現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)與系統(tǒng)-第3章 WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)課件

1、第3章 WCDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)概述3.1WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與接口3.2本章主要包括以下內(nèi)容：WCDMA系統(tǒng)的主要特點(diǎn)WCDMA 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要網(wǎng)元和接口功能基于R99、R4、R5的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)及接口，不同版本核心網(wǎng)的特點(diǎn)IP多媒體子系統(tǒng)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和功能UTRAN接口協(xié)議模型及協(xié)議棧結(jié)構(gòu)WCDMA空中接口協(xié)議結(jié)構(gòu)、各層協(xié)議功能及相互關(guān)系WCDMA空中接口物理層的功能，物理信道、傳輸信道與邏輯信道的映射關(guān)系，物理層上下行鏈路的進(jìn)程WCDMA網(wǎng)絡(luò)中的編號(hào)計(jì)劃3.1 概述3.1.1 WCDMA網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn) WCDMA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是在GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。 在GSM核心網(wǎng)家族中，GSM系

2、統(tǒng)提供語(yǔ)音和基本的數(shù)據(jù)服務(wù)，GPRS或EDGE可以提供更高速率的數(shù)據(jù)服務(wù)。 從技術(shù)演進(jìn)的角度來(lái)看，下一代就是WCDMA。 圖3-1顯示了從GSM到WCDMA的演進(jìn)示意圖。圖3-1 GSM到WCDMA的演進(jìn)3.1.2 WCDMA網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1工作頻段和雙工方式 WCDMA支持兩種基本的雙工工作方式：頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）。2多址方式 WCDMA是一個(gè)寬帶直擴(kuò)碼分多址（DS-CDMA）系統(tǒng)，通過(guò)用戶數(shù)據(jù)與擴(kuò)頻碼相乘，從而把用戶信息比特?cái)U(kuò)展到更寬的帶寬上去。3語(yǔ)音編碼 WCDMA中的聲碼器采用自適應(yīng)多速率 （Adaptive Multi-Rate，AMR）技術(shù)。多速率聲碼器是一個(gè)帶有8

3、種信源速率的集成聲碼器，8種源碼速率分別為：12.2kbit/s（GSM-EFR）、10.2kbit/s、7.95kbit/s、7.40kbit/s（IS-641）、6.70kbit/s（PDC-EFR）、5.90kbit/s、5.15kbit/s和4.75kbit/s。4信道編碼 WCDMA系統(tǒng)中使用的信道編碼類型有兩種：卷積編碼和Turbo編碼。5功率控制 快速、準(zhǔn)確的功率控制是保證WCDMA系統(tǒng)性能的基本要求。 功率控制解決的基本問(wèn)題是遠(yuǎn)近效應(yīng)。6切換 切換的目的是為了當(dāng)UE在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)時(shí)保持無(wú)線鏈路的連續(xù)性和無(wú)線鏈路的質(zhì)量。 WCDMA系統(tǒng)支持軟切換、更軟切換、硬切換和無(wú)線接入系統(tǒng)間切

4、換，也可以表述為同頻小區(qū)間的軟切換、同頻小區(qū)內(nèi)扇區(qū)間的更軟切換、同一無(wú)線接入系統(tǒng)內(nèi)不同載頻間的硬切換和不同無(wú)線接入系統(tǒng)間的切換。 WCDMA系統(tǒng)支持與GSM系統(tǒng)之間的切換，WCDMA系統(tǒng)能與GSM系統(tǒng)協(xié)同工作，能夠在引入WCDMA后達(dá)到增加GSM覆蓋的目的。7同步方式 WCDMA不同基站間可選擇同步和異步兩種方式，異步方式可以不采用GPS精確定時(shí)，支持異步基站運(yùn)行，室內(nèi)小區(qū)和微小區(qū)基站的布站就變得簡(jiǎn)單了，使組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方便、靈活。8可變數(shù)據(jù)速率 WCDMA系統(tǒng)支持各種可變的用戶數(shù)據(jù)速率，適應(yīng)多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務(wù)，并根據(jù)不同的業(yè)務(wù)質(zhì)量和業(yè)務(wù)速率分配不同的資源。3.2 WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)

5、構(gòu)與接口3.2.1 UMTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本書以R99版本所示UMTS結(jié)構(gòu)和接口為例，介紹UMTS網(wǎng)元和接口功能。3.2.2 UMTS網(wǎng)元和接口功能 UMTS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，包括的網(wǎng)元和接口功能如下。1用戶設(shè)備（UE） 用戶設(shè)備（User Equipment，UE）完成人與網(wǎng)絡(luò)間的交互，通過(guò)Uu接口與無(wú)線接入網(wǎng)相連，與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信令和數(shù)據(jù)交換。 UE用來(lái)識(shí)別用戶身份和為用戶提供各種業(yè)務(wù)功能，如普通話音、數(shù)據(jù)通信、移動(dòng)多媒體、Internet應(yīng)用等。用戶設(shè)備（UE）主要由移動(dòng)設(shè)備（Mobile Equipment，ME）和通用用戶識(shí)別模塊（Universal Subscriber Iden

6、tity Module，USIM）兩部分組成。圖3-4 UMTS網(wǎng)元和接口 （1）移動(dòng)設(shè)備（ME），即通常所說(shuō)的手機(jī)，有車載型、便攜型和手持型。移動(dòng)設(shè)備提供用戶與無(wú)線接入網(wǎng)相連的交互界面，具有與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信令和數(shù)據(jù)交換的能力，為用戶實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能和服務(wù)。移動(dòng)設(shè)備包括射頻處理單元、基帶處理單元、協(xié)議棧模塊以及應(yīng)用層軟件模塊等部件。 （2）通用用戶識(shí)別模塊（USIM）的物理特性與GSM的SIM卡基本相同。USIM提供3G用戶身份識(shí)別，儲(chǔ)存移動(dòng)用戶的簽約信息、電話號(hào)碼、多媒體信息等，提供保障USIM信息安全可靠的安全機(jī)制。 Cu接口是USIM和ME之間的接口，Cu接口采用標(biāo)準(zhǔn)接口。2通用陸地?zé)o線接入

7、網(wǎng)絡(luò)（UTRAN） 無(wú)線接入網(wǎng)（UMTS/Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）位于兩個(gè)開放接口Uu和Iu之間，完成所有與無(wú)線有關(guān)的功能。（1）節(jié)點(diǎn)B（Node B） Node B的主要功能是Uu接口物理層的處理，如擴(kuò)頻、信道編碼、速率匹配、交織、調(diào)制和解擴(kuò)、信道解碼、解交織和解調(diào)，還包括基帶信號(hào)和射頻信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換功能，無(wú)線資源管理部分控制算法的實(shí)現(xiàn)等。（2）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC） 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）主要完成連接建立和斷開、切換、宏分集合并和無(wú)線資源管理控制等功能，分為如下3類： 系統(tǒng)信息管理：執(zhí)行系統(tǒng)信息廣播與系統(tǒng)接入控制

8、功能。 移動(dòng)性管理：切換和RNC遷移等移動(dòng)性管理。 無(wú)線資源管理與控制：宏分集合并、功率控制、無(wú)線承載分配等無(wú)線資源管理和控制功能。（3）CRNC、SRNC、DRNC的概念 控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（CRNC）：控制Node B的操作與維護(hù)、接入控制等功能，并與Node B直接存在物理連接的RNC稱為Node B的控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（CRNC）。CRNC負(fù)責(zé)管理整個(gè)小區(qū)的資源，命令Node B配置、重配置或刪除對(duì)小區(qū)資源的使用。 服務(wù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（SRNC）：負(fù)責(zé)UE和CN之間的無(wú)線連接的管理，一個(gè)與UTRAN相連的UE有并且只能有一個(gè)SRNC，通常SRNC即是CRNC，但在軟切換過(guò)程中可以有例外

9、。 漂移無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（DRNC）：除了SRNC以外，UE所用到的其他RNC稱為漂移無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器（DRNC），一個(gè)UE可以沒(méi)有也可以有一個(gè)或多個(gè)DRNC。一個(gè)DRNC可以與一個(gè)或多個(gè)UE相連。 DRNC不與CN直接相連。DRNC控制UE使用的小區(qū)資源，可以進(jìn)行宏分集合并、分裂。 和SRNC不同的是，DRNC不對(duì)用戶平面的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路層的處理，而在Iub和Iur接口間進(jìn)行透明的數(shù)據(jù)傳輸。（4）UTRAN接口與協(xié)議 UTRAN接口均為開放的標(biāo)準(zhǔn)接口，不同廠家的設(shè)備可以很容易地互聯(lián)互通。 UTRAN接口和協(xié)議如表3-1所示。接 口 名 稱接 口 位 置協(xié) 議IuCN-UTRANRANAPIur

10、RNC-RNCRNSAPIubRNC-Node BNBAPUuNode B-UEWCDMA表3-1UTRAN接口和協(xié)議3核心網(wǎng)（CN） 核心網(wǎng)承擔(dān)各種類型業(yè)務(wù)的提供以及定義，包括用戶的描述信息、用戶業(yè)務(wù)的定義還有相應(yīng)的一些其他過(guò)程。 UMTS核心網(wǎng)負(fù)責(zé)內(nèi)部所有的語(yǔ)音呼叫、數(shù)據(jù)連接和交換，以及與其他網(wǎng)絡(luò)的連接和路由選擇的實(shí)現(xiàn)。不同協(xié)議版本核心網(wǎng)之間存在一定的差異。4外部網(wǎng)絡(luò)（EN） 核心網(wǎng)的電路交換域（CS）通過(guò)GMSC與外部網(wǎng)絡(luò)相連，如公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）及其他公共陸地移動(dòng)網(wǎng)（PLMN）。 核心網(wǎng)的分組交換域（PS）通過(guò)GGSN與外部的Internet及其他分

11、組數(shù)據(jù)網(wǎng)（PDN）等相連。3.2.3 基于R99、R4、R5/R6的核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)1R99網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口2R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口（1）R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) R4版本與R99版本相比，R4網(wǎng)絡(luò)中的主要變化是在核心網(wǎng)電路域提出了承載和控制獨(dú)立的概念，引入了軟交換技術(shù)，導(dǎo)致了核心網(wǎng)功能實(shí)體發(fā)生變化。 如圖3-7所示。 R4核心網(wǎng)電路域變化的實(shí)體功能介紹如下。 MSC服務(wù)器（MSC Server）。MSC Server用來(lái)處理信令，獨(dú)立于承載協(xié)議。它主要由MSC的呼叫控制和移動(dòng)控制單元組成，負(fù)責(zé)完成CS域的呼叫、媒體網(wǎng)關(guān)管理、移動(dòng)性管理、認(rèn)證、資源分配、計(jì)費(fèi)等功能，還包括R4版本核心網(wǎng)電路域提供的其他業(yè)務(wù)。圖3-7

12、R4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 電路交換媒體網(wǎng)關(guān)（CS-MGW）。CS-MGW用來(lái)處理用戶數(shù)據(jù)，可以終結(jié)電路交換網(wǎng)絡(luò)來(lái)的承載通道，也可以終結(jié)分組交換網(wǎng)來(lái)的媒體流，如IP網(wǎng)中的實(shí)時(shí)協(xié)議（RTP）數(shù)據(jù)流。 關(guān)口MSC服務(wù)器（GMSC Server）。GMSC Server主要由GMSC的呼叫控制和移動(dòng)控制單元組成，負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)（PSTN/ISDN/PLMN）的互通，實(shí)現(xiàn)GMSC的呼叫管理、路由和移動(dòng)性管理，控制MGW交換等。（2）R4核心網(wǎng)的接口與協(xié)議 R4核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了控制與承載的分離，除新增接口外，R4核心網(wǎng)的接口、實(shí)現(xiàn)方式和功能與R99相似。表3-3所示為核心網(wǎng)新增接口與協(xié)議。接 口 名連 接 實(shí) 體信令與

13、協(xié)議Mc（G）MSC ServerCS-MGWH.248NcMSC Server（G）MSC ServerISUP、BICCNbCS-MGWCS-MGWRTP/UDP/IP AAL2、STM、H.245R99全部接口名R99全部連接實(shí)體R99全部信令與協(xié)議表3-3R4核心網(wǎng)新增接口與協(xié)議3R5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及接口 R5版本在無(wú)線接入網(wǎng)方面的改進(jìn)如下。 提出高速下行分組接入（HSDPA）技術(shù)，使下行數(shù)據(jù)速率峰值可達(dá)14.4Mbit/s。HSDPA技術(shù)將在后面的章節(jié)介紹。 Iu，Iur，Iub接口增加了基于IP的可選擇傳輸方式，保證無(wú)線接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全 IP化。 R5版本在核心網(wǎng)（Core Network，

14、CN）方面，在R4基礎(chǔ)上增加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），它和PS域一起實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)，并可實(shí)現(xiàn)與CS域的互操作，包括IMS子系統(tǒng)的R5版本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。圖3-9 含IMS子系統(tǒng)的R5版本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4R6版本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) R6研究的主要內(nèi)容如下。 （1）PS域與承載無(wú)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)框架，研究是否在分組域也實(shí)行控制和承載的分離，將SGSN和GGSN分為GSN Server和媒體網(wǎng)關(guān)的形式。 （2）在網(wǎng)絡(luò)互操作方面，研究IMS與PLMN/ PSTN/ISDN等網(wǎng)絡(luò)的互操作，以實(shí)現(xiàn)IMS與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通；研究WLAN-UMTS網(wǎng)絡(luò)互通，保證用戶使用不同的接入方式時(shí)切換不中斷業(yè)務(wù)。

15、（3）在業(yè)務(wù)方面，研究包括多媒體廣播/多播業(yè)務(wù)（MBMS）、Push業(yè)務(wù)、Presence、PoC（Push-To-Talk over Cellular）業(yè)務(wù)、網(wǎng)上聊天業(yè)務(wù)及數(shù)字權(quán)限管理等。 （4）無(wú)線接入方面采用的新技術(shù)有正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）技術(shù)、多天線技術(shù)（MIMO）、高階調(diào)制技術(shù)和新的信道編碼方案等，OFDM和MIMO也是后3G的重點(diǎn)技術(shù)。 （5）R6的高速上行分組接入（HSUPA），理論峰值數(shù)據(jù)速率可達(dá)5.76Mbit/s；R6的高速下行分組接入（HSDPA），理論峰值數(shù)據(jù)速率可達(dá)30Mbit/s。3.2.4 IP多媒體子系統(tǒng)1IMS概述 IMS主要特點(diǎn)如下。 （1）IMS的重

16、要特點(diǎn)是對(duì)控制層功能做了進(jìn)一步的分解，實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制實(shí)體和承載控制實(shí)體在功能上的分離，體現(xiàn)了“業(yè)務(wù)與控制分離”、“控制與接入和承載分離”的原則，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架層次化為不同網(wǎng)絡(luò)的互通和業(yè)務(wù)的融合奠定了基礎(chǔ)。 IMS的設(shè)計(jì)是獨(dú)立于接入網(wǎng)的，不依賴于任何接入技術(shù)和接入方式。 通過(guò)利用核心網(wǎng)的設(shè)備，使得不同的用戶終端用不同的接入方式接入IMS網(wǎng)絡(luò)，支持各種融合業(yè)務(wù)的公共平臺(tái)，提供新型的基于IP的交互式多媒體業(yè)務(wù)。 （2）IMS繼承了移動(dòng)通信系統(tǒng)特有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，繼續(xù)使用歸屬網(wǎng)絡(luò)和訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的概念，支持用戶全程全網(wǎng)漫游能力，具有切換功能，集中用戶數(shù)據(jù)管理等。 （3）IMS中重用了IETF組織制定的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和協(xié)議

17、。會(huì)話控制層采用了具有靈活性和標(biāo)準(zhǔn)化的開放接口SIP。網(wǎng)絡(luò)層選用IPv6，同樣運(yùn)用域名系統(tǒng)（Domain Name System，DNS）協(xié)議進(jìn)行地址解析。終端用戶安全認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)沿用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中AAA方式，使用RADIUS協(xié)議基礎(chǔ)上開發(fā)的Diameter協(xié)議。 （4）IMS業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)支持多種業(yè)務(wù)，能為SIP用戶提供全程全網(wǎng)漫游能力和虛擬歸屬業(yè)務(wù)環(huán)境（VHE）能力。IMS在原有UMTS技術(shù)基礎(chǔ)上，提供根據(jù)用戶、業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)流、內(nèi)容、事件、時(shí)間等的更多計(jì)費(fèi)手段，通過(guò)新的在線計(jì)費(fèi)功能，運(yùn)營(yíng)商還可以實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)流程。 （5）IMS由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織定義并發(fā)展完善，如3GPP/3GPP2、ITU-T

18、、IETF和ETSI等，IMS越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注。2IMS的主要功能實(shí)體 3GPP IMS的主要功能實(shí)體如圖3-10所示，包括呼叫會(huì)話控制功能（CSCF）、歸屬用戶服務(wù)器（HSS）、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF）、IP多媒體-媒體網(wǎng)關(guān)功能（IM-MGW）、多媒體資源功能控制器（MRFC）、多媒體資源功能處理器（MRFP）、簽約定位器功能（SLF）、出口網(wǎng)關(guān)控制功能（BGCF）、信令網(wǎng)關(guān)（SGW）、應(yīng)用服務(wù)器（AS）、多媒體域業(yè)務(wù)交換功能 （IM-SSF）、業(yè)務(wù)能力服務(wù)器（OSA-SCS）等。圖3-10 IMS的主要功能實(shí)體示意圖3.3 UTRAN接口協(xié)議結(jié)構(gòu)3.3.1 UTRAN接口協(xié)議模型

19、UMTS系統(tǒng)是模塊化設(shè)計(jì)的，模塊之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議互聯(lián)。 UMTS網(wǎng)絡(luò)接口采用用戶面與控制面分離、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層與傳輸網(wǎng)絡(luò)層相分離的設(shè)計(jì)原則，以保證層間和邏輯體系上的相互獨(dú)立性，盡可能地滿足了開放性和可升級(jí)性的要求，便于協(xié)議的修改和擴(kuò)充。 UTRAN是UMTS系統(tǒng)的無(wú)線接入網(wǎng)部分，為UMTS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分。1UMTS分層結(jié)構(gòu)圖3-11 UMTS分層結(jié)構(gòu)2UTRAN接口協(xié)議模型 UTRAN接口通用協(xié)議模型如圖3-12所示。接口協(xié)議分為兩層二平面。 兩層指從水平的分層結(jié)構(gòu)來(lái)看，分為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層。 二平面指從垂直面來(lái)看，每個(gè)接口分為控制面和用戶面。 UTRAN內(nèi)部的3個(gè)接口（Iu，Iur和I

20、ub）都遵循統(tǒng)一的基本協(xié)議模型結(jié)構(gòu)。圖3-12 UTRAN接口的協(xié)議棧模型3.3.2 Iu接口1Iu接口結(jié)構(gòu)及功能 Iu接口是UTRAN與核心網(wǎng)之間的接口，也可以看作RNC與CN之間的一個(gè)參考點(diǎn)。 UTRAN與核心網(wǎng)電路域的接口稱為Iu-CS，與核心網(wǎng)分組域的接口稱為Iu-PS，與小區(qū)廣播系統(tǒng)之間的接口稱為Iu-BC，Iu接口結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。圖3-14 Iu接口結(jié)構(gòu) Iu-CS和Iu-PS接口由控制面和用戶面構(gòu)成。 Iu-BC接口只有一個(gè)平面，既包括控制信息也包含用戶信息。 3.3.3 Iub接口 Iub接口作為RNC與Node B之間的接口，負(fù)責(zé)所有RNC與Node B之間的通信過(guò)程。

21、Iub接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖3-18所示。圖3-18 Iub接口的協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 與UTRAN接口的協(xié)議模型一致，Iub接口分為控制面和用戶面，其中控制面根據(jù)功能的不同又分為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制面和傳輸網(wǎng)絡(luò)控制面。3.3.4 Iur接口 在GSM網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)BSC之間是沒(méi)有邏輯接口的，而在WCDMA中，為了更好地滿足對(duì)用戶移動(dòng)性的支持，引入了任意兩個(gè)RNC之間的邏輯接口Iur。 與Iu接口相同，水平方向分為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層和傳輸網(wǎng)絡(luò)層；垂直方向分為控制面和用戶面，如圖3-19所示。圖3-19 Iur接口協(xié)議棧結(jié)構(gòu) 在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)層控制面是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)應(yīng)用部分（RNS Application Part，RNSAP）協(xié)

22、議，用戶面是Iur FP協(xié)議。3.4 WCDMA空中接口3.4.1 Uu接口協(xié)議結(jié)構(gòu) WCDMA系統(tǒng)中Uu接口，有時(shí)也稱為空中接口，是指UE和UTRAN之間的接口，通過(guò)使用無(wú)線傳輸技術(shù)（RTT）將UE接入到系統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)部分。 Uu接口協(xié)議用于在UE和UTRAN之間傳送用戶數(shù)據(jù)和控制信息，建立、重新配置和釋放無(wú)線承載業(yè)務(wù)。 空口接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3-20所示（圖中只包括了在UTRAN中可見的協(xié)議）。 每一個(gè)方框代表一個(gè)協(xié)議實(shí)體，橢圓表示業(yè)務(wù)接入點(diǎn)（SAP），協(xié)議實(shí)體間的通信通過(guò)SAP進(jìn)行。 空口接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)分為兩面三層，垂直方向分為控制平面和用戶平面，控制平面用來(lái)傳送信令信息，用戶平面用來(lái)傳送

23、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)。水平方向分為3層：第1層（L1）：物理層；第2層（L2）：數(shù)據(jù)鏈路層；第3層（L3）：網(wǎng)絡(luò)層。 其中第2層又分為幾個(gè)子層：媒體接入控制（MAC）子層、無(wú)線鏈路控制（RLC）子層、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）子層和廣播/多播控制（BMC）子層。圖3-20 空口接口的協(xié)議結(jié)構(gòu)3.4.2 物理層1物理層的功能 物理層位于空中接口協(xié)議模型的最底層，給MAC層提供不同的傳輸信道，并且為高層提供服務(wù)。 在3GPP規(guī)范中，詳細(xì)描述了物理層及功能。 物理層主要實(shí)現(xiàn)以下一些功能： （1）為傳輸信道進(jìn)行前向糾錯(cuò)編/解碼； （2）無(wú)線特性測(cè)量，如誤幀率、信干比等，并通知高層； （3）宏分集合并以及軟切換

24、實(shí)現(xiàn)； （4）在傳輸信道上進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)并通知高層；（5）傳輸信道到物理信道的速率匹配；（6）傳輸信道至物理信道的映射；（7）物理信道擴(kuò)頻/解擴(kuò)、調(diào)制/解調(diào)；（8）頻率和時(shí)間（位、碼片、比特、時(shí)隙和幀）同步；（9）閉環(huán)功率控制；（10）RF處理等。 物理層的基本傳輸單元為無(wú)線幀，持續(xù)時(shí)間為10ms，長(zhǎng)度為38400chip；無(wú)線幀又被劃分為15個(gè)時(shí)隙的處理單元，每個(gè)時(shí)隙有2560chip，持續(xù)時(shí)間為2/3ms。 WCDMA的物理信道幀結(jié)構(gòu)如圖3-21所示。物理層的信息速率隨著符號(hào)速率的變化而變化，而符號(hào)速率則取決于擴(kuò)頻因子。圖3-21 WCDMA的物理信道幀結(jié)構(gòu)2物理信道 物理信道的特征可由載頻

25、、擾碼、信道化碼（可選的）和相對(duì)相位來(lái)體現(xiàn)。按照信息的傳送方向，物理信道可分為上行物理信道（UE至Node B）和下行物理信道（Node B至UE）；按照物理信道是否由多個(gè)用戶共享還是一個(gè)用戶使用分為專用物理信道和公共物理信道，如圖3-22所示，其中HS-SCCH、HS-PDSCH、HS-DPCCH為在R5中引入的信道，將在后面的章節(jié)介紹。圖3-22 WCDMA物理信道示意圖3.4.3 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層使用物理層提供的服務(wù)，并向第3層提供服務(wù)。 數(shù)據(jù)鏈路層劃分為媒體接入控制（MAC）子層、無(wú)線鏈路控制（RLC）子層、分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）子層和廣播/多播控制（BMC）子層。 其中M

26、AC和RLC由控制面與用戶面共用，PDCP和BMC僅用于用戶面。1媒體接入控制（MAC）子層（1）MAC子層功能 MAC子層位于物理層之上，向高層提供無(wú)確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳送、無(wú)線資源重分配和測(cè)量等服務(wù)，通過(guò)物理層提供的傳輸信道借助邏輯信道與上層交換數(shù)據(jù)。完成的主要功能如下： 邏輯信道與傳輸信道間的映射； 根據(jù)瞬時(shí)源速率為每個(gè)傳輸信道選擇適當(dāng)?shù)膫鬏敻袷剑═F），保證高的傳輸效率； 通過(guò)選擇高比特速率或低比特速率的傳輸格式，實(shí)現(xiàn)一個(gè)UE的數(shù)據(jù)流之間優(yōu)先級(jí)處理； 通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)度為不同的UE間進(jìn)行優(yōu)先級(jí)處理； 把高層來(lái)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）復(fù)用成傳輸塊后發(fā)送給物理層，或者把從物理層來(lái)的傳輸塊解復(fù)用成高層的P

27、DU，對(duì)于專用信道適用于相同QoS參數(shù)的業(yè)務(wù)，PDU是對(duì)等協(xié)議層之間進(jìn)行交流的基本數(shù)據(jù)單元； 測(cè)量邏輯信道業(yè)務(wù)量并向RRC報(bào)告，此測(cè)量報(bào)告有可能引發(fā)對(duì)無(wú)線承載/或傳輸信道參數(shù)的重新配置； 在RRC層的命令下，MAC子層執(zhí)行傳輸信道類型轉(zhuǎn)換； 為在RLC子層使用透明模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密； 為RACH和CPCH選擇接入類別和等級(jí)。（2）MAC子層結(jié)構(gòu) MAC子層由MAC-b、MAC-c/sh和MAC-d 3個(gè)邏輯實(shí)體構(gòu)成，如圖3-35所示。圖3-35 MAC子層結(jié)構(gòu)2無(wú)線鏈路控制（RLC）子層（1）RLC子層主要功能 數(shù)據(jù)分段和重組：根據(jù)實(shí)際傳輸格式，RLC子層對(duì)高層來(lái)的長(zhǎng)度變化的PDU進(jìn)行分割

28、成為RLC的凈負(fù)荷單元，此負(fù)荷單元經(jīng)處理后稱為RLC PDU；將低層來(lái)的RLC PDU重組為變長(zhǎng)的高層PDU。 級(jí)聯(lián)和填充：服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU）是協(xié)議棧中層與層或?qū)优c子層之間進(jìn)行交流的基本數(shù)據(jù)單元。如果RLC SDU中的內(nèi)容不能填滿整數(shù)個(gè)RLC PDU，就把下一個(gè)RLC SDU的第一段與當(dāng)前RLC SDU的最后一段進(jìn)行級(jí)聯(lián)，進(jìn)而構(gòu)成RLC PDU；當(dāng)不能應(yīng)用級(jí)聯(lián)而且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不能填滿給定RLC PDU的大小時(shí)，剩下的部分用填充比特填滿。 用戶數(shù)據(jù)傳輸和糾錯(cuò)：RLC支持確認(rèn)模式、非確認(rèn)模式和透明模式3種數(shù)據(jù)傳輸模式；在確認(rèn)模式下，RLC通過(guò)重傳提供糾錯(cuò)功能。 高層PDU順序傳輸和復(fù)制檢測(cè)：為采

29、用確認(rèn)模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)提供順序發(fā)送的功能，否則系統(tǒng)支持亂序發(fā)送；復(fù)制檢測(cè)收到的RLC PDU，保證合成的高層PDU只向上層提供。 流量控制：接收RLC實(shí)體可以控制對(duì)端信息發(fā)送的速率。 序列檢查：序列檢查用于非確認(rèn)模式，在RLC PDU被重組到RLC SDU中時(shí)，通過(guò)檢查RLC PDU中的序列號(hào)，檢測(cè)錯(cuò)誤的RLC SDU。錯(cuò)誤的RLC SDU將被丟棄。 協(xié)議錯(cuò)誤檢測(cè)與恢復(fù)：檢測(cè)并糾正在RLC操作中的錯(cuò)誤并進(jìn)行恢復(fù)。 加密：適用于非透明模式下數(shù)據(jù)傳輸，加密算法與MAC子層的方法相同。（2）RLC子層結(jié)構(gòu) RLC子層支持3種傳輸模式：透明模式（Tr）、非確認(rèn)模式（UM）和確認(rèn)模式（AM）。透明模式和非

30、確認(rèn)模式的實(shí)體是單向?qū)嶓w，可以配置為發(fā)送實(shí)體或者接收實(shí)體；確認(rèn)模式實(shí)體是雙向?qū)嶓w，包含發(fā)送側(cè)和接收側(cè)，可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)。RLC子層的結(jié)構(gòu)如圖3-37所示。圖3-37 RLC子層結(jié)構(gòu)3分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）子層 分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）子層僅存在于用戶平面，提供分組域業(yè)務(wù)。 高層通過(guò)SAP配置PDCP，如圖3-38所示。PDCP子層主要功能如下。圖3-38 PDCP子層結(jié)構(gòu)圖 （1）分別在接收與發(fā)送實(shí)體對(duì)IP數(shù)據(jù)流執(zhí)行頭壓縮和解壓縮功能。頭壓縮協(xié)議專用于特定的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層或高層協(xié)議的組合，如TCP/IP和RTP/UDP/IP等，使網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（如IPv4、IPv6等）的引入獨(dú)立于UTRA

31、N協(xié)議。 （2）用戶數(shù)據(jù)傳輸，非接入層送來(lái)的PDCP-SDU與 RLC實(shí)體間的互相轉(zhuǎn)發(fā)。 （3）為無(wú)線承載（RB）提供一個(gè)序列號(hào)，支持無(wú)損的SRNC重定位。4廣播/組播控制協(xié)議（BMC）子層 廣播/組播控制協(xié)議（BMC）子層僅存在于用戶平面，以無(wú)確認(rèn)方式提供公共用戶的廣播/多播業(yè)務(wù)。 BMC子層結(jié)構(gòu)如圖3-39所示。BMC主要功能如下。圖3-39 BMC子層結(jié)構(gòu)圖（1）小區(qū)廣播消息的存儲(chǔ)；（2）為小區(qū)廣播業(yè)務(wù)進(jìn)行業(yè)務(wù)量檢測(cè)和無(wú)線資源請(qǐng)求；（3）BMC消息的調(diào)度；（4）向UE發(fā)送BMC消息；（5）向高層NAS傳遞小區(qū)廣播消息。3.4.4 無(wú)線資源控制層 RRC層屬于控制平面，UE和UTRAN間的

32、控制信令主要是無(wú)線資源控制（RRC）層消息，控制接口管理和對(duì)低層協(xié)議實(shí)體的配置。 RRC層主要完成的功能有：接入層控制、系統(tǒng)信息廣播、RRC連接管理、無(wú)線承載管理、RRC移動(dòng)性管理、無(wú)線資源管理、尋呼和通知、高層信息路由功能、加密和完整性保護(hù)、功率控制、測(cè)量控制和報(bào)告等。 RRC層功能實(shí)體如下。 （1）路由功能實(shí)體（RFE）：處理高層消息到不同的移動(dòng)管理/連接管理實(shí)體（UE側(cè)）或不同的核心網(wǎng)絡(luò)域（UTRAN側(cè)）的路由選擇。 （2）廣播控制功能實(shí)體（BCFE）：處理系統(tǒng)信息的廣播。在RNC中，每個(gè)小區(qū)都至少有一個(gè)BCFE。 （3）尋呼及通告控制功能實(shí)體（PNFE）：控制對(duì)還未建立RRC連接的UE的尋呼。在RNC中，對(duì)由這個(gè)RNC控制的小區(qū)都至少有一個(gè)PNFE實(shí)體。 （4）專用控制功能實(shí)體（DCFE）：處理一個(gè)特定UE的所有功能和信令。SRNC中，對(duì)每個(gè)與這個(gè)RNC連接的UE，都有一個(gè)DCFE實(shí)體與之相對(duì)應(yīng)。 （5）共享控制功能實(shí)體（SCFE）：控