第三代移动通信系统的结构

1．6．3　第三代移动通信系统的结构

为了确保GSM系统的演进满足UMTS系统的需要，GSM规范的开发和维护工作在2000年转由3GPP负责。3GPP最初沿用了ETSI制定GSM规范的版本演进方式，并将其颁布的首个标准定名为“3GPPRelease　1999”，该版本于2000年3月完成。下一个规范版本起初定名为“Release　2000”，但由于该版本对核心网络作了巨大的改动，无法在一个阶段内完成，因此被分为两个版本：Release　4和Release　5。自此，3GPP决定不再使用年度版本的方式，新版本按确定的能力划分并推出，其编号也采用序列号的方式。为保持一致性，Release　1999版本有时也被称为“Release　3”。Release　4、Release　5版本分别于2001年3月、2002年3月冻结。

1．基于R99核心网的结构

基于R99核心网的结构如图1．9所示。由图1．9可见，基于R99的核心网络采用了与GSM／GPRS相同的基本体系结构，划分为电路交换（CS）域和分组交换（PS）域，从而在逻辑上分开了电路业务和分组业务；R99阶段的主要工作集中于接入网络侧，引入了全新的无线接入网络——UTRAN陆地无线接入网络／通用陆地无线接入网；提高了频谱利用率和数据传送能力，数据速率在广域为384kbit／s，小范围慢速移动时为2Mbit／s；支持AMR话音编译技术，可提高话音质量和系统容量。UTRAN的主要接口Iub、Iur和Iu接口基于ATM技术。MSC需要完成AMR编码到PCM编码的转换工作。

图1．9　基于R99核心网的结构

2．基于R4核心网的结构

基于R4核心网的结构如图1．10所示。

图1．10　基于R4核心网的结构

基于R4核心网部分对CS域进行了较大改造，将MSC分为MSC服务器（MSCServer）和媒体网关（Media Gate Way，MGW），实现了CS域中呼叫与承载的分离，支持信令的IP承载。

MSC Server继承MSC的所有电路域控制面功能，集成VLR功能和SSP功能，以处理移动用户业务数据及移动网络定制应用增强逻辑服务器（CustomisedApplications forMo－bileAetwork Enhanced Logic，CAMEL）相关数据；对外提供标准的信令接口；对电路域基本业务及补充业务涉及的MGW中承载终端及媒体流的控制是通过3G扩展的H．248协议来实现的。与其他MSCServer间通过BICC信令实现与承载无关的局间呼叫控制。

GMSCServer完成GMSC的信令处理功能，具有查询位置信息的功能。当MS被呼时，需要通过GMSC Server查询该用户所属的HLR，然后将呼叫转接到MS目前所登记的MSCServer中。通过H．248协议控制MGW中媒体通道的接续，并支持BICC与TUP／ISUP的协议互通。

MGW是R4核心网承载面的网关设备，位于CS核心网通往无线接入网（UTRAN／BSS）及传统固网（PSTN／ISDN）的边界处。MGW不负责任何移动用户相关的业务逻辑处理，而是通过H．248信令，接受来自（G）MSCServer的控制命令。MGW可以支持媒体转换、承载控制等功能，实现GSM／UMTS各类话音编译码器、回音消除、接入网与核心网侧终端媒体流的交换，管理会议桥、放音收号资源等，支持电路域业务在多种传输媒介（基于AAL2／ATM、TDM或基于RTP／UDP／IP）上的实现，提供必要的承载控制功能。

SGW在基于TDM的窄带SS7信令网络与基于IP的宽带信令网络之间，完成MTP的传输层信令协议栈的双向转换（SIGTRANM3UA／SCTP／IP→SS7MTP3／2／1）。SGW在物理实现上可与（G）MSCServer或MGW合一。

R4核心网接口如图1．11所示，各接口采用的协议如图1．12所示。

图1．11　R4核心网接口

图1．12　R4核心网各个接口采用的协议

Mc接口是MSCServer与MGW之间的接口。Mc接口采用ITU－T及IETF联合制定的H．248协议，并增加了针对3GPP特殊需求的H．248扩展事务（Transaction）及包（Package）定义。

Nc接口是MSCServer之间的呼叫控制信令接口。Nc接口采用与承载无关的呼叫控制协议BICC。BICC提供在宽带传输网上等同ISUP的信令功能。

Nb接口是MGW之间的接口，相当于MSC之间的中继电路部分，用来在R4核心网内承载用户的话音媒体流，有IP与ATM承载两种方式，并可以承载控制信令管理媒体流连接的建立、释放与维护，在采用ATM承载和IP承载时，媒体流建立过程及使用的信令完全不同。

Nb接口协议可分为用户面（Nb－UP）和控制平面。TS　29．415定义了用户面（Nb－UP）的协议。Nb－UP在承载面MGW之间提供业务数据流的组帧、差错校验、速率匹配及定时控制等功能，与Iu－UP基本相同，支持压缩话音、数据流的传输。

承载控制平面，有IP与ATM承载两种方式。在ATM承载和IP承载中，媒体流建立过程及使用的信令完全不同。ATM承载控制信令采用Q．2630．l协议，完成MGW之间的用户面AAL2连接建立、释放等功能。

IP承载控制信令的控制面协议为IPBCP，IPBCP在对等实体之间交互媒体流特性、端口号、IP地址等信息，用于建立、修改媒体流连接。IPBCP使用隧道方式从Mc、Nc接口传输，隧道协议为Q．1990（BICC承载控制隧道协议），而Q．1990协议在Mc接口的传输遵从29．232协议，Q．1990协议在Nc接口的传输遵从Q．765．5协议。

3．基于R5核心网的结构

基于R5核心网的结构如图1．13所示。

图1．13　基于R5核心网的结构

基于R5核心网在R4的基础上主要完成了IP多媒体子系统（IPMultimediaSubsys－tem，IMS）第一阶段的网络结构和协议定义。IMS定义了一个完整的体系结构和框架，允许在基于IP的基础设施上对声音、视频、数据和移动网络技术进行聚合。它填补了两个最成功的通信范式（移动电话和Internet技术）之间的空白，可以对Internet提供的所有服务进行移动接入。

IMS是向ALLIPNetwork业务提供体系演进的一步，将会话初始协议（SIP）作为IMS的主要协议。IMS是解决移动网与固网融合，引入话音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。