA屬于R5中的內(nèi)容，主要用于對(duì)下行分組域的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行增強(qiáng)；在R6中，3GPP正在致力于HSUPA標(biāo)準(zhǔn)的制定。HSUPA主要是用于對(duì)上行分組域的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行增強(qiáng)；
(2)多媒體廣播和多播，網(wǎng)絡(luò)需要增加廣播和多播中心功能實(shí)體，多媒體廣播和多播(MBMS)業(yè)務(wù)對(duì)用戶終端、接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)均有新的需求，并需要對(duì)空中信道、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)接口信令進(jìn)行修改；
(3)增強(qiáng)空中接口，支持不同頻率的UMTS系統(tǒng)，包括UMTS850、UMTS800、UMTS1.7/2.1GHz，增強(qiáng)了不同頻率和不同系統(tǒng)間的測(cè)量；
(4)基于PS和IMS的緊急呼叫業(yè)務(wù)，改變僅電路域支持緊急呼叫業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀，提出IMS緊急呼叫業(yè)務(wù)，對(duì)PS有一定的影響；
(5)定位業(yè)務(wù)增強(qiáng)，支持IMS公共標(biāo)識(shí)，伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用于定位業(yè)務(wù)研究、UE定位增強(qiáng)、開放式移動(dòng)定位服務(wù)中心——服務(wù)無線電網(wǎng)絡(luò)控制器接口；
(6)增強(qiáng)RAN，從UTRAN到GERAN(GSM/EDGE無線接入網(wǎng))網(wǎng)絡(luò)輔助的小區(qū)改變對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響、天線傾角的遠(yuǎn)端控制、RAB支持增強(qiáng)、Iu-b/Iu-r接口無線資源管理的優(yōu)化；
(7)IMS(IP多媒體子系統(tǒng))第二階段，這是在R5 IMS第一階段基礎(chǔ)上提供的新特性，它包括IMS本地業(yè)務(wù)/Mm接口(UE與外部IP多媒體網(wǎng)之間的互通)、IMS與CS互通、Mn接口(IM-MG與MGCF之間)增強(qiáng)、Mp接口(MRFC與MRFP之間)協(xié)議定義、R6監(jiān)聽的需求和網(wǎng)絡(luò)框架、PDF與P-CSCF之間的Gq接口策略控制、基于IPv4與基于IPv6的IMS互通和演進(jìn)、Cx和Sh接口增強(qiáng)、IMS群組管理、IMS附加SIP能力、IMS會(huì)議業(yè)務(wù)、IMS消息業(yè)務(wù)；
(8)基于不同IP連接網(wǎng)的IMS互通，3GPP IMS用戶與3GPP2 IMS、固網(wǎng)IMS等用戶之間的互通；
(9)Push業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)向用戶Push內(nèi)容，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)和用戶的能力推出多種實(shí)現(xiàn)方案；
(10)在線，實(shí)時(shí)了解用戶的狀態(tài)和可及性等信息；
(11)增強(qiáng)安全，基于IP傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)域安全，應(yīng)用IPSec等安全技術(shù)；
(12)WLAN-UMTS互通，用戶經(jīng)過WLAN接入時(shí)可與UMTS用戶一樣使用移動(dòng)網(wǎng)業(yè)務(wù)，有多個(gè)互通層面，包括統(tǒng)一鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、利用移動(dòng)網(wǎng)提供的PS和IMS業(yè)務(wù)、不同接入方式切換時(shí)業(yè)務(wù)不中斷；
(13)優(yōu)先業(yè)務(wù)，指導(dǎo)電路域優(yōu)先業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)，分組域和IMS優(yōu)先業(yè)務(wù)將來考慮；
(14)網(wǎng)絡(luò)共享，多個(gè)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商共享接入網(wǎng)，有各自獨(dú)立的核心網(wǎng)或業(yè)務(wù)網(wǎng)；
(15)增強(qiáng)QoS，提供端到端QoS動(dòng)態(tài)策略控制增強(qiáng)；
(16)計(jì)費(fèi)管理，WLAN計(jì)費(fèi)、基于IP流的承載計(jì)費(fèi)和在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)；
(17)PoC(無線一鍵通)，UMTS移動(dòng)網(wǎng)為PTT業(yè)務(wù)提供承載能力，PTT業(yè)務(wù)應(yīng)用層規(guī)范由OMA制定。
5、3GPP R7
3GPP在R7版本主要繼續(xù)R6未完成的標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)(如MIMO技術(shù)，包括多種MIMO實(shí)現(xiàn)技術(shù)等)，考慮支持通過CS域承載IMS話音、通過PS域提供緊急服務(wù)、提供基于WLAN的IMS話音與GSM網(wǎng)絡(luò)的電路域的互通、提供xDSL和Cable Modem等固定接入方式。同時(shí)，引入OFDM，完善HSDPA和HSUPA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，R7標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。
隨著用戶對(duì)多業(yè)務(wù)需求的不斷提高，WCDMA標(biāo)準(zhǔn)在不同的版本中引入很多新業(yè)務(wù)，使業(yè)務(wù)向多樣化、個(gè)性化方向發(fā)展，代表性的有虛擬歸屬環(huán)境概念、引入基于IP的多媒體業(yè)務(wù)及其它形式多樣的補(bǔ)充業(yè)務(wù)等。WCDMA系統(tǒng)的整體演進(jìn)方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向全I(xiàn)P化發(fā)展，業(yè)務(wù)向多樣化、多媒體化和個(gè)性化方向發(fā)展，無線接口向高速傳輸分組數(shù)據(jù)發(fā)展，小區(qū)結(jié)構(gòu)向多層次、多制式重復(fù)覆蓋方向發(fā)展，用戶終端向支持多制式、多頻段方向發(fā)展。
6、結(jié)論
目前，全球主要設(shè)備廠商都在積極跟蹤和研發(fā)基于WCDMA技術(shù)的3G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，日本DoCoMo早在1991年就啟動(dòng)了WCDMA的研發(fā)工作，并于2001年下半年推出WCDMA可商用系統(tǒng)及產(chǎn)品樣機(jī)。同時(shí)，WCDMA商用進(jìn)程也已開始，NEC為日本的DoCoMo提供了世界上第一個(gè)WCDMA商用網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)在2001年5月開始試運(yùn)行，并于2001年10月正式運(yùn)行。歐洲也已完成WCDMA國(guó)際漫游測(cè)試，全球各大運(yùn)營(yíng)商對(duì)參與WCDMA運(yùn)營(yíng)持積極態(tài)度，國(guó)內(nèi)幾大運(yùn)營(yíng)商也在積極爭(zhēng)取3G牌照，并競(jìng)相開展WCDMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，為WCDMA運(yùn)營(yíng)做前期準(zhǔn)備。綜觀全球3G發(fā)展現(xiàn)狀，3G技術(shù)正處于發(fā)展和完善階段，而在技術(shù)發(fā)展與可演進(jìn)能力方面，WCDMA相比其它兩種主流技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論