WCDMA核心網(wǎng)演進(jìn)探討

一、WCDMA核心網(wǎng)絡(luò)概述

　　無(wú)線通信已成為產(chǎn)業(yè)的最大組成部分之一，并保持持續(xù)高速的發(fā)展速度。截止2005年，全球已有14億移動(dòng)電話用戶，主要使用數(shù)字技術(shù)的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)；預(yù)計(jì)到2006年，全球的移動(dòng)通信用戶可能會(huì)超過(guò)20億，其中大部分用戶將開(kāi)始使用提供豐富多媒體業(yè)務(wù)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)。

　　3GPP所規(guī)范的WCDMA系統(tǒng)以其不斷完善和成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、平滑的演進(jìn)模式、有效的投資等諸多優(yōu)勢(shì)，逐漸發(fā)展成為第三代移動(dòng)通信的主流技術(shù)，為越來(lái)越多的通信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商所采用。迄今為止，全球已發(fā)放的WCDMA牌照占所有3G牌照的97%。

二、WCDMA標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展及內(nèi)容

　　3GPP(3 Generation Partnership Project)是全球研究第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化組織，也是目前世界范圍內(nèi)第三代移動(dòng)通信技術(shù)影響力最大的標(biāo)準(zhǔn)化組織。中國(guó)的CWTS也于1999年加入了3GPP，成為組織伙伴之一。迄今為止，3GPP己制訂出3GPP R99版本標(biāo)準(zhǔn)、R4版本標(biāo)準(zhǔn)、R5版本標(biāo)準(zhǔn)，并已開(kāi)始R6版標(biāo)準(zhǔn)的研究與制訂。

　　R99標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)比較成熟和穩(wěn)定，目前世界上已經(jīng)商用的WCDMA網(wǎng)絡(luò)大部分都是基于3GPP R99版本的。它繼承了GSM/GPRS核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在無(wú)線接入網(wǎng)部分引入了全新的無(wú)線接口WCDMA，并采用了ATM的分組化傳輸，更有利于實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸。

　　R4版本相對(duì)于R99增加了一些接口協(xié)議，例如低碼片速率TDD、UTRAFDD直放站、Node B同步等，且在核心網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)了電路域(CS域)的呼叫與承載的分離，業(yè)務(wù)上也做了進(jìn)一步的增強(qiáng)，可支持CS域的多媒體業(yè)務(wù)，實(shí)時(shí)傳真等多種業(yè)務(wù)。

　　R5版本在接入網(wǎng)部分引入了IP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了端到端的全I(xiàn)P化。這些技術(shù)包括HSDPA(高速下行分組接入，其峰值數(shù)據(jù)速率可高達(dá)10Mbit/s，時(shí)延更小)和UE定位增強(qiáng)功能(更多地支持定位業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)手段)等。

　　R6的完成時(shí)間尚未確定，目前的工作包括在GERAN和UTRAN之間進(jìn)行更高效的無(wú)線資源管理，采用新的傳輸方式，利用多點(diǎn)傳輸以及其他技術(shù)盡可能地增加系統(tǒng)的性能。

三、WCDMA核心網(wǎng)組網(wǎng)方案

　　1.第一階段的組網(wǎng)方案

　　3G網(wǎng)絡(luò)在第一階段建設(shè)時(shí)，我們考慮采用兩種方案。一種是采用R99，另一種是采用R4。

　　(1)R99非分層解決方案　從時(shí)間上來(lái)說(shuō)，3GPP R4版本規(guī)范還不是十分成熟，第一階段可以考慮采用3GPP R99非分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。R99非分層結(jié)構(gòu)是目前一種較為成熟、穩(wěn)定的方案，且多廠家的互聯(lián)、互通性好。目前，在全球已經(jīng)商用的WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，大部分都是基于3GPP R99版本的。

　　這時(shí)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模一般不大，電路域節(jié)點(diǎn)較少，網(wǎng)絡(luò)配置原則上可考慮以下幾個(gè)方面：

　?、費(fèi)SC之間呈網(wǎng)狀網(wǎng)連接：

　　②某一RNC歸屬某個(gè)指定的MSC；

　　③ATMXC(交叉設(shè)備)用于RNC到MSC和SGSN的連接及Iur的連接，從而節(jié)省了STM-1 155M的傳輸鏈路。

　　同時(shí)，對(duì)核心網(wǎng)的建設(shè)有如下要求：

　　①交換節(jié)點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)考慮到核心網(wǎng)將來(lái)擴(kuò)容的延續(xù)性和平滑性；

　?、谂c其他運(yùn)營(yíng)商的接口網(wǎng)關(guān)局依舊；

　　③STP、匯接局、營(yíng)業(yè)/帳務(wù)/網(wǎng)管等均根據(jù)需要新建。

　　圖1是這種解決方案下的第一階段WCDMA網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖1

　?、費(fèi)SC Server　在電路域中，MSC Server服務(wù)器主要負(fù)責(zé)移動(dòng)發(fā)起和終止呼叫的呼叫控制和移動(dòng)性管理功能。另外，MSC Server還具有VLR功能，用于控制移動(dòng)用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及相關(guān)CAMEL數(shù)據(jù)。

　?、贕MSC Server　GMSC Server服務(wù)器主要負(fù)責(zé)UMTS移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)關(guān)口局的呼叫和移動(dòng)控制。在某個(gè)PLMN中，當(dāng)MSC Server無(wú)法詢問(wèn)移動(dòng)終端所屬HLR時(shí)，這個(gè)呼叫會(huì)被路由至一個(gè)特定的MSC Server處，該MSC Server與HLR聯(lián)系并將該呼叫路由至移動(dòng)終端所屬的MSC Server處。這種執(zhí)行路由功能并將移動(dòng)終端尋址到實(shí)際位置的MSC Server被稱為GMSC Server。

　?、勖襟w網(wǎng)關(guān)(MGW)　媒體網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)接入PSTN/PLMN網(wǎng)絡(luò)，并提供連接UTRAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的Iu接口。媒體網(wǎng)關(guān)還負(fù)責(zé)承載用戶話務(wù)流，支持媒體轉(zhuǎn)換、承載控制和負(fù)荷處理等功能(如編碼轉(zhuǎn)換、回聲抑制等)。針對(duì)電路域業(yè)務(wù)，媒體網(wǎng)關(guān)可支持不同的協(xié)議：基于AAL2/ATM的Iu接口或基于RTP/UDP/IP的Iu接口。

　　圖1中：G/MSC/MGW是MSC-Server和MGW合設(shè)的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)具有GMSC的功能，當(dāng)3G用戶做被叫時(shí)，該節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)尋訪HLR以獲得用戶的位置信息：TMSC/TMGW則負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)接長(zhǎng)途話務(wù)，考慮到這一期中全網(wǎng)話務(wù)量不大，國(guó)家級(jí)匯接和省級(jí)匯接局合設(shè)；本方案中傳輸鏈路采用TDM。

　　(2)R4分層解決方案　如果從一開(kāi)始就采用R4分層結(jié)構(gòu)，電路域節(jié)點(diǎn)的配置原則可考慮：

　　①某個(gè)RNC歸屬某個(gè)指定的MSC-Server；

　　②MGW與MSC-Server和RNC之間沒(méi)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而是M：N的關(guān)系，MSC-Server可任選MGW；

　?、跰SC-Server決定選擇哪個(gè)MGW與哪個(gè)RNC互連，決定是基于目的地址、MGW的擁塞情況和MGW之間的負(fù)載均衡；

　?、芫W(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大后，可以引入媒體網(wǎng)關(guān)組，多個(gè)MGW以PooL的形式工作，MSC-Server也可以PooL的形式工作。

　　分層網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是連接層、控制層和應(yīng)用層分開(kāi)，其優(yōu)點(diǎn)是：a.在網(wǎng)絡(luò)的各功能實(shí)體之間定義分離的功能和清晰的接口，以便將信令和傳輸分開(kāi)，將信令和業(yè)務(wù)承載路徑分離；b.控制層與傳輸層分開(kāi)，可使呼叫控制和服務(wù)控制等網(wǎng)絡(luò)功能獨(dú)立于接入網(wǎng)絡(luò)，使核心網(wǎng)絡(luò)可支持多種接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進(jìn)和引入新的接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠極大地提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，促進(jìn)對(duì)無(wú)線接口資源的充分利用；c.控制層由基于非專用平臺(tái)的高性能服務(wù)器組成，可減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量，降低投入與運(yùn)營(yíng)成本；d.設(shè)立獨(dú)立的業(yè)務(wù)層網(wǎng)絡(luò)，有利于集成第三方設(shè)備，易于構(gòu)造虛擬歸屬環(huán)境，加快開(kāi)發(fā)新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用。

　　圖2是分層網(wǎng)解決方案下的第一階段WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖2

　　隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，目前各種節(jié)點(diǎn)的單節(jié)點(diǎn)容量都相對(duì)較大，而WCDMA網(wǎng)絡(luò)第一期的容量相對(duì)較小。在這種情況下，R99方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、清晰，網(wǎng)絡(luò)實(shí)施快速。另外，考慮到版本和產(chǎn)品的成熟性以及廠家之間的互聯(lián)互通，即使是采用了R4的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同廠家之間可能仍然要通過(guò)TDM和ISUP來(lái)通信，而R4版本的很多優(yōu)點(diǎn)暫時(shí)還無(wú)法得到體現(xiàn)。

　　2.第二階段的組網(wǎng)方案

　　第二階段，WCDMA網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)將會(huì)逐漸增多，且隨著時(shí)間的推移，R4版本的規(guī)范將趨于完善，各廠家之間的互聯(lián)互通也會(huì)趨于成熟。因此，建議這一階段的WCDMA網(wǎng)絡(luò)采用分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖3

　　圖3是WCDMA網(wǎng)絡(luò)第二階段擴(kuò)容后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，其中帶陰影的節(jié)點(diǎn)為第一階段中已有的節(jié)點(diǎn)。如前所述，本期方案中將新建的一對(duì)GMSC作為WCDMA網(wǎng)絡(luò)與其他運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)，其作用在于匯聚所有去往PSTN及其他PLMN網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)量。如果3G網(wǎng)絡(luò)在第一階段中采用的是R99非分層結(jié)構(gòu)，則考慮將原來(lái)的G/MSC/MGW作為這一對(duì)GMSC中的一個(gè)，再新加一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其配對(duì)。因?yàn)檫@個(gè)節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)有關(guān)口局的路由數(shù)據(jù)都已做好，這樣的復(fù)用可以盡量減小對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)的影響。如果第一階段中采用的是R4分層結(jié)構(gòu)，這對(duì)節(jié)點(diǎn)則考慮新建，原有的G/MSC-Server不再有GMSC的功能。TMSC-server和TMGW的功能與第一階段中完全相同并可以繼續(xù)使用，所采用的傳輸承載可以從原來(lái)的TDM逐漸向ATM/IP過(guò)渡，并增加相應(yīng)的支持ATM/IP協(xié)議的接口板。

　　MSC-Server與MGW之間的關(guān)系如前所述，四個(gè)MGW之間仍考慮網(wǎng)狀網(wǎng)相連MSC，本地網(wǎng)內(nèi)的信令協(xié)議為承載于ATM的Q.AAL2協(xié)議；服務(wù)器與MGW之間采用ATM STM-1直連，信令協(xié)議為承載于ATM的GCP協(xié)議：服務(wù)器之間的信令協(xié)議為承載于ATM的BICC協(xié)議。

　　3.第三階段的組網(wǎng)方案

　　圖4是WCDMA網(wǎng)絡(luò)第三階段擴(kuò)容后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，圖中帶陰影的節(jié)點(diǎn)為本階段中新增加的節(jié)點(diǎn)。從圖4中可以看到，雖然網(wǎng)絡(luò)的容量增加了很多，但是網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)和第二階段仍然保持基本相同，只是相應(yīng)地增加了MSC-Server和MGW的數(shù)量。屆時(shí)IP網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)基本成熟，可以考慮3G網(wǎng)絡(luò)的全I(xiàn)P化，網(wǎng)絡(luò)中原有的T/MSC-S和T/MGW則需要增加相應(yīng)的支持IP協(xié)議的接口板。通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和多媒體圖像，使得3G網(wǎng)絡(luò)向WCDMA的目標(biāo)網(wǎng)演進(jìn)。這種理想的核心網(wǎng)絡(luò)模式，可極大地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和維護(hù)開(kāi)支，而且有利于運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展和充分利用新業(yè)務(wù)，并可進(jìn)一步支持今后3GPP R5和R6提供的功能。上述組網(wǎng)方式是基于現(xiàn)有的技術(shù)和目前我們對(duì)WCDMA網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)。隨著3G技術(shù)的不斷發(fā)展，最終的組網(wǎng)方式也有可能會(huì)與今天的設(shè)想有所不同。

圖4

　　4.MSC-Server in pool

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)模型是隨著時(shí)間和地點(diǎn)不斷變化的，同一城市的不同區(qū)域由于手機(jī)用戶的行為不同，其話務(wù)模型也會(huì)有很大的差別。這一差別所導(dǎo)致的直接結(jié)果就是負(fù)責(zé)不同區(qū)域的MSC-Server其處理器的負(fù)荷差距很大，使WCDMA網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)變得更加復(fù)雜。

　　MSC-Server in pool可以有效地解決這個(gè)難題。圖5是這一功能的簡(jiǎn)單示意。由圖5可知，某一區(qū)域的所有RNC和這一區(qū)域的所有MSC-Server都直接相連，各RNC不再簡(jiǎn)單地歸屬于某一MSC-Server，這個(gè)區(qū)域中的所有MSC- Server組成了一個(gè)池。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下：

　　(1)當(dāng)用戶從一個(gè)RNC漫游至另外一個(gè)RNC時(shí)，控制層的MSC-Server可以不變，這樣就能大大減少網(wǎng)絡(luò)中的位置更新和切換，從而減少了MSC-Server用于處理這些過(guò)程所需要的開(kāi)銷，提高單個(gè)MSC-Server的處理能力：

　　(2)池中的所有MSC-Server可以共享池資源，解決了各MSC-Server負(fù)荷不均所帶來(lái)的問(wèn)題；

　　(3)池中的其他MSC-Server都可以作為某一個(gè)MSC-Server的備份，當(dāng)這個(gè)MSC-Server出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其他的MSC-Server可以分擔(dān)這個(gè)MSC-Server的工作：

　　(4)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃變得相對(duì)簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)只需考慮所有MSC-Server的總?cè)萘渴欠衲軌驖M足市場(chǎng)的需求，需要增加幾個(gè)節(jié)點(diǎn)；

　　(5)擴(kuò)容時(shí)工程實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)化，只需將新增的節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)中其他網(wǎng)元相連，減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)重新分區(qū)、Node B重新歸屬的過(guò)程。

圖5　MSC-Server in pool示意圖

四、小結(jié)

　　(1)前面各期的網(wǎng)絡(luò)解決方案只是初步的建議，具體采用哪個(gè)版本，只能視網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的具體時(shí)間和WCDMA技術(shù)發(fā)展的具體情況而定；

　　(2)考慮中國(guó)國(guó)情，充分利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)兼顧網(wǎng)絡(luò)的平滑過(guò)渡和演進(jìn)，最大限度保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的前期投資，保證用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性。