הפיתוח של טכנולוגיית 3G, שהוגדרה באופן רשמי על ידי תקן IMT-2000 של איגוד התקשורת הבינלאומית, סימנו שינוי משמעותי בתקשורת סלולרית.בניגוד לקודמו 2G, אשר היה מותאם בעיקר עבור מידע קולי ומהירות נמוכה (GSM, CDMA), 3G הציגה ליבת חרוטה משולבת של קבוצות לצד התחום המסורתי של מעגלים מכופים, המאפשרת זיהוי קולי וספקי נתונים במהירויות גבוהות יותר.

סקירה אדריכלית: שלושת התחומים

רשת 3G, במיוחד מערכת התקשורת הניידת של Universal Mobile (UMTS) המבוססת על WCDMA, מחולקת באופן הגיוני לשלושה תחומים עיקריים:

  • ציוד (UE:0User Equipment (UE:FLT:1 The Mobile Phone, סמארטפון או כרטיס נתונים שמתקשר על ממשק האוויר.
  • (FLT:0)UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Networkir): 1FLT:1 תת-מערכת רדיו הכוללת Node Bs ו- Radio Network Controller.
  • (FLT:0)Core Network (CN): FLT:1 עמוד השדרה האחראי על מעבר, חסימה, ומשלוח שירות, פיצול נוסף לתוך התחום המיוצב (CS) לקול ושדה ה-Pet-Switched (PS) עבור נתונים.

תחומים אלה אינטראקציה באמצעות ממשקים סטנדרטיים, כולם מוגדרים על ידי פרויקט השותפות של הדור השלישי (3GPP) החלקים הבאים מזיזים כל רכיב בפירוט, מסבירים את תפקידו וכיצד הוא תורם לחוויה חלקה הכוללת.

רשת גישה רדיו (UTRAN)

ה-UTRAN הוא החלק הגלוי ביותר של רשת 3G - מענה, אנטנה וציוד באתר התא.זה מטפל בכל המשימות הקשורות לרדיו, ממשלוח אותות למכשירים ניידים לניהול הקצאת משאבים.

תחנת בסיס (Node B)

ה- Node B הוא ה- 3G המקביל לתחנת Transceiver של בסיס 2G, אך עם כוח עיבוד משמעותי יותר לתמיכה בטכנולוגיית הספקטרום של WCDMA.

  • (FLT:0)RF Transmission andקבלה:FLT:1אופרות בלהקת 2100 MHz (Band I) ברוב האזורים, אם כי להקות אחרות (850, 1900) קיימות.
  • (FLT:0) ,Hannel Coding and Decoding:03FLT:1) מבצע טורבו בשיתוף נתונים מהירים וקידוד מהפכתי לקול, המאפשר תיקון שגיאות חזק על ערוץ הרדיו המפחיד.
  • (FLT:0) Power Control: FigFLT:1) מוציא שליטה מהירה של כוח כישרונות סגור במהירות ב 1500 הרץ כדי להפחית את הבעיה הקרובה-מרחק - תכונה קריטית WCDMA המונעת אחד UE מטביעה אחרים.
  • (FLT:0) תמיכה ב-Soft Handover:FLT:1 מתאמת עם תאים מרובים במהלך משא ומתן רך, בו זמנית שולח ומקבל נתונים ממספר Node Bs באמצעות RNC.
  • (FLT:0) דוח של חישוב:0(Measurement Reporting: FLT:1) אוספת מדדים איכותיים (Ec/Io, RSCP, Path Loss) ושולח אותם ל-RNC לקבלת החלטות של ניהול יד ומשאבים.

Node B מתחבר ל-RNC באמצעות ממשק Iub, אשר יכול להשתמש בטכנולוגיות תחבורה שונות כגון E1 / T1 קווים, קישורים מיקרוגל, או סיבים אופטיים.The Node B גם בתים יחידות עיבוד בסיס (נקרא בעבר רכיבי ערוץ) אשר לנהל מספר קודים וולש להפצת ודהפוקינג.

רדיו רשת (RNC)

RNC הוא הבקר האינטליגנטי של UTRAN, בערך אנלוגי למפקח תחנת הבסיס 2G אבל הרבה יותר חזק.זה מנהל מספר רב של Node Bs (בדרך כלל עשרות עד מאות) ומבצע ניהול משאבי רדיו ברמה גבוהה תחומית שלו כולל: האחריות שלו כוללת:

  • (FLT:0) פיקוח משאבים רדיואקטיביים (RRC): ההרחבה:FIRLT:1; ⁇ , שומרת ושחרר קשרים בין UEs לבין הרשת.RNC מטפל במדינות RRC (Idle, Cell FACH, Cell DCH, URA PCH) כדי להתאים את חיי הסוללה והשימוש במשאבי.
  • (FLT:0)Handover Management: FLT:1 Controls Both Soft/ Softer handovers בתוך שטח הכיסוי שלה ו Handovers קשיח מעבר לגבולות RNC.RNC פועל כמו RNC המשרת RNC (SRNC) עבור UE מסוים.
  • (FLT:0) שליטה ובקרת הקהילה: ההרחבה 1 (FLT:1) תחליט אם שיחת טלפון חדשה או מפגש נתונים ניתן לקבל על בסיס עומס, התערבות, דרישות QoS. היא גם מעמיסת תעבורת מעבר לעומס.
  • (FLT:0)Ciphering and Integrity Protection:03) 1 מבצע הצפנה ואימות הודעות כדי להבטיח אבטחת מידע של משתמשים, באמצעות אלגוריתמים המוגדרים על ידי 3GPP.
  • (FLT:0Outer Loop Power Control: FLT:1Build) מגדיר את איכות אות היעד (SIR מטרה) עבור הלולאה הפנימית המהירה, התאמתו על בסיס שיעור שגיאות בלוק (Bler) כדי לשמור על איכות תוך צמצום ההתערבות.

ממשק RNCs עם זה באמצעות ממשק Iur, המאפשר ניידות בין-RNC, להתחבר לרשת הליבה באמצעות ממשק Iu (Iu-CS עבור תנועה מכושפת מעגלים ל- MSC, Iu-PS עבור תנועה מכושפת חפיסות לתנועה ל-SGSN).

רשת: Circle-Switched Domain

התחום המתפתל (CS) מטפל בשיחות קוליות מסורתיות, שיחות וידאו (למרות ששיחות וידאו 3G מעולם לא השיגו אימוץ המוני), ושירותים משלימים כמו קריאה קדימה.הוא בנוי על הארכיטקטורה רשת הליבה של GSM המורשת אבל משופר עבור 3G.

Mobile Switching Center (MSC) ו- Visitor Location Register (VLR)

MSC משמש כמתג הראשי עבור תנועה קולית.זה מסתמך, ודמעות מטה מעגלים, כמו מתג PSTN. ב 3G, MSC מטפל גם בניהול ניידות עבור משתמשי CS. VLR הוא בדרך כלל משולב עם MSC ו מאחסנת נתונים המנויים זמני (אזור המעבר, TMSI, פרופילי שירות משלימים) עבור משתמשים כיום בתחום השירות של MSC.

  • (FLT:0) Call Control: ElementFLT:1 (ניהולי שיחות) ושחרור באמצעות ISUP (חלק משתמש של דאעש) ו-BICC (Bearer Independent Call Control) על IP/E1.
  • (ב) ניהול:0 (Mobility Management:FLT:1) מעבד את עדכוני המיקום, TMSI ריאללוק ובקשות עיבוד.
  • (FLT:0) בין-העבודה: ההרחבה 1 מתחברת לרשת הטלפונים המשויכת לציבור (PSTN) ו- PLMN אחרים באמצעות שער MSCs.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

MSC / VLR מתקשר עם RNC על ממשק Iu-CS, אשר בדרך כלל משתמש ATM (AAL2 לקול) או תעבורה IP באדריכלות שחרור מאוחר יותר.

בית מלון (HLR)

ה-HLR הוא מסד הנתונים המרכזי המאחסן מידע קבוע, כולל:

  • זהות מנוי נייד בינלאומית (IMSI).
  • מספר טלפון של מנוי (MSISDN)
  • שירותי מנוי ופרופילים QoS
  • כתובת ה-MSC/VLR ו-SGSN.
  • נתוני אימות (quintuplets נגזר מהמפתח הסודי של המנוי קי).

כאשר UE מצורף או מקורו קריאה, MSC שאילתות את HLR לקבל מידע מחיקה ואמת מעמדו של המנוי.ה.ר. הוא רכיב רשת חיוני עבור נודדות כמו גם - זמינות גלובלית תלויה עדכוני HLR.

מרכז Authentication Center (AuC)

ה- AuC עובד קרוב עם HLR כדי ליצור וקטורים אימותים המשמשים את רשת ההגשה כדי לאמת את זהות המנויים וכדי להפיק מפתחות ciphering. עבור כל בקשה אימות, ה- AuC מייצר קבוצה של חמישה פרמטרים (quintuplets): אתגר אקראי (RAND), תגובה חתום (SRES), מפתח phering (CK), מפתח (K), ו-A) ל-AUE) עבור אימותים (N) הגנה הדדית.

מצגת זהות ציוד (EIR)

EIR מאחסן את מספר IMEI (זהות ציוד נייד בינלאומי) בשלושה רשימות: לבן (הידוע), אפור (monitored), ושחור (מחוסם) בעוד שלא כל מפעיל מפעיל מפעיל מפעיל את EIR ברשת 3G חיה, הוא משמש ככלי לזיהוי מכשירים גנובים או לא מורשים.MSC שאילתות את EIR במהלך קריאה לבדוק את המצב של UE.

רשת: Packet-Switched Domain

התחום של החבילה (PS) הוא מה באמת הגדיר את הפריצה של 3G מ 2G. זה מאפשר גישה לאינטרנט, הזרמת, דואר אלקטרוני וכל שירות נתונים מבוסס על בסיס, באמצעות IP כמו פרוטוקול התחבורה מקצה לקצה.

שרת GPRS Support Node (SGSN)

ה-SGSN אחראי על העברת חבילות נתונים אל ומ- UEs בתוך אזור השירות שלה.זה פועל כעוגן המקומי עבור ניידות וניהול ישיבות בתחום ה-PS.

  • (FLT:0)GPRS ניהול ניידות (GMM): מנדט 1:1 lesנספח / מחיקה, העדכונים של אזור העדכונים, ועיבוד עבור פגישות PS.
  • (FLT:0) ניהול (SM): FLT:1 מפעלים, מודולים ושחרר פרוטוקול נתונים Packet (PDP) - מפגשים בעלי חשיבות בין ה-UE לבין PDN חיצוני (למשל, האינטרנט).
  • (FLT:0)Packet Routing and Forwarding:03FLT:1) נתיבי IP של משתמשים בין RNC (via Iu-PS) לבין GGSN.
  • (ב) ,0) איסוף נתונים: 1FLT:1 Gathers רשומות (CDRs) עבור בסיס מבוסס נפח ושעה מבוסס על חיוב.
  • (FLT:0)QoSאכיפה: 1FLT 1 Maps the Wanted QoS Class (Conversational,סטרימינג, אינטראקטיבי, רקע) לפרמטרים של Iu-PS.

ממשק SGSN עם HLR באמצעות ממשק גר כדי לשחזר נתונים המנוי ועם MSC באמצעות ממשק Gs עבור משולב CS / PS aging ועדכונים המיקום.

GPRS תמיכה Node (GGSN)

GGSN פועל כמו שער מהרשת הניידת לרשתות נתונים של חבילות חיצוניות (האינטרנט, אינטראנטים התאגידיים וכו ') מנקודת מבטו של UE, ה-GGSN מופיע כציר שער ברירת המחדל כוללים: פונקציות כוללות:

  • כתובת:0) כתובת אל-מיקום: 1FLT: כתובות IP דינמיות או סטטיות ל-UEs במהלך הפעלה של ההקשר PDP.
  • (FLT:0) Access Point (APN) החלטה: ההרחבה 1: ראשי התיבות של APN המסופקים על ידי UE לרשת החיצונית הנכונה (למשל, "internet" נתיבים ל- IP ציבורי, "corp.example.com" נתיבים ל-VPN).
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ פילטר ו-Fireshing: נספח 1 (נספח 1), תכונות טעינה, עשויים לבצע NAT, ויכולים לאכוף את כללי המדיניות.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ו-Shaping:cioFLT:1 , Enforces per-subscriber or per-APN רוחב פס.
  • (FLT:0-Interwork with PDNs:FLT:1) שומרת על קישוריות באמצעות פרוטוקולים של IP (BGP/OSPF) לרשתות חיצוניות.

ניתן למצוא את ה-GGSN בכל מקום ברשת המפעילה; אין צורך להיות קרוב למשתמש.SGSN ו- GGSN להתחבר באמצעות ממשק Gn/Gp פנימי (או מעבר ל- PLMN עבור שוטה).

מערכות ריגול וחוקים

בעוד שלא תמיד נחשב "מופקד" של תשתיות הרשת, הליבה המכוסה על תפקוד צ'ינג Gateway (CGF) או מערכת טעינה מקוונת (OCS) שמקבלת CDRs מה-SGSN ו- GGSN. אלה מעובדים על ידי מערכת חיוב של 3G הציגה מודלים גמישים: מבוסס זמן, מבוסס זמן, מבוסס זמן, מבוסס, איכות אפילו של שירות גבוה יותר.

מערכות שידור: Backhaul ו- Interconnection

כל המרכיבים האלה חייבים להיות מקושרים על ידי רשתות שידור אמין, בעלות גבוהה. בתחילת פריסות 3G, חזרה מ Node Bs ל RNCs לעתים קרובות השתמש מעגלים TDM (E1/T1), לעתים מוגדל עם ATM inverse מרובותxing. as התעבורה גדלה, מפעילי היגרו ל- Ethernet על סיבים, קישורים מיקרוגל, ומאוחר יותר IP / LS.

  • (FLT:0Cell Site Accesseur:FLT:1 Node B to RNC (Iub) שברירי E1 עבור אתרים כפריים נמוכים-טרף, מספר E1s או Ethernet מהיר לתאי מאקרו עירוניים.
  • (ב) [15] ,0 NC אינטרקוון (Iur): ההרחבה 1 פעמים על סיבים ייעודיים או קווי חכירה כדי לאפשר המשכיות קלה מעבר לגבולות RNC.
  • קישורים לרשת (Iu-CS, Iu-PS): 1Felo-capacity קישורים (STM-1/OC-3 או Gigabit Ethernet) המחברים בין RNCs ל-MSCs ו-SGSN. אלה לעתים קרובות מצטברים במשרד מרכזי.
  • (FLT:0) Core Network Interconnection:FLT:1 ; בין MSC ו PSTN, SGSN / GGSN ועמוד השדרה באינטרנט, באמצעות SS7 / SIGTRAN עבור אות ו IP / Ethernet עבור נתונים של משתמשים.

Synchronization הוא היבט קריטי נוסף של backhaul. 3G Node Bs דורש סינכרון תדר מדויק (0.05 ppm for WCDMA) - לעתים קרובות נגזר מקלטי GPS באתר התא או מ Ethernet סינכרוני (SyncE) ו- IEEE 1588v2 Precision Time Protocol על גבי ה-Backhaul.

רשת רשת חכמה (IN)

מתחת למטוס נתוני המשתמש הוא רשת אותות מתוחכמת השולטת בכל דבר.ב 3G, איתות משתמשת בפרוטוקולים SS7 (MAP, ISUP) על קישורים TDM מסורתיים או SIGTRAN מבוסס IP (M3UA, SUA).

  • (ב) [15] נקודת העברה (STP): ההרחבה 1 (כבישים 7) בין MSCs, HLRs ו-SGSN.
  • (FLT:0) בקרת שירותים (SCP): ®FLT:1 מארח שירותי רשת חכמים כגון חיוב מראש, מספר שאילתות מסד נתונים של זמינות נתונים, ולוגיקה פרטית וירטואלית (VPN) ב 3G, CAMEL (יישומים מוערכים עבור רשת ניידת לשפר את ההיגיון) הוא תקן בפלטפורמה, הפעלת שירותים ספציפיים גם כאשר לשוטט.

איכות השירות (QoS) וניהול Bearer

אחד ההיבטים המורכבים ביותר של תשתיות 3G הוא מסגרת QoS. 3GPP מגדיר ארבעה כיתות תנועה: שיחה (קולנוע), הזרמת (וידאו), אינטראקטיבי (גלישה), ורקע (email) כל נושא (נושא גישה לרדיו, RAB) יש תכונות ספציפיות: קצב סיביות מקסימלי, קצב ביט מובטח, העברה ועדיפות טיפול התנועה.

האבולוציה: HSPA ו- Beyond

למרות מאמר זה מתמקדת בתשתיות 3G כפי שהוגדר במקור, חשוב לציין כי 3G התפתח במהירות ל-3.5G עם גישה מהירה Downlink Coreet Access (HSDPA) ולאחר מכן HSUPA (באופן קולקטיבי HSPA) שיפורים אלה נדרשים לשדרג ל- Node B (תוספת TG-DCH ו- E-DCH השקעות), אלגוריתמים (חדש לתזמון מהיר), ולרשת כפולה (ב-HSUE 3DSDLC) עם שינויים נוספים (אך הם משתמשים ב-DEP) עם ממשקי-HSDEP CDCH) עם שינויים משמעותיים יותר גבוה יותר (אך אלגוריתמים (אך) עם ממשקי תיבות של מערכת ההפעלה של BEPDCH) עם ממשק CEP CEP CEPDCH) ו-DCH) ו-SDCH (DCH) עם ממשקהבסיס CDCH) עם ממשקה-DCH (DCH (DCH) עם ממשקהבסיס CDCH (DCH) עם ממשקה-DCH (DCH) ו-DCH (הבסיס CEPDCH (DCH) ו-HSSDDCH) ו-DCH) ו-DCH (DCH) ו-D

מסקנה

תשתית רשת 3G היא מערכת מורכבת אך אלגנטית של רכיבים בין-תחומיים: ממגדלי הרדיו (Node B) ובקרים (RNC) שמנהלים את ממשק האוויר, לאלמנטים של רשת הליבה (MSC, SGSN, 99GN, GGSN, HLR, AuC) אשר הקימה את עקרונות המסלול ואת רשתות השידור וההתות שקושרות הכל יחד.