UMTS無線接入網技術概述

2019-11-03 18:45:17

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UMTS無線接入網技術概述（李健芳）摘要在對3GPP Release 99的UTRAN網絡結構作簡單介紹的基礎上，介紹了UTRAN的整體功能，對UTRAN各接口功能作了簡要的概述，最后闡述了全ip網絡方案是未來UMTS網絡發展的方向。關鍵詞 UMTS UTILAN WCDMA 一、引言移動通信經歷了第一代模擬系統和第二代蜂窩數字移動系統后，正向著以WCDMA為技術核心的第三代移動通信系統（3G）發展。UMTS是3GPP制定的第三代移動通信系統的協準，其原則是將無線接入網和核心網明確分開。核心網是在現有GSM／GPRS基礎上發展起水的，對GSM具有良好的繼承性，將提供更加強大的網絡承載能力和豐富的業務功能，諸如實時多媒體業務、寬帶數據業務等；UTRAN（UMTS Terrestrial accessNetwork）是將WCDMA技術應用到九線本地環路系統，WCDMA的優良特性有賴于UTRAN接口功能的允許實現，Release 99 UTRAN接口基于ATM分組技術，高效的ATM分組交換將極大地提高傳輸效率，提高網絡容量，為UTRAN之間以及UTRAN同UMTS核心網之間鏈路帶寬的按需配置提供了豐富的選擇。由于UMTS網絡基于分組交換技術，同時考慮到WCDMA的特性，整個系統容量將更大，性價比會更高。本文將就Release 99 UTRAN作簡單的概述，二、UTRAN網絡結構 Release 99 UMTS網絡由兩部分組成：一部分足UTRAN。另一部分是核心網絡CN，這兩部分通過Iu接口連接，核心網從邏輯上可分為電路交換域（CS）和分組交換域（PS）、CS域是UMTS的電路又換核心網，用于支持電路數據業務，PS域是UMTS的分組業務核心網，用于支持分組數據業務（GPRS）和一些多媒體業務。根據UTKAN連接到核心網邏輯域的不同，Iu可分為Iu－CS和Iu－PS，其中In－CS是UTRAN與CS域的接口，Iu－PS足UTRAN與PS域的接口，UTRAN包括多個無線網絡子系統RNS。無線網絡了系統又NS包括無線網絡控制器RNC和一個或多個基站NodeB，NodeB和RNC通過Iub接口互聯．在UTRAN內，不同的RNS通過Iur接口互聯，Iur可以通過RNC之間的直接物理連接或通過傳輸網連接。NodeB相當于GSM網絡中的基站收發信臺（BTS），它可采用FDD。TDD模式或雙模式工作，每個NodeB服務于一個無線小區，提供無線資源的接入功能。RNC相當于GSM網絡中的基站控制器（BSC），提供無線資源的控制功能。三、UTRAN功能概述 UTRAN的能力包括無線接入承載能力和無線接入承載控制，支持具有個問的業務和性能特性的無線資源連接的建立、重新協商和釋改，QoS屬性與承載屬性的重新協商可能由卜層請求或無線條件（切換、蜂窩負載的改動等）引起，也可由移動站或網絡發起。UTRAN將允許一個移動終端同時處理多個無線接入承載業務，每個無線接入承載業務可能有各自的速率和性能要求，但同時處理無線接入承載業務的數量將受到終端和網絡能力的限制，UTRAN還將支持廣播和組播應用的無線接入承載。 UTILAN具有下列業務量管理機制：在連接建立和重新協商時應用允許接入控制（CAC）；在連接建立后應用使用參數控制（UPC）。對于由具有不同UTILA模式的UTRAN一組成的UMTS網絡，蜂窩選擇和尋呼過程應允許業務區域由支持一種特定模式的蜂窩覆蓋或由支持多種模式的蜂窩覆蓋。UMTS網絡運營商的網絡應支持能處理一個或多個無線接入承載業務的移動終端的雙向切換，這種切換是在具有不同UTKA模式的兩個UTRAN蜂窩間進行的。另外，使用兩種不同UTILA模式的蜂窩間的切換應類似于同種模式間的切換。UTILAN還將支持一個移動終端的無線接入承載業務在UTKANr的蜂窩間無縫切換。 UTILAN應使 UMTS移動終端位置的確定更容易，可利用各種方法完成定位功能，如基于移動終端的定位、基于網絡的定位或混合定位結構。在各種無線環境下，最低的定位精度大約是50m。UTILAN應支持局部業務區域（LSA）的概念，這將使基于局部業務區域和用戶有關的無線資源選擇更容易。四、UTRAN接口 1．UTRAN無線接口（1）無線傳輸技術 3GPP確定UMTS地面無線接入（UTRA）包括兩種模式：非對稱頻帶的時分雙工（TDD），選用TDCDMA，對稱頻帶中的頻分雙工（FDD），采用WCDMA。WCDMA主要工作在覆蓋面積較大的區域，提供中。低速業務，而TD－CDMA則主要偏重于業務繁忙的地區，可以提供速率高達2Mbit/s的業務。這里僅就WCDMA進行討論。 WCDMA基本參數： ①WCDMA工作頻段：ETSI規定 1920～1980MHZ頻段分配給FDD上行鏈路，2110～2170MHz頻段分配給FDD下行鏈路，非對稱頻段的1900～1920MHz頻段分配給TDD雙工模式使用。 ②基本工作帶寬為5MHz，但其實際值可以200kHz為步長，根據需要可以在4.4～5.2MHz之間調整，基本帶寬可以擴展至10／20MHz。 ③基本擴頻碼速率4.096Mcps，它電可以擴展至8.192／16.384Mcps。 ④幀長10ms，每幀包含16個時隙，每時隙0.625ms，代表一個工控周期。 ⑤上行信道采用 QPSK調制，下行信道采用 BPSK調制。 ⑥功率控制采用開環+閉環自適應。在九線傳輸技術領域，我國自行研究提出了TDSCDMA，該方案將當今國際領先技術智能大線。同步C17MA和軟件無線電等融于其中，具有較高的頻譜利用率、較低的成本和較大的靈活性，很具競爭性。（2）無線接口協議無線Um接口分為三個協議層：物理層、數據鏈路居和高層。物理層為射頻接口部分，數據鏈路層則負責提供空中接口的各種邏輯信道，數據鏈路后又分為煤質接人控制層（MAC）和無線鏈路控制層（RLC）。MAC主要作用是定義和分配空中接口的各種邏輯信道，使這些信道能被不同的移動終端共享。RLC是基于HDLC的無線鏈路協議，主要作用是負責在高層的數據單元加上RLC地址、幀地址，生成完整的KLC幀，此外RLC還可實現點到多點的尋址和數據幀的重發控制。無線接口的邏輯信道分為兩類：公用信道和專用信道。 ①公共信道，用于多個用戶共事在網絡和移動終端間傳遞用戶信息或控制信息。公用信道又分為廣播控制信道（BCCH）、前向接入信道（FACH）、尋呼信道（PCH）、隨機接入信道（RACH）。BCCH是下行鏈路中用于傳輸廣播系統和小區的特殊控制信息的公共信道；FACH是下行鏈路中用于承載小區中控制信息和用戶短消息的公共信道，它要求系統知道移動終端所在的小區位置；PCH是下行鏈路的公共信道，當系統不知道移動終端的小區時，運載控制信息到移動終端；RACH是上行鏈路的傳輸信道，用于從移動終端運載控制信息，它也可運載短的用戶分組數據。 ②專用信道（DCH），用于分配給指定用戶在網絡和移動終端間傳遞用戶信息或控制信息。專用信道又可分為專用業務信道（DSCH）、旁路專用控制信道（SD－CCH）和輔助專用控制信道（ACCH）。 2．In接口 Release99 UTRAN連接到核心網電路交換部分的In接口稱為Iu－CS，連接到核心網分組交換部分的Iu接口稱為Iu－PS，這兩個接口有不同的信令和用戶數據連接。（1）Iu接口協議分成兩個平面： ①用戶平由協議，實現無線接入業務，即通過接入居傳送用戶數據。 ②控制平面協議，用于控制UE和網絡之間的無線接入載體和連接，包括請求的業務，控制不同的傳輸資源，切換和流量等，還包括NAS消息的透明傳輸。Iu接口的無線網絡信令由無線接入網絡應用部分RANAP構成，RANAP協議構成處理CN和UTRAN之間所有程序的機制，它也可以透明地在CN和UE之間傳送消息而不需要UTILAN解釋和處理。（2）Iu接口特性如下： ①信令承載傳送CN和RNC之間的信令消息使用SCCP。RANAP是SCCP的用戶功能模塊，使用SCCP的無連接和面向連接業務。 ②用戶數據承載 AAL2用作到CS的用戶數據承載，AAL2協議用于動態建立Iu接口到CS的AAL－2連接。GTP－U用作到PS的用戶數據承載。RANAP信令用于建立、修改和釋放到PS的GTP－U通道。（3）Iu接口主要功能： ①無線接入承載（RAB）的管理，包括RAB的建立、修改和釋放，RAB特性映射和RAB排隊、預清空和優先級功能。 ②無線資源管理功能，包括無線資源接入控制和廣播信息管理功能。 ③Iu鏈路管理功能，包括In信令管理、ATM虛連接管理、AAL2和AAL5連接建立和釋放管理、以及GTP－U隧道管理功能。 ④移動性管理功能，包括移動終端位置信息更新功能、RNC間的切換、服務RNS重定位、以及UMTS一GSM系統間切換功能。 ⑤安全功能，包括無線接口加密。加密鑰匙管理和用戶識別保密功能。 ⑥業務和網絡接入功能，包括核心網信令數據傳變速功能、數據量報告、移動終端跟蹤和位置報告。尋呼協調功能。 3． Iub接口（1）Iub接口傳遞的信息包括：與無線應用相關的信令，例如RNC和NodeB之間協商無線資源的信息，控制廣播信道和尋呼信道的信息、無線幀的數據流，包括DCH數據流、RACH數據流、FACH數據流、PCH數據流等無線數據流；上行鏈路幀的質量評估和同步數據。（3）Iub接口主要功能： ①NodeB的操作和維護及系統信息更新，系統信息由KNC發送給NodeB。 ②公共無線信道和專用無線信道的流量管理。 ③無線幀數據塊的宏分集合并／分裂和宏分集合并／分裂的拓撲控制。 ④軟切換判決。 ⑤NodeB硬件資源處理。 ⑥上下行信道的功率控制和允許接人控制。 4Iur接口（1）通常RNS分為服務RNS（ServeRNS）和漂移RNS（Drift RNS），DRNS通過提供無線資源支持SKNS。（2）Iur接口主要功能： ①數據流的合并和分離，對于DRNS和SRNS，此功能有所不向。DRNS執行其管理小區內數據流的合并和分離，SRNS執行來自或去往 DKNS的Iur接口數據流的合并和分離以及SRNS所管理小區內數據流的合并和分離。 ②合并和分離拓撲控制功能。 ③DRNS硬件資源的處理 ④物理信道的分配，該功能由DRNS實現 ⑤上行/下行鏈路功率控制功能 ⑥允許接入控制功能，該功能由DRNS實現五、UMTS發展趨勢語音和數據的統一處理和統一傳輸（IP）是通信技術發展的趨勢，目前ITU正在制訂基于全IP的Release 2000UMTS網絡方案，它將使UTRAN與固定分組數據網絡能更好地結合，與PSTN正向與IP骨干網結合的趨勢相一致。傳統意義上的移動網將僅局限于無線接網側，而UMTS核心網將最終與IP網融合形成統一IP網，這個統一IP網在提供寬帶分組數據業務的同時，以VOIP方式提供語音業務，IP將作為語音、數據、信令的統一載體，傳統的網絡實體功能將按層次分離，在IP網上通過構建邏輯獨立的信令處理服務器和業務應用服務器用于處理控制信令和業務，實現所謂的“業務/控制/交換”的邏輯分離。摘自《電信網技術》

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