WCDMA的系统结构浅析

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图２　Ｎ１Ｔｒ　ＤｏＣｏＭｏ推出ＦＯＭＡ业务的初始策略　

◆位置服务：移动定位服务一度认为是　

继短信之后的杀手级业务之一，但不管是在　

◆移动支付：移动支付并不是一个新鲜　

的话题，如Ｎ１－ｒ　ＤｏＣｏＭｏ的ＦｅｌｉＣａ智能卡业　

３Ｇ发达的日韩还是欧洲市场，其实际进展　务，中国移动和中国联通也都曾进行过移动　

都比较缓慢。主要原因在于应用缺乏、质量　

不高以及消费者需求还有待释放。在未来　

３Ｇ市场，随着社会信息化速度的提升，手机　

软硬件配置加强及我国私车普及率进一步　

提高，此项业务有望得到较大发展，而且发　

展大众用户和行业用户对运营商来说同等　

重要。　

支付业务试点工作。随着ＲＦＩＤ技术与手　

机的进一步结合，移动小额支付业务将迎来　

更大的发展空间，虽然该业务在商业运作模　

式和网络安全性上还有待完善。　

４、结束语　

３Ｇ时代的来临给我国通信运营商带来　

了巨大的市场空间，也为３Ｇ业务的发展提　

◆手机电视：电视服务一般适用于重大　

事件、体育赛事、娱乐新闻等转播。随着　

２００８奥运的到来，有望进一步加速其发展。　

供了更为广阔的舞台。３Ｇ业务得以成功开　

展的关键不仅在于运营商能够提供基本的　

语音和数据业务，更在于运营商能够找到合　

考虑到用户数量和空中带宽的有限性，３Ｇ　

运营商应采用广播或组播方式，而不应采用　

ＶＯＤ方式，这样将有效提升用户体验，开拓　

用户群体和市场空间。　

适的切人点，循序渐进的推出具有竞争力的　

差异化业务和高端应用业务，这些都有利于　

促成３Ｇ运营商实现差异化竞争战略，进一　

步提高我国３Ｇ运营商的竞争实力。　

ＷＣＤＭＡ的系统结构浅析　

万　璐　刘　阳　

一

、

ＷＣＤＭＡ技术特点　

多址技术，将用户数据和利用ＣＤＭＡ扩频　

码得到的伪随机序列即码片（ｃｈｉｐ）序列相　

乘，从而将用户信息扩展到较宽的带宽上　

ＷＣＤＭＡ技术具有下述主要特色：　

（１）ＷＣＤＭＡ物理层采用ＤＳ—ＣＤＭＡ　

・

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（可以根据具体速率要求，选用不同的扩频　

因子）。　

（２）ＷＣＤＭＡ支持ＦＤＤ／ＴＤＤ两种工作　

模式。其中ＦＤＤ要求为上下行链路成对分　

配频谱，而ＴＤＤ可以使用不对称频谱供上　

下行链路共享，因此从某种意义上说，ＴＤＤ　

可以更节省地使用频谱资源。　

（３）ＷＣＤＭＡ支持异步基站操作，网络　

侧对同步没有要求，因而易于完成室内和密　

集小区的覆盖。　

（４）ＷＣＤＭＡ采用１０ｍｓ帧长，码片速　

率为３．８４Ｍｃ／ｓ。其３．８４Ｍｃ／ｓ的码片速率　

要求上下行链路分别使用５ＭＨｚ的载波带　

宽，实际载波间距离的要求根据干扰的不同　

在４．４ＭＨｚ－－５ＭＨｚ之间变化，变化步长为　

２００ｋＨｚ。对于人口密集地带可选用多个载　

波覆盖。其１０ｍｓ帧长允许用户的数据速　

率可变，虽然在１０ｍｓ内用户比特率不变，　

但１０ｍｓ帧之间用户的数据容量可变。　

（５）ＷＣＤＭＡ在上下行链路均利用导频　

相干检测，扩大了覆盖范围。ＷＣＤＭＡ空中　

接口包括先进的ＣＤＭＡ接收机，它利用了　

多用户检测和自适应智能天线技术，这些手　

段可以较好地提高系统覆盖和容量。　

（６）ＷＣＤＭＡ允许不同ＱｏＳ要求的业　

务进行复用。　

（７）ＷＣＤＭＡ系统允许与ＧＳＭ网络共　

存和协同工作，支持系统间的切换。　

（８）ＷＣＤＭＡ在上行传输信号的包络中　

无周期性分量，故可避免音频干扰。　

二、ＷＣＤＭＡ的系统结构　

１．ＷＣＤＭＡ系统组成　

ＷＣＤＭＡ作为ＵＭＴＳ（通用移动通信系　

统）的实现，其系统体系结构与大多数第二　

代系统甚至第一代系统基本类似。ＷＣＤ．　

ＭＡ系统包括若干逻辑网络元素，逻辑网络　

元素可以按不同子网分类，也可以按功能来　

划分。　

功能上，逻辑网络元素可以分成ＵＥ　

（用户设备终端）、无线接入网（ＲＡＮ）和核　

心网（ＣＮ）。无线接入网也可以借用ＵＭＴＳ　

中地面ＲＡＮ的概念，因此又简称为ｕＴ－　

ＡＲＮ。其中ＲＡＮ处理与无线通信有关的功　

能。ＣＮ处理语音和数据业务的交换功能，　

完成移动网络与其他外部通信网络的互联，　

相当于第二代系统中的ＭＳＣ／ＶＬＲ／ＨＬＲ。　

ＵＥ和ＲＡＮ采用全新的ＷＣＤＭＡ无线技术　

规范，而ＣＮ基本上来源于ＧＳＭ。　

ＵＭＴＳ也可以分成若干个子网，子网之　

间可以独立工作，又可以协同工作，因而子　

网又叫做ＵＭＴＳ公众陆地移动网（ＰＬＭＮ）。　

不同运营商运营的ＰＬＭＮ之间可以互通，而　

且ＰＬＭＮ也可以与ＩＳＤＮ，ＰＳＴＮ，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ以　

及其他数据网络互通。图１给出了ＰＬＭＮ　

网络体系结构，图中包括ＰＬＭＮ网络的逻辑　

元素、内部元素连接以及与外部网络的连　

接。　

下面说明图１中的逻辑网络元素。其　

中ＵＥ包含如下两个部分：　

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图１　ＰＬＭＮ体系结构　

ＭＥ（移动设备）。它是通过空中无线　

接口Ｕｕ与Ｎｏｄｅ　Ｂ进行通信的无线终端。　

ＵＳＩＭ（ＵＭＴＳ用户识别模块）。它相当　

于ＧＳＭ终端中的ＳＩＭ智能卡，用于记载用　

户标识，可执行鉴权算法，并保存鉴权、密钥　

以及终端需要的预约信息。　

ＡＲＮ中则包含如下两个部分：　

．

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Ｎｏｄｅ　Ｂ（Ｂ结点）。它是在Ｉｕｂ和Ｕｕ接　

口之间传送数据的基站（ＢＳ），基站也参与　

部分无线资源管理。　

ＲＮＣ（无线网络控制器）。它控制辖区　

内的所有无线资源，是与之相连的基站的管　

理者。ＲＮＣ是ＲＡＮ提供给ＣＮ的所有业务　

的接人点。　

ＣＮ中包含的逻辑网络元素有如下几　

个：　

ＭＳＣ／ＶＬＲ（移动业务交换中心／访问位　

置寄存器）。移动交换中心ＭＳＣ和数据库　

ＶＬＲ为ＵＥ提供电路交换服务。ＭＳＣ用于　

完成电路交换业务，而ＶＬＲ用于保存漫游　

用户的服务特征描述副本，以及ＵＥ在服务　

系统中精确的位置信息。通过ＭＳＣ／ＶＬＲ　

连接的外部网络称作ＣＳ域网络。　

ＨＬＲ（归属位置寄存器）。这是一个位　

于用户本地的系统数据库，它保存了用户服　

务特征描述的主备份。这些服务的特征描　

述包括允许的业务信息、禁止漫游的地区和　

补充业务信息（如呼叫前转状态和呼叫前　

转数量）。此数据库在新用户向系统注册　

人网时为用户创建初始化数据，创建后的数　

据在用户接收服务期间始终存在。为了给　

呼人的用户找到路由并连接到目的ＵＥ，　

ＨＬＲ还在ＭＳＣ／ＶＬＲ和ＳＧＳＮ中保存ＵＥ的　

位置信息。　

ＧＭＳＣ（移动业务交换中心网关）。这　

是ＵＭ　ＰＬＭＮ与外部ＣＳ域网络连接处的　

交换设备，所有呼人和呼出的ＣＳ连接均需　

要经过ＧＭＳＣ。　

ＳＧＳＮ（服务ＧＰＲＳ支撑节点）。它与　

ＭＳＣ／ＶＬＲ的功能类似，只不过它仅用于分　

组交换（ＰＳ）业务。通过ＳＧＳＮ连接的外部　

网络称作ＰＳ域网络。　

ＧＧＳＮ（ＧＰＲＳ支持节点网关）。它与　

ＧＭＳＣ的功能类似，不过它仅用于分组交换　

・

１　２・　

业务。　

图１中的外部网络包括如下两个部分：　

ＣＳ域网络。它提供电路交换如现有电　

话业务的连接。ＣＳ域网络包括ＰＳＴＮ和ＩＳ．　

ＤＮ等。　

ＰＳ域网络。它提供数据分组交换如现　

有数据上网业务的连接。ＰＳ域网络包括　

Ｉｎｔｅｍｅｔ和Ｘ．２５等。　

３ＧＰＰ规范并没有对上面描述的逻辑网　

络元素的内在功能作具体详细的说明，但是　

对逻辑网络元素之间的一些接口作了详细　

定义。ＰＬＭＮ网络主要的开放接口如下：　

Ｃｕ接口：它是ＵＳＩＭ智能卡和ＭＥ之间　

的电子接口，遵循智能卡的标准格式。　

Ｕｕ接口：它是ＷＣＤＭＡ的无线接口，是　

ＵＥ终端接人系统固定网络的必需接口。　

ＵＭＴＳ　Ｕｕ接口的开发性可以保证不同制造　

商设计的ＵＥ终端可以接人其他制造商设　

计的ＲＡＮ中。　

Ｉｕｂ接口：它是连接Ｎｏｄｅ　Ｂ与ＲＮＣ的　

标准接口。制定开放的Ｉｕｂ接口就是为了　

保证不同移动通信设备制造商生产的Ｎｏｄｅ　

Ｂ和ＲＣＮ之间可以互联互通，使运营商单　

独购置Ｎｏｄｅ　Ｂ和ＲＮＣ设备成为可能。　

Ｉｕｒ接口：它是ＲＮＣ之间的接口，开放　

的Ｉｕｒ接口允许不同设备制造商生产的　

ＲＮＣ之间可以进行软切换。　

Ｉｕ接口：它是连接ＲＡＮ与ＣＮ之间的　

标准接口，类似于ＧＳＭ网络中的Ａ接口　

（电路交换）和Ｇｂ（分组交换）接口。开放　

的Ｉｕ接口允许运营商购置不同设备制造商　

生产的ＲＡＮ和ＣＮ设备铺设网络，这样有　

利于造成设备制造商之间的竞争。开放的　

Ａ接口和Ｇｂ接口也是ＧＳＭ成功的原因。　

２．ＲＡＮ结构　

ＷＣＤＭＡ的无线接人网可以包含一个　

或多个ＲＮＳ（无线网络子系统）。一个ＲＮＳ　

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可理解为ＲＡＮ内的一个子网，它包含一个　

ＲＮＣ和一个Ｎｏｄｅ　Ｂ集合。不同ＲＮＳ中的　

ＲＮＣ通过Ｉｕｒ接口互联，而ＲＮＳ内部的　

ＲＮＣ通过Ｉｕｂ接口与Ｎｏｄｅ　Ｂ建立物理连　

接。ＲＮＳ内部和外部的连接关系如图２所　

示。　

图２　ＲＮＳ内外部连接关系　

ＡＲＮ的主要特征：　

●支持ＵＴＲＡ（即ＵＭＴＳ地面无线接　

人）及真相关的所有功能。例如，要求支持　

软件切换以及ＷＣＤＭＡ特定的无线资源管　

理算法。　

●尽可能与ＧＳＭ兼容。　

●最大限度地兼容ＣＳ域和ＰＳ域的处　

理。一方面，他们共用空中接口协议栈；另　

一

方面它们使用同一接口从ＲＡＮ连接到　

ＣＮ。　

●使用ＡＴＭ作为主要的传输机制，同　

时考虑传输网络向ＩＰ网络的过渡。　

在ＷＣＤＭＡ系统中，逻辑网络元素无　

线网络控制负责ＲＡＮ无线资源管理。ＲＮＣ　

通过ＭＳＣ或者ＳＧＳＮ与核心网相连，并负　

责终止ＵＭＴＳ　ＷＣＤＭＡ的空中接口协议。　

ＲＮＣ在逻辑上相当于第二代系统中的　

ＢＳＣ。　

我们将控制一个基站的ＲＮＣ叫做控制　

ＲＮＣ（ＣＲＮＣ），ＣＲＮＣ与所控制的基站之间　

必须有直接的物理连接。ＣＲＮＣ负责终止　

所控制的基站Ｉｕｂ协议接口，并负责所有控　

制小区的接纳控制和拥塞控制。另外，　

ＣＲＮＣ还要完成控制小区中新建无线连接　

的码字分配。　

如果一个移动用户连接到无线接入网　

时需要使用多个ＲＮＳ资源，那么可以从逻　

辑功能上将涉及到的ＲＮＣ分成两类，一类　

叫做服务ＲＮＣ（ＳＲＮＣ），另一类叫做漂移　

ＲＮＣ（ＤＲＮＣ）。　

一

个移动用户的ＳＲＮＣ负责终止用户　

无线数据的传送，以及Ｉｕ连接的ＲＡＮＡＰ信　

令。Ｉｕ接口连接是ＣＮ与ＲＡＮ之间的连　

接，因而Ｉｕ接口的ＲＡＮＡＰ信令连接简称为　

ＡＲＮＰＡ连接。ＳＲＮＣ也负责终止无线资源　

控制（ＲＲＣ）信令，ＲＲＣ是ＵＥ与ＲＡＮ之间　

的信令协议。在实际系统设计中，空中无线　

接口的Ｌ２处理也在ＳＲＮＣ中完成。ＳＲＮＣ　

需要完成ＲＡＮ内部的无线资源管理操作，　

例如，将无线接人承载参数转化为控制传输　

信道参数、切换判决或者外环功率控制。　

ＳＲＮＣ在大多数情况下作为基站的ＣＲＮＣ　

存在。　

针对一条无线连接而言，除ＳＲＮＣ之外　

的其他所有ＲＮＣ都是ＤＲＮＣ。ＤＲＮＣ负责　

控制移动用户使用的小区。在某种情况下，　

ＤＲＮＣ也可以进行宏分集的合并和分裂。　

只有ＵＥ在使用公共或者共享传输信道时，　

ＤＲＮＣ才进行用户平面数据的Ｌ２处理，否　

则仅在Ｉｕｂ和Ｉｕｒ接口问透明地为数据选择　

路由。一个ＵＥ可以有一个和多个ＤＲＮＣ，　

也可以没有。　

ＡＲＮ中的基站又叫Ｎｏｄｅ　Ｂ，它主要完　

成空中接口的Ｌ１处理，以及很小部分的Ｌ２　

处理。Ｌ１处理分为码片级处理和符号级处　

理，需要完成扩频／解扩、速率匹配以及信道　

编码与交织等。另外，基站也需要执行部分　

关键的无线资源管理操作，例如，执行内环　

．

１　・　

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功率控制动作。ＲＡＮ中的基站在逻辑上对　

应于第二代系统中的ＢＴＳ。　

３．ＲＡＮ接口模型　

样以后可根据需要修改协议结构中的一部　

分，而保持其他部分不变。图３给出了　

ＲＡＮ接口的通用协议模型，由图可见，ＲＡＮ　

接口协议的设计是根据通用的协议模型进　

行的。　

ＲＡＮ接口的通用协议模型基于这样的　

原则，各层和各平面在逻辑上保持独立，这　

图３　ＲＡＮ接口的通用协议模型　

ＲＡＮ接口的通用协议模型在水平方向　络层水平面的控制协议对应层Ｌ３。　

分为无线网络层和传输网络层。所有ＲＡＮ　控制协议的信令承载与传输网络控制　

的相关内容仅在无线网络层体现。而传输　

网络层使用标准的传输技术，如ＡＴＭ，ＩＰ。　

ＲＡＮ在引用传输技术时完全保持其原有特　

征，不针对ＲＡＮ作任何特定修改，这也是　

ＷＣＤＭＡ移动通信系统充分使用现有传输　

网络基础设施的体现。　

ＲＡＮ接口的通用协议模型在垂直方向　

分为控制平面、用户平面、传输网络控制平　

平面的信令承载可以相同，也可以不同。控　

制协议的信令承载总是通过操作维护　

（ＯＡＭ）动作建立。　

用户平面用于实现所有接口的媒体流　

传输，它不仅包含应用媒体协议，如ＣＣＨ　ＦＰ　

和ＤＣＨ　ＦＰ，还包含媒体协议的数据承载。　

用户收发的所有信息，例如，话音呼叫　

中已编码的话音或者数据流业务中的分组，　

面以及传输网络用户平面。　

控制平面用于实现所有接口的控制信　

令，它不仅包含应用控制协议，如Ｉｕ口的　

ＲＡＮＡＰ，Ｉｕｒ中的ＲＡＳＡＰ，以及Ｉｕｂ中的　

ＮＢＡＰ，还包含应用控制协议的信令承载。　

ＲＡＮ与ＵＥ之间的承载由控制平面的　

都通过用户平面传输。　

用户平面的媒体协议主要处理数据流　

的帧，因此称为帧协议（ＦＰ）。ＦＰ分为公共　

信道ＦＰ和专用信道ＦＰ。　

传输网络控制平面服务于传输网络层　

的所有控制信令，它不包含任何无线网络层　

控制协议建立。ＲＡＮ与ＵＥ之间的承载分　

为Ｉｕ中的无线接人承载和Ｉｕｒ／Ｉｕｂ中的无　

线连接。　

在控制平面的三层结构中，物理层和信　

令承载分别对应层Ｌ１和层Ｌ２，处于无线网　

．

信息。它包括用于建立用户平面内数据传　

输承载的承载信令控制协议（如建立ＡＴＭ　

数据传输承载的ＡＬＣＡＰ协议），同时也包　

括信令控制协议需要的信令承载（如ＡＬ一　

ＣＡＰ协议要求的ＳＡＡＬ协议）。　

１　４・　

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逻辑上，传输网络控制平面位于控制平　

面和用户平面之间。它的引入使控制平面　

面数据承载的建立过程。然而，承载信令控　

制协议并不用于所有类型的数据承载上，如　

的控制协议与用户平面中的媒体协议所采　

用的承载技术之间完全独立成为可能。例　

果承载信令控制协议不再存在，那么传输网　

络控制平面就没有存在的必要。在这种情　

如，控制协议的信令承载可以使用ＡＡＬ５等　

可靠的适配技术，而媒体协议的数据承载则　

可采用ＡＡＬ２等实时性较高的适配技术。　

应用传输网络控制平面时，用户平面中　

数据承载的传输承载可以按如下方式建立：　

首先，控制平面的控制协议通过信令分析发　

现有建立数据承载的要求；其次，控制协议　

通过传输网络控制平面的承载信令控制协　

议（如ＡＬＣＡＰ）引发数据承载的建立。　

一

况下，要使用预先配置的数据承载。　

承载信令控制协议不一定与控制协议　

具有相同的信令承载。３ＧＰＰ规范推荐承载　

信令控制协议总是使用操作维护（ＯＡＭ）动　

作建立，但是对建立的细节没有规定。　

前面讲到的控制平面的信令承载和用　

户平面的数据承载都属于传输网络用户平　

面。传输网络用户平面的数据承载在实时　

操作期间由传输网络控制平面直接控制。　

但是，传输网络用户平面在为控制平面的控　

制协议建立信令承载时必须受操作维护　

（ＯＡＭ）控制。　

般来说，承载信令控制协议特定于用　

户平面技术要求。控制平面和用户平面的　

独立性要求承载信令控制协议参与用户平　

欧美３　Ｇ业务市场初见曙光　

赛迪顾问电信咨询总监　绎明宇　

一

、

欧洲３Ｇ用户市场开始放量增长　

重创。另一方面，３Ｇ的市场前景仍需得到　

进一步确认。目前３Ｇ业务市场的需求仍　

显不足，大约只有６％的移动用户有３Ｇ需　

欧美３Ｇ业务市场的主力在欧洲。欧　

洲是全球手机平均普及率最高的一个地区，　

初期对３Ｇ的发展热情也比较高。然而，欧　

求，而通常要使这一比例达到３３％时，运营　

商才能实现盈亏平衡。欧洲的３Ｇ业务从　

内容和种类来说，与日韩的业务比较并没有　

洲的大部分移动运营商却迟迟不肯推出３Ｇ　

服务，造成这种局面的主要原因是巨额许可　

证费和投资费用的支出使它们再也不敢轻　

易推出有可能为它们带来沉重经济负担的　

太大的差异，但从业务收入贡献来说，则有　

很大的差距。这主要与欧洲移动运营商所　

采取的３Ｇ业务定位有关。在西欧３Ｇ市　

新业务。据统计，欧洲的电信公司光在３Ｇ　

频段拍卖中就花掉了１０００亿美元。据统　

计，整个欧洲电信业在２０００年年底的债务　

总额高达２５ｌＯ亿欧元，德国、英国、法国、荷　

场，运营商推出的３Ｇ业务包括视频电话、　

位置定位、移动电视、电子邮件、高速互联网　

接人以及图片传输等，因为欧洲３Ｇ业务的　

主要用户群设定在高档商务用户上。例如，　

Ｖｏｄａｆｏｎｅ的ＷＣＤＭＡ网络也已经开通，但由　

于存在手机性能与供应问题，目前仅提供　

・

兰等国电信公司的资本负债率达到　

１２０％－２ｌＯ％。可见，发展３Ｇ的正面效果　

尚未出现，而负面效果已经使一些企业受到　

ｌ　５・