3G移动通信

3G移动通信

第三代移动通信系统IMT2000，是国际电信联盟（ITU）在1985 年提出的，
当时称为陆地移动系统（FPLMTS）。1996 年正式更名为IMT2000。与现有的第二代移动通信系统相比，其主要特点可以概括为：
全球普及和全球无缝漫游
具有支持多媒体业务的能力，特别是支持Internet 的能力
便于过渡和演进
高频谱利用率
能够传送高达2Mbit/s 的高质量图象
IMT-2000 标准组织简要介绍
国际上目前最具代表性的第三代移动通信技术标准有三种，它们分别是
CDMA2000，WCDMA 和TD-SCDMA，其中，CDMA2000 和WCDMA 属于FDD 方式，TD-SCDMA 属于TDD 方式，系统的上、下行工作于同一频率。
3GPP 协议版本的发展路线
 3GPP 协议版本分为R99/R4/R5/R6 等多个阶段，其中R99 协议于2000 年3月冻结功能，R4 协议于2001 年3 月冻结功能。R99、R4 目前已经成熟商用，R5、R6 协议还在进一步完善过程中。
3G标准的各个版本演进关系及各自特点如下表所示：
 
 无线接入网 核心网（电路域） 核心网（分组域）   
GSM/GPRS 最高达72k 到144kbps线数据传输 采用传统电路交换方式组网 基于IP，通过SGSN和GGSN 采用GTP协议组网   
3GPP R99 FDD WCDMA；最高达384k 到2Mbps无线数据传输 无重大改进 无重大改进   
3GPP R4 增加了TD-SCDMA 采用控制与承载相分离的软交换方式组网 无重大改进   
3GPP R5/R6 增加了高速下行分组数据接入方式（HSDPA） 无重大改进 迭加了IP 多媒体子系统（IMS），可提供IP多媒体的业务 

3G R4 版本核心网电路域网络采用控制和承载相分离、基于IP承载的软交换架构。主要由MSC Server、VLR、 MGW、IW-MSC Server、IW-MGW、CMN、
HLR、AuC等功能单元组成。一般情况下，MSC server和VLR设备合设，HLR 和AUC设备合设。
移动软交换机是移动软交换网中呼叫控制节点的统称。按应用可分为：
TMSC Server：汇接移动软交换机。 在中国移动软交换汇接网中已有实际应用。
MSC Server：端局软交换机。除了呼叫控制功能之外，还需支持移动性管理功能、智能SSF功能、媒体控制功能等。
IW-MSC Server：互通软交换机。
CMN(Call Mediation Node)：呼叫协调节点。主要完成MSC Server之间的信令链路汇聚和被叫号码分析功能，实现呼叫控制信令（BICC）在MSC Server之间的传递。
MGW(Media Gateway) 媒体网关:
 其主要功能是在该MGW所归属的软交换机的控制下实现媒体格式转换以及MGW两侧通路的承载控制。具体包括：
语音处理功能
数据承载业务功能
承载媒体资源转换功能
承载通道处理功能
资源管理功能
维护和管理要求
网元级容灾功能
IP QoS功能
根据网络中的具体应用可分为以下几种：
TMG：即中继媒体网关,在中国移动软交换汇接网中已有应用；
MGW：即端局媒体网关；
IW-MGW：即互通媒体网关。
承载方式：
R4 MGW 之间可支持IP、ATM、TDM 三种承载方式。中移动采取IP
承载。
其语音处理功能主要包括：
MGW应具有语音信号的编解码功能，支持G.711、G.729（可选）、G.723.1的5.3kbps和6.3kbps等两种编码速率（可选）、G.726（可选）、UMTS_AMR编解码。
支持在软交换机的控制下完成分组语音编解码之间的转换和互通，包括不同速率AMR编码语音之间的转换、AMR编码语音与G.711编码语音之间的转换。
MGW 应支持TDM 网络侧PCM 码流与IP 网络侧语音编解码的相互转换。
MGW 设备应具备语音活动检测功能、静音压缩功能、产生舒适噪声功能。
抖动消除：MGW 应具备一定的输入缓冲，以尽量消除时延抖动对话音质量的影响。
丢包补偿：在分组网传输有一定丢包率，对通话质量会有影响，MGW需要支持语音报文的丢包补偿， 采用平滑输出的机制使这种错误对听者产生最小的影响。
提供DTMF信号的检测和发送能力，具体方式应符合RFC2833协议。
根据IP 承载网的负荷情况，应能在软交换机的控制下动态选择语音编码格式，实现在保证通话质量的前提下，提高对IP 网络资源的使用效率（可选）。
MGW应具备扩展其他编解码的能力。
逻辑接口：

1) Iu-CS 接口
R4 软交换网络通过 Iu -CS 接口实现 RNC 的接入。MGW 仅处理Iu-CS接口的用户面（User Part）。
根据业务量，Iu-CS 接口在RNC 和MGW 之间的传输可采用2Mb/s数字接口（可选）、155Mb/s（光接口）。
2) A 接口
R4 软交换网络通过A 接口实现 BSC 的接入。MGW 仅处理A 接口的用户面（User Part）。
A接口在RNC 和MGW之间的传输基于2Mbit/S数字接口。
3) Nb接口
 MGW 之间的接口为Nb 接口，应支持IP 承载，其协议栈为RTP/RTCP/UDP/IP。
4) Mc接口
MGW与软交换机之间的接口为Mc接口。该接口采用H.248协议 。
5) 与电路型交换机的互通接口
MGW 应支持与电路型交换机之间通过TDM 中继端口相连，具备E1 接口和STM-1光接口。
SG(Signaling Gateway)信令网关:
也可以内置在MSC Server 或者MGW上，主要功能是在No.7 信令网与IP 网之间中继信令消息。在3G 初期仅引入MGW内置的SG，实现以下的信令转接功能：
转接3G RNC与R4软交换机之间的RANAP 消息、和/或转接2G BSC与R4软交换机之间的BSSAP消息。
转接TDM MSC/GMSC与R4软交换机之间的ISUP消息。在软交换汇接网上，已应用MGW的内置SG转接软交换机与TDM MSC/GMSC之间的ISUP消息。
R4 核心网电路域的信令网除了可以继续支持传统的TDM 上承载NO7 信令以外，还可以支持在IP 上承载的NO7 信令。可以把传统窄带NO7 信令在SG设备上汇聚以后在接入到MSC Server 设备上，从而解决了窄带NO7 信令浪费传输（特别是长途传输）和带宽不足的问题。窄带NO7 信令目前普遍使用的是64K，2M 也在逐步投入运用，而IP 上承载的NO7 信令只需要一个接口（如FE 口）接入到MSC Server 设备就可以把带宽提高到100M，这使得信令传送技术有了一个质的提高。在IP 上承载的NO7 信令在R4 中主要是采用的M3UA/SCTP/IP协议。
SIGTRAN协议栈:
 SIGTRAN 协议栈担负No.7 信令网与IP 网之间信令消息的底层转换，有两个主要功能：
协议适配，如M3UA；
消息传输，如SCTP/IP。
端局移动软交换机作为信令点(SP) 的接口和支持的应用层协议功能
 
软交换机与无线子系统之间通过IU-CS/A接口相连，应支持RANAP协议或BSSAP协议。RNC(Radio Network Controller，即无线网络控制器)
软交换机通过Mc接口与MGW相连，应支持H.248协议。
软交换机通过C/D 接口与HLR 相连，通过E/G 接口与其它软交换机相连，通过E 接口与短信中心相连，通过Gs接口与SGSN 相连，应支持MAP协议。
软交换机SSF功能，通过J接口与SCP相连，应支持CAP协议。
软交换机通过Nc接口与其它软交换机、CMN 相连，应支持BICC协议。
当软交换机兼做互通软交换机或与GSM 端局有互通话务时，应支持ISUP协议。
3GPP R4 版本使用BICC 协议而不是SIP-T的原因
 BICC 是Bearer Independent Call Control 的缩写，称为与承载无关的呼叫控制。BICC 直接面向电话业务的应用提出，是在ISUP 基础上发展起来的。在语音业务支持方面比较成熟，能够支持ISDN 业务集，如语音业务、补充业务等。
3GPP 采用了BICC 协议制定第三代移动通信网络的标准，成为R4 版本Nc接口信令协议。其可以承载于ATM 和IP 之上。BICC 与ISUP 其中一个主要的不同之处是：增加了APM（应用传送）消息和APP 参数。BICC 通过APP参数传送封装应用信息；另外通过APM 消息在呼叫的过程中实现编解码协商。
由于BICC 由ISUP 演进而来的，因此从操作维护的角度看，建立BICC 网络和建立ISUP 网络没有过多的区别。为了控制承载网，网管系统经过更新可以重用。已经具备运营ISUP 网络的技术人员也能够操作BICC 的网络。
SIP-T 的标准化由IETF 组织完成，已经有相应的RFC 协议。
SIP-T 就是将SIP 和ISUP 消息封装到隧道的新的协议结构。SIP 用于会话识别， ISUP 用于呼叫控制。SIP 消息中的SDP 部分描述了承载的属性，例如RTP 端口和编码方式等。ISUP 消息中的路由标记和电路识别码被剥离，因此只有ISUP 消息类型和ISUP 参数才会显示。在SIP-T 中传输时采用MIME 编码。ISUP 的某些维护功能例如封锁和电路重启等不再支持。
SIP 中的信令相关性比BICC 中的更为动态。信令联系建立在呼叫基础上，更为灵活。但是同时削弱了运营商对网络的控制和对网络行为的理解。另外，SIP-T 在支持智能网和与H.248 的互通方面也存在问题。
总之，BICC 是一个成熟的标准协议，不同设备制造商之间实现互通极为简单，就象两个不同设备制造商的交换机用ISUP 互通一样。而采用SIP-T 互通会有一些问题。从体系架构看，SIP-T 更为复杂。
R4网络结构

R4 电路域核心网设备在网络实体上分为MSC Server 和MGW，在MSCServer 和MGW 之间通过H.248 协议进行网关控制；在MSC Server/GMSCServer 之间增加了BICC 协议来控制局间的媒体流。控制和承载分离是R4 网络的主要特色，它的好处是MSC Server 和MGW 在技术上可以分别向两个不同的方向发展，可以在需要时分别对其容量进行扩充。
R4组网模式：
原有的MSC 实体被分离为MSCServer 和MGW 两个实体。控制和承载的分离使得组网模式发生了很大的变化。由于控制和承载分离并且MSC Server 和MGW 之间只是IP 上承载的信令（其他PSTN 等窄带信令可以通过SG 转换到IP 上承载），占用的带宽非常少，使得MSC Server 和MGW 之间可以经济地拉远放置，因此在R4 的规划过程中，完全可以考虑将MSC Server 只设置在省会或者中心城市，在经济不发达地区可以只设置MGW 来和PSTN 以及RNC 互通。由于MSC Server 较为复杂并且负责有关业务逻辑、呼叫控制、计费等与业务相关地部分，因此MSC Server的集中设置一方面有利于系统软件升级和新业务普及，另外一方面运营商也可以考虑只需要在中心机房配备维护人员，节约维护运营成本。
在R4 的组网中，由于媒体流可以在IP 上承载，使得承载可以看作是一个平面上交互；只要相关信令通过MSC Server 或者TMSC Server 协商完成，就可以建立起端到端到承载。
R5 版本为什么要引入IMS 域？
IMS 的主要特点是使用SIP 协议和它的接入无关性。基于SIP 协议的IMS 域，为在3G 网络上运行的IP 业务提供了一个统一的会话管理机制。现在的IP 网络，基本上每一种应用都需要使用一套独特的会话信令协议。相比之下SIP协议为大部分的IP 业务提供了一套简化了的统一会话控制机制，这将有助于在移动网络开展不同的应用业务。IMS 的接入无关性是指它除了可以应用在移动网络外，也可应用在固网，GPRS，WLAN 和所有IP 网络。

MAP协议栈结构
 从上至下分别是MAP/TCAP/SCCP/MTP
RANAP通过Iu-CS接口、Mc接口透传至MSC Server的接口协议栈原理图示:
 

3G分组域的国际漫游
分为ISP漫游和PLMN漫游两种方式。
ISP漫游方式中，漫游的MS将通过VPLMN 的SGSN和GGSN接入外部网络，由于漫游用户的PDP上下文记录于VPLMN的SGSN 和GGSN间访问外部数据网络。
PLMN 漫游方式中，漫游MS 的PDP 上下文是在VPLMN 的SGSN，经过边界网关（BG）和HPLMN 的GGSN建立实现接入外部网络的。
SGSN的主要功能:
移动性管理：负责路由区更新、附着、分离等流程；
安全管理：负责鉴权、三元组与五元组的转换等；
会话管理：负责PDP上下文的激活、修改等；
计费：负责收集计费信息，生成相应的计费话单。
GGSN的主要功能：
会话管理：负责PDP上下文的激活、修改、地址分配等；
与外部网的互通：以透明方式或非透明方式接入外部网、接入外部网涉及的隧道功能等；
路由选择和数据转发：对外部网到来的数据进行GTP 隧道封装转发给SGSN，对SGSN转发来的数据选择路由转发给外部数据网。
计费：负责收集计费信息，生成相应的计费话单。
3G分组域与2G GPRS相比在接口上的变化：
 原有的Gb接口改为Iu-PS接口。
3G分组域系统主要组成网元：
3G 分组域系统构成方式与GPRS 网络相同，主要由SGSN、GGSN、DNS、CG、NTP、BG等 网元组成。
3G分组域网络由IP专用承载网进行承载，其组网原则与GPRS网络相同。
中国移动用户MSISDN号码与IMSI号码的映射关系
中国移动 用户MSISDN号码为+86 1N1N2H0H1H2H3 ABCD时，其对应的IMSI 号码为：
N1N2为35~39 与GSM IMSI 与MSISDN对应关系相同
N1N2为34时 460 MM S H0 H1H2H3 XXXXX
其中：
? MM=02
? S=0
? H0H1H2H3与MSISDN中相同
? XXXXX 为MSISDN 号码中ABCD 扰码得到，扰码方法由各省自定义
N1N2为59时 460 MM S H0 H1H2H3 XXXXX
? 其中：
? MM=02
? S=9
? H0H1H2H3与MSISDN中相同
? XXXXX 为MSISDN 号码中ABCD 扰码得到，扰码方法由各省自定义
N1N2根据最后申请的接入号确定)
? 保留S=1~8
? 可以对应8个NDC号段
3G用户MSISDN与GSM用户MSISDN号码的关系
 中国移动3G 用户与2G 用户共用用户号码段，不区分设置，具体叙述
为：
中国移动 3G 网络用户所采用的 MSISDN 号码的编号方式与 2G网用户的 MSISDN 号码的编号方式相同。
中国移动 3G 网络用户与中国移动 GSM 用户的 MSISDN 号码混编，不能从号段区分用户为2G用户或3G用户。