3G核心网介绍
移动通信3G核心网原理
•MSS
•MSS
M3UA SCTP
IP
协议适
配 消息传
输
•SIGTRAN •I P
SIGTRAN
•MGW
M3UA=MTP3 User Adaptation MTP3用户适
配层
SCTP=Stream Control Transmission Part 流 •SGSN 控制传输协议
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
二、WCDMA R4网络原理 1、R4网络特点 2、设备功能
三、核心网接口与协议栈 1、核心网接口介绍 2、基于IP的七号信令网 3、信令网关 4、接口和协议介绍
四、核心网设备引入 1、 核心网设备引入应考虑的因素 2、电路域设备引入 3、分组域设备引入 4、3G和2G共用的网络设备
五、核心网的组网原则和路由计划 1、核心网组网总体原则 2、本地网路由 3、国内路由 4、国际路由
2 1
3
•BTS
•A •BSSAP
•BSC
•A •BSSAP
•I u -c s •RANAP
•RNC
•M c
•H.248
•SG •MGW
•Nc •BICC
•H.248 •Mc
•Nb •RTP
•SG •IW－MGW
RANAP:ATM/IP BSSAP:TDM/IP ISUP:TDM/IP
•PSTN
书山有路勤为径， 学海无涯苦作舟
•RNC
•RANAP
•SG •MGW
•IP
•MSS
•RANAP
•SCCPb
•SCCPb
•SCCPb
•SCCPb
•MTP3b •SSCF-NNI
•MTP3b
•M3UA
3G核心网-组网及路由计划详解
新的用户签约数据和多种业务增强 IP信令网：SIGTRAN
7号信令网：STP基于TDM链路组织
XXXX3G技术培训
版本选择（续）
不同子系统可分别选择关键技术、各自演进
无线接入网
GSM/GPRS 最高达72k到144kbps无 线数据传输
核心网（电路域）
采用传统电路交换方式组 网 无重大改进
核心网（分组域）
引入IP承载
按需拉TDM/E1---》IP承载网，天然的网状网基础
Trfo功能引入
无线子系统侧TC---》核心网MGW---》网络边缘
XXXX3G技术培训
7
R4网络的特点－承载控制分离
电路交换模型 计费系统 管理系统 SS7 管理系统 计费系统 软交换 H.248/MGCP T D M Line Card Time Slot 交换 Trunk Card T D M T D M MGW H.248/MGCP T D M MGW 扩展业务 SS7 R4软交换模型
本地网
业务能力
基本话音业务
可视电话
WCDMA
Iub
Node B RNC
视频电话
MSC SERVER
CS域
开放Iu， 推进开放Iub
PS域
分组域业务
GPRS
GSM
3GRel4
XXXX3G技术培训
6
3GPP R4网络的特点
控制和承载相分离
MSC /VLR/SSP---》 MSC server/VLR/SSP+ MGW
XXXX3G技术培训
9
R4网络的特点－TrFO的引入
传统的语音传送模式
AMR
TC
移动通信3G核心网原理
移动通信3G核心网原理移动通信3G核心网是移动通信系统中的关键部分，负责处理用户数据、信令传输和网络管理等功能。
本文将介绍3G核心网的原理和主要组成部分。
1. 3G核心网概述3G核心网是移动通信系统中的核心架构，它负责支持移动通信网络的各种业务。
它连接着无线接入网和其他核心网，提供了语音方式、短信、数据传输等通信功能。
3G核心网的主要特点包括高可靠性、高可用性和高性能。
2. 3G核心网结构3G核心网由多个功能模块组成，包括位置注册、鉴权、会话管理、流量控制等。
下面是3G核心网的主要组成部分：2.1 移动接入网（RAN）移动接入网是连接用户和核心网的桥梁，它包括无线基站和无线电网络控制器（RNC）。
无线基站负责与移动设备进行无线通信，而RNC是无线基站的控制中心，负责管理和控制无线基站。
移动接入网与核心网之间通过接口进行数据和信令的交换。
2.2 位置注册和鉴权中心（HLR/AuC）位置注册和鉴权中心是3G核心网的重要组成部分，它负责管理用户的位置信息和进行用户身份鉴权。
当用户开机时，移动设备会发送位置注册请求到HLR/AuC，HLR/AuC会根据用户的身份信息和鉴权算法进行鉴权。
如果鉴权成功，HLR/AuC会向核心网发送用户位置信息。
2.3 会话管理和控制（MSC）会话管理和控制是3G核心网的核心功能之一，它负责管理和控制用户会话和通信连接。
当用户发起方式呼叫时，MSC会进行呼叫的建立、保持和释放等操作。
MSC还负责进行用户的计费和信令的转发，确保呼叫的顺利进行。
2.4 流量控制和策略管理（SGSN/PGW）流量控制和策略管理是3G核心网的关键功能之一，它负责管理和控制用户数据传输。
SGSN是用户数据传输的核心节点，它负责对用户数据进行分组和路由转发。
PGW则负责分配和管理用户的IP地质，以及进行用户数据的流量控制。
3. 3G核心网工作原理3G核心网的工作原理主要包括用户注册、鉴权、呼叫控制、数据传输等过程。
MSD 3G核心网电路域基本知识介绍
3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个阶段，其中R99协议于 2000年3月冻结功能，R4协议于2001年3月冻结功能，R99、R4目 前已经成熟商用，R5、R6协议还在进一步完善过程中
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R4网络介绍
R4在核心网电路域在网络架构上发生了革命性变化, 引入了承载控制 分离的软交换架构。在承载类型上，支持在IP/ATM分组网络上承载话音 ，当然也支持TDM上承载话音。在信令承载方面引入了SIGTRAN技术，支 持承载在IP上的宽带七号信令网（注：用IP网来承载七号信令）。R4核 心网电路域新增功能为： 控制与承载分离的软交换架构，引进媒体网络控制协议H.248 新的呼叫控制协议，如BICC 宽带七号信令承载SIGTRAN 支持多种承载技术：TDM/ATM/IP TrFO功能，以节约TC资源和提高语音质量
R99网络介绍
R99是目前最成熟的一个版本，目前国外已经商 用。它的核心网继承了传统的电路语音交换，自GSM&GPRS的 网络结构演变而来，以TDM组网为主，核心网分为电路域和 分组两部分，分别支持话音业务和数据业务，并提出了开放 业务接入(OSA)的概念，目前的设备多基于R99版本，最高下 行速率可以达到384 kbit/s 。
网络互连互通等等
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R4网络介绍
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3GPP R99与R4核心网电路域的差异
移动通信3G核心网原理
移动通信3G核心网原理移动通信3G核心网原理一、介绍二、核心网架构移动通信3G核心网由多个功能节点组成，包括移动交换中心（MSC）、数据分组交换节点（SGSN）、地理位置寄存器（HLR）等。
这些节点通过各种接口相互连接，构成了一个分布式的核心网架构。
三、移动交换中心（MSC）移动交换中心是核心网的核心节点之一，它负责处理移动方式呼叫的建立、路由、交换等功能。
当用户拨打方式时，MSC会将呼叫信令处理并转发到相应的终端设备。
MSC还承担了用户鉴权、计费等重要任务。
四、数据分组交换节点（SGSN）数据分组交换节点是另一个核心节点，它主要处理移动数据业务的传输。
当用户使用移动互联网、发送短信等服务时，数据分组交换节点负责对数据进行分组并进行路由转发。
它还承担了用户鉴权、数据安全等功能。
五、地理位置寄存器（HLR）地理位置寄存器是一个存储用户信息的数据库，包括用户的身份、位置等信息。
当用户移动到新的位置时，HLR会记录用户的新位置，并将这个信息告知其他节点，以便其他节点能够正确路由用户的呼叫和数据。
六、移动网络的接入与漫游3G核心网不仅支持本地用户的接入，还支持用户在其他地区漫游时进行通信。
当用户从一个地区漫游到另一个地区时，核心网中的节点会进行相应的位置更新，并确保用户在新的位置上能够正常使用移动通信服务。
七、协议与接口移动通信3G核心网使用了多种协议和接口，包括GSM、GPRS、UMTS、IP等。
这些协议和接口实现了核心网的各项功能，并保证了用户的通信质量和安全性。
八、移动通信3G核心网是实现3G移动网络通信的关键，它通过各种技术和协议，实现了移动方式通信、互联网接入、数据传输等功能。
核心网的架构包括移动交换中心、数据分组交换节点、地理位置寄存器等多个功能节点，它们通过协议和接口相互连接，形成了一个分布式的网络。
通过了解核心网原理和组成，我们能够更好地理解和使用移动通信网络。
3G WCDMA核心网 (电路域)介绍
电路域
R99核心网络接口（2）
核心网络与接入网络间接口
Iu-cs接口
• • • • •
UTRAN与CS域的接口 使用RANAP协议 UTRAN资源管理 移动性管理(MM) 呼叫控制(CC)
Iu-ps接口
• UTRAN与PS域的接口。
R99核心网络接口（3）
核心网络内部接口－CS域
Gateway Layer
IP phone/IAD
MGW UT iAN iPAS GW SG TG
PBX POTS V5 AN PSTN/PLMN & IN(CAMEL)
3G UTRAN
UT斯达康MovingMedia 3G全面解决方案
MMSC SCP NMS
Billing Server
MMSC SCP
C/D/E
HLR
ATM traffic ATM signaling IP traffic IP signaling TDM traffic TDM signaling
gsmSCF
3rd
Party Network HLR or MSC/VLR
R4 CS域功能模块
MSC Server
呼叫控制(CC） 移动性管理（MM） 通过MeGaCo(H.248)来控制MGW完成媒体交换 UTRAN管理
• 高速下行分组接入，最高下行速率8～10M bps
将SIP(Session Initial Protocol)作为呼叫控制协议 引入IP V6 增强的QoS(Quality of Service)
内 容 提 纲
3G核心网络总体介绍
R99 CS域网络结构和接口 R4 CS域网络结构和接口 核心网络的功能 呼叫流程举例 UT CS域设备介绍
3G移动通信网络结构分析
3G移动通信网络结构分析1. 引言随着移动通信技术的快速发展，3G移动通信网络成为了当前最主要的移动通信网络之一。
本文将对3G移动通信网络的结构进行详细分析，包括网络架构、基站组成、核心网等方面。
2. 3G移动通信网络架构3G移动通信网络由若干个基站、核心网以及用户终端组成。
其整体架构分为无线接入网络和核心网络两部分。
2.1 无线接入网络无线接入网络由基站和无线传输系统组成。
基站起到无线信号的接收和发送功能，负责与用户终端进行通信。
无线传输系统负责将基站与核心网连接起来，实现数据的传输。
2.2 核心网络核心网络是3G移动通信网络的核心部分，负责处理和转发用户的通信请求。
它包括多个功能模块，如移动交换中心、服务节点、接入网关等。
核心网络具有高可靠性和高吞吐量的特点，能够支持大规模用户的通信需求。
3. 3G基站组成3G基站是3G移动通信网络中的重要组成部分，主要由基站设备和天线组成。
3.1 基站设备基站设备包括无线发射接收设备、信道处理设备等。
无线发射接收设备负责将无线信号发送给用户终端，接收用户终端的信号。
信道处理设备负责对无线信号进行处理和调度，以实现多用户之间的分时复用。
3.2 天线基站的天线起到收发信号的作用，它通过无线传输系统与用户终端进行通信。
天线的设计和布局对网络的覆盖范围和通信质量有重要影响，需要根据实际情况进行合理的布置。
4. 3G移动通信网络核心网核心网是3G移动通信网络的核心部分，负责处理用户的通信请求和数据传输。
4.1 移动交换中心移动交换中心是核心网中最重要的功能模块之一，负责用户的注册、鉴权和寻呼等功能。
它能够实现用户之间的通信转接、呼叫管理和信令交换等功能，是实现移动通信的重要环节。
4.2 服务节点服务节点是核心网中的另一个重要功能模块，它负责处理用户的数据传输。
服务节点能够实现用户数据的路由、转发和处理，提供各种增值业务，如短信、彩铃等。
4.3 接入网关接入网关是用户终端连接到核心网的重要节点，负责用户数据的接收和转发。
3G核心网结构简介
4.3 R4网络结构
R4信令特点——相对于R99
引入NGN承载与呼叫控制分离的概念, (G)MSC网元分裂为(G)MSC-SERVER网元 和MGW网元,(G)MSC-SERVER和MGW 之间采用H.248协议; MSC-SERVER之间采用承载无关呼叫控制 协议BICC; 引入信令网关SG和SIGTRAN协议;
MRF功能
MRF 包括 MRFC 和 MRFP 两部分,提供三种主要的功能:
Tones and announcements Ad hoc conferences (multiparty calls) Transcoding
MRF与MGW的功能有些相象,一般说来,MGW实现异质网 络的互通,MRF解决同质网络的互通
CAMEL IV PUSH 增强的OSA业务环境
P-CSCF功能
SIP终端接入IMS的汇聚点,包括 SIP Proxy 支持终端注册过程,管理注册后的连接信息 QoS 控制(PCF) 安全管理 资源优化
SIP压缩/解压缩 SIP消息优化
紧急会话检测处理 计费
S-CSCF功能
IMS网络的业务交换中心,包括: 用户管理,处理用户登记请求,对用户进行鉴权及业务合 法性检查; 业务交换与业务控制,根据签约信息确定SDP,根据定制的 规则执行会话控制,连接到业务服务器; SIP消息处理,处理SIP请求及回应消息;将 E.164地址转化 为SIP URL;在SIP消息中插入或剥离相关参数及加密; 计费
R4信令分类
3GPP R5网络结构图
注:R-SGW和T-SGW也可以不区分,通称SGW.黄色为原有的PS,红色为新增部分.
3GPP R5主要特点
新增IP多媒体域IMS,提供实时IP多媒体业务 基于SIP的多媒体呼叫信令 PS域和IMS为网络发展的重点 基于IPV6协议,增强的QoS保证功能 增强的业务
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3G(UTRA) EDGE 电路交换 8*69.2Kbit/s
核心网没有改变，采 用电路交换； 空口采用8相调 制技术
WCDMA 分组交换 1920Kbit/s
核心网根据采用的版 本不同而改变， 无线部分采用 CDMA技术
3G的标准和名词介绍-1
IMT-2000:International Mobile Telecommunications 2000 2000指2000年或使用的频段在2000MHz左右 IMT-2000的概念： 全球覆盖、无缝接入 在IMT-2000家族中要相互兼容 向下兼容2G 能与其他公司互连互通 提供高速数据业务 提供多媒体业务 电路交换和分组交换相结合 低成本、灵活接入方式，适用于发展中国家建设
CAP
CAP D
MAP
C HLR
R4信令组网-RANAP透传
R4信令组网-ISUP透传
内容
R4接口协议概述 BICC协议简介 Mc接口H.248协议简介 Mc H.248 3G呼叫流程示例 3G信令网络的演进
3GPP R4的接口和协议
UTRAN
Iu RANAP MGW MGW Nb A Mc
3G的标准和名词介绍-3
无线传输方式有FDD和TDD两种无线双工传输方式 解决多用户接入有三种方式：FDMA、TDMA、CDMA 1G采用：FDD/FDMA 2G采用：FDD/FDMA&TDMA 3G采用: CDMA的类型：DS-CDMA（用于UMTS）、FH-CDMA(用于蓝牙技 术）、TH-CDMA CDMA的优点：窄带噪音、克服多径效应、频率规划简单、软容 量限制；但是功控太快
ISUP ISUP
PSTN/ Legacy/External
Iu
GERAN
RANAP
A
Mc RANAP Nc BICC MSC server
ISUP
GMSC server
CAP Applications & Services Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface
BICC的承载分离示意图
呼呼业业(SN) 呼呼承承信信 (BICC协协) 呼呼呼呼呼呼(CSF) 呼呼承承信信 (BICC协协)
BICC规规规 主主规主
承承承承信信 承承承承呼呼(BCF) 承承承承信信
承承
Serving Node(SN)
SERVING NODE (SN) Call Control Signalling (BICC protocol or other signalling system) Incoming procedures Call Service Function (CSF) Outgoing procedures Call Control Signalling (BICC protocol or other signalling system) Call Bearer Control (CBC) signalling BIWF Bearer Control Signalling BCF Bearer Control Signalling
3GPP R4的接口和协议
UTRAN
Iu RANAP MGW
RTP/RTCP
MGW Nb
ISUP ISUP
PSTN/ Legacy/External
Iu
GERAN
A
RANAP
A
Mc RANAP Nc BICC MSC server
H.248 Mc
ISUP
GMSC server
CAP Applications & Services Signalling Interface Signalling and Data Transfer Interface
2G的频点分配情况：
频带范围 GSM900 E-GSM GSM1800 GSM1900 GSM-R 890-915/935-960 880-915/925-960 1710-1785/1805-1880 1850-1910/1930-1990 876-880/921-925 19 可使用的频点数目 124 除美国外 174 374 除美国外 美国 铁路调度系统 应用范围
Call Control Signalling (BICC protocol)
Bearer Control Signalling
BIWF BCF
Bearer Control Signalling
Bearer
CMN和SN的区别是CMN不控制网关，SN要控 制网关
BICC网络的模型
Signalling Transport Network
2G的3个阶段
Phase1:只提供语音业务和9.6k的数据业务 Phase2:除语音业务外，还增加大量补充业务 Phase2+:在phase2的基础上新增加补充业务，智能网应用和高速 数据业务（GPRS）
提高数据速率的几种方案比较-1
提高数据速率的几种方案比较-2
Phase1和phase2阶段的数据速率都只有9.6kbit/s，在 phase2+阶段可提供3种提高数据速率的解决方案： HSCSD、GPRS、EDGE，而在3G采用UTRA可以将速率提 的更高。
R99的CN的CS的接口及网元
1个PLMN的最大LAI数目：2的16次方=65536个；1个 LAI有2的16次方=65536个小区。
R99的CN的CS&PS的接口及网元
HLR/Auc、EIR、CSE Gr:HLR---SGSN;Gc:HLR---GGSN 在2G的Auc中使用triples(3参数组），在3G中使用5参数组 CSE包含：SSF和SCF两部分功能
GSM 发展阶段 解决方案 交换方式 最高速率 phase2+的3 种方案 和3G比 较 电路交换 9.6Kbit/s phase1/phase2 HSCSD 电路交换 8*14.4Kbit/s
只需软件修改，缺点： 空口固定捆绑， 不灵活
GSM phase2+ GPRS 电路和分组交换 8*21.4Kbit/s
提出的RTT技术
UTRA DECT
W-CDMA
TD-SCDMA
IMT-2000规定：为了将3G的RTT技术尽可能标准统一，将多家提 出的技术整合为3种：UMTS 、MC-CDMA 、 TD-SCDMA
标准 UMTS MC-CDMA TD-SCDMA 核心技术 W-CDMA N-CDMA TD-SCDMA 多用户接入方式 FDMA&CDMA FDMA&CDMA FDMA&TDMA&CDMA 空中传输方式 FDD FDD TDD 频点带宽 5MHz 1.25MHz 备注 前身为DS-CDMA 前身为CDBICC协议的出现
定位：
BICC协议使各种分组网络都可以提供PSTN/ISDN的全 套业务，包括所有补充业务。
优势：
承载无关：突破PSTN网络承载能力的限制；加上与信 令传送独立的能力，使其呼叫控制不受承载类型限制。 呼叫控制：继承PSTN网络中的ISUP协议的控制方式， 在运营级的质量要求方面具有更强的伸缩性。
3G的标准和名词介绍-2
RTT:Radio transmission technologies(无线传输技术） RTT是IMT-2000的无线传输技术，各国提供的RTT的解决方案有
提出者 欧洲 韩国 CDMA1 CDMAII SAT-CDMA 日本 美国 UMC-136 WIMS W-CDMA cdma2000 W-CDMA WP-CDMA 中国 卫星通信系统 ICO RTT SW-CDMA SW-CTDMA INX
Bearer
提供了和非BICC网络或终端设备互通的接口， BICC网络或终端设备互通的接口 ISN : 提供了和非BICC网络或终端设备互通的接口，相当于端局 提供了两个BICC网络之间关口的， BICC网络之间关口的 GSN : 提供了两个BICC网络之间关口的，相当于关口局 提供ISN GSN之间转接功能， ISN或 之间转接功能 TSN : 提供ISN或GSN之间转接功能，相当于汇接局
3G核心网介绍
第一章
1G简单介绍
特点：模拟信号、频分多路接入方式（FDMA) 缺点：容量小、质量差、兼容性差 全球很多国家采取各自不同的制式，不利于相互之间漫游。 常见的制式有：NMT、 TACS、 C-Netz、 R 2000、 RTMS
2G介绍
特点：数字信号、频分和时分多路接入方式（FDMA&TDMA) 优点：网络容量可扩展、提供更多的业务类型、成本低、设备小 巧、传送质量好、安全可靠性高 2G蜂窝系统有多种制式：GSM、PDC、D-AMPS、IS-95等
Other service supplier networks Other service supplier networks TE
R99的UTRAN&UE
UTRAN包含：RNC和NodeB；类似于BSS包含：BSC和BTS。2个 RNC之间有接口Iur,不同于2个BSC之间没有接口。RNC在RNC和 UE之间起加密和解密的作用、高层后向纠错BEC。RNC的结构及 接口如下图：
R99的NodeB&UE
UE=ME+IM是用户的唯一身份识别，类似SIM卡。NodeB存储UE的位置 信息（UE在connection时RNC才记录UE的位置信息，准确到CELL或URA;IDLE时 RNC不记录；但所有情况下，SGSN中有记录）、RNS_control、ATM switching.
第二章
The UMTS Network
The UMTS Network示意图
The UMTS Network的网元
R99 CN: CS Domain