WCDMA核心网演进探讨

一、WCDMA核心网络概述

　　无线通信已成为产业的最大组成部分之一，并保持持续高速的发展速度。截止2005年，全球已有14亿移动电话用户，主要使用数字技术的第二代移动通信系统；预计到2006年，全球的移动通信用户可能会超过20亿，其中大部分用户将开始使用提供丰富多媒体业务的第三代移动通信系统。

　　3GPP所规范的WCDMA系统以其不断完善和成熟的技术标准、灵活的网络架构、平滑的演进模式、有效的投资等诸多优势，逐渐发展成为第三代移动通信的主流技术，为越来越多的通信运营商和设备商所采用。迄今为止，全球已发放的WCDMA牌照占所有3G牌照的97%。

二、WCDMA标准的进展及内容

　　3GPP(3 Generation Partnership Project)是全球研究第三代移动通信标准的标准化组织，也是目前世界范围内第三代移动通信技术影响力最大的标准化组织。中国的CWTS也于1999年加入了3GPP，成为组织伙伴之一。迄今为止，3GPP己制订出3GPP R99版本标准、R4版本标准、R5版本标准，并已开始R6版标准的研究与制订。

　　R99标准相对比较成熟和稳定，目前世界上已经商用的WCDMA网络大部分都是基于3GPP R99版本的。它继承了GSM/GPRS核心网结构，在无线接入网部分引入了全新的无线接口WCDMA，并采用了ATM的分组化传输，更有利于实现高速移动数据业务的传输。

　　R4版本相对于R99增加了一些接口协议，例如低码片速率TDD、UTRAFDD直放站、Node B同步等，且在核心网上实现了威廉希尔官方网站 域(CS域)的呼叫与承载的分离，业务上也做了进一步的增强，可支持CS域的多媒体业务，实时传真等多种业务。

　　R5版本在接入网部分引入了IP技术，实现了端到端的全IP化。这些技术包括HSDPA(高速下行分组接入，其峰值数据速率可高达10Mbit/s，时延更小)和UE定位增强功能(更多地支持定位业务的实现手段)等。

　　R6的完成时间尚未确定，目前的工作包括在GERAN和UTRAN之间进行更高效的无线资源管理，采用新的传输方式，利用多点传输以及其他技术尽可能地增加系统的性能。

三、WCDMA核心网组网方案

　　1.第一阶段的组网方案

　　3G网络在第一阶段建设时，我们考虑采用两种方案。一种是采用R99，另一种是采用R4。

　　(1)R99非分层解决方案　从时间上来说，3GPP R4版本规范还不是十分成熟，第一阶段可以考虑采用3GPP R99非分层网络结构。R99非分层结构是目前一种较为成熟、稳定的方案，且多厂家的互联、互通性好。目前，在全球已经商用的WCDMA网络中，大部分都是基于3GPP R99版本的。

　　这时的网络规模一般不大，威廉希尔官方网站 域节点较少，网络配置原则上可考虑以下几个方面：

　　①MSC之间呈网状网连接：

　　②某一RNC归属某个指定的MSC；

　　③ATMXC(交叉设备)用于RNC到MSC和SGSN的连接及Iur的连接，从而节省了STM-1 155M的传输链路。

　　同时，对核心网的建设有如下要求：

　　①交换节点的设置应考虑到核心网将来扩容的延续性和平滑性；

　　②与其他运营商的接口网关局依旧；

　　③STP、汇接局、营业/帐务/网管等均根据需要新建。

　　图1是这种解决方案下的第一阶段WCDMA网络示意图。

图1

　　①MSC Server　在威廉希尔官方网站 域中，MSC Server服务器主要负责移动发起和终止呼叫的呼叫控制和移动性管理功能。另外，MSC Server还具有VLR功能，用于控制移动用户的业务数据及相关CAMEL数据。

　　②GMSC Server　GMSC Server服务器主要负责UMTS移动网络关口局的呼叫和移动控制。在某个PLMN中，当MSC Server无法询问移动终端所属HLR时，这个呼叫会被路由至一个特定的MSC Server处，该MSC Server与HLR联系并将该呼叫路由至移动终端所属的MSC Server处。这种执行路由功能并将移动终端寻址到实际位置的MSC Server被称为GMSC Server。

　　③媒体网关(MGW)　媒体网关负责接入PSTN/PLMN网络，并提供连接UTRAN无线网络的Iu接口。媒体网关还负责承载用户话务流，支持媒体转换、承载控制和负荷处理等功能(如编码转换、回声抑制等)。针对威廉希尔官方网站 域业务，媒体网关可支持不同的协议：基于AAL2/ATM的Iu接口或基于RTP/UDP/IP的Iu接口。

　　图1中：G/MSC/MGW是MSC-Server和MGW合设的节点，同时具有GMSC的功能，当3G用户做被叫时，该节点负责寻访HLR以获得用户的位置信息：TMSC/TMGW则负责转接长途话务，考虑到这一期中全网话务量不大，国家级汇接和省级汇接局合设；本方案中传输链路采用TDM。

　　(2)R4分层解决方案　如果从一开始就采用R4分层结构，威廉希尔官方网站 域节点的配置原则可考虑：

　　①某个RNC归属某个指定的MSC-Server；

　　②MGW与MSC-Server和RNC之间没有一一对应关系，而是M：N的关系，MSC-Server可任选MGW；

　　③MSC-Server决定选择哪个MGW与哪个RNC互连，决定是基于目的地址、MGW的拥塞情况和MGW之间的负载均衡；

　　④网络规模扩大后，可以引入媒体网关组，多个MGW以PooL的形式工作，MSC-Server也可以PooL的形式工作。

　　分层网络的特点是连接层、控制层和应用层分开，其优点是：a.在网络的各功能实体之间定义分离的功能和清晰的接口，以便将信令和传输分开，将信令和业务承载路径分离；b.控制层与传输层分开，可使呼叫控制和服务控制等网络功能独立于接入网络，使核心网络可支持多种接入网络技术，而接入网络技术的演进和引入新的接入网络技术，能够极大地提高网络资源的利用率，促进对无线接口资源的充分利用；c.控制层由基于非专用平台的高性能服务器组成，可减少节点数量，降低投入与运营成本；d.设立独立的业务层网络，有利于集成第三方设备，易于构造虚拟归属环境，加快开发新的业务和应用。

　　图2是分层网解决方案下的第一阶段WCDMA网络结构图。

图2

　　随着移动通信的发展，目前各种节点的单节点容量都相对较大，而WCDMA网络第一期的容量相对较小。在这种情况下，R99方案的网络结构相对简单、清晰，网络实施快速。另外，考虑到版本和产品的成熟性以及厂家之间的互联互通，即使是采用了R4的网络结构，不同厂家之间可能仍然要通过TDM和ISUP来通信，而R4版本的很多优点暂时还无法得到体现。

　　2.第二阶段的组网方案

　　第二阶段，WCDMA网络的用户数将会逐渐增多，且随着时间的推移，R4版本的规范将趋于完善，各厂家之间的互联互通也会趋于成熟。因此，建议这一阶段的WCDMA网络采用分层网络结构。

图3

　　图3是WCDMA网络第二阶段扩容后的网络结构图，其中带阴影的节点为第一阶段中已有的节点。如前所述，本期方案中将新建的一对GMSC作为WCDMA网络与其他运营商网络的分界点，其作用在于汇聚所有去往PSTN及其他PLMN网络的话务量。如果3G网络在第一阶段中采用的是R99非分层结构，则考虑将原来的G/MSC/MGW作为这一对GMSC中的一个，再新加一个节点与其配对。因为这个节点与现有关口局的路由数据都已做好，这样的复用可以尽量减小对其他网络的影响。如果第一阶段中采用的是R4分层结构，这对节点则考虑新建，原有的G/MSC-Server不再有GMSC的功能。TMSC-server和TMGW的功能与第一阶段中完全相同并可以继续使用，所采用的传输承载可以从原来的TDM逐渐向ATM/IP过渡，并增加相应的支持ATM/IP协议的接口板。

　　MSC-Server与MGW之间的关系如前所述，四个MGW之间仍考虑网状网相连MSC，本地网内的信令协议为承载于ATM的Q.AAL2协议；服务器与MGW之间采用ATM STM-1直连，信令协议为承载于ATM的GCP协议：服务器之间的信令协议为承载于ATM的BICC协议。

　　3.第三阶段的组网方案

　　图4是WCDMA网络第三阶段扩容后的网络结构图，图中带阴影的节点为本阶段中新增加的节点。从图4中可以看到，虽然网络的容量增加了很多，但是网络的整体结构和第二阶段仍然保持基本相同，只是相应地增加了MSC-Server和MGW的数量。届时IP网技术已经基本成熟，可以考虑3G网络的全IP化，网络中原有的T/MSC-S和T/MGW则需要增加相应的支持IP协议的接口板。通过IP网络提供语音、数据和多媒体图像，使得3G网络向WCDMA的目标网演进。这种理想的核心网络模式，可极大地节省网络的运行和维护开支，而且有利于运营商开展和充分利用新业务，并可进一步支持今后3GPP R5和R6提供的功能。上述组网方式是基于现有的技术和目前我们对WCDMA网络的认识。随着3G技术的不断发展，最终的组网方式也有可能会与今天的设想有所不同。

图4

　　4.MSC-Server in pool

　　移动网络的话务模型是随着时间和地点不断变化的，同一城市的不同区域由于手机用户的行为不同，其话务模型也会有很大的差别。这一差别所导致的直接结果就是负责不同区域的MSC-Server其处理器的负荷差距很大，使WCDMA网络的组网变得更加复杂。

　　MSC-Server in pool可以有效地解决这个难题。图5是这一功能的简单示意。由图5可知，某一区域的所有RNC和这一区域的所有MSC-Server都直接相连，各RNC不再简单地归属于某一MSC-Server，这个区域中的所有MSC- Server组成了一个池。在这种网络结构下：

　　(1)当用户从一个RNC漫游至另外一个RNC时，控制层的MSC-Server可以不变，这样就能大大减少网络中的位置更新和切换，从而减少了MSC-Server用于处理这些过程所需要的开销，提高单个MSC-Server的处理能力：

　　(2)池中的所有MSC-Server可以共享池资源，解决了各MSC-Server负荷不均所带来的问题；

　　(3)池中的其他MSC-Server都可以作为某一个MSC-Server的备份，当这个MSC-Server出现问题时，其他的MSC-Server可以分担这个MSC-Server的工作：

　　(4)网络的规划变得相对简单，网络扩容时只需考虑所有MSC-Server的总容量是否能够满足市场的需求，需要增加几个节点；

　　(5)扩容时工程实施相对简化，只需将新增的节点和网络中其他网元相连，减少了对网络重新分区、Node B重新归属的过程。

图5　MSC-Server in pool示意图

四、小结

　　(1)前面各期的网络解决方案只是初步的建议，具体采用哪个版本，只能视网络建设的具体时间和WCDMA技术发展的具体情况而定；

　　(2)考虑中国国情，充分利用现有的GSM网络，同时兼顾网络的平滑过渡和演进，最大限度保护网络的前期投资，保证用户业务的连续性。