WCDMA与CDMA2000网络结构比较

摘要

    目前，移动通信系统正朝第三代发展，由于存在两种不同的2G制式，所以2G向3G的演进也存在两条路线。GSM采用WCDMA的演进策略，窄带CDMA采用CDMA2000的演进策略。WCDMA和CDMA2000作为未来的主流技术，已经得到业界的广泛认可。WCDMA与CDMA2000两种制式无论是无线技术还是网络技术都存在很多相似之处，但又有许多差别。文章着重讨论了网络结构的相似和差异。

    移动通信系统已经历了第一代模拟通信系统和第二代数字通信系统（GSM、CDMA），目前正朝第三代移动通信系统发展。由于存在两种不同的2G制式，所以在2G向3G的演进过程中，也存在相应的两条路线。GSM采用WCDMA的演进策略，窄带CDMA（IS95+ANSI41）采用CDMA2000的演进策略。WCDMA与CDMA2000作为未来主流技术，已得到业界的广泛认可。在技术创新和市场驱动的双重作用下，3G从概念向产业化的发展进程正在加快，全球主要设备运营商和制造商都在积极跟踪和研发基于WCDMA或CDMA2000技术的3G网络产品，因此，对它们进行研究和对比有重要意义。无论是无线技术还是网络技术方面，WCDMA与CDMA2000两种制式都有很多相似之处，但也有差别。

    1、两种制式的逐步演进

    两种制式标准的制定都非常注重逐步演进的概念，保证整个网络体系能平滑演进，并且为不同的运营商提供不同的解决方案和建网策略，以满足不同运营商的特殊需求。由于标准是逐步演进的，所以标准的制定也必然是分阶段的。从目前的标准来看，WCDMA分成三个比较清晰的阶段，即R99、R4、R5。CDMA2000标准的阶段划分比较模糊，但也基本划分为三个阶段，即Phase0、Phase1/2、Phase 3。本文主要讨论两种制式的第二、第三阶段。

    2、WCDMAR4阶段

    对两种制式来说，第二阶段都是向全IP网络演进的过渡阶段。在第二阶段，两种网络结构的相似性很强，主要改变在电路域中（即话音），而对分组数据的处理改变很小。下面主要针对电路域进行讨论。

    在第二阶段都将处理话音的移动交换中心（MSC）和移动网网关局（GMSC）分裂成两个网元，即MSCServer/GMSCServer和其控制的媒体网关（MGW）。其中，Server主要完成对信令和呼叫控制的处理，而MGW提供语音流的处理及与外部网络的互连。Server与MGW之间的网关控制协议都采用H.248，Server与Server之间都采用与承载无关的呼叫控制协议（BICC）。Server与外部传统网络的信令互连都采用信令网关（SGW）实现互连互通。其中，T-SGW实现与公共交换电话网（PSTN）网络的互连互通，R-SWG实现与2G移动网的互连互通。

    R4网络结构由R99直接演进而来，在R4网络中新增了一部分网元（如MGW、T-SGW、R-SGW）。并增强了一部分R99网元的功能（如MSC、SGSN、GGSN、HLR），核心网可以支持R99CS域的终端，并允许终端在R99网络与R4网络中无缝漫游。这一阶段可以认为是向全IP网络的过渡阶段。通过各种媒体网关和信令网关，核心网可以与2G网络、PSTN等外部网络进行互连互通，能够实现2G网络与3G网络之间的相互漫游。3G网络如果是从2G网络演进而来，则可以将2G网络看作是3G核心网络的一个外部网络。

    R4网络中网元的智能化是其最基本的特点，3GPP在制定协议时，采用了大量传统的智能网协议，并进行了很多修改，从而使网络具有强大的智能化功能。智能网的功能分布在各个网元中，各网元都具有业务交换点（SSP）功能。智能网功能可以看作是3G核心网的不可分割的一部分。

    3、CDMA2000Phase1/2阶段

    向全IP的演进过程中（Phase1），CDMA2000与WCDMA体系相同，这一阶段，将目前的IOS4.X标准中的MSC分裂成MSCServer/GMSC Server和MGW两个功能实体，并支持ATM/IP传输。

    对于CDMA2000来说，这是向全IP演进的第一阶段，开始将信令与传输分开、核心网与接入网分开，各自独立发展。在这个阶段，核心网中的电路部分信令与承载分开，信令在IP传输，承载继续沿用原来的承载方式。分组部分和接入网独立发展。接入网部分采用IP传输（如A3、A7、A9、A11等）。空中接口采用RELEASE0或RELEASEA。

    在这个阶段，全IP中引进了“IPMultimediaDomain”和“Legacy MS Domain Support”两个概念。前者处理VoIP、多媒体以及两者的混合业务，后者实现对全IP中传统手机的支持。通过漫游信令处理原来的ANSI-41电路网中的业务。“IP Multimedia Domain”虽然也支持传统手机，但是信令和业务均在IP上传输，它与通过漫游信令解决原来用户的业务是不同的概念。在全IP中由于有两个域的支持，双模手机可以根据自己的能力选择相应的模式向全IP的无线接入网（RAN）注册。RAN应该支持两种域的接入。空中接口需要增加全IP中IP域的会话发起协议（SIP）呼叫信令的承载，但对传统移动台（MS）的支持可以继续采用原来的接口。

    在RAN中，内部接口通过全IP开放，特别是声码器部分的接口应该是开放的，可以使声码器能方便地移到核心网。声码器的位置最终将从基站控制器（BSC）移到MGW。这时A1、A2、A5接口演变成A1’、A2’及A5’接口，语音和SS7信令由IP传输。

    RAN向着全IP和更开放的方向演进，不仅支持传统的MS，而且支持核心网的多媒体域（MultimediaDomain）。

    两种制式第二阶段网络的主要差别如下：a）对于R-SGW，两种制式采用的事务处理能力应用部分（TCAP）和移动应用部分（MAP）信令不同。b）对于分组数据，WCDMA的服务GPRS支持节点（SGSN）和GPRS网关支持节点（GGSN）主要采用GPRS隧道协议（GTP），CDMA2000的分组数据服务节点（PDSN）与归属代理（HA）之间主要采用移动IP（MIP）协议。c）CDMA2000基站与核心网间的语音采用EVRC/RTP的形式传输，WCDMA基站与核心网间的语音采用ATMAAL2承载。d）AAA服务器在WCDMA中是可选的，在CDMA2000中是网络的一部分。

    4、WCDMAR5阶段

    网络由无线网络、GPRS网络、呼叫控制、连接外部网络的各类网关以及业务构架五部分构成。无线网络由移动用户、无线链路及无线接入等部分构成。GPRS网络由GPRS支撑节点构成，包括提供移动性管理的SGSN、提供分组数据协议（PDP）激活上下文管理的SGSN及提供归属位置寄存器（HLR）功能的归属用户服务器（HSS）等构成。呼叫控制部分的网络实体包括部分媒体网关和信令网关，主要由呼叫状态控制功能（CSCF）、媒体网关控制功能（MGCF）、漫游信令网关（R-SGW）、MGW、传送信令网关（T-SGW）以及媒体资源功能（MRF）构成，完成呼叫控制与信令功能，实现各种实时移动业务。

    5、CDMA2000Phase3阶段

    该阶段是向全IP网络演进的顶点，在该阶段，全部成为IP多媒体域，没有传统MS。IP将延伸至所有领域，空中接口、接入网和核心网均为IP承载，包括全部信令和业务。

    目前，MS的分组数据业务通过MSC到相应的HLR来鉴权用户的数据业务权限，并指示BSC完成分组数据连接。在多媒体域中，通过BSC中的移动性管理模块（MM），由本地AAA与HOMEAAA交互完成。在这一阶段，传统移动台域（LMSD）将不再继续发展，如果直接从本阶段构建网络，将不再支持传统的MS。但如果网络是从以前的阶段发展而来，运营商可以选择保留以前的LMSD，与IP多媒体域并存，以支持传统的MS。在该阶段，IP多媒体应该是网络中占统治地位的技术，用来支持新业务或增强的IP多媒体业务，并能满足增强的业务能力及QoS的要求。

    6、WCDMA与CDMA2000在第三阶段的相似之处

    第三代移动通信WCDMA系统是在GSM和GPRS的基础上演进而来，其规范的制订是在继承Phase1、Phase2和Phase 2+协议标准的基础上，随着技术和业务的变化，新增和修改了部分技术规范，有很多GSM和GPRS的协议被3GPP直接引用，转化为R99阶段的协议。总体来说，R99作为WCDMA技术规范第一阶段的版本，与GSM（Phase 1/Phase 2/Phase 2+）的技术规范相比，无论是在无线接入网络部分还是核心网络部分都有非常大的变化。在无线网络侧，GSM和GPRS均是采用TDMA技术，而在R99中，则采用具有革命性的CDMA技术。在核心网络侧，同时引入了电路交换和分组交换技术，利用ATM作为Iu接口承载，能够兼容第二代的基站子系统（BSS）及GSM、GPRS的核心网，并能与PSTN、ISDN和IP网实现互通互连。也就是说，3G核心网应该能同时支持无线网络子系统（RNS）和BSS两种接入，并同时支持2G和3G的用户及相关业务。

    WCDMA的核心网从总体上可以分为CS域和PS域两大部分，分别对应于GSM系统中的电路交换部分和GPRS部分，PS域基本继承了GPRS的设计思想。MSC/VLR负责处理CS域的相关业务，SGSN和GGSN负责处理PS域的相关业务。与原GPRS系统相比，WCDMA显著提高了无线资源的利用率，并简化了核心网部分的协议栈，将处理工作下推给无线网络控制器（RNC）。核心网中的主要技术突破是引进了具有AAL2和AAL5适配方式的ATM交换技术、IP技术、AMR编解码技术、TransCode技术和基于CS/PS域的Iu接口技术。与第二代相比，核心网在移动网络增强性逻辑的用户定制应用（CAMEL）业务、定位业务（LCS）系统等方面都进行了功能增强性设计。

    3G的骨干网还需要与一系列网络（如PSTN、ISDN、Internet、其他2G的PLMN、其他3G的PLMN、多媒体网络等）互通，实现各种互通业务。WCDMA与二代的GSM相比，由于引进了新的无线制式，网络改变相对较大。其中，RNC和NODEB与二代的BSC和BTS比较，在无线制式、传输、协议上均有根本改变。核心网由于在无线侧引入了新的无线与传输技术，也有较大变化。WCDMAR99的核心网最本质的变化在Iu口（相当于原GSM的A接口与Gb接口）引入了ATM的传输。WCDMA R5阶段与CDMA2000 Phase 3阶段都是真正的全IP网络。对于第三阶段来说，两种网络都引入了基于H.248协议的媒体控制分离技术和IP多媒体会话控制技术，以便在分组域中实现话音和多媒体业务。都实现了从移动终端到网络传输以及业务实现的IP技术。对于叠加演进，可能还存在第二阶段的一些网元。对于完全渐进演进的网络，全部采用IP多媒体技术实现。CDMA2000网络中的HLR被AAA完全取代。WCDMA则演进为HSS，成为网络用户管理业务实现的中心。两种制式在分组域实现话音业务的技术也非常相似。

    7、WCDMA与CDMA2000第三阶段的差异

    该阶段两种制式的主要差别：a）对于R-SGW，由于两种制式采用的TCAP和MAP信令不同，R-SGW在软件上也不同。b）对分组数据，WCDMA的SGSN和GGSN主要采用GTP，而CDMA2000的PDSN与HA之间主要采用MIP协议。c）对WCDMA来说，HLR的功能将得到增强，演变为HSS，但AAA服务器仍然是可选的。而对于CDMA2000来说，HLR将退化，其功能将在增强的AAA服务器中实现，AAA成为整个网络无线用户管理、无线资源管理以及各种业务开展的中心。d）对于WCDMA来说，在GGSN的Gi接口处叠加多媒体处理子系统，以便在分组数据上实现话音业务。而CDMA2000是通过PDSN或者HA出IP流至媒体网关，以在分组数据上实现话音业务。

    8、结束语

    目前，全球主要设备厂商都在积极跟踪和研发基于WCDMA技术的3G网络产品，日本的DOCOMO早在1991年就启动了WCDMA的研发工作，并于2001年下半年推出了WCDMA可商用系统及产品样机。全球各大运营商对参与WCDMA运营持积极态度，国内几大运营商也在积极争取3G牌照，并竞相展开WCDMA网络试验，为WCDMA运营做前期准备。中国电信运营商如何在获取3G牌照之后整合利用好自己的现有资源，发展新业务，笔者认为在讨论网络结构的基础上，需要解决网络建设成本、营销和业务策略、长期的规模效益等一系列问题。各运营商在权衡各种因素的条件下，选择三种制式中的哪一种，是关系到企业未来发展的重大问题。