WCDMA核心网原理及关键技术
WCDMA的基本原理及关键技术
控制信道编码
卷积码,码率为1/2
前向:卷积码,码率1/4
反向:卷积码,码率为1/2
卷积码,码率为1/2或 1/3;1/3TURBO
IMT-2000的频谱分配(MHz)
中国3G移动通信的频谱分配
1755 1785 1850 1880 1920 1980 2010 2025 2110 2170 2200 2300 2400
电路域引入分组话音， 支持多种承载方式TDM、 核心分为电路域和分组域 ATM、IP。 接入网引入WCDMA；
核心和接入之间引入基于 ATM的Iu接口。
R6
R5 R4
R99
2000.3
2001.3
2002.6
2005.12
R99网络结构
R99网络特点
R99核心思想： 1. RAN引入WCDMA，基于ATM承载替代TDM承载，采用RANAP替代BSSAP； 2. CN CS部分继承GSM，继续采用TDM承载； 3. CN PS继承GPRS的体制，提供了更高的应用带宽，可达384Kbps；
编码技术
信道编码目的：使接收机能够检测和纠正由于传输媒
介带来的信号误差。同时在原数据流中加入冗余信息， 提高数据传输速率。
无纠错编码： 卷积编码： Turbo 码： BER<10-1 ~ 10-2 BER<10-3 BER<10-6 不能满足通信需要 满足语音通信需要 满足数据通信需要
信道编码的特点
R4网络结构
核心网电路域引入软交换架构
R4网络特点
R4核心思想：
1. 核心网电路域引入承载和控制分离的软交换架构； 2. 核心网电路域支持TDM/IP/ATM承载。
R4核心网侧的主要特点和变化：
浅谈WCDMA的关键技术及无线传输特点
浅谈WCDMA的关键技术及无线传输特点
WCDMA是第三代移动通信技术中使用的一种无线传输技术，它是一种使用CDMA技术的无线方式，在传输数据时使用的
频带比较宽，使得它可以支持更高的传输速度，非常适合高速数据传输。
WCDMA的关键技术是CDMA、OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术和MIMO技术。
其中，CDMA技术
是WCDMA的核心技术，它将数据分成多个小包，每个包都
带有不同的编码，这样每个用户就可以用自己的编码对数据包进行解码，从而实现多用户同时传输。
OFDM技术可以将传
输的数据分成多个频段，在每个频段中分别传输不同的数据，可以提高传输的效率。
MIMO技术采用多个天线来进行数据
传输，可以提高数据传输的可靠性和速度。
WCDMA的无线传输特点是传输速度快、传输距离远、传输
质量高。
其传输速度可达到最高速度384Kbps，较高的传输速
度能支持语音、视频、图像等多介质数据传输需求。
另外，由于其所采用的频段较宽，传输距离也比较远，可以使用户在广域无线覆盖区域内自由移动。
同时，WCDMA的传输质量也
很高，可以保证数据传输的可靠性和稳定性，特别是在高速移动和多用户同时传输的环境下。
总的来说，WCDMA是一种重要的无线传输技术，其技术架
构比较完善，具备多项先进的技术特点。
在未来的移动通信领域中，WCDMA肯定会继续发挥其巨大的作用。
网络设计WCDMA核心网CS域原理课件
总结词
容量优化是解决网络拥塞和提高网络容量的重要手段。
详细描述
通过优化网络资源配置、调整信道带宽、采用多用户调度算法等技术，可以提高 网络容量，满足更多用户同时接入和数据传输的需求。
总结词
切换优化是提高网络稳定性和用户满意度的 重要手段。
详细描述
通过优化切换参数、采用快速切换 等技术，可以减少切换失败和掉线 率，提高用户在移动过程中网络的 稳定性和连续性。
核心网（CN）结构
概述
核心网（CN）是WCDMA核心网CS域的另一个重要组成部分，它负责提供各种电信业 务，如语音、数据和多媒体业务。核心网的结构和功能决定了网络的服务质量和业务能
力。
CN组成
核心网主要由服务网关（SGW）和公共数据网网关（PGW）组成。服务网关主要负责 用户数据的传输和路由，而公共数据网网关则负责与外部数据网络的连接和互通。此外，
06
案例分析
实际网络部署案例
案例一
某城市WCDMA核心网CS域的规划与部署
Hale Waihona Puke 案例二大规模网络升级中的WCDMA核心网CS域改造
案例三
异构网络融合中的WCDMA核心网CS域部署策略
网络故障处理案例
案例一
某运营商WCDMA核心网CS域故障排查与恢复
案例二
突发性流量拥塞的预防与应对措施
案例三
网络安全威胁下的WCDMA核心网CS域防护策略
编解码方式会对数据质量和传输效率产生影响。
数据传输过程
03
数据信号经过编解码后，通过信道传输到对端，经过解码还原
成原始数据。
04
WCDMA核心网CS域关 键技术
多径信号处理技术
1 2 3
WCDMA(核心网部分)
STP ：
不同本地网间的移动信令转接
GMSC/GW ：
VMSC/VLR ：
SSP/IP：
HLR/AuC ：
移动本地网与外网 （固定网或其他运营商的 移动网）的关口完成 PSTN 用户呼移动用户 时呼入呼叫的路由功能，承担路由分析、网 间接续、网间结算等重要功能；同时也完成 移动呼叫本地固定的话路汇接功能； VMSC ，下挂 RNC 或 BSC, 负责电路域的呼 叫接续、移动性管理、鉴权和加密等功能。 VLR 存贮 用户签约信息 ； 保存用户当前 状态信息 ； 配合 VMSC 完成所有业务流 程 ； SSP 实现 CAMEL 的呼叫控制功能（CCF） 、业 务 交 换 功 能 （ SSF ） , IP 实 现 SRF(Specialised Resource Function)功能 HLR 提供签约用户数据的存储与处理； AuC 提供对签约用户的鉴权数据的管理、 计算功 能。
WCDMA
核心网络关键设备（CS电路域）
MSC/VLR：完成电路交换型业务的交换功能和信令控制功能
移动性管理: MM&MAP
位置更新流程 切换控制 鉴权与认证
附着与分离
呼叫流程
UNI侧信令：移动专有的CM控制信令 NNI侧信令：ISUP/TUP
短消息控制:
GMSC：在某一个网络中完成移动用户路由寻址功能的MSC。GMSC可 以与MSC合设，也可分设 TMSC（汇接中心）: 完成骨干话路由功能
WCDMA 分组域（PS）网络核心技术
移动性管理
Attach/Detach 位置更新
WCDMA系统关键技术
WCDMA系统关键技术WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）广域码分多址技术，是第三代移动通信技术中最主流的通信技术之一，具有更高的传输速率和更强的抗干扰能力。
本文将重点介绍WCDMA系统的关键技术。
WCDMA系统架构WCDMA系统的架构主要包括UE（User Equipment，用户终端）、NodeB（基站节点B）、RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）和核心网等四个部分。
其中UE连接到NodeB上，而NodeB则连接到RNC上。
RNC是整个WCDMA系统的核心，负责所有NodeB的管理和调度。
扩频技术扩频技术是WCDMA系统最基础的技术之一，它的主要作用是将原始的信号扩展到更宽的带宽上进行传输，以提高传输速率和信号质量。
扩频技术又分为CDMA （Code Division Multiple Access，码分多址）和TD-CDMA（Time Division-Code Division Multiple Access，时分码分多址）两种。
CDMA技术是将每一个用户的数据流进行编码后，再与伪随机序列相乘后再发送，接收端通过相同的伪随机序列进行解码，获得原始的数据流。
而TD-CDMA技术则是将每个时隙划分为多个子帧，每个子帧再采用CDMA技术进行扩频传输。
信道编码在WCDMA系统中，为了提高信号的抗干扰能力，采用了很多信道编码技术。
其中最常用的就是卷积码和Turbo码。
卷积码是一种线性编码，通过简单的算法可以实现编码和解码，但是编码效率比较低。
而Turbo码则是一种迭代式编码技术，采用两个卷积码组成系统，可以在保证可靠性的前提下，提高编码效率。
信号调制在WCDMA系统中，采用了复杂的信号调制方案以提高信号的传输效率和质量。
其中主要采用的是QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，四相移键控）和16QAM（16 Phase Quadrature Amplitude Modulation，16相移四元调制）两种方案。
WCDMA原理-WCDMA核心网络概述(完全版)综述
SGW： Signalling Gateway, 完成信令转换工作。即完成 SS7 的 MTP 与 SIGTRAN 的 SCTP/IP 之间的转换，高层信令 MAP 、 CAP 不进行转换。
11
华为机密，未经许可不得扩散 文档密级：内部公开
WCDMA R5网络结构
CS domain
GSM /GPRS BSS
CS域和PS域共用的功能实体
HLR ： Home Location Register, 完 成 移 动 用 户 的 数 据 管 理
（MSISDN、IMSI、PDP ADDRESS、签约的电信业务和补充 业务及其业务的的适用范围）和位置信息管理（ MSC 号码、
VLR号码、SGSN号码、GMLC等）
VLR：Visitor Location Register,处理当前用户的各种数据信息 AUC：Authentication Center,存储用户的鉴权信息（密钥）
EIR：Equipment Identity Register,存储用户的IMEI信息
SMS － GMSC 和 SMS IMSC ： SMS － GMSC 用于保证短消息 正确的由 SC 发送至移动用户。SMS IMSC 用于保证短消息正
核心网增加IM（IP多媒体域） RAN向IP方向发展 增强的IP QoS 能力，支持端到端 的IP多媒体业务
核心网分 CS 电路域和 PS
分组域
电路域结构的变化：控制和承 载相分离， MSC 可以用合一或 SERVER、MGW分离结构实现
接 入 网 引 入 WCDMA UTRAN
电路域引入分组话音，支持多 种传输技术：TDM，ATM，IP
WCDMA系统原理
这里假设扩频序列之间、扰码之间是正交的，正交的概念是两两序列 互相关处理（相乘、积分）后结果为0，自相关系数=1。
扰码是伪随机码序列，自相关特性很好，但是互相关特性就不是理想的 零值了（理论上就不正交），在采用较长的序列时还是相当小的。扩频 码采用OVSF（长度可变的正交扩频因子）码，在理论上是完全正交的， 但是在无线多径环境下，无法保持其正交性。也就是说，实际上在接收
收的分辨率（多径传播路径差）为244米，因而WCDMA系统的潜在性能更好 （可利用的多径传播路径差是78米）。
WCDMA采用频分多址（FDD）工作方式，工作频率是：上行1920MHz到 1980MHz，下行是2110MHz到2170MHz。收发频率间隔190MHz。
采用先进的无线资源管理算法以保证不同比特速率的混合（综合）业务的服 务质量（QoS），并使系统吞吐容量最大。
WCDMA系统概述 WCDMA系统原理 WCDMA系统的容量 WCDMA系统承载的业务 WCDMA系统的关键技术 扩频与调制过程 码分多址中的码
三、 WCDMA系统的容量
对于电路交换（CS）通信系统的容量常常用系统的话务量（业务量）来表示。 总话务量的定义是： 话务量=[通话次数*平均每次通话时间（分钟）]/60（分钟） 体现了通信系统的处理能力 信道数C与阻塞率B、话务量A的关系用爱尔兰B公式表达：
WCDMA系统原理
WCDMA系统概述 WCDMA系统原理 WCDMA系统的容量 WCDMA系统承载的业务 WCDMA系统的关键技术 扩频与调制过程 码分多址中的码
什么是3G？
系统性能特征：室内环境支持2Mbps速率的数据
WCDMA系统的特点、原理及关键技术1
WCDMA系统的特点、原理及关键技术2.1 WCDMA系统的特点WCDMA是宽带码分多址（Wide Code Division Multiple Access）的英文缩写，是在扩频通信技术上发展起来的种新型的无线通信技术。
WCDMA无线系统主要具有以下几个优点:(1)频点更宽WCDMA采用了5 MHz的频点带宽，是cdma2000频点带宽的4倍，因此可以采用高达3.84 Mcps的码率，是cdma2000码率1.228 8 Mcps的3倍以上。
这样WCDMA就可以提供数倍于cdma2000的上、下行业务速率，这对提高数据业务的用户体验非常有帮助。
(2)复用更充分复用更充分来源于以下两个方面的要求：其一WCDMA是3G技术，因此需要支持多媒体业务，业务种类自然很多。
例如，常用的业务就有语音业务（CS12.2）、视频电话业务（CS64）、分组数据业务（PS64/PS128）和高速分组数据业务（HSPA）等。
另外，每个用户还可以同时进行多项业务，例如，语音业务与数据业务的组合，需要支持并发的业务。
其二是由"频点更宽"带来的。
由于WCDMA频点带宽很大，充分利用这些带宽就很关键，需要尽量减少浪费。
(3)话音质量高WCDMA系统采用了AMR语音编码技术，有八种语音编码速率(12.2kbps-4.75kbps)，可以根据小区负荷自适应调节编码速率。
有很好的背景噪声抑制功能。
WCDMA系统使用RAKE分集接收技术以克服衰落、提高话音质量，使用软切换技术更可以有效地减少掉话。
(4)采用软切换WCDMA系统和CDMA2000系统采用了软切换技术，而TD-SCDMA系统则采用了接力切换技术，这些切换技术可以更有效地降低掉话率，提高系统容量，改善话音质量。
(5)保密性能好因为采用码分多址技术，其复杂的编译码及调制解调技术确保系统具有良好的保密性能。
2.2 WCDMA原理及关键技术2.2.1 WCDMA网络结构UTRAN包含一个或几个无线网络子系统（RNS, Radio Network Sub-system）。
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WNC_100_C1WCDMA核心网原理及关键技术课程目标：z掌握WCDMA网络结构及网元功能z了解WCDMA核心网接口及协议z了解2G/3G核心网主要差异z了解移动网络的区域划分和编号计划z了解WCDMA核心网关键技术参考资料：z3GPP TS23.002 V3.4.0z3GPP TS23.002 V4.3.0z3GPP TS23.002 V5.4.0z《中兴通讯WCDMA基本原理》第1章WCDMA网络结构知识点z WCDMA系统网络结构z WCDMA系统接口与协议1.1 WCDMA网络的演进WCDMA网络的规范是按R99-R4-R5阶段演进的，演进过程中，核心网基本网络逻辑上的划分没有变化，都分为电路域和分组域，只是到R5版本增加了多媒体子系统（IMS）。
网元实体的变化主要体现为，R99的MSC到R4阶段逻辑上分为MGW和MSC Server，同时增加了传输信令网关（T-SGW）和漫游信令网关（R-SGW），到R5阶段在R4的基础上增加了IMS（多媒体子系统）。
同时，R4和R5阶段增加了相应的接口。
各版本发展的情况：●–R99：标准已完成，已商用 功能冻结：1999.12，商用版本：2001.6 基于2.5G网络结构，电路域基于传统的TDM●–R4：标准已完成，已商用 功能冻结：2001.3 采用软交换技术，控制与承载(TDM/ATM/IP)分离 引入TD-SCDMA●–R5：标准已完成 功能冻结：2002.6引入多媒体域(IMS)和无线新技术HSDPAWNC_100_C1 WCDMA核心网原理及关键技术1.2 UMTS系统网络结构1.2.1 UMTS网络子系统的划分从网元功能上将UMTS系统分为无线网络子系统和核心网子系统两部分介绍，结构图见下图。
下面UMTS网络结构是基于R99的，UE、UTRAN和CN构成了完整的UMTS网络（UE在图中未体现），从规范的角度来看，CN侧网元实体沿用了GSM/GPRS的定义，这样可以实现网络的平滑过渡；而无线侧UTRAN则基于WCDMA技术的R99定义，其变化是革命性的。
图 1.2-1 UMTS系统网络结构图此外，UMTS网络的规范是按R99---R4---R5阶段演进的，上图是基于R99系列规范描述的网络结构，在R4/R5阶段的规范制定中，核心网的网元的定义接口发生了变化。
1.2.2 UMTS R99网络基本构成UMTS R99网络基本构成如下图所示。
核心网分为电路域（CS）和分组域（PS），电路域基于GSM Phase2+的电路核心网的基础上演进而来，网络单元包括移动业务交换中心（MSC）、访问位置寄存器（VLR）、网关移动业务交换中心（GMSC），分组域基于GPRS核心网的基础上演进而来，网络第1章 WCDMA网络结构单元包括业务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN），归属位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AuC）和设备标识寄存器（EIR）为电路域和分组域共用网元。
从整个CN子系统来看，UMTS R99核心网与GSM、GPRS的核心网之间的差别主要体现在Iu接口与A接口的差别、CAMEL的差别以及业务上的差别等。
无线接入网络的网络单元包括无线网络控制中心（RNC）和WCDMA的收发信基站（Node B）两部分。
无线网络子系统与GSM、GPRS相比发生了革命性的变化。
此外核心网PS域通过Gi、Gp接口接入其他PLMN网络或PDN网络，CS域通过PSTN 接入固定网络或其他PLMN。
图 1.2-2 UMTS网络的基本构成1．核心网子系统（CN）网元实体●MSC移动交换中心（MSC）是CS域网络的核心，它提供交换功能、负责完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，并提供面向系统其它功能实体和面向固定网（PSTN、ISDN、PDN）的接口功WNC_100_C1 WCDMA核心网原理及关键技术能。
作为网络的核心，MSC与其他网络单元协同工作，完成移动用户位置登记、越区切换和自动漫游、合法性检验及信道转接等功能。
MSC从VLR、HLR/AuC数据库获取处理移动用户的位置登记和呼叫请求所需的数据。
反之，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分内容。
●VLR拜访位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内的移动用户的，它存储着进入其控制区域内已登记的移动用户的相关信息，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位置寄存器（HLR）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将取消临时记录的移动用户数据。
因此，VLR可看作一个动态用户数据库。
●GMSC网关MSC（GMSC）是用于连接核心网CS域与外部的PSTN的实体。
通过GMSC，可以完成CS域与PSTN的互通。
它主要功能是为PSTN与CS域的互联提供物理连接，并且在固定用户呼叫移动用户时具有向HLR要漫游号码的功能。
●SGSNSGSN是GPRS业务支持节点，是PS域网络的核心。
它对MS的位置进行跟踪，完成安全鉴权功能与接入控制，并与GGSN共同完成PDP连接的建立、维护与删除工作。
对于2G基站来说，SGSN是通过Gb口与GPRS BSS相连接，对于3G基站来说，SGSN是通过Iu接口与3G RNS相连接。
●GGSNGGSN是GPRS网关支持节点。
可以将GGSN理解为连接核心网分组域与外部网络的网关。
核心网PS域通过GGSN与外部的分组网相连，一般来说，是指X.25网络或Internet（TCP/IP）网，由于X.25网络并不代表未来发展的方向，所以，绝大多数核心网分组域只提供与Internet网络的接口。
●HLR归属位置寄存器（HLR）是系统的数据中心，它存储着所有在该HLR签约的移动用户的位置信息、业务数据、帐户管理等信息，并可实时地提供对用户位置信息的查询和修改，及实现各类业务操作，包括位置更新、呼叫处理、鉴权、补充业务等，完成移动通信网中用户移动性管理。
第1章 WCDMA网络结构一个HLR能够控制若干个移动交换区域，移动用户的所有重要的静态数据都存储在HLR中，这包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据；另外HLR还存储且为MSC提供有关移动用户实际漫游所在区域的动态信息数据。
●AuC鉴权中心（AuC）用于系统的安全性管理，AuC存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。
●EIR移动设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过核查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的IMEI号码，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的UE 设备，都能采取及时的防范措施，以确保网络内所使用的移动设备的唯一性和安全性。
2．无线网络子系统（RNS）网元实体RNS（无线网络子系统）通过无线接口（Uu）直接与移动台相接，负责无线信号的发送接收和无线资源管理。
另一方面，RNS与MSC、SGSN相连，实现移动用户之间或移动用户与固定网用户之间的通信连接，传送系统信号和用户信息等。
RNS子系统包括RNC和Node B两部分。
●RNCRNC是RNS的控制部分，主要负责各种接口的管理，承担无线资源和无线参数的管理。
它主要与MSC和SGSN以Iu口相连，UE和UTRAN之间的协议在此终结。
●Node BB属于RNS的无线部分，由RNC控制，服务于某个小区的无线收发信设 Node备，完成空中接口与物理层相关的处理（信道编码、交织、速率匹配、扩频等），同时它还完成一些内环功率控制等无线资源管理功能。
3． UE移动台是用户设备，它可以为车载型、便携型和手持型。
物理设备与移动用户可以是完全独立的，与用户有关的全部信息都存储在智能卡SIM中，该卡可在任何移动台上使用。
在2G的MS中，MS由ME与SIM卡组成；在3G的UE 中，UE由ME、SIM以及USIM组成。
其中，ME是一个裸的终端，通过它可WNC_100_C1 WCDMA核心网原理及关键技术以完成与基站子系统之间的空中接口的交互，SIM存储的是2G用户的签约数据，USIM是3G用户的签约数据。
3G通过多模UE，可以使UE在3G与2G网络之间漫游与切换。
4． UTRANUTRAN是UMTS的无线接入网，它是由两个或两个以上的RNS组成的无线接入网。
1.3 UMTS R99网络结构从R99到R5的演进过程中，核心网基本网络逻辑上的划分没有变化，都分为电路域和分组域，只是到R5版本增加了多媒体子系统（IMS）。
网元实体的变化主要体现为，R99的MSC到R4阶段逻辑上分为MGW和MSC Server，同时增加了传输信令网关（T-SGW）和漫游信令网关（R-SGW），到R5阶段在R4的基础上增加了IMS（多媒体子系统）。
同时，R4和R5阶段增加了相应的接口。
下面将做具体描述：第1章 WCDMA网络结构1.3.1 基于R99的基本网络结构图 1.3-1 R99基本网络结构R99是3GPP关于第三代网络标准化的第一阶段版本，R99的协议标准化已于2001年6月冻结，以后修改在R4版本中进行。
R99的基本配置结构如上图所示.，为了确保运营商的投资利益，R99的网络结构设计中充分考虑了2G/3G的兼容性问题，以支持WNC_100_C1 WCDMA核心网原理及关键技术现网向3G的平滑过渡，因此基本网络结构核心网部分没有变化，为了支持3G业务，有些网元增加了相应的接口协议，对原有的接口协议也做了不同程度的改进。
1.3.2 UMTS R99核心网内部的接口UMTS R99网络与GSM和GPRS网络结构相比接口以及协议具有一定的继承性，同时由于WCDMA技术的采用，空中接口和无线接口发生了革命性的变化。
下面仅介绍核心网涉及的主要接口。
1.3.2.1 电路域接口核心网内部的电路域接口，是核心网内部为完成电路交换功能在各个功能实体之间的接口，主要有B、C、D、E、F、G、H、J和K接口；其中B、H接口为内部接口，C、D、E、F、G、K接口采用基于No.7信令方式的MAP协议，J接口采用基于No.7信令方式的CAP协议。
1．基于No.7信令的接口协议结构图 1.3-2 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，同TC）在SCCP与MAP/CAP之间，属于OSI中的应用层协议，TCAP又包含成份子层（Component sublayer）和事务子层（Transaction sub-layer）。
相关规范有Q.771~Q.775。