作者：孔令萍 易学明 王燕川 张琳峰 编著
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
第三代移动通信网络管理试读：
前言
目前中国的移动通信网络是2G和3G并存的混合网络，其复杂性体现在网元设备和接口的多样性、面向业务前端的管理需求的多样性等多个方面，如何进行有效的网络管理并持续网络优化将是一个长期的主题。本书从工程和实践的角度，对3G网络管理进行了比较深入的研究和探讨，希望本书的内容能对读者有所启发和帮助。
全书共分9章。
第1章对3G网络的标准和技术作了概要阐述，介绍了3G技术标准的发展和演进过程，对国内现行的3种制式的3G网络以及IMS网络、业务网络进行了基本介绍。
第2章概要介绍了3G网络管理的基本原理，包括3G网络管理的管理范围和基本架构、3G网络管理标准的进展以及管理功能概述等。
第3～5章重点介绍了3G网络管理的主要功能，包括配置管理、故障管理、拓扑管理、性能管理、操作维护支持和版本管理等基本功能，同时也对面向业务、面向前端的网络管理功能以及网络优化管理功能需求进行介绍、研究和探讨。
第6章介绍了3G网络演进对网络管理的影响。
第7章介绍了3G网络管理接口及其标准。
第8章介绍了怎样从eTOM角度看3G网络运营管理。
第9章是关于对3G网管系统的建设和部署的研究和探讨，提出了在3G网管系统建设中需要特别重视和关注的几个问题，对网管系统的建设原则和建设方案进行了介绍，如OMC系统、无线附属设备综合管理系统、网优系统、集中网管系统、业务网管系统、业务拨测系统的建设等。
在本书的编写过程中，孔令萍负责全书的整体框架设计和内容的掌握并负责全书的审校工作，易学明负责全书的汇总编辑和第3～7章及第9章的编写，王燕川负责全书的审校、编辑以及第2、8章的编写，张琳峰负责第1章的编写，赵旭参与了第3章的编写，熊尚坤参与了第9章的编写。本书的编写还特别得到了中国电信股份有限公司广州研究院有关领导和专家的大力支持和协助，在此表示衷心的感谢！
限于作者的水平，书中难免有不妥或错误之处，恳请读者批评指正。第1章3G概述
3G（3rd Generation）指第三代移动通信，用于区别第一代模拟移动通信技术和第二代数字移动通信技术（GSM、CDMA等），国际电联（ITU）称其为IMT-2000系统家族。
IMT-2000系统由核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM）4个功能子系统组成（如图1-1所示），并包括网络间接口（NNI）、无线接口（MT-RAN）、无线接入网与核心网间的接口（RAN-CN）和用户识别模块与移动台间的接口（UIM-MT）4个标准接口。其中，MT-RAN接口指的就是WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等第三代无线技术，RAN-CN接口相当于第二代移动通信系统的A接口，NNI是保证IMT-2000系统不同家族成员间的网络互联互通和漫游的接口。图1-1 IMT-2000功能模型
通常所说的WCDMA系统、CDMA2000系统、TD-SCDMA系统指的是既包含了无线技术，也包括了网络技术和业务的整体系统。其中，WCDMA起源于欧洲和日本，主要考虑从现有的GSM网络向3G的演进。CDMA2000由美国高通公司提出，主要考虑从窄频CDMA One系统向3G的演进，最早在韩国得到商用。在中国，CDMA2000也是第一个得到全网商用的3G系统，在2008年10月由中国电信从中国联通收购并接手运营。TD-SCDMA是由中国大唐电信提出的具有自主知识产权的3G标准，目前在国内多个城市已经开通，由中国移动运营，中国联通运营的是WCDMA系统。
在简要介绍了3G系统的概念及其在中国的应用现状后，本章将从3G网络的技术标准演进开始，逐步引入对3G网络的介绍，以使读者对3G网络的结构、接口、协议和功能有较全面的理解。1.1 3G技术标准的演进
总体上来说，3G技术标准主要由3GPP和3GPP2这两个全球标准协作组织制定。
3GPP的全称为Third Generation Partnership Project，负责WCDMA/TD-SCDMA的规范制定，主要成员包括ARIB、ETSI、T1、TTA和TTC等组织。3GPP的技术规范制定组包含无线接入网、核心网、终端、业务和系统4个小组。（1）无线接入网小组负责的技术范围有Layer 1、Layer 2、Layer 3规范，Iub、Iur接口规范，UTRAN操作维护需求，基站的无线性能规范和一致性测试规范等。（2）核心网小组负责的技术范围有移动性管理、呼叫控制、核心网内网元间信令、网际互联的定义、Iu接口规范、核心网操作维护需求以及与分组业务相关的一些问题。（3）终端小组主要负责制定业务能力协议、消息、端到端互联、移动终端接口和终端的一致性测试等。（4）业务和系统小组主要负责业务能力、系统架构、端到端传输原理的定义、计费、网络管理和安全等。
3GPP2（The Third Generation Partnership Project 2）是一个类似于3GPP的协作组织，负责CDMA2000的规范制定，目前吸收了北美和亚洲的5个标准化组织参与合作，我国的CCSA（China Communications Standards Association）也是该组织的成员，其余成员有来自日本的ARIB和TTC、来自北美的TIA和来自韩国的TTA。3GPP2内部也由以下4个小组具体制定技术规范：（1）TSG-A主要负责制定无线接入网的技术标准；（2）TSG-C主要负责制定CDMA2000的无线技术标准；（3）TSG-S负责系统和业务方面；（4）TSG-X负责核心网的技术标准。
这两大标准化组织分别制定了不同的 3G 技术标准演进路线：3GPP 的演进路线为WCDMA/HSPA→LTE，对应的核心网是EPC；3GPP2的演进路线为CDMA 1X/HRPD→UMB，对应的核心网是 CAN。下面将对这两条演进路线所对应的技术标准情况分别介绍。1.1.1 WCDMA/HSPA向LTE的技术标准演进
3GPP制定的WCDMA标准版本分为R99、R4、R5、R6及后续版本，如图1-2所示。
不同版本的技术标准演进情况如下：（1）考虑到第二代 GSM 系统的应用情况和话音业务在一定时期内占优势的现状，R99采用基于GSM/GPRS MAP的核心网络，引入新的WCDMA无线接入网络。（2）R4版本在核心网上的主要特性是电路域（CS域）的呼叫与承载的分离，将 MSC分为MSC服务器（MSC Server）和媒体网关（MGW），使呼叫控制和承载完全分开，初步具备了下一代网络的模型。同时核心网内的No.7信令传输支持基于MTP、IP或ATM的不同方式传输，而核心网分组域没有明显变化。（3）从3GPP R5版本开始，移动通信网络逐步向全IP的网络结构演进，R5版本提出了一个新的子系统——IP多媒体子系统（IMS）。IMS是在承载网络的基础上叠加的网络，用户通过无线接入网和3G核心网的分组域（PS域）接入IMS。R5版本主要定义了IMS架构、网元功能、接口与流程、SIP协议要求、编址、QoS、安全和计费等方面的内容。该版本于2002年6月被冻结。R6版本主要是在R5的基础上进一步完善而成的，该版本于2004年12月被冻结。目前R7和R8版本加强了对固定、移动融合的标准化制定，增加IMS对xDSL、Cable等固定接入方式的支持，具体规范还在制定中。图1-2 3GPP版本情况及被冻结时间（4）随着用户对多业务需求的不断增加，WCDMA标准在不同的版本中引入很多新业务，使业务向多样化、个性化方向发展，代表性的有虚拟归属环境（VHE）概念、引入基于IMS的多媒体补充业务等。（5）中国大唐公司提出的TD-SCDMA标准建议经过在3GPP内的TDD/FDD标准融合工作，于2001年3月正式纳入3GPP的R4标准。从此TD-SCDMA标准体系、网络架构和演进路线同WCDMA基本一致。
1.LTE
高速分组技术（HSPA）作为WCDMA技术的增强型技术，实现了移动通信技术向更高数据传输速率的演进，分为高速下行链路分组接入（HSDPA）和高速上行链路分组接入（HSUPA）。3GPP在R5版本引入下行链路增强技术，即HSDPA技术，可在5MHz的信道带宽内提供最高14.4Mbit/s的下行数据传输速率。随后，3GPP又在R6版本引入了上行链路增强技术，即HSUPA技术，可在5MHz信道带宽内提供最高5.8Mbit/s的上行数据传输速率。作为3G演进不可或缺的一个环节，HSPA为WCDMA向更高数据传输速率和更高容量升级提供了一条平稳的演进途径。
3GPP长期演进（LTE），是由3GPP定义的下一代高速无线技术，是以OFDM/FDMA为核心的无线技术。LTE包括以下主要的性能目标：（1）在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率；（2）改善小区边缘用户的性能；（3）提高小区容量；（4）降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；（5）支持100km半径的小区覆盖；（6）能够为350km/h高速移动用户提供高于100kbit/s的接入服务；（7）支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25～20MHz的多种带宽。
TD-SCDMA的演进也可以分为短期演进和长期演进。短期演进主要是为支持高速数据业务提出的HSPA技术，分别在R5版本和R7版本中定义了HSDPA和HSUPA技术。长期演进（TD-LTE）则是基于OFDM的技术，下行采用OFDMA、上行采用SC-SFDMA，大多数的技术特点是用于增强系统性能的，如使用 MIMO、OFDM、灵活的带宽选择和分布式无线接入网络等，其目标是在 20MHz 的带宽内下行峰值速率可达 100Mbit/s，上行可达50Mbit/s。
2.EPC
3GPP在开展LTE研究工作的同时，启动了面向全IP的分组域核心网的演进项目SAE （System Architecture Evolution），R8版本后改为EPS（Evolved Packet System）。EPS的目标是“制定一个以高数据率、低延迟、高安全和QoS、数据分组化、支持多种无线接入技术为特征的具有可移植性的系统框架结构”。3GPP的EPS项目是基于未来移动通信的全IP网络而发起的，主要集中于分组域承载。
EPS的主要思想是定义了一个新的核心网络架构——EPC（Evolved Packet Core network），用于简化现有移动分组网络架构，通过网元整合和功能的重新划分减少业务处理的中间环节，实现网络架构的扁平化。LTE与EPC之间有着紧密的联系，共同促进了3GPP的系统整体演进。在无线网络接口技术呈现出多样化、同质化特征的条件下，满足未来发展趋势的网络架构将使运营商在未来更有竞争力，用户不断变化的业务需求也将得到较好的满足。
EPS的工作目标如下：（1）性能提高，减少时延，提供更高的用户数据速率，提高系统容量和覆盖率，减少运营成本；（2）核心网简化，可以针对现有或者新的接入技术，实现基于IP网络的移动性管理功能的灵活配置和实施；（3）基于IP业务和服务的优化，优化IP传输网络和服务性能，在未来10年或者更长一段时间确保3GPP系统的竞争力；（4）对各种不同接入网络如 LTE、HSPA/HSPA+、非3GPP接入等的支持，并简化它们之间的切换流程。
EPS的工作主要在3GPP SA WG2开展，计划于3GPP R8内完成。3GPP对EPS这一阶段的工作制订了详细的计划表，并且和LTE的工作计划基本同步。
总之，3GPP为WCDMA系统制定的整体演进方向为：网络结构向全IP化发展，业务向多样化、多媒体化和个性化方向发展，无线接口向高速传送分组数据发展，小区结构向多层次、多制式覆盖发展。1.1.2 CDMA2000 1x/HRPD向UMB的技术标准演进
3GPP2制定的CDMA2000技术标准版本分为CDMA2000 1x、1x EV-DO、1x EV-DV阶段。CDMA2000技术标准演进状况如下：（1）CDMA2000 1x。
1999年发布Release 0版本，2000年发布Release A版本，目前在全球已经有30多个商用网络在运行。CDMA2000 1x由CDMAOne（其技术核心是IS-95标准）发展而来，它采用了众多的新技术，因而系统容量和性能相对于CDMAOne系统有较大的提高。CDMA2000的目标是进一步提高话音容量；提高数据传输效率；支持更高数据速率；降低移动台电源消耗，延长电池寿命；消除对其他电子设备的电磁干扰（EMI）；使用更好的加密技术；后向兼容CDMAOne等。CDMA2000 1x主要包括以下新特性：
①多种射频信道带宽；
②前向快速功率控制；
③前向链路发射分集；
④反向相干解调；
⑤辅助导频信道。（2）CDMA2000 1x EV-DO。
为了提高CDMA2000 1x的数据传输速率，3GPP2推出了CDMA 1x EV-DO（也称为HRPD-HighRate Packet Data）技术，该技术主要用来支持数据业务。CDMA2000 1x EV-DO相关的标准包括：
空中接口（C.S0024）；
A接口（A.S0007）；
性能标准（C.S0032，C.S0033）。
CDMA2000 1x EV-DO目前正式发布的有0版本、A版本和B版本。CDMA2000 1x EV-DO Rev.A版本在1.25MHz带宽内可以提供最高3.1Mbit/s的下行数据传输速率。相对于EV-DO Rev.0来讲，EV-DO Rev.A增强了前向链路数据传输能力，针对各种实时IP业务及应用进行了专门的设计和优化，可以有效支持广播、VoIP、可视电话、在线游戏和实时多媒体业务等。目前，EV-DO Rev.A已经获得商用，简称为DoA。（3）CDMA2000 1x EV-DV。
CDMA2000 1x EV-DV相关的标准包括：
A接口（IOSV5.0）；
空中接口（CDMA2000 Release C，CDMA2000 Release D）。
2001年10月3GPP2决定采用L3NQS的架构作为CDMA2000 1x EV-DV的架构。
1x EV-DV 空中接口的第一个版本 CDMA2000 Release C 已经在 2002年 5月 31 日由3GPP2完成并发布，该版本主要解决了1x EV-DV前向链路的一些关键问题。由于遵循EV-DV标准的产品很少，业界的重点发展方向反而是EV-DO。（4）CDMA2000 核心网的技术演进。
CDMA2000 核心网的演进与无线接入网的演进是独立进行的。核心网的演进可划分为Phase 0、Phase l、Phase 2和Phase 3共4个阶段，如图1-3所示，而每个阶段又可细分为几个步骤（Step）。图1-3 CDMA2000核心网演进阶段
其中，Phase 0是基于电路交换的传统网络，接入网基于IOS 4.1，空中接口基于CDMA2000，核心网基于TIA/EIA-41。
Phase l就是经常说的CDMA2000 1x，核心网络标准主要为ANSI-41系列，其主要功能包括三大类：系统间切换、自动漫游和系统间的操作管理与维护。此外，还有一些标准主要用于完善CDMA移动通信网络的业务功能，如数据业务、计费、无线智能网（WIN）等方面的标准，共同构成了庞大的网络接口标准体系。
IS-657：用于描述分组数据业务；
IS-99：有关传真和异步数据业务的标准；
IS-707：包括无线链路协议RLP、传真、异步数据及分组数据等各种业务；
IS-658：描述网络互通功能IWF；
IS-124：计费类标准；
IS-771：无线智能网第一阶段的标准；
PN4287：描述了基于无线智能网的预付费标准；
PN4289：用于无线智能网第二阶段的标准。
Phase 2对应于LMSD（Legacy MS Domain），是一个承前启后的阶段，它既提供对传统MS域的支持，又是向ALL-IP演进的第一步。在Phase 2中，信令和承载分离、接入网和核心网独立演进的原则已经显现。Phase 2又细分为Step 1、Step 2。具体而言，在Step 2中，2G网络的MSC/VLR分裂为移动交换中心仿真（MSCe）、媒体网关（MGW）和媒体资源功能处理器（MRFP）这3个网元，支持RTO和TrFO操作，把声码器从BSC移到MGW 中；另外还新增了HLRe、SCPe网元，完成包括2G BSS和3G BSS（RNC）的接入，实现与PSTN、PLMN以及IP网的互通，提供对传统MS业务的支持等。
Phase 3对应于MMD（Multimedia Domain），该阶段以实现基于IP的空中接口为标志，而最终达到全网实现基于IP传输。它采用分层网络架构，通过IMS实现控制与承载相分离，两者的发展完全独立，并在各功能实体之间提供开放的接口。
1.UMB
CDMA发展组织（CDG）和3GPP2于2007年9月发布了超移动宽带（UMB）空中接口规范。UMB是CDMA2000系列标准的演进升级版本，也就是继EV-DO Rev.A/B之后的Rev.C，是3GPP2进行的AIE第二阶段的工作。为兼容CDMA2000 1x和1x EV-DO系统，UMB支持与现有CDMA2000 1x和1x EV-DO系统进行跨系统的无缝切换。
UMB基于正交频分多址接入（OFDMA）技术，引入了复杂的控制与信令机制、有效的无线资源管理（RRM）、自适应反向链路（RL）干扰控制以及包括多输入/多输出（MIMO）、空分多址（SDMA）和波束赋形等的多天线技术。其主要特征如下：（1）高速数据传输。在移动环境下，系统基于20MHz传输带宽下载和上传的峰值速率分别可以达到288Mbit/s和75Mbit/s。（2）增强的数据容量。在包括固定、步行以及超过300km/h的高速移动环境下均可提供大容量的语音和宽带数据服务。（3）低时延。空中平均时延为14.3ms，支持 VoIP、一键通和其他对时延敏感的应用。（4）增强的VoIP容量。在移动环境下，系统单扇区、20MHz传输带宽下仍可以允许多达1000个VoIP用户同时使用语音服务，同时不会降低并发数据服务的吞吐量。（5）覆盖范围广。大面积的广域网（WAN）覆盖与现有的蜂窝网络相当，可以提供无缝漫游的广域覆盖或者基于热点区域的部分覆盖。（6）融合接入网。支持融合接入网（CAN）的部署，CAN是3GPP2正在开发的一种先进的基于IP的无线接入网（RAN）架构，以支持多种接入技术。（7）多播。支持具有丰富多媒体内容的高速多播。（8）灵活部署。系统可在1.25MHz和20MHz间以约150kHz的频率增量灵活部署，所支持的频段包括450MHz、700MHz、850MHz、1700MHz、1900MHz、1700/2100MHz（AWS）、1900/2100MHz（IMT）和2500MHz（3G扩展）。
虽然UMB具备以上技术优势，但在CDMA阵营中，由于高通在专利、芯片上的垄断地位，运营商和厂商将会根据自身的情况选择特定的演进方向，这使得UMB的市场前景扑朔迷离。在无线网方面，作为最大的CDMA网络运营商，Verizon Wireless认为CDMA网络将向LTE方向演进，而不是UMB，主要原因有以下方面：（1）LTE在全球范围内得到广泛的支持，而且厂商对LTE的支撑程度更高。（2）新一代基于IP的核心网是开放的，与接入技术无关，因此可以选择新的空中接口技术。（3）在向4G发展演变的过程中，空中接口技术从CDMA-based向OFDM-based发展，不论是LTE还是UMB都将和EV-DO是叠加的关系，不存在前向兼容的问题。所以，LTE也可以作为EV-DO Rev.A的演进方向。
2.CAN
同3GPP一样，3GPP2也对下一代核心网的演进提出了要求。在2007年3月会议进入制定融合接入网（CAN）标准的Stage 2阶段，Stage 2和Stage 3工作并行处理。到2007年12月，CAN标准X.P0054-0 v1.0版本已经发布，主要包括以下内容：
网络架构、网元功能以及网元间的参考点；
CAN的基本操作，包括接入鉴权和授权、数据通道管理和简单IP操作；
移动IP操作，包括CMIP 注册、基于CMIP的跨AGW切换、PMIP注册和基于PMIP的跨AGW切换；
QoS；
离线计费；
信令格式和参数表。
当前，CAN标准X.P0054-0 v2.0正在制定中，处于R&F阶段。其中X.P0054-0 v2.0主要对以下部分作BUG修订：
网络架构、网元功能以及网元间的参考点；
CAN的基本操作，包括接入鉴权和授权、数据通道管理和简单IP操作；
移动IP操作；
信令格式和参数表。
X.P0054-A的v1.0标准虽然在2007年已经开始启动，但没有按照原有的计划进行下去，目前处于停滞中。1.1.3 IMS相关标准概述
IP多媒体子系统（IMS）是指在移动网上为用户提供IP多媒体数据业务的系统，由3GPP最早提出，并在其他标准化组织如3GPP2、TISPAN、ITU-T等中也得到了相继研究。可以说，IMS代表了未来网络架构的一种发展方向。下面就各个标准化组织对IMS标准研究的情况作简要介绍。
1.3GPP中的IMS研究
IMS最初是在3GPP的R5版本中提出的，R5中定义了IMS的基本框架和基本功能。在R6版本中，又继续完善并提出了WLAN接入IMS的内容；在R7版本中，继续完善并提出了IMS话音业务在电路域的承载。3GPP中的IMS标准进展如图1-4所示。
3GPP中进行IMS研究的相关工作组包括：SA组的所有子组（SA1、SA2、SA3、SA4、SA5），CN组的CN1、CN3、CN4和CN5子组，Terminal组的T1、T3子组。图1-4 3GPP IMS标准进展
2.3GPP2 中的IMS研究
3GPP2中相关的IMS规范编号为X.S0013系列，目前已经通过的规范有10多个，涉及IMS的Stage 1、Stage 2、Stage 3，涵盖了需求、体系架构、接口等方面，暂时没有通过关于测试方面的文稿。
3GPP2在IMS标准化方面的主要任务是将IMS作为多媒体域解决方案的一部分加以定义，后者进一步包含了分组数据子系统。多媒体域和CDMA2000接入网一起构成了 3GPP2的第三代全IP核心网。3GPP2吸收了3GPP的IMS核心规范作为基础，重点解决底层分组和无线技术的差异，如：
3GPP2中不支持IMS与分组数据子系统的IP策略控制；
3GPP2 IMS要求也支持IPv4；
计费解决方案；
不支持CAMEL有关功能。
3.TISPAN中的IMS研究
TISPAN研究的焦点是如何在短期内实现NGN，总体上TISPAN＿NGN的核心网包含的范围很广，它涵盖了多种子系统，其中包括基于SIP的核心网。在这样的框架下，NGN可以实现基于SIP的业务、基于SIP-I协议的传统业务以及基于RTSP的业务等。TISPAN＿NGN核心网中基于SIP的核心网将采用3GPP定义的IMS平台，并尽可能重用3GPP R6版本的相关规范，但要求支持更多的接入方式，包括xDSL、WLAN、LAN、MAN等，已经发布的规范是TISPAN＿NGN Release 1。
在3GPP与TISPAN的联合工作下，IMS取得了不小的进展。由于研究范围有部分重叠，目前TISPAN已决定把与CommonIMS相关的工作移交到3GPP，将重点放在NASS、RACS、家庭网络、IPTV、开放业务接口以及TISPAN R2的整体研究方面。
4.ITU-T中的IMS研究
2004年6月成立的ITU-T FGNGN（NGN专题组）也对IMS做了许多研究，涉及IMS的业务和网络框架方面。ITU-T FGNGN主要研究NGN业务需求，3GPP IMS R6中定义的业务将作为业务研究的起点，但同时强调业务应具有灵活的生成能力。ITU-T FGNGN 还将研究有关IMS的网络融合技术，即认为NGN-IMS的框架结构应该是一个与接入技术无关的网络，应尽可能多地支持各种接入技术，包括有线的和无线的各种技术；对于基于SIP会话的业务，将以IMS 为基础开展工作，并参考3GPP 的一系列相关规范。1.2 3G网络的基本介绍1.2.1 WCDMA/TD-SCDMA网络架构
由于TD-SCDMA是在3GPP R4版本中被采纳的，所以，本节使用了WCDMA R99网络、WCDMA/TD-SCDMA R4网络的提法。
1.2.1.1 WCDMA R99网络
1.网络结构
从3GPP R99标准的角度来看，UE和RAN是由全新的协议构成的，其设计基于WCDMA无线技术，而CN则在GSM/GPRS定义的基础上增强功能，这样可以实现网络的平滑过渡。3GPP R99网络结构如图1-5所示。图1-5 3GPP R99网络结构
从图中可以看出，3GPP R99的网络单元包括如下部分：（1）UE（User Equipment）。UE是用户终端设备。它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等。UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域（CS域）和分组域（PS域）内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、FTP等）。
UE包括两部分：
①ME（Mobile Equipment），提供应用和服务；
②USIM（UMTS Subscriber Identity Module），提供用户身份识别。（2）UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network）。UTRAN即陆地无线接入网，分为基站（Node B）和无线网络控制器（RNC）两部分。
①Node B是WCDMA系统的基站（即无线收发信机），包括无线收发信机和基带处理部件，通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口物理层协议的处理。它的主要功能是扩频、调制信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。
②RNC（Radio Network Controller）是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等。（3）CN（Core Network）。CN即核心网络，负责与其他网络的连接和对UE的通信和管理，主要功能实体如下：
①移动交换中心（MSC）。MSC为CS域特有的设备，用于连接无线系统（包括BSS、RNS）和固定网。MSC 完成电路型呼叫的所有功能，如控制呼叫接续，管理 MS 在本网络内或与其他网络（如 PSTN/ISDN/PSPDN、其他移动网等）的通信业务，并提供计费信息。
②拜访位置寄存器（VLR）。VLR为CS域特有的设备，存储着进入该控制区域内已登记用户的相关信息，为移动用户提供呼叫接续的必要数据。当MS漫游到一个新的VLR区域后，该VLR向HLR发起位置登记，并获取必要的用户数据；当MS漫游出控制范围后，需要删除该用户数据，因此VLR可看作一个动态数据库。一个VLR可管理多个MSC，但在实现中通常都将MSC和VLR合为一体。
③归属位置寄存器（HLR）。HLR为CS域和PS域共用设备，是一个负责管理移动用户的数据库系统。PLMN可以包含一个或多个HLR，具体配置方式由用户数、系统容量以及网络结构所决定。HLR存储着本归属区的所有移动用户数据，如识别标志、位置信息、签约业务等。当用户漫游时，HLR接收新位置信息，并要求前VLR删除用户所有数据。当用户被叫时，HLR提供路由信息。
④鉴权中心（AuC）。AuC为CS域和PS域共用设备，是存储用户鉴权算法和加密密钥的实体。AuC将鉴权和加密数据通过HLR发往VLR、MSC以及SGSN，以保证通信的合法和安全。每个AuC和对应的 HLR关联，只通过该HLR和外界通信。通常AuC和HLR结合在同一物理实体中。
⑤设备识别寄存器（EIR）。EIR为CS域和PS域共用设备，存储着系统中使用的移动设备的国际移动设备识别码（IMEI）。其中移动设备被划分“白”、“灰”、“黑”3个等级，并分别存储在相应的表格中。
⑥网关MSC（GMSC）。GMSC是CS域特有的设备，GMSC作为系统与其他公用通信网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能。如MS被呼叫时，网络如不能查询该用户所属的HLR，则需要通过GMSC查询，然后将呼叫转接到MS目前登记的MSC中。具体由运营商决定哪些MSC可作为GMSC，如部分MSC或所有的MSC。
⑦服务GPRS支持节点（SGSN）。SGSN为PS域特有的设备，SGSN提供核心网与无线接入系统BSS、RNS的连接。在核心网内，SGSN与GGSN/GMSC/HLR/EIR等均有接口。SGSN完成分组型数据业务的移动性管理、会话管理等功能，管理MS在移动网络内的移动和通信业务，并提供计费信息。
⑧网关GPRS支持节点（GGSN）。GGSN也是PS域特有的设备。GGSN作为移动通信系统与其他公用数据网之间的接口，同时还具有查询位置信息的功能，如MS被呼叫时数据先到GGSN，再由GGSN向HLR查询用户的当前位置信息，然后将呼叫转接到目前登记的SGSN中。GGSN也提供计费接口。
⑨计费网关（CG）。CG 主要完成从各GSN 的话单收集、合并、预处理工作，并完成同计费中心之间的通信接口。用户一次上网过程的话单会从多个网元实体中产生，而且每一个网元设备中都会产生多张话单。引入CG 的目的就是在话单送往计费中心之前对话单进行合并与预处理，以减轻计费中心的负担，而且SGSN、GGSN 这样的网元设备也不需要实现同计费中心的接口功能。
⑩边缘网关（BG）。BG 主要完成分属不同PLMN的SGSN、GGSN 之间的路由功能，以及安全性管理功能。域名服务器（DNS）。PS 域存在两种域名服务器。一种是 GGSN 同外部网之间的DNS，主要功能是对外部网的域名进行解析，其作用完全等同于固定Internet上的普通DNS。另一种是PS域骨干网上的DNS，其作用主要有两点：一是在分组数据协议PDP地址上下文激活过程中根据确定的APN（Access Point Name）解析出GGSN的IP地址；二是在SGSN间的路由区更新过程中，根据旧的路由区号码，解析出老的SGSN的IP地址。（4）外部网络。外部网络可以分为两类：
①电路交换网络（CS Network），提供电路交换的连接服务，像通话服务ISDN和PSTN均属于电路交换网络。
②分组交换网络（PS Network），提供数据包的连接服务，Internet属于分组交换网络。
2.接口与协议
3GPP R99版本核心网的接口协议如表1-1所示。表1-1 R99版本核心网接口协议续表（1）A接口
A接口指MSC与BSC之间的接口，主要用于传送如下信息：BSS管理、呼叫处理和移动性管理。（2）Iu-CS接口
Iu-CS接口是MSC与RNS之间的接口，主要用于传送如下信息：RNS管理、呼叫处理和移动性管理。（3）B接口
B接口是MSC和VLR间的接口，一般采用内部协议。B接口实现的功能有：
①MSC从VLR中获得用户信息；
②当MS进行位置更新操作时，MSC通知VLR记录位置信息；
③当MS激活一个特定补充业务或修改业务相关数据时，MSC通过VLR通知HLR更新数据。（4）C接口
C接口是MSC与HLR之间的接口，在此接口采用基于No.7信令方式的MAP协议。其主要功能是用户MS被呼叫时HLR将路由信息传递到MSC。（5）D接口
D接口是VLR与HLR之间的接口，本接口用于交换有关MS的位置信息及用户管理信息。通过基于No.7信令系统中的MAP协议实现如下功能：
①鉴权；
②位置更新；
③在呼叫建立时检索用户数据；
④补充业务；
⑤VLR恢复。
为支持移动用户能够在整个服务区内发起或接收呼叫，HLR和VLR间进行数据交换。当MS发生位置更新时，VLR通知HLR当前MS的位置，以及漫游号码。HLR则向VLR发送支持业务处理所需要的用户数据，同时HLR指示MS以前所在的VLR删除该用户信息。当用户更新签约业务，或者管理者修改相关签约业务参数时，HLR与VLR间也会交换数据。（6）E接口
E接口指MSC与MSC之间的接口，基于No.7信令的MAP协议，主要完成以下功能：
①切换；
②MSC间切换后的呼叫控制。
如MS通话时，从一个MSC区域移动到另一个MSC区域，这时为保证正常通话需要进行切换。MSC间通过MAP协议保证切换操作顺利进行。（7）F接口
F接口是MSC与EIR之间的接口。当MSC需要检查国际移动设备识别码（IMEI）的合法性时，需要通过F接口同EIR交换与IMEI有关的信息。本接口通过基于No.7信令的MAP协议实现以上功能。（8）G接口
G接口是VLR与VLR之间的接口，基于No.7信令的MAP协议，主要完成如下功能：
①位置更新，即当MS漫游到一个新的VLR后，向前VLR索取IMSI；
②鉴权，即将鉴权参数由先前的VLR传送给当前的VLR。（9）Gs接口
Gs接口是MSC与SGSN间的接口，采用基于No.7信令的BSSAP+协议来完成信令互通。SGSN可通过Gs接口向MSC/VLR发送MS位置信息。SGSN也可通过Gs接口接收到来自MSC/VLR的寻呼信息。通过Gs接口，MSC/VLR可向SGSN声明，MS正执行由MSC处理的业务。（10）H接口
H接口是HLR与AuC之间的接口，一般采用内部协议。它主要完成的功能是，当HLR接收到一个请求用户鉴权和加密数据的消息时，如 HLR 没有这些信息，则向 AuC 请求这些数据。（11）MSC与外部网络的接口
主要指MSC与PSTN/ISDN等外部网络的接口，基于No.7信令的TUP或ISUP协议。（12）Ga接口
Ga接口是指GSN（包括SGSN/GGSN）与CG之间的接口，接口协议GTP基于UDP/IP或者TCP/IP协议栈，主要完成计费信息的输出功能。（13）Gb接口
Gb接口是2.5G GPRS系统使用的接口，它是为兼容GPRS而保留的。（14）Gc接口
Gc接口是GGSN与HLR之间的接口，实现GGSN与HLR之间的信息交互功能。有两种实现方法：一是基于MAP协议，在GGSN上直接接No.7信令接口；另一种方法是GGSN借助SGSN提供与HLR之间的MAP接口。（15）Gf接口
Gf接口是SGSN与EIR之间的接口。当SGSN需要检查国际移动设备识别码（IMEI）的合法性时，需要通过Gf接口同EIR交换与IMEI有关的信息，本接口通过基于No.7信令的MAP协议实现以上功能。（16）Gi接口
Gi接口是GGSN与外部数据网之间的接口，基于TCP/IP协议实现外部分组网络的互联功能。（17）Gn/Gp接口
Gn/Gp接口是GSN与GSN之间的接口，基于GTP协议实现隧道传输功能，包括信令面（GTP-C）和用户面（GTP-U）。GTP-C完成隧道的管理和其他信令消息的传输功能，GTP-U传输用户面的数据包。Gn是PLMN内部GSN间接口，Gp是不同PLMN的GSN间的接口。（18）Gr接口
Gr接口是SGSN与HLR之间的接口。本接口用于交换有关MS的位置信息及用户管理信息，通过基于No.7信令系统中的MAP协议实现如下功能：
①鉴权；
②路由区更新；
③在会话建立时检索用户数据；
④SGSN恢复。
为支持移动用户能够在整个服务区内发起或接收呼叫，HLR和SGSN间进行数据交换。当MS发生路由区更新时，SGSN通知HLR当前MS的位置以及漫游号码。HLR则向SGSN发送支持业务处理所需要的用户数据，同时HLR指示MS以前所在的SGSN删除该用户信息。当用户更新签约业务，或者管理者修改相关签约业务参数时，HLR与SGSN间也会交换数据。（19）Iu-PS接口
Iu-PS接口是SGSN与RNC间的接口，主要用于传送如下信息：会话管理、移动性管理。
1.2.1.2 WCDMA/TD-SCDMA R4网络
1.网络结构
图1-6所示的是3GPP R4版本与R99版本的核心网差异比较。从核心网络角度看，R4网络的重要特点表现在电路域（CS域）网络结构的变化上，而分组域（PS域）的功能实体SGSN和GGSN没有改变，与外界的接口也没有改变，图中没有画出。为了支持全IP网的发展需求，R4版本中电路域引入了软交换的分层化网络结构概念，承载与控制分离，MSC分成两个不同的实体：MSC服务器（MSC Server，仅用以处理信令）和媒体网关（MGW），共同完成MSC功能，对应的GMSC也可分成GMSC Server和MGW。电路域的网络承载可基于TDM、ATM和IP技术，NNI协议基于ITU制定的BICC协议和H.248协议。图1-6 3GPP R4版本与R99版本的核心网差异比较
R4核心网的分层化结构具有以下优势：
灵活的组网方式。支持TDM、ATM、IP等各种组网方式。
承载网络融合。电路域与分组域可采用相同的分组传输网络。
可扩展性。控制面MSC Server、承载面CS-MGW可分别扩展。
可管理性。控制面MSC Server集中设置在中心城市，承载面CS-MGW分散设置在边缘城市，更利于新业务迅速普及开展。
向下一代网络的演进。R4控制与承载分离，具备下一代网络的基本形态。
R4网络新增了以下功能实体：（1）MSC服务器（MSC Server）。
MSC Server继承了R99 MSC的所有电路域控制面的呼叫控制和移动性管理功能，不在其内部实现承载面的交换功能（后者由 MGW 以多种承载方式实现）；对外提供纯粹的信令接口；集成了R99 VLR功能，以处理移动用户业务数据。对电路域基本业务及补充业务涉及的MGW中承载终端及媒体流的控制，是通过3G扩展的H.248协议来实现的；与其他MSC Server间通过BICC信令实现承载无关的局间呼叫控制；支持MGW及自身的登记及故障恢复操作，并可要求MGW主动上报其终端特性。（2）关口MSC服务器（GMSC Server）。
GMSC Server继承R99 GMSC的呼叫控制和移动性管理的信令处理功能。该服务器具有查询位置信息的功能。如 MS 被呼叫时，网络如不能查询该用户所属的 HLR，则需要通过GMSC Server查询，然后将呼叫转接到目前登记的MSC Server中。该服务器通过H.248协议控制MGW中媒体通道的接续，并支持BICC与ISUP的协议互通。（3）媒体网关（MGW）。
MGW是3G R4核心网的用户承载面的网关交换设备，位于3G电路核心网通往无线接入网（UTRAN/BSS）及传统固定网（PSTN/ISDN）的边界处，是 Iu 接口、PSTN/PLMN 接口的承载通道，以及分组网媒体流（如RTP流）的终结点。MGW不负责任何移动用户相关的业务逻辑处理，可以支持媒体转换、承载控制及业务交换等功能，如 GSM/UMTS 各类语音编/解码器、回音消除器、IWF、接入网与核心网侧终端媒体流的交换、会议桥以及放音收号资源等。MGW可通过H.248信令，接受来自 MSC Server及GMSC Server的资源控制命令，并支持电路域业务在多种传输媒介（基于AAL2/ATM、TDM或RTP/UDP/IP）上的实现，提供必要的承载控制。（4）漫游信令网关（R-SGW）。
R-SGW在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP3用户的传输层信令协议栈的双向转换（即 SIGTRAN M3UA/SCTP/IP 与 SS7 MTP3/MTP2/MTP1之间的转换）。R-SGW只对SCCP层之下的消息进行翻译而不对SCCP层以上的消息进行翻译。
2.新增接口与协议
在3GPP R4核心网络中，由于引入了分层结构，（G）MSC Server与MGW相分离，从而相应增加了Mc、Nc、Nb接口，如图1-7所示。新增的接口与协议见表1-2。图1-7 3GPP R4核心网新增接口表1-2 3GPP R4核心网新增的接口与协议（1）Mc接口。
Mc接口是（G）MSC Server与MGW间的标准接口，提供（G）MSC Server在呼叫处理过程中控制MGW中各类传输方式（IP/ATM/TDM）的静态及动态资源的能力（包括终端属性、终端连接交换关系及其承载的媒体流），并提供独立于呼叫的MGW状态维护与管理能力。
该接口遵循由ITU_T及IETF联合制定的H.248协议，并针对3GPP的特殊要求对H.248的事务（Transaction）及包（Package）进行了扩展。H.248 协议称为媒体网关控制协议，消息编码采用ASN.1BER或文本方式，底层传输机制将采用MTP3B（基于ATM的信令传输）或SCTP（基于IP的信令传输）为其提供协议承载。例如，为了识别3G用户平面的分组包，增加了3G用户平面识别和相应程序；为了支持GSM和UMTS的电路交换业务，增加了电路交换数据的识别和相应的程序；为了支持TFO技术，增加了TFO标识，从而支持TFO技术；为CAMEL预付费业务告警音增加了一个新的toneID。（2）Nc 接口。
Nc接口是（G）MSC Server间的标准接口，采用ITU-T制定的BICC协议，为电路域业务提供独立于用户面承载技术及控制面信令传输技术的局间呼叫控制能力。BICC还可为MGW间的承载信令在Nc接口提供可选的控制面隧传功能。
BICC协议类似于ISUP，是一个承载与呼叫无关的协议。其主要思想是承载控制和呼叫控制两种功能分开，呼叫控制只负责业务流程的实现，和具体的承载类型无关；而承载控制是在传统 ISUP 协议的基础上，去掉了和具体承载有关的消息和参数，增加了 APM 消息和APP参数，能够对多种承载类型进行控制。（3）Nb 接口。
Nb接口是MGW间的接口，用来在R4核心网内承载用户业务流，并以承载控制信令管理业务流连接的建立、释放与维护。Nb UP协议在承载面MGW间提供业务数据流的组帧、差错校验、速率匹配及定时控制等功能，与Iu UP基本相同，支持压缩语音、数据流的传输。
Nb接口可选择采用ATM、IP或TDM作为物理承载方式。对于ATM承载，传输网络用户面业务流的协议栈为 AAL2 SAR-SSCS（I.366.1）/AAL2（I.363.2）/ATM，承载控制信令的协议栈为Q.AAL2（Q.2630.2）/STC（Q.2150.1）/MTP3B/ SSCF-NNI/SSCOP/AAL5/ATM；对于 IP 承载，传输网络用户面业务流的协议栈为 RTP/UDP/IP，承载控制信令的协议栈为Q.1970（IPBCP）/SCTP /IP，或通过Mc接口及Nc接口以Q.1990 BCTP在MGW间实现承载控制信令的隧传。1.2.2 CDMA2000网络架构
1.2.2.1 CDMA2000 1x网络架构
1.网络架构
3GPP2定义了CDMA2000 1x（Release A）标准的系统参考模型，其核心网技术建立在IS-41核心网基础上，如图1-8所示。图1-8 CDMA2000网络结构图（1）无线接入网。
无线接入网包括BSC、BTS等。BSC具有对一个或多个BTS进行控制的功能，它主要负责无线网路资源的管理、小区配置数据管理、功率控制、定位和切换等，是一个很强的业务控制点。BTS是无线接口设备，它完全由BSC控制，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线分集和无线信道加密等功能。（2）核心网。
核心网是电路交换核心网，包括MSC、VLR、HLR/AC等。这部分要求与第二代移动通信系统基本相同。
分组交换核心网基于移动IP，包括分组控制功能（PCF）、分组数据服务节点（PDSN）、归属（HA）代理以及认证、授权和计费（AAA）。PCF和BSC配合，完成与分组数据有关的无线信道控制功能；PDSN负责管理用户状态，转发用户数据；当使用移动IP技术时，HA将发送给用户的数据从归属局转发到漫游地；AAA负责管理用户信息。
2.接口与协议
参考图1-8，CDMA2000 1x有下列主要的接口。（1）Um接口，是CDMA2000的无线接口。MS通过Um接口接入到CDMA2000系统的网络部分，是系统中最重要的开放接口。（2）A1/A2/A5接口，是BSC与MSC间的接口，其中，A1是控制信令部分，A2是语音部分，A5是电路型数据部分。（3）A3/A7接口，是BSC之间的接口，其中A3传递业务信息，A7传递控制信令信息。（4）A8/A9接口，是BSC与PCF间的接口，大多数厂家将其做在一个物理实体中。（5）A10/A11接口，是PCF与PDSN间的接口，其中A10传递业务，A11传递信令。（6）Abis接口，是BSC与BTS之间的接口。
1.2.2.2 CDMA2000 LMSD网络架构
LMSD是Legacy MS Domain的简称，是对CDMA2000 1x网络中电路域的一种演进方案，其特点主要就是采用移动软交换的网络架构，将传统电路交换的承载部分和控制部分分离，为传统电路型终端提供现网业务。
LMSD的目标是：（1）使用IP网络支持现有的传统终端和业务；（2）提供传统网络的特征及能力，并对用户透明；（3）提供IP网络具有的、新的特征及能力，例如TrFO/RTO功能。
1.网络架构
LMSD的网络架构如图1-9所示。
根据图中的网络架构，LMSD对比原有的电路域，网元和接口有以下变化：（1）电路域的MSC分离成MSCe（MSC emulation）、MGW（Media Gateway）和MRFP （Media Resource Function Processor），GMSC分离成GMSCe（GMSC emulation）、MGW和MRFP。图1-9 CDMA2000 LMSD网络结构图（2）GMSCe和MSCe相当于UMTS R4中的GMSC Server和MSC Server，提供呼叫控制和移动性管理功能。它独立于底层承载，主要完成呼叫控制、媒体网关接入控制、移动性管理、媒体资源分配、协议处理、路由、认证和计费等功能，并向用户提供传统移动交换中心所能提供的业务，以及配合智能网提供多样化的智能业务。（3）MGW相当于UMTS R4中的MGW，提供承载建立和媒体控制功能。提供的媒体资源包括中继传输、编/解码器、回声抑制器、会议桥等。（4）MRFP提供信号音、录音通知等媒体资源。
MGW和MRFP功能模块通常合设于同一个物理设备中。
2.新增接口与协议
采用承载和控制分离的网络架构，带来了一些网元之间新的接口和协议。（1）zz接口：MSCe和MSCe之间的接口，采用SIP/SIP-T协议；（2）yy接口：MGW和MGW之间的接口，采用RTP协议，可以承载G.711PCM/EVRC/SMV/13KQCELP/DTMF等多种移动语音编码；（3）39接口：MSCe和MGW之间的接口，采用H.248协议；（4）xx接口：MSCe和MRFP之间的接口，采用H.248协议；（5）48接口：MSCe和BSC之间的接口，采用IOS A1p；（6）27接口：MGW和BSC之间的接口，采用IOS A2p。
LMSD Step 2的组网和相关协议栈如图1-10所示。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]