基于TDSCDMA的核心网CS域的通信技术研究毕业论文

1、本科毕业设计论文Title基于TD-SCDMA的核心网CS域通信技术研究一、题目基于TD-SCDMA的核心网CS域通信技术研究二、指导思想和宗旨要求广泛查阅资料，掌握TD-SCDMA核心网CS域的基本工作原理，熟悉TD-SCDMA物理层、无线接口协议、射频特性和TD-SCDMA采用的先进技术，熟悉中兴通讯3G移动通信TD-SCDMA重点研究TD-SCDMA的网络结构和核心网CS域的通信技术。需要对CS领域有深入的了解，理论分析，并结合实际应用。 CS域设备可以配置数据。三、主要技术指标1、掌握3G移动通信的基本理论知识。2、熟悉3G移动通信TD-SCDMA硬件设备。3、重点掌握TD-SCDMA

2、核心网CS域原理。四、进展与要求第3-4周：确定主题并撰写开场报告；第5-8周：收集数据，开展相关课题研究，分析、设计和理论讨论；第9-12周：结合实际应用，对其进行（模拟）实验，整理分析实验数据；第13-15周：按要求撰写论文初稿，进一步修改完善毕业设计（论文）；第 16-17 周：提交论文，准备答辩。五、主要参考书目及参考资料1 罗建迪，王丁丁，肖庆华，等。 TD-SCDMA无线网络规划与优化M :人民邮电。2 中兴通讯数控教育管理中心。 TD-SCDMA移动通信技术原理与应用原理/设备/仿真实践M .:人民邮电.3 王华奎，延平，李毅，等。移动通信原理与技术M .：清华大学。4 左飞大华

3、TD-SCDMAM.：人民邮电。5 丁琦，杨震大华移动通信M.:人民邮电, 2012(2) .6 杜庆波，罗文茂 3G技术与基站工程M .：人民邮电。7 庞少敏，亚伯，于超 3G核心网技术的秘密CS 、 PS 、 IMS M.电子工业。8 徐宏民. TD-SCDMA无线网络优化原理与方法M. ：人民邮电， 2009。9 穆根。 TD-SCDMA移动通信系统M :机械工业， 2009。10 志文，郭宝 TD-SCDMA无线网络规划与优化M :机械工业， 2012。11 肖建华，梁立涛，王航 TD-SCDMA无线优化指南M :人民邮电， 2010.12 石河. TD-SCDMA第三代移动通信系统标

4、准M .：人民邮电， 2003 。学生 _ 指导老师 _ 系主任 _摘要TD - SCDMA是我国提出的具有自主知识产权的3G标准，又称时分同步码分多址。其主要技术包括智能天线、联合检测、中继切换和上行同步。其网络规划按照R99-R4-R5阶段演进。在演进过程中，核心网的基本网络逻辑划分没有改变。两者都分为电路域和分组域。 R5 版本中仅添加了多媒体子系统 (IMS)。 .与R99相比，R4的网络结构主要是核心网电路域的结构发生了很大变化，而核心网分组域和UTRAN的网络结构几乎没有变化。核心网的主要功能实体包括CS域实体、PS域实体、PS域和CS域公共实体以及IP多媒体核心网子系统实体。核心

5、网CS域的实体包括MSC和网关GMSC 。 MSC 是 CS 域的核心，执行与移动台处理电路交换业务所需的所有功能。切换功能的开关。 MSC有两个实体，分别是MSC Server和CS-MGW来完成它的所有功能。 GMSC负责移动网络到固定网络，完成从固定网络到移动网络的转移，并执行到MS实际位置的路由功能。本文主要研究TD-SCDMA核心网CS域的基本工作原理，熟悉TD-SCDMA的网络结构及其采用的先进技术，重点研究CS域通信技术。核心网，对CS领域有深入的了解。进行了理论分析，结合实际应用，进行了CS域设备的数据配置。关键词： TD SCDMA核心网 交换电路 智能天线 时分同步目录 T

6、OC h z t 标题 1,2,标题,1,副标题,3 HYPERLINK l _Toc388898977 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc388898977 h 6 HYPERLINK l _Toc388898978 1.1 移动通信发展背景 PAGEREF _Toc388898978 h 6 HYPERLINK l _Toc388898979 1.2 移动通信网络拓扑 PAGEREF _Toc388898979 h 7 HYPERLINK l _Toc388898980 第 2 章 TD-SCDMA PAGEREF _Toc388898980 h 8 HYPERLINK l _To

7、c388898981 2.1 TD-SCDMA概述 PAGEREF _Toc388898981 h 8 HYPERLINK l _Toc388898982 2.2 TD-SCDMA网络结构 PAGEREF _Toc388898982 h 8 HYPERLINK l _Toc388898983 2.3 TD-SCDMA技术接口协议 PAGEREF _Toc388898983 h 10 HYPERLINK l _Toc388898984 2.4 TD-SCDMA关键技术 PAGEREF _Toc388898984 h 15 HYPERLINK l _Toc388898985 2.4.1 智能天线

8、PAGEREF _Toc388898985 h 15 HYPERLINK l _Toc388898986 2.4.2 联合测试 PAGEREF _Toc388898986 h 15 HYPERLINK l _Toc388898987 2.4.3 上行同步 PAGEREF _Toc388898987 h 16 HYPERLINK l _Toc388898988 2.4.4 继电器切换 PAGEREF _Toc388898988 h 16 HYPERLINK l _Toc388898990 第三章 TD-SCDMA核心网 PAGEREF _Toc388898990 h 18 HYPERLINK l

9、 _Toc388898991 3.1 核心网的演进过程 PAGEREF _Toc388898991 h 18 HYPERLINK l _Toc388898992 3.2 核心网的主要功能实体 PAGEREF _Toc388898992 h 21 HYPERLINK l _Toc388898993 3.3 核心网的功能 PAGEREF _Toc388898993 h 22 HYPERLINK l _Toc388898994 第 4 章 核心网 CS 域 PAGEREF _Toc388898994 h 24 HYPERLINK l _Toc388898995 4.1 CS 域网络结构 PAGERE

10、F _Toc388898995 h 24 HYPERLINK l _Toc388898996 4.2 CS 领域功能 PAGEREF _Toc388898996 h 25 HYPERLINK l _Toc388898997 4.3 CS 域接口 PAGEREF _Toc388898997 h 26 HYPERLINK l _Toc388898998 第 5 章 核心网 CS 领域业务流程 PAGEREF _Toc388898998 h 30 HYPERLINK l _Toc388898999 5.1 手机通话流程 PAGEREF _Toc388898999 h 30 HYPERLINK l _

11、Toc388899000 5.2 短信业务流程 PAGEREF _Toc388899000 h 32 HYPERLINK l _Toc388899001 5.3 切换过程 PAGEREF _Toc388899001 h 33 HYPERLINK l _Toc388899002 5.4 位置更新过程 PAGEREF _Toc388899002 h 36 HYPERLINK l _Toc388899003 第六章 CS域设备的数据配置 PAGEREF _Toc388899003 h 38 HYPERLINK l _Toc388899004 6.1 HLR的数据配置 PAGEREF _Toc3888

12、99004 h 38 HYPERLINK l _Toc388899005 6.2 MGW的数据配置 PAGEREF _Toc388899005 h 42 HYPERLINK l _Toc388899006 6.3 MSCS 的数据配置 PAGEREF _Toc388899006 h 43 HYPERLINK l _Toc388899007 6.4 数据配置过程中的失效分析 PAGEREF _Toc388899007 h 45 HYPERLINK l _Toc388899008 6.4.1 ZXWN HLR 失效分析 PAGEREF _Toc388899008 h 45 HYPERLINK l

13、_Toc388899009 6.4.2 ZXWN MGW失效分析 PAGEREF _Toc388899009 h 46 HYPERLINK l _Toc388899010 6.5 TD-SCDMA 展望 PAGEREF _Toc388899010 h 48 HYPERLINK l _Toc388899011 第七章小结 PAGEREF _Toc388899011 h 50 HYPERLINK l _Toc388899012 参考文献 PAGEREF _Toc388899012 h 51 HYPERLINK l _Toc388899014 毕业设计总结 PAGEREF _Toc388899014

14、 h 53第一章介绍1.1移动通信发展背景第一代移动通信技术 (1G) 指的是 1980 年代制定的原始模拟、纯语音蜂窝标准。第一代移动通信技术主要采用模拟技术和频分多址（FDMA）技术。 .由于传输带宽的限制，移动通信无法进行远距离漫游，只能是区域性的移动通信系统。第一代移动通信存在容量有限、标准过多、相互不兼容、性能差、通话质量差、无法提供数据服务、无法提供自动漫游等诸多缺点。第二代移动通信系统(2G)是自1990年代初以来已广泛使用的数字移动通信系统。使用的技术主要是时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）两种技术。第二代移动通信系统采用数字化，特点强，频谱利用率高，可提供丰富的业务，

15、标准化程度高。但是由于使用的标准不同，移动标准并不统一，用户只能覆盖同一个标准。全球漫游，但全球漫游尚不可能。第三代移动通信系统（3G）是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。它是在第二代移动通信技术的基础上进一步发展而来的。和数据服务移动通信系统。第三代移动通信系统在国际上统称为IMT-2000。它是国际电信联盟（ITU）于1985年提出的2000MHz频段的系统，类似于第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信系统。第三代移动通信系统的主要特点是可以提供移动多媒体服务，可以更好地实现全球无线漫游，处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括Web在内的服务浏览、会议、电子商务等信息服务。第三

16、代移动通信系统的主要技术标准是欧洲的WCDMA系统、美国的CDMA2000系统和中国的TD-SCDMA系统。第四代移动通信系统（4G），又称宽带接入和分配网络，具有超过2Mb/s的非对称数据传输能力，首次实现三维图像的高质量传输。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网。与第三代标准相比，第四代移动通信标准具有数据速率高、频谱利用率高、发射功率低、业务支持能力灵活等优点。它基于正交频分复用（OFDM）技术。另外，第四代移动通信系统是一种综合多功能宽带移动通信系统，是一种宽带接入IP系统。国际电信联盟 (ITU) 已将 WiMax、HSPA+、LTE、LTE-Advanced 和 Wireless

17、MAN-Advanced 纳入 4G 标准，目前有五个 4G 标准。1.2移动通信网络拓扑移动通信网络拓扑如图1-1所示：图1-1移动通信网络拓扑逻辑网元可以分为UE（User Equipment Terminal）、无线接入网（RAN）和核心网（CN）。无线接入网也可以借用UMTS中陆地RAN的概念，所以也简称为UTRAN。RAN包含以下两部分：Node B（B节点）、RNC（Radio Network Controller）。CN主要由电路域（CS）和分组域（PS）组成，其中包含的逻辑网元主要有：MSC/VLR（移动业务交换中心/访问者位置寄存器） 、 HLR（归属位置寄存器） 、 GMS

18、C （移动业务交换中心网关） 、 SGSN（服务GPRS支持节点） 、 GGSN（GPRS支持节点网关）。第二章TD-SCDMATD-SCDMA概述TD-SCDMA（时分同步码分多址）是信息产业部电信科学技术研究所（现大唐集团）在国家信息技术部的支持下，经过多年研究提出的具有一定特点的第三代技术。国家主管部门。移动通信（3G）系统标准是我国100年通信史上第一个具有自主知识产权的国际通信标准。我国原无线通信标准组（CWTS）最终修订后，标准文件经原邮电部批准，代表我国提交给国际电信联盟（ITU）及相关国际标准组织。 1998年6月，获得国际电信联盟批准。 (ITU) 接受的三大 3G 无线通信

19、主流标准之一。TD-SCDMA体系结构完全遵循3GPP规定的UMTS网络结构，可分为UMTS陆地无线接入网（UTRAN）和核心网（CN）。它与 WCDMA 相同。TD-SCDMA是世界上唯一使用智能天线的3G系统。它还采用了联合检测、中继切换、同步码分多址、上行同步、软件无线电、低码片速率、时分双工、自适应功率调整等技术。 TD-SCDMA是频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA ）三种基本传输模式的灵活组合。特征。在TD-SCDMA系统中，由于采用TDD模式，上下行使用相同的频率，同时上下行的空间物理特性完全相同。因此，只要在基站根据上行数据进行空间参数的估计，然后根

20、据这些估计对下行数据进行数字整形，就可以达到自适应波束赋形的目的，发挥智能机的作用。天线可以充分利用。2.2 TD-SCDMA网络结构TD-SCDMA网络结构图如图2-1所示：图2-1 TD-SCDMA网络结构( 1 ) 网络结构中的关键术语： CN：核心网，分为电路域（Circuit Switched：CS）和分组域（Packet Switched：PS）；RNC：Radio Network Controller，第三代（3G）无线网络中的主要网元，RNC是控制和管理一个或多个Node B的无线资源的功能实体； Node B：基站，相当于收发器，对应于GSM网络中的BTS，是负责UE及其下一

21、个或多个小区收发的逻辑节点；它还参与无线电资源的管理； UE：用户设备、手机、电脑等； OMC-R：无线网络运维中心； RNC和Node B组成一个RAN（Radio Access Network）系统，或UTRAN（Terrestrial Radio Access Network）；终端的无线移动管理由UTRAN控制，并连接到核心网。( 2 )网元之间的接口为：RNC与CN之间的Iu接口是UTRAN与CN之间的接口（根据RNC连接核心网CS域MSC或PS域SGSN分为Iu-CS和Iu-PS）； Node B和RNC之间的Iub接口； UE和Node B之间的Uu接口，或者UE和UTRAN之间

22、的接口； O RNC 和 OMC-R 之间的接口，用于操作管理。此外，RNC和RNC之间还有一个Iur接口，用于RNC之间的切换和重定位。目前国内生产的RNC通过硬切换来处理RNC之间的切换过程，并没有实现这个接口。2.3 TD-SCDMA技术接口协议TD-SCDMA的UTRAN结构如图2-2所示：图2-2 TD-SCDMA的UTRAN结构( 1 ) Uu接口协议Uu接口从协议的角度可以分为以下三个协议层：物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3 ）。L2 层包括媒体访问控制 (MAC)、无线链路控制 (RLC)、分组数据汇聚协议 (PDCP) 和广播/多播控制 (BMC)。L3 层包

23、括无线资源控制 (RRC)、移动性管理 (MM) 和连接管理 (CM)Uu接口的用户面主要传输用户数据；控制平面传输相关信令，建立、重新配置和释放各种3G移动通信无线承载业务。(2) Iu接口相关协议 Iu接口的协议栈分为：两个平面（纵向）：控制平面和用户平面。两层（水平）：无线网络层和 HYPERLINK javascript:; t _self 传输网络层。 Iu接口功能：移动性管理、位置区更新报告、RNC间切换和系统间切换、无线接入承载RAB管理、Iu数据传输、正常数据传输、异常数据传输、UE-CN连接信息透传、寻呼寻呼，安全模式控制，过载控制。 Iu接口分为两个域：电路域Iu-cs和分

24、组域Iu-ps。 Iu-cs协议结构如图2-3所示，Iu-ps协议结构如图2-4所示：电路交换域在传输网络层通过AAL2或AAL5直接映射到ATM，而面向分组的域在传输网络层采用IP over ATM的形式。目前的实现是CS域可以使用ATM传输。也可以使用IP传输。ATM（Asynchronous Transfer Mode）层位于物理层之上，利用物理层提供的服务以信元为单位与对等层进行通信。 ATM层与物理介质的类型和物理层的具体实现以及它所传输的业务类型无关。它仅识别和处理标头。也就是说，ATM 层负责从上层添加 48 字节的信元净荷。 5字节头，或者从物理层的信元中去掉头，致给上层。IP

25、协议提供了全球统一的寻址方式，屏蔽了物理网络地址的差异，使路由搜索成为可能。同时，IP协议提供了全球统一的报文格式，屏蔽了网络链路层差异，使网络互联成为可能。RANAP和Iu-UP协议层分别是无线网络层Iu接口上的控制面协议和用户面协议。 Iu接口的无线网络信令由无线接入网应用部分RANAP和服务域广播协议SABP组成。 RANAP和SABP协议构成了处理CN和UTRAN之间所有过程的机制，RANAP可以在CN和UE之间透明传输。没有 UTRAN 解释和处理的消息。RANAP（Radio Access Network Application Part Protocol）是Iu接口控制平面上最重

26、要的协议。主要通过RNC与CN之间高层协议的封装和承载，实现上层业务的信令传输功能。具体包括：Iu接口的信令管理、RAB管理、UE-CN信令直传功能等。Iu-UP（Iu接口用户面协议）主要用于在Iu接口上传输RAB相关数据，包括透明和支持两种模式。前者用于实时性能较低的业务（如分组业务），后者用于实时业务。服务（Iu-CS 的 AMR 语音数据）。图2-3 Iu-cs 协议结构图 2-4Iu-ps 协议结构( 3) Iub接口相关协议 Iub接口功能：常用功能：公共传输通道管理、 Iub公共通道数据传输、 Node B逻辑管理、运维（小区配置、故障管理） 、系统信息管理、公共测量、资源校验、异

27、常管理、定时和同步管理。专用功能：专用传输信道管理、无线链路RL监测、专用测量管理、定时和同步管理、上行外环功率控制、 Iub专用数据传输。 Iub接口控制平面的最高协议是NBAP（基站协议的对应部分），用户平面由若干帧协议（FP）组成。NBAP的功能主要包括Node B逻辑运维功能和专用NBAP功能。Node B的逻辑运维功能主要包括小区和公共信道的建立、重构和释放，一些与小区和Node B相关的测量控制，以及一些故障管理功能，如资源阻塞、去块、复位等。( 4 ) Iur接口相关协议Iur接口控制平面的最高层协议是RANSAP。 Iur接口函数Iur接口的作用主要是完成UE与RNC之间软切换

28、时的数据传输。 3GPP规定的Iur接口是一个逻辑实体。也就是说，Iur接口可以和Iu接口共享一个传输，也可以和一个独立的物理接口相连。 Iur接口协议RNSAPRNSAP主要包括四个主要功能： RNC 之间的移动管理功能，主要包括SRNC 重定位、RNC 与UTRAN 注册区之间的小区更新、RNC 之间的寻呼和协议错误报告。专用信道数据传输功能，包括DCH状态下软硬切换专用信道的建立和释放，Iur接口专用传输信道的建立和释放，Iur接口专用传输信道的建立和释放，DCH传输信道的传输SRNC 和 DRNC 之间的块，DRNS 无线链路管理等。公用信道数据信道传输功能，包括建立和释放Iur接口公

29、用信道数据流传输所需的传输连接，分离MAC-d（SRNC）和MAC-c （DRNC）功能（DRNC负责下行的调度）数据传输），MAC-d（SRNC）和MAC-c（DRNC）之间的流量控制。全局资源管理功能，包括RNC间小区测量信息的传递、RNC间Node B定时信息的传递等。TD-SCDMA关键技术2.4.1智能天线1.智能天线智能天线是安装在基站现场的双向天线，通过一组具有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，可以同时获取基站与移动台之间各链路的方向特性.智能天线的原理是将 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/Sh

30、owInnerLink.htm?lemmaId=16850 无线电信号指向特定方向产生空间定向 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=66266378 波束，使天线的主波束对准用户信号的到达方向DOA（Direction of Arrinal），旁瓣或零点与干扰信号的到达方向对齐， HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=12524577 以达到充分有效利

31、用移动用户信号和去除或抑制干扰信号的目的。2.类型智能 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=16247 天线可分为两种类型：切换 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=66266378 波束天线和自适应阵列。(1)交换梁交换波束使用许多窄波束天线，每个指向略有不同的方向，以覆盖整个 120 度扇区。随着该扇区的移动用户移动，系统的智能天线从一根天线切换

32、到另一根天线。(2) 自适应数组自适应阵列使用 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=8656302 阵列天线和复杂的 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=45326 数字信号处理将天线波束从一个位置转换到下一个位置。2.4.2联合检测联合检测是多用户检测的一种。 CDMA系统中多用户的信号在时域和频域上是混叠的。接收时，需要采用一定的信号分离方法，在

33、数字域中对各个用户的信号进行分离。信号分离方法大致可分为单用户检测技术和 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.sogou%20%20%20%20/lemma/ShowInnerLink.htm?lemmaId=146996 多用户检测技术两类。联合检测算法的具体实现方法有很多，大致分为三类：非线性算法、线性算法和决策反馈算法。根据目前的情况，TD-SCDMA系统采用了其中一种线性算法，即迫零线性块均衡（ ZF-BLE ）方法。联合检测技术消除或最小化所有用户的多址干扰，导致每个载波的用户负载增加。需要注意的是，由于并行用户数量的增加，计算复杂度会呈指数级增长，同时高于正

34、常的噪声也会减小移动范围。因此，联合检测仅在并行用户数量相对较少的环境中有效。2.4.3上行同步在CDMA移动通信系统中，下行总是同步的，所以同步CDMA一般是指上行同步。上行同步要求不同距离的不同用户终端的上行信号能够同步到达基站。对于时分双工(TDD)系统，上行同步可以给系统带来很大的好处。由于移动通信系统工作在具有严重干扰、多径传播和多普勒效应的实际环境中，几乎不可能实现理想的同步。然而，同步每个用户上行信号的主路径对于提高系统性能和简化基站接收机的设计具有明显的好处。另外需要说明的是，这里所说的同步是指空中接口的同步，不包括网络间的同步。TD-SCDMA是同步CDMA，即CDMA系统中

35、的所有无线基站同步接收和致。 TD-SCDMA的同步技术包括网络同步、初始化同步、节点同步、传输信道同步、无线接口同步、Iu接口时间校准、上行同步等。由于CDMA移动通信系统中的下行始终是同步的，所以同步CDMA主要是指上行同步，即需要不同位置、不同距离的不同用户终端的上行信号同步到达基站。TD-SCDMA上行链路中各终端致的信号在基站解调器处完全同步，这是通过软件和物理层设计实现的，使得正交扩频码的各个码道在解扩时可以完全正交。两者之间不会存在多址干扰，克服了异步CDMA技术中各移动终端向基站致的码道到达时间不同造成的非正交码道的干扰问题。2.4.4继电器切换中继切换是我国第三代移动通信系统

36、提出的概念。它不同于硬切换和软切换。它基于同步CDMA技术和智能天线的结合。当手机用户进行切换时，TD-SCDMA系统使用智能天线粗略定位用户的方位角和距离，基站和基站控制器根据方位角和距离判断用户现在是否正在移动到另一个基站。距离信息。区域。中继切换主要用于TD-SCDMA系统。在切换过程中，基于系统的智能天线、上行同步和特殊帧结构等技术，系统可以进行上行预同步，获取移动台的位置信息进行切换。决策，从而实现快速、可靠和高效的一天切换。TD-SCDMA系统采用的中继切换是一种不同于硬切换和软切换的新切换方式。与软切换相比，两者都具有切换成功率高、掉话率低的优点。 ，它们的区别在于，中继切换不需

37、要移动台与多个基站长时间保持链路，从而克服了软切换需要占用更多信道资源、信令复杂、导致系统负载增加和下行干扰等问题。与硬切换相比，都具有资源利用率更高、算法更简单、系统信令负载相对轻的优点。它们的区别在于中继切换断开了原基站和目标基站的连接。在建立通信链路时，上下行分开进行，克服了传统硬切换中掉话率高、切换成功率低的缺点。因此，可以认为中继切换给系统带来的突出优势是切换成功率高、信道利用率高。第三章TD-SCDMA核心网3.1核心网演进TD-SCDMA网络规则按照R99-R4-R5阶段演进。在演进过程中，核心网的基本网络逻辑没有改变，都分为电路域和分组域，只是在R5版本中增加了多媒体子系统。

38、（IM小号）。网元实体的变化主要体现在R99的MSC到R4阶段在逻辑上分为MGW和MSC Server，并增加了传输信令网关（T-SGW）和漫游信令网关（R-SGW）。同时。在R4的基础上，增加了IMS（多媒体子系统）。同时在R4和R5阶段增加了相应的接口。UMTS网络的基本结构如图3-1所示：图3-1 UMTS网络基本组成(1) UMTS R99的网络演进核心网分为电路域（CS）和分组域（PS）。电路域由GSM Phase2+的电路核心网演进而来。网元包括移动业务交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）和网关。移动业务交换中心（GMSC），分组域是基于GPRS核心网演进的。网元包括服务G

39、PRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）、归属位置寄存器（HLR）、认证中心（AuC）和设备识别寄存器（EIR），共享电路域和分组域的网元。从整个CN子系统来看，UMTS R99核心网与GSM、GPRS核心网的区别主要体现在Iu接口和A接口的区别，CAMEL的区别以及业务的区别。无线接入网的网元包括两部分：无线网络控制中心（RNC）和TD-SCDMA的收发基站（Node B）。与GSM和GPRS相比，无线网络子系统发生了革命性的变化。此外，核心网PS域通过Gi和Gp接口接入其他PLMN网络或PDN网络，CS域通过PSTN接入固网或其他PLMN。R99是3GPP第三代网络标准

40、化的第一阶段版本。 R99 的协议标准化在 2001 年 6 月被冻结，后续的修订将在 R4 版本中进行。为了保证运营商的投资利益，R99在网络结构设计中充分考虑了2G/3G的兼容性，支持现网向3G的平滑过渡。因此，基本网络结构的核心网络部分保持不变。为了支持3G业务，部分网元增加了相应的接口协议，原有的接口协议也进行了不同程度的改进。与GSM和GPRS网络结构相比，UMTS R99网络的接口与协议有一定的继承性。同时，由于采用了TD-SCDMA技术，空中接口和无线接口都发生了革命性的变化。(2) UMTS R4的网络演进R4网络基于3GPP TS23.002 V4.3.0版本。与R99网络一

41、样，R4网络的基本结构也分为核心网和无线接入网。在核心网侧，分为电路域和分组域两部分。相比之下，主要变化发生在电路域，而分组域没有变化。基本网元实体和接口大多继承R99网络实体和接口的定义。与R99网络定义相同的网络实体在基本功能上没有变化，相关协议也大同小异。 R99网络电路域的网元实体（G）MSC演进为R4阶段的媒体网关MGW和（G）MSC Server两部分，漫游信令网关R-MGW和传输信令网关添加了 T-MGW 。(3) UMTS R5的网络演进R5阶段UMTS基础网络的网元实体继承了R4的定义，没有变化。不同的是增强了网元的功能。由于增加了IP多媒体子系统，还增加了基础网络和IM多媒

42、体子系统。界面。 R5阶段需要BSC提供Iu-CS接口和Iu-PS接口，这是R5网络与R4、R99网络的一大区别。另外，在R5阶段，增加了HSS实体来代替HLR。 HSS实体比HLR功能更强，支持IP多媒体子系统。当不需要区分CS域实体和IP多媒体子系统实体时，在R4 CS域中使用MGW的概念。当需要区分时，CS-MGW用于定义CS域的媒体网关，IM-MGW用于定义IP多媒体网关。表3-2 3G标准各版本特点无线接入网核心网（电路域）核心网（包域）GSM/GPRS高达 72k 至 144kbps 的无线数据传输传统电路交换组网基于IP，通过SGSN和GGSN使用GTP协议的网络3GPP R99

43、FDD WCDMA；高达 384k 至 2Mbps 的无线数据传输没有重大改进没有重大改进3GPP R4新增 TD-SCDMA采用控制与承载分离的软交换网络。没有重大改进3GPP R5/R6添加了高速下行链路分组数据访问 (HSDPA)没有重大改进叠加IP多媒体子系统（IMS），提供IP多媒体服务从实体的角度看无线接入网。改变的主要思想是将无线部分IP化，形成真正意义上的全IP网络。在核心网R5阶段，除了上述基础网络结构的变化外，重要的是引入IP Multimedia Subsystem IMS（IP多媒体子系统）实体，即以CSCF为核心的IMS系统形成。语音、数据、图像等各种媒体流的传输完全

44、在IP网络上实现。 IP 多媒体子系统包括提供 IP 多媒体服务的所有相关实体。 IMS包括CSCF、BGCF、MGCF、IM-MGW、HSS、MRF等相关网络实体。3.2核心网主要功能实体核心网的主要功能实体包括CS域实体、PS域实体、PS域和CS域的公共实体、IP多媒体核心网子系统实体。(一)公共实体包括：归属用户服务器（HSS）IMS系统中HSS的主要功能是用户和业务数据管理。在 R5 阶段之前，移动网络的用户数据集由 HLR 和 AUC 集中管理。 IMS系统引入后，HSS出现，HSS用于替代之前版本的HLR和AUC，作为CS域、PS域和IMS域的通用用户和业务数据管理实体。访问位置寄

45、存器（VLR）访客位置寄存器 (VLR) 为其控制区域内的移动用户提供服务。它存储注册移动用户进入其控制区域的相关信息，并为注册移动用户提供建立呼叫连接的必要条件。 VLR 从移动用户的归属位置寄存器 (HLR) 获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开VLR的控制区域，它会在另一个VLR重新注册，原VLR将取消临时记录的移动用户数据。因此，VLR 可以看作是一个动态的用户数据库。设备标志寄存器（EIR）EIR是存储移动台设备参数的数据库，用于移动台设备的识别和监控，拒绝非法移动台进入网络。EIR 数据库由以下国际移动设备身份 (IMEI) 表组成： 白色，用于存储已知分配给合法设备的那些 IM

46、EI；黑色，用于存储因某种原因被报告丢失或拒绝服务的移动台的 IMEI：灰色，保存有问题（例如，软件故障）的移动台的 IMEI，但问题还不足以使这些 IMEI变黑。短消息服务网关（SMS-GMSC）作为短消息服务中心和PLMN之间的接口，它使短消息能够从服务中心（SC）传输到移动台（MS）。(2) CS域实体包括R99中的移动业务交换中心(MSC)和网关MSC(GMSC)。网关MSC（GMSC）是用于连接核心网CS域和外部PSTN的实体。通过GMSC，可以完成CS域与PSTN的通信。其主要功能是为PSTN与CS域的互联提供物理连接，具有固定用户呼叫移动用户时漫游到HLR的功能。在R4中，MSC

47、演进为MSC Server，CS-MGW、VLR和MSC Server集成在一起。 GMSC也演变成CS-MGW和GMSC server。(3) PS域实体主要包括服务GPRS支持节点(SGSN)和网关GPRS支持节点(GGSN)。3.3核心网功能(1) GPRS无线资源(GRR)管理GPRS无线资源管理的过程是建立、维护和释放无线资源(RR)连接，以内容网络和移动台之间的点对点对话。这包括小区选择/重选和切换过程。无线电资源管理包括与管理公共传输资源相关的功能，例如物理信道和控制信道上的数据。它还包括在没有建立RR连接时接收单向BCCH和CCCH，内容自动小区选择/重选等。(2) GPRS移

48、动管理(GMM)GMM 主要由移动性管理子层执行。其主要功能是支持用户终端的移动性，例如，通知网络用户移动终端的当前位置，提供用户身份；移动性管理子层的另一个功能是在上层连接管理子层提供不同的实体。连接管理业务。移动性管理子层包括两个过程：用于非 GPRS 服务的移动性管理 (MM) 过程和用于 GPRS 服务的 GMM 过程。所有的 MM 过程只有在 MS 和网络之间建立 RR 连接后才能执行，否则 MM 子层必须发起 RR 连接建立。(3)连接管理（CM）CM连接管理子层包括呼叫控制、短信服务、会话管理和补充服务等，对网络提供的服务进行控制和管理。呼叫控制在呼叫控制协议中，定义了多个呼叫控

49、制实体。每个呼叫控制实体相互独立，使用自己的MM连接与通信对等实体进行通信。不同的呼叫控制实体由不同的处理标识。 .基本过程由两个对等实体之间使用的特定顺序形成，这些基本过程作为描述该子层的基础。基本流程分类如下：呼叫建立过程通话清算流程呼叫通知阶段过程其他流程短信服务短消息业务是通过服务中心在移动台和下一个短消息实体之间传输消息。该服务中心是短消息的存储转发中心。会话管理会话管理的主要功能是支持用户终端的PDP上下文处理。会话管理包括已识别 PDP 上下文的激活、去激活和修改过程。只有在 MS 和网络之间建立了 GMM 上下文时，才能执行识别访问的会话管理过程。如果没有建立 GMM 上下文，

50、则 MM 子层会通过 GMM 发起 GMM 上下文的建立。第四章核心网CS域4.1 CS域网络结构在标准化组织3GPP的系统架构中，网络分为接入网和核心网。核心网与接入网之间的Iu接口是一个公共的、开放的接口，不限制核心网和无线接入网的网络结构的变化和演进。可以说，核心网和接入网是相互独立的。至于核心网，接入网使用的具体接入方式是一样的。 TD-SCDMA 在 3GPP R4 版本之后成为 UMTS 标准。R99的电路域与GSM核心网相同。接入网分组化的AAL2语音仍需通过编解码转换器转换为64K TDM语音，传输资源利用率低； R4的电路域实现媒体网关和媒体网关。控制器（MGC）相互分离，采

51、用软开关技术的思想。由于优化的语音编解码转换器，提高了TD-SCDMA系统网络部分语音包的时延，提高了语音质量。只需要在与PSTN通信的网关上实现，提高了核心网传输资源的利用率； R5核心网增加了IMS-IP多媒体子系统，实现了会话控制实体CSCF和承载控制实体MGCF的物理分离。它使用分组域作为承载传输，更好地实现了对多媒体业务的控制，并且不需要电路域。从R99到R4，UMTS的基本结构在电路领域发生了变化。 R99网络电路域的网元实体MSC按照呼叫控制和承载与承载控制分离的思想，在R4阶段演化为两个媒体网关MGW和MSC Server。部分增加了漫游信令网关R-MGW和传输信令网关T-MG

52、W；同时，相关接口也发生了变化， MGW与MSC Sever之间的Mc接口、MSC Sever与GMSC Sever之间的Nc接口、MGW与R-MGW与HLR之间的Mh接口等.核心网CS域网络结构如图4-1所示：图4-1 核心网CS域网络结构4.2 CS域功能CS域中的实体包括MSC和网关MSC(GMSC) 。其主要功能描述如下：1. MSCMSC 是 CS 域的核心，执行与移动台处理电路交换业务所需的所有功能。它是为位于MSC控制区域内的移动用户执行信令和交换功能的交换机。MSC由MSC Server和CS-MGW两个实体组成，完成其所有功能。(1 ) MSC Server用于处理信令。主要

53、由MSC的呼叫控制和移动控制两部分组成。负责CS域的呼叫控制，完成用户/网络信令到相关网络/网络信令的转换。 MSC Server包括一个VLR，它保存了移动用户的业务数据和CAMEL相关数据。(2 ) CS-MGW用于处理用户数据，可以终结电路交换网络的承载信道和分组交换网络的媒体流。通过Iu接口，CS-MGW可以支持媒体转换、承载控制和净荷处理，可以为支持UMTS/GSM传输媒体提供必要的资源。2. GMSCGMSC负责移动网络到固定网络，完成从固定网络到移动网络的转移，并执行到MS实际位置的路由功能。当网络将呼叫转移到PLMN，但无法查询HLR时，将呼叫转移到GMSC，GMSC会查询HL

54、R。并接入到MS所在MSC的呼叫。GMSC可以通过处理信令的GMSC服务器和处理用户数据的CS-MGW来完成所有功能。 GMSC服务器主要由GMSC的呼叫控制和移动控制两部分组成。 CS-MGW的功能如上所述。(1)媒体网关MGW（媒体网关）对于一个定义好的网络，MGW可以看作是PSTN/PLMN传输的终结点，包括断点承载和媒体处理设备（如转码器、回声抑制单元等）。MGW 可以终止来自电路交换网络和分组网络的承载信道（例如，IP 网络中的 RTP 流等）。在Iu接口上，MGW可以支持媒体转换、承载控制和净荷处理。 MGW 将提供必要的资源来支持 UMTS/GSM 传输介质。 MGW 承载控制和

55、有效载荷处理能力必须支持移动特定功能，例如 SRNS 重定位/切换等。4.3 CS域接口核心网部电路域接口是核心网部各功能实体之间完成电路交换功能的接口，主要包括B、C、D、E、F、G、H、J、K接口； H接口为对外接口，C、D、E、F、G、K接口采用基于7号信令方式的MAP协议，J接口采用基于7号信令方式的CAP协议.(1)核心网CS域的接口主要包括： （G）MSC Serve-CS-MGW参考点（Mc参考点）Mc是（G）MSC Server和MGW之间的接口，具有以下特点：完全符合H.248标准；有灵活的连接处理，支持不同的呼叫模型处理不同的媒体，让H.323用户可以不受限制地使用；开放式

56、结构，支持接口的封装定义和定义的扩展；MGW物理节点资源动态共享，一个物理MGW可以划分为多个独立的逻辑MGW；根据H.248协议实现MGW控制的承载和管理资源之间的动态传输资源共享；支持移动特定功能，例如 SRNS 重定位/切换等。 CS-MGW-CS-MGW参考点（Nb参考点）Nb接口是MGW之间的接口，实现承载控制和传输功能。此接口上的用户数据传输可以是 RTP/UDP/IP 或 AAL2。 MSC server-GMSC server参考点（Nc参考点）Nc接口是MSC Server和GMSC Server之间的接口，进行网络到网络的呼叫控制。该接口可以使用 BICC 协议来实现。 M

57、SC-server与其关联的VLR之间的接口（B接口）B接口是VLR和MSC之间的接口，VLR是漫游到相关MSC区域的用户的位置和管理数据库。当MSC需要使用其服务区域内的用户相关数据时，MSC需要向VLR查询。当移动台更新位置时，MSC请求VLR存储相关信息。当用户开通补充业务或修改业务的部分数据时，VLR也会根据需要进行更新。需要说明的是，B接口是MSC-server/VLR的部分接口，因此没有标准的信令规定。 HLR与MSC-server之间的接口（C接口）C接口是HLR和GMSC之间的接口。当固网无法查询移动用户的位置建立呼叫时，GMSC必须向HLR查询被叫方的漫游。当网关MSC-se

58、rver想要获取用户呼叫或短消息的路由信息时，它必须向HLR询问。 MAP 信令用于 C 接口。 HLR与VLR接口（D接口）该接口用于交换与移动台位置和用户管理相关的数据。 VLR 将移动台的最新位置通知 HLR，HLR 将所有必要的数据致给 VLR，以支持移动用户服务。当移动用户需要更改特定业务的订阅信息中的某些数据或数据被管理员修改时，HLR和VLR将交换相关数据。数据交换通常发生在用户请求特殊服务时，或者用户或网络改变用户数据时，该接口是标准协议接口。 MSC-server之间的接口（E接口）MSC之间的接口。当移动台在通话过程中从一个MSC区域移动到另一个MSC区域时，为了通话的连续

59、性，必须执行切换过程，因此MSC-server通过E接口交换必要的数据来实现处理过程。切换过程结束后，MSC-server将信息转换为A接口或Iu接口信令进行传输。 MSC-server与EIR的接口（F接口）MSC 和 EIR 之间的接口。该接口用于在MSC和EIR之间交换数据，以验证移动台IMEI的状态。 F接口使用MAP信令。 VLR之间的接口（G接口）当移动用户从一个 VLR 移动到另一个 VLR 区域时执行位置更新。位置更新的过程包括检索 IMSI 和识别来自原始 VLR 的参数。 HLR与AuC接口（H接口）当 HLR 接受 MS 的鉴权请求时，如果 HLR 没有信息，则向 AuC

60、 请求数据。该接口是子接口。(2)基于No.7信令的接口协议结构图4-2基于No.7信令的接口协议结构TCAP 协议TCAP（事务能力应用部分，与TC相同）位于SCCP和MAP/CAP之间，属于OSI中的应用层协议。 TCAP 还包括组件子层和事务子层。 MAP协议MAP（Mobile Application Part）用于C、D、E、F、G、J、K等接口，定义与电路无关的消息。 TUP 和 ISUP 协议TUP和ISUP协议用于MSC之间以及MSC与PSTN之间的电路管理和呼叫连接处理。第五章核心网CS域业务流程5.1 手机通话流程R4版本的CS域呼叫流程与R99版本的CS域呼叫流程的区别在