王立荣
摘要
本文主要讨论了WCDMA试验网络建设的必要性及总体建设原则，还对3GPPR99和3GPPR4版本做简单比较，并对其核心网网元进行了简单介绍。最后对试验网的测试内容做了简单阐述。
3G作为下一代数字通信技术革新发展趋势和目标，无疑是当今世界最受瞩目的热点之一，而R4由于首次把NGN领域提出的软交换概念引入到移动核心网领域，而且从网络结构、接口协议、业务以及业务开发各方面，3G与NGN的发展是协调一致的。
3G牌照发放在即，为将来更好更快的进行3G网络的建设，更好的利用现有2G网络的优势，提前进行3G试验网的建设是非常必要的，提前做好3G设备与2G现网设备的互通测试、业务性能测试已是非常迫切的工作。另外通过3G外场测试，达到掌握3G网络性能、验证设备和终端的兼容性和检验业务功能表现，积累丰富的网络规划和建设、网络优化的经验，为各运营商进行3G技术及人员的储备。
1、3G实验网建设的必要性以及目的
(1)3G移动通信技术是移动通信网络发展的方向，进行3G网络的建设和研究对探索3G网络的基本架构和技术发展具有积极的意义；
(2)通过3G网的建设可以研究在3G移动网络中引入新业务的方法和相应的技术问题，为各运营商未来的3G商用网络的业务开展进行探索；
(3)通过3G实验网可以深入研究3G移动通信网络的组织方式、业务提供能力以及与现有网络的互联互通问题；
(4)建设3G试验网最重要的一个目的在于，可以通过试验网的建设锻炼一支具有3G网络规划设计、建设、优化经验的队伍，培养一批具有较高知识技术水平和丰富经验的骨干技术人员，为将来3G网络的大规模建设做好人才储备。
2、总体建设原则
(1)3G核心网按照基于IP承载的R4版本设备组网。
(2)需要满足《3G外场测试规范》中相关测试项目的要求。
3G与现有2G网络、外网进行话务互通测试；
3G/2G互操作测试：包括3G、2G互漫游、电路域3G到2G切换、分组域3G、2G互切换；
3G业务测试：包括3G继承性业务(如短信、WAP等)和3G特有业务(流媒体)。
(3)在满足以上测试目的和条件的基础上，尽量减少对现网的影响。
试验网设备需厂家提供核心网电路域和分组域的全套实验设备，全部设备为WCDMA制式，R4版本。
WCDMA的R4与R99版本相比较，在无线接入网的网络结构方面无明显变化，重要的改变是在核心网方面，主要体现在R4版本在电路域完全体现了NGN的体系构架思想，引入软交换的概念，实现控制和承载分开将原来的MSC分离成为MSCServer和媒体网关(MGW)。下面对3GPPR99和3GPPR4版本做简单比较，并对其核心网网元做一简单介绍。
3、3GPPR99版本概述和核心网网元简介
3GPPR99版本于1999年12月冻结，接入部分主要定义了全新的5MHz每载频的宽带码分多址接入网，采纳了功率控制、软切换及更软切换等CDMA关键技术，基站只做基带处理和扩频，接入系统智能集中于RNC统一管理，引入了适于分组数据传输的协议和机制，数据速率可支持144kbit/s、384kbit/s，理论上可达2Mbit/s。基站和RNC之间采用基于ATM的Iub接口，RNC分别通过基于ATMAAL2的Iu-CS和AAL5的Iu-PS分别与核心网的CS域和PS域相连。
在核心网定义的过程中，R99充分考虑到了向下兼容2G网络，其电路域与GSM兼容，通过编解码转换器实现话音由ATMAAL2至64kbit/s电路的转换，以便与GSMMSC互通。分组域仍然采用了GPRSSGSN和GGSN的网络结构。相对2G网络而言，R99核心网在CS域、PS域分别增加了ATM AAL2的Iu-CS接口和AAL5的Iu-PS接口，以实现与3G RNC相连；同时在分组域增加了服务级别的概念，分组域的业务质量保证能力提高，带宽增加。
R99版本的网络结构如图1所示。
图1 3GPP的R99网络结构示意图
3GPP的R99版本基本上由电路域和分组域两部分组成，其中核心电路域设备主要包括MSC、HLR等网元，核心分组域设备主要包括SGSN、GGSN等网元，各网元间的接口及网络结构如图1所示。现对主要设备介绍如下。
3.1NSC/VLR
MSC/VLR是WCDMA核心网CS域功能节点，它通过Iu-CS接口与UTRAN相连，通过PSTN/ISDN接口与外部网络(PSTN、ISDN等)相连，通过C/D接口与HLR/AUC相连，通过E接口与其它MSC/VLRGMSC或SMC相连，通过CAP接口与SCP相连，通过Gs接口与SGSN相连，MSC/VLR的主要功能是提供CS域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。
相比2G网络中的MSC/VLR，主要变化是增加了Iu-CS接口。
3.2GMSC
GMSC是WCDMA移动网CS域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节点，它通过PSTN/ISDN接口与外部网络(PSTN、ISDN、其它PLMN)相连，通过C接口与HLR相连，通过CAP接口与SCP相连，GMSC的主要功能是充当移动网和固定网之间的移动关口局，完成PSTN用户呼移动用户时呼入呼叫的路由功能，承担路由分析、网间接续、网间结算等重要功能。
3.3HLR
HLR(归属位置寄存器)是WCDMA核心网CS域和PS域共有的功能节点，它通过C接口与MSC/VLR或GMSC相连，通过Gr接口与SGSN相连，通过Gc接口与GGSN相连，HLR的主要功能是提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的鉴权等功能。
3.4SGSN
SGSN(服务GPRS支持节点)是WCDMA核心网PS域功能节点，它通过Iu-PS接口UTRAN相连，通过Gn/Gp接口与GGSN相连，通过Gr接口与HLR/AUC相连，通过Gs接口与MSC/VLR相连，通过Ge接口与SCP相连，通过Gd接口与SMS-GMSC/SMS-IWMSC相连，通过Ga接口与CG相连，通过Gn/Gp接口与SGSN相连，SGSN的主要功能是提供PS域的路由转发、移动性管理、会话管理、鉴权和加密等功能。
3.5GGSN
GGSN(网关GPRS支持节点)是WCDMA核心网PS域功能节点，它通过Gn/Gp接口与SGSN相连，通过Gi接口与外部数据网络(Internet/Intranet)相连。GGSN提供数据包在WCDMA移动网和外部数据网之间的路由和封装。GGSN主要功能是同外部IP分组网络的接口功能，GGSN需要提供UE接入外部分组网络的关口功能，从外部网的观点来看，GGSN就好像是可寻址WCDMA移动网络中所有用户IP的路由器，需要同外部网络交换路由信息。
4、3GPPR4版本概述和核心网网元简介
3GPPR4版本于2001年3月冻结，相对于R99，R4无线接入网网络结构没有改变，改变的只是一些接口协议的特性和功能的增强，如引入直放站，解决复杂地形覆盖问题和扇区降低终端和基站的发射功率以提高容量，NodeB同步减少系统邻近小区的交调干扰，降低传输网络的成本，Iub和Iur上的AAL2连接的QoS优化、RRM(无线资源管理)的优化；Iu上RAB(无线接入承载)的QoS协商，增强的RAB支持；Iub、Iur和Iu上的传输承载过程的修改。
相对R99版而言，3GPPR4版的核心网有了如下新的特性。
(1)电路域(CS域)的呼叫与承载的分离：将MSC分为MSC服务器(MSCServer)和媒体网关(MGW)，使呼叫控制和承载完全分开。
(2)核心网内支持No.7信令在2个核心网络功能实体间以基于不同的网络方式来传输，包括基于MTP、IP和ATM的网络上来传输。
(3)核心网电路域的话音业务可选择基于不同的网络方式来传输，包括基于TDM、IP和ATM的网络上来传输。
(4)由于优化了语音的编解码转换器，改善了WCDMA系统网络内部话音分组包的时延，提高了话音质量，编解码转换有可能只需在与外网互通的网关上实现，同时提高了核心网传输资源的利用率。
(5)由于语音采用统计复用方式的传递，相对于TDM64kbit/s静态电路带宽分配而言，可提高传输网的效率，实现网络带宽动态分配，避免TDM扩容时需反复调配2Mbit/s电路的烦琐程序。
R4版本的网络结构如图2所示。
图2 3GPP的R4网络结构示意图
3GPPR4版网络由电路域CS和分组域PS组成，其中核心网电路域CS的主要网元包括MSCServer、MGW、HLR等，核心网分组域PS主要网元包括SGSN、GGSN等，各网元间的接口及网络结构如图2所示。现对主要设备介绍如下。
4.1电路域核心网元
4.1.1MSCServer
在电路域中，MSCServer主要负责移动发起和终止呼叫的呼叫控制和移动性管理功能。
MSCServer还包括了VLR功能，控制移动用户的业务数据及相关CAMEL数据。
4.1.2GMSCServer
GMSC服务器主要负责UMTS移动网络关口局的呼叫和移动控制。
在某个PLMN中，当MSCServer无法询问移动终端所属HLR时，该呼叫会被路由至一个特定的MSCServer处，该MSCServer与HLR联系并将该呼叫路由至移动终端所属的MSC Server处。这种执行路由功能并将移动终端寻址到实际位置的MSC Server被称为GMSC Server。
4.1.3媒体网关(MGW)
媒体网关负责接入PSTN/PLMN网络，并负责提供连接UTRAN无线网络的Iu接口。
媒体网关负责承载用户话务流，支持媒体转换，承载控制和负荷处理等功能(如编码转换，回声抑制等)。针对电路域业务，媒体网关可支持基于不同的承载方式的接口：基于AAL2/ATM的Iu接口和基于H.248/IP的Mc接口等。
4.1.4归属位置寄存器(HLR)
该功能实体是一种数据库，主要用于管理移动用户，并存储用户信息。
(1)签署信息；
(2)位置信息，用于用户呼叫的计费及路由处理。
在HLR所存储的签约信息中，可包括各种不同的类型。
(1)国际移动站证实号码(IMSI)；
(2)移动站的国际ISDN号码(MSISDN)；
(3)分组数据协议地址等。
该数据库还可包括其它信息，如电信业务及承载业务签约信息；业务限制信息(如漫游限制)；补充业务及相关参数等。
4.1.5鉴权中心(AuC)
鉴权中心是一种存储鉴权数据的实体，当需要对移动用户进行鉴权或加密时，AuC可通过HLR将所需数据传送到核心网络中。
鉴权中心还负责存储身份证实密钥，用于生成鉴权IMSI的数据和加密移动终端与网络间无线通信信道所需的密钥。
4.1.6设备识别寄存器(EIR)
设备识别寄存器负责存储移动网络中移动设备的身份分类信息。可包括3种分类：白名单，灰名单及黑名单。
4.2分组域核心网元
4.2.1服务分组域支持节点(SGSN)
SGSN作为连接分组核心网络与无线网络的接入点，主要负责分组域的呼叫控制，对话及移动性管理，如路由更新，寻呼及安全机制控制等。
如在分组用户附着状态下，负责移动终端的移动性及安全性管理。在PDPContext激活状态下，负责建立PDPContext及路由功能。
4.2.2关口分组域支持节点(GGSN)
GGSN是连接3G分组交换域与外界数据网络(如互联网)的接口点。
GGSN包含分组用户的路由信息，负责将用户接入到SGSN或各种外界数据网络上。
4.2.3边界网关(BG)
边界网关位于PLMN支持节点与外界PLMN骨干网络间，用于连接不同移动网络中的分组交换域，实现分组用户的网络漫游。边界网关主要作用是提供相应的安全机制以保障移动网络及用户的安全性。
4.2.4计费网关(CG)
计费网关通过Ga接口与GPRS网络中的计费实体如GSN等通信，用于收集各GSN发送的计费数据记录并进行计费。
5、3G实验网核心网测试内容
3G实验网核心网的测试重点是现网性能、优化测试，2G/3G互切换测试和相关配套测试等。
5.1电路域部分
5.1.1核心网电路域测试内容
(1)3G与2G网络电路域互通测试(必选)；
(2)3G与固网电路域互通测试(必选)；
(3)3G与3G同厂家电路域互通测试(必选)；
(4)3G与3G不同厂家电路域互通测试：
*启用TrFO(必选)；
*不启用TrFO(可选)；
(5)3GMSC与2GMSC间切换测试(必选)；
(6)3GMSC与2GMSC的漫游测试(必选)；
(7)大话务量测试(可选)；
(8)不同网络路由设置下的话务测试(可选)。
5.1.2业务部分主要测试如下几种业务
(1)话音(含彩铃、智能用户)(必选)；
(2)可视电话(必选)；
(3)短信(必选)。
5.2分组域部分
5.2.1核心网分组域测试内容
(1)3GSGSN与2GSGSN间切换测试；
(2)3GSGSN与2GSGSN的漫游测试。
5.2.2分组域业务部分主要测试如下几种业务
(1)彩信；
(2)WAP；
(3)流媒体；
(4)手机游戏；
(5)手机(或数据卡)+PC上网；
(6)下载类(如MP3下载)业务的测试。
详细的测试内容和步骤参见核心网相关的测试规范。
6、结论
对于任何一个无线通信网络来说，前期网络规划的成功与否直接决定了网络的无线性能，只有通过良好的网络规划才能保障网络健康发展。我国现有的无线通信网主要是GSM、cdma1x、PHS等2G网络，各运营商和设备厂家通过近几年网络的不断建设从中积累了丰富的实践经验，能够保证网络可持续发展。
而对于WCDMA网络来说，由于还没有开始大规模应用，普遍缺乏对WCDMA网络特性的了解，实际经验更多来源于外场试验网络。经验的缺乏会影响运营商快速建设大规模WCDMA网络，从而影响运营商的业务发展。所以可见，在目标网建设以前进行试验网的建设是十分必要和有意义的。(后卫编辑）
