UMTS无线接入网技术概述

KarLoo

摘要 在对3GPP Release 99的UTRAN网络结构作简单介绍的基础上，介绍了UTRAN的整体
功能，对UTRAN各接口功能作了简要的概述，最后阐述了全IP网络方案是未来UMTS网络发展的
方向。
关键词 UMTS UTILAN WCDMA
一、引言
移动通信经历了第一代模拟系统和第二代蜂窝数字移动系统后，正向着以WCDMA为技术核
心的第三代移动通信系统（3G）发展。UMTS是3GPP制定的第三代移动通信系统的协准，其原则
是将无线接入网和核心网明确分开。核心网是在现有GSM／GPRS基础上发展起水的，对GSM具有
良好的继承性，将提供更加强大的网络承载能力和丰富的业务功能，诸如实时多媒体业务、宽
带数据业务等；UTRAN（UMTS TerrestrialAccessNetwork）是将WCDMA技术应用到九线本地环
路系统，WCDMA的优良特性有赖于UTRAN接口功能的允许实现，Release 99 UTRAN接口基于ATM
分组技术，高效的ATM分组交换将极大地提高传输效率，提高网络容量，为UTRAN之间以及UTR
AN同UMTS核心网之间链路带宽的按需配置提供了丰富的选择。由于UMTS网络基于分组交换技术，
同时考虑到WCDMA的特性，整个系统容量将更大，性价比会更高。本文将就Release 99 UTRAN
作简单的概述，
二、UTRAN网络结构
Release 99 UMTS网络由两部分组成：一部分足UTRAN。另一部分是核心网络CN，这两部分
通过Iu接口连接，核心网从逻辑上可分为电路交换域（CS）和分组交换域（PS）、CS域是UMTS
的电路又换核心网，用于支持电路数据业务，PS域是UMTS的分组业务核心网，用于支持分组数
据业务（GPRS）和一些多媒体业务。根据UTKAN连接到核心网逻辑域的不同，Iu可分为Iu－CS
和Iu－PS，其中In－CS是UTRAN与CS域的接口，Iu－PS足UTRAN与PS域的接口，UTRAN包括多个
无线网络子系统RNS。
无线网络了系统又NS包括无线网络控制器RNC和一个或多个基站NodeB，NodeB和RNC通过
Iub接口互联．在UTRAN内，不同的RNS通过Iur接口互联，Iur可以通过RNC之间的直接物理连
接或通过传输网连接。NodeB相当于GSM网络中的基站收发信台（BTS），它可采用FDD。TDD模
式或双模式工作，每个NodeB服务于一个无线小区，提供无线资源的接入功能。RNC相当于GSM
网络中的基站控制器（BSC），提供无线资源的控制功能。
三、UTRAN功能概述
UTRAN的能力包括无线接入承载能力和无线接入承载控制，支持具有个问的业务和性能特
性的无线资源连接的建立、重新协商和释改，QoS属性与承载属性的重新协商可能由卜层请求
或无线条件（切换、蜂窝负载的改动等）引起，也可由移动站或网络发起。UTRAN将允许一个
移动终端同时处理多个无线接入承载业务，每个无线接入承载业务可能有各自的速率和性能要
求，但同时处理无线接入承载业务的数量将受到终端和网络能力的限制，UTRAN还将支持广播
和组播应用的无线接入承载。
UTILAN具有下列业务量管理机制：在连接建立和重新协商时应用允许接入控制（CAC）；
在连接建立后应用使用参数控制（UPC）。
对于由具有不同UTILA模式的UTRAN一组成的UMTS网络，蜂窝选择和寻呼过程应允许业务区
域由支持一种特定模式的蜂窝覆盖或由支持多种模式的蜂窝覆盖。UMTS网络运营商的网络应支
持能处理一个或多个无线接入承载业务的移动终端的双向切换，这种切换是在具有不同UTKA模
式的两个UTRAN蜂窝间进行的。另外，使用两种不同UTILA模式的蜂窝间的切换应类似于同种模
式间的切换。UTILAN还将支持一个移动终端的无线接入承载业务在UTKANr的蜂窝间无缝切换。
UTILAN应使 UMTS移动终端位置的确定更容易，可利用各种方法完成定位功能，如基于移
动终端的定位、基于网络的定位或混合定位结构。在各种无线环境下，最低的定位精度大约是
50m。UTILAN应支持局部业务区域（LSA）的概念，这将使基于局部业务区域和用户有关的无线
资源选择更容易。
四、UTRAN接口
1．UTRAN无线接口
（1）无线传输技术
3GPP确定UMTS地面无线接入（UTRA）包括两种模式：非对称频带的时分双工（TDD），选
用TDCDMA，对称频带中的频分双 工（FDD），采用WCDMA。WCDMA主要工作在覆盖面积较大的区
域，提供中。低速业务，而TD－CDMA则主要偏重于业务繁忙的地区，可以提供速率高达2Mbit/s
的业务。这里仅就WCDMA进行讨论。
WCDMA基本参数：
①WCDMA工作频段：ETSI规定 1920～1980MHZ频段分配给FDD上行链路，2110～2170MHz频
段分配给FDD下行链路，非对称频段的1900～1920MHz频段分配给TDD双工模式使用。
②基本工作带宽为5MHz，但其实际值可以200kHz为步长，根据需要可以在4.4～5.2MHz之
间调整，基本带宽可以扩展至10／20MHz。
③基本扩频码速率4.096Mcps，它电可以扩展至8.192／16.384Mcps。
④帧长10ms，每帧包含16个时隙，每时隙0.625ms，代表一个工控周期。
⑤上行信道采用 QPSK调制，下行信道采用 BPSK调制。
⑥功率控制采用开环+闭环自适应。
在九线传输技术领域，我国自行研究提出了TDSCDMA，该方案将当今国际领先技术智能大线。
同步C17MA和软件无线电等融于其中，具有较高的频谱利用率、较低的成本和较大的灵活性，很
具竞争性。
（2）无线接口协议
无线Um接口分为三个协议层：物理层、数据链路居和高层。物理层为射频接口部分，数据
链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道，数据链路后又分为煤质接人控制层（MAC）和无线
链路控制层（RLC）。MAC主要作用是定义和分配空中接口的各种逻辑信道，使这些信道能被不
同的移动终端共享。RLC是基于HDLC的无线链路协议，主要作用是负责在高层的数据单元加上
RLC地址、帧地址，生成完整的KLC帧，此外RLC还可实现点到多点的寻址和数据帧的重发控制。
无线接口的逻辑信道分为两类：公用信道和专用信道。
①公共信道，用于多个用户共事在网络和移动终端间传递用户信息或控制信息。公用信道
又分为广播控制信道（BCCH）、前向接入信道（FACH）、寻呼信道（PCH）、随机接入信道
（RACH）。BCCH是下行链路中用于传输广播系统和小区的特殊控制信息的公共信道；FACH是下
行链路中用于承载小区中控制信息和用户短消息的公共信道，它要求系统知道移动终端所在的
小区位置；PCH是下行链路的公共信道，当系统不知道移动终端的小区时，运载控制信息到移
动终端；RACH是上行链路的传输信道，用于从移动终端运载控制信息，它也可运载短的用户分
组数据。
②专用信道（DCH），用于分配给指定用户在网络和移动终端间传递用户信息或控制信息。
专用信道又可分为专用业务信道（DSCH）、旁路专用控制信道（SD－CCH）和辅助专用控制信
道（ACCH）。
2．In接口
Release99 UTRAN连接到核心网电路交换部分的In接口称为Iu－CS，连接到核心网分组交
换部分的Iu接口称为Iu－PS，这两个接口有不同的信令和用户数据连接。
（1）Iu接口协议分成两个平面：
①用户平由协议，实现无线接入业务，即通过接入居传送用户数据。
②控制平面协议，用于控制UE和网络之间的无线接入载体和连接，包括请求的业务，控制
不同的传输资源，切换和流量等，还包括NAS消息的透明传输。Iu接口的无线网络信令由无线
接入网络应用部分RANAP构成，RANAP协议构成处理CN和UTRAN之间所有程序的机制，它也可以
透明地在CN和UE之间传送消息而不需要UTILAN解释和处理。
（2）Iu接口特性如下：
①信令承载
传送CN和RNC之间的信令消息使用SCCP。RANAP是SCCP的用户功能模块，使用SCCP的无连接
和面向连接业务。
②用户数据承载
AAL2用作到CS的用户数据承载，AAL2协议用于动态建立Iu接口到CS的AAL－2连接。GTP－U
用作到PS的用户数据承载。RANAP信令用于建立、修改和释放到PS的GTP－U通道。
（3）Iu接口主要功能：
①无线接入承载（RAB）的管理，包括RAB的建立、修改和释放，RAB特性映射和RAB排队、
预清空和优先级功能。
②无线资源管理功能，包括无线资源接入控制和广播信息管理功能。
③Iu链路管理功能，包括In信令管理、ATM虚连接管理、AAL2和AAL5连接建立和释放管理、
以及GTP－U隧道管理功能。
④移动性管理功能，包括移动终端位置信息更新功能、RNC间的切换、服务RNS重定位、以
及UMTS一GSM系统间切换功能。
⑤安全功能，包括无线接口加密。加密钥匙管理和用户识别保密功能。
⑥业务和网络接入功能，包括核心网信令数据传变速功能、数据量报告、移动终端跟踪和
位置报告。寻呼协调功能。
3． Iub接口
（1）Iub接口传递的信息包括：与无线应用相关的信令，例如RNC和NodeB之间协商无线资
源的信息，控制广播信道和寻呼信道的信息、无线帧的数据流，包括DCH数据流、RACH数据流、
FACH数据流、PCH数据流等无线数据流；上行链路帧的质量评估和同步数据。
（3）Iub接口主要功能：
①NodeB的操作和维护及系统信息更新，系统信息由KNC发送给NodeB。
②公共无线信道和专用无线信道的流量管理。
③无线帧数据块的宏分集合并／分裂和宏分集合并／分裂的拓扑控制。
④软切换判决。
⑤NodeB硬件资源处理。
⑥上下行信道的功率控制和允许接人控制。
4Iur接口
（1）通常RNS分为服务RNS（ServeRNS）和漂移RNS（Drift RNS），DRNS通过提供无线资
源支持SKNS。
（2）Iur接口主要功能：
①数据流的合并和分离，对于DRNS和SRNS，此
功能有所不向。DRNS执行其管理小区内数据流的合并和分离，SRNS执行来自或去往 DKNS的Iur
接口数据流的合并和分离以及SRNS所管理小区内数据流的合并和分离。
②合并和分离拓扑控制功能。
③DRNS硬件资源的处理
④物理信道的分配，该功能由DRNS实现
⑤上行/下行链路功率控制功能
⑥允许接入控制功能，该功能由DRNS实现
五、UMTS发展趋势
语音和数据的统一处理和统一传输（IP）是通信技术发展的趋势，目前ITU正在制订基于全
IP的Release 2000UMTS网络方案，它将使UTRAN与固定分组数据网络能更好地结合，与PSTN正向
与IP骨干网结合的趋势相一致。传统意义上的移动网将仅局限于无线接网侧，而UMTS核心网将
最终与IP网融合形成统一IP网，这个统一IP网在提供宽带分组数据业务的同时，以VOIP方式提
供语音业务，IP将作为语音、数据、信令的统一载体，传统的网络实体功能将按层次分离，在
IP网上通过构建逻辑独立的信令处理服务器和业务应用服务器用于处理控制信令和业务，实现
所谓的“业务/控制/交换”的逻辑分离。