一、WCDMA核心網絡概述

　　無線通信已成為產業的最大組成部分之一，并保持持續高速的發展速度。截止2005年，全球已有14億移動電話用戶，主要使用數字技術的第二代移動通信系統；預計到2006年，全球的移動通信用戶可能會超過20億，其中大部分用戶將開始使用提供豐富多媒體業務的第三代移動通信系統。

　　3GPP所規范的WCDMA系統以其不斷完善和成熟的技術標準、靈活的網絡架構、平滑的演進模式、有效的投資等諸多優勢，逐漸發展成為第三代移動通信的主流技術，為越來越多的通信運營商和設備商所采用。迄今為止，全球已發放的WCDMA牌照占所有3G牌照的97%。

二、WCDMA標準的進展及內容

　　3GPP(3 Generation Partnership Project)是全球研究第三代移動通信標準的標準化組織，也是目前世界范圍內第三代移動通信技術影響力最大的標準化組織。中國的CWTS也于1999年加入了3GPP，成為組織伙伴之一。迄今為止，3GPP己制訂出3GPP R99版本標準、R4版本標準、R5版本標準，并已開始R6版標準的研究與制訂。

　　R99標準相對比較成熟和穩定，目前世界上已經商用的WCDMA網絡大部分都是基于3GPP R99版本的。它繼承了GSM/GPRS核心網結構，在無線接入網部分引入了全新的無線接口WCDMA，并采用了ATM的分組化傳輸，更有利于實現高速移動數據業務的傳輸。

　　R4版本相對于R99增加了一些接口協議，例如低碼片速率TDD、UTRAFDD直放站、Node B同步等，且在核心網上實現了電路域(CS域)的呼叫與承載的分離，業務上也做了進一步的增強，可支持CS域的多媒體業務，實時傳真等多種業務。

　　R5版本在接入網部分引入了IP技術，實現了端到端的全IP化。這些技術包括HSDPA(高速下行分組接入，其峰值數據速率可高達10Mbit/s，時延更小)和UE定位增強功能(更多地支持定位業務的實現手段)等。

　　R6的完成時間尚未確定，目前的工作包括在GERAN和UTRAN之間進行更高效的無線資源管理，采用新的傳輸方式，利用多點傳輸以及其他技術盡可能地增加系統的性能。

三、WCDMA核心網組網方案

　　1.第一階段的組網方案

　　3G網絡在第一階段建設時，我們考慮采用兩種方案。一種是采用R99，另一種是采用R4。

　　(1)R99非分層解決方案　從時間上來說，3GPP R4版本規范還不是十分成熟，第一階段可以考慮采用3GPP R99非分層網絡結構。R99非分層結構是目前一種較為成熟、穩定的方案，且多廠家的互聯、互通性好。目前，在全球已經商用的WCDMA網絡中，大部分都是基于3GPP R99版本的。

　　這時的網絡規模一般不大，電路域節點較少，網絡配置原則上可考慮以下幾個方面：

　　①MSC之間呈網狀網連接：

　?、谀骋籖NC歸屬某個指定的MSC；

　　③ATMXC(交叉設備)用于RNC到MSC和SGSN的連接及Iur的連接，從而節省了STM-1 155M的傳輸鏈路。

　　同時，對核心網的建設有如下要求：

　?、俳粨Q節點的設置應考慮到核心網將來擴容的延續性和平滑性；

　?、谂c其他運營商的接口網關局依舊；

　　③STP、匯接局、營業/帳務/網管等均根據需要新建。

　　圖1是這種解決方案下的第一階段WCDMA網絡示意圖。

圖1

　?、費SC Server　在電路域中，MSC Server服務器主要負責移動發起和終止呼叫的呼叫控制和移動性管理功能。另外，MSC Server還具有VLR功能，用于控制移動用戶的業務數據及相關CAMEL數據。

　　②GMSC Server　GMSC Server服務器主要負責UMTS移動網絡關口局的呼叫和移動控制。在某個PLMN中，當MSC Server無法詢問移動終端所屬HLR時，這個呼叫會被路由至一個特定的MSC Server處，該MSC Server與HLR聯系并將該呼叫路由至移動終端所屬的MSC Server處。這種執行路由功能并將移動終端尋址到實際位置的MSC Server被稱為GMSC Server。

　?、勖襟w網關(MGW)　媒體網關負責接入PSTN/PLMN網絡，并提供連接UTRAN無線網絡的Iu接口。媒體網關還負責承載用戶話務流，支持媒體轉換、承載控制和負荷處理等功能(如編碼轉換、回聲抑制等)。針對電路域業務，媒體網關可支持不同的協議：基于AAL2/ATM的Iu接口或基于RTP/UDP/IP的Iu接口。

　　圖1中：G/MSC/MGW是MSC-Server和MGW合設的節點，同時具有GMSC的功能，當3G用戶做被叫時，該節點負責尋訪HLR以獲得用戶的位置信息：TMSC/TMGW則負責轉接長途話務，考慮到這一期中全網話務量不大，國家級匯接和省級匯接局合設；本方案中傳輸鏈路采用TDM。

　　(2)R4分層解決方案　如果從一開始就采用R4分層結構，電路域節點的配置原則可考慮：

　?、倌硞€RNC歸屬某個指定的MSC-Server；

　　②MGW與MSC-Server和RNC之間沒有一一對應關系，而是M：N的關系，MSC-Server可任選MGW；

　　③MSC-Server決定選擇哪個MGW與哪個RNC互連，決定是基于目的地址、MGW的擁塞情況和MGW之間的負載均衡；

　　④網絡規模擴大后，可以引入媒體網關組，多個MGW以PooL的形式工作，MSC-Server也可以PooL的形式工作。

　　分層網絡的特點是連接層、控制層和應用層分開，其優點是：a.在網絡的各功能實體之間定義分離的功能和清晰的接口，以便將信令和傳輸分開，將信令和業務承載路徑分離；b.控制層與傳輸層分開，可使呼叫控制和服務控制等網絡功能獨立于接入網絡，使核心網絡可支持多種接入網絡技術，而接入網絡技術的演進和引入新的接入網絡技術，能夠極大地提高網絡資源的利用率，促進對無線接口資源的充分利用；c.控制層由基于非專用平臺的高性能服務器組成，可減少節點數量，降低投入與運營成本；d.設立獨立的業務層網絡，有利于集成第三方設備，易于構造虛擬歸屬環境，加快開發新的業務和應用。

　　圖2是分層網解決方案下的第一階段WCDMA網絡結構圖。

圖2

　　隨著移動通信的發展，目前各種節點的單節點容量都相對較大，而WCDMA網絡第一期的容量相對較小。在這種情況下，R99方案的網絡結構相對簡單、清晰，網絡實施快速。另外，考慮到版本和產品的成熟性以及廠家之間的互聯互通，即使是采用了R4的網絡結構，不同廠家之間可能仍然要通過TDM和ISUP來通信，而R4版本的很多優點暫時還無法得到體現。

　　2.第二階段的組網方案

　　第二階段，WCDMA網絡的用戶數將會逐漸增多，且隨著時間的推移，R4版本的規范將趨于完善，各廠家之間的互聯互通也會趨于成熟。因此，建議這一階段的WCDMA網絡采用分層網絡結構。

圖3

　　圖3是WCDMA網絡第二階段擴容后的網絡結構圖，其中帶陰影的節點為第一階段中已有的節點。如前所述，本期方案中將新建的一對GMSC作為WCDMA網絡與其他運營商網絡的分界點，其作用在于匯聚所有去往PSTN及其他PLMN網絡的話務量。如果3G網絡在第一階段中采用的是R99非分層結構，則考慮將原來的G/MSC/MGW作為這一對GMSC中的一個，再新加一個節點與其配對。因為這個節點與現有關口局的路由數據都已做好，這樣的復用可以盡量減小對其他網絡的影響。如果第一階段中采用的是R4分層結構，這對節點則考慮新建，原有的G/MSC-Server不再有GMSC的功能。TMSC-server和TMGW的功能與第一階段中完全相同并可以繼續使用，所采用的傳輸承載可以從原來的TDM逐漸向ATM/IP過渡，并增加相應的支持ATM/IP協議的接口板。

　　MSC-Server與MGW之間的關系如前所述，四個MGW之間仍考慮網狀網相連MSC，本地網內的信令協議為承載于ATM的Q.AAL2協議；服務器與MGW之間采用ATM STM-1直連，信令協議為承載于ATM的GCP協議：服務器之間的信令協議為承載于ATM的BICC協議。

　　3.第三階段的組網方案

　　圖4是WCDMA網絡第三階段擴容后的網絡結構圖，圖中帶陰影的節點為本階段中新增加的節點。從圖4中可以看到，雖然網絡的容量增加了很多，但是網絡的整體結構和第二階段仍然保持基本相同，只是相應地增加了MSC-Server和MGW的數量。屆時IP網技術已經基本成熟，可以考慮3G網絡的全IP化，網絡中原有的T/MSC-S和T/MGW則需要增加相應的支持IP協議的接口板。通過IP網絡提供語音、數據和多媒體圖像，使得3G網絡向WCDMA的目標網演進。這種理想的核心網絡模式，可極大地節省網絡的運行和維護開支，而且有利于運營商開展和充分利用新業務，并可進一步支持今后3GPP R5和R6提供的功能。上述組網方式是基于現有的技術和目前我們對WCDMA網絡的認識。隨著3G技術的不斷發展，最終的組網方式也有可能會與今天的設想有所不同。

圖4

　　4.MSC-Server in pool

　　移動網絡的話務模型是隨著時間和地點不斷變化的，同一城市的不同區域由于手機用戶的行為不同，其話務模型也會有很大的差別。這一差別所導致的直接結果就是負責不同區域的MSC-Server其處理器的負荷差距很大，使WCDMA網絡的組網變得更加復雜。

　　MSC-Server in pool可以有效地解決這個難題。圖5是這一功能的簡單示意。由圖5可知，某一區域的所有RNC和這一區域的所有MSC-Server都直接相連，各RNC不再簡單地歸屬于某一MSC-Server，這個區域中的所有MSC- Server組成了一個池。在這種網絡結構下：

　　(1)當用戶從一個RNC漫游至另外一個RNC時，控制層的MSC-Server可以不變，這樣就能大大減少網絡中的位置更新和切換，從而減少了MSC-Server用于處理這些過程所需要的開銷，提高單個MSC-Server的處理能力：

　　(2)池中的所有MSC-Server可以共享池資源，解決了各MSC-Server負荷不均所帶來的問題；

　　(3)池中的其他MSC-Server都可以作為某一個MSC-Server的備份，當這個MSC-Server出現問題時，其他的MSC-Server可以分擔這個MSC-Server的工作：

　　(4)網絡的規劃變得相對簡單，網絡擴容時只需考慮所有MSC-Server的總容量是否能夠滿足市場的需求，需要增加幾個節點；

　　(5)擴容時工程實施相對簡化，只需將新增的節點和網絡中其他網元相連，減少了對網絡重新分區、Node B重新歸屬的過程。

圖5　MSC-Server in pool示意圖

四、小結

　　(1)前面各期的網絡解決方案只是初步的建議，具體采用哪個版本，只能視網絡建設的具體時間和WCDMA技術發展的具體情況而定；

　　(2)考慮中國國情，充分利用現有的GSM網絡，同時兼顧網絡的平滑過渡和演進，最大限度保護網絡的前期投資，保證用戶業務的連續性。