UTRAN和CDMA 2000无线接入网体系结构

UTRAN和CDMA 2000无线接入网体系结

构研究

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摘要：UTRAN 是一种全新的接入网，是UMTS 最重要的一种接入方式，适用范围最广，其由NODE B和无线网络控制器（RNC）构成。另外，UTRAN分为无线不相关和无线相关两部分，前者完成与CN 的接口，实现向用户提供QOS 保证的信息处理和传送以及用户和网络控制信息的处理和传送；无线相关部分处理与UE 的无线接入(用户信息传送、无线信道控制、资源管理等)。CDMA2000是以1.25MHz带宽为基础。1X使用一个载波，3X使用三个载波，以此类推。其较大的技术进步包括：反向导频，反向相干解调；前向快速功率控制，传输发射分集（OTD）。

关键字：UTRAN体系结构；CDMA2000；无线网络

Abstract：UTRAN is a new access network, is the most important one UMTS access mode, the widest scope, which is composed of NODE B and Radio Network Controller (RNC).Besides,UTRAN is divided into wireless and wireless-related two unrelated parts,wireless completed the interface with the CN，provide information processing and transmission as well as user and network control information to a user processing and transmission for QOS guarantee,wireless relevant part treat with the UE radio access (user information transfer, radio channel control, resource management, etc.) CDMA2000 is a 1.25MHz bandwidth basis. 1X using a carrier, 3X using three carriers, and so on. Great technological advances include: Reverse pilot, reverse coherent demodulation; forward fast power control, transmission transmit diversity (OTD).

keywords:UTRAN architecture; CDMA2000; Wi-Fi

一、UTRAN体系结构研究

1 UTRAN概述

UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network - UMTS 陆地无线接入网。UTRAN 是一种全新的接入网，是UMTS 最重要的一种接入方式，适用范围最广。UTRAN由NODE B和无线网络控制器（RNC）构成，NODE B相当于GSM BTS，RNC相当于GSM BSC。第三代移动通信(3g)可提供话音、数据、图像等多媒体业务，采用几种主要的空中接口，数据速率高达144 kbit/s～2 mbit/s，终端多种多样，实现全球无缝连接。3g由核心网(CN)、UMTS 陆地无线接入网(UTRAN)、用户设备(UE)三大部分组成，CN主要完成用户认证、位置管理、呼叫连接控制、用户信息传送等功能。

UTRAN分为无线不相关和无线相关两部分，前者完成与CN 的接口，实现向用户提供QOS 保证的信息处理和传送以及用户和网络控制信息的处理和传送；无线相关部分处理与UE 的无线接入(用户信息传送、无线信道控制、资源管理等)。UE 主要完成无线接入、信息处理等。UTRAN 可使用ATM 和IP 两种传送方式，基于ATM 的UTRAN 标准较成熟，相关产品已进入试用阶段；基于IP 的UTRAN 具有网络资源利用率高、节省运营成本、满足INTERNET 和内联网的广泛使用引起的IP 联网设备的降价要求、符合网络向全ip方向发展趋势等优点，引起研究的热潮。

2 UTRAN结构

UMTS网络（Release 99 ）由两部分组成：一部分是UTRAN。另一部分是核心网络CN，这两部分通过Iu接口连接，核心网从逻辑上可分为电路交换域（CS）和分组交换域（PS）、CS域是UMTS的电路交换核心网，用于支持电路数据业务，PS 域是UMTS的分组业务核心网，用于支持分组数据业务（GPRS）和一些多媒体业务。根据UTRAN连接到核心网逻辑域的不同，Iu可分为Iu－CS和Iu－PS，其中Iu－CS是UTRAN与CS域的接口，Iu－PS是UTRAN与PS域的接口，UTRAN包括多个无线网络子系统RNS。无线网络子系统RNS 包括无线网络控制器RNC和一个或多个基站NodeB，NodeB 和RNC 通过Iub 接口互联．在UTRAN 内，不同的

RNC 通过Iur接口互联，Iur 可以通过RNC 之间的直接物理连接或通过传输网连接。NodeB 相当于GSM 网络中的基站收发信台（BTS），它可采用FDD、TDD模式或双模式工作，每个NodeB服务于一个无线小区，提供无线资源的接入功能。RNC相当于GSM网络中的基站控制器（BSC），提供无线资源的控制功能。RNS 负责它范围内的蜂窝所需资源。对于用户设备和UTRAN间的每个连接，有一个RNS 为服务RNS。若需要，漂移（Drift）RNSs可提供无线资源来支持服务RNS。

下图为UTRAN组成结构示意图：

图1.1 UTRAN结构

RNC负责需要与UE进行信令交互的切换并可能包含捆绑和剥离功能。RNC 之间可以通过Iur接口互连。互连的方式可以是直接的物理互连也可以是通过任何适合数据传输的虚拟网络。

为了获取UE的当前位置，RNC可以通过内部完整的内部功能支持实现，也可以直接从SAS得到。若是从SAS获得，则RNC需通过Iupc接口连接到SAS，如下图1.2所示：

图1.2 连接Iupc接口的UTRAN结构

RNC也可以通过Iur-g接口连接到BSS，该BSS需支持GERAN Iu模式，如下图1.3所示：

图1.3 通过Iur-g接口连接GERAN （Iu模式）与UTRAN 每个UE和UTRAN连接，必须有一个SRNS服务无线网络子系统。如果需要，则有一个DRNS漂移无线网络子系统以提供无线资源的方式辅助SRNS。

3 接口功能介绍

3.1 Iu接口

Iu接口是RNC与CN之间的接口，对应协议为RANAP（CS、PS控制平面）和Iu UP（CS、PS用户平面），以及SABP协议。Iu 接口体系结构如下图3.1所示：

图3.1 Iu接口体系结构

Iu接口功能如下描述：

移动性管理功能包括：位置区报告、SRNS 重置以及RNC间硬切换和系统间切换。无线接入承载（RAB）管理功能包括：RAB的建立、更改以及释放。Iu数据传输功能分别包括：正常数据传输、异常数据传输以及UE-CN连接信息的透明传输。Iu接口功能还包括：寻呼（Paging)、Iu释放、安全性模式控制、过载控制、公共UE ID（IMSI）的管理、Iu信令跟踪管理Iu接口异常管理以及CBS控制。

3.2Iur接口

Iur接口是RNC之间的接口，对应协议为RNSAP（控制平面）和FP（用户平面。

Iur接口功能包括：公共信道功能，Iur接口上公共传输信道的建立，删除；公共传输信道用于传输DRNC中处于公共信道状态UE的信息；将MAC-d和MAC-c相分离；MAC-d和MAC-c之间的流控；全局资源管理（Global Resource Management)；RNC间公共测量；Iub接口专用信道功能的支持。

3.3 Iub接口

Iub接口是RNC与NODE B之间的接口，其对应协议为NBAP（控制平面）

和FP（用户平面）。

Iub接口的功能可分为公共功能以及专用功能两大方面，下面给了这两方面的大致介绍。

公共功能包括：公共传输信道管理；Iub公共信道数据传输；NodeB逻辑O&M（小区配置，故障管理，闭塞等维护功能）；系统信息管理；公共测量；资源核查；异常管理；定时和同步管理。

专用功能包括：专用传输信道管理；无线链路（RL）监控；专用测量管理；定时和同步管理；上行外环功控；Iub专用数据传输；下行功率漂移的平衡；压缩模式控制。

3 UTRAN的功能

系统接入是UMTS用户连接到UMTS以便使用UMTS业务的方法。用户系统接入的发起者即可以是移动端，也可以是网络端。UMTS 最重要的一种接入方式。充当UMTS最重要接入方式的UTRAN总体上具有以下通信功能：

?用户数据传输（业务和多呼叫）

?全系统访问控制

?移动性管理

?无线资源管理控制

?广播和多播业务管理

UTRAN 的能力包括无线接入承载能力和无线接入承载控制，支持具有个问的业务和性能特性的无线资源连接的建立、重新协商和释改，QoS属性与承载属性的重新协商可能由卜层请求或无线条件（切换、蜂窝负载的改动等）引起，也可由移动站或网络发起。UTRAN将允许一个移动终端同时处理多个无线接入承载业务，每个无线接入承载业务可能有各自的速率和性能要求，但同时处理无线接入承载业务的数量将受到终端和网络能力的限制，UTRAN还将支持广播和组播应用的无线接入承载。

UTILAN具有下列业务量管理机制：

在连接建立和重新协商时应用允许接入控制（CAC）；在连接建立后应用使用参数控制（UPC）。

对于由具有不同UTILA模式的UTRAN一组成的UMTS网络，蜂窝选择和寻呼过程应允许业务区域由支持一种特定模式的蜂窝覆盖或由支持多种模式的蜂窝覆盖。UMTS网络运营商的网络应支持能处理一个或多个无线接入承载业务的移

动终端的双向切换，这种切换是在具有不同UTKA模式的两个UTRAN蜂窝间进行的。另外，使用两种不同UTILA模式的蜂窝间的切换应类似于同种模式间的切换。UTILAN还将支持一个移动终端的无线接入承载业务在UTKANr的蜂窝间无缝切换。UTILAN应使UMTS移动终端位置的确定更容易，可利用各种方法完成定位功能，如基于移动终端的定位、基于网络的定位或混合定位结构。在各种无线环境下，最低的定位精度大约是50m。UTILAN应支持局部业务区域（LSA）的概念，这将使基于局部业务区域和用户有关的无线资源选择更容易。三层信道概念有逻辑信道、传输信道以及物理信道。其中逻辑信道是在RLC与MAC之间，传输信道是在MAC与物理层之间。

二、CDMA2000体系结构研究

1 定义

CDMA是码分多址(Code-Division Multiple Access)技术的缩写，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。 CDMA最早由美国高通公司推出，与GSM相同，CDMA也有2代、2.5代和3代技术。中国联通推出的CDMA属于2.5代技术。CDMA被认为是第3代移动通信技术的首选，目前3G的标准有WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA。cdma2000是在CDMA框架下的一个技术标准。

CDMA2000就是CDMA技术发展过程中的一个阶段。cdma2000向下兼容的，也就是说目前不管什么C网手机都可以在现在的网络下使用，即使是早期的CDMA 手机。189号码不会对手机做区分的，和133没有区别。CDMA2000是CDMA的升级版,CDMA是第二代通信协议标准，CDMA2000是第三代,也就是3G标准,3G的优势是速度更。

2 网络结构

CDMA和CDMA2000标准体系的特点在于：划分模块为主，而不是划分阶段为主。具体体现在将系统划分为独立的模块，每个模块间尽可能地相互独立及每个模块相对独立地向前发展。其主要的模块包括：无线、核心网电路部分、核心网分组部分、短消息、定位、智能网。另外，其强调充分利用别人的成果分组网是IP，A接口是CDG，业务是MMS，以及短消息、定位等。

CDMA2000的Release通常仅仅包括无线接口和A接口，核心网是独立的。其他重要的实体，包括短消息、智能网等都于无线接口无关，他们是独立的模块。这是CDMA2000系统能够迅速成熟的关键原因之一。另外一个特点是CDMA强调利用别人已经达成的成果，反对自成体系。

下图1.1给出了CDMA2000的网络参考模型。

图1.1CDMA2000的网络参考模型

3 核心网分组部分

3.1 CDMA2000 1X分组数据业务

提供中高速的分组数据业务是CDMA2000系统与第二代系统的主要区别。其最大前向传输速率可达到153.6 kbps，最大反向传输速率可达到76.8 kbps。并采用完全基于IP技术的分组网络结构，移动终端与网络间建立一个IP连接，所有业务均通过IP连接完成。同时支持简单IP和移动IP接入方式。同时支持公网接入和专网接入。

3.2 系统对分组数据业务的支持

无线部分：引入补充信道（SCH）用来支持高速分组数据业务，采用灵活的帧长度以满足不同的分组数据业务要求，通过媒体接入控制（MAC）支持QoS、分组状态转移等。

网络部分：增加A10/A11接口用来支持分组数据，通过PCF和PDSN之间

的安全联盟支持安全可靠的数据传输，通过HA实现移动IP，系统支持分组数据在PDSN之间的切换。

3.3 业务方式

业务方式总体可分为简单IP及移动IP两方面。

3.3.1 简单IP

简单IP包括：动态IP地址分配，CHAP或PAP认证，在一个PDS，范围内漫游，拨号上网方式及用L2TP支持专用网。

简单IP是移动用户接入分组数据网的基本方式，它所使用的协议比较简单，易于实现，当用户使用简单IP进行接入时，将会从业务接入提供商那里分配到一个动态IP地址。用户在同一个PDSN管辖范围内移动时可以保持其PPP连接而不改变IP地址在跨越PDSN时，用户需要重新建立PPP连接，业务也将发生中断。一个PDSN管辖范围多数为一个省。在一个PDSN内移动，虽然PCF可能会发生变化，但PPP连接不会断。每个PDSN配置的IP值不同，所以跨越PDSN 时，需要重新分配IP。

3.3.2 移动IP

移动IP包括：由归属地分配地址，可以是动态或静态，MIP / AAA 认证，多个PDSN间的漫游以及通过HA实现VPN。

由于传统IP技术的主机使用固定IP地址与TCP端口进行互联，而现今的互联网路由器是根据网址前缀寻找主机位置，主机若移动到其它网络中，便无法继续通信。在这样的背景下，我们便需要移动IP。移动IP技术在网络层上解决了移动接入问题，移动节点采用固定IP地址，系统使用隧道技术封装和传送数据包。在子网间切换时，移动节点无需改变IP地址，通信也不会中断。典型的移动IP网络由移动节点、归属代理和外地代理组成，一个移动节点可在任意子网上接入IP网，移动节点第一次联入网络时，将分配到一个固定不变的IP地址，称为移动节点的归属地址。移动IP协议结构分为控制及用户数据协议结构两种，见下图3.1和图3.2所示。

图3.1移动IP 控制协议结构

图3.2 移动IP 用户数据协议结构

移动节点位置变化时，其归属地址保持不变。移动节点通过归属地址与归属网进行连接，归属地址的网址前缀与归属网的网址前缀相同。移动节点连接到其他子网时，将使用外地代理和转交地址。移动节点在外地代理登记后，外地代理通知其归属代理移动节点的转交地址。转交地址（care-of address ）是归属代理指向移动节点的隧道终点地址，它是数据包进行路由选择时使用的动态地址通常，

移动台

RN

PDSN

终端

移动IP 用户数据协议结构

HA

移动台

RN

PDSN

移动IP 控制协议结构

HA

移动节点每移入一个新的网络，就要重新登记一个转交地址。在移动IP业务中，移动终端的IP地址由归属IP网的HA或RADIUS分配静态或动态IP地址。用户在一次使用业务期间，即使做跨越PDSN/FA的移动，仍保持与HA的连接，使业务不发生中断。

三、参考文献

[1] 3GPP TS 23.110 V5.0.0 (2003-10) Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Services and System Aspects UMTS Access Stratum; Services and Functions (Release 5).

[2]3GPP TS 25.401 V6.9.0 (2006-12)Technical Specification 3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network;UTRAN overall description (Release 6).

[3] 3GPP2 S.R-0005-B Network Reference Model for CDMA2000 Spread Spectrum Systems.

[4]3GPP2 A.S0011-D v2.0 Interoperability Specification (IOS) for cdma2000，Access Network Interfaces — Part 1 Overview，(3G-IOS v5.1.1).

[5]3GPP2 A.S0012-D v2.0 Interoperability Specification (IOS) for cdma2000，Access Network Interfaces — Part 2 Transport，(3G-IOS v5.1.1).