UMTS_的网络结构及协议
WCDMA系统及主要接口协议
一、UMTS基本概念UMTS是通用移动通信系统（Universal Mobile Telecomunication）的简称。
它是ITU的IMT-2000第三代移动通信系统（3G）的重要组成部分。
UMTS系统将整个网络划分为两部分，即核心控制部分、无线接入部分。
在核心控制部分采用ATM技术及相应的接口技术达到同时支持电路交换、包交换两种方式的目的。
在无线接入部分采用UTRA（UMTS Terrestrial Radio Access）作为全球地面无线接入的标准。
UTRA接口的基础为W-CDMA技术，它具有CDMA技术的全部优点。
同时，它还可以根据不同话务分布在无线接入中采用不同的调制解调方式：对于话务密度较高的城区可采用TDD方式、郊区则可采用FDD方式，为灵活组网提供了极大的方便。
UMTS系统除支持现有的话音、数据业务外，还可以为移动用户提供全新的交互式多媒体业务。
它的高容量系统可提供2Mbit/s的数据传输速率。
目前，英国、德国等部分欧洲国家将陆续开通UMTS的商用网络。
UMTS技术已引起了全球范围的广泛关注。
二、UMTS网络结构与接口1．整体网络结构分为UTRA网络和核心网络两大部分。
UTRA网络中的网元种类较少，主要包括BTS和RNC两种。
BTS与GSM系统中的基站相同，是无线信号收发的基本单元，它可以支持WCDMA的编码方式。
RNC（无线网络控制器）的功能相当与GSM系统中BSC与GPRS的PCU 两者的结合，它承担无线资源管理、BTS控制以及切换管理等功能。
RNC之间采用ATM方式连接。
整个无线接入网络的主要功能包括：（1）无线资源管理（RRM功能）；（2）无线接续的移动管理（如切换管理功能）；（3）无线接入承载（RAB功能），可以根据核心网络的不同要求提供不同的接口类型；（4）安全功能管理（如加密等）；（5）位置业务（LCS）管理，从而确定用户设备的位置信息。
核心网络分为电路交换部分、包交换部分两个层面。
UMTS的网络结构及协议解析
UMTS的网络结构及协议解析1.无线接入网络（RAN）：无线接入网络是UMTS网络的前端，负责管理用户设备与核心网络之间的无线通信。
RAN由两个主要的组件组成：Node B和Radio Network Controller（RNC）。
- Node B：Node B是RAN中的基站，负责管理与用户设备之间的无线通信和数据传输。
- RNC：RNC是RAN中的控制节点，负责管理Node B之间的无线资源分配和数据传输控制。
2.核心网络（CN）：核心网络是UMTS网络的主干，负责用户数据的传输、业务控制和鉴权等功能。
核心网络由多个组件构成，包括以下几个重要的部分：- Serving GPRS Support Node（SGSN）：SGSN是核心网络中的关键组件，用于管理和控制用户数据的传输和路由。
- Gateway GPRS Support Node（GGSN）：GGSN是连接UMTS网络和外部网络（如互联网）之间的网关，负责数据包的传输和转发。
- Home Location Register（HLR）：HLR是核心网络中的数据库，存储用户的身份信息、位置信息和业务订阅等数据。
- Authentication Center（AuC）：AuC负责用户身份鉴权，确保只有合法的用户可以接入UMTS网络。
3.业务支持子系统（BSS）：业务支持子系统是UMTS网络中的附属组件，为用户提供各种增值业务和支持服务。
主要包括以下几个部分：- Home Subscriber Server（HSS）：HSS是UMTS网络中的用户数据库，存储用户的个人信息、订阅信息和业务配置等。
- Policy and Charging Rules Function（PCRF）：PCRF负责制定用户使用网络资源的策略和计费规则。
在UMTS网络中，通信过程遵循一系列协议。
- Radio Resource Control（RRC）：RRC协议用于控制UMTS网络中的无线资源，包括无线频率、功率和调度等。
蜂窝网络技术的架构和协议标准介绍(六)
蜂窝网络技术的架构和协议标准介绍一、引言近年来，随着移动通信技术的快速发展，蜂窝网络已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
无论是以前的2G、3G网络，还是现在的4G 及将来的5G网络，它们都以蜂窝网络技术为基础。
本文将介绍蜂窝网络技术的架构和协议标准，以帮助读者更好地了解和使用移动通信。
二、蜂窝网络架构蜂窝网络由基站、核心网和用户设备三个主要组成部分构成。
基站是蜂窝网络的基础设施，通过无线信号覆盖一定范围内的区域，提供通信服务。
核心网是蜂窝网络的中枢，负责处理数据传输、用户认证以及网络管理等功能。
用户设备则是终端用户使用的具备无线通信能力的设备，如手机、平板电脑等。
三、蜂窝网络协议标准蜂窝网络的协议标准是实现蜂窝网络的一套规范，以确保不同厂商的设备可以互相兼容和通信。
在2G时代，GSM（Global System for Mobile Communications）是主流的蜂窝网络协议标准。
它采用了时分多址技术，使得多个用户可以在同一频率上同时进行通话或数据传输。
随着技术的不断进步，3G时代引入了UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）作为新的蜂窝网络标准。
UMTS采用了分时分频多址技术，使得多用户可以在同一频率上进行通信，从而提高了网络容量和传输速率。
同时，UMTS还引入了IP协议，使得语音和数据可以通过Internet进行传输。
当前最流行的蜂窝网络标准是4G LTE（Long Term Evolution）。
它采用了OFDM（正交频分多址）和MIMO（多输入多输出）等先进技术，大幅提升了网络的速度和容量。
与3G相比，4G LTE能够实现更高的传输速率和更低的时延，使得高清视频、在线游戏等应用更加流畅。
而在不久的将来，5G网络将成为主流的蜂窝网络标准。
目前，5G的技术标准正在全球范围内制定中。
5G将利用更高的频率和更大的带宽，提供更高的网络容量和更低的时延。
UMTS的网络结构及协议解析
UMTS的网络结构及协议解析1.UMTS网络结构UMTS网络可以分为三个部分：用户终端（User Equipment，UE）、移动无线链路（Uu）和核心网络（Core Network，CN）。
a. 用户终端（UE）：用户终端是指移动设备，例如手机、平板电脑等。
用户终端通过Uu接口与基站（Node B）进行通信。
b.移动无线链路（Uu）：Uu接口是UE和基站之间的无线接口，它通过无线信道传输语音、数据和控制信息。
c.核心网络（CN）：核心网络是整个UMTS网络的中枢部分，用于管理和控制用户的通信。
它包括以下子系统：- 移动服务核心网（Mobile Services Switching Center，MSC）：MSC是负责传输语音和短信的主要组件。
- 数据网络（Packet Switched Network，PSN）：PSN传输数据和多媒体内容，如互联网、视频流等。
- 位置注册中心（Home Location Register，HLR）：HLR存储用户的位置和其他用户信息。
- 访客位置寄存器（Visitor Location Register，VLR）：VLR保存来自其他运营商的漫游用户信息。
- 服务网关（Serving GPRS Support Node，SGSN）：SGSN用于传输和管理分组数据。
- 入口GGSN（Gateway GPRS Support Node，GGSN）：GGSN提供与外部网络的接口，如互联网。
2.UMTS协议解析UMTS使用多种协议以实现用户数据传输和网络管理。
以下是UMTS中重要的协议：a. RRC（Radio Resource Control）协议：RRC协议用于无线资源管理和控制。
它负责连接建立、维护和释放，以及切换和测量。
b. RANAP（Radio Access Network Application Part）协议：RANAP 协议用于UE与核心网络之间的信令传输。
UMTS
UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)，意即通用移动通信系统。
UMTS是国际标准化组织3GPP制定的全球3G标准之一。
作为一个完整的3G移动通信技术标准，UMTS 并不仅限于定义空中接口。
它的主体包括CDMA接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。
除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外，UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术。
WCDMA全名是WidebandCDMA，中文译名为“宽带分码多工存取”，它可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率，在高速移动的状态，可提供384Kbps的传输速率，在低速或是室内环境下，则可提供高达2Mbps的传输速率。
而GSM系统目前只能传送9.6Kbps，固定线路Modem也只是56Kbps的速率，由此可见WCDMA是无线的宽带通讯。
在同一些传输通道中，它还可以提供电路交换和分包交换的服务，因此，消费者可以同时利用交换方式接听电话，然后以分包交换方式访问因特网，这样的技术可以提高移动电话的使用效率，使得我们可以超过越在同一时间只能做语音或数据传输的服务的限制。
（1）、GSM900，其技术参数：频段：上行：（890--915）MHZ，移动台发，下行：（935--960）MHZ，移动台收。
（2）、DCS1800，频段：上行：（1710-1785）MHZ，移动台发，下行：（1805-1880）MHZ，移动台收。
（3）、PCS1900，频段：上行：（1850-1910）MHZ，移动台发，下行：（1930-1990）MHZ，移动台收。
PCS是Personal Communications Service的缩写，意思是"个人通讯服务"。
这是美国联邦通讯委员会(FCC)使用的一个术语，专指正在美国部署的一套数字蜂窝技术。
PCS包括CDMA(也称作IS－95)，GSM和主要用于北美的TDMA(也叫IS－136)。
UMTS基础知识
Interface name
Uu Iub Iur Iu C D E Gs Gr Gn CAP NBAP RNSAP
Signaling and protocol
Physical channel
RANAP, Iu UP MAP MAP ISUP/TUP,MAP BSSAP+ MAP GTP-U CAP TUP/ISUP
NSS
MSC EC IWF EIR
OMS
PSTN
ME SIM
RXCDR
BSC
Other Network
第2页
BTS
MS
BSS
GSM网络接口
GSM网络接口：
G VLR B C E MSC F EIR XC A BSC Abis BTS Um MS MSC VLR D HLR AUC
第3页
GSM协议接口
用户平面
第 27 页
User plane protocol: Iu UP, Nb UP
Data bearer: IP,ATM
R4网络特点
软交换的引入：
MSC Server takes care of call control signalling The user connections are set up via MGW (Media GateWay) “Lower layer” protocol conversion in SGW (Signalling GateWay)
UMTS网络组件
UMTS陆地无线接入网（UTRAN）：
包括多个无线网络系统（RNS) 无线网络系统（RNS）
无线网络控制器（RNC） Node B
MSC SGSN
UTRAN
RNS RNC Node B
UMTS系统无线网络结构和协议的长期演进
视线 ， 他们意味着 Ｕ Ｔ Ｍ Ｓ网络的演进 ， 进入 了一个新 的阶段 。 从 ２０ ０ ３年以来 ， Ｉ Ｅ ０ ．受到 了广泛 的关 注。特别是他们更高的数据速率、 对移动性 方面的支持 ， 逐渐对现有的移动通信系统形 成了一种竞争。为了对抗这种竞争 ，Ｇ Ｐ ３ Ｐ
Ｈ； ｚ上行 ５ Ｍ ｐ ， 效率 ２ ５ｉｓＨ ， ０ ｂｓ频谱 ．ｂ／／ ｚ系 ｔ
统 的最大带宽 为 ２ Ｍ ｚ ０Ｈ： （） ２ 更好 的覆盖性 能 ， 即小 区覆 盖范 围 在 ５公里 内 ；
而不断的增 强， 为用户提供更高 的数据速 率 、 网络提 供 更 好 的覆 盖 、 大 的容 量 。 为 更
出于这 样 的 考 虑 和 技 术 的驱 动 ， ＷＣ － 以 Ｄ
Ｍ ／ Ｄ Ｓ Ｄ Ａ为 基 础 的 Ｕ Ｔ ＡＴ— Ｃ Ｍ Ｍ Ｓ第 三 代
移动通信 系统 从 它 诞 生 的那 一 刻起 ， 于 关 Ｕ Ｒ （ Ｍ Ｓ地 面 无 线 接 人 技 术 ） Ｕ 一 ＴＡＵ Ｔ 和 Ｔ
ＮＵ Ｔ （ Ｍ Ｓ地 面无 线 接 入 网 ） 的完善 和 增 强 ， 在 ３ Ｐ 内 部 不 断 的 进 行 。３ Ｐ ． 就 ＧＰ ＧＰ
分 复用 ） 技术 ， 即在 每个 Ｔ Ｉ 基 站 给 Ｕ Ｔ 内， Ｅ
分配一个单独的频率发送用户数据， 不同用 户的数据在频 率和时 间上 分开 ， 而保证 小 从 区内部 上行 载波 间的正交性 ， 避免频率间干 扰 。慢速功率 控制 用 来抵抗 路 径损 耗 和 阴
影效应 。由于上行传 输的正交性 ， 不再需要 快速功率控 制来 处 理远 近效 应 。 同时基 站
维普资讯
Ｕ Ｓ系统 无线 网络 结 构 和协 议 的长 期演 进 ＭＴ
蜂窝网络技术的架构和协议标准介绍(二)
蜂窝网络技术的架构和协议标准介绍蜂窝网络是我们生活中常见的移动通信技术，它提供了便捷的通信服务，让我们能够随时随地进行电话和数据传输。
本文将介绍蜂窝网络技术的基本架构和协议标准，以帮助读者更好地了解这一技术。
一、蜂窝网络的基本架构蜂窝网络是一种将网络覆盖区域划分为多个小区的无线通信系统，每个小区都配备了一座基站。
这些基站通过专用的信号进行通信，将用户的通信数据传输到目标位置。
这种架构的设计主要是为了解决移动通信中无线波传播距离有限的问题。
蜂窝网络的基本架构由三个层次组成，分别是手机终端、基站子系统和核心网。
手机终端作为用户的接入设备，通过无线信号与基站进行通信。
基站子系统则负责信号的传输和处理，其中包括基站控制器和基站发射机。
核心网则是整个网络的中枢，负责用户数据的路由和管理。
二、蜂窝网络的协议标准蜂窝网络采用了一系列的协议标准来规范通信过程，确保设备之间的互通性和数据的安全性。
其中最为重要的协议是GSM（Global System for Mobile Communications，全球移动通信系统）和LTE （Long Term Evolution，长期演进）。
GSM标准是蜂窝网络的第一代技术，它于20世纪80年代初开始研发，并于90年代初正式商用。
GSM标准采用了时分多址（TDMA）技术，将频谱分成多个时隙，每个时隙只允许一个用户进行通信。
这种技术有效地提高了频谱利用率，支持更多用户同时接入网络。
随着移动通信技术的快速发展，LTE标准被提出并广泛应用。
LTE是蜂窝网络的第四代技术，它采用了OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术，能够更高效地利用频谱资源，在减少通信时延的同时提供更高的传输速率。
同时，LTE还支持多天线技术，可以有效地抑制信号干扰，提高通信质量。
除了GSM和LTE，蜂窝网络还包括其他一些协议标准，如UMTS （Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）和WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球微波互操作性）。
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Duplication avoidance GC Nt DC
L3
control RRC PDCP
UuS boundary
PDCP
L2/PDCP
BMC
control
control
control control
Iub接口功能
• Iub接口功能 – Iub传输资源管理
– NodeB逻辑OM – 特定实现OM的传输 – 系统信息管理 – 公共信道业务管理 – 专用信道业务管理 – 共享信道管理 – 定时和同步管理
接口协议及功能
接口协议及功能
Iu接口 Iur接口 Iub接口 Uu接口
Uu接口协议栈结构
Transport Network Control Plane
ALCAP(Q.2630.1)
Transport Network User Plane
SCCP MTP3-B SSCF-NNI SSCF-NNI SSCOP AAL5 M3UA SCTP IP
STC (Q.2150.1)
MTP3-B SSCF-NNI SSCF-NNI SSCOP AAL5
• SRNS Relocation前，该UE的SRNC(Serving RNC)叫Source RNC， Source RNC后，该UE的SRNC叫Target RNC
• Source RNC和Target RNC是在一次SRNS Relocation过程中 对于不同RNC的称谓
SRNC/DRNC
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
Transport Network Control Plane
Transport Network User Plane
ALCAP(s) Signalling Bearer(s) Signalling Bearer(s) Data Bearer(s)
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
SCCP M3UA MTP3-B SCTP SSCF-NNI SSCF-NNI SSCOP AAL5 IP
Transport Network Control Plane
Transport Network User Plane
•在Service area中，无需知道移动终端的具体位置就可以打通 移动用户的电话。服务区是一个很大的概念，一个Service area 可以涵盖一个或几个国家的地域。一个服务区中可以同时存在 几个PLMN网。
Service area, RSA, Group call area
•RSA区是为了确定移动用户的漫游地域由PLMN网络操作员在 HLR中定义的概念。对一个未限定的移动用户来说，每一个 RSA区都是Service area的一个子集。RSA信息由HLR传入VLR 或SGSN中，在这里经过分析，可以得到用户允许被漫游的位置 区（LA）的信息。每个RSA区分为数个子区（zone），RSA区 可以跨PLMN，但zone不可以跨PLMN。
接口协议及功能
Iu接口 Iur接口 Iub接口 Uu接口
Iur接口协议栈结构
Radio Network Layer Control Plane RNSAP User Plane Iur Data Stream(s)
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
Connected模式
Cell-DCH, Cell-FACH, Cell-PCH, URA-PCH
Cell-DCH
UE处于激活状态，正在利用自己专用的信道进行
通信，上下行都具有专用信道，UTRAN准确的知道 UE所位于的小区中
Cell-FACH
Cell-FACH
UE处于激活状态，但是上下行都只有少量的数据需要
传输，不需要为此UE分配专用的信道，下行的数据在 FACH上传输，上行在RACH上传输，下行需要随时监 听FACH上是否有自己的信息，UTRAN准确的知道UE 所位于的小区，保留了UE所使用的资源，所处的状态 等信息
Cell-PCH
UE上下行都没有数据传送，需要监听PICH，以便收听
寻呼，因此UE此时进入非连续接收，可有效的节电
• 简单的说，对于某一个UE来说，其与CN之间的连接中，直接与 CN相连，并对UE的所有资源进行控制的RNC叫该UE的SRNC
• UE与CN之间的连接中，与CN没有连接，仅为UE提供资源的 RNC叫该UE的DRNC • 处于连接状态的UE必须而且只能有一个SRNC，可以有0个或者 多个DRNC
• SRNS Relocation就是将某个UE的SRNC的角色由一个RNC转 到另外一个 RNC的过程
M3UA SCTP IP AAL2
ATM Physical Layer
Iur接口功能
• Iur接口功能
– 传输网络管理 – 公共传输信道的业务管理
•准备公共传输信道资源 •寻呼
– 专用传输信道的业务管理
•RL建立/增加/删除 •测量报告
– 对公共和专用测量目标的测量报告
接口协议及功能
接口协议及功能
Q.2630.1
Transport Network User Plane
SCCP MTP3b SSCF-NNI SSCOP AAL5
Q.2150.1 MTP3b SSCF-NNI SSCOP AAL5 AAL2
ATM Physical Layer
Iu(PS域)接口协议栈结构
Radio Network Layer Control Plane RANAP User Plane Iu UP Protocol Layer
Cell-PCH和URA-PCH
UTRAN准确的知道UE所位于的小区，这样， UE所位
于的小区变化后，UTRAN需要更新UE的小区信息
URA-PCH
UE上下行都没有数据传送，需要监听PICH，进入非
连续接收， UTRAN只知道UE所位于的URA（UTRAN Registration Area，一个URA包含多个小区），也就 是说，UTRAN只在UE位于的URA发生变化后才更新 其位置信息，这样更加节约了资源，减少了信令
PCH FP
RACH FP
FACH FP
DSCH FP
USCH FP
CPCH FP
DCH FP
ALCAP Q.2630.1 Q.2150.2
Transport Layer
SSCF-UNI SSCOP AAL Type 5
SSCF-UNI SSCOP AAL Type 5 ATM Physical Layer AAL Type 2
UMTS的网络结构和协议
UMTS体系结构
CN
Iu
UTRAN
Uu
UE
UTRAN CN UE UMTS Terrestrial Radio Access Network Core Network User Equipment
UTRAN体系结构
Core Network
Iu
RNS Iur RNC Iub Node B Iub Node B Iub Node B RNS
CN
Iu SRNC Iur DRNC
在RNC之间切换的时候： 与CN有连接，为UE提供资源的RNC叫SRNC； 与CN没有连接，为UE提供资源的RNC叫DRNC
Source RNC/Target RNC
CN Iu Source RNC Iur Target RNC RNC
CN Iu Serving RNC
GTP-U UDP IP AAL5
ATM Physical Layer
ATM Physical Layer
Iu(BC域)接口协议栈结构
Radio Network Layer SA Broadcast Plane SABP Protocol Layer
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
Radio Network Layer Control Plane RANAP User Plane Iu UP Protocol Layer
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
Transport Network Control Plane
•Group call area 是针对特定的语音群组呼叫业务或语音广播业 务而预先定义的由数个小区（cell）组成的区域。 Group call area 可以跨MSC区，也可以跨PLMN。
•LA, MSC区，VLR区是CS域的概念，而RA, SGSN区是PS域的概念。 •对CS域业务来说，CN使用LA 识别UE（这是在RRC-IDLE模式下，因为在 该模式下，网络使用与CN有关的标识来识别UE）。 •MSC区是一个MSC所覆盖的网络范围，VLR区是一个VLR所控制的网络部 分。一个位置区可以涵盖一个或几个小区。 •对PS域业务来说，CN使用Routing area 识别UE（这是在RRC-IDLE模式下， 因为在该模式下，网络使用与CN有关的标识来识别UE）。SGSN区是由一 个SGSN所服务的网络部分。RA定义为在特定操作模式下，移动终端不需要 更新SGSN的情况下可以自由移动的区域。一个RA可以包含一个或几个小区。 RA可以跨RNC区，但不能跨SGSN区，即一个RA只能由一个CN服务结点 （UMSC或3G_SGSN）控制。 •LA可以跨RNC区，RA可以跨RNC区。LA和RNC区的匹配情况是由拥有该 LA的MSC/VLR来处理的，同理，RA和RNC区的匹配情况是由拥有该RA的 SGSN 处理的。而LA与CELL(小区)的匹配及RA与CELL（小区）的匹配是在 RNC内部完成的。