移动网网络架构及维护规范-中国电信CDMA2000网络简介

PAGE维护岗位认证教材中国电信CDMA2000网络简介格式说明：全文字体楷体封面教材名称字体大小：小初，加粗；一级标题：字体大小：小三；加粗；段前段后均为0磅；行距：2倍间距二级标题：字体大小：四号；加粗；段前段后均为0磅；行距：1.5倍间距三级标题：字体大小：小四；加粗；段前段后均为0磅；行距：1.5倍间距正文：字体大小：小四；段前段后均为0磅；行距：单倍间距中国电信维护岗位认证教材编写小组编制目录第一章移动通信系统发展概述 21.1第三代移动通信系统的发展历史 21.1.1第三代移动通信系统发展历史 21.1.2三种主要的IMT-2000无线传输方案 21.2CDMA2000无线侧标准演进 31.2.1概述 31.2.2cdma20001X与1xEV-DO的比较 51.3CDMA2000网络侧标准演进 61.4CDMA2000系统网络架构简介 6第二章中国电信CDMA2000网络 92.1网络结构 92.1.1系统功能结构 92.1.2无线接入网网络结构 112.1.3话路网网络结构 112.1.4信令网网络结构 122.1.5分组网网络结构 132.2网络提供的业务与功能 142.2.1网络支持的业务 142.2.2网络支持的功能 15第一章移动通信系统发展概述1.1第三代移动通信系统的发展历史移动通信系统的发展大致可以分为4个阶段，即第一代、第二代、第三代及后三代（第四代）移动通信系统。从工程角度来讲，当前移动通信系统的建设和运营正逐步从第二代向第三代过渡。从标准化角度来看，面向第三代移动通信系统的长期演进（Longtermevolution,LTE）及空中接口演进（airinterfaceevolution,AIE）的标准化工作已经取得了一定的进展。1.1.1第三代移动通信系统发展历史移动通信已经经历了第一代、第二代的发展。第一代移动通信系统是模拟通信系统，采用频分多址（FDMA）来区分用户，仅提供语音业务，在20世纪80年代初开始投入商用，典型代表是美国的AMPS(advancedmobilephonesystem)和欧洲的TACS(totalaccesscommunicationsystem)。第一代移动通信系统的存在的主要问题是：1）频谱利用率低，容量有限；2）业务种类单一；3）不同厂商设备的网络间难以实现漫游；4）保密性差；5）费用昂贵。第二代移动通信系统在20世纪80年代提出，90年代开始商用。第二代移动通信系统采用数字调制，多址方式是时分多址（TDMA）或码分多址（CDMA）。典型代表如美国高通公司提出的IS-95CDMA系统及欧洲的GSM。第二代移动通信系统是针对第一代移动通信系统存在的问题而设计的，它提供了更大的容量，系统具有较高的安全性能，业务种类除了语音外，还增加了中、低速数据业务，但无论在支持全球漫游方面还是在支持高速多媒体业务方面都远远不能满足用户的需要。第三代移动通信系统，简称3G,即国际电信联盟（ITU）定义的IMT-2000。在IMT-2000的网络规范中，包括美国电信工业协会（TIA）提交的CDMA2000,欧洲电信标准化协会（ETSI）提交的WCDMA,中国电信科学技术研究院（CATT）提交的TD-SCDMA。在第三代移动通信系统标准中，WCDMA和CDMA2000是基于频分双工（FDD）模式，TD-SCDMA基于时分双工（TDD）模式。第三代移动通信系统业务将从语音扩展到数据、图像、视频等多媒体业务，它是一个全球覆盖的移动综合业务数字网，将高速移动接入和基于Internet协议的服务结合起来，在提高无线频谱利用率的同时，为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。说到3G标准就不得不提两个国际标准化组织：3GPP和3GPP2。3GPP组织是在1998年12月成立的，主要制定以GSM核心网为基础，以WCDMA为无线接口的3G标准-UMTS。3GPP2成立于1999年1月，主要制定以ANSI-41核心网为基础，以CDMA2000为无线接口的3G标准-CDMA2000。1.1.2三种主要的IMT-2000无线传输方案一、CDMA2000技术CDMA2000是在IS-95系统的基础上由高通、朗讯和摩托罗拉等公司一起提出的，CDMA2000技术的选择和设计最大限度的考虑和IS-95系统的后向兼容，很多基本参数和特性都是相同的。CDMA2000技术在无线接口方面进行了增强。二、WCDMA技术WCDMA最初主要由爱立信公司和诺基亚公司为代表的欧洲通信厂商提出。日本希望借助3G发展的契机，能够进入国际市场，以NTTDoCoMo为主的各个公司提出的技术与欧洲的WCDMA相融合，成为现在的WCDMA系统。WCDAM主要采用了带宽为5MHz的带宽技术、上下行快速功率控制、下行发射分集等技术。三、TD-SCDMA技术我国于1999年10月向ITU提交了全面TD-SCDMA标准文件。2000年5月世界无线电行政大会正式接纳TD-SCDMA为第三代移动通信国际标准。它采用了智能天线、联合检测、动态信道分配、上行同步、接力切换等先进技术。三种标准均以CDMA技术为基础，其优点在于频率规划简单，系统容量大，频率复用系数高，抗多径能力强，通信质量好，软容量，软切换。IMT-2000三种主流3G标准主要技术性能比较如表1-1所示。表1-1IMT-2000三种主流3G标准主要技术性能比较CDMA2000WCDMATD-SCDMA主导国美国、韩国欧洲，日本中国标准组织3GPP23GPP3GPP载波间隔1.25MHz5MHz1.6MHz码片速率1.2288Mchip/s3.84Mchip/s1.28Mchip/s帧长20ms10ms10ms基站同步需要不需要需要双工方式FDDFDD/TDDTDD1.2CDMA2000无线侧标准演进1.2.1概述CDMA2000是美国TIA标准组织用于指代第三代CDMA移动通信系统的名称，也是IS-95标准向第三代移动通信系统演进的技术体制方案。实现CDMA2000技术体制的正式标准名称为IS-2000,它由TIA制定，并经3GPP2批准成为一种第三代移动通信系统的空中接口标准。作为一种宽带CDMA技术，CDMA2000数据速率为：室外车辆环境下144kbit/s,室外步行环境下384kbit/s,室内环境下2Mbit/s。按照标准规定，CDMA2000X系统的一个载波带宽为1.25MHz，如果系统分别独立使用每个载波，则成为CDMA20001x系统，如果系统将3个载波捆绑使用，则称为CDMA20003X系统。CDMA2000无线侧标准演进过程如图1-1所示图1-1CDMA2000标准演进路线1xRelease0:1999年底第一个版本形成,2000年底稳定,目前设备多基于该版本核心网电路域沿用了IS-95CDMA系统的ANSI-41协议,分组域采用了IETF的MobileIP协议前反向最大速率153.6Kbps1xReleaseA:2000年初完成前反向最大速率307.2Kbps1xEV-DORev.02000年10月完成前向最大速率2.4Mbps，反向最大速率153.6Kbps1xEV-DORev.A2004年4月完成前向最大速率3.1Mbps，反向最大速率1.8Mbps增强了QoS机制EV-DORev.A为运营商带来了众多好处：在1.25MHz的带宽上可以提供高达3.1Mbps的前向数据速率，以及1.8Mbps的反向数据速率；新业务的强烈需求：支持时延敏感的对称性业务：VOIP，PTT，视频电话，无线游戏等支持QOS：与cdma2000兼容及可互操作的RF特性利用cdma2000的频段及概念，比如handoff，powercontrol，access等等支持双模(cdma2000和1xEV-DO)终端cdma20001x与1xEV-DO的反向覆盖基本一致充分利用现有网络的投资使数据和语音业务在各自的频段上得到最优化通过在现网上增加DO载频和设备，为现有网络提供了新的利润增长机会为CDMA运营商提供最大的保障现有投资的演进方案容量改善前反向每载扇的吞吐量有了明显的改善覆盖改善链路预算方面比Rev.0有1dB左右的改善接入速度增快接入信道的结构，功率水平和数据速率有了明显的改善速率改善前向最高3.1Mbps(Rev.0为2.4Mbps)反向最高1.8Mbps(Rev.0为153.6kbps)1xEV-DORev.B降低成本，提高传输速率，提高频谱效率是1xEVDORev.B发展的目标前向峰值数据速率可达15x4.9Mbps(upto73.5Mbps);反向峰值速率可达15x1.8Mbps(upto27Mbps)1xEV-DORev.C继续提高系统的效率 129Mbps下行 75.6Mbps上行大幅度提高峰值数据速率和系统容量，降低时延主要的新技术为:CDMAwithEqualizerorInterferenceCancellationOFDM(A)IFDMA(InterleavedFDMA)MIMO更高级的编码和调制机制1xReleaseC(1xEV-DV):改进和增强了CDMA20001x的前向链路，使前向峰值速率可以达到3.1Mbit/s;而反向峰值速率仍为153.6kbit/s;后向兼容CDMA20001x；可支持多种业务组合；更有效地支持数据业务。1xReleaseD(1xEV-DV):改进和增强了CDMA20001x的反向链路，使反向峰值速率可以达到1.8Mbit/s;1.2.2cdma20001X与1xEV-DO的比较1.3CDMA2000网络侧标准演进在无线侧标准不断演进的同时，网络侧标准也经历了一个逐渐演进的过程，即从非开放内部接口，到半开放的ATM接口，最终到完全开放的IP接口，这就是CDMA2000ALL-IP网络。CDMA2000网络侧演进将是逐步和后向兼容的。CDMA2000网络向ALL-IP演进步骤为Phase0、Phase1、Phase2和Phase3。Phase0和Phase1阶段基于传统电路模式的无线网络，支持电路交换技术和初始分组交换技术，只不过Phase1阶段相比Phase0阶段来说，提供分支数据会话的切换功能支持，还提供电路域语音业务和分组域数据呼叫同时进行的并发业务，同时无线接入网侧业务信令采用IP方式传输。Phase2阶段核心网首次引进软交换思想、基于呼叫控制和承载分离原则，用分组网技术替换时分多路复用，把传统的电路域核心网元移动交换机分离为移动交换中心仿真（MSCE）和媒体网关（MGW）两个功能实体，MSCe提供呼叫控制和移动性管理功能，MGW提供媒体承载和编解码转换功能。Phase3阶段，又称多媒体域，与2004年2月发布。它包含两个子系统：分组数据子系统（PDS）和IP多媒体子系统（IMS），PDS为IP多媒体子系统提供可靠的IP承载通道，IMS为CDMA2000提供丰富的移动多媒体相关业务。1.4CDMA2000系统网络架构简介CDMA2000不仅提供了电路域网络交换系统的语音和数据服务，而且增加了分组域交换的数据业务。图1-2所示为典型的CDMA2000无线网络架构示意图，其中整个系统分为电路域网络和分组域网络两大部分。电路域我那个了是由第二代CDMA网络发展而来的，其网络结构和第二代相同，不同的是CDMA2000系统引入了分组域交换的数据业务，相对于第二代系统网络结构增加了分组域部分，如图中加黑部分表示。整个网络结构由移动台、无线网络和网络交换系统三部分组成。一、移动台移动台是为用户提供服务的设备，它与网络之间的通信链路为无线链路，通过空中无线接口为用户提供接入移动网络，实现具体服务。二、无线网络为用户提供服务的无线接入点，实现从无线信息传输到有线信息传输的转换，完成无线资源管理，并与网络交换必要的信息。基站收发信机（BTS）BTS包括基带单元、射频单元和控制单元三部分，属于基站系统的无线部分，是由基站控制器（BSC）控制，服务于某个小区的无限收发信设备。主要完成基站控制器与无线信道之间的转换，进行无线介质和有线介质的转换。BTS需要通过采用标准的空中接口（如：IS-2000）与MS进行通信。基站控制器（BSC）BSC是无线网络中的控制部分，在其中起交换作用。一个BSC可与多个BTS相连分组控制功能（PCF）PCF是CDMA2000系统中新增的功能实体，为了支持分组数据，用于转发无线系统和分组数据服务节点之间的信息。图1-2典型的CDMA2000无线网络架构图三、网络交换系统网络交换系统NSS又称核心网，它主要包括两部分：电路域网络交换系统（C-NSS）,分组域网络交换系统（P-NSS）.1、电路域网络交换系统（C-NSS）（1）移动交换中心（MSC）MSC对位于它所覆盖区域中的移动台进行控制和完成通话接续的功能，主要完成通话接续、计费、BSS和MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、用户移动性管理等功能。（2）拜访位置寄存器（VLR）VLR(VisitorLocationRegister)是一个数据库，是存储所管辖区域中MS（统称拜访客户）的来话、去话呼叫所需检索的信息以及用户签约业务和附加业务的信息，例如客户的号码，所处位置区域的识别，向客户提供的服务等参数。VLR通常与MSC集成，也可以独立同时为多个MSC服务。访问用户位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内已登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的归属用户位置寄存（HLR）处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。因此，VLR可看作为一个动态用户数据库。(3)归属位置寄存器（HLR）HLR负责管理移动用户的数据库，存储了管理众多移动用户通信所需的信息。注：管理信息包括永久性的（如用户的身份鉴别，其电话簿号码及其享有的业务）或变化的（即移动台位置，以便选择路由完成呼叫接续）。(4)鉴权中心（AC）AC属于HLR的一个功能单元部分，专门用于系统的安全性管理。（5）互通功能（IWF）IWF提供CDMA系统与当前可用的各种公众和专用数据网络之间的连接。IWF的基本功能时负责电路域系统的数据服务，完成数据传输过程中的速率匹配和协议匹配。（6）设备识别寄存器（EIR）EIR存储有关移动台设备参数，完成对移动设备的识别、监视、闭锁等功能，以防止非法移动台接入网络。2、分组域网络交换系统（1）分组数据服务节点(PDSN)PDSN是将CDMA2000接入Interner的模块，PDSN负责为移动用户提供分组数据业务的管理和控制，包括负责建立、维持和释放链路，对用户进行身份认证，对分组数据的管理和转发等。（2）归属代理（HA）HA主要负责用户的分组数据业务的移动管理和注册认证，包括鉴别来自移动台的移动IP注册信息，将来自外部网络的分组数据包发送到外地代理（FA）,并通过加密服务建立、保持和终止FA与PDSN之间的通信，接收从认证、授权与计费服务器（AAA）得到用户的身份信息，动态地为移动用户分配归属IP地址等。（3）认证、授权与计费服务器（AAA）AAA主要负责管理交换网的移动用户的权限，提供身份认证、授权与计费服务。四、操作维护系统1、网络管理中心（NMC）NMC负责整个CDMA网络的管理、提供对整个网络的全局管理，处于系统的最高层。2、操作维护中心（OMC）OMC用于对系统的交换实体进行管理，它主要具有以下功能：维护测试功能、障碍检测及处理功能、系统状态监视功能、系统实时控制功能、数据修改、性能管理、用户跟踪、报警功能等。第二章中国电信CDMA2000网络2.1网络结构2.1.1系统功能结构cdma2000移动网络系统功能结构如图2-1所示。图2-SEQ图\*ARABIC\s21cdma2000移动网络系统功能结构cdma2000移动网络由移动终端（MS/AT）、无线接入网(AN)和核心网（CN）三个部分构成。移动终端（MS/AT）移动终端是用户接入移动网络的设备。无线接入网无线接入网实现移动终端接入到移动网络，主要逻辑实体包括1X基站（1XBTS）、1X基站控制器（1XBSC）、HRPD基站（HRPDBTS）、HRPD基站控制器（HRPDBSC）、接入网鉴权、授权、计费服务器（AN-AAA）和分组控制功能（PCF）。1X基站：采用cdma20001XRev.0版本的空中接口技术，提供无线收发信息功能。1X基站控制器：管理多个1X基站，提供语音、数据业务的资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。HRPD基站：采用cdma2000HRPDRev.A版本的空中接口技术，提供无线收发信息功能。HRPD基站控制器：管理多个HRPD基站，提供语音、数据业务的资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等功能。接入网鉴权、授权、计费服务器：提供接入网级的接入认证功能。分组控制功能：与1X基站控制器或HRPD基站控制器配合，提供与分组数据有关的无线信道控制功能。核心网核心网负责移动性管理、会话管理、认证鉴权、基本的电路和分组业务的提供、管理和维护等功能，包括核心网电路域和核心网分组域两个部分。核心网电路域核心网电路域分为两种，即TDM电路域和软交换电路域。TDM电路域采用ANSI41标准，主要逻辑实体包括移动交换中心（MSC）、拜访位置寄存器（VLR）、归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AC）等。移动交换中心：提供对所管辖区域的移动终端进行呼叫控制、移动性管理、电路交换等功能。拜访位置寄存器：存储与呼叫处理有关数据的数据库，用于完成呼叫接续。归属位置寄存器：管理移动用户信息的数据库，包括用户识别信息、签约业务信息以及用户的当前位置信息。鉴权中心：产生鉴权参数并对用户进行认证鉴权。软交换电路域采用了控制与承载相分离的网络架构，控制平面提供呼叫控制、承载控制和路由解析等信令功能，承载平面提供语音和媒体流的传递和转换功能，主要网元包括移动软交换（MSCe）和媒体网关（MGW）。移动软交换：提供呼叫控制和承载控制功能。媒体网关：提供媒体控制功能。核心网分组域核心网分组域主要逻辑实体包括、分组数据服务节点（PDSN）、认证授权和计费服务器（AAA）、归属代理（HA）、拜访代理（FA）。分组数据服务节点：为用户提供分组数据业务，具体功能包括管理用户通信状态和转发用户数据。鉴权、授权、计费服务器：提供管理用户的权限、开通的业务、认证信息、计费信息等功能。归属代理：提供移动IP地址分配、路由选择和数据加密等功能。拜访代理：提供移动IP注册、反向隧道协商以及数据分组转发等功能。2.1.2无线接入网网络结构本地网本地网BAN-AAABTSBTSBSC/PCFBSC/PCFBTSBTSAN-AAABTS本地网AMSC/SSPMGWMSCe/SSPPDSN/FA图2-SEQ图\*ARABIC\s22cdma2000无线接入网网络架构中国电信cdma2000无线接入网主要网元包括BTS、BSC（PCF）和AN-AAA。BTS负责无线收发信息，包括1XBTS和HRPDBTS逻辑功能，BSC（PCF）负责资源管理、会话管理、路由转发、移动性管理等，包括1XBSC、HRPDBSC和PCF逻辑功能，AN-AAA负责接入级的接入认证。BSC（PCF）与BTS之间可采用点对点、星型、树型、链型、环型等连接方式。BTS使用链型、树型组网方式时，最大级联级数不大于3级。2.1.3话路网网络结构中国电信cdma2000话路网包括软交换话路和TDM话路两种形式，具体网络结构如图2-3所示。BSCBSCBSCMGWBSCMGWBSCTMGWMSCTMSC2TMGWMSCeMSCeMSCTMSC2A省B省DC1SS平面省层面骨干层本地网图2-SEQ图\*ARABIC\s23cdma2000话路网网络架构软交换话路cdma2000软交换话路采用呼叫控制和业务承载分离的网络架构，包括控制平面和承载平面。其中，控制平面提供呼叫控制、承载控制和路由解析等信令功能，承载平面提供语音和媒体流的传递和转换功能。软交换话路控制平面采用两级架构，主要网元包括SS和MSCe，SS负责省际话务的呼叫控制信令转接，采用利旧中国电信固网DC1SS的方式，以大区为单位设置（具体见表6-1），SS之间逻辑上网状连接；MSCe负责省内软交换话务的呼叫控制及承载控制，以省为单位集中设置，MSCe与所属大区的SS相连，采用IP承载方式，协议为SIP-I。HLR以省为单位集中设置。针对大容量的MSCe和HLR，采用适当的容灾备份方案。软交换话路承载平面主要网元为MGW，MGW原则上以本地网为单位设置，MGW之间扁平化组网。软交换话路基于CN2网络承载，以独立VPN进行网路组织。TDM话路cdma2000TDM话路采用两级结构，主要网元包括TMSC2和MSC。其中，TMSC2负责转接省内TDM长途话路，MSC负责承接省内TDM本地网话路，设置方式原则上保持现状。TMSC2和TMGW（负责媒体和信令转接，可以由省会城市MGW设备兼作，成对设置）之间设置中继直达电路，负责省内没有MGW的本地网和有MGW的本地网之间的软交换话路与TDM话路的转接。目前，MSC以本地网为单位设置。随着MSC逐步退网，对于只有BSC的本地网，BSC可以直接上连至省会MSC；待MSC全部退网后，TMSC2设备退网。2.1.4信令网网络结构中国电信cdma2000信令网采用三级结构，主要网元包括高级信令转接点（HSTP）、低级信令转接点（LSTP）和信令点（SP）。具体组网结构如图2-4示。 图2-SEQ图\*ARABIC\s24cdma2000信令网网络架构HSTP负责转接它所汇接的LSTP和SP的省际信令消息，采用利旧固网信令网HSTP的方式，以省为单位设置。HSTP分为A、B两个平面，平面内的HSTP网状互联；平面间的成对HSTP省内互联。LSTP负责转接它所汇接的SP的信令消息，以省为单位成对设置。LSTP与所属省的A、B平面的2个HSTP采用负荷分担方式连接。对于还存在原C网LSTP（CLSTP）的省份，LSTP与（C）LSTP之间开通B链路，并负责转接（C）LSTP的省际信令消息。SP包括MSCe、HLR、SCP、IP、SMSC、MPC设备，SP之间原则上采用准直联方式互联。全国级的SP连接所在省的HSTP，全国级的SP所对应的设备包括全国级的SCP。（C）LSTP主要连接利旧原C网并且信令链路不调整的SP点设备，包括MSC、HLR、IP、VC、SMSC、MPC设备。中国电信cdma2000信令网承载的信令包括MAP信令、TUP/ISUP信令。针对省际MAP信令，信令网采用GT寻址方式，GT翻译点在HSTP，采用2次GT翻译方式；针对省内MAP信令，根据本省网络规模，采用GT或DPC寻址方式，GT翻译点在LSTP。HSTP间、LSTP与HSTP间、SP与LSTP间的信令链路采用TDM承载方式，依据承载网络QoS的成熟情况，逐步引入IP承载方式。2.1.5分组网网络结构ＣＮ２ＣＮ２ＰＤＳＮ（FA）ＡＡＡＡＡＡＡ

省Ｂ

省HＡHＡＰＤＳＮ（FA）图2SEQ图\*ARABIC\s25cdma2000分组网网络结构中国电信cdma2000分组网采用一级组网，同时支持简单IP接入和移动IP接入。省层面主要网元包括PDSN（FA）、AAA和HA设备。其中，PDSN负责本省及漫入用户的分组业务接入控制，FA功能模块负责移动IP接入时的拜访代理功能，PDSN（FA）以省为单位设置；AAA负责本省cdma2000数据用户的业务鉴权及认证、计费信息生成，以及漫入用户的认证计费消息向归属省（国内漫游用户）或网间AAA（国际漫游用户）的转发，以省为单位设置；HA设备负责省内基于移动IP方式的承载建立控制、IP地址分配、计费处理等功能，以省为单位设置。另外，CCG功能模块和HA合设，负责完成基于内容的计费和在线计费。中国电信cdma2000分组网基于CN2网络承载，以独立VPN方式组网。2.2网络提供的业务与功能2.2.1网络支持的业务