电信研究院标准研究所移动与无线部 孙元宁
WCDMA网络是第三代移动通信的一种备选体系，它的标准分为R99、R4、R5和R6四个阶段，本文主要介绍了目前相对成熟的R99、R4/R5的网络结构，并对不同联合体引入的新设备和功能作了简要概括。
一、UMTS体系
UMTS（Universal Mobile Telecommunication System，通用移动通信系统）是采用WCDMA空中接口的第三代移动通信系统，通常也称为WCDMA通信系统。
通过3GPP的标准化工作，UMTS的技术在不断地更新和增强。为了尽快将WCDMA系统商用，3GPP对UMTS的系列规范划定了不同的版本。首先完成标准化工作的版本是R99，也称为WCDMA第一阶段。这个版本的功能基本稳定，终端和网络侧设备也经过了很多实验系统和实际运营的测试。随后3GPP在R99的基础上推出R4、R5，又在R4的基础上进行了技术更新和增强。
尽管3GPP考虑了新旧版本的兼容性问题，要充分获得新版本的技术优势，还是需要对原有系统作一些大的改动，因此运营商出于各自的实际情况可能直接选用较新的版本。R4的标准化工作也已基本结束，有一些设备厂商可以提供商用设备，R4和R99对比，设备成熟性和运营经验要少一些。
R5的规范制定工作还没有全部完成。鉴于R5标准化进度的不断延期，3GPP又提出了新的版本R6，将一部分无法如期完成的功能并入R6的计划。目前R6的功能范围还未确定，增加了许多新的业务功能，实现全IP是这一阶段的最高目标。
二、WCDMA R99系统的设备和功能
从系统结构和功能上看，WCDMA系统可以分成无线接入网络（RAN）和核心网（CN）。无线接入网络用于处理所有与无线有关的功能，由于采用了UTRA（UMTS的陆地无线接入网络）技术，所以称之为UTRAN。CN负责处理WCDMA系统内所有的话音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。这两个单元和用户终端设备一起构成了整个UMTS系统。
1．MS（移动台）
MS(或称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。
WCDMA系统支持两种接入网络技术，即GSM/GPRS的BSS和UTRAN。因此，系统中可能有三种终端：GSM/GPRS终端、WCDMA终端、同时支持GSM/GPRS和WCDMA接入的双模终端。GSM/GPRS终端通过Um接口接入BSS子系统，WCDMA终端通过Uu接口接入到UTRAN，而双模终端可以通过两个接入网与网络设备通信。
MS为用户提供电路域和分组域的各种业务功能，包括话音、短信、移动数据业务。WCDMA终端和双模终端更可以提供宽带话音和高速的数据通信。MS包括两部分：ME（Mobile Equipment）、SIM（Subscriber Module）或USIM（UMTS Subscriber Module）。
2．接入网络
WCDMA第一阶段的系统中包括两类接入网络：GSM/GPRS的BSS（Basic Station System）和UTRAN。
BSS系统与GSM/GPRS终端和双模终端进行通信，主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC）和基站收发信台（BTS）。
UTRAN与WCDMA终端和双模终端通信，包括基于基站（Node B）和无线网络控制器（RNC）两部分。
UTRAN比BSS系统更复杂，RNC之间可以直接相连，并能提供CDMA特有的软切换。UTRAN系统基于ATM网络，因此提供了更高的信令和数据速率，它针对话音传输采用了AMR技术，可以提高话音质量和系统容量。同时，UTRAN比BSS系统更开放，BSC和BTS之间的Abis接口是BSS厂家的私有接口，而Node B和RNC之间的Iub接口和RNC之间的Iur接口都是3GPP所规定的公共接口。
3．核心网络
核心网负责与其他网络的连接和对MS的通信和管理。核心网分成两个子系统：电路域和分组域。
电路域基于电路交换网络，链路需要建立和释放，通信过程中链路独占的方式保证了电路域的通信质量。电路域的设备中包括MSC/VLR和GMSC等。分组域基于分组交换网络，信令和数据都是以数据包形式在分组网中传输，更加有效地利用了网络资源，因而可以提供更加高速的传输速度。考虑到通信的可靠性，在数据通信前，需要建立端到端的隧道，从而保证了服务质量。分组域的主要设备是SGSN和GGSN。
电路域和分组域共用一些设备，负责提供用户管理和网络设备管理。这类设备有：HLR、AUC和智能网设备（SCP）等。另外，还有一些业务支撑设备同时提供了与电路域和分组域的接口，如短消息中心（SMSC）。
三、WCDMA R4/R5的系统结构
就无线接入网络而言，UTRAN、BSS或基于GSM演进的EDGE无线接入网（GERAN）可以分别通过Iu接口（包括Iu_CS和Iu_CS）和A/Gb接口接入WCDMA R4/R5核心网。这使得那些兼有2G和3G无线接入网的运营者只需建设和运营一个核心网就能支持所有2G和3G业务。而对于那些未获3G许可证的2G运营者来说，也可以通过在原GSM基站子系统BSS中引入EDGE以及将核心网演进成R4/R5核心网络而向用户提供新的业务和性能。
上述Iu接口和A/Gb接口可以基于现有规范，也可演进成基于IP传输模式。
R4/R5核心网仍然划分成两个基本域：电路域和分组域。在此基础上，设立了IP多媒体（IM）子系统和业务子系统。
1．电路域
电路域用来提供话音等电路型业务，可以由R99的电路域平台演进而来。它包括三种逻辑实体：媒体网关（MGW）、MSC服务器/GMSC服务器和传送信令网关（T-SGW）。
R4/R5的电路域与R99的电路域平台的根本区别在于，引入了承载与呼叫控制分离的概念，即将原来的MSC交换机概念从逻辑上划分成MGW和MSC服务器。MGW负责为用户数据提供传送手段；MSC服务器负责提供原MSC中的呼叫控制、移动性管理等功能。从逻辑上分离之后，MGW与MSC服务器将不一定存在具体的对应关系，这就可能使传送资源的调配变得更灵活高效。从设备的物理实现上看，MGW和MSC服务器可以是一体化的实体，也可以是分立的实体。
R4/R5电路域可以承载在不同的网络媒质之上，基于ATM网络或者基于IP的网络。MGW负责在不同的承载网络上管理传输资源。为了准确及时地传输信令，在基于IP的网络上，MSC服务器需要建立相互的隧道，以保证信令传输的可靠性。
2．分组域
R4/R5分组域中的功能实体SGSN和GGSN与R99规范没有本质差别。
3．IM子系统
IM子系统是R5系统中新增加的功能模块，负责在分组域连接的基础上为基于IP的多媒体业务(如VoIP、会议电视业务等)提供相关控制机制。该系统主要功能实体包括：呼叫状态控制功能（CSCF）、媒体网关控制功能（MGCF）、媒体资源功能（MRF）。
4．业务子系统
业务子系统用于提供运营者所定义的一系列业务，它主要是基于现有的CAMEL智能网平台演进而成，涉及VHE/OSA、CAMEL、SAT等多方面。该系统主要功能实体包括业务控制点（SCP）等。
四、WCDMA R4/R5新增设备和功能
1．MSC服务器（MSC Server）
MSC Server主要包含GSM/UMTS MSC中的呼叫控制和移动控制部分。它负责对由移动发起和移动终结的电路域的呼叫控制，接收用户/网络信令，并将它转化为网络/网络信令。此外它还保存移动用户的业务数据和与CAMEL有关的数据，通过接口管理MGW中媒体通道的连接控制呼叫状态。
2．网关MSC服务器（GMSC Server）
GMSC Server主要包含GSM/UMTS的GMSC中的呼叫控制和移动控制部分。
3．媒体网关功能(MGW)
对一个特定网络而言，MGW是PSTN/PLMN网络的传输终结点，通过Iu与UTRAN连接。MGW可以接收来自电路交换网的承载通道，也可以接收来自于分组网络的媒体流。在Iu接口上，MGW可以支持媒体转换、承载控制以及净荷处理，可以支持CS业务的不同的Iu接口类型（基于AAL2/ATM或基于RTP/UDP/IP）。
4．漫游信令网关功能(R-SGW)
R-SGW位于GSM/GPRS与R4/R5的电路域和分组域之间，实现漫游信令网关的功能。为了保证正确的漫游，R-SGW在传输层对基于传统的SS7信令和基于IP的信令进行信令转换。
当双模终端从R4/R5电路域漫游到GSM/GPRS电路域时，GSM/GPRS MSC或GMSC通过R-SGW可以与R4/R5的HSS互通，传输E和G接口上位置更新、索取漫游号码等信令。反之，终端从GSM/GPRS电路域漫游到R4/R5电路域时，R4/R5 MSC服务器或CSCF通过R-SGW的信令转换，可以和GSM/GPRS HLR信令互通。
5．呼叫状态控制功能(CSCF)
IM子系统包括三种不同的呼叫状态控制功能：查询CSCF(I-CSCF)、代理CSCF(P-CSCF)、服务CSCF(S-CSCF)。
P-CSCF是UE联系IMS的第一步。它将在UE收到SIP消息前，转给一个位于归属网络的SIP服务器，反之亦然。根据网络运营商设定的一套规则(如地址分析和可能的修改)，P-CSCF也可以修改一个发出的请求。I-CSCF的功能是提供到归属网络的入口，将归属网络的拓扑图对其它网络隐藏起来，并可以灵活选择S-CSCF。S-CSCF完成UE的会话控制功能，其中包括将始发的会话路由到外部网络，将终结的会话路由到访问的网络。一个呼入的SIP会话请求处理业务时，S-CSCF决定是否需要一个应用服务器接受相关信息。这个决定基于从HSS或其它来源(如应用服务器)收到的信息。所有的CSCF功能可以生成和输出呼叫的详细记录用于计费处理。
6．归属用户服务器(HSS)
HSS是由归属位置寄存器(HLR)和鉴权中心(AUC)演进而来的，是一个给定用户的主数据库。它是一个包含登记信息的实体，用于支持网络实体处理呼叫/会话。它也支持用户认证和授权功能(AAA)，通过认证、授权、名称/地址解析等服务，HSS帮助呼叫控制服务器完成选路/漫游功能。
HSS负责保存下列与用户相关的信息：(1)用户标识、编号及地址信息；(2)用户安全信息，用于认证和授权所需的网络接入控制信息；(3)在系统间级别上的用户位置信息，即HSS处理用户注册，同时存储系统间的位置信息等；(4)用户的概要信息。
基于以上信息，HSS还可以对不同控制系统（电路域控制、PS域控制、IP多媒体控制等）的实体提供支持。
7．媒体网关控制功能(MGCF)
对一个特定网络而言，MGCF是PSTN/PLMN网络的终结点。它具有以下功能：(1)呼叫状态的控制，即对与MGW中的媒体信道连接有关的部分进行控制；(2)与CSCF进行通信；(3)对于来自传统网络的呼叫，MGCF依据它们的路由号选择相应的CSCF；(4)实现传统网络呼叫控制协议(如ISUP R1/R2)和R4/R5网络呼叫控制协议之间的转换；(5)MGCF可以接收带外信息，然后将它发送给CSCF/MGW。
8．多媒体资源功能(MRF)
MRF实现的功能为：(1)提供多方呼叫和多媒体会议功能，它与H.323网络中的多点控制单元(MCU)的功能相同；(2)在多方/多媒体会议中，与GGSN和MGW共同负责承载业务控制；(3)可以与CSCF进行通信，对多方/多媒体会话进行业务认证。
9．传输信令网关功能(T-SGW)
T-SGW是R4/R5网络中PSTN/PLMN网络的终结点。它包括下列功能：(1)在IP层上对T-SGW来自PSTN/PLMN与呼叫有关的信令进行映射，然后将它发送给MGCF，或者接收来自于MGCF的与呼叫有关的信令，然后在IP层上对其进行映射，再将它发送给PSTN/PLMN；(2)提供PSTN/PLMN与IP传输层之间的地址映射。
六、现状和前景
WCDMA是全球3G主导标准，迄今为止，全球已发放了112个WCDMA牌照，占ITU 3G核心频段(2.1GHz)上所有牌照的95%以上。WCDMA的商用服务已经在日本、欧洲等地展开。中国作为移动通信大国，3G的进展有必要与国际保持同步。国内3G牌照的发放政策虽然还未明确，3G试验早在进行，国内几大电信商都有试验网。信息产业部组织的WCDMA实验也已经进行到第二阶段，测试采用的都是商用版软件和商用手机。第二阶段不仅测试设备的功能，还要检验设备商用程度。
WCDMA的成本不比第二代系统高，却提供更高质量的话音，单位数据业务成本却降低了，并能更好地提供音频、视频等丰富多彩的多媒体业务。运营商选择WCDMA，可以从网络建设、终端提供以及应用开发各个方面的规模上获得规模经济效益。WCDMA能够提供更高的网络质量，更低的建网成本，还提供更有效的话音和数据的业务承载。由于WCDMA具有开放性，在服务和开发方面也具有优势，它能够通过规模经济给运营商带来真正的收益。
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