WCDMA
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。 WCDMA 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 UTRAN 。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：
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。
RAN 中则包含如下两个部分：
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 的所有业务的接入点。
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入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。为了给呼入 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 UMTS PLMN 与外部 CS 域网络连接处的交换设备，所有呼入和呼出的 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 ISDN 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 Internet 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 终端接入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 终端可以接入其他制造商设计的 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 的无线接入网可以包含一个或多个 RNS （无线网络子系统）。一个 RNS 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
RAN 的主要特征：
●支持 UTRA （即 UMTS 地面无线接入）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 RANPA 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，将无线接入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 接口间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。
RAN 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
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。
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分为无线网络层和传输网络层。所有 RAN 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控制协议建立。 RAN 与 UE 之间的承载分为 Iu 中的无线接入承载和 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 ，处于无线网络层水平面的控制协议对应层 L3 。
控制协议的信令承载与传输网络控制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，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 ALCAP 协议要求的 SAAL 协议）。
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 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。
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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。一个RNS包括一个RNC和一个或多个Node B。Node B通过Iub接口连接到RNC上，它支持FDD模式、TDD模式或双模。Node B包括一个或多个小区。
UTRAN内部，RNSs中的RNCs能通过Iur接口交互信息, Iu接口和Iur接口是逻辑接口。Iur接口可以是RNC之间物理的直接相连或通过适当的传输网络实现。
UTRAN结构如图2所示。
图2 UTRAN结构
Iu、Iur、Iub接口分别为CN与RNC、RNC与RNC、RNC与Node B之间的接口。图3所示为ＵＴＲＡＮ接口通用协议模型。此结构依据层间和平面间相互独立原则而建立。
图3 UTRAN接口通用协议模型
协议结构包括三层，无线网络层、传输网络层和物理层。所有UTRAN相关问题只与无线网络层有关，传输网络层只是UTRAN采用的标准化的传输技术，与UTRAN的特定的功能无关。物理层可用E1、T1、STM-1等数十种标准接口。
控制平面包括无线网络层的应用协议以及用于传输应用协议消息的信令承载。
在Iu接口的无线网络层是无线接入网应用协议（RANAP），它负责CN和RNS之间的信令交互。在Iur接口的无线网络层是无线网络子系统应用协议 （RNSAP），它负责两个RNS之间的信令交互。在Iur接口的无线网络层是Ｂ节点协议（NBAP），它负责RNS内部的RNC与Node B之间的信令交互。
在传输网络层三个接口统一应用ATM传输技术，3GPP还建议了可支持七号信令的SCCP、MTP及IP等技术。
应用协议在无线网络层建立承载。信令承载与ALCAP的信令承载可同可不同。信令承载由操作维护（Ｏ&M）建立。
用户平面包括数据流和用于传输数据流的数据承载。数据流是各个接口规定的帧协议。
传输网络控制平面只在传输层，它不包括任何无线网络控制平面的信息。它包括用户平面传输承载（数据承载）所需的ALCAP协议，还包括ALCAP所需的信令承载。传输网络控制平面的引入使得无线网络控制平面的应用协议完全独立于用户平面数据承载技术。
用户平面的数据承载和应用协议的数据承载属于传输网络用户平面。
R99核心网
为了第二代向第三代的平滑过渡和演进，目前R99核心网包括三个域，CS（电路交换）域、PS（分组交换）域和BC（广播）域，分别处理电路交换业务、 分组交换业务和广播组播业务。R99核心网的CS域指GSM的核心网，PS域指GPRS的支持节点。CS域处理传统的电路交换业务，每次通信需占用占用的 一些资源建立专用的一条链路，如语音业务；PS域处理分组交换业务，不需要建立专用链路，每个分组都自己找路由。R99核心网主要有以下一些设备：
●移动业务交换中心(MSC)：对位于它管辖区域中的移动台进行控制、交换的功能实体。
●服务GPRS支持节点（SGSN）：执行移动性管理、安全管理和接入控制和路由选择等功能。
●网关GPRS支持节点（GGSN）：负责提供GPRS PLMN与外部分组数据网的接口，并提供必要的网间安全机制（如防火墙）。
●拜访位置寄存器(VLR)：MSC为所管辖区域中MS呼叫接续所需检索信息的数据库。VLR存储与呼叫处理有关的一些数据，例如用户的号码，所处区域的识别，向用户提供的业务等参数。
●归属位置寄存器(HLR)：管理部门用于移动用户管理的数据库。每个移动用户都应在其归属位置寄存器中注册登记。
●鉴权中心(AUC)：为认证移动用户的身份和产生相应鉴权参数的功能实体。
另外，R99核心网还包括一些智能网设备和短消息中心等设备。
图4 R99核心网结构
R99核心网只是为2G向3G系统过渡而引入的解决方案，真正的WCDMA系统核心网是全IP核心网，目前在R4和R5标准中已制定了大致方案。
全IP核心网
全IP核心网体系结构基于分组技术和IP电话，用于同时支持实时和非实时的业务。此核心网体系结构可以灵活的支持全球漫游和与其它网络的互操作，诸如：PLMN、2G网络、PDN和其它多媒体VOIP网络。此核心网主要包括三部分：GPRS网络、呼叫控制和网关。
GPRS网络部分同R99 GPRS PS网络，而GPRS网络中HLR功能由归属用户服务器提供（HSS）。
网络结构中呼叫控制部分是最重要的功能。CSCF（呼叫状态控制功能）、MGCF（媒体网关控制功能）、R-SGW（漫游信令网关）、T-SGW（传输 信令网关）、MGW（媒体网关）和MRF（多媒体资源功能）组成了呼叫控制和信令功能。CSCF与H.323网守或SIP服务器相似。此体系结构是一个通 用结构而不是基于一个具体的H.323或SIP的呼叫控制解决方案。
用户特征文件被保存在HSS中。与多媒体IP网络通信的信令只能通过CSCF，而业务则直接通过GGSN就可。MRF与所有业务承载实体协调业务承载事宜，而与CSCF协商信令承载事宜。MRF提供媒体混合、复用以及其它处理和产生功能。
与其它网络（诸如PLMN、其它PDN、其它多媒体VOIP网络和2G继承网络GSM）的互联由GGSN、MGCF、MGW、R-SGW和T-SGW支 持。其它PLMN网络与本网的信令和业务接口是它们的GPRS实体。CSCF作为一个新的实体通过信令也参与此过程。到继承网络的信令通过R-SGW、 CSCF、MGCF、T-SGW和HSS，而和PSTN网络的业务承载接口通过MGW。
图5 全IP核心网结构
WCDMA系统的网络结构包括核心网和无线接入网两部分。对于核心网采取由GSM的核心网逐步演进的思路，即由最初的GSM的电路交换的一些实体，然后 加入GPRS的分组交换的实体，在到最终演变成全IP的核心网。这样可以保证业务的连续性和核心网络建设投资的节约化。而对于无线接入网，由于WCDMA 方式是完全不同与GSM的TDMA的无线接入方式，所以无线接入网是全新的，完全不同于GSM的基战子系统。所以WCDMA系统的无线接入网需要重新进行 无线网络规划和布站。