WCDMA系统及主要接口协议
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：
WCDMA基本网络结构
2008-04-08 12:26WCDMA是3G三种主流标准的一种。
WCDMA系统可以分为无线接入和网络结构两部分，本文介绍其网络结构部分。
WCDMA网络结构可分为无线接入网和核心网两部分，本文首先重点阐述了无线接入网的结构，对Iu、Iur、Iub接口协议模型进行了分析；接着对R99的核心网和全IP的核心网结构和相关功能实体进行了概述。
引言WCDMA是目前全球三种主要的第三代移动通信体制之一，是未来移动通信的发展趋势。
WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户装置）组成。
UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。
WCDMA网络在设计时遵循以下原则：无线接入网与核心网功能尽量分离。
即对无线资源的管理功能集中在无线接入网完成，而与业务和应用相关功能在核心网执行。
无线接入网是连接移动用户和核心网的桥梁和纽带。
其满足以下目标：-允许用户广泛访问电信业务，包括一些现在还没定义的业务，象多媒体和高速率数据业务。
-方便的提供与固定网络相似的高质量的业务（特别是话音质量）。
-方便的提供小的、容易使用的、低价的终端，它要有长的通话和待机时间。
- 提供网络资源有效的使用方法（特别是无线频谱）。
目前，WCDMA系统标准的R99版本已经基本稳定，其R4、R5和R6版本还在紧锣密鼓的制订中。
WCDMA系统的网络结构如图1所示。
图1 WCDMA系统结构WCDMA系统由三部分CN（核心网）、UTRAN（无线接入网）和UE（用户装置）组成。
CN与UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定义为Uu接口。
本文将重点阐述WCDMA系统的网络结构。
其网络结构的基本特点是核心网从GSM的核心网逐步演进和过渡；而无线接入网则是革命性的变化，完全不同于GSM的无线接入网；而业务是完全兼容GSM的业务，体现了业务的连续性。
无线接入网UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS。
第11章 WCDMA移动通信系统
在R5网络中，核心网叠加了IP多媒体 子系统（IMS），无线接入网引入了 HSDPA技术，无线接入网和核心网中采用 全IP传输。
在R6网络中，网络架构变化不大，考 虑更多的是增加了新的功能或对已有功能 的增强。R7、R8版本正在不断的完善中。
1．R99网络结构及接口
（1）R99网络结构
图11-4
（3）在业务方面，研究包括多媒体 广播与/多播业务（MBMS）、Push 业务、Presence、PoC（Push-ToTalk over Cellular）业务、网上聊天 业务及数字权限管理等。
（4）无线接入方面采用的新技术有 正交频分复用调制（OFDM）技术、 多天线技术（MIMO）、高阶调制技 术和新的信道编码方案等，OFDM和 MIMO也是后3G的重点技术。
（1）移动设备（ME） （2）通用用户识别模块（USIM
Cu接口是USIM和ME之间的接口， Cu接口采用标准接口。
2．通用陆地无线接入网络 （UTRAN）
无线接入网（UTRAN）位于两个开 放接口Uu和Iu之间，完成所有与无线有关 的功能。
主要功能有宏分集处理、移动性管理、 系统的接入控制、功率控制、信道编码控 制、无线信道的加密与解密、无线资源配 置、无线信道的建立和释放等。
WCDMA移动终端中通用用户识别模 块（USIM）的功能也是从GSM的用户识 别模块（SIM）的功能延伸而来的。
WCDMA的主要技术性能如表11-1所 示，本节将对表征WCDMA特点的内容做 出简要解释。
（1）WCDMA支持两种基本的双工 工作方式：频分双工（FDD）和时分 双工（TDD）。 （2）WCDMA是一个宽带直扩码分 多址（DS-CDMA）系统，
4．外部网络（EN）
核心网的电路交换域（CS）通过 GMSC与外部网络相连，如公用电话交换 网（PSTN）、综合业务数据网（ISDN） 及其他公共陆地移动网（PLMN）。
11 WCDMA技术和TDD介绍介绍
2005-12-5
北京邮电大学无线中心
8
PSTN
Gi
Gp
GM SC
G G SN
2005-12-5
VLR
B
M SC
PSTN
北京邮电大学无线中心
2
WCDMA技术
z 概述
此外，WCDMA中电路和分组交换业务能以创新方式在同 一信道组合，使一个终端能处理多项业务。带宽不同的电路和 分组交换业务可自由组合，同时向同一个用户投送。
采用更加灵活的系统操作。包括：支持基站间的异步操 作；支持自适应天线阵技术与多用户检测的技术；支持非平衡 频带下采用时分双工的模式，采用单信元频率复用等。
WCDMA技术
z 概述
• 提供更加灵活的服务。包括： – 支持更宽范围的服务，最高可支持2Mbit／s的高速数据业 务；
– 支持一条连线上传输多条并行业务； – 支持高速率的分组接入。
WCDMA最重要的一个特点是功率对用户来说是共享资 源。在下行链路上，基站中码分复用的用户分享总的功率，上 行链路中，基站有一个最大干扰容限，这个功率在小区中产生 干扰的移动台之间分配。
2005-12-5
北京邮电大学无线中心
4
WCDMA技术
z 概述
WCDMA空中接口的主要参数 如下表：
多址接入方式 双工方式 基站同步 码片速率 帧长 载波带宽 多速率 检测 多用户检测、智能天线 业务复用
DC-CDMA FDD/TDD 异步方式 3.84 Mchip/s 10 ms 5 Mchip/s 可变的扩频因子和多码 使用导频符号或公共导频进相关检测 标准支持，应用时可选 具有不同服务质量要求的业务复用到同一个连接中
WCDMA接口协议与信令流程
GTP-U协议：用于对所有用户数据进行封装并进行隧道传输；
GTP-C/GTP-U GTP-C协议：负责传送路径管理、隧道管理、移动性管理和位置管理等相 关信令消息，用于对传送用户数据的隧道进行控制。
UDP IP
UDP/IP：用于骨干网内的路由选择；
L2
L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以是ATM、以太网、
WCDMA接口协议与信令流程
中兴通讯学院 TD&W&PCS无线团队
课程目标
学完本课程，您将能够： ➢ 掌握接口协议模型 ➢ 掌握业务数据处理流程 ➢ 掌握端到端的呼叫处理过程
课程内容
无线接口协议 无线网络流程
无线接口协议
ATM原理
ATM（Asynchronous Transfer Mode）异步传输模式
PS Domain “Iu-PS”
BC Domain “Iu-BC”
Iu接口
Iu 接口功能：
RAB管理功能； 无线资源管理功能； Iu链路管理功能； Iu接口用户平面管理功能； 移动管理功能； 安全管理功能； 服务和网络接入功能。
无线接口协议
Iu接口
无线接口协议
Iu接口综述—Iu-CS协议结构
SSCOP
IP
AAL 5
传输网络控制面
ALCAP(Q.2630.1)
传输网络用户面
STC(Q.2150.1)
MTP3-B M3UA
SSCF-NNI SCTP
SSCOP
IP
AAL 5
ATM Physical Layer
AAL Type 2
无线接口协议
RNC无线网络控制面协议
CN
RANAP
RRC
WCDMA R99核心网介绍
核心网络CS域(HLR/Auc)
• 网元HLR/Auc 来说，从2.5 代GSM网络 演进到3G R99，其在网 络中的位置 和与其他网 元的接口没 有变化
MSC/GMSC
C VLR HLR D Gc Gr
SGSN
GGSN Lh GMLC H Auc
核心网络CS域(HLR/Auc)
R N C
B T S
U m
B T S
N o d e B
c e ll
N o d e B
U u M E
粗线代表用户业务数据 粗线代表用户业务数据 细线代表信令 细线代表信令
S IM -M E i/f
o r
C u
S IM
U S IM
M S
WCDMA的网络单元构成
R99网元介绍
• 无线接入网络(Radio Access Network，RAN)：其 中无线接入网络处理所有与无线有关的功能； • 核心网络(CoreNetwork，CN)：处理WCDMA系统 内所有的话音呼叫和数据连接，并实现与外部网络 的交换和路由功能。CN从逻辑上分为： 电路交换域(Circuit Switched Domain，CS)； 分组交换域(Packet Switched Domain, PS)。
G SC M
C
H LR
核心网络CS域(HLR/Auc)
• D接口是HLR和VLR之间的 接口，用来交换移动用户的 位置数据的相应的用户管理 数据。VLR向HLR提供移动 用户的当前位置信息和漫游 号码，而HLR向VLR传递用 户的签约信息。D接口上采 用的信令是MAP .
HLR接口 HLR接口
核心网络CS域(HLR/Auc)
WCDMA中文协议list
cwts-reports-001 cwts-reports-002 cwts-reports-003 cwts-reports-004 cwts-reports-005
主要起草单位 传输所 传输所，华为，波导，大唐 传输所 传输所，波导公司 传输所，波导公司 传输所，华为 传输所，大唐 传输所，上海贝尔，中兴 传输所，上海贝尔 传输所，上海贝尔 传输所，上海贝尔 传输所，上海贝尔 传输所，上海贝尔，华为，中兴，北邮 传输所，中兴，华为 传输所 传输所，华为 传输所，中兴 传输所，中兴 传输所，华为 传输所，巨龙 传输所 传输所 传输所，巨龙 传输所 传输所 传输所，上海贝尔 传输所 传输所，上海贝尔 传输所，华为 传输所，上海贝尔 传输所，上海贝尔
ห้องสมุดไป่ตู้
cwts-specs-032 cwts-specs-033 cwts-specs-034 cwts-specs-035 cwts-specs-036 cwts-specs-037 cwts-specs-038 cwts-specs-039 cwts-specs-040 cwts-specs-041
输和传输信令
传输所，上海贝尔 传输所，上海贝尔 大唐，华为 大唐 大唐 大唐 大唐 大唐 大唐 大唐
中兴 中兴 中兴 华为 华为
IMT-DS(WCDMA和TD-SCDMA)系统通信参考性技术文件之列表 编号 文件名称 cwts-specs-001 语 cwts-specs-002 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范：概述 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范：物理信 cwts-specs-003 道和传输信道到物理信道的映射 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范：信道编 cwts-specs-004 码与复用 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范：扩频与 cwts-specs-005 调制 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范：物理层 cwts-specs-006 过程 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口物理层技术规范：物理层 cwts-specs-007 测量 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口层2技术规范：物理层向上 cwts-specs-008 层提供的服务 cwts-specs-009 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口层2技术规范：MAC协议 cwts-specs-010 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口层2技术规范：RLC协议 cwts-specs-011 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口层2技术规范：PDCP协议 cwts-specs-012 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口层2技术规范：BMC协议 cwts-specs-013 IMT-DS FDD(WCDMA)系统无线接口层3技术规范：RRC协议 cwts-specs-014 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iu接口技术规范：概述 cwts-specs-015 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iu接口技术规范：层1技术要求 cwts-specs-016 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iu接口技术规范：信令传输 cwts-specs-017 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iu接口技术规范：RANAP信令 cwts-specs-018 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iu接口技术规范：数据传输和传输信令 cwts-specs-019 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iu接口技术规范：用户平面协议 cwts-specs-020 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iub接口技术规范：概述 cwts-specs-021 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iub接口技术规范：层1技术要求 cwts-specs-022 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iub接口技术规范：信令传输 cwts-specs-023 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iub接口技术规范：NBAP信令 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iub接口技术规范：用于CCH数据流 cwts-specs-024 的数据传输和传输信令 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iub接口技术规范：用于CCH数据流 cwts-specs-025 的用户平面协议 cwts-specs-026 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iur接口技术规范：概述 cwts-specs-027 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iur接口技术规范：层1技术要求 cwts-specs-028 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iur接口技术规范：信令传输 cwts-specs-029 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iur接口技术规范：RNSAP信令 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iur接口技术规范：用于CCH数据流 cwts-specs-030 的数据传输和传输信令 IMT-DS FDD(WCDMA)系统Iur接口技术规范：用于CCH数据流 cwts-specs-031 的用户平面协议
5-WCDMA系统基本原理
编码类型
语音业务：卷积码（1/2、1/3），约束长度为9，加8个尾比特 数据业务：Turbo码（1/3），两个8状态的并行级联卷积码构成， 加6个尾比特
Page 15
交织
交织的作用：打乱符号间的相关性，减小信道快衰落和干扰带来
的影响 1 2 3 4 5 6 7 8 ...
一次交织：
... 452 453 454 ……
流类业务
交互类业务
背景类业务
不同业务QOS要求
时延
Page 6
WCDMA协议版本的演进
保留2G/2.5G核心网
保留WCDMA
R99 RAN 核心网电路域 采用NGN架构， 以IP承载话音 业务
核心网增加IM（IP多媒体
全IP解决方案 HSUPA Phase II 单载波 上载速率高达5.76Mbps HSPA＋(64QAM, CPC,MIMO) LTE (OFDMA , MIMO)
45 MHz
120 MHz 45 MHz 95 MHz
VII
VIII IX
2500-2570 MHz
880 – 915 MHz 1749.9-1784.9 MHz
2620-2690 MHz
925 – 960 MHz 1844.9-1879.9 MHz
√
√ √
Page 5
丰富的3G业务
误码
会话类业务
┏━○2 ┃ ┃ ┃ ┗━ 3
┏ ○6 ┃ SF=16 ┃ ┏ ●C(16,14):HS-PDSCH 2 ┫ ┃ ┗ 7 ┫ ┗ ●C(16,15):HS-PDSCH 1
● CCH ● HSDPA ○ DCH
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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。
电路交换部分中TRAU为编码变换单元，为UTRA与MSC提供连接。
它将RNC侧的ATM传输方式转换为TDM，从提供MSC所必需的电路连接。
MSC、HLR、VLR功能与GSM 网中相应网元的功能一致。
包交换部分的结构与GPRS结构相近：SGSN为UE提供移动性管理、路由选择等服务；GGSN主要是提供与外部数据网的接口；DNS即域名服务器，将域名翻译成相应的IP地址。
从网络结构可以看出UMTS 系统核心网络部分是基于GSM/GPRS网络的演进，保持了与GSM/GPRS系统的兼容性，可以提供现有GSM系统的相关服务。
核心网络可以将用户接入各种外部网络以及业务平台，如：电路交换话音网、包交换话音网（IP语音网）、数据网、Internet、Intranet、电子商务、短信中心等。
2．UMTS系统主要包括以下接口类型：
（1）B接口：MSC(VLR；
（2）D接口：MSC(HLR；
（3）E接口：MSC(MSC；
（4）Gc接口：GGSN(HLR；
（5）Gj接口：GGSN(外部数据网
（6）Gn接口：SGSN(GGSN；
（7）Gr接口：SGSN(HLR；
（8）Gs接口：SGSN(MSC/VLR；
（9）Uu接口：UE（用户设备）(BTS；
（10）lub接口：BTS(RNC；
（11）lur接口：RNC(RNC；
（12）lu接口：RNC与核心网络之间的接口，lu接口包括lu cs（电路交换lu接口）、lu ps（包交换lu接口）两种。
其中Uu接口、lub接口、lur接口、lu接口为UMTS系统的特有接口类型。
lub接口、lur接口、lu接口的传输协议均为ATM协议，且根据信息的类型采用ATM协议的不同层进行传输。
三、UMTS系统主要协议
1．UTRA系统的协议平台
UTRA系统的通用协议分为两个平面，即控制面协议、用户面协议。
控制面协议用于控制无线接入承载业务和用户设备与网络的连接(包括业务请求,控制不同传输源,切换等等)；用户面协议用于实现无线接入承载业务,例如：载着数据通过接入层等。
在UTRA系统中采用了四个新的应用部分信令协议：RANAP、RNSAP、NBAP和ALCAP。
RANAP（无线接入网络应用协议）用于RNC与核心网络的连接，它包括GSM系统BSSMAP协议。
该协议的主要功能有：RAB管理、透明传输NAS消息流程、寻呼、安全模式控制、位置信息报告等等。
RNSAP（无线网络子系统应用协议）用于RNC之间的连接。
该协议的主要功能有：无线链路管理、物理信道的重新配置、位置更新的实施等等。
NBAP（结点B应用协议）用于BTS与RNC之间的连接。
该协议的主要功能有：扇区配置管理；无线链路的监控、管理；普通信道、专用信道的测量；系统信息管理等等。
ALCAP（接入链路控制应用协议）定义了与用户面建立、释放传输承载的方式。
在lub、lur、lu cs接口上，用户数据通过ATM结构中的AAL2传送，此时需要建立控制机制，而在lu ps接口上，数据通过AAL5传送，则不需要建立控制机制。
2．核心网络信令协议
核心网络中采用了多种协议。
核心网络基础的传输机制采用了ATM/AAL5协议，ATM的上一层包括MTPS、IP地址两种协议，整个网络的各结点间既可以通过MTP3中的信令点进行寻址、又可以通过IP地址进行寻址。
SCCP层为上层RANAP协议中的面向连接业务提供支持。
RANAP协议的功能与UTRA系统中提高的功能相同，它适用于lu cs、lu ps两种接口。
TCAP、CAP/INAP、MAP 及用户部分（包括TUP、ISUP等）的协议与GSM系统中的协议功能相同。
UDP协议用于控制非面向连接的数据传输；GTP协议用于RNC与SGSN之间（lu ps接口）、SGSN与GGSN之间（Gn接口）IP信道的建立、释放、控制等功能。
UDP、GTP协议用于UMTS系统中数据功能的相关业务，它们都建立在IP协议的基础之上。
核心网络的协议体系保证了UMTS系统的高质量话音业务以及高速率数据业务的实现。