第5章无线接入网结构

1、第5章 无线接入网结构Fabio Longoni and Atte Lnsisalmi 5.1 系统结构本章将对包括逻辑网络元素和接口在内的UMTS系统结构作一个全面介绍。UMTS系统采用的结构与大家熟悉的所有第二代系统及部分第一代系统是一样的。参考文献中将列出有关的3GPP规范。UMTS系统包含很多逻辑网络元素，每个元素都有特定的功能。标准中的网络元素都是在逻辑层上定义，这通常对应于相似的物理实现，特别是因为系统中存在相当数量的开放接口。（因为接口两端的设备可由不同的设备制造商提供，所以对开放接口的定义必须非常详细。）网络元素可以根据其功能的相似性或者所归属子网的不同进行分类。按照功能，网络

2、元素被分成无线接入网（RAN，UMTS Terrestrial RAN=UTRAN）和核心网（CN）。无线接入网负责处理所有与无线通信相关的功能，核心网负责电话的交换和路由查找，以及与外部网络的数据连接。要完备整个系统，还必须定义用户设备（UE），它连接着用户和无线接口。高层系统结构如图5-1所示。图5-1 UMTS高层系统结构从规范和标准的角度来看，UE和UTRAN协议完全都是新的，这些新协议的制定都是基于对WCDMA新无线技术需求的考虑；而CN的协议来源于GSM规范。正是因为WCDMA系统采用GSM的CN，使得其便于全球化市场的推广，也可以加速UMTS系统的引入和发展，便于实现全球漫游。另

3、一种是根据所属子网的不同进行分类，在这个意义上，UMTS系统是模块化的，并且它可能含有多个同一类型的网络元素。原则上对于一个特征齐备、可运行网络的最低要求是每种类型的逻辑网络元素至少有一个（注意，一些特征以及相应的网络元素是可选的）。正是由于可能存在多个同一类型的元素实体，才能将UMTS系统划分为若干子网，各子网既可以独立地进行工作，又可以协同工作，并且通过唯一的标识相互加以区分。这样的子网叫做UMTS PLMN（Public Land Mobile Network通用移动通信系统公众陆地移动网）。典型的例子是一PLMN由某家运营商所运营，并连接到其它PLMN网络，以及诸如ISDN，PSTN，

4、Internet等的其它类型网络。图5-2是PLMN网的元素图，为了便于说明网络连接的情况，图中也包含了外部网络。图5-2 PLMN网的元素图关于UTRAN网络结构的内容将在5.2节中介绍，下面先对网络元素作一简单介绍。UE包含两个部分：l 移动设备（ME）：是通过Uu接口进行无线通信的无线终端。l UMTS用户识别模块（USIM）：是一张记载了用户标识、可执行鉴权算法的智能卡，并存储鉴权、密钥及终端所需的一些预约信息。UTRAN也包括如下两个不同的元素：l NODE B：在Iub和Uu接口之间传送数据流，并参与无线资源管理（注意：“NODE B”这个词是从3GPP规范中来的，在整个第5章都将

5、使用，而本书其它章节中的“基站”一词也是代表相同的意思，但后者较前者更为通用）。l 无线网络控制器（RNC）：拥有和控制它辖域内的无线资源（NODE B与之相连）。RNC是UTRAN提供给CN所有业务的业务接入点，例如到UE的连接管理。GSM CN的主要元素如下（图5-2中并未画出诸如提供IN业务的元素实体）：l HLR（归属位置寄存器）：位于用户本地系统的数据库，存储着用户业务特征的主备份。这些业务特征包括注册业务信息、漫游盲区信息，以及诸如呼叫转发状态和呼叫转发数量等增值业务信息。这个数据库在新用户向系统注册入网时创建，在用户的合同期内始终有效。为了给呼入业务（如来电或短消息）寻找路由至U

6、E，HLR还在MSC/VLR层和/或SGSN层存储UE的位置信息。l MSC/VLR (移动业务交换中心/访问位置寄存器)：是为UE在当前位置下提供电路交换（CS）业务的交换中心（MSC）和数据库（VLR）。MSC的功能是用于处理电路交换业务，VLR保存漫游用户的业务列表副本和UE在服务系统内精确的位置信息。通常把通过MSC/VLR相连接的网络部分称为CS域。l GMSC（移动业务交换中心网关）：是UMTS PLMN与外部CS网络连接的交换设备，所有出入的CS交换业务都经过GMSC。l SGSN（服务GPRS支撑节点）：其功能与MSC/VLR类似，但用于分组交换（PS）业务，通过SGSN相连接

7、的网络部分通常被称作PS域。l GGSN（GPRS支撑节点网关）：功能类似于GMSC，但用于PS业务。外部网络可以被分成两组：l CS网络：用于提供电路交换（如现有的电话业务）的连接。ISDN和PSTN也都属于CS网络。l PS网络：用于提供分组交换连接，Internet属于PS网络。 UMTS标准没有对网络元素的内在功能进行具体的规范，但定义了逻辑网络元素间的接口，其中主要的开放接口包括：l Cu接口：是USIM智能卡和ME间的电子接口，它遵循智能卡的标准格式。l Uu接口：是WCDMA的无线接口，也是本节的重点。Uu是UE接入到系统固定部分的接口，因此可能是UMTS中最重要的开放接口。可以

8、看出，UE制造商可能会比固定网络元素的制造商多得多。l Iu接口：连接着UTRAN和CN，将在5.4节中做详细介绍。它类似于GSM中相应的接口A接口（电路交换）和Gb接口（分组交换），开放的Iu接口使UMTS的运营商有可能采用不同厂商的设备来构建UTRAN和CN，由此产生的竞争正是GSM成功的因素之一。l Iur接口：支持不同制造商的RNC间的软切换，它是开放的Iu接口的补充，其内容将在5.5.1节中详细阐述。l Iub接口：连接着NODE B和RNC。UMTS是第一个将控制器基站接口标准化为全开放接口的商用移动电话系统。正像其它的开放接口一样，开放的Iub接口可能会进一步激发这一领域制造商之

9、间的竞争，因此市场上可能出现一些专门研发NODE B产品的新制造商。5.2 UTRAN 结构UTRAN 结构示于图5-3。UTRAN 包含一个或多个无线网络子系统（RNS）。每个RNS都是UTRAN内的一个子网，它包含一个无线网络控制器（RNC）、一个或者多个NODE B。RNC通过Iur接口互联，而RNC和NODE B通过Iub接口相连。本节将对UTRAN网络元素进行简要描述，对UTRAN接口的进一步介绍将在后几节中讲述。在介绍它们之前，我们先介绍一下UTRAN的主要特征，也就是对于设计UTRAN的结构、功能和协议的主要要求，具体总结如下：l 支持UTRA（UMTS 地面无线接入）和所有相关

10、功能。具体的说，设计UTRA的主要方面就是支持软切换（一个终端通过两个或多个激活的小区与网络相连的情况），以及WCDMA指定的无线资源管理算法。l 最大可能地兼容分组交换和电路交换数据的处理。通过使用唯一的空中接口协议栈以及同一个接口，将UTRAN连接至核心网（CN）的分组交换域和电路交换域。l 尽可能与GSM兼容。l 使用ATM传输作为UTRAN中主要传输机制。图5-3 UTRAN 结构5.2.1 无线网络控制器RNC（无线网络控制器）是负责控制UTRAN无线资源的网络元素，它与CN相连（通常连接CN中的一个MSC和一个SGSN），并且负责终止RRC（无线资源控制）协议，其中的RRC协议定义

11、了移动台和UTRAN间的消息和进程。RNC的逻辑功能相当于GSM的BSC。5.2.1.1 RNC的逻辑功能控制Node B（例如终止通向Node B方向的Iub接口）的RNC叫做控制RNC（CRNC）。CRNC负责所属小区的负载管理和拥塞控制，还为所属小区待建的无线新连接进行接纳控制和码字分配。如果移动用户到UTRAN的连接要使用多个RNS的资源（见图5-4），涉及到的RNC有两个独立的逻辑功能（就该移动用户和UTRAN之间的连接而言）：l 服务RNC(SRNC)。移动用户的SRNC负责终止传送的用户数据和相应的来回于CN之间的RANAP信令的Iu连接（该连接称为RANAP连接）；也负责终止无

12、线资源控制信令UE和UTRAN间的信令协议。同时，它还负责对来自/流向无线接口的数据进行L2层处理。SRNC执行一些基本无线资源管理操作，例如，将无线接入承载参数转化为空中接口传输信道参数、切换判决、以及外环功率控制等操作。SRNC也可以（但不总是）作为一些用于移动终端与UTRAN相连的NODE B的CRNC。l 漂移RNC。DRNC是除SRNC外、控制移动台所使用的小区的任何RNC。在需要的情况下，DRNC可以进行宏分集合并和分裂。除了UE正在使用公共或共享传输信道的情况之外，DRNC不对用户平面数据进行L2层处理，而在Iub和Iur接口间透明地为数据选择路由。UE可以没有或者有一个、多个D

13、RNC。注意到，实际的RNC通常包含所有的CRNC，SRNC和DRNC的功能。5.2.2 NODE B（基站）NODE B的主要功能是进行空中接口L1层处理（信道编码和交织，速率匹配，扩频等），它也执行一些基本的无线资源管理操作，例如内环功率控制，逻辑上它对应于GSM的基站。“NODE B”这个词听上去似乎有些莫名其妙，那是因为它是在制定标准过程中临时采用的一种称谓，但一直沿用至今未更改。NODE B的逻辑模型描述见5.5.2节。图5-4 UE-UTRAN连接中RNC的逻辑功能图。左图代表UE在RNC之间的软切换的情况(由SRNC中进行合并)，右图代表UE只使用来自一个NODE B的资源(由D

14、RNC控制)5.3 UTRAN地面接口的通用协议模型5.3.1 概述UTRAN地面接口的协议结构是根据相同的通用协议模型设计的，该模型如图5-5所示。该协议结构基于如下原则：各层及各平面逻辑上彼此独立。所以如果将来需要，可以在对协议结构的某一部分进行修改的同时，完全保持其余部分不发生变动。图5-5 UTRAN地面接口的通用协议模型5.3.2 水平层该协议结构包含两个主要的层：无线网络层和传输网络层。所有UTRAN的相关内容仅在无线网络层可见；传输网络层使用标准传输技术，UTRAN选择采用这些标准传输技术，但没有对它做任何特定的改变。5.3.3 垂直平面5.3.3.1 控制平面控制平面用于所有U

15、MTS特定的控制信令，它包含应用协议（例如，Iu中的RANAP，Iur中的RNSAP和Iub中的NBAP）和用于传输应用协议消息的信令承载。应用协议和其它因素一起用于建立到UE的承载（例如，Iu中的无线接入承载，以及随后的Iur和Iub中的无线连接）。在这三层平面的结构中，应用协议中的承载参数并不直接和用户平面技术相联系，它们是更加一般化的承载参数。应用协议的信令承载与ALCAP的信令承载的类型可以相同或不同，通常由OM操作建立。5.3.3.2 用户平面用户收发的所有信息，比如话音呼叫中已编码的话音或Internet连接的分组，都经过用户平面传输。用户平面包括数据流和数据流的数据承载，数据流参

16、数由对应接口的帧协议描述。5.3.3.3 传输网络控制平面传输网络控制平面为传输层内的所有控制信令服务。它不包含任何无线网络层信息。它包括用于为用户平面建立传输承载（数据承载）的ALCAP协议，也包括ALCAP需要的信令承载。传输网络控制平面位于控制平面和用户平面之间，它的引入使得无线网络控制平面中的应用协议可能完全地独立于用户平面中用于数据承载的技术。应用传输网络控制平面时，用户平面中数据承载的传输承载按照下列方式建立：首先在控制平面内，根据应用协议进行信令处理，并通过ALCAP协议激发建立特定于用户平面技术的数据承载。控制平面和用户平面的独立性假设了进行ALCAP信令处理，注意到：ALCA

17、P不一定用于所有类型的数据承载。如果没有ALCAP信令处理，也就根本不需要传输网络控制平面了；这种情况发生在只需选择用户平面资源时，如选择IP传输的终点地址，或者选择预先配置的数据承载。还应注意，传输网络控制层的ALCAP协议不用于建立应用协议的信令承载，或在实时连接期间ALCAP的信令承载。ALCAP的信令承载可以与应用协议的信令承载不同。UMTS规范假定ALCAP的信令承载总是用O&M操作建立，但是并没有对此作详细介绍。5.3.3.4 传输网络用户平面用户平面的数据承载和应用协议的信令承载，都属于传输网络用户平面。正如前面章节所介绍的，传输网络用户平面的数据承载在实时操作期间由传输网络控制

18、平面直接控制，但是，一般认为建立应用协议的信令承载都是O&M操作。5.4 Iu，UTRANCN的接口Iu接口将UTRAN连接至CN，它是一个开放接口，将系统分成专用于无线通信的UTRAN和负责处理交换、寻找路由和业务控制的CN两部分。正如图5-3所示，Iu可以有两种主要不同的实体，它们分别是用于将UTRAN连接至电路交换（CS）CN的Iu CS（Iu Circuit Switched）和用于将UTRAN连接至分组交换（PS）CN的Iu PS（Iu Packet Switched），还有一种Iu实体称为Iu BC，是用于支持小区广播服务的，将在5.4.5节中介绍（图5-3中没有画出）。标准化设计

19、最初只想发展一种Iu接口，但随后发现只有通过使用不同的传输技术，才能使用户平面传输的CS和PS业务最优化；这样，相应的传输网络控制平面也不同。但设计的一个主要原则仍然是：用于Iu CS和Iu PS的控制平面应尽量相同，它们之间的差别应该很小。Iu的第三种实体Iu BC（Iu Broadcast）用于连接UTRAN到CN的广播域，它在图5-3中没有画出。5.4.1 Iu CS的协议结构图5-6说明了Iu CS总体协议结构。Iu接口中的三个平面共享公共的异步传递方式（ATM），并都采用ATM传输。图中，物理层是到物理介质（光纤，无线链路，铜线电缆）的接口，其实现可以从各种可行的标准传输技术中选择，

20、例如SONET，STM1或E1。图5-6 Iu CS协议结构5.4.1.1 Iu CS控制平面协议栈控制平面协议栈中包含位于宽带（BB）7号信令系统协议（SS7）上层的RANAP。可应用层包括信令连接控制部分（SCCP）、消息传送部分（MTP3-b）和网对网接口信令ATM适配层（SAAL-NNI）。SAAL-NNI又划分为业务特定对等功能（SSCF）、业务特定面向连接协议（SSCOP）和第5类ATM适配层（AAL5）；SSCF和SSCOP是为了在ATM网络中传输信令而特别设计的，承担信令连接管理等功能；AAL5将数据分成ATM码元。5.4.1.2 Iu CS传输网络控制平面协议栈传输网络控制平

21、面协议栈由用于建立AAL2连接（Q.2630.1和适配层Q.2150.1）的信令协议组成，这些信令协议位于宽带7号信令系统协议（BB SS7）的顶层。可运用的宽带7号信令系统正如前面所描述的，只是没有SCCP层。5.4.1.3 Iu CS用户平面协议栈CS业务都必须预留专用的AAL2连接。紧邻AAL2的上层Iu用户平面协议将在5.4.4节中进行详细描述。5.4.2 Iu PS 协议结构图5-7描述了Iu PS 协议结构。同样，用户平面和控制平面采用共同的ATM传输，而物理层也是特定应用于Iu PS的。图5-7 Iu PS 协议结构5.4.2.1 Iu PS控制平面协议栈如5.4.1.1描述的，

22、控制平面协议栈也包括RANAP和同样以宽带7号信令系统协议为基础的信令承载；另外也定义了基于IP的信令承载。其中SCCP层和AAL5为两者所公用。基于IP的信令承载包括M3UA（SS7 MTP3用户适配层）、SCTP（简单控制传输协议）、IP（因特网协议）和AAL5。SCTP层是为因特网中的信令而特别设计的；且不同的适配层分别对应不同种类的信令协议，例如，M3UA对应于SS7为基础的信令协议。5.4.2.2 Iu PS传输网络控制平面协议栈Iu PS没有采用传输网络控制平面，这是因为建立GTP隧道只需要隧道标识、源和目标的IP地址即可，而这些信息已经包含在RANAP RAB分配消息中。为了实现

23、AAL2信令的寻址和识别，Iu CS的用户平面数据也采用相同的信息。5.4.2.3 Iu PS用户平面协议栈在Iu PS 用户平面中，多种分组数据流在一个或多个AAL5 PVC（AAL5 预定义虚连接）上复用。GTP_U（GRPS隧道协议的用户平面部分）是为单个分组数据流提供标识的复用层，每个流使用UDP无连接传输和IP寻址。5.4.3 RANAP 协议RANAP是Iu的信令协议，包含了所有特定于无线网络层的控制信息。RANAP的功能通过各种RANAP基本进程（EP）来实现。每个RANAP功能可能要求运行一到多个EP，每个EP或者只包含请求消息（2类EP），或者包含请求应答消息对（1类EP），

24、或者包含一个请求消息和一到多个应答消息（3类EP）。下面介绍定义的RANAP功能：l 重定位。这一功能负责处理SRNS重定位和硬切换，包括与GSM系统互通的情况。 SRNS重定位：将SRNS的功能从一个RNS重定位到另一个的同时，并不改变无线资源，也不打断用户数据流。SRNS重定位的先决条件是所有的无线链路都已经在同一个作为重定位目标的DRNC中。 RNS间的硬切换：将SRNS功能从一个RNS重定位到另一个的同时，要通过Uu接口的硬切换相应改变无线资源。硬切换的先决条件是UE位于源和目的小区的边界。l RAB（无线接入承载）管理。这一功能包括所有的RAB操作。 RAB建立，包括为RAB建立排队

25、的可能性。 修改已经存在的RAB的属性。 清除已经存在的RAB，包括初始化RAN的情况。l Iu 释放。从一个与特定UE相关的给定Iu中释放所有资源（信令链路和U-平面），也包括初始化RAN的情况。l 报告未成功传输的数据。如果发送的数据没有成功到达UE，该功能允许CN根据从UTRAN来的信息更新其计费纪录。l 公共ID管理。通过这一功能将UE的永久标识符从CN发送到UTRAN，以允许由两个不同的CN域进行寻呼协作。l 寻呼。CN运用该功能为UE的终端业务请求(例如语音电话)寻呼一个空闲UE。CN将携带有UE的公共标识（永久ID）和寻呼区域的寻呼消息发送到UTRAN。而UTRAN或者使用一条已

26、存在的信令连接来将寻呼UE，或者在指定的区域内广播发送寻呼给UE。l 跟踪管理。为了便于操作和维护，CN要求UTRAN记录与一个特定的UE-UTRAN连接相关的所有活动。l UE-CN信令传输。该功能提供UE-CN之间信令消息的透明传递，在以下3种情况下，将使用这种直接信令传输： UTRAN传给UE的首个消息，它们可能是寻呼响应，对UE发起的呼叫请求的响应，或是到达新地区时注册的响应；它还负责初始化Iu接口的信令连接； 直接传送。在上行链路和下行链路方向上的Iu接口信令连接中，采用直接传送的方式来承载所有连续的信令消息。 CN信息广播。这种情况下，允许CN将系统信息设置为特定区域中向所有用户重

27、复广播的形式。l 安全模式控制。给出是否采用加密或整体校验。如果采用加密，由密钥算法对无线接口信令和用户数据加密；如果同时采用整体校验，还要用带密钥的整体校验对部分或全部无线接口信令消息加密，以提高通信安全性。这保证了不能冒充通信伙伴，和不能篡改通信内容。l 过载管理。该功能用于控制Iu接口上的负载，来防止由于诸如CN或UTRAN的处理器过载而引起过载的情况。在此使用了计时器触发的简单机制，该机制允许逐步的减少和逐步恢复其负载。l 复位。该功能用于在差错情况下复位CN侧或UTRAN侧的Iu接口。Iu的一端可以告知另一端它正在重启、恢复中，而另一端可据此清除所有先前建立的连接。l 位置报告。该功

28、能支持CN接收给定UE的位置信息。它包括两个基本过程：一个控制RNC中的位置报告，另一个向CN发送实际的位置报告。5.4.4 Iu 用户平面协议Iu 用户平面协议在Iu用户平面的无线网络层，该协议与CN域彼此独立。用户平面协议的目的是携带Iu接口上与RAB（无线接入承载）相关的用户数据。每个RAB都有各自的协议实体。该协议或者完成完全透明的操作，或者完成用户数据段和基本控制信令的成帧操作。这里的基本控制信令是指用于初始化及在线控制的信令。正是基于以上情况，该协议有两种模式：l 透明模式。该模式下，此协议不进行任何成帧或者控制操作，它用于不必分帧和控制操作，而仅需要完全透明操作的RAB的情况。l

29、 支持预定义的SDU长度的模式。该模式下，用户平面把用户数据成帧为具有预先定义尺寸的数据段。SDU长度一般对应于AMR（自适应多速率声码器）话音帧的长度，或从CS数据呼叫的数据率中推导出来的帧长。同时，还定义了初始化过程和速率控制过程，另外还有指示帧质量的特定功能，此功能的实现是基于诸如无线接口的CRC校验结果。5.4.5 Iu BC的协议结构和SABP协议Iu BC 2 接口连接着UTRAN的RNC和CN的广播域（又称为小区广播中心），它定义了通过小区广播业务发送给移动台用户的小区广播信息，诸如在移动电话屏幕上显示的城市、地区名称。注意：不要将Iu BC接口与广播公共控制信道（BCCH）上U

30、TRAN或核心网的信息广播混为一谈；Iu BC仅是控制平面的一个接口。图5.8给出Iu BC的协议结构。图5.8 Iu BC协议结构5.4.5.1 SABP协议服务区环境广播协议(SABP)24，使得CN中的小区广播中心能够对来自于RNC的小区广播消息进行定义、修改和删除。RNC利用SABP协议、NBAP协议和RRC信令，给移动台传送消息。SABP有以下几种功能：l 消息处理。这项功能用于广播新的消息，修改已存在的广播消息，以及停止广播指定的消息。l 负载处理。这项功能用在任何特殊时间来决定广播信道的负载。l 复位。这项功能的引入使得CBC能够终止在一个或多个服务区环境中的广播。5.5 UTR

31、AN内部接口5.5.1 RNC-RNC接口（Iur接口）和RNSAP信令RNC到RNC接口（Iur接口）的协议栈如图5-9所示。尽管这个接口最初设计仅是为了支持RNC之间的软切换（见图5-4的左半部分），但随着标准的发展，更多的特性被加载进去，目前Iur接口可以提供如下四种功能： 1. 支持基本的RNC之间的移动性。 2. 支持专用信道业务。 3. 支持公共信道业务。 4. 支持全局资源管理。为此，Iur信令协议本身（RNSAP，无线网络系统应用部分）被分成四个不同的功能模块（亦被称为过程组）。一般来说，可以根据运营者的需要，在两个无线网络控制器之间实现四个Iur功能模块中的某些部分。5.5.

32、1.1 Iur1: 支持基本的RNC之间的移动性该功能需要RNSAP信令的基本模块，这在11中有所描述。它是构建Iur接口结构的第一块基石，提供了两个RNC之间的用户移动性所需要的功能，但是并不支持任何用户数据业务的交换。如果没有应用此功能模块，Iur接口将不复存在；并且如果用户想通过RNS1连接至UTRAN去使用RNS2中小区的话，唯一办法就是暂时断开与UTRAN的连接（释放RRC连接）。图5-9 Release-99的 Iur接口协议栈注：正如Iu接口，RNSAP信令同样可以采用两种方式传输： SS7栈（SCCP和MTP3b）和基于传输的新SCTP/IP；同样，可以定义两种用户平面协议（D

33、CH：专用信道，CCH：公共信道）。Iur基本模块的功能包括：l 支持SRNC重定位；l 支持RNC之间小区和UTRAN注册区域更新；l 支持RNC之间分组寻呼；l 报告协议错误。因为该功能并不涉及Iur接口的用户数据业务，所以并不需要用户平面和传输网络控制平面协议。5.5.1.2 Iur2: 支持专用信道业务该功能需要RNSAP信令专用信道模块的支持，从而使得可以在两个RNC之间建立专用信道和公共信道业务。虽然该功能的设计最初是为了支持RNC之间的软切换状态，但通常只要用户有到CS域的激活连接，它也允许在用户使用专用信道(NODE B的专用资源)的所有时间内固定SRNC。这个功能要求使用专用

34、和公共信道的用户平面帧协议，和用于建立传输连接(AAL2连接)的传输网络控制平面协议（Q.2630.1）。专用信道中，除了用于在空中接口中获得不对称差错保护的并行DCH之外，其余的专用信道都通过传输连接来发送。专用信道的帧协议，简写成DCH FP15，定义了携带用户数据的数据帧结构，以及用于交换测量和控制信息的控制帧结构。为此，帧协议也明确规定了简单消息和过程。用户数据帧通常透明地穿过DRNC；这样，Iur帧协议也可用于Iub接口，称为Iur/Iub DCH FP。共享信道的用户平面协议在Iur接口的公共信道帧协议中有所描述，简写为Iur CCH FP13。Iur DCH基本模块的功能包括：l

35、 当在专用信道状态下发生切换时，在DRNC中建立、修改和释放专用信道和共享信道；l 建立和释放通过Iur接口的专用传输连接；l 在SRNC和DRNC之间传送DCH传输块；l 通过专用测量报告过程、功率设置过程和压缩模式控制过程，对DRNS中的无线链路进行管理。l 报告协议错误。5.5.1.3 Iur3：支持公共信道业务该功能能够处理通过Iur接口的公共信道（诸如，RACH，FACH和CPCH）的数据流。它需要RNSAP的公共传输信道模块协议和Iur公共传输信道帧协议（简写为CCH FP）的支持；如果使用了告知的AAL2连接，那还需要传输网络控制平面的Q.2630.1信令协议。如果没有此项功能，

36、每一RNC之间的小区更新，总会引发一次SRNC重定位，也就是说，服务RNC总是控制着传输公共信道或共享信道的小区的RNC。Iur公共传输信道模块的功能：l 为公共信道数据流建立和释放通过Iur的连接；l 分解SRNC(MAC-d)和DRNC(MAC-c和MAC-sh)之间的MAC层。DL数据传输的调度在DRNC中进行；l MAC-d和MAC-c之间的进行流控制。该项功能引发了相关标准化组织的长期讨论。一方面，它允许使用完全固定 RNC概念，避免了SRNC重定位程序（通过CN）；另一方面，它要求把媒体接入控制层功能体分成两个网络元素，降低了Iur接口资源的使用效率并且提高了其复杂性。这一争论还未

37、达成一致，因此虽然标准支持此项功能，但对于系统运营来说，它并不是必需的。5.5.1.4 Iur4：支持全局资源管理Iur 全局资源模块的功能：l 两个RNC之间的小区信息和测量信息的传输；l 控制器间定位参数的传输；l 两个RNC之间的B节点定时信息传输。该功能提供信令以支持通过Iur接口的增强型无线资源和O&M特征。它需要RNSAP的全局模块协议的支持，而不需要任何用户平面协议，这是因为没有用户数据通过Iur接口。此项功能在Release-99是可任选的，而为了支持RNC之间的公共无线资源管理、高级定位方法，以及使Iur 最优化等目的，后续版本中引入了此项功能。5.5.2 RNC-NODE

38、B接口和NBAP信令RNC-NODE B接口（Iub接口）的协议栈以及三个典型的平面如图5-10所示。为了理解该接口的结构，有必要先来简要介绍一下NODE B的逻辑模型，参看图5-10。它包括一个公共控制口（公共信令链路）和一套业务终端节点，每个节点由一个专用控制口（专用信令链路）控制。一个业务终端节点控制着许多在NODE B中有专用资源的移动终端，而其相应的业务也通过专用数据口传送。在业务终端节点以外的公共数据口用于传送RACH、FACH和PCH业务。注意，业务终端节点和小区之间并没有关系，也就是说，一个业务终端节点可以控制多个的小区，而一个小区也可以由多个的业务终端节点所控制。Iub接口信

39、令(NBAP，NODE B应用部分)可以分成两个基本部分：公共NBAP和专用NBAP；公共NBAP定义了通过公共信令链路的信令过程；专用NBAP应用于专用信令链路中。用户平面Iub帧协议为每种传输信道（也就是说，模型的每种数据口）定义了帧结构和基本带内控制过程。Q.2630.1信令用于用户平面的AAL2连接的动态管理。图5-10 Rel 99 的Iub接口协议栈注：它与Iur接口协议类似，主要区别在于：无线网络层和传输网络控制平面中，作为信令承载的SS7栈被更为简单的SAAL-UNI代替；同样，此处也没有出现SCTP/IP选项。图5-11 FDD中的NODE B的逻辑模型5.5.2.1 公共N

40、BAP和逻辑O&M公共NBAP的主要功能：l 建立一个UE的第一个RL，并且选择业务终端节点；l 小区配置；l 处理RACH/FACH和PCH信道；l 初始化，汇报小区或Node B的具体测量；l 位置测量单元（LMU）控制；l 错误管理。公共NBAP（C-NBAP）过程建立的信令与已经存在于NODE B中某特定UE的内容无关。特别是C-NBAP定义了NODE B的逻辑O&M（运营与维护）的所有过程，例如配置和错误管理。5.5.2.2 专用NBAP专用NBAP的主要功能：l 为UE对无线链路进行增加、释放和重新配置；l 处理专用和共享信道；l 处理更软合并；l 初始化和报告无线链路具体测量；l

41、 无线链路差错管理。当RNC请求通过C-NBAP的无线链路建立过程为UE建立第一次无线连接时，NODE B将分配一个业务终端节点来进行相应的处理，并且所有与该移动有关的后续信令将通过此业务终端节点的专用控制口与专用NBAP（D-NBAP）过程进行交换。5.6 UTRAN的改进和演化前面章节介绍了Release-99的UTRAN结构，其中定义了基本网络元素配置和支持Release-99 WCDMA无线接口的接口协议。为了支持WCDMA无线接口的新特征，以及提供一个更高效、可升级和健全的3GPP系统构架，需要对UTRAN结构进行改善、对相关协议进行完善。下面的内容将介绍Release-5版本中UT

42、RAN网络结构的四项重要增补。5.6.1 UTRAN中的IP传输UTRAN最初版本采用的是ATM传输技术，显然既便是在规范完备之前，3GPP也无法和与日俱增盛行的IP技术脱离开来。因此，在Release-5的规范中，IP传输作为第二种可选的传输机制引入。这样，用户平面的FP帧传送除了采用最初定义的AAL2/ATM之外，还可以在Iur/Iub接口通过UDP/IP协议和在Iu CS接口通过RTP/UDP/IP协议实现。同样，Iub控制平面也引入了第二种可选方案，即采用位于应用部分正下方的SCTP。3GPP对于传送IP帧的相关协议总体上都没做详细的规定，这是为了保证运营商网络端的Mac层和物理层接口

43、实现方式的灵活性。尽管引入IP传输技术后，仅仅需要对规范做少量修改（控制平面的应用部分几乎不需要做任何修改），然而IP技术的引入还是逐步改变着运营商和设备制造商网络本身的管理方式，某些情况下，还改变了网络元素的实现方式。5.6.2 Iu flex图5-3给出的Release-99的UTRAN结构中，仅有一个MSC和一个SGSN与RNC连接，也就是说，RNC端仅有一个Iu PS接口和一个Iu CS接口。在Release-5引入了“Iu flex”的概念之后，解除了此限制。（注：flex为英文“flexible”缩写，意为“灵活的”）。因此，一个RNC与核心网间就可以存在多个Iu PS接口和多个I

44、u CS接口。这样做的主要好处在于：使核心网节点之间的负载分享成为可能；并在发生SRNS重定位时，增加了确定MSC和SGSN的可能性。Iu flex的引入只对UTRAN规范产生局部影响，这是因为被采用的核心网节点都是经UE与核心网协商而得到的。5.6.3 独立SMLC和IUPC接口基于位置的业务即将成为运营商的重要收入来源，同时大量的应用也即将投入广泛使用。与GSM BSS类似，UTRAN也引入了独立服务移动位置中心（独立SMLC，或简称为SAS）作为新网络元素，用于处理定位测量和移动台位置计算。SAS通过Iupc接口与RNC连接，而定位计算应用部分（PCAP）是RNC-SAS信令的L3协议。

45、因为现在仅有一种定位方案被支持，所以Release-5中关于IUPC接口的规范还未完成，这项工作预期在后续版本中结束。因为SMLC的功能可以整合到RNC中，所以独立的SMLC和Iu PC接口都是可选的网络元素；但是支持独立网络元素的系统具有更高灵活性，且更易升级。5.6.4 GERAN和UTRAN 之间跨网工作，及Iur-g接口在GSM/EDGE无线接入网（GERAN）的Release5中已经计划引入Iu接口。这样，不仅可以将3G核心网重用到GSM/EDGE无线接口（和频段）中，也可以实现对两种无线技术的跨网工作的优化。因此，将改进5.5.1.1节中已经介绍的RNSAP基本模块，以支持往返于G

46、ERAN目标小区和源小区之间的移动性；同样，将改进5.5.1.4节中已经介绍的RNSAP全局模块，以支持GERAN小区测量结果在控制器之间进行交换。最后一项功能是支持UTRAN和GERAN无线技术间的公共资源管理（CRRM）。这里的Iur-g接口是指，在GERAN中具有以上Iur功能的接口。5.6.5 全IP RAN的概念前面章节已经提到，IP技术在当今电信和IT网络中扮演着越来越重要的作用，这也激发了在UTRAN中引入IP传输功能。为了优化引入的IP业务，必须对核心网结构进行相应的改动，引入了一个新的子系统IMS，从而形成现阶段司空见惯的全IP核心网络，这些内容将在下一部分介绍。现在存在一个

47、问题是在UTRAN中引入了IP传输技术后，无线接入网络结构是否适合用IP技术来实现，是否能与广泛应用的IP网络和平台整合在一起，是否能应用于IP包业务中？答案是：需要在一些区域做进一步的改进，才能满足以上要求。尤其是要做以下方面的改进：l 为了提高内在的自愈性和可升级性，需要用更加分散的、非等级的结构来代替原来采用高度集中的网络控制器（RNC）的结构；l 将控制平面和用户平面的处理元素进行分离；l 引入专用服务器，以改进不同无线层和不同系统之间的公共无线资源管理；l 优化用户平面的分组数据分配协议，例如将无线接口协议移至更接近无线接口的位置。现在的全IP RAN仅是指经过IP优化的RAN结构，

48、还不具有3GPP的标准特征。因此，IP RAN有时用于指在传统RAN基础上，采用了IP传输技术的RAN。可以预见未来的标准版本中，将对标准的全IP RAN结构和实现方法有完备的定义。5.7 UMTS核心网结构和进化虽然从GSM网络演变到UMTS无线接口（WCDMA）代表着无线接入技术的巨大进步，但是UMTS核心网在3GPP的Release-99规范中并没有发生较大的变动。Release-99的核心网结构源自GSM核心网，并且如前所述，UTRAN和GERAN通过无线接入网连接到相同的核心网中。5.7.1 Release-99核心网的网络元素为了迎合不同业务类型，Release-99的核心网由电路

49、交换域和分组交换域两部分组成，这样分割也是源于数据业务的不同需要，如对于实时业务采用电路交换，对于非实时业务采用分组交换。下面介绍核心网按照不同功能进行的分类，注意到：很多功能可以通过一个单独的物理实体来完成，同时在实际网络中，每一实体并不需要单独对应一个物理单元。图5-12给出Release-99中包括了CS域和PS域的核心网结构，图中还包括了寄存器和用于指示用户特定业务的业务控制点（SCP）。5.1节已经介绍了电路交换域（CS）包括以下元素：l 移动交换中心（MSC），包括访问位置寄存器（VLR）；l 网关MSC（GMSC）；同样，5.1节也介绍了分组交换域（PS）包括以下元素：l 服务G

50、PRS支撑节点（SGSN），其作用与MSC类似，但用于分组数据，其中包含了VLR功能；l 通用分组无线业务支撑节点网关（GGSN），将PS核心网与诸如因特网等的外部网络的互连。除以上两个域外，网络还需要如下寄存器配合基本运作：l 归属位置寄存器（HLR），其功能如前5.1节所述；l 设备识别寄存器（EIR），包含了有关终端设备的信息，能用于诸如阻断某一指定终端接入网络。图5-12 Release-99 UMTS核心网的结构5.7.2 Release-5核心网和IP多媒体子系统Release-5核心网在Release-99的基础上，增补了许多内容。实际上，在Release-4核心网的CS域中，就

51、已经出现了变化：将MSC分为MSC服务器和媒体网关（MGW）；将GMSC分为GMSC服务器和MGW。Release-5中实现了IP多媒体子系统（IMS）的首阶段定义，从而支持PS域IP业务的标准化方案。IMS 性能将在Release-6中进一步深入，它能提供类似于CS域业务的PS域业务。下面将概括Release-5的基本结构元素，它是在Release-99和Release-4基础上增加元素而成的。图5-13给出Release-5的核心网结构，为简洁起见，归属用户服务器（HSS）仅作为一个独立的模块（没有与其它元素进行连接）绘出。从协议的角度，终端和IMS间的关键协议是会话初始化协议（SIP），

52、在第二章已经讲述了该协议是IMS相关信令的基础。下面介绍Release-4的CS域中发生了改变的元素：l MSC或GMSC服务器分别承担MSC或GMSC的控制功能，而用户数据通过媒体网关（MGW）处理。一个MSC/GMSC服务器可以控制多个MGW，这使网络能够方便地进行升级，诸如出现新数据业务、要求数据速率提高时，只需要增加MGW数目即可；l MGW执行实际的用户数据交换和跨网处理，诸如回音抵消和话音编解码。图5-13 Release-5 UTMS核心网结构在PS域中，采用了在Release-99上进行了改进的SGSN和GGSN，但是对于基于IP的业务分配，IMS有以下主要功能：l 媒体资源功

53、能（MRF），例如：控制媒体流资源，或者混合不同的媒体流。规范中进一步定义了MRF的功能划分。l 呼叫会话控制功能（CSCF），是与IMS终端进行首次接触的节点（通过代理服务器的形式）。它囊括了许多功能，包括会话状态的处理，给单一用户的所有IMS连接担任接触节点的功能，以及给其它运营商网络担任防火墙的功能。l 媒体网关控制功能（MGCF），负责处理协议的转换、控制来自CS域的业务，以及控制MGW中诸如回波抵消的处理。参考文献22介绍了不同网络元素和接口，23中详细介绍了核心网络的协议。参考文献1 3GPP Technical Specification 25.401 UTRAN Overall

54、 Description.2 3GPP Technical Specification 25.410 UTRAN Iu Interface:General Aspects and Principles.3 3GPP Technical Specification 25.411 UTRAN Iu Interface:Layer 1.4 3GPP Technical Specification 25.412 UTRAN Iu Interface:Signaling Transport.5 3GPP Technical Specification 25.413 UTRAN Iu Interface:RANAP Signaling.6 3GPP Technical Specification 25.414