אדריכלות: 3G Network Architecture

הדור השלישי (3G) רשתות סלולריות, סטנדרטיות כמו IMT-2000 על ידי איגוד התקשורת הבינלאומי, הביא שינוי יסודי מקול מפוספס מעגלים אדריכלות היברידית המסוגלת נתונים מהירים ושירותי מולטימדיה.סטנדרט 3G הנפוץ ביותר הוא Universal Mobile Telcommunication System (UMTS), בהתבסס על טכנולוגיית הגישה של קוד קוד פתוח (W-CDMA) של מערכת הגישה לרדיו.

הבנת התפקידים של כל רכיב וכיצד הם מתקשרים על ממשקים סטנדרטיים (Iub, Iur, Iu) הוא חיוני עבור מהנדסי רשת, סטודנטים טלקום, וכל מי שמעורב בעיצוב מערכת סלולרי. מאמר זה מספק צלילה סמכותית, טכנית עמוקה לתוך האדריכלות, פונקציות ואינטראקציות של Node B, RNC, ו- Core Network, יחד עם הפרוטוקולים שהופכים 3G רשתות אמינות ואמינות.

Node B: תחנת הבסיס ב-UTRAN

Node B הוא ה- UTRAN Transceiver המספק את ממשק האוויר לרכיבי משתמש בתוך תא גיאוגרפי ספציפי.It הוא המקביל UTRAN של תחנת רנסצ'רצ'ר בסיס GSM (BTS) Node B מטפל בכל שכבה 1 (שכבת פיזיקלית), כולל קידוד, הפצה / despread, Modulation, שליטה כוח, וקיצור יד רכות.

פונקציות מפתח של Node B

  • (FLT:0) ראודיו Transmission andקבלה:FLT:1 Node B משדר ומקבל אותות W-CDMA על ממשק Uu ייעודי.It מנהלת מספר רב של ספקים ומגזרים, כל אחד תומך משתמשים בו זמנית רבים באמצעות מספרי קוד-דיוויזינג.
  • (FLT:0) Inner-Loop Power Control:FearLT:1 כדי להילחם בבעיה הקרובה של מערכות CDMA, Node B מבצע בקרת חשמל מהירה בקצב של 1500 הרץ, התאמת כוח שידור UE כדי לשמור על יעד אותות להשוואה Ratio (IR) זה קריטי עבור יכולת וחיי סוללה.
  • (FLT:0) Soft / Softer Handover Support:cioFLT:1 צומת B משתתף במגוון מאקרו שילוב, שבו מספר Node Bs (או מגזרים) מקבל את אותו השידור הUE ולקדם אותו ל-RNC. Node B מבצע גם יד רכות יותר המשלבת עבור מגזרים תחת אותה תחנת בסיס.
  • (ב) ,0) מדיווח על חישוב: 1FLT:1 Node B אמצעים קיבלו כוח אות, איכות ותזמון מ- UEs ודיווחים ל-RNC לקבלת החלטות וחלוקת משאבים.
  • (FLT:0)Lub Interface Termination:FLT:1 Node B מתחבר ל- RNC באמצעות ממשק Iub, העברת נתונים של מטוס המשתמש (מ- MAC-hs ב High-Speed Downlink Packet Access, או מ-RLC מסגרות) וסימן בקרה (NBAP - Node B Application Part).

Node B Hardware אדריכלות

A טיפוסי Node B כולל יחידות בסיס אחד או יותר (BBUs) אשר מטפל עיבוד דיגיטלי, ויחידות רדיו מרחוק (RRUs) או transceivers המשולבים להמיר בסיס ל- RF. BBU מפעילה את האלגוריתמים הפיזיים, בעוד RRU amplifies ופילטרים את האות. Node Bs לעתים קרובות פרוסים בתצורה תמיכה 1, או 6, עם למעלה מ תזמון עבור תחנת דלק C-MA (עבורת חומרה נוספת), עבור MacHC.

Iub Interface ופרוטוקולים

ממשק Iub בין Node B ו- RNC משתמש במצב העברה סינכרוני (ATM) או תעבורה IP. על מטוס המשתמש, כמה מסגרות DCH מוכפלות לתוך AAL2 (ATM הסתגלות שכבה 2) או IP/UDP. המטוס הבקרה משתמש ב-NBAP (Node B Application Part) עבור מערכת קישור, מחיקה, שינוי, ובקרת רשת בקרת התעבורה של ICAP (A) ל-A.

רדיו רשת (RNC)

RNC הוא הבקר האינטליגנטי שמנהל את משאבי הרדיו על פני מספר רב של Node Bs. זה מתחבר לרשת Core באמצעות ממשק Iu ו- RNC אחרים באמצעות ממשק Iur. RNC הוא האחראי על הקמת חיבור, ניהול ניידות, איכות של שירותי אכיפת.זה יכול להיחשב כ"מוח" של רשת הגישה רדיו.

RNC Roles: Controlling, Serve, ו- Drift

ב-UMTS, RNC יכול לקחת תפקידים שונים עבור מפגש UE מסוים:

  • (FLT:0) משרת RNC (SRNC): ההרחבה 1 (RNC) השולטת בחיבור של UE.It מנהלת את הקישור Iu לרשת הליבה, מטפל בהחלטות יד, מבצע בקרת כוח חיצוני, ו- buffers נתונים עבור transmissions in RLC (Radio Link Control).
  • (FLT:0) Drift RNC (DRNC): ההרחבה 1 (כאשר UE עובר לתוך תא הנשלט על ידי RNC שונה, ה- Node B בתא זה מעביר נתונים ל-DRNC, אשר לאחר מכן שולח אותו ל- SRNC באמצעות ממשק Iur.
  • (FLT:0) הרשמה RNC (CRNC): אנדרל 1 (RNC): כל אחד מ- Node B נשלט על ידי בדיוק RNC אחד עבור תצורות ערוץ נפוצות ובקרת קבלה.ה- CRNC יכול להיות ה- SRNC עבור כמה UEs ו-DRNC עבור אחרים.

פונקציות מפתח של RNC

  • (FLT:0) ניהול משאבים רדיואקטיבי (RRM): ההרחבה של RNC ו-AWS, מנהלת גודש, ומבצעת בקרת קבלה, שליטה על העומס ותזמון החבילה (עבור ערוצי לא-HSPA).
  • (FLT:0)Handover Control: FLT:1 RNC מחליט מתי להפעיל רך, רך יותר, או רבנים קשים המבוססים על דוחות מדידה UE.הוא גם שולט על שילוב / תפוצה של זרמי נתונים ב- SRNC במהלך שעות עבודה רכות.
  • (FLT:0Outer-Loop Power Control:FearLT:1) RNC מאמת את המטרה SIR עבור כל UE המבוסס על מדידות Bler (Block Error Rate) זה מבטיח איכות נאותה ללא כוח מבזבז.
  • (FLT:0) סודיות: 1.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.
  • (FLT:0)Iu Interface Rule: 1FLT:1 The RNC מסיים את RANAP (Radio Access Application Part) פרוטוקול Iu-CS (התמכום) ו- Iu-PS (packet-switched) ממשקים, ניהול רישום UE, עיבוד, והגדרת ישיבה.

פרוטוקול RNC

RNC מארח כמה פרוטוקולי ממשק רדיו:

  • (FLT:0)RRC (בקרת משאבים מילולית): מנדט 1 (כלי קשר), בקרת מדידה וסימון קישורים מטה. RRC (IDLE, CELL DCH, CELL FACH, CELL FACH, CELL PCH, URA PCH) מגדיר רמות פעילות וניצול.
  • (FLT:0)RLC (בקרת קישורים של רדיו): ההרחבה 1 מספקת את הקטע / הערכה, תיקון שגיאות (ARQ), ובקרת זרימה. RLC פועלת בשקיפות (TM), ללא ידיעת (UM), או הודה (AM) בהתאם לשירות.
  • (FLT:0)MAC (Media Access Control): מיפוי ערוצים הגיוניים להובלת ערוצים, טיפול בעדיפות ותזמון. in HSPA, MAC-hs (ב- Node B) ו- MAC-e משמשים לנתונים מהירים.
  • (FLT:0)PDCP (פרוטוקול נתונים של ההרחבה): 0LT:1 מבצע דחיסת ראש IP ו- VoLTE מאוחר יותר, אבל ב 3G הוא מקטין את פני השטח עבור נתוני החבילה.

רשת Core

רשת Core ב 3G מחולקת לשני תחומים: המעגל-Switched (CS) ו- Packet-Switched (PS) אלה להתמודד עם קול ונתונים בהתאמה, עם כמה פונקציות חופפות.הרשת Core אחראית על ניתוק, ניהול המנוי, אימות וחיבור בין רשתות חיצוניות (PSTN, אינטרנט, PLMN אחרים).

המונחים: mit Components

  • (FLT:0) Mobile Switching Center (MSC): ההרחבה 1 (MSC מטפל קול קורא שליטה, SMS ו-עיגול-switched נתונים (כמו שיחות וידאו CS) היא מכילה את רשימת מיקום המבקרים (VLR) עבור נתונים ועדכונים זמניים של מנויים ומיקום.MSC מתחבר ל- RNC באמצעות IuCS (באמצעות Iu-CS) ו-MSC אחרים באמצעות ISUP /SC.
  • (FLT:0)Gateway MSC (GMSC): ההרחבה 1 (MSC) המשמשת כנקודת כניסה לשיחות מרשתות חיצוניות (למשל, PSTN). GMSC שאילתות ה-HLR לתוואי שיחות ל-MSC/VLR הנוכחית.
  • (FLT:0 Home Location Register (HLR): A Database, אשר שומרת באופן קבוע מידע המנוי (IMSI, MSISDN, שירותים רשומים, מפתחי אימות).
  • (FLT:0) המרכז לזיכרון (AuC): אנדרל 1 יוצר וקטורים אימות (RAND, XRES, CK, IK) עבור אימות מנויים וקביעת מפתח cipher. AuC נתונים מאוחסנים ב HLR, אך ה- AuC הוא ישות הגיונית נפרדת.
  • (FLT:0) ,EIR): מסד נתונים אופציונלי המאחסן מספר IMEI עבור מכשירים גנובים שחורים.

חבילותet-Switched Domain Components

  • (FLT:0) משרת GPRS תמיכה Node (SGSN): FLT 1:1 SGSN מנהלת שירותים מכווצים עבור משתמשים בתוך אזור השירות שלה.It מבצעת ניהול ניידות (Attach, RAU), ניהול ישיבות (PDP), טעינה, ו- phering.It מתחבר ל-RNC באמצעות Iu-PS (RAN על IP או ATM) ו-GRGRGRGPS (GPS).
  • (FLT:0Gateway GPRS תומך Node (GGSN): 1 GGSN פועל כמו שער בין הרשת הניידת לרשתות נתונים של חבילות חיצוניות (Internet, LANs) הוא מקצה כתובות IP ל-UEs, מבצע קידוד IP, לאכוף מדיניות QoS, ומנהרות מנוי באמצעות GTP (פרוטוקול GN-N) מטפל גם בשירות מבוסס אפשרויות בחירה.
  • (FLT:0)BGorder Gateway (BG): FLT:1 שימש עבור inter-PLMN GPRS נודד, חיבור הבית וביקר רשתות באמצעות ממשק Gp.

HLR ו-HSS Evolution

ב 3G טהור, HLR מחזיק גם בנתונים של CS ו-PS.As רשתות התפתחו לקראת IMS ו SAE (מערכת אדריכלות מערכת האבולוציה), HLR הוחלף על ידי מנוי Homer Server (HSS), אשר גם תומך ב- IP Multimedia Subsystem (IMS) אימות. עם זאת, ב 3G רשתות, HLR נשאר מרכזי.

אינטראקציה בין Node B, RNC ו- Core Network

שיחת 3G מלאה או בדיקת נתונים זורם דרך שכבות מרובות.חשב UE ב- CELL DCH המדינה ביצוע בדיקת גלישה באינטרנט:

  1. הUE מחובר באמצעות קישור רדיו W-CDMA לצומת B. Node B מודד את SIR שלו ומתאים באופן קבוע את הכוח התואם באמצעות שליטה פנימית.
  2. נתוני המשתמש נשלחים מעל האוויר באמצעות ערוצים ייעודיים או משותפים. Node B מבצע יד רכה המשלבת אם ה-UE נמצא ב Handover רך עם מספר רב של Node Bs.
  3. Node B מקדם גושי תחבורה אל ה-SRNC על Iub. The RNC מבצע את RLC ARQ retransmissions אם יש צורך, ומאגד PDCP PDU לאחר דיכוי ראש.
  4. ה- SRNC שולח את נתוני המשתמש על Iu-PS ל-SGSN, אשר מבסס אותו ב- GTP-U ושולח ל-GGSN.
  5. GGSN מעביר חבילות IP לרשת החיצונית. חבילות Inbound עוקב אחר הדרך לאחור, עם HLR להתייעץ עם ניידות כאשר הUE הוא idle.
  6. עבור שיחות קוליות, ה- SRNC שולח מסגרות דיבור (AMR) על Iu-CS ל- MSC, אשר נתיבים באמצעות TDM או IP ל- PSTN או MSC אחר.
  7. הודעות NAS (RRC, NAS) משתמשות במטוס הבקרה: Node B מקדם NBAP/NBAP/NBAP? למעשה, הודעות RRC לעבור על SRB (Signaling Radio Bearer) שטופלו על ידי RNC; הודעות NAS (למשל, עבור ניהול ניידות, בקרה) מועברות באופן שקוף לרשת הליבה באמצעות RANAP.

ניידות ו Handover Scenarios

3G תומך במספר סוגים של של משלחי יד:

  • (FLT:0) Soft Handover:FLT:1 UE מחובר למספר רב של Node Bs בו זמנית.RNC (SRNC) משלב את נתוני הקישור ובוחר את זרם ה- downlink הטוב ביותר.
  • (ב) ויקרא י"א: "ה', כ"כ"ל, אלא בין ענפים של אותו צומת B, טיפלו בו בפנים.
  • (ב) ,0) ,HARD: (FLT:1) נעשה שימוש בין- ⁇ או בין-מערכת (למשל, 3G עד 2G) ידות.
  • (FLT:0)SRNC Relocation: 1 כאשר ה-UE עובר לאזור של RNC שונה, ה- SRNC מחזר דרך ממשק Iur או יד קשה ישירה.

ה-RNC שולט בדיווחים של מדידות מ-UE (אפילוט 1A, 1B, 1C וכו ') Handover Soft הוא תכונה מרכזית של W-CDMA, שיפור יכולת וצמצום ההסתברות.

איכות השירות ב 3G Networks

3G מגדיר ארבעה כיתות QoS (conversational,סטרימינג, אינטראקטיבי, רקע) כדי לתמוך בשירותים שונים.RNC ורשת הליבה לאכוף QoS דרך:

  • (FLT:0) משא ומתן על משא ומתן: FLT:1 במהלך הפעלה של ההקשר PDP, UE מבקש QoS פרמטרים (מעמד פאסיבי, קצב סיביות, עיכוב, אמינות).
  • (FLT:0)Radio Bearer Setup:FLT:1, RNC מפות QoS לערוצי הובלה W-CDMA (DCH, DSCH, HS-DSCH, וכו ') ובוחר מצב RLC המתאים.
  • (FLT:0)Packet Scheduling: HSPA, Node B's MAC-hs לוח הזמנים מקצה באופן דינמי משאבים לקישור, בעוד RNC מטפל בשליטה על הקבלה כדי למנוע עומס יתר.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ו-Shaping: FLT:1 GGSN או רכיבי רשת חיצונית לאכוף חוזים תנועה ולעצב התפרצויות של קישורים.

אדריכלות QoS הייתה התקדמות גדולה יותר מ 2G, המאפשרת שיחות וידאו בזמן אמת ושיעורי נתונים מאובטחים.

האבולוציה: מ-3G ל-HSPA ומעבר

כדי לענות על הביקוש לנתונים גדל, 3GPP הציגה גישה גבוהה-Speed (HSPA) HSPA עבר תזמון ל- Node B (MAC-hs עבור downlink, MAC-e for uplink), הפחיתה את מעורבות RNC, ולהגדיל את היעילות הקיבוצית.

  • (FLT:0)HSDPA (Downlink): עד 14.4 Mbps שיא באמצעות התאמה מתאימה וקידוד (QPSK/16QAM), ARQ היברידי, ותזמון מהיר ב- Node B.
  • (ב) ⁇ :0) [ה-HSUPA] (עדכון: ⁇ :1 עד 5.76 Mbps עם Node B תזמון ו- Fast HarQ.
  • (FLT:0)HSPA+IRGIR ,EMMO (Multiple Input Multiple Output), 64QAM, גלגול כפול-carrier, ואדריכלות RAN (Iub over IP), דוחפת את שיעור השיא ל-42 Mbps ומעבר לכך, כמה מפעילי דהו HSPA+ עד ל- LTE.

תפקיד ה-RNC התפתח: ב- HSPA, ה-RNC עדיין מצליח את הניידות, אך ה- Node B לוקח יותר משימות תזמון רדיו מאוחר יותר, ב- LTE/SAE, הארכיטקטורה החריפה לחלוטין (eNodeB מחליף את Node B ו-RNC, והרשת Core הופכת ל-Evolved Packet Core) עם LTEs 3Gexist עם 5G עבור קול (BCback) ו-Cback) ו-B.

מסקנה

ארכיטקטורת רשת 3G של Node B, RNC ו- Core מספק מבנה חזק, היררכי המאוזן שליטה מרכזית עם מודיעין רדיו מבוזר. Node B מטפל משימות פיזיות-layer ובקרת כוח מהירה; RNC מנהל משאבי רדיו, ניידות, QoS; קווי תעבורת הרשת Core ולנהל נתונים מנויים.

לקריאה נוספת, מתייחס למפרטים (FLT:0)3GPP (TS 25.401, TS 23.060, TS 25.433) TSFLT:1 וספרי לימוד סטנדרטיים על UMTS. סקירה מפורטת של ממשקי Iu ו Iub ניתן למצוא במפרט טכני זה FLT:2ETSI עבור UT כולל תיאור כללי של LTF3, 3.