3GPP演进过程中R99R4R5变化-USB迷|专注于互联网分享

2024年5月22日发(作者：乙志诚)

3GPP演进过程中R99，R4,R5版本的主要的变化

1.R99是目前最成熟的一個版本，目前國內外已經商用。它的核心網繼承了傳統的電路語音交換。

2.R4的電路域實現了承載和控制的分離（注：軟交換的概念，如何理解？2005。6。17），引入了移動軟

交換概念及相應的協定，如BICC、H.248，使之可以採用TrFO等新技術以節約傳輸帶寬並提高通信質量。

此外，R4還正式在無線接入網系統中引入了TD-SCDMA。

3.R5版本在空中介面上引入了HSDPA技術，使傳輸速率大大提高到約10Mbps。同時IMS域的引入則極

大增強了移動通信系統的多媒體能力；智慧網協定則升級到了CAMEL4。

UMTS网络演进

UMTS系统是无线技术采用WCDMA的第三代移动通信系统，其标准化工作由3GPP组织完成，到

目前为止已经有四个版本，即我们熟知的R99、R4、R5和R 6,下面分别介绍：

R99网络

R99版本已经稳定，目前处于完善过程中。它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术，核心网方

面基于GSM，即保留GSM电路交换部分，增加了分组域部分，用于支持基于分组交换的数据业务，网络

结构图1所示。在系统能力方面，目前除了支持GSM／GPRS提供的所有业务以外，还支持上下行速率

为384Kbps的数据业务。在业务方面，智能网规范提出了支持能力级CS2的CAMEL3，并提出了OSA

的初步架构。

这种组网方式适合于传统的GSM／GPRS运营商，因为运营商可以延用原有核心网设备，增加无线接

入网即可实现3G业务，这样就保护了运营商的已有投资。当然这种组网方式同样适用于现阶段的新运营

商，因为与R4、R5版本相比，在技术和设备上更加成熟，有利于运营商迅速开展3G业务。

R4网络

R4版本与R99版本比较，在无线接入网方面没有网络结构的变化，只是在无线技术方面提出了一些

改进，来提高系统性能。例如增加了Node B的同步选项，有利于降低与TDD的干扰和网管的实施；规定

了直放站的使用，扩大特定区域的覆盖；增加了无线接入承载的QoS协商，使得无线资源管理效率更高。

在核心网方面，最大的变化在电路域，引入了软交换的概念，将控制和承载分开，原来的MSC变为MSC

Server和媒体网关MGW，话音通过MGW由分组域来传送。电路域网络结构图如下：

由于电路域的这种变化，相应的在七号信令的承载方面也提出了新的方案,即基于ATM和IP的方案。

所以在R4 网络中，不仅话音和数据可以通过统一的分组网络（ATM或IP网络）来传送，基于七号信令

的移动应用协议MAP和CAP也可以通过分组网络来传送，为核心网向全IP的演进迈出重要一步。

在R99中七号信令的协议栈为图A，也就是传统的TDM承载方式，这是目前固网和2G移动网络所

共用形式，他的特点是技术成熟,并经过了大量的组网验证。图B是R4提出的基于IP的七号信令承载方

式，这是一种新的承载方式，采用这种协议栈进行组网的话，将是一种全新的组网形式，也就是说，传统

的七号信令网将不存在，SCCP协议的功能通过IP网上服务器来实现。目前，设备厂商正在对这种信令承

载方式进行开发，尚处于试验阶段，没有大规模的组网验证。其主要问题是信令要求较高的可靠性，而IP

技术在这方面还不能提供可靠的保证。图C和图D分别是R4提出的基于ATM Over SDH／PDH的七号

信令承载方式。与IP承载方式类似，设备厂商也正在开发相应产品，目前尚未有商用组网。

理论上讲，R4的组网方式有很多优点，例如承载方式统一，在技术上具有先进性，在组网方面可以降

低建网的成本，并可以灵活扩展网络，是网络演进的方向并有利于与固网NGN的融合。所以，从网络演

进的观点看，这种组网方式适合于全业务运营商，因为这样可以较好的实现资源的共享、业务的共享以及

网络的综合管理。但是，由于Voice over IP/ATM 以及signal over IP/ATM在技术和实现上尚未成熟，所

以目前并没有大规模组网实例。所以运营商选择这种组网方式的前提首先应该是技术达到一定的成熟度。

应该特殊说明一点，如果运营商选择了R99组网方式，在考虑网络升级到R4时，只需要对无线部分

和分组域进行升级，无需改变电路域的组网方式，即保留R99电路域，这是完全可行的。首先，3GPP规

范支持这种向后的兼容性，也就是说，R4以至于R5的无线接入网都可以和R99的电路域很好地配合；其

次在网络QoS方面，对于话音业务，R99的TDM方式在话音质量、接续时延等方面有很好的保证，而利

用分组网来承载话音、信令的技术在短期内还很难达到高可靠的QoS；第三，在业务方面，因为电路域主

要提供话音业务，新业务主要基于分组域提出的，所以采用R4的组网方式，并不会带来新的业务；第四，

从网络投资方面考虑，这种方式在保证业务正常提供的同时，也节省了网络建设的投资。

R5网络

R5版本是全IP(或全分组化)的第一个版本，在无线接入网方面的改进包括以下方面，提出了高速下行

分组接入HSDPA技术，使得下行速率可以达到8－10Mbps，大大提高了空中接口的效率；Iu、Iur、Iub

接口增加了基于IP的可选传输方式，使得无线接入网实现了IP化；在核心网方面，最大的变化是在R4

的基础上增加了IP多媒体子系统（即IMS系统），它和分组域一起实现实时和非实时的多媒体业务，并

可以实现与电路域的互操作。实际上，这时没有电路域也可以实现话音呼叫，在R5中仍然保留电路域并

实现与IMS的互操作主要是保护运营商的R99的网络投资，这一点正如前面所述。但是如果技术成熟的话，

对于新运营商而言，完全不需要建设电路域来实现话音业务，IMS和分组域都可以代劳了。全IP的组网方

式是网络演进的趋势，具有很多优点，正如前面分析R4网络中提到的一样。目前，IMS的标准化以及设

备厂商对于IMS的产品的研发尚在进行中，短期内不可能有成熟的产品问世。

IMS是R5的新增部分，这里简单介绍一下：

IMS的主要功能实体包括：CSCF（呼叫控制服务器）、MGCF（媒体网关控制服务器）、IM-MGW、

MRF以及BGCF等，CSCF的作用是完成入呼叫网关功能，呼叫业务触发功能和路由选择功能，是最主

要的软交换控制实体；MGCF的作用是根据被叫号码和来话情况选择CSCF，并完成PSTN和IMS之间呼

叫控制协议转换，以及控制IM-MGW媒体通道的呼叫状态；IM-MGW的功能与CS-MGW的功能类似，与

MGCF一起完成资源控制，以及通过回波消除器和码转换器，实现媒体转换和帧协议转换功能；MRF分为

MRFC（多媒体资源功能控制器）和MRFP（多媒体资源功能处理器），分别进行完成媒体流的控制和承

载功能；BGCF的主要作用是在与PSTN通信时，完成信令转发功能。

R6版本进展

R6版本的研究刚刚启动，在核心网方面目前研究的项目包括PS域承载无关的网络框架研究，即研究

是否在分组域实现控制和承载的分离，也就是将SGSN和GGSN分为GSN Server和媒体网关的形式；

还研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN等网络的互操作，以实现IMS与其他网络的互联互通；另外一个研究方

向集中在业务方面，包括广播与多播MBMS、语音使能业务、网上聊天业务以及数字权限管理等。在无线

方面，研究新的调制技术正交频分复用OFDM和多天线系统MIMO技术以及WLAN与3G系统的结合问

题，其中OFDM技术也是后3G（或称为4G）研究的重点技术。目前R6版本正在研究过程中，还没有形

成完整的系列的规范

浅析WCDMA网络的演进和部署

文章首先简要回顾了WCDMA技术标准演进R99、R4和R5等三个阶段的主要特点，在此基础上，分析了WCDMA

网络部署对GSM/GPRS网络设备的影响；最后，给出了WCDMA无线网络规划应该注意的几个关键因素。

[b] 1、WCDMA技术标准的演进[/b]

WCDMA作为3G的三大主流技术之一，是基于GSMMAP协议，通过引进CDMA技术演变而来的。3GPP关于

WCDMA网络技术标准的演进主要分为R99、R4、R5和R6等几个主要阶段。无线网络的演进主要是通过采用

高阶调制方式和各种有效的纠错机制等技术，不断增强空中接口的数据吞吐能力；而核心网络主要利用控

制与承载、业务与应用相分离的思路，逐步从传统的TDM组网方式向全IP组网方式演进。最终使无线网络

和核心网络全部走向IP化，在整个技术演进过程中保证了业务的连续性、完善的QoS机制和网络的安全性。

以下对R99、R4和R5三个不同版本的主要技术特点进行了归纳：

1.1R99

WCDMAR99在新的工作频段上引入了基于每载频5MHz带宽的CDMA无线接入网络，无线接入网络主要由

NodeB(负责基带处理、扩频处理)和RNC(负责接入系统控制与管理)组成，同时引入了适于分组数据传输的

协议和机制，数据速率可支持144kb/s、384kb/s，理论上可达2Mb/s。

WCDMAR99核心网络在网络结构上与GSM保持一致，其电路域(CS)仍采用TDM技术，分组域(PS)则基于

IP技术来组网。WCDMAR99的3GMSC/VLR与无线接入网络(RAN)的接口Iu-cs采用ATM技术承载信令和话音，

分组域R99 SGSN与RAN通过ATM进行信令交互，媒体流使用AAL5承载IP分组包。另外，为满足RNC之间

的软切换功能，RNC之间还定义了Iur接口。而GSM的A接口采用基于传统E1的七号信令协议，BSC/PCU

与SGSN之间的Gb接口采用帧中继承载信令和业务。因此，R99与GSM/GPRS的主要差别体现在传输模式和

软件协议的不同。

在用户的安全机制上，GSM由AuC提供鉴权三元组，采用A3/A8算法对用户进行鉴权及业务加密；R99

由AuC提供鉴权五元组，定义了新的用户加密算法(UEA)，并采用AuthenticationToken机制增强用户鉴权

机制的安全性。

1.2R4

WCDMAR4与R99相比无线接入网的网络结构没有改变，其区别主要在于引入了TD-SCDMA技术，同时对

一些接口协议的特性和功能进行了增强。

在电路域核心网中主要引入了基于软交换架构的分层架构，将呼叫控制与承载层相分离，通过

MSCServer、MGW将语音和控制信令分组化，使电路交换域和分组交换域可以承载在一个公共的分组骨干网

上。R4主要实现了语音、数据、信令承载统一，这样可以有效降低承载网络的运营和维护成本；而在核心

网中采用压缩语音的分组传送方式，可以节省传输带宽，降低传输建设成本；另外，由于控制和承载分离，

使得MGW和Server可以灵活放置，提高了组网的灵活性，集中放置的Server可以使业务的开展更快捷。

当然，由于R4网络主要是基于软交换结构的网络，为向R5的顺利演变奠定了基础。

1.3R5

WCDMAR5在无线网络中主要引入基于IP的RAN和HSPDA的功能，尤其引人关注的是HSDPA支持高速下

行分组数据接入，理论峰值数据速率可高达14.4Mb/s。目前HSDPA系统下行速率可达3.6Mb/s，预计2006

年可以大规模商用。

在核心网，R5协议引入了IP多媒体子系统，简称IMS。IMS叠加在分组域网络之上，由CSCF(呼叫状

态控制功能)、MGCF(媒体网关控制功能)、MRF(媒体资源功能)和HSS(归属签约用户服务器)等功能实体组

成。IMS的引入，为开展基于IP技术的多媒体业务创造了条件。目前，基于SIP协议业务主要有：VoIP、

PoC、即时消息、MMS、在线游戏以及多媒体邮件等。全球运营商正在进行基于SIP协议的系统和业务测试，

尤其是不同运营商的互通测试成为一个业界关注的焦点，它代表了未来业务的发展方向。

[b] 2、WCDMA网络引入对GSM/GPRS网络设备的影响[/b]

无论WCDMA的哪个版本，其无线网络对于GSM/GPRS无线网络都是革命性的，设备不存在平滑升级的问

题。因为GSM/GPRS与WCDMA无线系统的调制方式不同，并且工作频率也不相同，GSM/GPRS系统工作在

900/1800MHz，WCDMA系统主要工作在2.1GHz频段上，这对于无线网络规划提出了新的挑战。

对于核心网络设备而言，R99版本尽管从网络结构上延续了GSM/GPRS的特点，仍由电路域和分组域组

成，但需对GSM/GPRS的电路域MSC/VLR进行改造使之适应Iu系列接口，并在容量上适应3G系统的要求。

对电路域的改造存在着一定的难度，2GMSC/VLR必须引入ATM节点，而对于部署3G网络的区域主要在城市

话务密集区域，这些区域的2GMSC/VLR的负荷更重，另外必须考虑网络的安全性。分组网络同样涉及到接

口改造和协议软件的升级问题。因此，2G网络实际可利用的资源有限。当然，R99的产品比较成熟，多厂

家互通性已经得到验证，可以大规模部署；由于R99主要考虑对GSM/GPRS的后向兼容，从技术发展方向来

看，R99大规模部署也值得商榷。

R4系统的部署，核心网络几乎全部新建。目前，采用R4组网的商用系统很少，另外，多厂家系统组

网还存在兼容性问题需要验证。部署R4网络还需要建设全国性的IP骨干网络，但R4部署对于网络向全

IP化演进有利。

为了满足WCDMA与GSM/GPRS互操作，保证2G网络与3G网络的无缝切换，必须对2G网络进行升级改

造。考虑到3G网络的部署，为了保证2G用户平滑升级到3G，即用户号码不变，考虑业务的需求，即3G

用户开机优先选择3G网络。空闲模式下支持3G、2G之间双向小区重选，设置UE优先守侯在3G网络。占

用模式下，电路域采用3G到2G单向语音切换，分组域采用3G与2G的双向小区重选，分组域和电路域并

发业务时，执行3G到2G的单向语音切换等原则。

对于GSM/GPRS设备的改造，主要涉及到以下几个方面：

首先现有的2GHLR应升级支持3G用户数据存储，支持2G/3G鉴权功能，支持3GPPMAP协议、ODB闭锁

PS业务、可视电话回落等功能；而2GMSC/VLR应升级支持3G/2G的单向语音切换、ARD忽略、3G终端适配

接入、鉴权AC版本等功能。

对于分组网络2GSGSN应升级支持ARD忽略、3G终端适配接入、鉴权AC版本等功能；若3G网络SGSN

不进行新建，2GSGSN还要进一步升级改造满足3G业务的需要，一般而言，3G网络的SGSN一般采取新建的

方式，避免对2G的SGSN网络造成很大的冲击。R4网络的部署，还需要建设全国性的IP骨干网络。

对于无线网络，2GBSC必须升级支持3G到2G的单向语音切换、系统间双向重选，3G终端适配接入等

功能。

由于GSM运营商受本国CDMA运营商部署EV-DO网络的竞争压力，在部署WCDMA网络的时候，更加关注

HSDPA的部署和IMS系统的引入。因此，受运营商开展业务的推动，许多后续版本的一些功能在网络部署

时提前被采用，成为当今WCDMA网络部署的一种潮流。

[b] 3、WCDMA无线网络规划必须考虑的几个问题[/b]

首先，3G网络的部署对于拥有2G网络的移动运营商来说，主要是增强系统无线数据业务的能力，满

足用户中高速数据业务的需求，而不是解决话音业务的需要。而对于新进入移动领域的运营商，3G网络部

署既要满足用户语音的需求，又要满足数据业务的需求。因此，不同运营商建网策略有很大的不同。目前

全球除日本外，获得3G牌照的新运营商主要采取在经济发达的城市开始部署WCDMA网络，而在其他没有网

络覆盖的地区通过与原有2G网络的运营商签署漫游协议，实现在3G覆盖区域以外的资源共享，这也是政

府在发放3G牌照时对2G网络运营商的强制性规定。

对于拥有GSM网络的移动运营商，在确定了市场定位、业务策略以及建网策略后，首先要进行2G现有

资源的调查，调查主要包括基础设施(机房面积、供电、铁塔、传输等)、基站城乡比例、室内分布及信号

源、话务密度、话务分布，尤其是GPRS数据业务分布、流量分布、用户业务类型以及不同业务的闲忙时分

布，不同业务对于资源的占用情况等。基础设施的调查主要是可以充分利用现有基础设施节省投资，同时

可以大大加快网络的部署，在时间上争取主动。而对于现网话务分布、话务密度以及GPRS数据业务流量、

数据用户行为等方面的调查，是WCDMA网络覆盖和资源配置的主要依据。

其次，WCDMA无线网络规划主要涉及3G网络覆盖目标、容量目标、质量目标等方面。覆盖目标：有数

据业务需求为首要考虑因素，由于3G工作在2.1G频段上，必须进行传播特性校正。在传播模型校正的基

础上，对于目标区域CS64、PS64、PS128以及PS384业务应用场景以及要求明确后，为保证覆盖区内各业

务的应用，不同业务、不同的QoS要求，业务覆盖规划又是WCDMA无线规划的重点和难点问题。

一般在WCDMA覆盖区内首先必须保证CS64连续覆盖。PS32和PS64两种业务基本保证连续覆盖，而PS384

业务主要适用于室内覆盖。对于更高数据业务的需求或考虑竞争策略的需求，可以在重点地区进行HSDPA

的部署，网络部署初期可以同WCDMA采用同一个载频，待业务发展到一定阶段，再考虑用独立的载频进行

HSDPA的部署。对于HSDPA网络的引入，网络规划的协调难度进一步加大。目前，商用的WCDMA网络规划

软件还没有HSDPA的规划模块。

第三，WCDMA无线接入技术基于CDMA技术，因此3G无线网络在进行覆盖规划和容量规划时，要充分

考虑CDMA技术的特点。CDMA是一个自干扰系统，系统容量为一个动态容量，系统在不同负荷情况下存在

呼吸效应，在网络规划中必须重视这一点。网络规划时不同的话务密度区域考虑上行负载取值不同，室内

及室外热点地区一般取50%，城区和郊县取30%-40%，其他区域小于30%。

第四，关于网络规划的容量设计，语音资源配置模型可以参考2G网络实际运行的话务模型，而对于数

据业务资源的配置，除结合2G网络的数据业务模型外，要根据语音业务与数据业务的不同特点，以及用户

对这两种业务的使用忙时不同，综合考虑进行资源合理配置，以便节省投资。这里，特别要提到软切换比

例问题，软切换技术对于改善网络质量，尤其是减少掉话作用比较明显，但是以消耗资源为代价的。一般

CDMA系统设计时，城区软切换因子取38%左右，郊区等其他地区原则上小于20%。

第五，对于拥有2G网络的运营商，在规划3G网络时，2G/3G的无缝漫游与切换的配合问题非常重要。

2G/3G无缝配合问题主要涉及到非常复杂的技术问题，如2G、3G独立组网还是将2G网络升级改造后组网，

这部分内容在本文第二部分已经进行了论述，但详细的数据设置如位置区的划分以及相邻小区的关系等，

不仅影响网络的质量，而且对于今后的运行维护与网络优化至关重要。

[b] 4、结束语[/b]

WCDMA网络的部署是一个长期的过程，不同运营商市场定位、业务策略等不同，版本选择和组网的原

则也不相同。由于我国目前还没有大规模的网络建设，加之我们对WCDMA技术的理解和认识有限，欢迎大

家批评指正。