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WCDMA網絡架構及通訊協議

52RD.com 2008年4月16日 Qualcomm            評論:8條 查看 我來說兩句
  


在前文中,我們曾提到UMTS架構:為盡量減少網路架構變動,網路端被分為前端存取網路(Access Network)和后端核心網路(Core Network)。其中WCDMA繼承GSM/GPRS核心網路,但新增自己的存取網路:UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)。實際上,WCDMA網路需要新增哪些設備呢?WCDMA網路設備圖,描繪其網路設備及其間的連結。

圖標題:WCDMA網路設備

 

WCDMA存取網路主要包含2種設備:

 

• Node B-負責對1個或多個手機間的無線電傳送與接收,相當于GERAN中BTS(Base Transceiver Station)。
• RNC(Radio Network Controller)-負責控制無線電資源使用,相當于GERAN中的BSC(Based Station Controller)。

 

而在核心網路中則有以下幾項設備:

 

• MSC(Mobile Switching Center)/VLR(Visitor Location Register)-MSC為負責手機與PTSN溝通的交換機,它可服務在其涵蓋范圍內向其註冊的手機,并將這些手機的資料儲存在VLR資料庫中。
• GMSC(Gateway Mobile Switching Center)-每個使用者(或是說每張SIM卡)都有1個GMSC,就像它的家一樣。當屬于它的使用者不在家時,GMSC要能知道這些使用者跑到誰家去,也就是說這些使用者目前在哪個MSC下,最后跟哪個MSC註冊。
• HLR(Home Location Register)/AuC(Authentication Center)-記錄所有該網路下使用者的所有資料,并提供相關資訊驗證使用者。
• SGSN(Serving GPRS Support Node)-相當于Packet Switched Domain的MSC,做為PS通話的路由器。
• GGSN(Gateway GPRS Support Node)-相當于Packet Switched Domain的GMSC,并為對外界網際網路的窗口。

 

通訊協定層

 

在我們了解網路架構后,可能會開始好奇,網路端這么多元件,是如何與手機溝通完成包括註冊、通話、上網…等各式任務。事實上,透過通訊協定層交換訊息,手機與網路端得以相互溝通;其中NAS(Non-Access Stratum)為手機與核心網路間的協定層,而AS(Access Stratum),則是手機與存取網路間的協定層。

我們知道在核心網路可分為Circuit Switched Domain(MSC、GMSC)和Packet Switched Domain(SGSN、GGSN),所以NAS可分CS Domain和PS Domain  2個部分;另一方面,存取網路并沒有這樣的分別,所以兩者共用相同的AS。接下來我們將分別介紹CS Domain和PS Domain的協定層。

 

圖標題:CS Domain


檢視CS Domain協定層

首先,在共用的AS協定包括:
• Physical Layer-為手機與Node B間的協定,利用前面介紹到CDMA雞尾酒會概念,透過無線電頻道傳送與接收資料,同時也負責與基地臺同步,調整傳送與接收時間點。另外,它還要量測訊號強度。Physical Layer即一般所指的Layer 1。

• MAC(Medium Access Control)-為手機與RNC間的協定,負責上層的Logical Channel、與下層的Transport Channel間的對應,可透過多工找到適當的頻道,傳送上層所要送出去的資料,并給予不同優先順序。當使用共用頻道時,MAC要能分辨在共用頻道上的封包是送給自己或他人。此外,MAC也負責量測使用者資料(即非控制用訊號的傳輸)的流量。

• RLC(Radio Link Control)-為手機與RNC間的協定,主要負責切割(segmentation)、重組(reassembly)、串接(concatenation)、錯誤偵測(error detection)、流量控制(flow control),甚至于錯誤更正(error correction)…等一般傳統Layer 2的功能。另外,RLC提供了3種資料傳輸模式:
oTransparent Mode-RLC只負責將收到的資料送出,不加上任何標頭檔(header)并且只能支援固定大小的封包,因此無法做任何的偵測或控制。由于沒有標頭檔,所以無法加上序號(sequence number),因此如需加解密的話,將會由MAC加解密此模式下傳送接收的封包。

oUnacknowledged Mode-RLC會在分割后加上標頭檔,利用序號加密后送出。由于加上了序號,接收端在解密之后可重組并判斷該封包是否在傳送過程中發生任何錯誤。

oAcknowledged Mode-在此模式下,RLC除了有標頭檔(因此可做加解密)外,并有控制用的封包以達成流量控制、錯誤更正重傳封包、保證封包依照順序送到上層。

MAC和RLC組成Layer 2,因為這些第2層的協定介于手機與RNC間,所以前文所提到的軟式交遞僅限于連接到同1個RNC的這些基地
臺。

• RRC(Radio Resource Control)-為手機與RNC間的協定。負責建立、設定、釋放無線電資源。它的功能亦包含處理廣播資訊(如系統參數設定)、回應傳唿(paging)…等。RRC可說是WCDMA的指揮官,在AS中佔有非常重要的地位。RRC訊息使用ASN.1(Abstract Syntax Notation one)此標準語法編碼。RRC屬于Layer 3。

 

另一方面,在CS Domain的NAS協定層為手機與MSC間之協定,包括:

• MM(Mobility Management)-負責處理手機移動中相關的程序,像是註冊(Registration)、手機所在位置更新(Location Update)、手機身分識別(Identification)及認證…等功能。此外,MM也需建立連線讓上層協定得以藉此交換訊息。

• CM(Connection Management)-提供手機基本服務,如通話服務、簡訊服務及附加服務:
oCC(Call Control)-CC負責處理撥出或接通語音通話、傳真、數據通話(如CSD),其中包含建立、清除通話程序以及允許同時有多通電話存在。同時,它也負責DTMF(Dual-Tone Multi-Frequency)處理。

oSMS(Short Message Service)-即一般我們所使用的簡訊服務。比較特別的是,簡訊服務雖然是用來傳使用者的文字或圖片,但是它本身卻使用控制訊號頻道,而非使用者資料用的頻道。

oSS(Supplementary Service)-附加服務可分為2類,1類是與通話相關的服務,譬如:多方通話(Multiparty Call)…等。另1類則是與通話無關的服務,譬如:通話限制(Call Barring)、去電號碼顯示/限制(Calling Line Identification Presentation/Restriction)…等,規格中所定義的服務及USSD(Unstructured Supplementary Service Data),如「*147#」此類規格中未列出,而由營運商自行發展的服務。

 

檢視PS Domain協定層

相對于CS Domain協定層,PS Domain協定層;與CS Domain協定層使用相同的AS,但全然不同的NAS,這些協定層為手機與SGSN間的協定,包括有:

 

 

圖標題:PS Domain


• GMM(GPRS Mobility Management)-相當于PS Domain的MM。
• SM(Session Management)-主要負責PDP Context(Packet Data Protocol Context)的建立、修改與解除。

另外,SMS也可以透過PS Domain傳送;換句話說,SMS可以根據某些條件,像是手機與網路端的能力、手機目前所處的模式…等,選擇要透過CS或PS收發。

上述這些通訊協定層,提供一個手機與網路間溝通的平臺。透過這些協定,手機與網路間各個相關對應到的設備交換訊息,藉此提供手機多釆多姿的無線通訊服務。(筆者現為Qualcomm CDMA Technologies資深工程師)

 

(52RD.com)
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評 論
8樓 huangzhanru 發表于 2012-11-14 14:51 回復
good
7樓 52RD網友 183.14.*.* 發表于 2011-6-10 17:17 回復
WCDMA制式可用安捷倫8960測試,具體可測試(GSM/CDMA2000/WCDMA/EVDO/HSDPA/HSUPA)等制式,如有需要請來電聯系。
聯系人:王經理;手機:13266805009;QQ:348239106;深圳市凱特凱爾通訊科技有限公司
6樓 cfeixian 發表于 2010-1-21 23:34 回復
這個寫的挺好的,看了剖有收獲!
5樓 laiyuan58 發表于 2009-12-14 13:40 回復
——已屏蔽——
4樓 52RD網友 124.126.*.* 發表于 2009-10-23 11:52 回復
我這邊有通信的職位信息,外企的,只要你有能力,薪水優厚。可以把簡歷直接發到我郵箱[email protected],或來電咨詢010-59003211-8056
3樓 zgq62 發表于 2009-2-24 10:13 回復
謝謝樓主,我來得有點晚,但對于這樣底層的通訊技術知識很鐘情.我正在研究一項新的通訊技術,希望能多交流,并還有問題請教.(硬件和協議).也希望朋友們能和我聯系!
2樓 xiaolu008 發表于 2008-9-3 20:49 回復
樓主寫的很容易讀懂,我也是做通信的,希望以后能多向您請教。
1樓 wgf08062000(游客) 202.107.*.* 發表于 2008-7-2 20:02 回復
謝謝啊,樓主肯定是做通信的吧,我也是的,歡迎互相交流!
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