（通信与信息系统专业论文）wcdma无线网络规划方法探究.pdf

重庆邮电大学硕士论文 摘要 摘要 以g s m 移动通信系统为主题的第二代移动通信系统，经过十几年的发展，获 得了巨大的成功，但是随着对数据速率和系统容量要求的不断提高，第二代系统已 经不能够满足需求，第三代移动通信系统( 3 g ) 应运而生。3 g 系统的标准有 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d s c d m a 三种，其中w c d m a 被公认为g s m 系统最 适宜的演进方向。 作为第三代移动通信标准的w c d m a 已经在欧亚一些国家已经进行了商用，特 别是日本，已经全面进入了3 g 时代。对于w c d m a 运营商来说，无线网络规划的 关注重点是如何经济地建设具有高覆盖效率、高服务质量的网络，实现投资效益的 最大化。在移动通信网络建设中，成本主要来自于设备投资。3 g 网络的三大组成部 分：无线接入、传输和核心网中，无线接入网络的投资占据整个移动通信网络投资 的7 0 以上。无线接入网络投资的规模主要取决于网络中的站点数目和站型配置， 这是由无线网络规划所确定的数据。换句话讲，一方面，在合理预测业务发展规模 的条件下，由需求的容量设计和覆盖设计确定的基站系统总规模必须是最经济的； 另一方面，规划的基站系统是综合对容量、覆盖、投资成本等各方面要求的折中考 虑，并有一定的前瞻性。 针对以上问题，本文首先概述了w c d m a 的发展历程，对w c d m a 的几个版 本即3 g p pr 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 及r 7 的演进历程进行介绍并且比较了各个版本之间 的不同点。接着从概念及其逻辑上简述了w c d m a 的系统结构，包括各个版本的 网络实体及其网络结构。在总体上认识了w c d m a 之后，详细研究了w c d m a 网 络的规划，包括规划的指导思想，规划的目标，规划的过程，规划的关键技术，以 及规划的中需要使用的工具等。重点是如何实现容量和覆盖的平衡，其中基站在混 合多业务下的容量分析是一个挑战性的课题，在论文的最后，也是论文的关键部分， 将基于坎贝尔模型提出一种混合多业务的容量规划方法并加以研究，最后通过仿真 工具验证其是一种比较接近实际的规划方法，具有一定的实际意义。 关键词：w c d m a ，无线网络规划，混合业务，容量设计，坎贝尔模型 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t mc u r r e n tm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mt h a th a v eb e e nd e v e l o p e ds i n c el o n g t i m ea g oi sb a s e do ng s m ，b u ta l o n gw i t hr e q u i r e m e n ti n c r e a s i n gi ns y s t e mc a p a c i t ya n d d a t ar a t e ，3 ge m e r g ea st h et i m e r e q u i r e ，w c d m a c d m a - 2 0 0 0a n dt d - s c d m a a r e t h e l e a d i n g s t a n d a r di nm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o nf i e l d , a n dw c d m ai sm o s t a p p r o p r i a t et od e v e l o p i n gf r o mg s m a n yd e v e l o p m e n to ft e l c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki ni t se a r l i e rd a y sh a v et of a c et w o b a s i cd i f f i c u l t i e s , h o wt ob u i l dt h er a d i on e t w o r kt h a tc a nc o v e rs i g n i f i c a n tr e g i o n sa n d p r o v i d ea p p r o p r i a t ec a p a c i t yf o rc u s t o m e r sa n dh o wt om a k e t h en e t w o r kt ob ec a p b i l i t y o fc a p a c i t yi n c r e a s i n ga n dr e - l a y o u t i n gi nt h ef u t u r e f o rt h ei n v e s t m e n to fc o n s t r u c t i n g m o b h et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m , r a d i on e t w o r kw o u l dc o s t7 0 b ya n a l y z i n g ，t h e i n v e s t m e n ti sm a i n l yd e c i d e db yt h en u m b e ro fb a s es t a t i o na n dt h et y p eo ft h es t a t i o n , s o t h er a d i on e t w o r kp l a n n i n gi sa i m p o r t a n tt a s kf o rc u t t i n gt h ec o s t a so n es t a n d a r d i z a t i o no f3 g , w c d m ah a db eu s e dc o m m e r c i a l l yi ns o m ec o u n t r i e s o fe u r o p ea n da s i a , s p e c i a l l y , j a p a nh a dw a l k e di n t ow c d m at i m e sa l o n gw i t ht h es t o p p r o d u c t i o no f2 gh a n d s e t sl a t e l y b a s e dt e l e c o mc o m p a n yr u n n i n g ，i nt h ec o n d i t i o no f e s t i m a t i n gt h ef u t u r er e a s o n a b l y , t h ec o m p a n ys h o u l dm i n i m i z ec o s tt ol a yb a s es t a t i o n s o u tt h a ta r ed e c i d e db yc a p a c i t ya n do v e r c a s ti nr e q u i r e m e n ta n dt h eb a s es t a t i o ns y s t e m s h o u l db ec a p b i l i t yo fe x t e n d i n g i nt h i sp a p e r , f l r s n y , i ts u n l m a d 捌t h ed e v e l o p i n gp r o c e s so fw c d m a i n c l u d i n g r 9 9 , r 4 ，r 5 ，r 6a n dr 7a n dp o i n to u tt h ed i f e r e n c e so fd i f f e r e n tv e r s i o n s s e c o n d l y , i t i n t r o d u c e dt h es y s t e ms t r u c t u r eo fw c d m a i n c l u d i n gc o n c e p t ，f u n c t i o na n dr e l a t i o n so f c o m p o n e n t s t h i r d l ya n di m p o r t a n t l y , i td i s c u s st h el a y o u to fw c d m a i nd e t a i l ，i n c l u d i n g p r i n c i p l e ，t a r g e t , p r o c e s s ，k e y t e c h n i q u ea n dt o o l sf o rt h el a y o u tp r o j e c t l a s t l ya n ds i g n i f i c a n t l y , b a s e dt h ec a p a c i t y l a y o u t , t r yt ou s ec a m p b e l lm o d e lt od e s i g no n em e t h o df o rt h em i x e do p e r a t i o nl a y o u t a n dg i v en i ls i m u l a t e di n s t a n c eb yt h es o f t w a r eo fa i r c o mt oe x p l a i nt h ef e a s i b i l i t yo ft h e m e t h o d k e yw o r d s ：w c d m a ，r a d i on e t w o r kp l a n n i n g ，m u l t i - s e r v i c e s ，c a p a c i t yp e r f o r m a n c e ， c a m p b e l m o d e l 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 当今的社会已经进入了一个信息化的社会，没有信息的传递和交流人们就无法 适应现代化的快节奏的生活和工作，人们期望随时随地及时可靠不受时空限制地进 行信息交流提高工作的效率和经济效益。 现代移动通信发展至今，主要走过了两代：第一代是模拟蜂窝移动通信系统， 第二代是数字蜂窝移动通信系鲥嵋j 。 第一代移动通信系统应用于上世纪七十年代中期至八十年代中期，其主要特点 是采用频分复用f d m ，语音信号为模拟调制，其主要弊端有：频谱利用率低、业务 种类有限、保密性差、设备成本高、设备体积大、重量大等。 为了解决模拟系统中存在的一些根本性技术缺陷，数字移动通信技术应运而生， 这就是第二代数字蜂窝移动通信系统，现今正在使用的数字移动通信系统如g s m 、 c a m o n e ( i s 9 5 ) 都是第二代系统。由于第二代移动通信以传输话音和低速数据业务 为目的，从1 9 9 6 年开始，为了解决中速数据传输问题，又出现了2 5 代的移动通信 系统，如中国移动的g p r s 系统。 但现有的第二代移动通信系统在支持全球漫游、频谱利用率以及数据业务方面 都表现出了一定的不足，特别是随着用户对多媒体通信需求的增长，以及移动通信 与互联网的逐步融合，现有的网络已无法进一步满足人们的需求，3 g 因此应运而生， 3 g 技术将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，在提高无线频率利用效 率的同时，为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。3 g 的目标就是宽带多 媒体通信，能够提供多种类型、高质量的多媒体业务。 目前，3 g 商用网络已经在欧洲、亚洲不少地区实现运行，3 g 在我国正处于预 商用阶段。 1 2 三种技术体制 w c d m a 技术体制 w c d m a 是基于g s m 的3 g 技术规范，由欧洲标准化组织3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o n p a r t e r s h i pp r o j e c t 第三代伙伴计划) 所制定，受全球标准化组织、设备制造商、器件 供应商的广泛支持，将成为未来3 g 的主流体制。由欧洲的宽带c d m a 技术提出 g s m g p r s e d g e w c d m a 的演进策略【3 l 。 ( 窑) c d m a 2 0 0 0 技术体制 e d m a 2 0 0 0 是由窄带c d m a 发展而来的宽带c d m a 技术，由美国主推，提出了从 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 c d m ai s 9 5 c d m a2 0 0 0i x - - c d m a2 0 0 03 x 的演进策略。目前其标准化工作由 3 g p p 2 来完成【4 ，5 1 。 t d s c d m a 技术体制 t d s c d m a 是由我国大唐电信公司提出的3 g 标准，该标准不经过2 5 代的中间 环节，由g s m 直接向t d s c d m a 过渡。 三种主要技术体制的对比情况如表1 1 1 1 】所示： 表1 1 三种主要技术体制比较 制式w c d m a c d m a 2 0 0 0 t d s c d 【a 采用国家欧洲、日本美国、韩国 中国 继承基础g s m窄带c d m a g s m 预计试用期日本2 0 0 1 年韩国2 0 0 0 年底 2 0 0 8 年 同步方式异步 同步 异步 码片速率 3 8 4 m o p s n x1 2 2 8 8 m o p s 1 2 8 m c p s 信号带宽5 m h zn x l 2 5 z 1 6 m h z 空中接口w c d m a c 2 m a 2 0 0 0 兼容i s 9 5t d s c d m a 核心网g s mm l p a n s i _ 4 1g s mm l 心 从第三代移动通信系统的标准来看，w c d m a 以及t d s c d m a 适用于g s m 网络 向3 g 演进，而c d m a 2 0 0 0 则适用于c d m ai s 9 5 向3 g 过渡口，6 。 1 3w c d m a 简介 1 3 1w c d m a 的发展状况 第三代移动通信系统( 3 g ) 最早由总部设在日内瓦的联合国标准化组织国际电 信联盟( i t u ) 于1 9 8 5 年提出，当时称为未来公众陆地通信系统( f p l m t s ，f u t u r e p u b l i cl a n dm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) ，1 9 9 6 年更名为国际移动通信2 0 0 0 ( i m t 2 0 0 0 i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n s2 0 0 0 ) ，其本来的含义是指系统 工作在2 0 0 0 m h z 频段、最高业务速率可j 2 蔓2 0 0 0 k b i t s ，原定于2 0 0 0 年左右开始商用。 此后e t s i 、a r i b 、仉、c w t s 、r 】陀等区域化标准组织分别开展了各自的研究t 8 驯。 欧洲电信标准协会( e t s i ) 把3 g 技术统称为通用移动通信系统( u m t s ， u n i v e r a s lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 。1 9 9 8 年，日本和欧洲在宽带c d m a 建议的关键参数上取得一致，使之正式称为u m t s 体系中频分双工( f d d ，f r e q u e n c y d i v i s i o nd u p l e x ) 频段的空中接口的入选技术方案，并由此通称为w c d m a ，即宽 带c d m a ( w i d e b a n dc d m a ) ，以有别于源于北美的窄带( 带宽1 2 5 m h z ) 标准。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 进一步的细化工作由标准化组织3 g p p 完成，该组织是由欧洲e t s i 发起，并由t e s i ( 欧洲) 、c w t s ( 中国) 、a r i b ( 日本) 、1 1 陀( 日本) 、1 隗( 韩国) 和t l ( 美国) 等 成员组成的第三代合作组织，其目标是制定与g s m g p r s 兼容的第三代移动通信系 统的标准w c d m a ，在欧洲又称为订t s j 。 w c d m a 的推出适应了数据业务和移动通信两大业务的发展。随着计算机、互 联网的迅速普及，数据业务已经渗入到各行各业，用户需要使用更加灵活、速率更 快的数据业务服务，w c d m a 借助宽带、无线接入、可变的无线承载速率、灵活的 q o s 控制等特点，很好地适应了数据业务的需求。同时，移动通信也在快速发展， 人们越来越多地依靠移动通信实现沟通，对网络容量的需求迅速增长，相当于有限 的频率资源，对移动通信技术的频谱利用率提出更高的要求。w c d m a 是最早也是 最完善的3 g 移动通信体制，为全球3 g 运营商所广泛应用 3 1 。 w c d m a 网络可以开展的业务有：w e b 浏览、w a p 浏览、e - m a i l 、铃声图片下 载、视音频业务、电子商务、短消息以及多媒体短消息等，依靠丰富的业务品种和 良好的业务质量，w c d m a 将能够取得良好的发展1 8 , 9 1 。 1 3 2w c d m a 技术标准的演进 w c d m a 作为3 g 的三大主流技术之一，是基于g s m m a p 协议，通过引进 c d m a 技术演变而来的。3 g p p 关于w c d m a 网络技术标准的演进主要分为r 9 9 、 r 4 、r 5 和r 6 等几个主要阶段。无线网络的演进主要是通过采用高阶调制方式和各 种有效的纠错机制等技术，不断增强空中接口的数据吞吐能力；而核心网络主要利 用控制与承载、业务与应用相分离的思路，逐步从传统的t d m 组网方式向全m 组 网方式演进。最终使无线网络和核心网络全部走向化，在整个技术演进过程中保 证了业务的连续性、完善的q o s 机制和网络安全性。 w c d m a 标准提出 g s m ( 2 g ) g p r s e d g e w c d m a ( 3 g ) 的演进策略。为了尽 快将w c d m a 系统商用，3 g p p 对w c d m a 的系列规范划定了不同的版本，已分别于 2 0 0 0 年3 月、2 0 0 1 年3 月、2 0 0 2 年6 月、2 0 0 4 年1 2 月和2 0 0 7 年5 月推出r 9 9 ( 又称r 3 ) 、 r 4 、r 5 、r 6 和r 7 五个标准版本。不同版本间的功能划分并不是绝对和清晰的，而 是按时间进度和工作完成情况进行灵活划分，不一定某个功能必须在某个版本中完 成，在修改版本时应遵守向后兼容的原则 9 1 。以下对r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 和r 7 几个不 同版本的主要技术特点进行了归纳。 各版本的演迸时间如图1 1 所示。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 图1 1w c d m a 的演进 r 9 9 r 9 9 版本是第一个w c d m a 标准，基于该版本形成了目前大量被采用的设备。 w c d m ar 9 9 在新的工作频段上引入了基于每载频5 m h z 带宽的c d m a 无线接入 网络，无线接入网络主要由n o d eb ( 负责基带处理、扩频处理) 和r n c ( 负责接入系 统控制与管理) 组成，同时引入了适于分组数据传输的协议和机制，数据速率可支持 1 4 4 k b s 、3 8 4k b s ，理论上可达2 m b s 。 在用户的安全机制上，g s m 由a u c 提供鉴权三元组，采用a 3 a 8 算法对用户 进行鉴权及业务加密；r 9 9 由a u c 提供鉴权五元组，定义了新的用户加密算法 ( u e a ) ，并采用a u t h e n t i c a t i o nt o k e n 机制增强用户鉴权机制的安全性。 r 4 w c d m ar 4 与r 9 9 相比无线接入网的网络结构没有改变，其区别主要在电路 域核心网中主要引入了基于软交换架构的分层架构，将呼叫控制与承载层相分离。 r 5 w c d m ar 5 在无线网络中主要引入基于的r a n 和h s p d a 的功能，尤其引 人关注的是h s d p a 支持高速下行分组数据接入，理论峰值数据速率可高达 1 4 4 m b s 。目前h s d p a 系统下行速率可达3 6 m b s 。 在核心网，r 5 协议引入了p 多媒体子系统，简称i m s 。i m s 的引入，为开展 基于p 技术的多媒体业务创造了条件。它代表了未来业务的发展方向。 r 6 及r 7 到了3 g p pr 6 版本阶段，网络架构方面已没有太大的变更，主要是增加了一些 4 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 新的功能特性，以及对已有功能特性的增强。主要完善h s u p a 技术，增强空中接 口、r a n 、定位业务等。 r 7 版本主要继续r 6 未完成的标准和业务。 1 3 3w c d m a 网络的引入及演进 无论w c d m a 的哪个版本，其无线网络对于现有的g s m g p r s 无线网络都是 革命性的，设备不存在平滑升级的问题。因为g s m g p r s 与w c d m a 无线系统的 调制方式不同，- 并且工作频率也不相同，g s m g p r s 系统工作在9 0 0 18 0 0 m h z ， w c d m a 系统主要工作在2 1 g i - i z 频段上，这对于无线网络规划提出了新的挑战。 移动通信网络的演进对于电信运营商来说是个无法回避的问题，运营商应该审时度 势，把握历史机遇，以最佳方式适时完成网络平滑演进和用户迁移，并积极拓展新 的业务市场。 网络稳定性问题 2 ( 3 网络是移动运营商网络的基础与业务服务提供的主体，其稳定性直接影响到 移动运营商的品牌。比如，中国移动的g s m 网络是其利润之源，确保g s m 网络的 稳定是3 g 建网时首先要考虑的问题。3 g 初期用户相对较少，3 g 网络由于业务以 及运营的成熟性可能需要频繁升级，因此要考虑3 g 网络在建设初期尽量不与2 g 网 络综合在一起，新建核心网能够降低两网的耦合度，有利于原有g s m 网络的稳定。 3 g 新业务快速推出问题 移动通信领域运营商之间的竞争日趋激烈，处于竞争的需要，3 g 新业务的推出 速度将比2 g 时代要快得多，推出频率将更加频繁，如何快速推出新业务是网络演 进需要考虑的问题。 投资保护的问题 中国不同于欧洲的特点是：中国的移动通信市场用户数还处于迅速发展阶段， 而欧洲市场早已趋于饱和，欧洲的移动通信网络不再需要容量的增加，而仅仅是提 供高速数据和多媒体业务即可。而中国市场的需求，则是同时要求这两点。现有运 营商在网络建设时，更多考虑的是怎样充分利用现有的网络资源，保护已有投资。 业务的平滑演进 网络的演进一定要保证用户原有的业务不受影响，网络从2 g 演进到3 g ，用户 得到的服务只能丰富和增强，不能减少和受损。一旦2 g 系统演进到3 g 以后，对于 电路域业务，3 ( 3 系统除了能提供原来2 ( 3 系统的所有业务外，还应能提供原来2 g 系统难以提供的业务，比如多媒体可视电话业务。相应地，智能网需要由c a m e l 2 升级到c a m e l 3 ，可以继承原有的智能网业务平台，提供更加丰富的业务。 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 对于分组域业务，由于带宽的提高，3 g 网络可以提供更多的业务，比如高速上 网冲浪、视频点播( v o d ) 、移动办公、信息娱乐等等。 面向未来发展 从技术上讲，不要囿于t d m 的交换网络，转向以n g n 为代表的新一代交换网 络( 当然后者兼容t d m 网络) ，既要充分利用现有的2 g 网络资源拓展市场，同时 又要考虑网络未来的发展与演进。选择最佳的发展时机，实现2 g 核心网络与3 g 核 心网络的融合，平滑地实现2 g 用户向3 g 网络的迁徙。 1 3 4w c d m a 无线网络规划必须考虑的几个问题 首先，3 g 网络的部署对于拥有2 g 网络的移动运营商来说，主要是增强系统无 线数据业务的能力，满足用户中高速数据业务的需求，而不是解决话音业务的需要。 而对于新进入移动领域的运营商，3 g 网络部署既要满足用户语音的需求，又要满足 数据业务的需求。因此，不同运营商建网策略有很大的不同。目前全球除日本外， 获得3 g 牌照的新运营商主要采取在经济发达的城市开始部署w c d m a 网络，而在 其他没有网络覆盖的地区通过与原有2 g 网络的运营商签署漫游协议，实现在3 g 覆 盖区域以外的资源共享，这也是政府在发放3 g 牌照时对2 g 网络运营商的强制性规 定。 对于拥有g s m 网络的移动运营商，在确定了市场定位、业务策略以及建网策 略后，首先要进行2 g 现有资源的调查，调查主要包括基础设施( 机房面积、供电、 铁塔、传输等) 、基站城乡比例、室内分布及信号源、话务密度、话务分布，尤其是 g p r s 数据业务分布、流量分布、用户业务类型以及不同业务的闲忙时分布，不同 业务对于资源的占用情况等。基础设施的调查主要是可以充分利用现有基础设施节 省投资，同时可以大大加快网络的部署，在时间上争取主动。而对于现网话务分布、 话务密度以及g p r s 数据业务流量、数据用户行为等方面的调查，是w c d m a 网络 覆盖和资源配置的主要依据。 其次，w c d m a 无线网络规划主要涉及3 g 网络覆盖目标、容量目标、质量目 标等方面。覆盖目标：有数据业务需求为首要考虑因素，由于3 g 工作在2 1 g 频段 上，必须进行传播特性校正。在传播模型校正的基础上，对于目标区域c s 6 4 、p s 6 4 、 p s l 2 8 以及p s 3 m 业务应用场景以及要求明确后，为保证覆盖区内各业务的应用， 不同业务、不同的q o s 要求，业务覆盖规划又是w c d m a 无线规划的重点和难点 问题。 6 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 1 4 论文研究目的 对于w c d m a 运营商来说，无线网络规划的关注重点是如何经济地建设具有高 覆盖效率、高服务质量的网络，实现投资效益的最大化。换句话讲，一方面，在合 理预测业务发展规模的条件下，由需求的容量设计和覆盖设计确定的基站系统总规 模必须是最经济的；另一方面，规划的基站系统是综合对容量、覆盖、投资成本等 各方面要求的折中考虑，并有一定的前瞻性。 源于w c d m a 的自干扰特性和对多种业务支持的软容量特性给运营商带来的 好处是，可在一定限度内，对业务质量和系统容量作均衡，可按最大经济效益动态 调整各种业务的比例。但另一方面，软容量却给网络规划时的容量规划带来了困难， 在w c d m a 系统中，怎样做容量规划，可以说是整个规划中最困难的一步。 围绕这两项任务，目前w c d m a 无线网络规划研究的重点集中在两个方面：一、 考虑空中自干扰特性在容量和覆盖之间如何取得最优的平衡，为网络提供最佳的覆 盖质量，并提供合理的网络容量；二、基站在混合多业务模型下如何求解设计容量。 业内对容量和覆盖的最优平衡展开了大量的研究，得到广泛的共识。而基站求解混 合业务模型下的设计容量是一个比较有挑战性的课题。本论文基于坎贝尔模型提出 了一种解决w c d m a 系统混合业务模型下的容量设计及无线网络规划的方法，并仿 真实现。 7 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统结构 2 1 概述 第二章w c d m a 系统结构 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，通用移动通信系统) 是 采用w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把u m t s 系统称为 w c d m a 通信系统。u m t s 系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构，包括无 线接入网络( r a d i oa c c e s sn e t w o r k ，凡州) 和核心网络( c o r en e t w o r k ，c n ) 。其 中无线接入网络处理所有与无线有关的功能，而c n 处理u m t s 系统内所有的话音 呼叫和数据连接，并实现与外部网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为电路交 换域( c 沁u i ts w i t c h e dd o m a i n ，c s ) 和分组交换域( p a c k e ts w i t c h e dd o m a i n ，p s ) 。 u t r a n 、c n 与用户设备( u s e re q u i p m e n t ，u e ) 一起构成了整个u m t s 系统。 其系统结构如图2 1 所示。 终端接入嘲外跚：州终 一一一i i 、 阱。p s t n ，7 卜 二嗣： ! 秒 u t r 州 一。一，二i 穗融嘲 。i m , 0 0 1 1 1 1 一 。、。 图2 1u m t s 的系统结构 从3 g p pr 9 9 标准的角度来看，u e 和u t r a n o j m t s 的陆地无线接入网络) e h 全新的协议构成，其设计基于w c d m a 无线技术。而c n 则采用了g s m g p r s 的 定义，这样可以实现网络的平滑过渡，此外在第三代网络建设的初期可以实现全球 漫游。 2 1 1u m t s 系统网络构成 u m t s 网络单元构成如图2 2 【1 】所示。 从图2 2 1 拘u m t s 系统网络构成示意图中可以看出，u m t s 系统的网络单元包括 如下部分【1 0 , 1 1 】： 固 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统结构 ll u 。：f 。：f 。： ；而矾 ；： i ：i l _ _ _ _ - - _ _ _ - _ _ 一 ：l u s i ml ： l 匹j ll ： - l c 。： ： i u b o l i m el ii 卜础b 卜 ! 叵寸 ： u ： il - - - 一 - - 图2 2u m t s 网络单元构成示意图 u e m s e re q u i p m e n t ) u e 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块 以及应用层软件模块等。u e 通过u u 接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电 路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、m e t 应用( 如e - m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。 u e 包括两部分： m e ( m o b i l e e q u i p m e n t ) ，提供应用和服务 u s i m ( u m t ss u b s c r i b e rm o d u l e ) ，提供用户身份识别 t r r r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s sn e t w o r k , u m t s ) u t r a n ，即陆地无线接入网，分为基站( n o d eb ) 和无线网络控制器( 鼢忙) 两部分。 n o d eb n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机和基带处 理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的处理。 它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号 和射频信号的相互转换等功能。 r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 。 r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线 资源管理控制等功能。 ( 蚕) c n ( c o r en e t w o r k ) c n ，即核心网络，负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要功能实 体如下： 1 ) m s c v l r m s c 厂、l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，它的主要功能是提供c s 域的 呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 9 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统结构 2 ) g m s c g m s c 是w c d m a 移动网c s 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节点， 主要功能是充当移动网和固定网之间的移动关口局，完成p s t n 用户呼移动用户时 呼入呼叫的路由功能，承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。 3 ) s g s n s g s n 0 艮务c m i 塔支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，主要功能是提 供p s 域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。 4 ) g g s n g g s n ( 网关g p r s 支持节点) 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，主要功能 是同外部m 分组网络的接口功能，g g s n 需要提供u e 接入外部分组网络的关口功 能，从外部网的观点来看，g g s n 就好像是可寻址w c d m a 移动网络中所有用户 口的路由器，需要同外部网络交换路由信息。 5 ) h l r h l r ( 归属位置寄存器) 是w c d m a 核心网c s 域和p s 域共有的功能节点， 主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。 4 e x t e r n a ln e t w o r k s e x t e r n a ln e t w o r k s ，即外部网络，可以分为两类： 电路交换网络( c sn e t w o r k s ) ：提供电路交换的连接服务，像通话服务。i s d n 和p s t n 均属于电路交换网络。 分组交换网络( p sn e t w o r k s ) ：提供数据包的连接服务，i n t e m e t 属于分组 数据交换网络。 2 2u t r a n 的基本结构及功能 2 1 1u t r a n 的基本结构 u t r a n 包含一个或几个无线网络子系统( i 埘s ) 。一个r n s 由一个无线网络控 制器( 鼬屺) 和一个或多个基站( n o d eb ) 组成。r n c 与c n 之间的接口是i u 接口， n o d eb 和r n c 通过i u b 接口连接。在i 瓜a n 内部，无线网络控制器( r n c ) 之间通过 i u r 互联，i u r 可以通过r n c 之间的直接物理连接或通过传输网连接。r n c 用来分配和 控制与之相连或相关的n o d eb 的无线资源。n o d eb 则完成i u b 接口和u u 接口之间的 数据流的转换，同时也参与一部分无线资源管理。u t r a n 的结构如图2 3 【1 】虚线框 所示。 1 0 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统结构 图2 3u t r a n 的结构 r n c r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ，无线网络控制器) ，用于控制u t r a n 的无线 资源。它通过i u 接口与电路域( m s c ) 和分组域( s g s n ) 以及广播域( b c ) 相连( 图 2 3 未标) ，在移动台和u t r a n 之间的无线资源控制( r r c ) 协议在此终止，它在 逻辑上对应g s m 网络中的基站控制器( b s c ) 。控制n o d eb 的r n c 称为该n o d e b 的控制r n c ( c r n c ) ，c r n c 负责对其控制的小区的无线资源进行管理。 n o d eb n o d eb 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，通过标准的i u b 接口和 r n c 互连，主要完成u u 接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制、信 道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。 同时它还完成一些如内环功率控制等的无线资源管理功能。它在逻辑上对应于g s m 网络中基站( b t s ) 。 2 2 2u t r a n 完成的功能 和总体系统接入控制有关的功能 和安全与私有性有关的功能 和移动性有关的功能 和无线资源管理和控制有关的功能 时间提前量设置( t d d ) 无线信道编码 无线信道解码 信道编码控制 初始( 随机) 接入检测和处理 重庆邮电大学硕士论文 第二章w c d m a 系统结构 n a s 消息的c n 分发功能 2 3 核心网络( c n ) 基本结构 核心网( c n ) 从逻辑上可划分为电路域( c s 域) 、分组域( p s 域) 、和广播域 ( b c 域) 。c s 域设备是指为用户提供“电路型业务 ，或提供相关信令连接的实 体。c s 域特有的实体包括：m s c 、g m s c 、v l r 、i w f 。p s 域为用户提供“分组 型数据业务 ，p s 域特有的实体包括：s g s n 和g g s n 。其他设备如h l r ( 或h s s ) 、 a u c 、e i r 等为c s 域与p s 域共用。 w c d m a 的网络总体结构定义目前具有五个版本，分别为：r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 和r 7 。 对于以上几个版本，p s 域特有设备主体没有变化，只进行协议的升级和优化； c s 域设备变化也不是非常大。 2 4r 9 9 网络结构及功能实体 为了确保运营商的投资利益，在r 9 9 网络结构中充分考虑了2 g 3 g 兼容性问题， 以支持g s m g p r s 3 g 的平滑过渡。因此，在网络c s 域和p s 域中是并列的，r 9 9 核心网设备包括：m s c v l r 、i w f 、s g s n 、g g s n 、 玎卫a u c 、e i r 等。为支持 3 g 业务，有些设备增添了相应的接口协议，另外对原有的接口协议进行了改进。 图2 4 【1 】是p l m n 的基本网络结构( 包括c s 域和p s 域) 。 与现有的2 g 或2 5 g 移动网络相比，r 9 9 版本发生了根本性变化，它引入了全 新的接入网通用地面无线接入网络( i 瓜a ，空中接口技术采用w c d m a ，而 核心网部分则是基于g s m 系统的移动应用部分( m a p ) 。 因此，在r 9 9 版本中，w c d m a 和g s m 使用相同的核心网络，但是两者还是 有一些不同的地方。如w c d m a 的编码解码器是和移动交换中心( m s c ) 在一起 的，而在g s m 网络中，编码解码器和基站控制器在一起。同样，g s m 采用脉冲编 码调制( p c m ) 编码，而w c d m a 采用自适应多速率( a m r ) 编码。 2 4 1r 9 9 的无线接入网 无线接入网由r n c 和n o d eb 组成。 r n c 是r n s 的控制部分，负责对各种接口的管理，承担无线资源和无线参数 的管理。主要功能包括系统信息广播与接入控制功能、切换、r n c 迁移、功率控制、 宏分集合并、无线资源分配及管理等功能。 n o d eb 是w c d m a 系统的基站，受r n c 控制，由一个或多个小区的无线收发 1 2 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统结构 信设备组成，完成r n c 与无线信道之间的编码转换，实现空中接口与物理层间的 相关处理如无线信道编码、交织、速率匹配和扩频等，并完成一些无线资源管理功 能。 粗线：表示支持用户业务的接口点划线：表示支持信令的接口 图2 4r 9 9 网络结构图 2 4 2r 9 9 的核心网 r 9 9 核心网络在网络结构上与g s m 保持一致，其电路域( c s ) 仍采用t d m 技术， 分组域( p s ) 则基于m 技术来组网。 r 9 9 核心网主要包括移动交换中心( m s c ) 拜访位置寄存器l r ) 、g p r s 服务 支持节点( s g s n ) 、g p r s 网关支持节点( g 6 s n ) 、归属位置寄存器( h l r ) 鉴权中心 ( a u c ) 和设备识别寄存器( e i r ) 。 2 4 3r 9 9 的主要功能实体 r ：9 9 中c s 域的功能实体包括：m s c 、v l r 等。其中；运营商可以根据连接方 重庆邮电大学硕士论文第二章w c d m a 系统结构 式的不同将m s c 设置为g m s c 、s m - g m s c 、s m - i w m s c 等。为实现网络互通， 在系统中配置互通设施i w f ( 一般结合于m s c ) 。 除上述功能实体之外，p s 域特有的功能实体包括s g s n 和g g s n ，为用户提供 分组数据业务。h l r 、a u c 、e i r 为c s 域和p s 域公用设备。 r 9 9 的主要功能实体包括t 移动交换中心( m s c ) m s c 为电路域特有的设备，用于连接无线系统(