UMTS和GSM的架构（学习整理：LTE完全指南-LTE、LTE-Advanced、SAE、VolTE和4G移动通信）

HSPA：高速分组接入，（3.5G）                                            UMTS：通用移动通信系统，（3G）

EDGE：增强数据速率GSM演进，（2.75G）                          GPRS：通用分组无线业务，（2.5G）

GSM：全球移动通信系统，（2G）                                         PLMN：公共陆地移动网

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高层体系架构

UMTS和GSM共享公共网络体系架构，有三个主要组成部分，分别是核心网、无线接入网和用户设备。

          

                                             图1 UMTS和GSM的高层体系架构

 核心网包括两个域：电路交换域（CS）和分组交换域（PS）。

CS域传输那些不同网络运营商覆盖地理区域间的电话，与传统的固话通信系统是同一种方式。CS域与公共交换电话网（PSTN）通信，这样用户就可以打电话给固话以及其他网络运行商的电路交换域。电路交换域采用电路交换技术，为每个单独的电话呼叫预留了专用双向连接，以便以一个恒定的数据速率及最小的延迟传送信息。该技术有效但低效。

PS域传输用户与外部分组数据网（PDN）如互联网的数据流，例如网页与邮件。分组交换域采用分组交换技术。在该技术中，一个数据流被分成包，每个包都用所需的指定设备的地址来标记。在网络中，路由器读取输入的数据包并发送它们至对应目的地，且网络资源供所有用户共享。

无线接入网处理核心网与用户的无线通信。图1中实际有两个独立的无线接入网，即GSM EDGE无线接入网（GERAN）和UMTS陆地无线接入网（UTRAN）。它们共享同一个核心网。

用户的设备称为用户设备（UE），俗称移动台。UE通过空中接口（也被称为无线接口）与无线接入网通信。网络到移动台被称为下行链路（DL）或前向链路，移动台到网络被称为上行链路（UL）或反向链路。

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无线接入网的架构

             

                                          图2 UMTS陆地无线接入网的架构

图2所示为UMTS的无线接入网，其中最重要的组件是基站，被称为NodeB。一个标准的移动电话网络可能包含数千个基站。

小区：指一个领域。宏小区，一般在农村或城郊，提供广域覆盖至几千米；微小区适合居住密集的市区，可覆盖几百米；微微小区适用于大型室内环境，如办公楼，可覆盖至几十米。

空中接口：每个移动台与基站都是在特定的无线电频率传送信息，该频率称为载波频率。空中接口必须将基站与移动台的传输信息分离开来，在UMTS中，采用频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式。当一个移动台从网络的一部分移到其他部分，该过程需要切换技术使其停止与当前小区的通信转而开始与下一个小区通信。

无线网络控制器（RNC）将基站集合在一起，它们有两个主要任务。首先它们在基站和核心网之间传递用户的语音信息和数据包；其次它们借助用户看不见的信令信息去控制移动台的无线通信。一个典型的网络可包含几十个无线网络控制器，每一个控制器可以控制几百个基站。

GSM无线接入网有类似的设计，其基站称为基站收发台（BTS），控制器称为基站控制器（BSC）。

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核心网的架构

                        

                                                     图3 UMTS与GSM核心网的架构

如图3所示为核心网的内部架构。

在电路交换域，媒体网关（MGW）路由电话从网的一部分向另一部分呼叫，与此同时移动交换中心（MSC）服务器处理建立的信令信息，管理和拆除电话呼叫。它们分别处理两个早期设备即移动交换中心和拜访位置寄存器（VLR）的流量和信令功能。一个典型的网络只包含少量的每个设备。

在分组交换域，网关GPRS支持节点（GGSN）作为服务器与外部分组数据网络的接口。服务GPRS支持节点（SGSN）在基站和GGSN间路由数据，并且处理建立的信令信息，管理和拆除数据流。一个典型的网络可能只包含少量的每个设备。

归属用户服务器（HSS）是一个包含所有网络运营商用户信息的中心数据库，并且在两个网络区域间共享。它合并了两个早期组件的功能，其分别称为归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AuC）。