UMTS無線接入網(wǎng)技術(shù)概述

UMTS無線接入網(wǎng)技術(shù)概述（李健芳）
    摘要  在對(duì)3GPP Release 99的UTRAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作簡單介紹的基礎(chǔ)上，介紹了UTRAN的整體
功能，對(duì)UTRAN各接口功能作了簡要的概述，最后闡述了全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)方案是未來UMTS網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的
方向。
    關(guān)鍵詞 UMTS UTILAN WCDMA
    一、引言
    移動(dòng)通信經(jīng)歷了第一代模擬系統(tǒng)和第二代蜂窩數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)后，正向著以WCDMA為技術(shù)核
心的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）發(fā)展。UMTS是3GPP制定的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的協(xié)準(zhǔn)，其原則
是將無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)明確分開。核心網(wǎng)是在現(xiàn)有GSM／GPRS基礎(chǔ)上發(fā)展起水的，對(duì)GSM具有
良好的繼承性，將提供更加強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)承載能力和豐富的業(yè)務(wù)功能，諸如實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)、寬
帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等；UTRAN（UMTS TerrestrialAccessNetwork）是將WCDMA技術(shù)應(yīng)用到九線本地環(huán)
路系統(tǒng)，WCDMA的優(yōu)良特性有賴于UTRAN接口功能的允許實(shí)現(xiàn)，Release 99 UTRAN接口基于ATM
分組技術(shù)，高效的ATM分組交換將極大地提高傳輸效率，提高網(wǎng)絡(luò)容量，為UTRAN之間以及UTR
AN同UMTS核心網(wǎng)之間鏈路帶寬的按需配置提供了豐富的選擇。由于UMTS網(wǎng)絡(luò)基于分組交換技術(shù)，
同時(shí)考慮到WCDMA的特性，整個(gè)系統(tǒng)容量將更大，性價(jià)比會(huì)更高。本文將就Release 99 UTRAN
作簡單的概述，
    二、UTRAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    Release 99 UMTS網(wǎng)絡(luò)由兩部分組成：一部分足UTRAN。另一部分是核心網(wǎng)絡(luò)CN，這兩部分
通過Iu接口連接，核心網(wǎng)從邏輯上可分為電路交換域（CS）和分組交換域（PS）、CS域是UMTS
的電路又換核心網(wǎng)，用于支持電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，PS域是UMTS的分組業(yè)務(wù)核心網(wǎng)，用于支持分組數(shù)
據(jù)業(yè)務(wù)（GPRS）和一些多媒體業(yè)務(wù)。根據(jù)UTKAN連接到核心網(wǎng)邏輯域的不同，Iu可分為Iu－CS
和Iu－PS，其中In－CS是UTRAN與CS域的接口，Iu－PS足UTRAN與PS域的接口，UTRAN包括多個(gè)
無線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)RNS。
    無線網(wǎng)絡(luò)了系統(tǒng)又NS包括無線網(wǎng)絡(luò)控制器RNC和一個(gè)或多個(gè)基站NodeB，NodeB和RNC通過
Iub接口互聯(lián)．在UTRAN內(nèi)，不同的RNS通過Iur接口互聯(lián)，Iur可以通過RNC之間的直接物理連
接或通過傳輸網(wǎng)連接。NodeB相當(dāng)于GSM網(wǎng)絡(luò)中的基站收發(fā)信臺(tái)（BTS），它可采用FDD。TDD模
式或雙模式工作，每個(gè)NodeB服務(wù)于一個(gè)無線小區(qū)，提供無線資源的接入功能。RNC相當(dāng)于GSM
網(wǎng)絡(luò)中的基站控制器（BSC），提供無線資源的控制功能。
    三、UTRAN功能概述
    UTRAN的能力包括無線接入承載能力和無線接入承載控制，支持具有個(gè)問的業(yè)務(wù)和性能特
性的無線資源連接的建立、重新協(xié)商和釋改，QoS屬性與承載屬性的重新協(xié)商可能由卜層請(qǐng)求
或無線條件（切換、蜂窩負(fù)載的改動(dòng)等）引起，也可由移動(dòng)站或網(wǎng)絡(luò)發(fā)起。UTRAN將允許一個(gè)
移動(dòng)終端同時(shí)處理多個(gè)無線接入承載業(yè)務(wù)，每個(gè)無線接入承載業(yè)務(wù)可能有各自的速率和性能要
求，但同時(shí)處理無線接入承載業(yè)務(wù)的數(shù)量將受到終端和網(wǎng)絡(luò)能力的限制，UTRAN還將支持廣播
和組播應(yīng)用的無線接入承載。
    UTILAN具有下列業(yè)務(wù)量管理機(jī)制：在連接建立和重新協(xié)商時(shí)應(yīng)用允許接入控制（CAC）；
在連接建立后應(yīng)用使用參數(shù)控制（UPC）。
    對(duì)于由具有不同UTILA模式的UTRAN一組成的UMTS網(wǎng)絡(luò)，蜂窩選擇和尋呼過程應(yīng)允許業(yè)務(wù)區(qū)
域由支持一種特定模式的蜂窩覆蓋或由支持多種模式的蜂窩覆蓋。UMTS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支
持能處理一個(gè)或多個(gè)無線接入承載業(yè)務(wù)的移動(dòng)終端的雙向切換，這種切換是在具有不同UTKA模
式的兩個(gè)UTRAN蜂窩間進(jìn)行的。另外，使用兩種不同UTILA模式的蜂窩間的切換應(yīng)類似于同種模
式間的切換。UTILAN還將支持一個(gè)移動(dòng)終端的無線接入承載業(yè)務(wù)在UTKANr的蜂窩間無縫切換。
    UTILAN應(yīng)使 UMTS移動(dòng)終端位置的確定更容易，可利用各種方法完成定位功能，如基于移
動(dòng)終端的定位、基于網(wǎng)絡(luò)的定位或混合定位結(jié)構(gòu)。在各種無線環(huán)境下，最低的定位精度大約是
50m。UTILAN應(yīng)支持局部業(yè)務(wù)區(qū)域（LSA）的概念，這將使基于局部業(yè)務(wù)區(qū)域和用戶有關(guān)的無線
資源選擇更容易。
    四、UTRAN接口
    1．UTRAN無線接口
    （1）無線傳輸技術(shù)
    3GPP確定UMTS地面無線接入（UTRA）包括兩種模式：非對(duì)稱頻帶的時(shí)分雙工（TDD），選
用TDCDMA，對(duì)稱頻帶中的頻分雙 工（FDD），采用WCDMA。WCDMA主要工作在覆蓋面積較大的區(qū)
域，提供中。低速業(yè)務(wù)，而TD－CDMA則主要偏重于業(yè)務(wù)繁忙的地區(qū)，可以提供速率高達(dá)2Mbit/s
的業(yè)務(wù)。這里僅就WCDMA進(jìn)行討論。
    WCDMA基本參數(shù)：
    ①WCDMA工作頻段：ETSI規(guī)定 1920～1980MHZ頻段分配給FDD上行鏈路，2110～2170MHz頻
段分配給FDD下行鏈路，非對(duì)稱頻段的1900～1920MHz頻段分配給TDD雙工模式使用。
    ②基本工作帶寬為5MHz，但其實(shí)際值可以200kHz為步長，根據(jù)需要可以在4.4～5.2MHz之
間調(diào)整，基本帶寬可以擴(kuò)展至10／20MHz。
    ③基本擴(kuò)頻碼速率4.096Mcps，它電可以擴(kuò)展至8.192／16.384Mcps。
    ④幀長10ms，每幀包含16個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙0.625ms，代表一個(gè)工控周期。
    ⑤上行信道采用 QPSK調(diào)制，下行信道采用 BPSK調(diào)制。
    ⑥功率控制采用開環(huán)+閉環(huán)自適應(yīng)。
    在九線傳輸技術(shù)領(lǐng)域，我國自行研究提出了TDSCDMA，該方案將當(dāng)今國際領(lǐng)先技術(shù)智能大線。
同步C17MA和軟件無線電等融于其中，具有較高的頻譜利用率、較低的成本和較大的靈活性，很
具競(jìng)爭(zhēng)性。
    （2）無線接口協(xié)議
    無線Um接口分為三個(gè)協(xié)議層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路居和高層。物理層為射頻接口部分，數(shù)據(jù)
鏈路層則負(fù)責(zé)提供空中接口的各種邏輯信道，數(shù)據(jù)鏈路后又分為煤質(zhì)接人控制層（MAC）和無線
鏈路控制層（RLC）。MAC主要作用是定義和分配空中接口的各種邏輯信道，使這些信道能被不
同的移動(dòng)終端共享。RLC是基于HDLC的無線鏈路協(xié)議，主要作用是負(fù)責(zé)在高層的數(shù)據(jù)單元加上
RLC地址、幀地址，生成完整的KLC幀，此外RLC還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的尋址和數(shù)據(jù)幀的重發(fā)控制。
    無線接口的邏輯信道分為兩類：公用信道和專用信道。
    ①公共信道，用于多個(gè)用戶共事在網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端間傳遞用戶信息或控制信息。公用信道
又分為廣播控制信道（BCCH）、前向接入信道（FACH）、尋呼信道（PCH）、隨機(jī)接入信道
（RACH）。BCCH是下行鏈路中用于傳輸廣播系統(tǒng)和小區(qū)的特殊控制信息的公共信道；FACH是下
行鏈路中用于承載小區(qū)中控制信息和用戶短消息的公共信道，它要求系統(tǒng)知道移動(dòng)終端所在的
小區(qū)位置；PCH是下行鏈路的公共信道，當(dāng)系統(tǒng)不知道移動(dòng)終端的小區(qū)時(shí)，運(yùn)載控制信息到移
動(dòng)終端；RACH是上行鏈路的傳輸信道，用于從移動(dòng)終端運(yùn)載控制信息，它也可運(yùn)載短的用戶分
組數(shù)據(jù)。
    ②專用信道（DCH），用于分配給指定用戶在網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)終端間傳遞用戶信息或控制信息。
專用信道又可分為專用業(yè)務(wù)信道（DSCH）、旁路專用控制信道（SD－CCH）和輔助專用控制信
道（ACCH）。
    2．In接口
    Release99 UTRAN連接到核心網(wǎng)電路交換部分的In接口稱為Iu－CS，連接到核心網(wǎng)分組交
換部分的Iu接口稱為Iu－PS，這兩個(gè)接口有不同的信令和用戶數(shù)據(jù)連接。
    （1）Iu接口協(xié)議分成兩個(gè)平面：
    ①用戶平由協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無線接入業(yè)務(wù)，即通過接入居傳送用戶數(shù)據(jù)。
    ②控制平面協(xié)議，用于控制UE和網(wǎng)絡(luò)之間的無線接入載體和連接，包括請(qǐng)求的業(yè)務(wù)，控制
不同的傳輸資源，切換和流量等，還包括NAS消息的透明傳輸。Iu接口的無線網(wǎng)絡(luò)信令由無線
接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用部分RANAP構(gòu)成，RANAP協(xié)議構(gòu)成處理CN和UTRAN之間所有程序的機(jī)制，它也可以
透明地在CN和UE之間傳送消息而不需要UTILAN解釋和處理。
    （2）Iu接口特性如下：
    ①信令承載
    傳送CN和RNC之間的信令消息使用SCCP。RANAP是SCCP的用戶功能模塊，使用SCCP的無連接
和面向連接業(yè)務(wù)。
    ②用戶數(shù)據(jù)承載
    AAL2用作到CS的用戶數(shù)據(jù)承載，AAL2協(xié)議用于動(dòng)態(tài)建立Iu接口到CS的AAL－2連接。GTP－U
用作到PS的用戶數(shù)據(jù)承載。RANAP信令用于建立、修改和釋放到PS的GTP－U通道。
    （3）Iu接口主要功能：
    ①無線接入承載（RAB）的管理，包括RAB的建立、修改和釋放，RAB特性映射和RAB排隊(duì)、
預(yù)清空和優(yōu)先級(jí)功能。
    ②無線資源管理功能，包括無線資源接入控制和廣播信息管理功能。
    ③Iu鏈路管理功能，包括In信令管理、ATM虛連接管理、AAL2和AAL5連接建立和釋放管理、
以及GTP－U隧道管理功能。
    ④移動(dòng)性管理功能，包括移動(dòng)終端位置信息更新功能、RNC間的切換、服務(wù)RNS重定位、以
及UMTS一GSM系統(tǒng)間切換功能。
    ⑤安全功能，包括無線接口加密。加密鑰匙管理和用戶識(shí)別保密功能。
    ⑥業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)接入功能，包括核心網(wǎng)信令數(shù)據(jù)傳變速功能、數(shù)據(jù)量報(bào)告、移動(dòng)終端跟蹤和
位置報(bào)告。尋呼協(xié)調(diào)功能。
    3． Iub接口
    （1）Iub接口傳遞的信息包括：與無線應(yīng)用相關(guān)的信令，例如RNC和NodeB之間協(xié)商無線資
源的信息，控制廣播信道和尋呼信道的信息、無線幀的數(shù)據(jù)流，包括DCH數(shù)據(jù)流、RACH數(shù)據(jù)流、
FACH數(shù)據(jù)流、PCH數(shù)據(jù)流等無線數(shù)據(jù)流；上行鏈路幀的質(zhì)量評(píng)估和同步數(shù)據(jù)。
    （3）Iub接口主要功能：
    ①NodeB的操作和維護(hù)及系統(tǒng)信息更新，系統(tǒng)信息由KNC發(fā)送給NodeB。
    ②公共無線信道和專用無線信道的流量管理。
    ③無線幀數(shù)據(jù)塊的宏分集合并／分裂和宏分集合并／分裂的拓?fù)淇刂啤?br />    ④軟切換判決。
    ⑤NodeB硬件資源處理。
    ⑥上下行信道的功率控制和允許接人控制。
    4Iur接口
    （1）通常RNS分為服務(wù)RNS（ServeRNS）和漂移RNS（Drift RNS），DRNS通過提供無線資
源支持SKNS。
    （2）Iur接口主要功能：
    ①數(shù)據(jù)流的合并和分離，對(duì)于DRNS和SRNS，此
功能有所不向。DRNS執(zhí)行其管理小區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)流的合并和分離，SRNS執(zhí)行來自或去往 DKNS的Iur
接口數(shù)據(jù)流的合并和分離以及SRNS所管理小區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)流的合并和分離。
    ②合并和分離拓?fù)淇刂乒δ堋?br />    ③DRNS硬件資源的處理
    ④物理信道的分配，該功能由DRNS實(shí)現(xiàn)
    ⑤上行/下行鏈路功率控制功能
    ⑥允許接入控制功能，該功能由DRNS實(shí)現(xiàn)
    五、UMTS發(fā)展趨勢(shì)
    語音和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理和統(tǒng)一傳輸（IP）是通信技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，目前ITU正在制訂基于全
IP的Release 2000UMTS網(wǎng)絡(luò)方案，它將使UTRAN與固定分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)能更好地結(jié)合，與PSTN正向
與IP骨干網(wǎng)結(jié)合的趨勢(shì)相一致。傳統(tǒng)意義上的移動(dòng)網(wǎng)將僅局限于無線接網(wǎng)側(cè)，而UMTS核心網(wǎng)將
最終與IP網(wǎng)融合形成統(tǒng)一IP網(wǎng)，這個(gè)統(tǒng)一IP網(wǎng)在提供寬帶分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時(shí)，以VOIP方式提
供語音業(yè)務(wù)，IP將作為語音、數(shù)據(jù)、信令的統(tǒng)一載體，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體功能將按層次分離，在
IP網(wǎng)上通過構(gòu)建邏輯獨(dú)立的信令處理服務(wù)器和業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器用于處理控制信令和業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)
所謂的“業(yè)務(wù)/控制/交換”的邏輯分離。

摘自《電信網(wǎng)技術(shù)》