3G技术WCDMA核心网原理及关键技术

中国联通广东省分公司WCDMA核心网原理及关键技术－2－•WCDMA网络结构•核心网的演变•WCDMA与GSM/GPRS的比较•业务流程介绍•R4关键技术介绍•编号计划提纲－3－WCDMAR99系统基本结构Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域3GCNGMSCMSCMSCPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNGSM无线接入WCDMA无线接入－4－MSC主要功能呼叫处理呼叫处理、号码存储和译码、路由选择回声抑制、AMR话音编解码、数据传输安全保密鉴权和加密功能、完整性保护TMSI的分配VLR数据管理用户数据管理、用户数据检索位置登记、鉴权；漫游/切换号码分配移动性管理位置更新、切换/漫游登记、IMSI查询功能计费话单处理话单采集、话单格式转换话单存储－5－TMSC1TMSC1STPHLRTMSC1TMSC1VMSCIW/GMSCVMSCVMSCGMSCTMSC2TMSC2MSC组网应用MSC可以同时承担VMSC、TMSC、GMSC、短消息互通网关IW/GMSC以及STP的功能，满足运营商在3G网络建设初期快速建网的需求。－6－HLR/AuC主要功能用户信息业务信息签约信息位置信息基本用户数据管理CAMEL业务管理CAMEL签约数据管理O_CSIT_CSISS_CSI用户鉴权数据管理鉴权信息管理位置更新切换路由区更新等移动性管理－7－R99核心网电路域各接口信令RNSRNSMSCNO.7MSCHLRSMCSCPRANAPRANAPTUP/ISUPMAPCAPMAP－8－R99核心网电路域各接口话音编码GMSCMSCPSTNTDMRNSAMRG.711G.711MSC需要完成AMR编码到64K的转换工作－9－分组域网元在移动网络中的位置RNCNodeBTDM/ATMPSTNIPIu-PSGnGnGpGiCGBillingCenterGaHLRMSCGGSNGMSC移动性管理网络接入控制用户数据和会话管理计费信息收集路由选择和转发路由选择与转发封装和隧道传输用户数据和会话管理动态分配IP地址计费信息收集用户认证、安全管理Inter-PLMN计费信息收集话单格式转换BSCBTSSGSNGbInternet－10－现网GPRS网络组网方式IP网广州北京全国OMCDNSDNSBGBGOtherPLMNOtherPLMNA省B省C省GPRS全国骨干网RouterDNSCGGGSNSGSNSGSNCGRouterBSSBSSSS7SS7C省本地网1C省本地网2C省OMCCGRouterGGSNSGSNDNSBSSA省本地网SS7A省OMCCGRouterGGSNSGSNDNSBSSB省本地网SS7B省OMC－11－SGSN主要功能路由选择转发支持对PDPPDU的封装和去封装功能用户数据管理存储、修改和删除当前用户数据并支持HLR插入或删除用户数据移动性管理附着、分离、位置管理、清除、业务请求计费话单处理话单采集、话单格式转换话单存储GPRS寻呼、Gs联合寻呼、RNC无线资源管理无线资源管理－12－路由选择与转发、地址翻译和映射封装和隧道传输用户数据管理会话管理、互通功能IP地址管理计费信息收集用户认证，支持透明/非透明的Internet接入功能GGSN主要功能－13－R99核心网分组域各接口信令SMCGGSNSGSNRNSNO.7HLRMSCGPRSbackboneRANAPMAPMAPGTP-C－14－CG网络结构图计费中心BSGPRSBoreTCP/IP网络SGSN/GGSNSGSN/GGSNCGTCP/UDPGTP'协议FTAM/FTPFTAM/FTPCGOMMServerCGOMMClientCGOMMClient－15－SGSNGGSNBackboneNetworkS-SMT-CDRS-CDRM-CDRS-SMO-CDRG-CDRCG处理的的话单－16－CDR记录的类型S-CDR——SGSN产生的PDP上下文相关的计费信息。G-CDR——GGSN产生的PDP上下文相关的计费信息。M-CDR——SGSN产生的和移动性管理有关的计费信息。S-SMO-CDR——SGSN产生的发送短消息的计费信息。S-SMT-CDR——SGSN产生的接收短消息的计费信息。－17－WCDMAR4系统基本结构Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWPSTN/ISDNHLRGGSNSGSNGSM无线接入WCDMA无线接入MGWGMSCServer2GNETR-SGWT-SGW－18－R4网络特征SCPMSCServerGMSCServer业务网络HLRATM/IPBackboneH.248MGWUTRANH.248PSTN/GSMMGWR4的网络结构采用NGN的分层架构，在控制层、传送层、接入层实现了分离，是移动和固定NGN融合的起点实现业务和控制的分离考虑到IP网络的一些固有问题，TDM技术成为可选的话音承载方式－19－WCDMAR4网络的特点WCDMA网络在向全IP演进的过程中是逐步演进的，首先实现电路域的IP传输，然后再考虑实现WCDMA整个网络的IP传输；R4网络和R99相比，主要的变化在CS域，PS域没有任何变化；R4CS域基于呼叫控制与承载分离的思想，将MSC分为MGW和MSCServer；R4核心网内部的信令采用IP传输；为了实现和PSTN以及其它非IP的PLMN之间的信令互通，增加了T-SGW（传输信令网关）和R-MGW（漫游信令网关）；T-SGW和R-MGW是逻辑的功能实体，在物理上，两者可能是合一的；R4新增的接口和协议：Mc：MSCServer～MGW，H.248协议；Nb：MGW～MGW之间，协议取决于承载，若采用ATM承载，则采用AAL2承载AMR码流；若采用IP承载，则采用RTP承载AMR码流。Nc：MSCServer～MSCServer之间，采用BICC协议－20－MSCSERVER功能介绍McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTN继承R99MSC的所有电路域控制面功能，承载面的交换功能由MGW以多种承载方式实现；对外提供纯粹的信令接口；集成R99VLR功能，以处理移动用户业务及CAMEL相关数据；对电路域基本业务及补充业务涉及的MGW中承载终端及媒体流的控制，是通过3G扩展的H.248协议来实现的；与其他MSCserver间通过BICC信令实现承载无关的局间呼叫控制；支持MGW及自身的登记及故障恢复操作，并可要求MGW主动上报其终端特性SGWNO.7－21－GMSCSERVER功能介绍McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7由GMSC的呼叫控制和移动控制组成，只完成GMSC的信令处理功能。具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，网络如不能查询该用户所属的HLR，则需要通过GMSCserver查询，然后将呼叫转接到目前登记的MSCserver中。通过H.248协议控制MGW中媒体通道的接续。支持BICC与TUP/ISUP的协议互通。－22－MGW功能介绍McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7是R4核心网承载面的网关设备，位于CS核心网通往无线接入网（UTRAN/BSS）及传统固定网（PSTN/ISDN）的边界处；是Iu、PSTN/PLMN接口的承载通道，以及分组网媒体流（如RTP流）的终结点MGW不负责任何移动用户相关的业务逻辑处理。而是通过H.248信令，接受来自(G)MSCserver的控制命令MGW可以支持媒体转换、承载控制及业务交换等功能，如GSM/UMTS各类语音编解码器、回音消除器、IWF、接入网与核心网侧终端媒体流的交换，会议桥、放音收号资源等支持电路域业务在多种传输媒介（基于AAL2/ATM,TDM，或基于RTP/UDP/IP)上的实现，提供必要的承载控制－23－SGW功能介绍信令网关SGW在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP3用户的传输层信令协议栈的双向转换(SIGTRANM3UA/SCTP/IP=SS7MTP3/2/1)。SGW在物理实现上可与(G)MSCserver或MGW合一McMcNbNcMSCServerGMSCServerMGWMGWUTRANR99/GSM/PSTNSGWNO.7－24－R4核心网信令系统RNSBSS接入侧信令网关控制信令/承载控制信令BSSAPRANAP承载控制信令BICC/TUP/ISUPH.248H.248ALCAP局间信令MAPMAPCAP移动性管理和业务MSCserverMGWMSCserverMGWHLRSMCSCP－25－WCDMAR5系统基本结构CS域PS域MSCServerGMGWHSSGGSNSGSNWCDMA无线接入MGWGMSCServerIMS域IMS-MGWSGWMGCFCSCFPSTNNo.7－26－WCDMA各版本以及和2G的比较系统版本无线接入网核心网电路域核心网分组域GSM/GPRS1）FDDTDMA2）数据业务带宽可达114Kbps1）采用TDM技术组网1）采用IP技术组网，2）GSN之间采用GTP协议3GPPR991）FDDWCDMA（5MHz载频）2）无线接入网采用ATM技术3）数据业务带宽可达2Mbps1）和GSM核心网相同2）AMR编码，并将编解码器从无线侧移到核心网络侧.1）和GPRS核心网基本相同3GPPR41）和R99无线接入网基本相同2）增加对TD-SCDMA的支持1）呼叫控制和承载完全分离2）IP/ATM/TDM多种组网方式3）基于IP/ATM组网时可采用TrFO节省传输资源1）和R99核心网分组域完全相同3GPPR51）和R99无线接入网基本相同，但采用IP传输2）采用HSDPA等新技术，提高无线接口数据业务速率1）对电路域不作要求，和R99或R4电路域相同1）在分组域上叠加了IP多媒体子系统IMS2）呼叫控制CSCF和媒体网关控制MGCF进一步分离－27－•WCDMA网络结构•核心网的演变•WCDMA与GSM/GPRS的比较•业务流程介绍•R4关键技术介绍•编号计划提纲－28－Iu-CSIu-PSUMTSCNGMSCMSCPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNWCDMA无线接入SCP核心网没有采用分层结构，控制和承载没有分离。电路域骨干传输仍是基于TDM的技术支持CAMEL3，兼容CAMEL2无线接入网Iu、Iur、Iub接口均引入了ATM技术WCDMA向NGN的演进—R99阶段－29－R99技术分析优势R99充分考虑了对现有产品的向下兼容。系统采用分组域和电路域分别承载与处理的方式，分别接入PSTN和公用数据网，从根本上保证了技术在现有网络上的可操作性。实时业务的QoS的保证采用TDM技术组网的成熟性未解决问题R99是网络发展的一个过渡结构，为了满足向下兼容和网络建设的快捷方便，就形成一些固有的缺陷。没有从根本上解决网络后续发展的问题，从而在一定程度上会造成新的投资浪费。－30－WCDMA向NGN的演进—R4阶段网络结构采用NGN的分层架构HCS域PS域UMTSCNMSCServerGMGWPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNWCDMA无线接入MGWGMSCServerMGW可分布于不同的本地网，采用分散接入的方式。可集中在省会城市，采用集中控制的方式。MSCServer实现呼叫控制、业务控制、用户数据库管理等功能；MGW实现UTRAN到ATM/IP，以及PSTN的媒体流转换。－31－R4技术分析优势在核心网络上体现了NGN的体系构架思想。电路域由TDM中心节点交换型演进为典型的分组话音分布式体系结构，业务逻辑与底层承载相分离。网络结构分层增加了业务