UMTS系统及主要接口协议

    一、UMTS基本概念

    UMTS是通用移动通信系统（Universal Mobile Telecomunication）的简称。它是ITU的IMT-2000第三代移动通信系统（3G）的重要组成部分。

    UMTS系统将整个网络划分为两部分，即核心控制部分、无线接入部分。在核心控制部分采用ATM技术及相应的接口技术达到同时支持电路交换、包交换两种方式的目的。在无线接入部分采用UTRA（UMTS
Terrestrial Radio Access）作为全球地面无线接入的标准。UTRA接口的基础为W-CDMA技术，它具有CDMA技术的全部优点。同时，它还可以根据不同话务分布在无线接入中采用不同的调制解调方式：对于话务密度较高的城区可采用TDD方式、郊区则可采用FDD方式，为灵活组网提供了极大的方便。

    UMTS系统除支持现有的话音、数据业务外，还可以为移动用户提供全新的交互式多媒体业务。它的高容量系统可提供2Mbit/s的数据传输速率。目前，英国、德国等部分欧洲国家将陆续开通UMTS的商用网络。UMTS技术已引起了全球范围的广泛关注。

    二、UMTS网络结构与接口

    1．UMTS网络结构如图1所示。可以看到，整体网络结构分为UTRA网络和核心网络两大部分。其中UTRA网络中的网元种类较少，主要包括BTS和RNC两种。BTS与GSM系统中的基站相同，是无线信号收发的基本单元，它可以支持WCDMA的编码方式。RNC（无线网络控制器）的功能相当与GSM系统中BSC与GPRS的PCU两者的结合，它承担无线资源管理、BTS控制以及切换管理等功能。RNC之间采用ATM方式连接。整个无线接入网络的主要功能包括：（1）无线资源管理（RRM功能）；（2）无线接续的移动管理（如切换管理功能）；（3）无线接入承载（RAB功能），可以根据核心网络的不同要求提供不同的接口类型；（4）安全功能管理（如加密等）；（5）位置业务（LCS）管理，从而确定用户设备的位置信息。

    核心网络分为电路交换部分、包交换部分两个层面。电路交换部分中TRAU为编码变换单元，为UTRA与MSC提供连接。它将RNC侧的ATM传输方式转换为TDM，从提供MSC所必需的电路连接。MSC、HLR、VLR功能与GSM网中相应网元的功能一致。包交换部分的结构与GPRS结构相近：SGSN为UE提供移动性管理、路由选择等服务；GGSN主要是提供与外部数据网的接口；DNS即域名服务器，将域名翻译成相应的IP地址。从网络结构可以看出UMTS系统核心网络部分是基于GSM/GPRS网络的演进，保持了与GSM/GPRS系统的兼容性，可以提供现有GSM系统的相关服务。核心网络可以将用户接入各种外部网络以及业务平台，如：电路交换话音网、包交换话音网（IP语音网）、数据网、Internet、Intranet、电子商务、短信中心等。

    2．UMTS系统主要包括以下接口类型：

    （1）B接口：MSC(VLR；（2）D接口：MSC(HLR；（3）E接口：MSC(MSC；（4）Gc接口：GGSN(HLR；（5）Gj接口：GGSN(外部数据网（6）Gn接口：SGSN(GGSN；（7）Gr接口：SGSN(HLR；（8）Gs接口：SGSN(MSC/VLR；（9）Uu接口：UE（用户设备）(BTS；（10）lub接口：BTS(RNC；（11）lur接口：RNC(RNC；（12）lu接口：RNC与核心网络之间的接口，lu接口包括lu
cs（电路交换lu接口）、lu ps（包交换lu接口）两种。

    其中Uu接口、lub接口、lur接口、lu接口为UMTS系统的特有接口类型。lub接口、lur接口、lu接口的传输协议均为ATM协议，且根据信息的类型采用ATM协议的不同层进行传输。

    三、UMTS系统主要协议

    1．UTRA系统的协议平台

    UTRA系统的通用协议分为两个平面，即控制面协议、用户面协议。控制面协议用于控制无线接入承载业务和用户设备与网络的连接(包括业务请求,控制不同传输源,切换等等)；用户面协议用于实现无线接入承载业务,例如：载着数据通过接入层等。在UTRA系统中采用了四个新的应用部分信令协议：RANAP、RNSAP、NBAP和ALCAP。

    RANAP（无线接入网络应用协议）用于RNC与核心网络的连接，它包括GSM系统BSSMAP协议。该协议的主要功能有：RAB管理、透明传输NAS消息流程、寻呼、安全模式控制、位置信息报告等等。

    RNSAP（无线网络子系统应用协议）用于RNC之间的连接。该协议的主要功能有：无线链路管理、物理信道的重新配置、位置更新的实施等等。

    NBAP（结点B应用协议）用于BTS与RNC之间的连接。该协议的主要功能有：扇区配置管理；无线链路的监控、管理；普通信道、专用信道的测量；系统信息管理等等。

    ALCAP（接入链路控制应用协议）定义了与用户面建立、释放传输承载的方式。在lub、lur、lu
cs接口上，用户数据通过ATM结构中的AAL2传送，此时需要建立控制机制，而在lu ps接口上，数据通过AAL5传送，则不需要建立控制机制。

    2．核心网络信令协议

    核心网络中采用了多种协议，具体结构及协议间的关系见图三。核心网络基础的传输机制采用了ATM/AAL5协议，ATM的上一层包括MTPS、IP地址两种协议，整个网络的各结点间既可以通过MTP3中的信令点进行寻址、又可以通过IP地址进行寻址。SCCP层为上层RANAP协议中的面向连接业务提供支持。


    RANAP协议的功能与UTRA系统中提高的功能相同，它适用于lu cs、lu ps两种接口。TCAP、CAP/INAP、MAP及用户部分（包括TUP、ISUP等）的协议与GSM系统中的协议功能相同。

    UDP协议用于控制非面向连接的数据传输；GTP协议用于RNC与SGSN之间（lu ps接口）、SGSN与GGSN之间（Gn接口）IP信道的建立、释放、控制等功能。UDP、GTP协议用于UMTS系统中数据功能的相关业务，它们都建立在IP协议的基础之上。

    核心网络的协议体系保证了UMTS系统的高质量话音业务以及高速率数据业务的实现。