移动通信概述-架构篇

1、核心网演进概述

2G→2.5G/3G：增加分组交换

GPRS上增加了数据上网业务，开始有了分组交换（PS域）、有了SGSN（GPRS服务支持节点）和GGSN（GPRS网关支持节点），3G的核心网则继承了2.5时代的CS域（电路域）和PS域（数据域）：

3G→4G→5G：CUPS

CUPS让用户面功能(UPF)摆脱中心化，使其既可灵活部署于核心网(中心DC)，也可部署于接入网(边缘DC)。 光纤传播速度为200km/ms，数据要在相距几百公里以上的终端和核心网之间来回传送，显然是无法满足5G网络亳秒级时延的需求。基于5G核心网C/U分离架构，控制面功能如SMF则在中心DC集中部署，便于统一控制部署在边缘侧或区域侧的UPF，统一配置和下发分流策略。UPF和内容下沉到刚络边缘部署，大大减少传输时延通过UPF的分流策略，实现本地流量在本地卸载，非本地流量则通过本地UPF发送到中心UPF处理，从而避免所有流量都迂回到中心网络，减轻骨干网传输压力和建网成本。

早在4G时代R14标准就定义了CUPS，也就是将SGW和PGW的控制平面和用户平面分离,但在5GC中，分离更彻底：

MSC/VLR	移动交换中心/访问位置寄存器
EIR	设备识别寄存器
HLR	归属位置寄存器
AUC	鉴权中心
OMC	操作维护中心

2、2G（GSM）网络架构

2G由模拟无线通信变为数字无线通信，后来的GPRS（2.5G）又增加了数据上网业务，在核心网架构上体现为有了分组交换（PS域）。

2G网络架构由MS（UE，用户设备）、基站子系统、网络子系统和外部网络EN（External Network）构成。

图GSM网络架构：

2.1、基站子系统BSS（2G接入网）

包括BTS（基站收发信机，即2G基站）和BSC（基站控制器，一个基站控制器通常控制几个BTS）。基站子系统由MSC控制，主要负责无线信号的收发和无线资源管理。

BTS：Base Transceiver Station，基站收发信机，硬件上包括多部收发信机、天线、连接MSC的接口电路等，功能上集基带和射频为一体，包含无线信号的收发、放大、调制解调、编解码和DSP数字信号处理等。以下是2G基站外观和2G基站组成结构：

• 2G基站外观
  2G采用一体式基站架构，天线位于铁塔上，其余位于基站旁的机房内，天线通过馈线与机房连接。2G基站将基带处理、射频处理、供电单元等全都放在一个机柜里，看起来像个大冰箱，建设和扩容成本高，运维也麻烦。
  
• 2G基站组成结构
  

DXU:分配交换单元( Distribution Switch Unit)
    1.提供BTS与BSC的信令接ロ和物理接ロ;
    2.信令的分配与压缩、解压；
    3.数据库存储（存储硬件单元的物理位置、配置参数、产品版本及编号等）
	4.时钟同步
	5.负责本地总线的控制、通过OMT提供基站上的操作与维护
        
TRU:收发单元(Transmission Receiver Unit),TRU处理8个时隙的所有功能。
	1.无线接收（分集接收）与发射
	2.电压驻波比VSWR的计算
	3.功率放大
	
CDU:合成和分配单元( Combining and Distributing Unit)
    1.发射信号的功率合成
    2.分配接收信号到发信机
    3.RF的滤波
	4.天馈线的驻波检测与告警（超过预定门限即告警）

2.2、网络子系统NSS

• MSC移动交换中心：系统核心，负责用户接入、交换、信道分配、计费等
• HLR归属位置寄存器：用户数据及位置信息
• VLR访问位置寄存器：本交换区的用户信息及MS的LAI
• EIR设备识别寄存器：存储移动台设备参数
• AUC鉴权中心：验证SIM卡的合法性
• OMC操作维护中心：对系统的集中操作维护与管理

2.3、外部网络(公用通信网)

• PSTN：公用交换电信网
• ISDN：综合业务数字网
• PDN：公用数据网

2.4、2G无线空中接口（Um接口）

• 工作频段：900/1800MHz
• 多址/双工方式：TDMA/FDMA/FDD制式
• 复用方式：4小区3扇区(4×3)
• 信道定义
  物理信道：每个载频的8个物理信道记为信道 0～7(时隙0～7)，当采用半速率语音编码后，每个频道可容纳16个半速率信道
  逻辑信道：业务信道(TCH)和控制信道(CCH)

3、GPRS（2.5G）

指通用分组无线业务，GSM最高数据传输速率仅9.6kbps且只能电路交换，GPRS在GSM基础上叠加分组数据业务的网络，以向3G平滑过渡。

新增以下节点：

• GGSN(Gateway GPRS Supporting Node，GPRS网关支持节点)
• SGSN(Serving GSN，GPRS服务支持节点)
• PCU(Packet Control Unit，分组控制单元)， 位于BSC，用于将分组数据业务在BSC处从GSM语音业务中分离出来

4、3G（UMTS）网络架构

UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)，通用移动通信系统是3G技术的统称。3G架构由UE、接入网（RNS）、核心网CN和外部网络EN构成：
(图) WCDMA网络架构：

4.1、UE（用户设备）

UE主要由移动设备(Mobile Equipment，ME)和通用用户识别模块(Universal Subscriber Identity Module，USIM)两部分组成

UE是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等。UE通过Uu接口与网络设备进行数据交互，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用（如E-mail、WWW浏览、FTP等）

4.2、3G接入网（UTRAN）

UTRAN是3G接入网，即UMTS Terrestrial Radio Access Network，UMTS陆地无线接入网。

3G接入网由一个或几个RNS(无线网络子系统)组成，每个RNS包括一个RNC和一个或多个NodeB(基站)；RNS负责所属各小区的资源管理。

• RNC
  Radio Network Controller，无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理控制等功能。
• NodeB(基站)
  包括无线收发信机和基带处理部件，主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调信道解码，还包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。
  图NodeB组成结构：
  

4.3、3G核心网

核心网承担各种类型业务的提供以及定义，包括用户的描述信息、用户业务的定义及相应的一些其他过程。UMTS核心网负责内部所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及与其他网络的连 接和路由选择的实现。

3G核心网继承了GPRS核心网的结构，由电路交换域CS和分组交换域PS组成，其中MSC/VLR和GMSC属于电路域，GGSN和SGSN属于分组域,HLR为PS和CS共有：

• MSC/VLR
  (Mobile Switching Center/Vistor Location Register)移动交换中心/访客位置寄存器）
  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/VLR、GMSC 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。
• GMSC(Gateway Mobile Switching Center)网关移动交换中心
  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。
• SGSN(Serving GPRS Support Node)GPRS服务支持节点
  SGSN（服务GPRS 支持节点）是WCDMA核心网PS域功能节点，它通过Iu_PS 接口与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，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。
• GGSN (Gateway GPRS Support Node) 网关GPRS支持节点
  GGSN（网关GPRS 支持节点）是WCDMA 核心网PS域功能节点，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就好象是可寻址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。
• HLR(Home Location Register)：归属位置寄存器
  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。

4.4、外部网络

External Networks，即外部网络，可以分为两类：

• 电路交换网络（CS Networks）：提供电路交换的连接服务，如通话服务。ISDN 和PSTN均属于电路交换网络。
• 分组交换网络（PS Networks）：提供数据包的连接服务，Internet 属于分组数据交换网络。

• PLMN（Public Land Mobile Network）公共陆地移动网络。由政府或它所批准的经营者，为公众提供陆地移动通信业务目的而建立和经营的网络。该网路必须与公众交换电话网（PSTN）互连，形成整个地区或国家规模的通信网。PLMN = MCC + MNC，例如中国移动的PLMN为46000，中国联通的PLMN为46001
• PSTN ( Public Switched Telephone Network )公共交换电话网络，一种常用旧式电话系统。即我们日常生活中常用的电话网。PSTN是一种以模拟技术为基础的电路交换网络（CS）。
• ISDN（IntegratedService Digital Network）的中文名称是综合业务数字网，俗称“一线通”。它除了可以用来打电话，还可以提供诸如可视电话、数据通信、会议电视等

5、4G（LTE）网络架构

LTE（Long Term Evolution，长期演进）本指3G技术的演进升级，但LTE技术的发展远超预期，系统架构和传输技术均有较大革新，目前运营商已普遍将LTE各种版本通称为“4G”；严格意义的4G指IMT-Advanced、LTE-A（LTE-Advanced）。

4G网络架构由接入网E-UTRAN和核心网EPC（EvolvedPacket Core）组成：

5.1、4G接入网（E-UTRAN）

E-UTRAN没有了RNC，原来由RNC承担的功能被分散到了eNodeB和MME/S-GW上，结构更加扁平化：

5.2、4G核心网（EPC）

1.实现了控制与承载的分离，MME负责移动性管理、信令处理等功能，S-GW负责媒体流处理及转发等功能。

2.核心网取消了CS（电路域），实现了全IP化，实现固网和移动融合（FMC），灵活支持VoIP及基于IMS多媒体业务。

3.接口连接方面，引入S1-Flex和X2接口，移动承载需实现多点到多点的连接，X2是相邻eNB间的分布式接口，主要用于用户移动性管理；S1-Flex是从eNB到EPC的动态接口，主要用于提高网络冗余性以及实现负载均衡。

6、5G

5G篇见本人的另两个博客：
5G接入网与基站演进
5G核心网与核心网演进

今天的文章移动通信概述-架构篇分享到此就结束了，感谢您的阅读，如果确实帮到您，您可以动动手指转发给其他人。