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WCDMA与CDMA2000网络结构比较

2019/04/25 来源:芜湖信息港

导读

目前,移动通讯系统正朝第三代发展,由于存在两种不同的2G制式,所以2G向3G的演进也存在两条线路。GSM采取WCDMA的演进策略,窄带CDM

目前,移动通讯系统正朝第三代发展,由于存在两种不同的2G制式,所以2G向3G的演进也存在两条线路。GSM采取WCDMA的演进策略,窄带CDMA采用CDMA2000的演进策略。WCDMA和CDMA2000作为未来的主流技术,已经得到业界的广泛认可。WCDMA与CDMA2000两种制式无论是无线技术还是络技术都存在很多类似之处,但又有许多差别。文章侧重讨论了络结构的相似和差异。

移动通讯系统已经历了代摹拟通讯系统和第二代数字通信系统(GSM、CDMA),目前正朝第三代移动通讯系统发展。由于存在两种不同的2G制式,所以在2G向3G的演进过程中,也存在相应的两条线路。GSM采取WCDMA的演进策略,窄带CDMA(IS95+ANSI41)采取CDMA2000的演进策略。WCDMA与CDMA2000作为未来主流技术,已得到业界的广泛认可。在技术创新和市场驱动的两重作用下,3G从概念向产业化的发展进程正在加快,全球主要装备运营商和制造商都在积极跟踪和研发基于WCDMA或CDMA2000技术的3G络产品,因此,对它们进行研究和比较有重要意义。无论是无线技术还是络技术方面,WCDMA与CDMA2000两种制式都有很多相似之处,但也有差别。

1、两种制式的逐渐演进

两种制式标准的制定都非常注重逐步演进的概念,保证全部络体系能平滑演进,并且为不同的运营商提供不同的解决方案和建策略,以满足不同运营商的特殊需求。由于标准是逐步演进的,所以标准的制定也必定是分阶段的。从目前的标准来看,WCDMA分成三个比较清晰的阶段,即R99、R4、R5。CDMA2000标准的阶段划分比较模糊,但也基本划分为三个阶段,即Phase0、Phase1/2、Phase 3。本文主要讨论两种制式的第二、第三阶段。

2、WCDMAR4阶段

对两种制式来说,第二阶段都是向全IP络演进的过渡阶段。在第二阶段,两种络结构的相似性很强,主要改变在电路域中(即话音),而对分组数据的处理改变很小。下面主要针对电路域进行讨论。

在第二阶段都将处理话音的移动交换中心(MSC)和移动关局(GMSC)分裂成两个元,即MSCServer/GMSCServer和其控制的媒体关(MGW)。其中,Server主要完成对信令和呼唤控制的处理,而MGW提供语音流的处理及与外部络的互连。Server与MGW之间的关控制协议都采取H.248,Server与Server之间都采取与承载无关的呼唤控制协议(BICC)。Server与外部传统络的信令互连都采用信令关(SGW)实现互连互通。其中,T-SGW实现与公共交换(PSTN)络的互连互通,R-SWG实现与2G移动的互连互通。

R4络结构由R99直接演进而来,在R4络中新增了一部分元(如MGW、T-SGW、R-SGW)。并增强了一部分R99元的功能(如MSC、SGSN、GGSN、HLR),核心可以支持R99CS域的终端,并允许终端在R99络与R4络中无缝漫游。这一阶段可以认为是向全IP络的过渡阶段。通过各种媒体关和信令关,核心可以与2G络、PSTN等外部络进行互连互通,能够实现2G络与3G络之间的相互漫游。3G络如果是从2G络演进而来,则可以将2G络看做是3G核心络的一个外部络。

R4络中元的智能化是其基本的特点,3GPP在制定协议时,采取了大量传统的智能协议,并进行了很多修改,从而使络具有强大的智能化功能。智能的功能分布在各个元中,各元都具有业务交换点(SSP)功能。智能功能可以看做是3G核心的不可分割的一部分。

3、CDMA2000Phase1/2阶段

向全IP的演进进程中(Phase1),CDMA2000与WCDMA体系相同,这1阶段,将目前的IOS4.X标准中的MSC分裂成MSCServer/GMSC Server和MGW两个功能实体,并支持ATM/IP传输。

对于CDMA2000来说,这是向全IP演进的阶段,开始将信令与传输分开、核心与接入分开,各自独立发展。在这个阶段,核心中的电路部分信令与承载分开,信令在IP传输,承载继续沿用原来的承载方式。分组部份和接入独立发展。接入部分采取IP传输(如A3、A7、A9、A11等)。空中接口采用RELEASE0或RELEASEA。

在这个阶段,全IP中引进了“IPMultimediaDomain”和“Legacy MS Domain Support”两个概念。前者处理VoIP、多媒体和两者的混合业务,后者实现对全IP中传统的支持。通过漫游信令处理原来的ANSI-41电路中的业务。“IP Multimedia Domain”虽然也支持传统,但是信令和业务均在IP上传输,它与通过漫游信令解决原来用户的业务是不同的概念。在全IP中由于有两个域的支持,双模可以根据自己的能力选择相应的模式向全IP的无线接入(RAN)注册。RAN应该支持两种域的接入。空中接口需要增加全IP中IP域的会话发起协议(SIP)呼叫信令的承载,但对传统移动台(MS)的支持可以继续采取原来的接口。

在RAN中,内部接口通过全IP开放,特别是声码器部份的接口应该是开放的,可以使声码器能方便地移到核心。声码器的位置终将从基站控制器(BSC)移到MGW。这时候A1、A2、A5接口演化成A1’、A2’及A5’接口,语音和SS7信令由IP传输。

RAN向着全IP和更开放的方向演进,不但支持传统的MS,而且支持核心的多媒体域(MultimediaDomain)。

两种制式第二阶段络的主要差别以下:a)对于R-SGW,两种制式采取的事务处理能力运用部分(TCAP)和移动运用部份(MAP)信令不同。b)对分组数据,WCDMA的服务GPRS支持节点(SGSN)和GPRS关支持节点(GGSN)主要采取GPRS隧道协议(GTP),CDMA2000的分组数据服务节点(PDSN)与归属代理(HA)之间主要采取移动IP(MIP)协议。c)CDMA2000基站与核心间的语音采取EVRC/RTP的情势传输,WCDMA基站与核心间的语音采取ATMAAL2承载。d)AAA服务器在WCDMA中是可选的,在CDMA2000中是络的一部分。

4、WCDMAR5阶段

络由无线络、GPRS络、呼唤控制、连接外部络的各类关和业务构架五部份构成。无线络由移动用户、无线链路及无线接入等部分构成。GPRS络由GPRS支持节点构成,包括提供移动性管理的SGSN、提供分组数据协议(PDP)激活上下文管理的SGSN及提供归属位置寄存器(HLR)功能的归属用户服务器(HSS)等构成。呼唤控制部份的络实体包括部份媒体关和信令关,主要由呼唤状态控制功能(CSCF)、媒体关控制功能(MGCF)、漫游信令关(R-SGW)、MGW、传送信令关(T-SGW)和媒体资源功能(MRF)构成,完成呼唤控制与信令功能,实现各种实时移动业务。

5、CDMA2000Phase3阶段

该阶段是向全IP络演进的顶点,在该阶段,全部成为IP多媒体域,没有传统MS。IP将延伸至所有领域,空中接口、接入和核心均为IP承载,包括全部信令和业务。

目前,MS的分组数据业务通过MSC到相应的HLR来鉴权用户的数据业务权限,并指导BSC完成分组数据连接。在多媒体域中,通过BSC中的移动性管理模块(MM),由本地AAA与HOMEAAA交互完成。在这1阶段,传统移动台域(LMSD)将不再继续发展,如果直接从本阶段构建络,将不再支持传统的MS。但如果络是从之前的阶段发展而来,运营商可以选择保存之前的LMSD,与IP多媒体域并存,以支持传统的MS。在该阶段,IP多媒体应该是络中占统治地位的技术,用来支持新业务或增强的IP多媒体业务,并能满足增强的业务能力及QoS的要求。

6、WCDMA与CDMA2000在第三阶段的类似之处

第三代移动通讯WCDMA系统是在GSM和GPRS的基础上演进而来,其规范的制定是在继承Phase1、Phase2和Phase 2+协议标准的基础上,随着技术和业务的变化,新增和修改了部份技术规范,有很多GSM和GPRS的协议被3GPP直接援引,转化为R99阶段的协议。整体来说,R99作为WCDMA技术规范阶段的版本,与GSM(Phase 1/Phase 2/Phase 2+)的技术规范相比,无论是在无线接入络部份还是核心络部份都有非常大的变化。在无线络侧,GSM和GPRS均是采取TDMA技术,而在R99中,则采取具有革命性的CDMA技术。在核心络侧,同时引入了电路交换和分组交换技术,利用ATM作为Iu接口承载,能够兼容第二代的基站子系统(BSS)及GSM、GPRS的核心,并能与PSTN、ISDN和IP实现互通互连。也就是说,3G核心应当能同时支持无线络子系统(RNS)和BSS两种接入,并同时支持2G和3G的用户及相干业务。

WCDMA的核心从总体上可以分为CS域和PS域两大部分,分别对应于GSM系统中的电路交换部分和GPRS部份,PS域基本继承了GPRS的设计思想。MSC/VLR负责处理CS域的相干业务,SGSN和GGSN负责处理PS域的相干业务。与原GPRS系统相比,WCDMA显著提高了无线资源的利用率,并简化了核心部份的协议栈,将处理工作下推给无线络控制器(RNC)。核心中的主要技术突破是引进了具有AAL2和AAL5适配方式的ATM交换技术、IP技术、AMR编解码技术、TransCode技术和基于CS/PS域的Iu接口技术。与第二代相比,核心在移动络增强性逻辑的用户定制应用(CAMEL)业务、定位业务(LCS)系统等方面都进行了功能增强性设计。

3G的骨干还需要与一系列络(如PSTN、ISDN、Internet、其他2G的PLMN、其他3G的PLMN、多媒体络等)互通,实现各种互通业务。WCDMA与二代的GSM相比,由于引进了新的无线制式,络改变相对较大。其中,RNC和NODEB与二代的BSC和BTS比较,在无线制式、传输、协议上均有根本改变。核心由于在无线侧引入了新的无线与传输技术,也有较大变化。WCDMAR99的核心本质的变化在Iu口(相当于原GSM的A接口与Gb接口)引入了ATM的传输。WCDMA R5阶段与CDMA2000 Phase 3阶段都是真正的全IP络。对第三阶段来说,两种络都引入了基于H.248协议的媒体控制分离技术和IP多媒体会话控制技术,以便在分组域中实现话音和多媒体业务。都实现了从移动终端到络传输以及业务实现的IP技术。对叠加演进,可能还存在第二阶段的一些元。对于完全渐进演进的络,全部采取IP多媒体技术实现。CDMA2000络中的HLR被AAA完全取代。WCDMA则演进为HSS,成为络用户管理业务实现的中心。两种制式在分组域实现话音业务的技术也非常类似。

7、WCDMA与CDMA2000第三阶段的差异

该阶段两种制式的主要差别:a)对R-SGW,由于两种制式采用的TCAP和MAP信令不同,R-SGW在软件上也不同。b)对分组数据,WCDMA的SGSN和GGSN主要采用GTP,而CDMA2000的PDSN与HA之间主要采用MIP协议。c)对WCDMA来说,HLR的功能将得到增强,演化为HSS,但AAA服务器依然是可选的。而对CDMA2000来说,HLR将退化,其功能将在增强的AAA服务器中实现,AAA成为整个络无线用户管理、无线资源管理和各种业务展开的中心。d)对WCDMA来讲,在GGSN的Gi接口处叠加多媒体处理子系统,以便在分组数据上实现话音业务。而CDMA2000是通过PDSN或HA出IP流至媒体关,以在分组数据上实现话音业务。

8、结束语

目前,全球主要设备厂商都在积极跟踪和研发基于WCDMA技术的3G络产品,日本的DOCOMO早在1991年就启动了WCDMA的研发工作,并于2001年下半年推出了WCDMA可商用系统及产品样机。全球各大运营商对参与WCDMA运营持积极态度,国内几大运营商也在积极争取3G牌照,并竞相展开WCDMA络实验,为WCDMA运营做前期准备。中国电信运营商如何在取得3G牌照以后整合利用好自己的现有资源,发展新业务,笔者认为在讨论络结构的基础上,需要解决络建设本钱、营销和业务策略、长时间的范围效益等一系列问题。各运营商在权衡各种因素的条件下,选择三种制式中的哪一种,是关系到企业未来发展的重大问题。

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