WCDMA移动通信系统

1、概述概述3.1WCDMAWCDMA网络结构与接口网络结构与接口3.2UTRANUTRAN接口协议结构接口协议结构3.3WCDMAWCDMA空中接口空中接口3.4WCDMAWCDMA网络中的编号计划网络中的编号计划3.5 宽带码分多址（宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）是第）是第三代移动通信系统三代移动通信系统3种主流无线传输技术之种主流无线传输技术之一，在世界范围内一，在世界范围内WCDMA已经成为被广已经成为被广泛采用的通信标准。泛采用的通信标准。 本章主要包括以下内容：本章主要包括以下内容：WCDMA系统的主要特点系统的

2、主要特点WCDMA 系统的网络结构，主要网元和系统的网络结构，主要网元和接口功能接口功能基于基于R99、R4、R5的核心网结构及接口，的核心网结构及接口，不同版本核心网的特点不同版本核心网的特点IP多媒体子系统的特点、结构和功能多媒体子系统的特点、结构和功能UTRAN接口协议模型及协议栈结构接口协议模型及协议栈结构WCDMA空中接口协议结构、各层协议空中接口协议结构、各层协议功能及相互关系功能及相互关系WCDMA空中接口物理层的功能，物理空中接口物理层的功能，物理信道、传输信道与逻辑信道的映射关系，信道、传输信道与逻辑信道的映射关系，物理层上下行链路的进程物理层上下行链路的进程WCDMA网络中

3、的编号计划网络中的编号计划 第三代移动通信系统的核心网基于第三代移动通信系统的核心网基于GSM/CDMA等等2G系统演进，空中接口采系统演进，空中接口采用用WCDMA、cdma 2000和和TD-SCDMA等等无线传输制式，工作于无线传输制式，工作于2GHz频段，快速移频段，快速移动环境中最高传输速率可达动环境中最高传输速率可达144kbit/s，室，室外到室内或步行环境中最高传输速率达到外到室内或步行环境中最高传输速率达到384kbit/s，室内环境中最高传输速率达到，室内环境中最高传输速率达到2Mbit/s。 基于基于WCDMA技术，采用技术，采用HSDPA之后，之后，下行数据速率可达下行

4、数据速率可达10.814.4Mbit/s。 HSUPA也已处于商用阶段，上行数据也已处于商用阶段，上行数据速率可达速率可达1.45.8Mbit/s。与第二代移动通。与第二代移动通信系统相比，第三代移动通信系统具有频信系统相比，第三代移动通信系统具有频谱效率高、支持多媒体业务、服务质量高谱效率高、支持多媒体业务、服务质量高以及无缝漫游等特点。以及无缝漫游等特点。 目前目前WCDMA、cdma 2000两种技术两种技术都得到了大规模的商用，中国已经开始运都得到了大规模的商用，中国已经开始运营营TD-SCDMA商用网络。商用网络。3.1.1 WCDMA网络的演进网络的演进图图3-1 GSM3-1 G

5、SM到到WCDMAWCDMA的演进的演进 WCDMA标准的演进简述如下：标准的演进简述如下：R99版本中版本中WCDMA依然采用依然采用GSM/GPRS核心核心网的结构，但是采用新的空中接口协议。网的结构，但是采用新的空中接口协议。 R4版本中完成了中国提出的版本中完成了中国提出的TD-SCDMA标准化工作，同时引入了软交换标准化工作，同时引入了软交换的概念，将电路域的控制与业务分离，便的概念，将电路域的控制与业务分离，便于向全于向全IP核心网结构过渡。核心网结构过渡。 R5版本将版本将IP技术从核心网扩展到无线技术从核心网扩展到无线接入网，形成全接入网，形成全IP的网络结构，在的网络结构，在

6、R4基础基础上增加了上增加了IP多媒体子系统（多媒体子系统（IMS），同时），同时在无线传输中引入高速下行分组接入在无线传输中引入高速下行分组接入（HSDPA）技术。）技术。 目前目前R8版本已于版本已于2008年年12月冻结，月冻结，3GPP中还有中还有R9等版本在同时进行研究。等版本在同时进行研究。 WCDMA是从是从GSM演进而来，所以许演进而来，所以许多多WCDMA的高层协议和的高层协议和GSM/GPRS基本基本相同或相似，比如移动性管理（相同或相似，比如移动性管理（MM）、）、GPRS移动性管理（移动性管理（GMM）、连接管理）、连接管理（CM）以及会话管理（）以及会话管理（SM）等

7、。）等。 移动终端中通用用户识别模块移动终端中通用用户识别模块（USIM）的功能也是从）的功能也是从GSM的用户识别的用户识别模块（模块（SIM）的功能延伸而来的。）的功能延伸而来的。3.1.2 WCDMA网络的特点网络的特点1工作频段和双工方式工作频段和双工方式 WCDMA支持两种基本的双工工作方支持两种基本的双工工作方式：频分双工（式：频分双工（FDD）和时分双工）和时分双工（TDD）。）。 在在FDD模式下，上行链路和下行链路模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的分别使用两个独立的5MHz的载频，发射的载频，发射和接收频率间隔分别为和接收频率间隔分别为190MHz或或80MHz。2

8、多址方式多址方式 WCDMA是一个宽带直扩码分多址是一个宽带直扩码分多址（DS-CDMA）系统，通过用户数据与扩）系统，通过用户数据与扩频码相乘，从而把用户信息比特扩展到更频码相乘，从而把用户信息比特扩展到更宽的带宽上去。宽的带宽上去。 WCDMA系统中，数据流用正交可变系统中，数据流用正交可变扩频码（扩频码（OVSF）来扩频，扩频后的码片）来扩频，扩频后的码片速率为速率为3.84Mchip/s，OVSF码也被称作信码也被称作信道化码。道化码。3语音编码语音编码 WCDMA中的声码器采用自适应多速中的声码器采用自适应多速率（率（Adaptive Multi-Rate，AMR）技术。）技术。 4

9、信道编码信道编码 WCDMA系统中使用的信道编码类型系统中使用的信道编码类型有两种：卷积编码和有两种：卷积编码和Turbo编码。编码。5功率控制功率控制 快速、准确的功率控制是保证快速、准确的功率控制是保证WCDMA系统性能的基本要求。系统性能的基本要求。 功率控制解决的基本问题是远近效应，功率控制解决的基本问题是远近效应，即解决接收机接收到近距离发射机的信号即解决接收机接收到近距离发射机的信号比较容易，而接收到远距离发射机的信号比较容易，而接收到远距离发射机的信号比较困难的问题。比较困难的问题。6切换切换 切换的目的是为了当切换的目的是为了当UE在网络中移动在网络中移动时保持无线链路的连续性

10、和无线链路的质时保持无线链路的连续性和无线链路的质量。量。 WCDMA系统支持软切换、更软切换、系统支持软切换、更软切换、硬切换和无线接入系统间切换，也可以表硬切换和无线接入系统间切换，也可以表述为同频小区间的软切换、同频小区内扇述为同频小区间的软切换、同频小区内扇区间的更软切换、同一无线接入系统内不区间的更软切换、同一无线接入系统内不同载频间的硬切换和不同无线接入系统间同载频间的硬切换和不同无线接入系统间的切换。的切换。7同步方式同步方式 WCDMA不同基站间可选择同步和异不同基站间可选择同步和异步两种方式，异步方式可以不采用步两种方式，异步方式可以不采用GPS精精确定时，支持异步基站运行，

11、室内小区和确定时，支持异步基站运行，室内小区和微小区基站的布站就变得简单了，使组网微小区基站的布站就变得简单了，使组网实现方便、灵活。实现方便、灵活。8可变数据速率可变数据速率 WCDMA系统支持各种可变的用户数系统支持各种可变的用户数据速率，适应多种速率的传输，可灵活地据速率，适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源。业务速率分配不同的资源。图图3-2 WCDMA3-2 WCDMA可变数据速率示意图可变数据速率示意图3.2.1 UMTS系统结构系统结构 UMTS与第二代移动通信系统在逻辑与第二代移动通信系统在逻

12、辑结构上基本相同。结构上基本相同。 如果按功能划分，如果按功能划分，UMTS系统由核心系统由核心网（网（CN）、无线接入网（）、无线接入网（UTRAN）、用）、用户设备（户设备（UE）与操作维护中心（）与操作维护中心（OMC）等组成。等组成。 核心网与无线接入网（核心网与无线接入网（UTRAN）之间）之间的开放接口为的开放接口为Iu，无线接入网（，无线接入网（UTRAN）与用户设备（与用户设备（UE）间的开放接口为）间的开放接口为Uu接接口，如图口，如图3-3所示。所示。图图3-3 UMTS3-3 UMTS的系统结构的系统结构 核心网是业务提供者，基本功能就是核心网是业务提供者，基本功能就是提

13、供服务，承担各种类型业务的定义，包提供服务，承担各种类型业务的定义，包括用户的描述信息、用户业务的定义还有括用户的描述信息、用户业务的定义还有相应的一些其他过程。相应的一些其他过程。 UMTS核心网负责内部所有的语音呼核心网负责内部所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及与其他网络的叫、数据连接和交换，以及与其他网络的连接和路由选择的实现。连接和路由选择的实现。 无线接入网（无线接入网（UTRAN）位于两个开放）位于两个开放接口接口Uu和和Iu之间，完成所有与无线有关的之间，完成所有与无线有关的功能。功能。 用户设备（用户设备（UE）完成人与网络间的交）完成人与网络间的交互。互。 3.2.2 UM

14、TS网元和接口功能网元和接口功能图图3-4 UMTS3-4 UMTS网元和接口网元和接口 1用户设备（用户设备（UE） 用户设备（用户设备（User Equipment，UE）完）完成人与网络间的交互，通过成人与网络间的交互，通过Uu接口与无线接口与无线接入网相连，与网络进行信令和数据交换。接入网相连，与网络进行信令和数据交换。 UE用来识别用户身份和为用户提供各用来识别用户身份和为用户提供各种业务功能，如普通话音、数据通信、移种业务功能，如普通话音、数据通信、移动多媒体、动多媒体、Internet应用等。应用等。 用户设备（用户设备（UE）主要由移动设备）主要由移动设备（Mobile Equ

15、ipment，ME）和通用用户）和通用用户识别模块（识别模块（Universal Subscriber Identity Module，USIM）两部分组成。）两部分组成。（1）移动设备（）移动设备（ME）（2）通用用户识别模块（）通用用户识别模块（USIM）2通用陆地无线接入网络（通用陆地无线接入网络（UTRAN） 无线接入网（无线接入网（UMTS/Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）位于两个开放接口）位于两个开放接口Uu和和Iu之间，之间，完成所有与无线有关的功能。完成所有与无线有关的功能。 UTRAN主要功能有宏分集处理、移动

16、主要功能有宏分集处理、移动性管理、系统的接入控制、功率控制、信性管理、系统的接入控制、功率控制、信道编码控制、无线信道的加密与解密、无道编码控制、无线信道的加密与解密、无线资源配置、无线信道的建立和释放等。线资源配置、无线信道的建立和释放等。 UTRAN由一个或几个无线网络子系统由一个或几个无线网络子系统（Radio Network Subsystem，RNS）组成，）组成，RNS负责所属各小区的资源管理。负责所属各小区的资源管理。 每个每个RNS包括一个无线网络控制器包括一个无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）、一）、一个或几个个或几个Node B（即通

17、常所称的基站，（即通常所称的基站，GSM系统中对应的设备为系统中对应的设备为BTS）。）。（1）节点）节点B（Node B） Node B的主要功能是的主要功能是Uu接口物理层的接口物理层的处理，如扩频、信道编码、速率匹配、交处理，如扩频、信道编码、速率匹配、交织、调制和解扩、信道解码、解交织和解织、调制和解扩、信道解码、解交织和解调，还包括基带信号和射频信号的相互转调，还包括基带信号和射频信号的相互转换功能，无线资源管理部分控制算法的实换功能，无线资源管理部分控制算法的实现等。现等。 Node B逻辑功能模块包括基带处理部逻辑功能模块包括基带处理部件，射频收发放大器、射频收发系统、基件，射频

18、收发放大器、射频收发系统、基带部分和天线接口单元等部件。带部分和天线接口单元等部件。 Node B受受RNC控制，与控制，与RNC的接口为的接口为E1或或STM-1。（2）无线网络控制器（）无线网络控制器（RNC） 无线网络控制器（无线网络控制器（RNC）主要完成连）主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并和无线接建立和断开、切换、宏分集合并和无线资源管理控制等功能，分为如下资源管理控制等功能，分为如下3类：类：（3）CRNC、SRNC、DRNC的概念的概念图图3-5 CRNC3-5 CRNC、SRNCSRNC、DRNCDRNC作用示意图作用示意图（4）UTRAN接口与协议接口与协议接接 口口

19、 名名 称称接接 口口 位位 置置协协 议议IuIuCN-UTRANCN-UTRANRANAPRANAPIurIurRNC-RNCRNC-RNCRNSAPRNSAPIubIubRNC-Node BRNC-Node BNBAPNBAPUuUuNode B-UENode B-UEWCDMAWCDMA表表3-13-1UTRANUTRAN接口和协议接口和协议3核心网（核心网（CN） 核心网承担各种类型业务的提供以及核心网承担各种类型业务的提供以及定义，包括用户的描述信息、用户业务的定义，包括用户的描述信息、用户业务的定义还有相应的一些其他过程。定义还有相应的一些其他过程。 UMTS核心网负责内部所有的

20、语音呼核心网负责内部所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及与其他网络的叫、数据连接和交换，以及与其他网络的连接和路由选择的实现。连接和路由选择的实现。 不同协议版本核心网之间存在一定的不同协议版本核心网之间存在一定的差异。差异。4外部网络（外部网络（EN） 核心网的电路交换域（核心网的电路交换域（CS）通过）通过GMSC与外部网络相连，如公用电话交换与外部网络相连，如公用电话交换网（网（PSTN）、综合业务数据网（）、综合业务数据网（ISDN）及其他公共陆地移动网（及其他公共陆地移动网（PLMN）。）。 核心网的分组交换域（核心网的分组交换域（PS）通过）通过GGSN与外部的与外部的Intern

21、et及其他分组数据网及其他分组数据网（PDN）等相连。）等相连。3.2.3 基于基于R99、R4、R5/R6的核心网结构的核心网结构 UMTS核心网的标准化工作由核心网的标准化工作由3GPP组组织完成。织完成。 从网络演进的角度看，从网络演进的角度看，R99网络中核网络中核心网完全继承了心网完全继承了GSM/GPRS的结构，包括的结构，包括电路域和分组域两部分，引入了新的无线电路域和分组域两部分，引入了新的无线接入技术（接入技术（WCDMA），兼容），兼容GSM/GPRS无线终端接入。无线终端接入。 R4网络中的主要变化是在核心网电路网络中的主要变化是在核心网电路域提出了承载和控制独立的概念，

22、而在无域提出了承载和控制独立的概念，而在无线接入网没有太多变化。线接入网没有太多变化。 在在R5网络中，核心网叠加了网络中，核心网叠加了IP多媒体多媒体子系统（子系统（IMS），无线接入网引入了），无线接入网引入了HSDPA技术，无线接入网和核心网中采用技术，无线接入网和核心网中采用全全IP传输。传输。 在在R6网络中，网络架构变化不大，考网络中，网络架构变化不大，考虑更多的是增加了新的功能或对已有功能虑更多的是增加了新的功能或对已有功能的增强。的增强。 目前目前R8版本已于版本已于2008年年12月冻结，月冻结，3GPP中还有中还有R9等版本在同时进行研究。等版本在同时进行研究。1R99网络

23、结构及接口网络结构及接口（1）R99网络结构网络结构图图3-6 R993-6 R99版本网络结构图版本网络结构图（2）R99核心网的接口与协议核心网的接口与协议接口名接口名连接实体连接实体信令协议信令协议接口名接口名连接实体连接实体信令协议信令协议A AMSCMSCBSCBSCBSSAPBSSAPGaGaGSNGSNCGCGGTPGTPIu-CSIu-CSMSCMSCRNSRNSRANAPRANAPGbGbSGSNSGSNBSCBSCBSSGPBSSGPB BMSCMSCVLRVLRGcGcGGSNGGSNHLRHLRMAPMAPC CMSCMSCHLRHLRMAPMAPGdGdSGSNSGS

24、NSMS-GMSC/IWMSCSMS-GMSC/IWMSCMAPMAPD DVLRVLRHLRHLRMAPMAPGeGeSGSNSGSNSCPSCPCAPCAPE EMSCMSCMSCMSCMAPMAPGfGfSGSNSGSNEIREIRMAPMAPF FMSCMSCEIREIRMAPMAPGiGiGGSNGGSNPDNPDNTCP/IPTCP/IPG GVLRVLRVLRVLRMAPMAPGpGpGSNGSNGSNGSN（Inter PLMNInter PLMN）CTPCTPGsGsMSCMSCSGSNSGSNBSSAP+BSSAP+GnGnGSNGSNGSNGSN（Intra PLMNIn

25、tra PLMN）CTPCTPH HHLRHLRAuCAuCGrGrSGSNSGSNHLRHLRMAPMAPMSCMSCPSTN/ISDN/PSPDNPSTN/ISDN/PSPDNTUP/ISUPTUP/ISUPIu-PSIu-PSSGSNSGSNRNCRNCRANAPRANAP表表3-23-2R99R99核心网的接口协议核心网的接口协议2R4网络结构及接口网络结构及接口（1）R4网络结构网络结构 R4核心网电路域变化的实体功能介绍核心网电路域变化的实体功能介绍如下。如下。图图3-7 R43-7 R4网络结构图网络结构图（2）R4核心网的接口与协议核心网的接口与协议接接 口口 名名连连 接接

26、实实 体体信令与协议信令与协议McMc（G G）MSC ServerMSC ServerCS-CS-MGWMGWH.248H.248NcNcMSC ServerMSC Server（G G）MSC MSC ServerServerISUPISUP、BICCBICCNbNbCS-MGWCS-MGWCS-MGWCS-MGWRTP/UDP/IP AAL2RTP/UDP/IP AAL2、STMSTM、H.245H.245R99R99全部接口名全部接口名R99R99全部连接实体全部连接实体R99R99全部信令与协议全部信令与协议表表3-33-3R4R4核心网新增接口与协议核心网新增接口与协议 R4核心网

27、的新增接口及功能如下。核心网的新增接口及功能如下。3R5网络结构及接口网络结构及接口 R5版本在无线接入网方面的改进如下。版本在无线接入网方面的改进如下。 提出高速下行分组接入（提出高速下行分组接入（HSDPA）技术，）技术，使下行数据速率峰值可达使下行数据速率峰值可达14.4Mbit/s。 HSDPA技术将在后面的章节介绍。技术将在后面的章节介绍。 Iu，Iur，Iub接口增加了基于接口增加了基于IP的可选的可选择传输方式，保证无线接入网实现全择传输方式，保证无线接入网实现全IP化。化。 R5版本在核心网（版本在核心网（Core Network，CN）方面，在）方面，在R4基础上增加了基础上

28、增加了IP多媒体多媒体子系统（子系统（IMS），它和），它和PS域一起实现了实域一起实现了实时和非实时的多媒体业务，并可实现与时和非实时的多媒体业务，并可实现与CS域的互操作，包括域的互操作，包括IMS子系统的子系统的R5版本网版本网络结构如图络结构如图3-9所示。所示。图图3-8 R53-8 R5网络结构网络结构图图3-9 3-9 含含IMSIMS子系统的子系统的R5R5版本网络结构版本网络结构4R6版本网络结构版本网络结构 与与R5版本相比，网络结构没有太大的版本相比，网络结构没有太大的变动，主要是对已有功能的增强，增加了变动，主要是对已有功能的增强，增加了一些新的功能特性。一些新的功能特

29、性。R6研究的主要内容如研究的主要内容如下。下。（1）PS域与承载无关的网络框架，研究域与承载无关的网络框架，研究是否在分组域也实行控制和承载的分离，是否在分组域也实行控制和承载的分离，将将SGSN和和GGSN分为分为GSN Server和媒体网和媒体网关的形式。关的形式。（2）在网络互操作方面，研究）在网络互操作方面，研究IMS与与PLMN/PSTN/ISDN等网络的互操作，以实等网络的互操作，以实现现IMS与其他网络的互联互通；研究与其他网络的互联互通；研究WLAN-UMTS网络互通，保证用户使用不网络互通，保证用户使用不同的接入方式时切换不中断业务。同的接入方式时切换不中断业务。（3）在

30、业务方面，研究包括多媒体广播）在业务方面，研究包括多媒体广播/多播业务（多播业务（MBMS）、）、Push业务、业务、Presence、PoC（Push-To-Talk over Cellular）业务、网上聊天业务及数字权限）业务、网上聊天业务及数字权限管理等。管理等。（4）无线接入方面采用的新技术有正交频）无线接入方面采用的新技术有正交频分复用调制（分复用调制（OFDM）技术、多天线技术）技术、多天线技术（MIMO）、高阶调制技术和新的信道编）、高阶调制技术和新的信道编码方案等，码方案等，OFDM和和MIMO也是后也是后3G的重的重点技术。点技术。（5）R6的高速上行分组接入（的高速上行分

31、组接入（HSUPA），），理论峰值数据速率可达理论峰值数据速率可达5.76Mbit/s；R6的高的高速下行分组接入（速下行分组接入（HSDPA），理论峰值数），理论峰值数据速率可达据速率可达30Mbit/s。3.2.4 IP多媒体子系统多媒体子系统1IMS概述概述 IP多媒体子系统（多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，IMS），首先由），首先由3GPP标准化标准化组织在组织在R5版本中提出，提出的目的是为了版本中提出，提出的目的是为了在移动通信网络基础上以最大的灵活性提在移动通信网络基础上以最大的灵活性提供供IP多媒体业务。多媒体业务。 IP多媒体子系统（多媒体子系统

32、（IMS）是建立在）是建立在Internet工程任务小组（工程任务小组（IETF）所制定的）所制定的会话初始化协议（会话初始化协议（SIP）基础上的。）基础上的。 IMS能把能把Internet的发展和无线通信的的发展和无线通信的发展结合起来，是一个融合了数据、语音、发展结合起来，是一个融合了数据、语音、图像、消息、基于图像、消息、基于Web的技术和移动网络的技术和移动网络的体系架构。的体系架构。 R5版本定义了版本定义了IMS的核心结构、网元的核心结构、网元功能、接口、流程和功能、接口、流程和IMS的基本功能；的基本功能；R6版本增加了部分版本增加了部分IMS业务特性、业务特性、IMS与其与

33、其他网络的互通规范和他网络的互通规范和WLAN接入等特性；接入等特性；R7加强了对固定、移动融合的标准化制定，加强了对固定、移动融合的标准化制定，要求要求IMS支持支持xDSL、Cable等固定接入方等固定接入方式，研究了式，研究了IMS与电路域语音平滑切换的与电路域语音平滑切换的内容等。内容等。 R6版本已经在版本已经在2005年第一季度冻结，年第一季度冻结，基于基于R6版本的版本的IMS已经可以满足已经可以满足IMS在移在移动通信网络中的应用。动通信网络中的应用。 IMS主要特点如下。主要特点如下。（1）IMS的重要特点是对控制层功能做了的重要特点是对控制层功能做了进一步的分解，实现了会话

34、控制实体和承进一步的分解，实现了会话控制实体和承载控制实体在功能上的分离，体现了载控制实体在功能上的分离，体现了“业业务与控制分离务与控制分离”、“控制与接入和承载分控制与接入和承载分离离”的原则，网络构架层次化为不同网络的原则，网络构架层次化为不同网络的互通和业务的融合奠定了基础。的互通和业务的融合奠定了基础。（2）IMS继承了移动通信系统特有的网络继承了移动通信系统特有的网络技术，继续使用归属网络和访问网络的概技术，继续使用归属网络和访问网络的概念，支持用户全程全网漫游能力，具有切念，支持用户全程全网漫游能力，具有切换功能，集中用户数据管理等。换功能，集中用户数据管理等。（3）IMS中重用

35、了中重用了IETF组织制定的互联组织制定的互联网技术和协议网技术和协议（4）IMS业务应用平台支持多种业务，能业务应用平台支持多种业务，能为为SIP用户提供全程全网漫游能力和虚拟归用户提供全程全网漫游能力和虚拟归属业务环境（属业务环境（VHE）能力。）能力。（5）IMS由多个标准化组织定义并发展完由多个标准化组织定义并发展完善，如善，如3GPP/3GPP2、ITU-T、IETF和和ETSI等，等，IMS越来越受到业界的关注。越来越受到业界的关注。2IMS的主要功能实体的主要功能实体图图3-10 IMS3-10 IMS的主要功能实体示意图的主要功能实体示意图 按功能划分，按功能划分，IMS的主要

36、功能实体大的主要功能实体大致分为致分为6大类别：会话管理和路由类大类别：会话管理和路由类（CSCF）、数据库（）、数据库（HSS、SLF）、网间）、网间互通（互通（BGCF，MGCF，IM-MGM，SGW）、业务提供类（）、业务提供类（AS，MRFC，MRFP）、支撑（）、支撑（SEG，PDF）和计费）和计费（CHF）类。）类。 下面简要介绍主要功能实体的功能。下面简要介绍主要功能实体的功能。（1）呼叫会话控制功能）呼叫会话控制功能（2）媒体网关控制功能）媒体网关控制功能 控制控制IM-MGW中媒体信道与连接控制中媒体信道与连接控制相关部分的呼叫状态；相关部分的呼叫状态； IMS用户和用户和C

37、S用户之间可以进行通信的用户之间可以进行通信的网关；网关； 根据从传统网络中来的呼叫路由号码选根据从传统网络中来的呼叫路由号码选择择CSCF，与，与CSCF通信；通信； 进行进行CS用户与用户与IMS的呼叫控制协议的转的呼叫控制协议的转换，完成换，完成ISUP/BICC与与SIP间的转换；间的转换； 接收本网络以外的信息并转发到接收本网络以外的信息并转发到CSCF/IM -MGW。（3）归属用户服务器）归属用户服务器 HSS用于存储所有用户和业务相关的数用于存储所有用户和业务相关的数据信息。据信息。 通过该接口通过该接口IMS用户获取所要求的用户获取所要求的S-CSCF信息，将基本的信息，将基

38、本的IMS签约信息下载到签约信息下载到S-CSCF； 在注册过程中执行用户接入和漫游权限在注册过程中执行用户接入和漫游权限的识别，提供用户的识别，提供用户/网络所需的鉴权信息；网络所需的鉴权信息； HSS提供与提供与IM-SSF接口，实现电路域的接口，实现电路域的CAMEL/INAP业务在业务在IMS网络的继承；网络的继承； 提供与增值业务平台提供与增值业务平台SIP AS，OSA-SCS，SCP接口。接口。（4）IP多媒体多媒体媒体网关媒体网关 IP多媒体多媒体媒体网关（媒体网关（IM-MGW）提）提供电路交换域的网络（供电路交换域的网络（PSTN，GSM）和）和IMS之间的用户平面连接。之

39、间的用户平面连接。（5）多媒体资源功能）多媒体资源功能 多媒体资源功能（多媒体资源功能（MRF）在归属网络）在归属网络提供多媒体信息源，包括多媒体资源功能提供多媒体信息源，包括多媒体资源功能控制器（控制器（MRFC）和多媒体资源功能处理）和多媒体资源功能处理器（器（MRFP）两部分，这两部分分别完成）两部分，这两部分分别完成媒体流的控制和承载功能。媒体流的控制和承载功能。（6）签约定位器功能）签约定位器功能 签约定位器功能（签约定位器功能（SLF）作为一种地）作为一种地址解析机制，应用在网络中部署了多个独址解析机制，应用在网络中部署了多个独立可寻址的立可寻址的HSS时，时，SLF作为一个简单的

40、作为一个简单的数据库，用来将用户地址映射到不同的数据库，用来将用户地址映射到不同的HSS。（7）出口网关控制功能）出口网关控制功能 出口网关控制功能（出口网关控制功能（BGCF）是一个）是一个SIP服务器，根据服务器，根据S-CSCF的请求，负责选的请求，负责选择到择到CS域或域或PSTN互通的出口位置，所选互通的出口位置，所选择的出口点既可以与择的出口点既可以与BGCF处于同一网络处于同一网络中，也可以处于另一个网络中。中，也可以处于另一个网络中。（8）应用服务器）应用服务器 应用服务器（应用服务器（AS）是在）是在IMS中提供增中提供增值多媒体服务的值多媒体服务的SIP实体，不仅可以向实体

41、，不仅可以向IMS提供多媒体服务，也可以向其他网络提供提供多媒体服务，也可以向其他网络提供业务；可以位于用户所在网络中，也可位业务；可以位于用户所在网络中，也可位于第三方网络中。于第三方网络中。（9）信令网关）信令网关 信令网关（信令网关（SGW）连接）连接CS（PSTN）网络，用于不同信令网的互联，负责传输网络，用于不同信令网的互联，负责传输层信令的转换。层信令的转换。 3IMS接口及协议接口及协议参参 考考 点点对应的实体对应的实体协协 议议GmGmUEUECSCFCSCFSIPSIPMwMwP-CSCFP-CSCFI-CSCFI-CSCFS-CSCFS-CSCFSIPSIPCxCxCSC

42、FCSCFHSSHSSDiameterDiameterDxDxCSCFCSCFSLFSLFDiameterDiameterShShSIP ASSIP ASOSA SCSOSA SCSHSSHSSDiameterDiameterSiSiIM-SSFIM-SSFHSSHSSMAPMAPDhDhSIP ASSIP ASOSAOSASCFSCFIM-SSFIM-SSFHSSHSSDiameterDiameterMgMgMGCFMGCFCSCFCSCFSIPSIPMiMiCSCFCSCFBGCFBGCFSIPSIPMjMjBGCFBGCFMGCFMGCFSIPSIPMkMkBGCFBGCFBGCFBGC

43、FSIPSIPMrMrCSCFCSCFMRFCMRFCSIPSIPMpMpMRFCMRFCMRFPMRFPH.248H.248MnMnMGCFMGCFIM-MGWIM-MGWH.248H.248UtUtUEUEASASHTTPHTTPGoPDFGGSNCOPSGqCSCFPDFDiameter表表3-43-4IMSIMS接口及协议汇总接口及协议汇总3.3.1 UTRAN接口协议模型接口协议模型 UMTS系统是模块化设计的，模块之系统是模块化设计的，模块之间通过网络协议互联。间通过网络协议互联。 1UMTS分层结构分层结构 从功能方面考虑，从功能方面考虑，UMTS分为接入层分为接入层（AS）和非

44、接入层（）和非接入层（NAS）两大部分，两）两大部分，两者之间的接口称为业务接入点（者之间的接口称为业务接入点（SAP），），如图如图3-11所示，图中各业务接入点（所示，图中各业务接入点（SAP）用椭圆来表示。用椭圆来表示。图图3-11 UMTS3-11 UMTS分层结构分层结构2UTRAN接口协议模型接口协议模型 UTRAN接口通用协议模型如图接口通用协议模型如图3-12所所示。示。 接口协议分为两层二平面。接口协议分为两层二平面。 两层指从水平的分层结构来看，分为两层指从水平的分层结构来看，分为无线网络层和传输网络层。无线网络层和传输网络层。 二平面指从垂直面来看，每个接口分二平面指从垂

45、直面来看，每个接口分为控制面和用户面。为控制面和用户面。 UTRAN内部的内部的3个接口（个接口（Iu，Iur和和Iub）都遵循统一的基本协议模型结构。）都遵循统一的基本协议模型结构。图图3-12 UTRAN3-12 UTRAN接口的协议栈模型接口的协议栈模型（1）水平面）水平面 从水平的分层结构来看，协议结构分从水平的分层结构来看，协议结构分为无线网络层和传输网络层。为无线网络层和传输网络层。 无线网络层处理所有与无线网络层处理所有与UTRAN有关的有关的事务，所有事务，所有UTRAN相关的信息只有在无线相关的信息只有在无线网络层才是可见的。网络层才是可见的。 传输网络层是指传输网络层是指U

46、TRAN选用的标准传选用的标准传输技术，与输技术，与UTRAN本身的功能无关，主要本身的功能无关，主要是已有的传输技术规范。是已有的传输技术规范。3GPP并不对传输并不对传输层的协议进行特殊定义，层的协议进行特殊定义，3GPP在在R99版本版本中选用中选用ATM传输技术。传输技术。（2）垂直面）垂直面 无线网络控制平面用于处理接口上的控无线网络控制平面用于处理接口上的控制信令协议，由各种应用协议和传输网用制信令协议，由各种应用协议和传输网用户面的信令承载组成。户面的信令承载组成。 无线网络用户平面用于处理相应接口传无线网络用户平面用于处理相应接口传输的用户数据，包括在该接口传输的数据输的用户数

47、据，包括在该接口传输的数据流和与数据流对应的数据承载，数据流由流和与数据流对应的数据承载，数据流由接口上的一个或者多个帧协议定义。接口上的一个或者多个帧协议定义。 传输网络控制面不包含任何无线网络层传输网络控制面不包含任何无线网络层的信息，包括的信息，包括ALCAP以及它所使用的信令以及它所使用的信令承载。承载。 传输网络用户面包括无线网络层用户面传输网络用户面包括无线网络层用户面的数据承载以及应用协议的信令承载。数的数据承载以及应用协议的信令承载。数据承载由传输网络控制面实时控制，信令据承载由传输网络控制面实时控制，信令承载由操作维护功能控制完成。承载由操作维护功能控制完成。3ATM技术简介

48、技术简介 异步传送模式（异步传送模式（ATM）是分组交换方）是分组交换方式的一种，它吸收了分组交换的高效率和式的一种，它吸收了分组交换的高效率和电路交换的高速率的特点，电路交换的高速率的特点，ATM网络被设网络被设计为高速率、低时延的复用和交换网络。计为高速率、低时延的复用和交换网络。 它能够根据不同速率灵活地分配带宽它能够根据不同速率灵活地分配带宽和和QoS，并且采用固定长度的信元格式，并且采用固定长度的信元格式，因而便于采用硬件处理，处理速度较高，因而便于采用硬件处理，处理速度较高，适合语音、数据和图像等业务的传送。适合语音、数据和图像等业务的传送。图图3-13 ATM3-13 ATM协议

49、的分层结构协议的分层结构（1）ATM协议的分层结构协议的分层结构协协 议议功功 能能AALAAL层层会聚子层（会聚子层（CSCS）向高层提供接口，在发向高层提供接口，在发/ /收端加入控收端加入控制信息，分割制信息，分割/ /恢复用户数据。恢复用户数据。分段与重组子层分段与重组子层（SARSAR）信元组和数据单元相互转换信元组和数据单元相互转换ATMATM层层信头产生和提取、信元复用与解复用、信头产生和提取、信元复用与解复用、虚电路（虚电路（VCIVCI）/ /虚通路（虚通路（VPIVPI）转换、）转换、流量控制流量控制物理层物理层传输会聚子层（传输会聚子层（TCTC）信元速率解耦、信元校验序

50、列产生和信元速率解耦、信元校验序列产生和检验、信元产生（定界）、传输帧适检验、信元产生（定界）、传输帧适配、传输帧传输配、传输帧传输/ /恢复恢复物理媒介相关子层物理媒介相关子层（RMDRMD）线路编码比特定时、物理媒体接入线路编码比特定时、物理媒体接入（2）ATM物理层物理层 ATM物理层主要提供物理层主要提供ATM信元的传输信元的传输通路，它与通路，它与ATM层之间交换的信元大小为层之间交换的信元大小为53byte。 物理层根据物理介质的特性形成传送物理层根据物理介质的特性形成传送帧，并采用物理实体进行比特流的传送和帧，并采用物理实体进行比特流的传送和接收。接收。 物理层分为传输汇聚（物理

51、层分为传输汇聚（TC）子层和物）子层和物理介质相关（理介质相关（PMD）子层。）子层。（3）ATM层层 ATM层以信元为单位进行通信，并为层以信元为单位进行通信，并为上层的上层的AAL提供服务，它与物理介质的类提供服务，它与物理介质的类型，以及物理层所具体传送的业务类型无型，以及物理层所具体传送的业务类型无关。关。（4）ATM适配层（适配层（AAL） AAL位于位于ATM层之上，主要作用是将层之上，主要作用是将高层的应用层信息映射到高层的应用层信息映射到ATM层的信元结层的信元结构中，用于扩展和增强构中，用于扩展和增强ATM层的能力，以层的能力，以适合各种特定业务的需要。适合各种特定业务的需要

52、。 AAL的具体功能包括数据的分割和恢的具体功能包括数据的分割和恢复、差错控制、同步和时钟恢复、流量控复、差错控制、同步和时钟恢复、流量控制和多种数据流的复用等。制和多种数据流的复用等。参数参数 业务业务 A A类类B B类类C C类类D D类类定时需求定时需求需要需要不需要不需要比特率比特率固定速率固定速率可变速率可变速率连接方式连接方式面向连接面向连接AALAAL类型类型AAL1AAL1AAL2AAL2AAL3AAL3AAL4AAL4AAL5AAL5业务举例业务举例电路交换业电路交换业务务可变速率的语可变速率的语音和音和视频视频面向连接数面向连接数据传输帧中据传输帧中继、继、TCP/TPT

53、CP/TP无连接数据无连接数据传输传输SMDSSMDS表表3-6 3-6 ATMATM业务分类和对应的业务分类和对应的AALAAL类型类型3.3.2 Iu接口接口1Iu接口结构及功能接口结构及功能 Iu接口是接口是UTRAN与核心网之间的接口，与核心网之间的接口，也可以看作也可以看作RNC与与CN之间的一个参考点。之间的一个参考点。 UTRAN与核心网电路域的接口称为与核心网电路域的接口称为Iu-CS，与核心网分组域的接口称为，与核心网分组域的接口称为Iu-PS，与小区广播系统之间的接口称为与小区广播系统之间的接口称为Iu-BC，Iu接口结构如图接口结构如图3-14所示。所示。图图3-14 I

54、u3-14 Iu接口结构接口结构 Iu-CS和和Iu-PS接口由控制面和用户面接口由控制面和用户面构成。构成。 Iu-BC接口只有一个平面，既包括控接口只有一个平面，既包括控制信息也包含用户信息。制信息也包含用户信息。 （1）Iu-CS和和Iu-PS Iu-CS和和Iu-PS接口的控制面。接口的控制面。 Iu-CS和和Iu-PS接口的用户面。接口的用户面。（2）Iu-BC RNC与与CN的广播域（也称为小区广播的广播域（也称为小区广播中心）之间的接口称为中心）之间的接口称为Iu-BC，服务区内，服务区内广播协议（广播协议（Service Area Broadcast Protocol，SABP

55、）是）是Iu-BC接口的应用协接口的应用协议，完成消息处理、负载处理等功能，使议，完成消息处理、负载处理等功能，使CN中的小区广播中心通过小区广播业务发中的小区广播中心通过小区广播业务发送移动用户小区广播信息。送移动用户小区广播信息。2Iu接口协议栈接口协议栈Iu接口协议栈完全符合接口协议栈完全符合UTRAN接口协议的接口协议的通用模型，总体来说，采用通用模型，总体来说，采用3层共享异步传层共享异步传输模式（输模式（ATM）或全）或全IP传输方式（传输方式（R5版版本），但由于分组域与电路域的业务特性本），但由于分组域与电路域的业务特性以及传输技术有所不同，对于以及传输技术有所不同，对于Iu接

56、口而言，接口而言，Iu-PS和和Iu-CS的协议栈结构也有所不同。的协议栈结构也有所不同。（1）Iu-CS接口协议栈接口协议栈 Iu-CS接口协议栈的结构如图接口协议栈的结构如图3-15所示。所示。 图中的物理层为与物理介质的接口，图中的物理层为与物理介质的接口，可以选择不同的传输规范，如可以选择不同的传输规范，如E1等。等。图图3-15 Iu-CS3-15 Iu-CS接口协议栈的结构接口协议栈的结构 R5版本规定的版本规定的Iu-CS接口协议栈相应接口协议栈相应于于ATM传输方式增加了全传输方式增加了全IP传输方式。传输方式。 Iu-CS接口用于支持电路域的实时业接口用于支持电路域的实时业务

57、，典型的电路域业务有务，典型的电路域业务有AMR语音服务、语音服务、64kbit/s的可视电话业务等。的可视电话业务等。（2）Iu-PS协议栈结构协议栈结构 Iu-PS协议栈的结构如图协议栈的结构如图3-16所示。所示。 Iu-CS是是RNC与与MSC之间的接口，它之间的接口，它负责完成电路域相关的呼叫流程。负责完成电路域相关的呼叫流程。 Iu-PS则是则是RNC与与SGSN之间的接口，之间的接口，负责处理数据业务。负责处理数据业务。图图3-16 Iu-PS3-16 Iu-PS协议栈结构协议栈结构图图3-17 Iu-BC3-17 Iu-BC接口协议栈结构接口协议栈结构3RANAP协议主要功能及

58、实现协议主要功能及实现（1）RANAP协议主要功能协议主要功能 RANAP协议位于协议位于Iu接口协议栈的最高接口协议栈的最高层，属于层，属于Iu接口应用层协议，负责处理接口应用层协议，负责处理UTRAN和和CN之间的信令交互。之间的信令交互。 RANAP协议主要功能。协议主要功能。 根据业务接入点（根据业务接入点（SAP）的不同，）的不同，RANAP业务可以分为业务可以分为3组。组。通用控制业务（通用控制业务（GC）寻呼及通告业务（寻呼及通告业务（Nt）专用控制业务（专用控制业务（DC） 信令传送将为信令传送将为RANAP提供面向连接的提供面向连接的数据传送业务和无连接的数据传送业务两数据传

59、送业务和无连接的数据传送业务两类业务模式。类业务模式。（2）RANAP功能的实现功能的实现 RANAP功能通过一个或多个功能通过一个或多个RANAP基本过程（基本过程（Elementary Procedures，EP）实现。实现。 一个一个EP是一个是一个RNS与与CN之间的交互之间的交互单元。单元。 每个每个RANAP功能可以通过一个或多个功能可以通过一个或多个EP过程完成。过程完成。 按照请求信息和响应信息，按照请求信息和响应信息，EP分为分为3类。类。 第第1类类EP：包含请求、响应信息的：包含请求、响应信息的EP。响应信息为成功或失败，成功表示响应信息为成功或失败，成功表示EP接受接受

60、并处理，失败表示并处理，失败表示EP不成功或超时。不成功或超时。 第第2类类EP：只有请求，没有响应信息的：只有请求，没有响应信息的EP，通常认为都发送成功。，通常认为都发送成功。 第第3类类EP：包含一个请求、多个响应信：包含一个请求、多个响应信息的息的EP。基基 本本 过过 程程请求请求/ /响应信息响应信息IuIu释放释放安全模式控制安全模式控制复位复位复位资源复位资源重定位准备重定位准备重定位资源分配重定位资源分配重定位取消重定位取消数据量报告数据量报告SRNSSRNS上下文转发上下文转发Iu Release RequiredIu Release Required李李Security