WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 無線技術介紹﹝1﹞

WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 無線技術介紹﹝1﹞

在前三期的文章中，我們把重點放在WCDMA/UMTS核心網路的部分，從這期的文章開始，筆者將以無線部分的技術作為我們探討的重點。屬於第三代無線通訊技術的WCDMA服務之所以可以提供更高的頻寬，以符合各式多媒體與無線寬頻需求，所著重的一點就是它比起原本的第二代GSM無線通訊系統來說，大幅改進了無線部分的多工技術，使得我們可以在有限的無線通訊頻帶中，透過更新的無線傳輸技術來提供更為豐富與大量的使用者資料。

我們都知道，3GPP R99核心網路與GSM/GPRS核心網路是可以存在同一個架構下的，主要的原因還是在於可以保有GSM/GPRS系統業者原有的投資，並且沿用了現在最為穩定的核心網路架構，減少系統過渡到3G通訊系統時，所產生的諸多相容問題。不過在無線通訊接取端的部分，可就沒有這樣容易解決了，WCDMA所採用的無線通訊多工技術與GSM/GPRS完全不相同，也就是說雖然它們可以共用相同的核心網路設備，不過在無線通訊的接取端技術，彼此就是差異相當大的部分，因此希望透過本文的介紹，可以讓各位真正的了解這些技術上的不同差異。

接下來就讓我們開始這次所要介紹的文章內容。

二，無線網路Cell的概念

如下圖﹝一﹞所示，在無線網路的環境中，我們會透過基地台來傳送與接收使用者手持設備的資料，不過無線網路的資源是有限的，在有線的網路環境中，如果我們需要更多的頻寬，可以透過更多的實體線路來提昇兩端點的可用頻寬，可是無線網路的環境裡，因為實際的傳輸媒介為我們生活的空間，而這部分的資源並不會因為我們需要更多的頻寬而增加。

圖﹝一﹞，無線網路細胞﹝Cell﹞涵蓋的示意圖

因為這樣的因素，所以每個基地台無線電所涵蓋的範圍就需要經過適當的考慮。例如:如果在一個人口稠密的區域，每一個無線電所涵蓋的範圍就要縮小，這樣在同一個區域中，就可以建構一個以上的基地台無線通訊區域，如此就可以增加該區域可容納的使用者數目。相對的，如果我們把一個基地台無線電所涵蓋的範圍加大，那樣在這個大區域的範圍中，所能接受的使用者數目，就僅限於一個基地台無線通訊範圍中，所能接受的人數了。

三，FDMA、TDMA、CDMA與SDMA

以目前常用的無線通訊多工技術來說，我們可以大略的把各種技術區分為四類，分別為

FDMA﹝Frequency Division Multiple Access﹞e

如下圖﹝二﹞所示，FDMA主要是透過切割許多小的無線通訊頻帶，而每個無線通訊頻帶都屬於一個專屬的使用者用來傳輸資料，透過這樣的方式我們可以在一個大的頻帶範圍中，切割出許多小的頻帶，讓多個使用者可以同時傳輸資料。

圖﹝二﹞，FDMA多工概念圖

當然，衍生出的缺點就是每個使用者都會使用到特定的頻帶，一旦同一區域的使用者人數超過所能提供的頻帶數目，就會造成系統無法提供服務的問題發生。

TDMA﹝Time Division Multiple Access﹞e

相對於FDMA，TDMA的技術是在同一個頻帶中，透過分時多工的方式讓多個使用者可以享用一個頻帶的資源，如下圖﹝三﹞所示。

圖﹝三﹞，TDMA多工概念圖

我們可以在一個固定的頻帶中，讓每個使用者擁有屬於自己的時槽﹝Time Slot﹞，當輪到屬於該使用者的時槽時，該使用者就可以傳遞資料。透過這樣的方式，我們就可以在一個頻帶的範圍內，實現多個使用者同時傳遞資料的目的。

SDMA﹝Space Division Multiple Access﹞e

除了把每個基地台涵蓋的範圍縮小以外，我們還可以透過SDMA的技術讓每個基地台涵蓋的無線電範圍再透過分割Sector的方式來增加有限的無線電資源使用效率。

圖﹝四﹞，SDMA架構示意圖

如圖﹝四﹞所示，透過這樣的技術，我們可以在每個基地台的範圍中再透過不同的無線電區域分割，讓相鄰的三個區域可以同時讓三位不同使用者使用同一個無線通訊頻帶，以便於容納更多的使用者。如果沒有SDMA的技術，那樣在一個基地台涵蓋的範圍中，一個頻帶就無法重複在不同的分割Sector中使用，而增加可容納的使用者數目。

CDMA﹝Code Division Multiple Access﹞e

CDMA技術使用了正交﹝orthogonal﹞的展頻碼﹝spreading codes﹞，這種技術允許系統可以在同一個頻帶上，讓多個不同使用者的資料同時傳送。由於透過展頻碼所處理過的資料都會具有正交性，因此接收端在收到資料後，如果計算結果為0就表示所接收到的為其它無關的信號﹝例如: 是傳給其它使用者的資料，而非要傳給該使用者的資料﹞，如果計算後的結果不為0，就表示此為我們所要接收的資料。

CDMA技術對於頻帶的使用率來說，比起FDMA與TDMA來的更為有效率，因為它允許多個使用者同時在同一個頻帶上面傳送資料，再由接收端根據不同的正交展頻碼來解回資料。相對於FDMA與TDMA來說，都必須要分配一個固定的頻帶或是固定頻帶中的特定時槽，即使該使用者在連線後，並沒有透過所配置的無線資源來傳送資料，可是無線資源配置卻還專屬於該使用者，對於有限的無線資源來說將會是一種相當大的浪費。因此，CDMA的技術可以大幅的增加原本FDMA與TDMA技術所能容納的通訊使用者數目，對於頻帶的使用效率也相對的大幅提高。

目前主要使用的CDMA技術包括了WCDMA與IS-95﹝cdmaOne﹞所採用的DS-CDMA﹝Direct Sequence-CDMA﹞與CDMA 2000採用的MC-CDMA﹝MultiCarrier-CDMA﹞。

如下圖﹝五﹞所示，DS-CDMA會完整的佔用整個傳輸頻帶，由於正交碼的數目是有限的，所以我們必須透過擾碼﹝Scrambling Code﹞讓相鄰的Cell可以使用同樣的展頻碼﹝Spreading Code﹞來傳遞資料，而避免了因為相鄰兩區域使用同樣的展頻碼所造成的干擾。

圖﹝五﹞，DS-CDMA示意圖

而MC-CDMA ﹝MultiCarrier-CDMA﹞可以依據使用者目前所需要的頻寬資源，動態的結合一個以上的頻帶用來傳輸使用者的資料。

三，GSM、GPRS與WCDMA比較

在我們介紹過了主要的無線通訊多工技術的基本觀念後，我們來看目前商業化的通訊系統，其中

GSM﹝Global System for Mobile Communication﹞ e

GSM系統主要是透過TDMA與FDMA的技術實現多人使用的無線通訊系統，如下圖所示，分別為GSM900系統中Downlink﹝由BaseStation到手機端﹞與Uplink﹝由手機到BaseStation端﹞的頻寬分割多工示意圖。

圖﹝六﹞，GSM 900頻寬分割與多工示意圖

由圖中我們可以看到，GSM 900系統在進行不同方向的傳輸時，是透過不同的頻率﹝DownLink使用了935–960MHz，而UpLink使用了890—915MHz﹞。並且Uplink與Downlink所採用的頻率彼此距離會相距45MHz。每個可以用來傳送資料的頻帶﹝Frequency Carrier﹞所佔的頻寬為200 kHz，每個頻帶再透過分時多工的方式區分為8個時槽﹝Time Slot﹞。也就是說每個使用者Uplink與Downlink所傳送與接收的資料，都會分配到特定頻率的其中一個時槽。

由於GSM系統所採用的無線介面﹝Air Interface﹞是類似Circuit-Switched﹝電路交換﹞的方式，所以說只要使用者撥通後，就會一直佔住固定的無線系統資源，不論是否目前正在說話。所以說如果在某一個基地台服務的範圍內，所有頻帶包含的時槽都配置給目前正在線上的用戶，那系統將會暫時無法提供服務給新來的使用者。

如下圖﹝七﹞所示，我們可以看到GSM系統會透過跳頻﹝Frequency Hopping﹞的方式，來避免特定頻帶在通訊時遭遇到干擾的問題，因為使用者透過GSM通訊時所使用的頻帶會隨著時間的不同而不斷的改變，如此可以避免特定的頻帶受到干擾，而讓正在使用該頻帶使用者的通訊受到不良影響。所以說跳頻的方式，可以讓使用者通話時所使用的頻帶，均勻的在該業者所使用的頻帶範圍內跳躍，而讓用戶可以在比較穩定的通訊環境中進行通話。

圖﹝七﹞，GSM Frequency Hopping多工示意圖

當然我們都知道GSM系統除了GSM900以外，另外一個大家常用的就是GSM1800了，所以如下圖﹝八﹞所示，就是GSM1800頻寬分割多工的示意圖。

圖﹝八﹞，GSM 1800頻寬分割與多工示意圖

由圖中我們可以知道，GSM1800的Uplink與Downlink所涵蓋的頻率範圍更寬﹝DownLink使用了1805–1880MHz，而UpLink使用了1710—1785MHz﹞，相對的也可以容納更多的使用者進行通話服務，並且GSM1800系統進行不同方向的傳輸時，Uplink與Downlink所採用的頻率彼此距離會相距95MHz。

GPRS﹝General Packet Radio Service﹞e

相對於GSM採用TDMA與FDMA技術，GPRS為了實現多人共享一段較寬的無線資源，以便於可以在使用者真正傳送資料時才計費，如果沒有傳送資料時則不計費，達到以傳輸量計費，而非使用時間長短來計費的目的。所以說，在無線端技術上必須要經過改進，以便於可以允許多人使用該Cell所配置出來屬於GPRS Packet-Switched的時槽﹝Time-Slot﹞，如下圖﹝九﹞所示

圖﹝九﹞，GPRS時槽﹝Time-Slot﹞使用示意圖

這是一個4+1的GPRS服務示意圖，所謂的4就是指DownLink，1就是指UpLink，另外兩個時槽就是用來傳遞控制的訊號。由此我們可以了解，相對於GSM通話服務，每個使用者都會佔有固定的時槽，只要系統配置了該時槽給特定的使用者，在這段期間中，該項時槽資源就沒有其它人可以使用。而GPRS是透過多人共享幾個時槽，當使用者要傳送資料時才會透過該組時槽傳送，因而計費。如果使用者沒有透過GPRS的時槽傳輸時，則不計費，如此對於使用者來說可以降低使用無線通訊網路的費用，達到只有真正傳輸資料時才收費的目的，對於系統業者來說也可以增加無線資源的使用率。

WCDMA﹝Wideband Code Division Multiple Access﹞e

WCDMA主要分為三個發展的方向，其中包括

﹝1﹞ DS-WCDMA-FDD﹝Direct Sequence – Wideband Code Division Multiple Access – Frequency Division Duples﹞e總共會佔用兩個頻帶，分別為DownLink與UpLink，分別用來傳輸基地台到使用者手持設備與手持設備到基地台端的資料。

﹝2﹞ DS-WCDMA-TDD﹝ Direct Sequence – Wideband Code Division Multiple Access –Time Division Duples﹞e只會佔用一個頻帶，透過分時多工技術在同一個頻帶上面，利用不同的時槽分別傳輸DownLink與UpLink的資料。

﹝3﹞ MC-CDMA﹝ Multi Carrier – Code Division Multiple Access﹞e可以透過一個以上的頻帶來傳輸使用者資料，如果使用者需要更高頻寬就會透過組合一個以上的頻帶來滿足需求。

由於日本與歐洲所定義的CDMA版本比起美國所採用的cdmaOne使用了更寬的頻寬，所以才加入了 ”Wideband”的稱呼，因此我們通稱為WCDMA。

在此我們介紹的內容主要以WCDMA-FDD為主﹝DownLink使用了2110–2170MHz，而UpLink使用了1920–1980MHz﹞，因此如下圖﹝十﹞所示。WCDMA的Chip Rate為3.84Mcps，所以實際上使用的頻寬為3.84MHz，不過為了預防彼此間的干擾，所以配合所需的Guard Band，共需要5MHz的無線頻寬。而整個WCDMA Uplink與Downlink分別可使用的頻帶為60MHz，所以基本上共可以細分為12個可供系統業者用來傳輸的頻帶﹝UpLink與DownLink為一組，每組雙向都需要5MHz的頻寬，因此為12個﹞。至於頻帶如何劃分給不同的系統業者，就依據各個國家不同的電信政策來決定了。

圖﹝十﹞，WCDMA頻寬分割與多工示意圖

如下表﹝一﹞所示，這是WCDMA所包含的通訊介面特性

表﹝一﹞，WCDMA的特性整理

多重擷取技術	DS-WCDMA﹝Direct Sequence-WCDMA﹞
全雙工技術	FDD/TDD﹝Frequency/Time Division Duplex﹞
Chip Rate	3.84 Mbps
Frame Length	10 ms
Carrier Frequeny	5MHz
UpLink-Modulation	BPSK﹝Binary Phase Shift Keying﹞
DownLink-Modulation	QPSK﹝Quadrature Phase Shift Keying﹞

WCDMA主要是透過展頻﹝Spread Spectrum﹞的技術，透過無線的介面來傳送與接收資料，雖然透過展頻的技術會使得傳輸時需要更寬的頻寬，不過因為它具備了抗干擾與更佳的資料保密性，可以允許多個使用者在同一個頻帶上同時傳送資料，並減低了資料被竊取的機會，因此相對於GSM的系統來說具備了相當不錯的優勢。展頻碼﹝Spreading Code﹞，之所以可以允許不同的串送端同時在一個頻帶上傳送，主要就是透過不同的展頻碼彼此正交的特性，如果接收端所收到的資料並非正確的傳送端所傳送的資料，那計算出來的結果則為0。如下表﹝二﹞所示

表﹝二﹞，正交碼﹝Orthogonal Code﹞

	(1,1,1,1)	(1,1,-1,-1)	(1,-1,1,-1)	(1,-1,-1,1)
(1,1,1,1)	4	0	0	0
(1,1,-1,-1)	0	4	0	0
(1,-1,1,-1)	0	0	4	0
(1,-1,-1,1)	0	0	0	4

由於展頻碼﹝Spreading Code﹞的數目是有限的，所以為了讓不同的Cell之間的展頻碼可以重複使用，所以WCDMA還加入了擾碼﹝Scrambling Code﹞的技術，在傳送資料的一端透過擾碼﹝Scrambling Code﹞﹝長度與Chip Rate一樣同為3.84Mbit﹞來對所傳送的資料作擾亂的動作，而在接收的一端再用同樣的擾碼來解回原資料，如此一來即使相鄰的兩個Cell使用同樣的展頻碼，也不會發生資料錯誤的問題了，由於擾碼是隨機產生的，且保證相鄰的Cell是不會有重複的擾碼，因此我們可以確保相鄰的Cell資料傳輸的正確性。

因為DS-WCDMA-FDD的Uplink的數位調變方式為BPSK而Downlink數位調變方式為QPSK。所以說在傳送資料時，Uplink 1個bit的Symbol代表1bit的資料，而Download 1個bit的Symbol則可以代表2 bit資料。以下筆者為各位介紹QPSK調變方式主要的原理

QPSKe

WCDMA在Downlink部分﹝由BaseStation到手機端﹞採用了QPSK的編碼方式，如下圖﹝十一﹞所示

圖﹝十一﹞，傳送端的QPSK編碼示意圖

圖的左方為實際的資料”1011001111”，之後會被分為I與Q兩個部分，如我們所舉的例子分別會被分為屬於I的”01011”與屬於Q的”11011”。整個過程如下

﹝1﹞實際資料的第一位被分到I﹝”1”﹞，實際資料的第二位被分到Q﹝”1”﹞

﹝2﹞實際資料的第三位被分到I﹝”1”﹞，實際資料的第四位被分到Q﹝”1”﹞

﹝3﹞實際資料的第五位被分到I﹝”0”﹞，實際資料的第六位被分到Q﹝”0”﹞

﹝4﹞實際資料的第七位被分到I﹝”1”﹞，實際資料的第八位被分到Q﹝”1”﹞

﹝5﹞實際資料的第九位被分到I﹝”0”﹞，實際資料的第十位被分到Q﹝”1”﹞

如下圖﹝十二﹞所示，原本的使用者資料會被分為I與Q兩個分支。被分到I與Q兩邊的資料，會再經由展頻與擾碼的過程後，再透過QPSK調變送出。

圖﹝十二﹞，資料分成I與Q的示意圖

如下圖﹝十三﹞所示，在資料傳送端把資料乘上展頻碼﹝Spreading Code﹞後送出，而在接收端則把所收到經過展頻的訊號，再與相同的展頻碼相乘，而得到原本傳送端所送出的資料。因此如果展頻碼為8 位元，最原始的使用者資料長度為8位元，經過展頻的動作後，就會需要傳送出64位元的資料。

圖﹝十三﹞，資料展頻示意圖

在資料展頻過後，就會乘上擾碼﹝Scrambling Code﹞，之後再透過QPSK的調變﹝Modulation﹞技術，如下圖﹝十四﹞所示分屬I與Q兩部分經過展頻與擾碼處理過的資料，會透過函式

來調變後成類比的訊號送出。

圖﹝十四﹞，QPSK編碼的相位圖

例如，如果要傳送 “01”就會送出由Cosin在45度時波形為起始的類比波形，要傳送 “00”就會送出由Cosin在315度時波形為起始的類比波形。如此就可以透過同樣的類比波形，來代表兩個位元資料了。

如下圖﹝十五﹞所示，筆者假設I與Q兩部分經過展頻與擾碼處理後的數位資料分別為I﹝”01010010”﹞與Q﹝”00111101”﹞，經過QPSK調變後則送出底下的波形。

圖﹝十五﹞，QPSK編碼實例

相對於QPSK﹝Quadrature Phase Shift Keying﹞，BPSK﹝Binary Phase Shift Keying﹞對於處理過的資料並沒有降低Bit Rate的能力。而如前面所述，QPSK主要是透過相位的方式透過不同的Cosin波形相位來代表4個值，而非只是0或1，所以說透過QPSK調變技巧可以讓送出的Chip Rate降低一半。

以Chip Rate 3.84Mbit/sec來說，如果今天的Spreading Factor為8﹝傳送1bit的資料，透過展頻後會成為8bits﹞，如果是以BPSK調變則可以傳送最原始的使用者資料共3840(kbit/sec) / 8 = 480 (kbit/sec)，如果是透過QPSK調變則可以傳送最原始的使用者資料共(3840(kbit/sec) / 8)*2 = 960 (kbit/sec)。

由於WCDMA會透過展頻碼﹝Spreading Code﹞來把每一個傳送管道﹝Channel﹞透過展頻方式來彼此區隔，因此我們又稱展頻碼為Channelisation Code。

如下表﹝三﹞所示，我們都知道Channelisation Code的數目是有限的，所以說為了可以重複利用Channelisation Code，透過擾碼﹝Scrambling Code﹞可以讓同樣一組Channelisation Code在不同的擾碼下運作。而在同一個擾碼下所能使用的Channelisation Code數目就等於Spreading Factor的值，如下

Spreading Factor = (System Chip Rate) / (User Data Rate) =全部Channelisation Code數目

表﹝三﹞，Channelisation Code與Scrambling Code的特性

	DownLink	UpLink
Channelisation Code	功能e 透過展頻(Spreading)的技術，用來區隔同一個Cell範圍中不同的使用者連線	功能e透過展頻的技術，用來區隔同一個無線通訊裝置的不同Channel
	長度e 512 Chips	長度e 4-256 Chips
	數量e 在同一個擾碼(Scrambling Code)下，等於Spreading Factor	數量e在同一個擾碼下，等於Spreading Factor
Scrambling Code	功能e 用來區隔不同的Cell	功能e 用來區隔不同的無線通訊裝置
	長度e 每個Frame間隔為10 ms時為38400 Chips	長度e每個Frame間隔為10 ms時為38400 Chips
	數量e 512 個	數量e 數十萬個以上

四，介紹WCDMA Frame的傳送

如下圖﹝十六﹞所示，每個WCDMA的Frame傳送的時間長度為10 ms，而WCDMA無線部分傳輸的速率為3.84 Mbits/sec，所以說每個WCDMA Frame所能傳送的位元為3.84 Mbits/sec * 10 ms = 38400 bits，每個Frame會包含15個時槽﹝Time Slot﹞，每個時槽所能傳送的位元數目為38400 bits /15 = 2560 bits。

圖﹝十六﹞，WCDMA Frame示意圖

對於UpLink的資料來說，使用者的資料與實體層的控制訊息會透過I-Q編碼多工﹝Dual-Channel QPSK﹞的方式送出。如下圖﹝十七﹞所示，透過這樣的技術我們可以讓DPDCH與DPCCH同時送出，而在接收端再分別解回DPDCH與DPCCH這兩個通訊管道，隨著使用者傳輸資料量的增加，而控制部分的資料量卻有限，會使得I部分的資料獨立傳輸，而產生類似於BPSK﹝Binary Phase Shift Keying﹞的調變傳輸方式。這也就是為何WCDMA 無線通訊部分UpLink 為BPSK的原因了。

圖﹝十七﹞，UpLink Dual-Channel QPSK

在傳送UpLink 資料時，使用者的資料透過過專屬的DPDCH﹝Dedicated Physical Data Channel﹞通訊管道來傳送，而控制訊息則透過DPCCH﹝Dedicated Physical Control Channel﹞通訊管道傳送。在上傳資料時，使用者可以擁有一個以上的DPDCH用來傳送更多的使用者資料，並且每個DPDCH可以擁有不同的Spreading Factor﹝可由4–256﹞，與一個固定的DPCCH用來傳送相關的控制訊息，而DPCCH的Spreading Factor固定為256。但如果從節省手持設備電源的觀點來看，透過一個DPDCH傳輸會是比較節省能量的方式，因為每個Channel都會擁有專屬的Channelisation Code，若有一個以上的DPDCH同時進行多個碼的編碼傳送時，對於手持設備的電力消耗上將不甚理想。

DPDCH的資料傳送速率可以隨著每個Frame的不同而有所調整，相關的控制訊息就透過DPCCH來傳送，如下圖﹝十八﹞所示，DPCCH的TFCI﹝Transport Format Combination Indicator﹞欄位就是用來傳送這方面的訊息。

圖﹝十八﹞，WCDMA UpLink Frame示意圖

在介紹了UpLink傳輸之後，接下來就是介紹DownLink傳輸的部分，如下圖﹝十九﹞所示，與UpLink最大的不同在於，因為DownLink使用了QPSK的調變技術來傳送DPDCH，原本DPCCH則透過DPDCH的欄位來傳送，所以說只會需要一個Channelisation Code，而UpLink因為使用了Dual-Channel QPSK所以說會用去兩個Channelisation來傳送DPDCH與DPCCH。DownLink主要是把DPDCH與DPCCH整合在同一個要送出的Frame中，當成同一筆資料透過QPSK來調變送出。因此在相同的Chip Rate與Spreading Factor下，DownLink透過QPSK的編碼，會比UpLink透過BPSK編碼的方式，送出更多的使用者資料。

圖﹝十九﹞，WCDMA DownLink Frame示意圖

在WCDMA無線部分的技術上，還包含了許多用來傳輸資料的通訊管道﹝Channel﹞概念，詳細的部分將留待下期的文章再行介紹。

五，結語

如下圖﹝二十﹞所示，我們可以發現目前有許多的無線通訊系統被應用到商業的市場上，每一個無線通訊系統都有它既定的使用者與過去的設備投資。因此，我們可以想見這樣的未來，那就是一個無線通訊設備同時支援了一個以上的無線通訊系統，在這樣的架構下，使用者可以從使用GSM 1800的網路移動到使用WCDMA-FDD的網路，而無須更新使用者的無線通訊設備，甚至無須中斷目前正在使用的通訊服務。

圖﹝二十﹞，各類系統服務所佔用的頻帶

我們都知道無線電通訊時，主要傳遞的介面就所我們所生活的空間，可是無線電的資源並不若有線頻寬的資源一般，可以透過不斷的舖設光纖與添購設備來增加頻寬。所以，我們能用來傳輸的無線頻帶資源是有限的，如何透過更有效的方式來增加在有限資源中的寬頻，相信將會是日後我們可以進一步努力的方向。

歡迎各位來信與我討論，我的E-Mail:hlchou@gmail.com

Continue reading →

WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 Core Network 架構介紹﹝3﹞

WCDMA/UMTS 第三代無線通訊系統 Core Network 架構介紹﹝3﹞

一，前言

這期的文章，筆者將會針對WCDMA/UMTS核心網路中所運作的各種通訊協定做一個介紹，由於WCDMA/UMTS無線通訊系統是一個相當龐大的主題，透過這依序的探討各部分運作的文章，希望可以讓各位讀者對於整個系統架構開始有一個清晰的輪廓/

從使用者的手持設備到遍佈各地的基地台，再由基地台透過其它設備連結到系統業者的核心網路，這其中包含了許多不同的傳輸媒介與各種訊號轉換。我們可以想像使用者手持設備透過無線電波傳輸資料，基地台接收後，經由無線網路控制器﹝RNC﹞透過光纖﹝Iu介面﹞把資料傳送到核心網路。核心網路又區分為Circuit-Switched與Packet-Switched兩份，因此資料透過這兩部分傳輸時，都必須要透過不同的協定轉換，以適應於這兩個區域的協定特性。

整個無線通訊系統包含了這樣多樣的通訊協定，透過本篇文章相信會讓許多讀者可以對這些協定有一個基本的認識，這裡面所介紹的內容，每一個部分其實都可以再深入的探討，但這就留待有興趣的讀者再行發掘了。

接下來，就讓我們開始這次所要介紹的內容吧。

二，核心網路的通訊協定架構

如同一般的網路通訊，無線通訊系統的架構中也是需要彼此協同工作的通訊協定來完成使用者所要傳送的資料，也因此在這個章節中，我將為各位介紹目前在WCDMA/UMTS核心網路中主要使用的通訊協定，如下圖﹝二﹞所示

圖﹝二﹞，通訊協定分層架構

我們把系統的通訊協定大略分為四個層次，分別為Physical Layer、Transport Network Layer、Radio Network Layer與System Network Layer。其中值得注意的就是，與無線通訊協定有關的Radio Network Layer，他所延伸的範圍主要由使用者手持設備﹝UE﹞端到MSC/VLR與SGSN所負責的區域，也就是說在MSC與SGSN之後的Gn、E介面網路傳輸資料與控制信號時，就沒有屬於Radio Network Layer的通訊協定加入了。所以，透過這樣分層的解析無線通訊網路使用的傳輸協定，我們可以清楚的釐清彼此的關係，進一步的了解每一個階層所負責的工作。

首先，我們會遇到的就是Physical Layer，從使用者通訊設備透過無線電波與基地台通訊，到訊號透過核心網路傳送到使用者家中的電話，其實這裡面轉換了許許多多的實體層設備與介質。在本篇文章中主要著重在與核心網路有關的部分，無線的部分筆者將在之後的文章再加以介紹。

接下來，我們以Transport Network Layer為主題來加以介紹，如下圖﹝三﹞所示這是在核心網路中Transport Network Layer在各區域所運作的通訊協定示意圖

圖﹝三﹞， Transport Network Layer的示意圖

在UTRAN網絡中通訊協定主要是以RLC與MAC為主，不過所需要的實體層介面會由無線部分轉移到有線的介面﹝例如:由無線電波到ATM﹞，由於RLC與MAC是屬於WCDMA中Radio Interface的通訊協定，因此在UTRAN之後的網路就會把屬於Radio Interface的通訊協定轉換到屬於有線網路部分使用的通訊協定。

目前，UTRAN與核心網路Packet-Switched區域主要採用的傳輸介面是以ATM為主。而在核心網路用來傳送語音資料的Circuit-Switched部分，則是以能傳送語音資料的﹝PCM，Pulse Code Modulation﹞的分時多工網路為主﹝例如:T1/T3/E1…….﹞。

由圖﹝三﹞我們可以看到在WCDMA/UMTS網路架構中ATM被廣泛的採用來傳送附加在上面的通訊協定，ATM的網路傳輸主要屬性分為四個等級:A、B、C與D，其中包含了AAL1﹝ATM Adaptation Layer 1﹞–AAL5等五種不同的ATM調節層。如下表﹝一﹞所示

表﹝一﹞，ATM AAL層所提供的服務

ATM調節層	屬性	應用	Real-Timed	速率	連線模式
AAL1	A	模擬電路交換	Yes	固定	連線導向
AAL2	B	封包即時影音資料	Yes	變動	連線導向
AAL3/4	C	檔案傳送﹝ftp﹞與遠端登入﹝telnet﹞	No	變動	連線導向
AAL5	D	UDP/IP	No	變動	非連線導向

WCDMA/UMTS網路主要使用ATM的AAL2與AAL5。AAL2主要特色為需要建立連線、即時傳輸以及非固定的傳輸速率，適合用來傳送經過壓縮的影音資料，由於每一個經過壓縮的影音資料傳輸速率並不固定，會隨著每一個畫面的複雜度不同而有所改變，而這且類的服務需要有即時性的傳輸，所以適用於AAL2的傳輸服務。AAL5主要的特色為無須建立連線、非即時傳輸以及非固定的傳輸速率。

AAL2在IuCS介面主要是用來傳送使用者的語音資料，而AAL5在IuPS介面則是用來傳送使用者的封包資料，IuPS與IuCS介面的控制訊號都是透過AAL5來傳送的。雖然AAL5不像AAL3/4在切割資料包時，會在每一個資料片段保留一個順序編號，以便於接收端可以在處理資料時從前後的資料順序編號知道是否有資料在傳輸過程中遺失，不過當核心網路採用AAL5來傳輸控制訊號或是使用者封包資料時，會在上面負載其它具備偵錯與重傳的通訊協定﹝例如:SSCOP與SCTP﹞，以協助整個傳輸流程可以更為可靠，這些內容筆者會在稍後加以介紹。

目前核心網路主要使用ATM介面的包括，IuCS、IuPS、Gn、GP介面，由於3GPP R99的規格主要是承襲GSM/GPRS的架構所延伸而來的，因此許多原本使用SS7介面或是透過PCM分時多工傳送語音資料的介面﹝例如:T1/E1/T3….etc﹞，仍舊是採用了過去的架構。在使用ATM的網路傳輸時，SS7的信號通訊就會透過ATM的AAL5來加以傳送。

接下來，我們首先就先探討由UTRAN連網Packet-Switched網路所需經過的各種通訊協定轉換介面與機制。

基於GTP-U的資料轉換

透過GTP-U﹝GPRS Tunneling Protocol – Packet Data User Plane﹞的通訊協定層，我們可以在UMTS網路的Packet-Swtich部分網路建立起Tunnelling的通訊機制。透過Tunneling的架構，使用者無論使用怎樣的通訊協定或是路由機制，SGSN與GGSN都無需要了解，這些UMTS網路的封包傳送設備只需要基於GTP-U來進行使用者資料的轉送即可，而使用者真實的封包資料，如果是基於TCP的HTTP或是SMTP，UMTS封包網路的設備都不需要了解，只需由透過GTP-U的機制來轉送到GGSN，在由GGSN把經由GTP-U所封裝過的使用者封包資料還原到外部網路即可。

所有真正的TCP/IP繞送機制，將會在資料傳到GGSN外部網路的路由之後，才會進行。

如下圖﹝四﹞所示，GTP-U會透過Tunnelling機制把使用者的封包資料轉送到外部的網路中，因此使用者可以順利的在上面運作各類的網路服務。

圖﹝四﹞，GTP-U的運作示意圖

如下圖﹝五﹞所示，透過這層Tunnelling使用者無須知道資料被轉送的流程，猶如一個運作的通道，會把使用者的資料完整的傳送到目的地。

圖﹝五﹞，GTP-U Tunnelling的機制

SS7在核心網路的應用

在之前的文章中，我們曾經介紹過WCDMA/UMTS網路為了相容於過去GSM/GPRS所投資的電信設備，所以也沿用了SS7﹝Signalling System 7﹞作為3G網路用來傳輸控制訊號的通訊協定，不過為了適用於3G網路所採用的ATM或是IP的架構，SS7也有了相當程度的改變。

SS7的Data Link Layer為MTP1﹝Message Transfer Protocol 1﹞、Link Layer稱為MTP2﹝Message Transfer Protocol 2﹞，Network Layer則稱為﹝MTP3與SCCP﹞。

如下圖﹝六﹞就是SS7通訊協定的架構圖，在它上面所提供的使用者服務主要以第四層User Part為主

圖﹝六﹞，SS7協定架構

在此我們大略的介紹它所提供的使用者服務

ISUP﹝ISDN User Part﹞eISDN與SS7雖然主要是應用在不同的網路架構中，但是它們其實也具備了彼此溝通與合作的機制。如下圖﹝七﹞所示，ISDN負責User-to-Network部分的網路連結，而SS7 ISUP則用來連結兩端ISDN的網路﹝NNI，Network Node Interface﹞。而在核心網路中，ISUP主要是用來建立、釋放與管理語音或是資料的通道，透過這些傳輸通道的建立，使用者的語音通話才能順利的建立與運作。

圖﹝七﹞，SS7 ISUP與ISDN

TCAP﹝Transaction Capabilities Applications Part﹞e如果沒有建立一套標準的方式，讓網路提供者可以彼此交換訊息，以便於可以用來建立或是中斷一個語音通話服務的話，那樣每個電信業者間將會無法建立起彼此通用的電信服務。因此，TCAP的出現改變了這樣的一個情況，它採用SCCP作為下層通訊協定，並定義了這些資料格式與欄位，讓SSP﹝Service Switching Point﹞與SCP﹝Service Control Point﹞可以有系統的透過TCAP來接近彼此的節點與取用資料庫資訊。如下圖﹝八﹞所示，就是TCAP運作的示意圖

圖﹝八﹞，TCAP的運作示意圖

MAP﹝Mobile Application Part﹞eMAP主要提供了在無線通訊網路各節點中溝通與交換各式與使用者或系統有關的訊息，例如:使用者認證﹝user authentication﹞與設備身分確認﹝equipment identification﹞。MAP採用TCAP作為它的下層通訊協定，當使用者漫遊到其它MSC/VLR的網路區域時，就會由MAP透過TCAP傳送相關資訊的要求到使用者的HLR，來取得該名使用者的相關資訊。

OMAP﹝Operations,Maintenance and Administration Part﹞e主要負責SS7網路中的訊號繞送與連線狀態確認。

如下圖﹝九﹞所示，為SS7通訊協定在核心網路中的協定層示意圖

圖﹝九﹞，核心網路中的SS7通訊協定

我們可以看到MSC與MSC﹝或是GMSC﹞之間會透過ISUP協定建立傳送語音資料的通道。而MSC、HLR與VLR之間會透過MAP協定來交換，在建立一個無線通訊設備使用者完整通話連線時，所有與該使用者有關的資料。

如下圖﹝十﹞所示，為SS7通訊協定在我們透過手機撥打國際電話時，協定層示意圖

圖﹝十﹞，撥打國際電話時的SS7通訊協定﹝ISC=Internation Switching Center﹞

由圖﹝十﹞中我們可以看到，透過手機撥打到國外的手機使用者時，同樣會透過ISUP建立通話的語音通道，並且透過MAP協定來交換兩地使用者的相關訊息。

SS7 Over IP and SAAL

SS7是一套在通訊產業相當成熟的產品，而在GSM/GPRS無線通訊網絡中SS7當然也佔了相當重要的角色，所以說在WCDMA/UMTS網絡中當然有許多部分仍舊採用了SS7的通訊協定，不過由於有一些通訊的硬體設備已經不同了，所以SS7通訊協定的底層介面也順應了新的網路環境而有所改進。

在ATM的網路中，SS7訊號的傳送可以透過ATM本身的控制訊號調節層﹝SAAL，Signaling AAL﹞或是透過IP Over ATM。如下圖﹝十一﹞所示，左方是透過ATM本身的控制訊號來傳送，右方則是透過IP Over ATM的機制來傳送SS7的訊號。

圖﹝十一﹞，SS7 Over ATM and IP

ATM本身的控制訊號是透過AAL5﹝ATM Adaptation Layer 5﹞調節層來傳送的，主要包括了

SSCOP﹝Service Specific Connection – Orieinted Protocol﹞e特定服務連結導向通訊協定，提供可靠的訊號傳輸服務。SSCOP主要包含流量控制、重送機制、連線控制與錯誤偵測……等，所以說基於SSCOP來傳送資料，如果發生了資料內容的錯誤，就可以透過重送的機制來修正錯誤，相對了也提供上層的通訊協定相當的可靠傳輸服務。

SSCF﹝Specific Service Coordination Function﹞e特定服務協調功能，其中包括了UNI﹝User-to-Network Interface﹞與NNI﹝Network-to-Network Interface﹞，主要負責連線管理﹝Connection Management﹞與鏈結狀態﹝Link Status﹞……..等資訊。如下圖所示

圖﹝十二﹞，SSCF-NNI與UNI

MTP3-B﹝Message Transfer Part 3-B﹞e提供訊息繞送、識別，通訊裝置間的訊號鏈結管理、分享與轉換。

而在圖﹝十一﹞的右方，透過IP Over ATM 來繞送SS7訊號的機制包括了

SCTP﹝Stream Control Transport Protocol﹞﹝RFC 2960﹞e提供了可靠的傳輸服務，主要存在於IuPS介面，運作於完整的IP網路環境中，並可適用於IPv4與IPv6。提供了流量控制、重送機制，以提供上層的M3UA一個穩定可靠的傳輸介面。

M3UA﹝MTP3 User Adaptation﹞e基於SCTP，提供上層SCCP訊號傳送機制，因此SCCP無須經過修改便可適用於M3UA。

由於SCCP原本以MTP3作為它下層的通訊協定，不過為了可以順利透過IP 或是 ATM等通訊協定，所以都會在SCCP的下層提供一個類似MTP3的通訊協定，以便於可以把SCCP順利運作在這些不同的通訊協定之上。

Radio Network Layer

如下圖﹝十三﹞所示為Radio Network在系統中的架構示意圖

圖﹝十三﹞，Radio Network Layer的示意圖

Radio Network Layer中用來傳輸控制信號的通訊協定包括:

RANAPeRadio Access Network Application Protocol

RANAP﹝Radio Access Network Application Protocol﹞是應用在UTRAN與核心網路所連結的Iu介面﹝包含傳送語音的IuCS<Circuit-Switched>與IuPS<Packet-Switched>﹞，傳送控制訊號時所採用的通訊協定。具備RANAP通訊協定的設備包括UTRAN中的RNC﹝Radio Network Controller﹞與核心網路的MSC和SGSN，在3GPP R99的規範中Iu介面所傳送的RANAP通訊協定可以基於SS7與ATM，或是基於SS7搭配IP Over ATM的機制。

如下圖﹝十四﹞所示

圖﹝十四﹞，IuCS與IuPS介面的RANAP通訊協定

其中，MTP3-b、SSCF-NNI與SSCOP就是屬於ATM AAL5用來傳送控制訊號的通訊協定，而M3UA、SCTP與IP/UDP就是用來傳輸SS7 Over IP的通訊協定。

不論我們用何種方式傳送SS7通訊協定﹝例如:ATM AAL5或是 IP﹞，它最上層的通訊協定都會是SCCP。RANAP本身並沒有處理錯誤的能力，它假設所有送出的訊息內容都會被正確的接收，也就是說它下層的通訊協定﹝Transport Network Layer﹞本身就需要有處理錯誤的能力，例如圖﹝十四﹞中的SSCOP與SCTP就具有錯誤偵測與資料重送的機制。

RANAP主要用來傳輸送給MSC/VLR與SGSN端屬於Non-Access Stratum的通訊協定，例如圖﹝十四﹞中的MM、GMM、CC與SM。這些通訊協定是使用者通訊設備﹝UE﹞與核心網路溝通的協定，與底層傳輸用的通訊協定無關。

RANAP負責以下的功能

﹝1﹞傳遞核心網路要傳送給UTRAN的訊息﹝例如:當有人撥電話給UTRAN網路中的使用者﹞

﹝2﹞透過每個使用者通訊設備專屬的控制服務﹝Dedicated Control Service﹞，提供各自專屬的訊號管理服務

﹝3﹞傳輸上層屬於Non-Access Stratum的通訊協定

﹝4﹞要求與管理各類的Radio Access Bearer

﹝5﹞執行使用者切換Radio Network的重置工作

RNSAP﹝Radio Network Subsystem Application Protocol﹞、NBAP﹝Node B Application Protocol﹞與RRC﹝Radio Resource Control Protocol﹞由於屬於Radio Network部分用來傳輸控制訊號的通訊協定，筆者將在之後的文章中再行討論。

Radio Network Layer中用來傳輸使用者資料的通訊協定包括:

Iu FPeIu Frame Protocol

Iu Frame Protocol主要是應用在IuCS與IuPS介面，為了適應這兩個介面不同的特性，所以Iu FP也有兩個不同的模式，如下

Transparent Mode﹝用於IuPS﹞e透過所配置的Radio Access Bearer﹝包含了Radio Bearer與Iu Bearer﹞來傳送資料。在Transparent模式下，本身並不會加入任何的協定檔頭，也就是說上層所傳送的通訊協定會直接加上GTP-U的檔頭後送出，Iu FP本身並不會加入任何的資料。

Support Mode﹝用於IuCS﹞e透過所配置的Radio Access Bearer來傳送資料。所提供的傳輸協定，包含了速率控制與時間限制，可用於支援Real-Time的語音傳輸。

如下圖﹝十五﹞所示，為這兩個模式架構示意圖

圖﹝十五﹞，Iu Frame Protocol所支援的兩個模式

Iub FP、IurFP與PDCP﹝Packet Data Convergence Protocol﹞屬於Radio Network中用來傳輸使用者資料的通訊協定，筆者將在之後的文章中再行討論。

System Network Layer

System Network Layer通訊協定主要透過 Radio Network Layer與 Transport Network Layer 來傳輸資料，主要的系統架構如下圖﹝十六﹞所示

圖﹝十六﹞，System Network Layer的示意圖

現在我們就根據圖﹝十六﹞，所介紹的各式通訊協定，來為各位做一個介紹

MM﹝Mobility Management﹞e

MM主要運作於使用者通訊設備﹝UE﹞與核心網路 MSC/VLR之間，提供基本的移動管理與認證流程，可運作於只有電路交換﹝CS，Circuit-Switched﹞或是電路交換與封包交換﹝PS，Packet-Switched﹞模式都啟動的使用者行動設備。

如下圖﹝十七﹞所示，MM的連線由屬於無線通訊部分的Radio Bearer﹝由RRC所建立﹞與透過IuCS介面的Iu Bearer﹝由RANAP所建立﹞組成。MM協定在傳送時，會透過RNC﹝Radio Network Controller﹞做一個通訊協定的轉換工作，以適用於兩邊不同的傳輸特性。

圖﹝十七﹞，MM通訊協定示意圖

MM通訊協定隨時更新使用者手持設備的位置狀態，以致於它具備有能用來負載上層CM﹝Connection Management﹞通訊協定的能力。所以使用者手持設備與MSC/VLR透過CM通訊協定連線時，都是以MM通訊協定作為它的底層協定。

MM通訊協定主要包含以下三個基本的功能

﹝1﹞MM 連線功能e

主要用來建立與釋放MM的連線，並且用來傳輸CM的通訊資料。通常MM連線的建立，都是透過上層的CM協定所引發的，所以一開始時都會觸發CM 的Request，然後再建立MM的連線。

如果使用者要透過手機撥出電話或是送出簡訊，就會由手機端主動發出CM服務的Request。同理，如果有其他使用者要撥號給該使用者，就會透過核心網路送出CM的Request給該使用者手機。在MM部分的連線建立後，CM的通訊協定才能傳輸，而且每個CM都會對應到一個專屬的MM連線。

﹝2﹞MM一般程序e

當MM連線建立後，一般程序的資料隨時都能傳送。目前主要包含以下的功能

﹝a﹞ TMSI的重新配置e TMSI在上期文章中有介紹過，讀者可以自行參閱。這個程序是由核心網路所觸發，並且會在加密的模式下進行。

﹝b﹞ 認證程序e由核心網路所觸發，進行使用者身份的確認。

﹝c﹞ 身分確認程序e由核心網路要求使用者手持設備送出特定的身分確認資訊，例如:IMSI或IMEI。

﹝d﹞ IMSI卸載程序e當使用者手持設備停止運作，就會透過MM送出IMSI DETACH INDICATION的訊息，此時核心網路就會進行一連串動作，釋放為該使用者所保留的資源。

﹝e﹞取消程序e核心網路可以主動的取消任何正在進行的MM連線。

﹝3﹞MM特定程序e

隨時都可以被啟動，並不限於必須要有MM連線存在。主要負責用來進行位置更新的工作，其中包含以下三個基本的位置更新程序

﹝a﹞ 一般位置更新程序e當使用者手持設備偵測到位置改變時，主動通知核心網路告知新的位置。﹝手持設備可透過目前廣播頻道﹝Broadcast Channel﹞所傳送的LAI<Location Area Identifier>是否改變，來得知是否到了新的區域﹞

﹝b﹞ 週期位置更新程序e由手持設備週期性的對核心網路傳送位置更新的訊息。

﹝c﹞ IMSI啟動程序e由於LAI會儲存於使用者的SIM卡，如果使用者在同一個區域中重新啟動，透過廣播頻道比對目前的LAI與之前存於SIM卡的LAI相同，就會直接執行IMSI啟動程序。

GMM﹝GPRS Mobility Management﹞e

GMM主要運作於使用者手持設備與SGSN之間，提供了基本的MM控制與認證機制，可運作於只有封包交換﹝PS，Packet-Switched﹞或是電路交換與封包交換﹝PS，Packet-Switched﹞模式都啟動的使用者行動設備。

如同MM協定所介紹的內容。如圖﹝十八﹞所示，GMM的連線由屬於無線通訊部分的Radio Bearer﹝由RRC所建立﹞與透過IuPS介面的Iu Bearer﹝由RANAP所建立﹞組成。再透過RNC做一個通訊協定轉換的工作。

圖﹝十八﹞，GMM通訊協定示意圖

如果使用者手持設備同時運作於CS﹝Circuit-Switched﹞/PS﹝Packet-Switched﹞模式下，如果同時要傳送訊息到MSC/VLR與SGSN，為了節省有限的無線通訊資源，會把MM與GMM的訊息都透過GMM來傳送，再由SGSN透過Gs連線傳送給MSC/VLR。

GMM協定本身主要包含以下功能

﹝1﹞ 建立與釋放GMM Contexte當使用者手持設備轉換到傳送封包模式﹝Packet-Switched﹞時，就會進行建立GMM Context的流程。GMM Context存放於SGSN，可以用來識別每一個GMM的使用者。

﹝2﹞ 位置資訊管理e此功能只有當GMM Context存在時，才會運作。包括了

﹝a﹞一般路由區域更新e當使用者手持設備發現路由區域﹝RA，Routing Area﹞改變時，就會通知核心網路進行路由區域位置更新的動作。一個路由區域通常指的就是一個SGSN所涵蓋的範圍。

﹝b﹞週期性路由區域更新e使用者手持設備會週期性的對核心網路更新路由區域的資訊。

﹝3﹞GMM一般程序e負責處理，P-TMSI的重新配置、GPRS認證與加密程序與GPRS身分確認程序。

CC﹝Call Control Protocol﹞e

CC協定運作於使用者手持設備與MSC/VLR之間，提供了基本的訊號機制可以用來建立與釋放Circuit-Switched的服務，例如:語音通話。CC協定使用MM所提供的連線來傳送CC的訊息資料。

建立Circuit-Switched的電話服務與建立ISDN通話非常相似，所以MSC必須負責轉換CC協定與ISUP﹝ISDN User Part﹞協定，以便於可以與外部的ISDN網路建立語音通話的連線。如下圖﹝十九﹞所示

圖﹝十九﹞，MSC轉送CC協定示意圖

SS﹝Supplementary Services Protocol﹞e

SS協定提供了額外的Circuit-Switched服務，例如:通話轉接、電話過濾﹝例如:禁打國際電話，或是過濾撥出與打入的電話﹞。CC與SS都屬於CM﹝Connection Management﹞的一部份。

SM﹝Session Management Protocol﹞e

SM協定運作於使用者手持設備與SGSN之間，主要用來建立與釋放用來傳送封包資料的Session。當GMM Context存在時，SM協定才能順利運作，如果GMM Context不存在，就會試著去產生一個新的GMM Context。

SM協定可以用來產生、釋放與修改PDP Context，PDP Context記載了對應的Session所需的路由與QoS參數。有關PDP Context的資訊，讀者可以參考上一期的文章。

GTP-C﹝GPRS Tunnelling Protocol for Control Plane﹞e

GTP-C協定用來產生、刪除與修改用來傳輸使用者資料的GTP Tunnel，運作於核心網路Packet-Switched的部分，屬於SGSN與GGSN之間所使用的控制協定，因此可以在Gn﹝SGSN<->GGSN﹞與Gp﹝GGSN<->GGSN，兩個不同的Packet-Switched區域網路﹞介面使用。可以用來提供Tunnelling機制的管理與控制，以便於讓使用者的封包資料可以順利傳送，並可以用來在SGSN 間傳送MM的控制訊息。

如下圖﹝二十﹞所示，GTP-C主要是透過UDP/IP來傳送控制資料的，UDP提供了非連接導向的通訊服務，在傳送資料前無須先建立連線，而IP提供了在網路收送端繞送資料的機制。

圖﹝二十﹞，GTP-C通訊協定示意圖

由於UDP本身並非可靠的傳輸協定，本身並沒有提供錯誤重傳的機制。所以GTP-C協定本身包含了時序與訊息序號，來控制與偵測訊息的遺失與重送。

當系統配置了PDP Context，SGSN就會透過GTP-C協定建立GTP Tunnel到GGSN，用來傳送使用者的資料。這個建立Tunnel的過程包含了協商QoS的參數與網路位址。當系統移除了PDP Context，GTP-C就會把SGSN與GGSN之間的GTP Tunnel給移除。當PDP Context的參數內容被修改了，GTP-C也會同時進入GTP Tunnel的修改程序，產生出符合需求的GTP Tunnel。

使用者如果更換了SGSN，就會進行SGSN間的路由區域更新與服務的無線網路更新，並且進入PDP Context的修改程序，以便於通知GGSN目前使用者已開始使用新的SGSN。當然，GGSN也可以透過MAP﹝Mobile Application Part﹞協定經由Gc介面與HLR交換資料，以便得知目前使用者手持設備所屬的網路與目前服務的SGSN。

當使用者更換SGSN時，新的SGSN會透過GTP-C控制協定經由Gn介面由舊的SGSN取的使用者的資訊，例如:IMSI、GMM Context與目前使用的PDP Context。而不會先透過無線網路由使用者手持設備傳給新的SGSN，如此避免了無線資源的浪費與安全性的問題。

三，結語

撰寫本文的過程中，筆者參閱了許多書籍，儘可能讓文章所提內容可以更為確實，從中筆者也是獲益良多。如果各位有任何問題的話，歡迎隨時與我聯繫。 

Continue reading →