WCDMA與CDMA2000網路結構比較

WCDMA與CDMA2000網路結構比較

作者：包祥文 馬旭蓉 萬冰潔  
     目前，移動通訊系統正朝第三代發展，由於存在兩種不同的2G制式，所以2G向3G的演化也存在兩條路線。GSM採用WCDMA的演化策略，窄帶CDMA採用CDMA2000的演化策略。WCDMA和CDMA2000作為未來的主流技術，已經得到業界的廣泛認可。WCDMA與CDMA2000兩種制式無論是無線技術還是網路技術都存在很多相似之處，但又有許多差別。文章著重討論了網路結構的相似和差異。

    移動通訊系統已經曆了第一代類比通訊系統和第二代數字通訊系統（GSM、CDMA），目前正朝第三代移動通訊系統發展。由於存在兩種不同的2G制式，所以 在2G向3G的演化過程中，也存在相應的兩條路線。GSM採用WCDMA的演化策略，窄帶CDMA（IS95+ANSI41）採用CDMA2000的演化 策略。WCDMA與CDMA2000作為未來主流技術，已得到業界的廣泛認可。在技術創新和市場驅動的雙重作用下，3G從概念向產業化的發展進程正在加 快，全球主要裝置電訊廠商和製造商都在積極跟蹤和研發基於WCDMA或CDMA2000技術的3G網路產品，因此，對它們進行研究和對比有重要意義。無論是無線技術還是網路技術方面，WCDMA與CDMA2000兩種制式都有很多相似之處，但也有差別。

1、兩種制式的逐步演化

    兩種制式標準的制定都非常注重逐步演化的概念，保證整個網路體系能平滑演化，並且為不同的電訊廠商提供不同的解決方案和建網策略，以滿足不同電訊廠商的特殊需 求。由於標準是逐步演化的，所以標準的制定也必然是分階段的。從目前的標準來看，WCDMA分成三個比較清晰的階段，即R99、R4、R5。 CDMA2000標準的階段劃分比較模糊，但也基本劃分為三個階段，即Phase0、Phase1/2、Phase3。本文主要討論兩種制式的第二、第三 階段。

2、WCDMAR4階段
    對兩種制式來說，第二階段都是向全IP網路演化的過渡階段。在第二階段，兩種網路結構的相似性很強，主要改變在電路域中（即話音），而對分組資料的處理改變很小。下面主要針對電路域進行討論。
    在第二階段都將處理話音的移動交換中心（MSC）和移動網網關局（GMSC）分裂成兩個網元，即MSCServer/GMSCServer和其控制的媒體 網關（MGW）。其中，Server主要完成對信令和呼叫控制的處理，而MGW提供語音流的處理及與外部網路的互連。Server與MGW之間的網關控制 協議都採用H.248，Server與Server之間都採用與承載無關的呼叫控制協議（BICC）。Server與外部傳統網路的信令互連都採用信令網 關（SGW）實現互連互連。其中，T-SGW實現與公用交換電話網（PSTN）網路的互連互連，R-SWG實現與2G移動網的互連互連。
    R4網路結構由R99直接演化而來，在R4網路中新增了一部分網元（如MGW、T-SGW、R-SGW）。並增強了一部分R99網元的功能（如MSC、 SGSN、GGSN、HLR），核心網可以支援R99CS域的終端，並允許終端在R99網路與R4網路中無縫漫遊。這一階段可以認為是向全IP網路的過渡 階段。通過各種媒體網關和信令網關，核心網可以與2G網路、PSTN等外部網路進行互連互連，能夠實現2G網路與3G網路之間的相互漫遊。3G網路如果是 從2G網路演化而來，則可以將2G網路看作是3G核心網路的一個外部網路。
    R4網路中網元的智能化是其最基本的特點，3GPP在制定協議時，採用了大量傳統的智能網協議，並進行了很多修改，從而使網路具有強大的智慧型功能。智能 網的功能分布在各個網元中，各網元都具有業務交換點（SSP）功能。智能網功能可以看作是3G核心網的不可分割的一部分。

    對兩種制式來說，第二階段都是向全IP網路演化的過渡階段。在第二階段，兩種網路結構的相似性很強，主要改變在電路域中（即話音），而對分組資料的處理改變很小。下面主要針對電路域進行 ...

3、CDMA2000Phase1/2階段

    向全IP的演化過程中（Phase1），CDMA2000與WCDMA體系相同，這一階段，將目前的IOS4.X標準中的MSC分裂成MSCServer/GMSCServer和MGW兩個功能實體，並支援ATM/IP傳輸。

    對於CDMA2000來說，這是向全IP演化的第一階段，開始將信令與傳輸分開、核心網與接入網分開，各自獨立發展。在這個階段，核心網中的電路部分信令 與承載分開，信令在IP傳輸，承載繼續沿用原來的承載方式。分組部分和接入網獨立發展。接入網部分採用IP傳輸（如A3、A7、A9、A11等）。空中接 口採用RELEASE0或RELEASEA。

    在這個階段，全IP中引進了“IPMultimediaDomain”和“LegacyMSDomainSupport”兩個概念。前者處理VoIP、多 媒體以及兩者的混合業務，後者實現對全IP中傳統手機的支援。通過漫遊信令處理原來的ANSI-41電路網中的業務。“IP Multimedia Domain”雖然也支援傳統手機，但是信令和業務均在IP上傳輸，它與通過漫遊信令解決原來使用者的業務是不同的概念。在全IP中由於有兩個域的支援，雙 模手機可以根據自己的能力選擇相應的模式向全IP的無線接入網（RAN）註冊。RAN應該支援兩種域的接入。空中介面需要增加全IP中IP域的會話發起協 議（SIP）呼叫信令的承載，但對傳統移動台（MS）的支援可以繼續採用原來的介面。

    在RAN中，內部介面通過全IP開放，特別是聲碼器部分的介面應該是開放的，可以使聲碼器能方便地移到核心網。聲碼器的位置最終將從基站控制器（BSC）移到MGW。這時A1、A2、A5介面演變成A1’、A2’及A5’介面，語音和SS7信令由IP傳輸。

    RAN向著全IP和更開放的方向演化，不僅支援傳統的MS，而且支援核心網的多媒體域（MultimediaDomain）。

    兩種制式第二階段網路的主要差別如下：a）對於R-SGW，兩種制式採用的交易處理能力應用部分（TCAP）和行動裝置 App部分（MAP）信令不同。b）對於 分組資料，WCDMA的服務GPRS支援節點（SGSN）和GPRS網關支援節點（GGSN）主要採用GPRS隧道協議（GTP），CDMA2000的分 組資料服務節點（PDSN）與歸屬代理（HA）之間主要採用移動IP（MIP）協議。c）CDMA2000基站與核心網間的語音採用EVRC/RTP的形 式傳輸，WCDMA基站與核心網間的語音採用ATMAAL2承載。d）AAA伺服器在WCDMA中是可選的，在CDMA2000中是網路的一部分。

4、WCDMAR5階段

    網路由無線網路、GPRS網路、呼叫控制、串連外部網路的各類網關以及業務構架五部分構成。無線網路由移動使用者、無線鏈路及無線接入等部分構成。GPRS 網路由GPRS支撐節點構成，包括提供移動性管理的SGSN、提供分組資料協議（PDP）啟用上下文管理的SGSN及提供歸屬位置寄存器（HLR）功能的 歸屬使用者服務器（HSS）等構成。呼叫控制部分的網路實體包括部分媒體網關和信令網關，主要由呼叫狀態控制功能（CSCF）、媒體網關控制功能 （MGCF）、漫遊信令網關（R-SGW）、MGW、傳送信令網關（T-SGW）以及媒體資源功能（MRF）構成，完成呼叫控制與信令功能，實現各種即時 移動業務。

5、CDMA2000Phase3階段

    該階段是向全IP網路演化的頂點，在該階段，全部成為IP多媒體域，沒有傳統MS。IP將延伸至所有領域，空中介面、接入網和核心網均為IP承載，包括全部信令和業務。

    目前，MS的分組資料業務通過MSC到相應的HLR來鑒權使用者的資料業務許可權，並指示BSC完成分組資料連線。在多媒體域中，通過BSC中的移動性管理模 塊（MM），由本地AAA與HOMEAAA互動完成。在這一階段，傳統移動台域（LMSD）將不再繼續發展，如果直接從本階段構建網路，將不再支援傳統的 MS。但如果網路是從以前的階段發展而來，電訊廠商可以選擇保留以前的LMSD，與IP多媒體域並存，以支援傳統的MS。在該階段，IP多媒體應該是網路中 占統治地位的技術，用來支援新業務或增強IP多媒體業務，並能滿足增強業務能力及QoS的要求。

6、WCDMA與CDMA2000在第三階段的相似之處

    第三代移動通訊WCDMA系統是在GSM和GPRS的基礎上演化而來，其規範的制訂是在繼承Phase1、Phase2和Phase2+協議標準的基礎 上，隨著技術和業務的變化，新增和修改了部分技術規範，有很多GSM和GPRS的協議被3GPP直接引用，轉化為R99階段的協議。總體來說，R99作為 WCDMA技術規範第一階段的版本，與GSM（Phase1/Phase2/Phase 2+）的技術規範相比，無論是在無線接入網路部分還是核心網路部分都有非常大的變化。在無線網路側，GSM和GPRS均是採用TDMA技術，而在R99 中，則採用具有革命性的CDMA技術。在核心網路側，同時引入了電路交換和封包交換技術，利用ATM作為Iu介面承載，能夠相容第二代的基站子系統 （BSS）及GSM、GPRS的核心網，並能與PSTN、ISDN和IP網實現互連互連。也就是說，3G核心網應該能同時支援無線網路子系統（RNS）和 BSS兩種接入，並同時支援2G和3G的使用者及相關業務。

    WCDMA的核心網從總體上可以分為CS域和PS域兩大部分，分別對應於GSM系統中的電路交換部分和GPRS部分，PS域基本繼承了GPRS的設計思 想。MSC/VLR負責處理CS域的相關業務，SGSN和GGSN負責處理PS域的相關業務。與原GPRS系統相比，WCDMA顯著提高了無線資源的利用 率，並簡化了核心網部分的協議棧，將處理工作下推給無線網路控制器（RNC）。核心網中的主要技術突破是引進了具有AAL2和AAL5適配方式的ATM交 換技術、IP技術、AMR編解碼技術、TransCode技術和基於CS/PS域的Iu介面技術。與第二代相比，核心網在移動網路增強性邏輯的使用者定製應 用（CAMEL）業務、定位業務（LCS）系統等方面都進行了功能增強性設計。

    3G的骨幹網還需要與一系列網路（如PSTN、ISDN、Internet、其他2G的PLMN、其他3G的PLMN、多媒體網路等）互連，實現各種互連 業務。WCDMA與二代的GSM相比，由於引進了新的無線制式，網路改變相對較大。其中，RNC和NODEB與二代的BSC和BTS比較，在無線制式、傳 輸、協議上均有根本改變。核心網由於在無線側引入了新的無線與傳輸技術，也有較大變化。WCDMAR99的核心網最本質的變化在Iu口（相當於原GSM的 A介面與Gb介面）引入了ATM的傳輸。WCDMAR5階段與CDMA2000Phase3階段都是真正的全IP網路。對於第三階段來說，兩種網路都引入 了基於H.248協議的媒體控制分離技術和IP多媒體會話控制技術，以便在分組域中實現話音和多媒體業務。都實現了從移動終端到網路傳輸以及業務實現的 IP技術。對於疊加演化，可能還存在第二階段的一些網元。對於完全漸進演化的網路，全部採用IP多媒體技術實現。CDMA2000網路中的HLR被AAA 完全取代。WCDMA則演化為HSS，成為網路使用者管理業務實現的中心。兩種制式在分組域實現話音業務的技術也非常相似。

7、WCDMA與CDMA2000第三階段的差異

    該階段兩種制式的主要差別：a）對於R-SGW，由於兩種制式採用的TCAP和MAP信令不同，R-SGW在軟體上也不同。b）對分組資料，WCDMA的 SGSN和GGSN主要採用GTP，而CDMA2000的PDSN與HA之間主要採用MIP協議。c）對WCDMA來說，HLR的功能將得到增強，演變為 HSS，但AAA伺服器仍然是可選的。而對於CDMA2000來說，HLR將退化，其功能將在增強AAA伺服器中實現，AAA成為整個網路無線使用者管 理、無線資源管理以及各種業務開展的中心。d）對於WCDMA來說，在GGSN的Gi介面處疊加多媒體處理子系統，以便在分組資料上實現話音業務。而 CDMA2000是通過PDSN或者HA出IP流至媒體網關，以在分組資料上實現話音業務。

8、結束語

    目前，全球主要裝置廠商都在積極跟蹤和研發基於WCDMA技術的3G網路產品，日本的DOCOMO早在1991年就啟動了WCDMA的研發工作，並於 2001年下半年推出了WCDMA可商用系統及產品樣機。全球各大電訊廠商對參與WCDMA運營持積極態度，國內幾大電訊廠商也在積極爭取3G牌照，並競相展 開WCDMA網路實驗，為WCDMA運營做前期準備。中國電信電訊廠商如何在擷取3G牌照之後整合利用好自己的現有資源，發展新業務，筆者認為在討論網路結 構的基礎上，需要解決網路建設成本、營銷和業務策略、長期的規模效益等一系列問題。各電訊廠商在權衡各種因素的條件下，選擇三種制式中的哪一種，是關係到企 業未來發展的重大問題。