WCDMA网络架构及通讯协议

在前文中，我们曾提到UMTS架构：为尽量减少网路架构变动，网路端被分为前端存取网路(Access Network)和后端核心网路(Core Network)。其中WCDMA继承GSM/GPRS核心网路，但新增自己的存取网路：UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)。实际上，WCDMA网路需要新增哪些设备呢？WCDMA网路设备图，描绘其网路设备及其间的连结。

图标题：WCDMA网路设备

WCDMA存取网路主要包含2种设备：

• Node B－负责对1个或多个手机间的无线电传送与接收，相当于GERAN中BTS(Base Transceiver Station)。
• RNC(Radio Network Controller)－负责控制无线电资源使用，相当于GERAN中的BSC(Based Station Controller)。

而在核心网路中则有以下几项设备：

• MSC(Mobile Switching Center)／VLR(Visitor Location Register)－MSC为负责手机与PTSN沟通的交换机，它可服务在其涵盖范围内向其註册的手机，并将这些手机的资料储存在VLR资料库中。
• GMSC(Gateway Mobile Switching Center)－每个使用者(或是说每张SIM卡)都有1个GMSC，就像它的家一样。当属于它的使用者不在家时，GMSC要能知道这些使用者跑到谁家去，也就是说这些使用者目前在哪个MSC下，最后跟哪个MSC註册。
• HLR(Home Location Register)／AuC(Authentication Center)－记录所有该网路下使用者的所有资料，并提供相关资讯验证使用者。
• SGSN(Serving GPRS Support Node)－相当于Packet Switched Domain的MSC，做为PS通话的路由器。
• GGSN(Gateway GPRS Support Node)－相当于Packet Switched Domain的GMSC，并为对外界网际网路的窗口。

通讯协定层

在我们了解网路架构后，可能会开始好奇，网路端这么多元件，是如何与手机沟通完成包括註册、通话、上网…等各式任务。事实上，透过通讯协定层交换讯息，手机与网路端得以相互沟通；其中NAS(Non-Access Stratum)为手机与核心网路间的协定层，而AS(Access Stratum)，则是手机与存取网路间的协定层。

我们知道在核心网路可分为Circuit Switched Domain(MSC、GMSC)和Packet Switched Domain(SGSN、GGSN)，所以NAS可分CS Domain和PS Domain  2个部分；另一方面，存取网路并没有这样的分别，所以两者共用相同的AS。接下来我们将分别介绍CS Domain和PS Domain的协定层。

图标题：CS Domain

检视CS Domain协定层

首先，在共用的AS协定包括：
• Physical Layer－为手机与Node B间的协定，利用前面介绍到CDMA鸡尾酒会概念，透过无线电频道传送与接收资料，同时也负责与基地台同步，调整传送与接收时间点。另外，它还要量测讯号强度。Physical Layer即一般所指的Layer 1。

• MAC(Medium Access Control)－为手机与RNC间的协定，负责上层的Logical Channel、与下层的Transport Channel间的对应，可透过多工找到适当的频道，传送上层所要送出去的资料，并给予不同优先顺序。当使用共用频道时，MAC要能分辨在共用频道上的封包是送给自己或他人。此外，MAC也负责量测使用者资料(即非控制用讯号的传输)的流量。

• RLC(Radio Link Control)－为手机与RNC间的协定，主要负责切割(segmentation)、重组(reassembly)、串接(concatenation)、错误侦测(error detection)、流量控制(flow control)，甚至于错误更正(error correction)…等一般传统Layer 2的功能。另外，RLC提供了3种资料传输模式：
oTransparent Mode－RLC只负责将收到的资料送出，不加上任何标头档(header)并且只能支援固定大小的封包，因此无法做任何的侦测或控制。由于没有标头档，所以无法加上序号(sequence number)，因此如需加解密的话，将会由MAC加解密此模式下传送接收的封包。

oUnacknowledged Mode－RLC会在分割后加上标头档，利用序号加密后送出。由于加上了序号，接收端在解密之后可重组并判断该封包是否在传送过程中发生任何错误。

oAcknowledged Mode－在此模式下，RLC除了有标头档(因此可做加解密)外，并有控制用的封包以达成流量控制、错误更正重传封包、保证封包依照顺序送到上层。

MAC和RLC组成Layer 2，因为这些第2层的协定介于手机与RNC间，所以前文所提到的软式交递仅限于连接到同1个RNC的这些基地
台。

• RRC(Radio Resource Control)－为手机与RNC间的协定。负责建立、设定、释放无线电资源。它的功能亦包含处理广播资讯(如系统参数设定)、回应传唿(paging)…等。RRC可说是WCDMA的指挥官，在AS中佔有非常重要的地位。RRC讯息使用ASN.1(Abstract Syntax Notation one)此标准语法编码。RRC属于Layer 3。

另一方面，在CS Domain的NAS协定层为手机与MSC间之协定，包括：

• MM(Mobility Management)－负责处理手机移动中相关的程序，像是註册(Registration)、手机所在位置更新(Location Update)、手机身分识别(Identification)及认证…等功能。此外，MM也需建立连线让上层协定得以藉此交换讯息。

• CM(Connection Management)－提供手机基本服务，如通话服务、简讯服务及附加服务：
oCC(Call Control)－CC负责处理拨出或接通语音通话、传真、数据通话(如CSD)，其中包含建立、清除通话程序以及允许同时有多通电话存在。同时，它也负责DTMF(Dual-Tone Multi-Frequency)处理。

oSMS(Short Message Service)－即一般我们所使用的简讯服务。比较特别的是，简讯服务虽然是用来传使用者的文字或图片，但是它本身却使用控制讯号频道，而非使用者资料用的频道。

oSS(Supplementary Service)－附加服务可分为2类，1类是与通话相关的服务，譬如：多方通话(Multiparty Call)…等。另1类则是与通话无关的服务，譬如：通话限制(Call Barring)、去电号码显示／限制(Calling Line Identification Presentation/Restriction)…等，规格中所定义的服务及USSD(Unstructured Supplementary Service Data)，如「*147#」此类规格中未列出，而由营运商自行发展的服务。

检视PS Domain协定层

相对于CS Domain协定层，PS Domain协定层；与CS Domain协定层使用相同的AS，但全然不同的NAS，这些协定层为手机与SGSN间的协定，包括有：

图标题：PS Domain

• GMM(GPRS Mobility Management)－相当于PS Domain的MM。
• SM(Session Management)－主要负责PDP Context(Packet Data Protocol Context)的建立、修改与解除。

另外，SMS也可以透过PS Domain传送；换句话说，SMS可以根据某些条件，像是手机与网路端的能力、手机目前所处的模式…等，选择要透过CS或PS收发。

上述这些通讯协定层，提供一个手机与网路间沟通的平台。透过这些协定，手机与网路间各个相关对应到的设备交换讯息，藉此提供手机多釆多姿的无线通讯服务。(笔者现为Qualcomm CDMA Technologies资深工程师)