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1、第三代移动通信系统UMTS 的概况一、引言现在第三代移动通信系统的研究工作正在世界范围内进行：未来公共陆地移动通信系统（FPLMTS ） ；国际通信联合会（ITU ）的国际移动通信2000 年（ IMT2000 ） ；欧洲的通用移动通信系统（UMTS ） 。这些系统在很大程度上是基于第二代数字移动无线系统的成功，如全球移动通信系统（GSM ） 。第三代移动通信系统的目标是支持多种业务，从语音和低速率数据业务到高速率数据业务，对于车辆达到144Kb/s ，从室外到室内达到384Kb/s ，对于室内和微微蜂窝环境达到2Mb/s 。支持面向电路和面向分组的业务。第三代移动通信系统将适应各种无线环境，
2、从城区到郊区， 从丘陵地区到山区，微蜂窝， 微微蜂窝和室内环境向任何人，在任何时间，任何地方提供业务UMTS是根据市场的需要而制定的第三代移动通信系统标准，它既支持现有的业务，也提供新的业务， 包括多媒体和移动用户以2Mb/s 的速率接入Internet 。UMTS 的网络结构支持多种第二代和第三代空中接口标准。二、 UMTS 的一般结构1.UMTS 的目标提供一个单一综合的系统，用户在各种环境下以标准的方式接入此系统并可方便地使用业务。允许各种服务网络和原籍环境提供不同的业务。可提供各种通信业务，包括固定网提供的业务和移动网特定的速率可达2Mb/s 的业务。可通过手持，便携式，车载，可移动和
3、固定终端在各种环境下提供业务。对漫游用户，提供和它原籍环境一样的业务。提供音频，数据，视频和特殊的多媒体业务。可灵活地引入新的通信业务。在居住小区环境下，可使步行用户获得一般由固定网提供的各种业务。在办公环境下，可使步行用户获得一般由PBXs 和 LANs 提供的各种业务。可在各种人口密度的区域替代固定网。支持各种接口，这些接口允许使用一般连接到固定网的终端。2UMTS 的一般结构名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 9 页 - - - - - - - - -
4、UMTS的一般结构，从物理和功能的观点进行了模型化。在物理方面用域的概念进行模型化，在功能方面用层的概念进行模型化。域（ Domain ） ：最高级别的物理实体组。参考点在域间定义。层（ Stratum ） ：和由一个或多个域提供的业务的一个方面有关的协议组。UMTS phase 1和 GSM 的主要区别是UMTS 支持可协商业务量和QoS 的高比特率承载业务。特别是 UMTS phase 1以有效的方式支持突发和非对称业务。这将允许UMTS phase 1支持单媒体和多媒体N-ISDN 应用以及单媒体和多媒体IP 应用。一般的结构可分为两个域：用户设备域和基本结构域。用户设备是用户用来接入U
5、MTS 业务的设备。 用户设备有无线接口与基本结构相连。基本结构由物理节点组成，这些物理节点完成终止无线接口和支持用户通信业务需要的各种功能。基本结构是共享的资源，它为其覆盖区域内的所有的授权用户提供业务。用户设备域包括具有不同功能的各种类型的设备。这些设备被称为用户设备，它们可能兼容一种或多种现有的接入接口（固定或无线），如双模式UMTS-GSM用户设备。用户设备可以包括智能卡。 用户设备可进一步地分为移动设备域（ME ） 和用户业务识别单元域（USIM ） 。移动设备完成无线传输和应用。移动设备还可分为实体，如完成无线传输和相关功能的移动终端（ MT） ，包含端到端应用的终端设备（TE）
6、。对移动终端没有特殊的要求，因为它与UMTS 的接入层和UMTS 的核心网有关。USIM 包含清楚而安全地确定自己身份的数据和过程。这些功能一般存入一智能卡中，它只与一特定的用户有关，而和用户所使用的ME 无关。基本结构域可进一步分为直接与用户设备相连的接入网域和核心网域，通过开放接口连接。接入网域由和接入技术相关的功能组成，而核心网域的功能与接入技术无关。从功能上核心网又可分为分组交换业务域和电路交换业务域。网络和终端可以只具有PS 功能或 CS 功能，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
7、- - - - 第 2 页，共 9 页 - - - - - - - - - 也可以具有两种功能。接入网域由管理接入网资源的物理实体组成，并向用户提供接入到核心网域的机制。对于UMTS phase 1接入网的标准， 现在只包括UTRAN ，其它类型的接入网有待于进一步考虑。UTRAN 是一个新的接入网，UMTS phase 1定义了 UTRAN 的功能， 为了迎合UMTS 网络可在两种接入网下运行，特别定义了UTRAN 和 GSM BSS 接入网的互操作。从漫游和切换的观点来看，UMTS phase 1将和进化的GSM 网络兼容。因此UMTS phase 1 将允许运营者引入新的技术，如ATM，
8、IP 等。UMTS 将支持各种接入方法，以使用户利用各种固定和移动终端接入UMTS 核心网和VHE业务。在所有情况下，接入到UMTS 网需要使用UMTS 的 USIM 。UMTS 将使它的移动终端设计成适用各种无线接入环境。核心网域由提供网络支持特性和通信业务的物理实体组成。提供的功能包括用户位置信息的管理，网络特性和业务的控制，信令和用户信息的传输机制。核心网域又可分为服务网域，原籍网域和传输网域。服务网域和接入网域相连，它的功能是呼叫的寻路和将用户数据/信息从源传输到目的。它既和原籍网域联系以获得和用户有关的数据/业务，也和传输网域联系以获得和用户无关的数据/业务。 原籍网域管理用户永久的
9、位置信息。USIM 和原籍网域有关。传输网域是服务网域和远端用户间的通信路径。3UMTS 域间的通信UMTS 内又划分成应用层，原籍层，服务层，传输层和接入层。传输层支持用户数据和网络控制信令的传输。它包括传输所使用的物理传输格式，差错纠正和恢复的机制， 无线接口和下层数据的加密机制，为使用所支持的物理格式进行数据适配的机制，为有效利用无线接口而进行数据变换的机制，资源分配等。服务层是由协议和寻路及传输用户或网络产生的数据/信息等功能组成。和通信业务相关的功能包括在此层内。原籍层包括协议， 与处理和存储预定数据有关的功能及原籍网特定的业务。它也包括允许其它域作为原籍网的功能。和订户数据管理，支
10、付和记费， 移动性管理和认证有关的功能位于此层内。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 9 页 - - - - - - - - - 应用层包括端到端协议和支持基本业务及增值业务的功能，此功能要利用原籍层，服务层和传输层提供的业务。应用层内的功能和协议可能由GSM/UMTS标准，如 MExE ，支持，或者已超出 UMTS 标准的范围。接入层包含所有和接入有关的功能。它提供的功能有：无线接入承载控制，和无线有关的位置管理，使用UTRAN特有的识别的连接/断开（Att
11、ach/Detach） ，资源管理（支持电路交换和分组接入，提供面向连接和无连接业务），切换，宏分集，防止在无线接口进行窃听的加密，无线资源优化的压缩，无线信道的编码，UE 位置的确定。为了使运营者有效地利用网络资源，优化信令负载和减少所需的总体传输容量是成功的关键因素。因此，标准化的目标是建立这样一种结构，它具有最小的信令流量和最优的传输结构，CS 和 PS 业务的公共用户数据管理可以在所有相关的网络单元中执行。另外，标准即可以支持 PS 和 CS 业务的综合结点（MSC/SGSN ） ，也可以支持分离的结点如GSM/GPRS 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
12、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 9 页 - - - - - - - - - 从需要提供多供应商环境的观点来看，UTRAN 内的接口应标准化。然而，在这些接口上可能存在和运营商有关的O&M ，因此标准应能够根据运营商的特定需要进行灵活地扩展。UMTS phase 1 缺省的语音编 /译码器应标准化。UMTS 应支持并行地操作以使传输费用更低，语音质量更高。三 UMTS 提供的业务UMTS phase 1将根据业务能力引入一系列新的业务（如Internet 业务和多媒体）和应用。业务能力是通过实现业务所需的参数（如QoS
13、 属性）和机制定义的承载业务。1终端业务和补充业务UMTS phase 1至少支持现在GSM 所支持的终端业务：语音，紧急呼叫和SMS 。语音：将指定一缺省的语音编译码器通过UTRAN 和 GSM 接入网来提供语音业务。所选的语音编译码器在GSM 接入网和 UTRAN 间切换时，将不会有可辨别的语音失真。点到点短消息业务（SMS-PP ）和蜂窝广播短消息业务（SMS-CB ） ：此业务将通过GSM 接入网和 UTRAN 来提供。补充业务：将支持GSM Release 99 的补充业务。从用户的观点看，补充业务的控制和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -
14、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 9 页 - - - - - - - - - GSM 的相同。2传真业务UMTS 可支持存储 -转发传真业务和端到端传真业务。UMTS 的存储 -转发传真业务是使用文件或信息传输程序将移动终端的文本和图象传输到存储-转发单元，然后传送到PSTN/ISDN中的传真机上。用户可以接收到成功地传送传真的通知。从PSTN/ISDN传输到移动终端的传真信息存储在存储-转发单元。用户用文件或信息传输程序从存储-转发单元中取回传真信息。移动终端可得到有传真信息的通知。在 PSTN/ISDN传真机和移动终端间使用端到端
15、传真的UMTS 传真业务将标准化。此业务将以端到端的方式工作，PSTN 的发送者或移动发送者知道传真是否成功。从用户的观点来看，端到端传真业务和基于T.30 的传真业务一样。端到端传真业务在移动端可通过移动传真适配器和调制解调器利用普通的T.30 传真机工作，调制解调器终止和传真机的模拟2 线连接。3承载业务UMTS phase 1将支持 GSM phase 2+ Release99 数据承载业务。电路交换数据：和PSTN/ISDN连接时，将提供电路交换业务和“实时”数据业务，用户并不知道所使用的接入网（UMTS 和 GSM 接入网或接入网间的切换）。支持透明和非透明业务。这些业务在GSM 接
16、入网和 UTRAN 切换时运行保证数据丢失最小。分组交换数据：和分组网，如IP 网和 LANs ，连接时，将提供分组交换数据业务。在切换时，将提供保证基于分组业务的连续性的机制。4紧急呼叫UMTS phase 1 R99 将支持紧急呼叫终端业务。四、 UTRAN 的能力及与GSM BSS的关系1UTRAN 的能力UTRAN 即 UMTS 陆地无线接入网，它的能力包括无线接入承载能力和无线接入承载控制. 一个 UTRAN 只包含在一个UMTS 网络内。UTRAN 将支持连接的建立， 重新协商和清除， 此连接具有不同的业务和性能特性。QoS属性 /承载属性的重新协商可能由上层请求或无线条件（切换，
17、蜂窝负载的改动，, ）等引起。可由移动台或网络发起。UTRAN 可能应用下列业务量管理机制：在连接建立和重新协商时应用连接允许控制(CAC) 在连接建立后应用流量控制(FC) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 9 页 - - - - - - - - - 在连接建立后应用使用参数控制(usage parameter control) UTRAN 将支持广播和组播应用的无线接入承载。将支持具有不同速率和性能要求的业务。UTRAN 将允许一个移动终端同时处理多个无
18、线接入承载业务。但同时处理无线接入承载业务的数量将受到终端和网络能力的限制。有可能每个无线接入承载业务有各自的速率和性能要求。UTRAN 将支持一个移动终端的无线接入承载业务在UTRAN 的蜂窝间无缝切换。对于支持多种UTRA模式的移动终端，至少一类业务能力是标准化的。它将支持在空闲模式和激活模式监视不同类型的蜂窝。对于由具有不同UTRA 模式的 UTRAN组成的 UMTS 网络，蜂窝选择和寻呼过程应允许业务区域由支持一种特定模式的蜂窝覆盖或由支持多种模式的蜂窝覆盖。UMTS网络运营商的网络应支持能处理一个或多个无线接入承载业务的移动终端的双向切换，这种切换是在具有不同UTRA 模式的两个UT
19、RAN内蜂窝间进行。另外使用两种不同UTRA 模式的蜂窝间的切换应类似于同种模式间的切换。UTRAN 应使确定UMTS 的移动终端位置更容易。可利用各种方法完成定位功能，如基于移动终端的定位，基于网络的定位或混合定位结构。在各种无线环境下，最低的定位精度大约是50m 。UTRAN 应支持局部业务区域（LSA ）的概念。 这将使基于LSA 和用户有关的无线资源选择更容易。应能进行UTRAN 无线接口的优化。协同 ETSI TMN ，UMTS phase 1应定义每个UTRAN 单元的运行，管理和维护的标准协议。在设计 UTRAN 时应考虑将来所定义的USIM 。2UTRAN 和 GSM BSS的
20、关系UTRAN 和 GSM 接入网有特殊的关系，因为一开始“UTRAN只是 GSM BSS 海洋上的一个小岛”。GSM BSS接入网是UMTS 网络保持业务连续性的关键单元。对UMTS phase 1的要求如下：UMTS phase 1应支持双系统UMTS/GSM终端。对于支持GSM 和 UTRA 系统的移动终端， 至少应有一类业务能力标准化。它应支持在空闲和激活状态下，监视属于两类接入网的蜂窝。蜂窝选择和寻呼过程应设计成允许网络可以由GSM BSS 蜂窝组成， 或由 UTRAN 蜂窝组成，或由两种蜂窝组成。对于由 GSM BSS和 UTRAN 组成的 UMTS 网， 应支持无线接入承载业务在
21、GSM BSS和 UTRAN 蜂窝间的双向切换。 因为 GSM BSS 和 UTRAN 接入网有不同的无线接入承载能力，在切换过程中一些业务流可能需要重新协商，暂时释放或重新建立。五、 UMTS 核心网在 UMTS phase 1中， UMTS 核心网的业务能力是GSM phase 2+ Release99 核心网业务能力的扩展。对UMTS phase 1核心网的附加要求是：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 9 页 - - - - - - - - - UMT
22、S phase 1核心网应支持每用户至少64kbit/s 的电路交换数据业务能力。但并不限制用户选择低的速率。UMTS phase 1核心网应支持每用户至少2Mbit/s 峰值速率的分组交换数据业务能力。但并不限制用户选择低的速率。UMTS phase 1核心网应能建立，重新协商和清除具有不同业务量和性能的连接。UMTS phase 1核心网应支持不同业务量和性能的无连接业务（如单播，广播，组播）。UMTS phase 1核心网应至少支持GPRS phase 2+ release 99中的各种业务量和性能要求的业务。已建立的承载业务应不能阻止新的承载业务的建立。这些新的承载业务可以是任何类型的
23、业务。为了方便开发新的应用，有可能向UMTS phase 1 移动终端申请应用或移动终端发起申请。UMTS phase 1核心网应支持基于VHE 运营者特定的业务。此功能可通过已有的工具箱提供（如CAMEL ，MExE ，WAP 和 SIM 工具箱）。如果在用户业务进行时有UMTS 认证，认证过程将不能降低用户业务的质量。UMTS phase 1核心网应支持标准的计费记录的生成，这些计费记录是根据拨叫号码，呼叫持续时间，业务量和用户可感觉的业务质量等参数生成的。UMTS phase 1核心网应支持在线支付。UMTS phase 1核心网应支持更安全的双向和自动漫游过程。UMTS phase 1
24、 核心网应支持和PSTN ，N-ISDN ，GSM ，X.25 和 IP 网的连接，这些网有各自的分配号码方式。对于支持 GSM BSS和 UTRAN 无线接口的UMTS phase 1 的标准化的移动终端有可能漫游到 GSM 网中并接收GSM 业务。协同 ETSI TMN ，UMTS phase 1核心网应定义运行，管理和维护的标准协议。在设计 UMTS 核心网时应考虑将来UMTS 所定义的USIM 的要求。在全球漫游时，UMTS phase 1核心网应提供网络间业务流量和信令的有效解决方法。在网络进行拥塞控制时，UMTS phase 1核心网应支持对业务流和业务特性进行监视和测量。UMTS
25、 phase 1核心网应支持一种和多种编制号码方式。六、 USIM 及安全特性1USIM 在 UMTS phase 1中， USIM 应在 phase 2+release 99 GSM SIM的基础上进行扩展。对UMTS phase 1的 USIM 附加要求如下：USIM 应提供新的和增强的安全特性。UMTS 移动终端应支持phase 2 和 phase 2+ GSM SIM作为接入到UMTS 网的接入模块。UMTS 移动终端不支持5V SIMs 。由 UMTS 网络运营者决定接收或拒绝使用GSM SIM 作为接入模块。UMTS IC 卡（ UICC ）可能有多种应用。可能有安全和方便的机制选
26、择应用。对每个应用，一个授权的接入是强制性的。UICC 应能支持SIM 和 USIM 的应用。在 UMTS phase 1中，一个移动终端不需要支持同时激活多个USIMs 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 9 页 - - - - - - - - - UMTS phase 1 应支持一标准的机制，此机制允许安全地传输应用和相关的数据到UICC 或相反的过程。2安全特性对 UMTS 的安全特性的要求是：保证由用户产生或与之相关的信息得到充分地保护，以免被错误的
27、使用或占用。保证由服务网和原籍环境提供的资源和业务得到充分地保护，以免被错误使用或占用。保证全球性可获得提供标准化的安全特性。保证安全特性充分的标准化以使不同服务网间实现全球性的互操作和漫游。保证提供给业务提供者和使用者的保护级别要比其它固定和移动网所提供的好。保证实行的安全特性和机制在有新的需要时能够扩展和增强。另外， UMTS 应具有比GSM 更强，更灵活的安全机制，应有在漫游时防止欺骗的机制，授权的法律制裁措施。七、结束语UMTS 是欧洲的ESTI 制定的第三代移动通信系统的标准，它兼容GSM 。我国电信对第三代系统的希望是：全球统一的标准、频率利用率高、覆盖效率好、建网要经济、要有足够的灵活性、良好的EMC 性能、容易从第二代过渡。我国现有的第二代移动通信系统绝大多数是 GSM 系统，因此，我国的第三代移动通信系统的网络结构应采用UMTS 的网络结构，并根据我国的具体条件，逐步建成先进的第三代移动通信系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 9 页 - - - - - - - - -