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摘要 本文分析了3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特征和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，研究了3G網(wǎng)絡(luò)中核心網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)。探討了媒體網(wǎng)關(guān)處理設(shè)備在WCDMA中的作用及性能，對(duì)其支持核心網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)的融合作了分析研究。
關(guān)鍵詞 3G移動(dòng)通信技術(shù) 媒體網(wǎng)關(guān) 核心網(wǎng)絡(luò) 固定網(wǎng)絡(luò) IP網(wǎng)絡(luò)
一、移動(dòng)通信概述
移動(dòng)通信綜合利用了有線、無線的傳輸方式，為人們提供一種快速便捷的通訊手段。最初的移動(dòng)通信系統(tǒng)為模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，包括AMPS、ETACS、NTACS、NMT和NTT等幾種制式，采用模擬調(diào)制，盡管與現(xiàn)在的通信系統(tǒng)相比有很大缺陷，如頻譜利用率低、業(yè)務(wù)種類有限、無高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、保密性差，易被竊聽和盜號(hào)、設(shè)備成本高、體積大等，但是為人們的信息傳遞帶來了極大的方便。
為了解決模擬系統(tǒng)中存在的這些根本性技術(shù)缺陷，數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且發(fā)展起來，這就是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，典型代表是美國的DAMPS系統(tǒng)、IS-95和歐洲的GSM系統(tǒng)，同第一代相比，在很多方面得到很大的改進(jìn)和提高。
隨著Internet的發(fā)展和IP技術(shù)的不斷成熟，人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求量正在日益高速增加，但是固定的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)無法保證人們隨時(shí)隨地接收各種數(shù)據(jù)，同時(shí)第二代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)只能夠傳輸語音和提供低速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。從1996年開始，為了解決中速數(shù)據(jù)傳輸問題，又出現(xiàn)了2.5代的移動(dòng)通信系統(tǒng)，如GPRS和IS-95B。
為了滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從話音業(yè)務(wù)發(fā)展到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，從數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展到多媒體業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)和圖像的綜合傳輸，包括基于用戶的需求而開發(fā)的第三方增值業(yè)務(wù)，這些已經(jīng)成為目前最迫切的需求。同時(shí)多承載的網(wǎng)絡(luò)體系將逐步演化成全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)，有效的提供業(yè)務(wù)和保護(hù)投資。
二、2G與3G通信技術(shù)
目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要是以GSM和IS95的二代網(wǎng)絡(luò)為主，同時(shí)基于這兩種結(jié)構(gòu)的2.5代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPRS和CDMA已經(jīng)開始區(qū)域性商用化。但是由于2.5代網(wǎng)絡(luò)只能提供中速的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，目前基于這兩種體系的第三代網(wǎng)絡(luò)WCDMA和CDMA2000正在進(jìn)行區(qū)域化試用，即將投入運(yùn)行，這將為用戶提供綜合的數(shù)據(jù)、語音和多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)。此外還包括由我國提出的TD-SCDMA體制，屬于目前的三種重要標(biāo)準(zhǔn)之一�；贑DMA的移動(dòng)傳輸技術(shù)和基于IP/ATM分組的承載技術(shù)是第三代移動(dòng)通信技術(shù)今后網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。
第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)標(biāo)準(zhǔn)(WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA等)的發(fā)展增強(qiáng)和改進(jìn)了2.5G的無線接入網(wǎng)和移動(dòng)核心網(wǎng)，并在其基礎(chǔ)上逐步演進(jìn)為可以兼容電路交換和數(shù)據(jù)分組交換、支持峰值速率2Mbit/s多媒體業(yè)務(wù)的傳輸系統(tǒng)，但3G系統(tǒng)仍無法滿足未來移動(dòng)用戶對(duì)高速、寬帶數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)和更高服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求。
三、WCDMA技術(shù)R4及R5
WCDMA根據(jù)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展的過程又分為R99和R00兩個(gè)版本，R00根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一化進(jìn)程，又分為R4和R5兩個(gè)版本，R99和R00之間的最大區(qū)別在于核心網(wǎng)絡(luò)中的接口和設(shè)備形態(tài)，其中R99核心網(wǎng)CS域MSC設(shè)備之間采用TDM或者ATM連接，主要采用TDM連接，目前已經(jīng)有穩(wěn)定的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)有基于R99的WCDMA產(chǎn)品推出。
R4版本的核心網(wǎng)CS域設(shè)備首次實(shí)現(xiàn)了呼叫控制與承載分離，將MSC分離為負(fù)責(zé)呼叫控制的MSC Sever和媒體流承載/轉(zhuǎn)換的MGW設(shè)備，其中與接入網(wǎng)側(cè)設(shè)備采用ATM承載，核心網(wǎng)絡(luò)不同設(shè)備之間采用IP/ATM/TDM連接，采用呼叫控制與承載分離的最大特點(diǎn)在于：
(1)對(duì)于運(yùn)營商來說，由于核心網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的各主要組成部件(硬件、呼叫控制與業(yè)務(wù)邏輯及增值業(yè)務(wù)等)的分離，各部件降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和維護(hù)難度，同時(shí)各部件不必為同一個(gè)運(yùn)營商所有，相互間有標(biāo)準(zhǔn)信令接口的交互支持，使得用戶可以選擇多家供應(yīng)商的設(shè)備，保證構(gòu)建質(zhì)量最佳的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也促進(jìn)了電信市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)與繁榮；
(2)對(duì)于設(shè)備供應(yīng)商來說，不需要為每一種可能的業(yè)務(wù)承載方式(IP、ATM、FR、TDM等)都重新開發(fā)相應(yīng)核心網(wǎng)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橥籑SC server可與依據(jù)不同運(yùn)營商需求設(shè)計(jì)特殊的傳輸網(wǎng)絡(luò)配合完成移動(dòng)業(yè)務(wù)管理；
(3)根據(jù)實(shí)際需求，運(yùn)營商可以在復(fù)雜組網(wǎng)中更加靈活地部署業(yè)務(wù)控制節(jié)點(diǎn)和承載傳輸設(shè)備，可使多個(gè)MGW共享同一個(gè)MSC server，從而優(yōu)化全網(wǎng)投資；
(4)核心網(wǎng)的媒體網(wǎng)關(guān)可同時(shí)服務(wù)于電路域、分組域及IP多媒體域的業(yè)務(wù)承載需求，進(jìn)一步節(jié)省運(yùn)營商投資。
R5的WCDMA網(wǎng)絡(luò)則是基于全I(xiàn)P進(jìn)行構(gòu)建，所有的業(yè)務(wù)基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，有效降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)成本，同時(shí)增加IMS(IP Multiple Media Sub—system，IP多媒體子系統(tǒng))等。
R4版本的WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖1所示：
圖1 R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)主要包括UE(User Equipment，用戶設(shè)備)、RAN(Radio Access Network，無線接入網(wǎng)絡(luò))和CN(Core Network，核心網(wǎng)絡(luò))，其中UE主要為用戶手持設(shè)備，接入網(wǎng)絡(luò)包括節(jié)點(diǎn)NodeB、節(jié)點(diǎn)控制設(shè)備RNC等，完成用戶數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)的接入服務(wù)，同時(shí)將呼叫控制和媒體分離，在核心網(wǎng)絡(luò)中，主要分CS(circuit switch，電路交換域)域和PS(packet switch，分組交換域)域，CS主要完成移動(dòng)業(yè)務(wù)中的語音業(yè)務(wù)，而PS域完成高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(Internet服務(wù))，另外還包括BS(broadcast switch)，HLR(Home Location Register，歸屬位置寄存器)、CG(charging gateway，計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān))等設(shè)備，這里不再加以說明。
CS域包括MGW和MSC Server兩個(gè)物理實(shí)體，共同完成3G核心網(wǎng)絡(luò)CS域的交換功能，根據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的位置和功能不同，又分為關(guān)口局和端局兩種，
四、媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備
通用的媒體網(wǎng)關(guān)處理設(shè)備，主要應(yīng)該能用于WCDMA R4版本的核心網(wǎng)絡(luò)CS域，通用媒體網(wǎng)關(guān)作為語音業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載設(shè)備，完成不同網(wǎng)絡(luò)之間的承載轉(zhuǎn)換、語音、多媒體信息和數(shù)據(jù)處理功能，提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)和電路相關(guān)業(yè)務(wù)的傳輸和交換功能，實(shí)現(xiàn)3G無線接入網(wǎng)絡(luò)電路域的業(yè)務(wù)流到公共分組交換網(wǎng)絡(luò)(H.323網(wǎng)絡(luò)等)、公共電路交換網(wǎng)絡(luò)(PSTN、ISDN)及其它移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(GSM、CDMA、CDMA2000等)的業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)換，提供IP交換功能，可為無線網(wǎng)絡(luò)向下一代全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。為根據(jù)MGW在網(wǎng)絡(luò)中不同的位置和功能，可以將其定位為無線網(wǎng)絡(luò)端局設(shè)備和關(guān)口局設(shè)備，在3G R5系統(tǒng)中作為綜合關(guān)口局設(shè)備與IM域和PSTN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互通、同時(shí)也可以作為固網(wǎng)MGW設(shè)備與MGC配合，實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合等。
媒體網(wǎng)關(guān)處理設(shè)備應(yīng)該支持標(biāo)準(zhǔn)的H.248協(xié)議實(shí)現(xiàn)媒體資源控制和管理功能，支持基于H.248消息包來實(shí)現(xiàn)R2等隨路信令的映射處理，支持標(biāo)準(zhǔn)SIGTRAN協(xié)議實(shí)現(xiàn)的SS7、ISDN和V5協(xié)議適配功能。設(shè)備可以分為業(yè)務(wù)交換模塊、用戶接入模塊兩大部分。結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
圖2 媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備功能示意圖
其中SSM(Server switching Module業(yè)務(wù)交換模塊)換模塊是整個(gè)設(shè)備的核心單元，提供業(yè)務(wù)流格式處理和交換功能。業(yè)務(wù)交換模塊SSM支持TDM/IP中繼接口，在軟交換設(shè)備控制下可以作為NGN中的TG應(yīng)用，與軟交換設(shè)備聯(lián)合組網(wǎng)可以作為PSTN改造的匯接/長(zhǎng)途/關(guān)口局應(yīng)用。
UAM(User Access Module用戶接入模塊)提供用戶直接接入功能，用戶接入模塊在業(yè)務(wù)交換模塊的配合下完成多種方式的用戶接入功能。用戶接入模塊與業(yè)務(wù)交換模塊聯(lián)合組網(wǎng)，可以作為NGN中的AG應(yīng)用組網(wǎng)，也可以作為NGN架構(gòu)下的端局交換機(jī)應(yīng)用。
用戶接入模塊通過業(yè)務(wù)交換模塊提供上行匯接出口，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)匯聚和網(wǎng)絡(luò)互通。用戶接入模塊可以與業(yè)務(wù)交換模塊放在同一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)，也可以拉遠(yuǎn)放在離用戶比較近的地方。業(yè)務(wù)交換模塊和用戶接入模塊之間采用TDM連接，采用內(nèi)部協(xié)議進(jìn)行通信。
五、結(jié)束語
隨著網(wǎng)絡(luò)的演變，通過軟件升級(jí)，電路域和分組域的業(yè)務(wù)流處理功能可以統(tǒng)一由通用媒體網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的融合是下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)發(fā)展的趨勢(shì)，在今后的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)部分將首先實(shí)現(xiàn)合一，通用媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以與軟交換設(shè)作為固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，提供統(tǒng)一的接入和傳輸平臺(tái)。
