??? 摘? 要: 采用什么樣的網絡結構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的網絡結構,包括接入網、標準Iu接口和核心網的結構、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。?

??? 關鍵詞: UMTS? 無線接入網? 核心網? 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。它將適應各種無線環(huán)境,從城區(qū)到郊區(qū),從丘陵地區(qū)到山區(qū);微蜂窩,微微蜂窩和室內環(huán)境向任何人,在任何時間,任何地方提供業(yè)務。這就要求它能夠全球漫游。各種通信網絡能夠互連互通,是第三代移動通信系統(tǒng)的網絡結構要解決的主要問題。UMTS的網絡結構如圖1所示。它主要由三部分組成,無線接入網、Iu接口和核心網。?

??? UMTS網絡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。允許各種服務網絡和歸屬環(huán)境提供各種通信業(yè)務。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。對漫游用戶,提供和它歸屬環(huán)境一樣的業(yè)務。可靈活地引入新的業(yè)務。?

1 無線接入網(RAN)?

??? 在UMTS結構中包括通用無線接入網,UMTS無線接入網(URAN)。URAN可以有多種不同的實現(xiàn)方式。根據不同的條件和環(huán)境,既可以利用已有的接入網通過進化來實現(xiàn),也可利用先進的技術實現(xiàn)全新的接入網。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。它由一組通過Iu接口連接到核心網的無線網絡子系統(tǒng)(RNS)組成。一個RNS由一個無線網絡控制器(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內宏分集的合并/拆分功能。?

??? 在UTRAN內,無線網絡子系統(tǒng)內的RNCs可通過Iur 進行連接。Iu和Iur接口是邏輯接口。可通過RNCs間的物理的直接連接或通過任一適合的傳輸網絡來傳送Iur。?

??? 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。?

??? UTRAN的功能包括:和整個系統(tǒng)接入控制有關的功能——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。和移動性有關的功能——切換;SRNS重新定位。與無線資源管理和控制有關的功能——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,任意的接入網可以和任意的核心網相連。?

??? Iu接口是分層的結構,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,即不管核心網的類型(3G-MSC或3G-SGSN),UTRAN將提供給核心網一組通用的無線接入承載業(yè)務,UTRAN和核心網節(jié)點間有通用的功能分割。無線網絡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;(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/系統(tǒng)間切換和SRNS重定位過程;(4)與UE無關的一組通用過程,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;(10)一個UE同時接入多個CN;(11)對分組數據流的資源預定機制。?

??? Iu接口允許核心網、無線接入網和傳輸網內獨立的技術進化,O&M設備的進化。Iu接口的規(guī)范應方便一些CS域業(yè)務轉移到PS域。Iu接口用戶平面協(xié)議應獨立于核心網域。對Iu接口的控制平面和用戶平面,無線網絡層和傳輸層應是獨立的。為了使電路/分組交換域根據自己的特點來進化,Iu接口允許不同的協(xié)議棧及PSTN/ISDN域和IP域進行轉換。?

3 核心網(CN)?

??? 核心網也有不同的實現(xiàn)方式。根據不同的條件和環(huán)境,既可以利用已有的核心網通過進化來實現(xiàn),也可建設一全新的、先進的核心網。無論以何種方式,何種技術實現(xiàn)核心網,都要滿足第三代移動通信系統(tǒng)對核心網的要求。?

??? 對UMTS核心網的傳輸要求是:支持電路交換業(yè)務、分組交換業(yè)務、實時/非實時及自適應流量控制業(yè)務;支持各種QoS需求和業(yè)務描述;可以使用戶獲得各種通信業(yè)務,包括許多現(xiàn)在未定義的多媒體和高速率業(yè)務; UMTS業(yè)務能力應考慮大多數終端業(yè)務和用戶應用的非連續(xù)和非對稱的特性,以便更有效的使用網絡資源;當一個應用所需的承載業(yè)務需要多個連接時,承載業(yè)務的屬性可以映射為多個值;所有承載業(yè)務的屬性可以在呼叫建立時進行協(xié)商,且在呼叫(移動臺或網絡發(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)允許在服務網絡中對連接到此服務網絡的不同移動站的業(yè)務進行有效的統(tǒng)計復用。另外還希望UMTS將基于統(tǒng)一的傳輸網。下面介紹一種全IP核心網。?

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

??? 在全IP網中,對無線方面問題的要求有:在此結構內,對業(yè)務和信令都要優(yōu)化無線資源的使用。在核心網和無線接入網間要將和無線有關的功能與和無線無關的功能分開。在無線接入網中,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用不同類型的業(yè)務。對某些實時應用優(yōu)化端到端IP傳輸。使用由網絡控制的、有短暫中斷的切換過程來支持實時應用。無線接入網中的協(xié)議棧支持多種有不同QoS要求的業(yè)務。分組核心網中,使用用于無線接入網的QoS機制的互操作方式和QoS機制。在接入網的空中接口復用不同類型業(yè)務的不同承載能力,都要獲得最大的頻譜利用率。對某些應用,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的數據流。頻譜效率應最大化(如利用統(tǒng)計復用)。?

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

??? 全IP網絡有兩種參考結構。圖3是第一種參考結構,它允許運營者利用基于分組技術和IP電話技術的結構來傳輸第三代無線/移動業(yè)務,支持實時和非實時業(yè)務。此結構具有靈活性和可擴展性來支持與外部網絡的全球漫游和互操作,如PLMN,2G網絡,PDN和其它多媒體VOIP網。此結構由下列關鍵部分組成:無線接入網、GPRS網、呼叫控制、與外部網絡相連的網關和業(yè)務結構。

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

??? 第三代移動通信系統(tǒng)的網絡結構問題是它的一個關鍵問題,非常復雜。接入網與核心網是采用一種實現(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。?

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