TD-SCDMA核心网原理及关键技术-CS

1、 TD-SCDMA核心网原理及关键技术核心网原理及关键技术中兴通讯学院中兴通讯学院WCN课程团队课程团队TN_BT01_C1课程内容课程内容TD-SCDMA网络结构核心网的演变TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍NNI 3G标准化历程标准化历程TD-SCDMA网络结构TD-SCDMA系统架构系统架构TD-SCDMA网络结构 ：于1998年12月成立，由欧洲的ETSI、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA和美国的T1五个标准化组织发起，主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA（FDD为WCDMA技术、TDD为TD-CDMA技术）为无线接口的第三代技术规

2、范。主要改进在空中接口和无线接入网部分，Iu口引入ATM承载技术；核心网基于GSM/GPRS演进，无本质区别；主要改进在核心网电路域，实现控制和承载的分离，使电路域和分组域都实现 IP承载；TD-SCDMA加入。增加 IP多媒体子系统 IMS，在移动网中引入基于IP的多媒体业务；3GPP组织和组织和3GPP标准标准TD-SCDMA网络结构Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域3G CNGMSCMSC/VLRPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNGSM无线接入TD无线接入CMSC/VLRC/DEGcGrGnGiGsGSM系统基本结构系统基本结构TD网络结构 MSC主要功能主要功能呼叫处理4

3、 呼叫处理、号码存储和译码、路由选择4 回声抑制、AMR话音编解码、数据传输安全保密4 鉴权和加密功能、完整性保护4 TMSI的分配VLR数据管理4 用户数据管理、用户数据检索4 位置登记、鉴权；漫游/切换号码分配移动性管理4 位置更新、切换/漫游4 登记、IMSI查询功能计费话单处理4 话单采集、话单格式转换4 话单存储TD网络结构TMSC1TMSC1STP HLRTMSC1TMSC1VMSCIW/GMSCVMSCVMSCGMSCTMSC2TMSC2ZXWN-MSC可以同时承担VMSC、TMSC、GMSC、短消息互通网关IW/GMSC以及STP的功能，满足运营商在3G网络建设初期快速建网的需

4、求。ZXTN-MSC组网应用组网应用TD网络结构4用户信息4业务信息4签约信息4位置信息基本用户基本用户数据管理数据管理CAMEL业务管理业务管理4CAMEL签约数据管理4用户鉴权数据管理鉴权信息鉴权信息管理管理4位置更新4切换4路由区更新等移动性移动性管理管理HLR/AuC主要功能主要功能TD网络结构核心网电路域各接口信令核心网电路域各接口信令RNSRNSMSCNO.7MSCHLRSMCSCPRANAPRANAPTUP/ISUPMAPCAPMAPTD网络结构GSM核心网电路域各接口话音编码核心网电路域各接口话音编码GMSCMSCPSTNTDMRNSAMRG.711G.711MSC需要完成AM

5、R编码到64K的转换工作TD网络结构RNCNode BTDM/ATMPSTNIPIu-PSGnGnGpGiCGBilling CenterGaHLRMSCGGSNGMSC4移动性管理4网络接入控制4用户数据和会话管理4计费信息收集4路由选择和转发4路由选择与转发4封装和隧道传输4用户数据和会话管理4动态分配IP地址4计费信息收集4用户认证、安全管理Inter-PLMN4计费信息收集4话单格式转换BSCBTSSGSNGbInternet分组域网元在移动网络中的位置分组域网元在移动网络中的位置TD网络结构SGSN主要功能主要功能路由选择转发4支持对PDP PDU的封装和去封装功能用户数据管理4存储

6、、修改和删除当前用户数据并支持HLR插入或删除用户数据移动性管理4附着、分离、位置管理、清除、业务请求计费话单处理4 话单采集、话单格式转换4 话单存储4GPRS寻呼、Gs联合寻呼、RNC无线资源管理无线资源管理TD网络结构GGSN主要功能主要功能n 路由选择与转发、地址翻译和映射路由选择与转发、地址翻译和映射n 封装和隧道传输封装和隧道传输n 用户数据管理用户数据管理n 会话管理、互通功能会话管理、互通功能n IP地址管理地址管理n 计费信息收集计费信息收集TD网络结构GSM核心网分组域各接口信令核心网分组域各接口信令SMCGGSNSGSNRNSNO.7HLRMSCGPRS backbone

7、RANAPMAPMAPGTP-CTD网络结构Iu-CSIu-PSGbAHCS域PS域TD-SCDMA CNMSCServerGMGWPSTN/ISDNHLRGGSNSGSNGSM无线接入TD-SCDMA无线接入MGWGMSCServer2G NETR-SGWT-SGWTD-SCDMA R4系统基本结构系统基本结构TD-SCDMA网络结构q R4电路域：引入呼叫控制与承载分离的思想，将R99 MSC分为MGW和MSC Serverq R4分组域：与R99分组域相比没有任何变化qMc：MSC Server与MGW间的接口，采用H.248协议qNb：MGW与MGW间的接口，采用协议取决于承载u若采用

8、ATM承载，则采用AAL2承载AMR码流u若采用IP承载，则采用RTP承载AMR码流qNc：MSC Server与MSC Server之间的接口，采用BICC协议MGWMGWTD-SCDMA R4网络的特点网络的特点TD-SCDMA网络结构R4网络特征网络特征nR4的网络结构采用的网络结构采用NGN的分层架构，在控制层、的分层架构，在控制层、传送层、接入层传送层、接入层n实现了分离，是移动和实现了分离，是移动和固定固定NGN融合的起点实融合的起点实现业务和控制的分离现业务和控制的分离n考虑到考虑到IP网络的一些固网络的一些固有问题，有问题，TDM技术成为技术成为可选的话音承载方式可选的话音承载

9、方式SCPMSC Server GMSC Server业务网络HLR ATM/IP BackboneH.248MGWUTRANH.248PSTN/GSMMGWTD-SCDMA网络结构MSC SERVER功能介绍功能介绍McMcNbNcMSC ServerMGWMGWUTRANR99/GSM/ PSTNn 继承R99 MSC的所有电路域控制面功 能，承载面的交换功能由MGW以多种承载方式实现；n 对外提供纯粹的信令接口；n 集成R99 VLR功能，以处理移动用户业务及CAMEL相关数据；n 对电路域基本业务及补充业务涉及的MGW中承载终端及媒体流的控制，是通过3G扩展的H.248协议来实现的；n

10、 与其他MSC server间通过BICC信令实现承载无关的局间呼叫控制；n 支持MGW及自身的登记及故障恢复操作，并可要求MGW主动上报其终端特性SGWNO.7GMSC ServerTD-SCDMA网络结构GMSC SERVER功能介绍功能介绍McMcNbNcMSC ServerGMSC ServerMGWMGWUTRANR99/GSM/ PSTNSGWNO.7n 由GMSC的呼叫控制和移动控制组成，只完成GMSC的信令处理功能。n 具有查询位置信息的功能。如MS被呼时，网络如不能查询该用户所属的HLR，则需要通过GMSC server查询，然后将呼叫转接到目前登记的MSC server中。

11、n 通过H.248协议控制MGW中媒体通道的接续。n 支持BICC与TUP/ISUP的协议互通。TD-SCDMA网络结构MGW 功能介绍功能介绍McMcNbNcMSC ServerGMSC ServerMGWMGWUTRANSGWNO.7n 是R4核心网承载面的网关设备，位于CS核心网通往无线接入网（UTRAN/BSS）及传统固定网（PSTN/ISDN）的边界处；是Iu、PSTN/PLMN接口的承载通道，以及分组网媒体流（如RTP流）的终结点n MGW不负责任何移动用户相关的业务逻辑处理。而是通过H.248信令，接受来自(G)MSC server的控制命令n MGW可以支持媒体转换、承载控制及

12、业务交换等功能，如GSM/TD-SCDMA各类语音编解码器、回音消除器、IWF、接入网与核心网侧终端媒体流的交换，会议桥、放音收号资源等n 支持电路域业务在多种传输媒介（基于AAL2/ATM, TDM，或基于RTP/UDP/IP)上的实现，提供必要的承载控制R99/GSM/ PSTNTD-SCDMA网络结构公共功能实体公共功能实体HLR/AuC用户数据管理用户数据管理MSISDN、IMSI、PDP地址签约业务管理签约业务管理基本业务、补充业务和智能业务签约信息管理鉴权信息管理鉴权信息管理用户鉴权参数的管理，存储和计算鉴权参数移动性管理移动性管理用户位置信息管理，位置更新、路由更新等HLRAuC

13、H接口q HLR/AuC作为WCDMA核心网公共实体，分别负责对电路域和分组域两域用户的数据信息、业务签约信息和位置信息的管理。q HLR与AuC间的H接口为一个内部接口。TD-SCDMA网络结构SGW 功能介绍功能介绍n 信令网关SGW在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP3用户的传输层信令协议栈的双向转换 (SIGTRAN M3UA /SCTP/IP SS7 MTP3/2/1)。n SGW在物理实现上可与(G)MSC server或MGW合一McMcNbNcMSC ServerGMSC ServerMGWMGWUTRANR99/GSM/ PSTNSGWNO

14、.7TD-SCDMA网络结构R4核心网信令系统核心网信令系统HLRIu-CSMcNcNbCD控制面控制面媒体面媒体面承载承载承载控制承载控制RANAPATM/AAL2和和ALCAPH.248BICC或或TUP/ISUPAAL2/ATM或或RTP/IPALCAP或或IPBCPMAPMAPVMSC Server-OMGW-OVMSC Server-TMGW-TRNC-TRNC-OATM/IPNO.7McMcNbNcCDIu-CSIu-CSIu-CSIu-CSTD-SCDMA网络结构CS域PS域MSCServerGMGWHSSGGSNSGSNTD-SCDMA无线接入MGWGMSCServerIMS域

15、IMS-MGWSGWMGCFCSCFPSTNNo.7TD-SCDMA R5系统基本结构系统基本结构TD-SCDMA网络结构R5:在在PS域上面引入域上面引入 IMS ASApplication ServerBSCBase Station ControllerBTSBase Transceiver StationCSCFCall Session Control FunctionGERANGSM/EDGE RANGGSNGateway GPRS Support NodeHLRHome Location RegisterHSSHome Subscriber ServiceMAPMobile Appl

16、ication PartMGCFMedia Gateway Control FunctionMGW Media GatewaySIPSession Initiation ProtocolSGSNServing GPRS Support NodeRANRadio Access NetworkRNCRadio Network ControllerUEUser EquipmentUTRANUMTS Terrestrial RANPacket Switched (PS) domainIMSInternetAccess NetworkInterworkedNetworkGERANBTSBSCPSTN/I

17、SDNASCore NetworkCSCFNodeBRNCUTRANMGCFMAPMGWSIPH.248GGSNSGSNSIPservices &applicationsUEDiameterSIPSIPISUP HSSHLRTD-SCDMA网络结构IMS的定义的定义nIMS 是一个在是一个在PS域上面的域上面的多媒体控制多媒体控制/呼叫控制平台呼叫控制平台nIMS 使得使得PS具有具有 CS 的部分功能的部分功能, e.g. 通过提供通过提供QoS和增强的计费功能，能够和增强的计费功能，能够实现各种实时性业务：电话和可视电话实现各种实时性业务：电话和可视电话nIMS 为移动用户引入了为

18、移动用户引入了新的基于新的基于IP的业务的业务基于：基于：q接入计费，业务计费和内容计费q单个用户标记 (认证)nIMS 引入引入增强的网络业务增强的网络业务 例如例如qPresenceqMessagingqConferencingnIMS 是向是向All IP Network 业务提供体系演进的一步业务提供体系演进的一步TD-SCDMA网络结构IMS网络实体网络实体nIP-CAN网络网络 IP连通网络，提供IP接入承载，可以是任意的IP网络，目前3GPP的主要工作是基于GPRS网络n业务网络业务网络 主要是应用服务器，用于向IMS用户提供各种增值业务，目前在IMS域中主要有三种业务提供方式：

19、SIP-AS提供方式、Parlay网关提供、SCP提供，另外，对于一些传统的的基本业务，目前正在研究使用一个基本呼叫服务器来实现的方式nIMS核心网核心网 是系统主要要实现的部分，主要完成IMS用户管理、IMS业务的交换、网间互通、业务触发等处理，主要由P/I/S-CSCF网元、SLF/HSS、BGCF、MRFC/MRFP等网元构成n互通域互通域 包含SGW、MGCF/MGW等实体，用于IMS域业务域传统的PSTN、PLMN等网络的互联互通n计费域计费域 包含Offline计费和Online计费的相关网元设备nIP配套网元配套网元 一个完整的IMS解决方案，还需要其他各种IP网元提供服务，如：

20、DNS、Firewall、NAT、DHCP等TD-SCDMA网络结构IMS网络实体网络实体-GGSNnGGSN: 网关网关GPRS服务节点服务节点GRPS分组网络和分组网络和IMS网络的接口网络的接口所有所有UE相关的相关的IMS信令、业务流均通过信令、业务流均通过GGSN引入引入PEP功能，以完成基于业务的功能，以完成基于业务的QoS策略控制策略控制q UE IP地址获得地址获得q 参与参与P-CSCF IP地址获得（地址获得（R5协议没有对协议没有对GGSN如何获得如何获得IP地址进行标准化）地址进行标准化）TD-SCDMA网络结构系统系统版本版本核心网电路域核心网电路域核心网分组域核心网

21、分组域GSM/GPRS1）采用）采用TDM技术组网技术组网1）采用）采用IP技术组网，技术组网，2）GSN之间采用之间采用GTP协议协议3GPP R99 1）和）和GSM核心网相同核心网相同2）AMR编码，并将编解码器从无线编码，并将编解码器从无线侧移到核心网络侧侧移到核心网络侧.1）和）和GPRS核心网基本相同核心网基本相同3GPP R41）呼叫控制和承载完全分离）呼叫控制和承载完全分离2）IP/ATM/TDM多种组网方式多种组网方式3）基于）基于IP/ATM组网时可采用组网时可采用TrFO节节省传输资源省传输资源1）和）和R99核心网分组域完全相同核心网分组域完全相同3GPP R51）对电

22、路域不作要求，和）对电路域不作要求，和R99或或R4电路域相同电路域相同1）在分组域上叠加了）在分组域上叠加了IP多媒体子系统多媒体子系统IMS2）呼叫控制）呼叫控制CSCF和媒体网关控制和媒体网关控制MGCF进一步分离进一步分离TD-SCDMA核心网各版本和核心网各版本和2G的比较的比较TD-SCDMA网络结构课程内容课程内容TD-SCDMA网络结构核心网的演变核心网的演变TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍网络结构采用NGN的分层架构HCS域PS域TD-SCDMA CNMSCServerGMGWPSTN/其他运营商HLRGGSNSGSNTD-SCDMA

23、无线接入MGWGMSCServerMGW可分布于不同的本地网，采用分散接入的方式。可集中在省会城市，采用集中控制的方式。MSC Server实现呼叫控制、业务控制、用户数据库管理等功能；MGW实现UTRAN到ATM/IP，以及PSTN的媒体流转换。TD-SCDMA向向NGN的演进的演进R4阶段阶段核心网的演变R4技术分析技术分析优优 势势q 在核心网络上体现了NGN的体系构架思想。q 电路域由TDM中心节点交换型演进为典型的分组话音分布式体系结构，业务逻辑与底层承载相分离。q 网络结构分层增加了业务扩展的灵活性，网络扁平化减少了传输过程的瓶颈，从根本上突破了网络在后续演进过程中的障碍。q 可以

24、相信，R4的成熟应用将会带来现有网络运营的一个飞跃。 未解决问题未解决问题q 商业试行的范围还比较小，运营商和各个厂家还需要一段时间来积累新网络运营的经验，q 需要关注和解决很多新的问题，如在IP网络上的安全性问题，Qos问题等。核心网的演变 SCP未来真正的全IP网络，实现端到端的IP业务；呼叫控制、承载控制、媒体网关的分离以及在IP网络上的多业务融合体现了NGN的思想UTRANIM-MGWSIP ASOSA/ ParlaySGSNGGSNHSSMGCFCSCFH.248MAPIPIPSIPDiameterSIPIPTDMWeb serverApp. ServerSIPR5增加了IMS系统，

25、并实现了会话控制实体CSCF和承载控制实体MGCF在物理上的分离MGCF完成媒体网关的连接控制以及ISUP和IMS呼叫控制协议之间的转换等功能CSCF完成IP多媒体业务的呼叫控制、会话管理等功能IMSPS域External IP NetworkIPR99/GSM/ PSTNTD-SCDMA向向NGN的演进的演进R5阶段阶段核心网的演变TD-SCDMA网络结构核心网的演变TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4关键技术介绍课程内容课程内容TD-SCDMA和和GSM接口比较接口比较RNS RNC RNS RNC 核心网络核心网络(CN) Node B Node B Node

26、B Node B Iu Iu IurIub Iub Iub Iub UE Uu Uu UEMSBTSBSCMSC/VLROMCSCHLR/AUCEIRMSC/VLRBTSMSPLMNPSTNISDNPSTDNNo.7MAPX.25X.25orNo.7UmAAbisTD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较Physical LayerMTPSCCPBSSAPMTPSCCPBSSOMAPAGbGMM/SMLLCBSSGPL1bisNetworkServiceL1RRCMACATMRANAPAAL5RelayUuRLCSignallingBearerSCCP ATMAAL5Iu-PsSCCPSi

27、gnalingBearerRANAPGMMSM/SMS3G-SGSNRNS2G-SGSNA接口信令模型接口信令模型R99 Iu-PS从信令承载方式上的比较从信令承载方式上的比较.A/Gb/Iu接口控制面的比较接口控制面的比较TD与GSM/GPRS的比较Iu和和A/Gb差别差别F接口名称接口名称F控制信令控制信令/用户数据的传输用户数据的传输F信令承载方式信令承载方式TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较TD-SCDMA和和GSM语音业务的区别语音业务的区别n编码方式不一样编码方式不一样GSM语音编码方案为语音编码方案为RPE-LTP（规则脉冲激励长期预测）每（规则脉冲激励长期预测）每语

28、音信道的编码速率是恒定的语音信道的编码速率是恒定的13kbpsTD-SCDMA语音编码方案为语音编码方案为AMR（自适应可变速率编码），可（自适应可变速率编码），可提供提供8种编码速率（种编码速率（4.7512.2kbit/s）。）。n最重要的是最重要的是3G可以根据网络资源的当前状况为用户分可以根据网络资源的当前状况为用户分 配合适的带宽资源。配合适的带宽资源。TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较GSM/GPRS使用三元组使用三元组3G使用五元组使用五元组AVGSM/GPRS只有网络对用户的接入认证只有网络对用户的接入认证3G实现了网络和用户之间的双向认证实现了网络和用户之间的双向

29、认证3G与与2G的安全比较的安全比较TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较GSM/GPRSGSM/GPRS加密分别在加密分别在BTS/SGSNBTS/SGSN实现实现3G3G增加了信令的完整性保护，以及同步消息认证机制增加了信令的完整性保护，以及同步消息认证机制3G3G的加密和完整性保护在的加密和完整性保护在RNCRNC中实现中实现3G与与2G的安全比较的安全比较TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较随机发生器算法?算法MSNetworkSRESRANDSRESKiKi符号响应？符号响应？GSM使用的是鉴权三元组使用的是鉴权三元组（RAND、SRES、Kc)2G鉴权流程鉴权流程

30、TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较MSMSCS/SGSNHLR/AUCGenerate authenticationvectors AV(1.n)Store authentication vectorsSelect authentication vector AV(i)Authentication data requestAuthentication data responseAV(1.n)User authentication requestRAND(i) | AUTN(i)User authentication responseRES(i)Compare RES(i) and

31、XRES(i)Verify AUTN(i)Compute RES(i)Compute CK(i) and IK(i)Select CK(i) and IK(i)Authentication andkey establishmentDistribution ofauthenticationvectors from HEto SNAV=(RAND, XRES, CK, IK, AUTN）TD-SCDMA鉴权流程鉴权流程/AKA过程过程TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较TD-SCDMA网络结构核心网的演变TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较业务流程介绍业务流程介绍R4关键技术介

32、绍课程内容课程内容3G CNH.248/RANAPBICCH.248TUPTUPR4呼叫流程示例呼叫流程示例业务流程介绍A地B地H.248/RANAPH.248/RANAPBICCMAPMAPR4呼叫流程示例呼叫流程示例业务流程介绍TD-SCDMA网络结构核心网的演变TD-SCDMA核心网与GSM/GPRS的比较业务流程介绍R4/5关键技术介绍课程内容课程内容UTRANMGWPSTN本地网2本地网1UTRANPSTNIP骨骨干干网网MGWMGWMGWSGWNO.7MSC Server某本地网UTRANPSTNMGWMGWSGWNO.7本地网nMSC Server2MSC Server1IP骨干

33、网骨干网BICCBICCBICCTMSC ServerTMSC ServerIP骨干网骨干网多种组网方案多种组网方案IPR4组网组网R4、R5关键技术介绍UTRANIP骨干网MSC ServerTMSC ServerNO.7异地HLRMSC ServerSCPSMSCMGWGMGWMGWMGWGMGWUTRANMGWPSTN/它网PSTN/它网本地HLR多种组网方案多种组网方案混合混合IP组网组网R4、R5关键技术介绍多区号组网多区号组网n移动用户呼叫固定用户，本地固定用户不加区号，外地固定用户加区号移动用户呼叫固定用户，本地固定用户不加区号，外地固定用户加区号n按照主叫号码选择路由，解决多区

34、号情况下路由选择的问题按照主叫号码选择路由，解决多区号情况下路由选择的问题n根据根据IMSI和位置区判断用户是否漫游和位置区判断用户是否漫游n按照区号统计话务，并把话单分拣和发送到不同的按照区号统计话务，并把话单分拣和发送到不同的PSTN本地网计费中心本地网计费中心 ZXWN MSCS ZXWN MGW1RNC ZXWN MGW2GWRNCGWTMSCLS/TSLS/TS020-4828922R4、R5关键技术介绍支持支持TFO/TrFO技术技术nTFO与与TrFO的区别的区别TFO通过带内信令协商速率，仍需要编解码器单元继续工作。通过带内信令协商速率，仍需要编解码

35、器单元继续工作。TrFO通过带外信令，建立免编解码器的连接，建立后完全不通过带外信令，建立免编解码器的连接，建立后完全不需要编解码器。需要编解码器。n提供提供TFO和和TrFO的优势的优势改善语音质量改善语音质量节省网络设备功率节省网络设备功率R4、R5关键技术介绍支持支持TFO/TrFO技术技术A终端支持终端支持AMR集：集：12.2K/7.9K MSC Server-O MSC Server-T AMR AMR AMR OverIP MGW-O MGW-TB终端支持终端支持AMR集：集：12.2K/7.9K/4.75K A B 1 IuRTPIPL2/L1AAL2ATMIu UPNb UPAMR编解码编解码RTPIPL2/L1AAL2ATMNb UPAMR编解码编解码Iu UP Nb Iu 2 RNC-O RNC-T TrFo的过程的过程R4、R5关键技术介绍q一个或多个一个或多个MGW同时连接到两个同时连接到两个MSC Server上，两个上，两个MSC Server互互为备份，也可以负荷分担；为备份，也可以负荷分担；q当一个当一个MSC Server出现故障时，所出现故障时，所有有MGW上的话务均能通过备用路由上的话务均能通过备用路由转发到备用的转发到备用的MSC Server上；上；q能完成人工或自动的倒换方案，极能完