WCDMA移動通信系統(tǒng).ppt

1、第3章 WCDMA移動通信系統(tǒng),寬帶碼分多址（Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA）是第三代移動通信系統(tǒng)3種主流無線傳輸技術之一，在世界范圍內(nèi)WCDMA已經(jīng)成為被廣泛采用的通信標準。,本章主要包括以下內(nèi)容： WCDMA系統(tǒng)的主要特點 WCDMA 系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構，主要網(wǎng)元和接口功能 基于R99、R4、R5的核心網(wǎng)結(jié)構及接口，不同版本核心網(wǎng)的特點 IP多媒體子系統(tǒng)的特點、結(jié)構和功能,UTRAN接口協(xié)議模型及協(xié)議棧結(jié)構 WCDMA空中接口協(xié)議結(jié)構、各層協(xié)議功能及相互關系 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系，物理層

2、上下行鏈路的進程 WCDMA網(wǎng)絡中的編號計劃,3.1 概述,第三代移動通信系統(tǒng)的核心網(wǎng)基于GSM/CDMA等2G系統(tǒng)演進，空中接口采用WCDMA、cdma 2000和TD-SCDMA等無線傳輸制式，工作于2GHz頻段，快速移動環(huán)境中最高傳輸速率可達144kbit/s，室外到室內(nèi)或步行環(huán)境中最高傳輸速率達到384kbit/s，室內(nèi)環(huán)境中最高傳輸速率達到2Mbit/s。,基于WCDMA技術，采用HSDPA之后，下行數(shù)據(jù)速率可達10.814.4Mbit/s。 HSUPA也已處于商用階段，上行數(shù)據(jù)速率可達1.45.8Mbit/s。與第二代移動通信系統(tǒng)相比，第三代移動通信系統(tǒng)具有頻譜效率高、支持多媒體業(yè)

3、務、服務質(zhì)量高以及無縫漫游等特點。,目前WCDMA、cdma 2000兩種技術都得到了大規(guī)模的商用，中國已經(jīng)開始運營TD-SCDMA商用網(wǎng)絡。,3.1.1 WCDMA網(wǎng)絡的演進,圖3-1 GSM到WCDMA的演進,WCDMA標準的演進簡述如下：R99版本中WCDMA依然采用GSM/GPRS核心網(wǎng)的結(jié)構，但是采用新的空中接口協(xié)議。 R4版本中完成了中國提出的TD-SCDMA標準化工作，同時引入了軟交換的概念，將電路域的控制與業(yè)務分離，便于向全IP核心網(wǎng)結(jié)構過渡。,R5版本將IP技術從核心網(wǎng)擴展到無線接入網(wǎng)，形成全IP的網(wǎng)絡結(jié)構，在R4基礎上增加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），同時在無線傳輸中引入高

4、速下行分組接入（HSDPA）技術。 目前R8版本已于2008年12月凍結(jié)，3GPP中還有R9等版本在同時進行研究。,WCDMA是從GSM演進而來，所以許多WCDMA的高層協(xié)議和GSM/GPRS基本相同或相似，比如移動性管理（MM）、GPRS移動性管理（GMM）、連接管理（CM）以及會話管理（SM）等。 移動終端中通用用戶識別模塊（USIM）的功能也是從GSM的用戶識別模塊（SIM）的功能延伸而來的。,3.1.2 WCDMA網(wǎng)絡的特點,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）和時分雙工（TDD）。,在FDD模式下，上行鏈路和下行鏈路分別使用兩個獨立的5MHz

5、的載頻，發(fā)射和接收頻率間隔分別為190MHz或80MHz。,2多址方式,WCDMA是一個寬帶直擴碼分多址（DS-CDMA）系統(tǒng)，通過用戶數(shù)據(jù)與擴頻碼相乘，從而把用戶信息比特擴展到更寬的帶寬上去。,WCDMA系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)流用正交可變擴頻碼（OVSF）來擴頻，擴頻后的碼片速率為3.84Mchip/s，OVSF碼也被稱作信道化碼。,3語音編碼,WCDMA中的聲碼器采用自適應多速率（Adaptive Multi-Rate，AMR）技術。,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

6、基本問題是遠近效應，即解決接收機接收到近距離發(fā)射機的信號比較容易，而接收到遠距離發(fā)射機的信號比較困難的問題。,6切換,切換的目的是為了當UE在網(wǎng)絡中移動時保持無線鏈路的連續(xù)性和無線鏈路的質(zhì)量。,WCDMA系統(tǒng)支持軟切換、更軟切換、硬切換和無線接入系統(tǒng)間切換，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、同一無線接入系統(tǒng)內(nèi)不同載頻間的硬切換和不同無線接入系統(tǒng)間的切換。,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，支持異步基站運行，室內(nèi)小區(qū)和微小區(qū)基站的布站就變得簡單了，使組網(wǎng)實現(xiàn)方便、靈活。,8可變數(shù)據(jù)速率,WCDMA系統(tǒng)支持各種可變

7、的用戶數(shù)據(jù)速率，適應多種速率的傳輸，可靈活地提供多種業(yè)務，并根據(jù)不同的業(yè)務質(zhì)量和業(yè)務速率分配不同的資源。,圖3-2 WCDMA可變數(shù)據(jù)速率示意圖,3.2 WCDMA網(wǎng)絡結(jié)構與接口,3.2.1 UMTS系統(tǒng)結(jié)構 UMTS與第二代移動通信系統(tǒng)在邏輯結(jié)構上基本相同。 如果按功能劃分，UMTS系統(tǒng)由核心網(wǎng)（CN）、無線接入網(wǎng)（UTRAN）、用戶設備（UE）與操作維護中心（OMC）等組成。,核心網(wǎng)與無線接入網(wǎng)（UTRAN）之間的開放接口為Iu，無線接入網(wǎng)（UTRAN）與用戶設備（UE）間的開放接口為Uu接口，如圖3-3所示。,圖3-3 UMTS的系統(tǒng)結(jié)構,核心網(wǎng)是業(yè)務提供者，基本功能就是提供服務，承擔各

8、種類型業(yè)務的定義，包括用戶的描述信息、用戶業(yè)務的定義還有相應的一些其他過程。,UMTS核心網(wǎng)負責內(nèi)部所有的語音呼叫、數(shù)據(jù)連接和交換，以及與其他網(wǎng)絡的連接和路由選擇的實現(xiàn)。,無線接入網(wǎng)（UTRAN）位于兩個開放接口Uu和Iu之間，完成所有與無線有關的功能。 用戶設備（UE）完成人與網(wǎng)絡間的交互。,3.2.2 UMTS網(wǎng)元和接口功能,圖3-4 UMTS網(wǎng)元和接口,1用戶設備（UE）,用戶設備（User Equipment，UE）完成人與網(wǎng)絡間的交互，通過Uu接口與無線接入網(wǎng)相連，與網(wǎng)絡進行信令和數(shù)據(jù)交換。,UE用來識別用戶身份和為用戶提供各種業(yè)務功能，如普通話音、數(shù)據(jù)通信、移動多媒體、Intern

9、et應用等。,用戶設備（UE）主要由移動設備（Mobile Equipment，ME）和通用用戶識別模塊（Universal Subscriber Identity Module，USIM）兩部分組成。,（1）移動設備（ME） （2）通用用戶識別模塊（USIM）,2通用陸地無線接入網(wǎng)絡（UTRAN）,無線接入網(wǎng)（UMTS/Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）位于兩個開放接口Uu和Iu之間，完成所有與無線有關的功能。,UTRAN主要功能有宏分集處理、移動性管理、系統(tǒng)的接入控制、功率控制、信道編碼控制、無線信道的加密與解密、無線資源配置

10、、無線信道的建立和釋放等。,UTRAN由一個或幾個無線網(wǎng)絡子系統(tǒng)（Radio Network Subsystem，RNS）組成，RNS負責所屬各小區(qū)的資源管理。,每個RNS包括一個無線網(wǎng)絡控制器（Radio Network Controller，RNC）、一個或幾個Node B（即通常所稱的基站，GSM系統(tǒng)中對應的設備為BTS）。,（1）節(jié)點B（Node B）,Node B的主要功能是Uu接口物理層的處理，如擴頻、信道編碼、速率匹配、交織、調(diào)制和解擴、信道解碼、解交織和解調(diào)，還包括基帶信號和射頻信號的相互轉(zhuǎn)換功能，無線資源管理部分控制算法的實現(xiàn)等。,Node B邏輯功能模塊包括基帶處理部件，射

11、頻收發(fā)放大器、射頻收發(fā)系統(tǒng)、基帶部分和天線接口單元等部件。 Node B受RNC控制，與RNC的接口為E1或STM-1。,（2）無線網(wǎng)絡控制器（RNC）,無線網(wǎng)絡控制器（RNC）主要完成連接建立和斷開、切換、宏分集合并和無線資源管理控制等功能，分為如下3類：, 系統(tǒng)信息管理 移動性管理 無線資源管理與控制,（3）CRNC、SRNC、DRNC的概念, 控制無線網(wǎng)絡控制器（CRNC） 服務無線網(wǎng)絡控制器（SRNC） 漂移無線網(wǎng)絡控制器（DRNC）,圖3-5 CRNC、SRNC、DRNC作用示意圖,（4）UTRAN接口與協(xié)議,表3-1UTRAN接口和協(xié)議,3核心網(wǎng)（CN）,核心網(wǎng)承擔各種類型業(yè)務的提

12、供以及定義，包括用戶的描述信息、用戶業(yè)務的定義還有相應的一些其他過程。,UMTS核心網(wǎng)負責內(nèi)部所有的語音呼叫、數(shù)據(jù)連接和交換，以及與其他網(wǎng)絡的連接和路由選擇的實現(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（EN）,核心網(wǎng)的電路交換域（CS）通過GMSC與外部網(wǎng)絡相連，如公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）及其他公共陸地移動網(wǎng)（PLMN）。,核心網(wǎng)的分組交換域（PS）通過GGSN與外部的Internet及其他分組數(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,UMTS核心網(wǎng)的標準化工作由3GPP組織完成。 從網(wǎng)絡演進的角度看，R99網(wǎng)

13、絡中核心網(wǎng)完全繼承了GSM/GPRS的結(jié)構，包括電路域和分組域兩部分，引入了新的無線接入技術（WCDMA），兼容GSM/GPRS無線終端接入。,R4網(wǎng)絡中的主要變化是在核心網(wǎng)電路域提出了承載和控制獨立的概念，而在無線接入網(wǎng)沒有太多變化。,在R5網(wǎng)絡中，核心網(wǎng)疊加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），無線接入網(wǎng)引入了HSDPA技術，無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)中采用全IP傳輸。,在R6網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡架構變化不大，考慮更多的是增加了新的功能或?qū)σ延泄δ艿脑鰪姟?目前R8版本已于2008年12月凍結(jié)，3GPP中還有R9等版本在同時進行研究。,1R99網(wǎng)絡結(jié)構及接口,（1）R99網(wǎng)絡結(jié)構,圖3-6 R99版本網(wǎng)絡結(jié)構圖,

14、（2）R99核心網(wǎng)的接口與協(xié)議,表3-2R99核心網(wǎng)的接口協(xié)議,2R4網(wǎng)絡結(jié)構及接口,（1）R4網(wǎng)絡結(jié)構 R4核心網(wǎng)電路域變化的實體功能介紹如下。 MSC服務器（MSC Server） 電路交換媒體網(wǎng)關（CS-MGW） 關口MSC服務器（GMSC Server）,圖3-7 R4網(wǎng)絡結(jié)構圖,（2）R4核心網(wǎng)的接口與協(xié)議,表3-3R4核心網(wǎng)新增接口與協(xié)議,R4核心網(wǎng)的新增接口及功能如下。 Mc接口 Nc接口 Nb接口,3R5網(wǎng)絡結(jié)構及接口,R5版本在無線接入網(wǎng)方面的改進如下。 提出高速下行分組接入（HSDPA）技術，使下行數(shù)據(jù)速率峰值可達14.4Mbit/s。 HSDPA技術將在后面的章節(jié)介紹。,

15、 Iu，Iur，Iub接口增加了基于IP的可選擇傳輸方式，保證無線接入網(wǎng)實現(xiàn)全IP化。,R5版本在核心網(wǎng)（Core Network，CN）方面，在R4基礎上增加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS），它和PS域一起實現(xiàn)了實時和非實時的多媒體業(yè)務，并可實現(xiàn)與CS域的互操作，包括IMS子系統(tǒng)的R5版本網(wǎng)絡結(jié)構如圖3-9所示。,圖3-8 R5網(wǎng)絡結(jié)構,圖3-9 含IMS子系統(tǒng)的R5版本網(wǎng)絡結(jié)構,4R6版本網(wǎng)絡結(jié)構,與R5版本相比，網(wǎng)絡結(jié)構沒有太大的變動，主要是對已有功能的增強，增加了一些新的功能特性。R6研究的主要內(nèi)容如下。,（1）PS域與承載無關的網(wǎng)絡框架，研究是否在分組域也實行控制和承載的分離，將SGSN

16、和GGSN分為GSN Server和媒體網(wǎng)關的形式。,（2）在網(wǎng)絡互操作方面，研究IMS與PLMN/PSTN/ISDN等網(wǎng)絡的互操作，以實現(xiàn)IMS與其他網(wǎng)絡的互聯(lián)互通；研究WLAN-UMTS網(wǎng)絡互通，保證用戶使用不同的接入方式時切換不中斷業(yè)務。,（3）在業(yè)務方面，研究包括多媒體廣播/多播業(yè)務（MBMS）、Push業(yè)務、Presence、PoC（Push-To-Talk over Cellular）業(yè)務、網(wǎng)上聊天業(yè)務及數(shù)字權限管理等。,（4）無線接入方面采用的新技術有正交頻分復用調(diào)制（OFDM）技術、多天線技術（MIMO）、高階調(diào)制技術和新的信道編碼方案等，OFDM和MIMO也是后3G的重點技術

17、。,（5）R6的高速上行分組接入（HSUPA），理論峰值數(shù)據(jù)速率可達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30Mbit/s。,3.2.4 IP多媒體子系統(tǒng),1IMS概述 IP多媒體子系統(tǒng)（IP Multimedia Subsystem，IMS），首先由3GPP標準化組織在R5版本中提出，提出的目的是為了在移動通信網(wǎng)絡基礎上以最大的靈活性提供IP多媒體業(yè)務。,IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）是建立在Internet工程任務小組（IETF）所制定的會話初始化協(xié)議（SIP）基礎上的。,IMS能把Internet的發(fā)展和無線通信的發(fā)展結(jié)合起來，是一個融合了數(shù)據(jù)、語音

18、、圖像、消息、基于Web的技術和移動網(wǎng)絡的體系架構。,R5版本定義了IMS的核心結(jié)構、網(wǎng)元功能、接口、流程和IMS的基本功能；R6版本增加了部分IMS業(yè)務特性、IMS與其他網(wǎng)絡的互通規(guī)范和WLAN接入等特性；R7加強了對固定、移動融合的標準化制定，要求IMS支持xDSL、Cable等固定接入方式，研究了IMS與電路域語音平滑切換的內(nèi)容等。,R6版本已經(jīng)在2005年第一季度凍結(jié)，基于R6版本的IMS已經(jīng)可以滿足IMS在移動通信網(wǎng)絡中的應用。,IMS主要特點如下。 （1）IMS的重要特點是對控制層功能做了進一步的分解，實現(xiàn)了會話控制實體和承載控制實體在功能上的分離，體現(xiàn)了“業(yè)務與控制分離”、“控制

19、與接入和承載分離”的原則，網(wǎng)絡構架層次化為不同網(wǎng)絡的互通和業(yè)務的融合奠定了基礎。,（2）IMS繼承了移動通信系統(tǒng)特有的網(wǎng)絡技術，繼續(xù)使用歸屬網(wǎng)絡和訪問網(wǎng)絡的概念，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)技術和協(xié)議,（4）IMS業(yè)務應用平臺支持多種業(yè)務，能為SIP用戶提供全程全網(wǎng)漫游能力和虛擬歸屬業(yè)務環(huán)境（VHE）能力。,（5）IMS由多個標準化組織定義并發(fā)展完善，如3GPP/3GPP2、ITU-T、IETF和ETSI等，IMS越來越受到業(yè)界的關注。,2IMS的主要功能實體,圖3-10 IMS的主要功能實體示意圖,按功能劃分，IM

20、S的主要功能實體大致分為6大類別：會話管理和路由類（CSCF）、數(shù)據(jù)庫（HSS、SLF）、網(wǎng)間互通（BGCF，MGCF，IM-MGM，SGW）、業(yè)務提供類（AS，MRFC，MRFP）、支撐（SEG，PDF）和計費（CHF）類。,下面簡要介紹主要功能實體的功能。 （1）呼叫會話控制功能 P-CSCF I-CSCF S-CSCF,（2）媒體網(wǎng)關控制功能, 控制IM-MGW中媒體信道與連接控制相關部分的呼叫狀態(tài)； IMS用戶和CS用戶之間可以進行通信的網(wǎng)關；, 根據(jù)從傳統(tǒng)網(wǎng)絡中來的呼叫路由號碼選擇CSCF，與CSCF通信； 進行CS用戶與IMS的呼叫控制協(xié)議的轉(zhuǎn)換，完成ISUP/BICC與SIP間的

21、轉(zhuǎn)換； 接收本網(wǎng)絡以外的信息并轉(zhuǎn)發(fā)到CSCF/IM -MGW。,（3）歸屬用戶服務器, HSS用于存儲所有用戶和業(yè)務相關的數(shù)據(jù)信息。 通過該接口IMS用戶獲取所要求的S-CSCF信息，將基本的IMS簽約信息下載到S-CSCF；, 在注冊過程中執(zhí)行用戶接入和漫游權限的識別，提供用戶/網(wǎng)絡所需的鑒權信息； HSS提供與IM-SSF接口，實現(xiàn)電路域的CAMEL/INAP業(yè)務在IMS網(wǎng)絡的繼承； 提供與增值業(yè)務平臺SIP AS，OSA-SCS，SCP接口。,（4）IP多媒體媒體網(wǎng)關,IP多媒體媒體網(wǎng)關（IM-MGW）提供電路交換域的網(wǎng)絡（PSTN，GSM）和IMS之間的用戶平面連接。,（5）多媒體資源

22、功能,多媒體資源功能（MRF）在歸屬網(wǎng)絡提供多媒體信息源，包括多媒體資源功能控制器（MRFC）和多媒體資源功能處理器（MRFP）兩部分，這兩部分分別完成媒體流的控制和承載功能。,（6）簽約定位器功能,簽約定位器功能（SLF）作為一種地址解析機制，應用在網(wǎng)絡中部署了多個獨立可尋址的HSS時，SLF作為一個簡單的數(shù)據(jù)庫，用來將用戶地址映射到不同的HSS。,（7）出口網(wǎng)關控制功能,出口網(wǎng)關控制功能（BGCF）是一個SIP服務器，根據(jù)S-CSCF的請求，負責選擇到CS域或PSTN互通的出口位置，所選擇的出口點既可以與BGCF處于同一網(wǎng)絡中，也可以處于另一個網(wǎng)絡中。,（8）應用服務器,應用服務器（AS）

23、是在IMS中提供增值多媒體服務的SIP實體，不僅可以向IMS提供多媒體服務，也可以向其他網(wǎng)絡提供業(yè)務；可以位于用戶所在網(wǎng)絡中，也可位于第三方網(wǎng)絡中。,（9）信令網(wǎng)關,信令網(wǎng)關（SGW）連接CS（PSTN）網(wǎng)絡，用于不同信令網(wǎng)的互聯(lián)，負責傳輸層信令的轉(zhuǎn)換。,3IMS接口及協(xié)議,表3-4IMS接口及協(xié)議匯總,3.3 UTRAN接口協(xié)議結(jié)構,3.3.1 UTRAN接口協(xié)議模型 UMTS系統(tǒng)是模塊化設計的，模塊之間通過網(wǎng)絡協(xié)議互聯(lián)。,1UMTS分層結(jié)構,從功能方面考慮，UMTS分為接入層（AS）和非接入層（NAS）兩大部分，兩者之間的接口稱為業(yè)務接入點（SAP），如圖3-11所示，圖中各業(yè)務接入點（S

24、AP）用橢圓來表示。,圖3-11 UMTS分層結(jié)構,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)構來看，分為無線網(wǎng)絡層和傳輸網(wǎng)絡層。,二平面指從垂直面來看，每個接口分為控制面和用戶面。 UTRAN內(nèi)部的3個接口（Iu，Iur和Iub）都遵循統(tǒng)一的基本協(xié)議模型結(jié)構。,圖3-12 UTRAN接口的協(xié)議棧模型,（1）水平面,從水平的分層結(jié)構來看，協(xié)議結(jié)構分為無線網(wǎng)絡層和傳輸網(wǎng)絡層。, 無線網(wǎng)絡層處理所有與UTRAN有關的事務，所有UTRAN相關的信息只有在無線網(wǎng)絡層才是可見的。, 傳輸網(wǎng)絡層是指UTRAN選用的標準傳輸技術，與

25、UTRAN本身的功能無關，主要是已有的傳輸技術規(guī)范。3GPP并不對傳輸層的協(xié)議進行特殊定義，3GPP在R99版本中選用ATM傳輸技術。,（2）垂直面, 無線網(wǎng)絡控制平面用于處理接口上的控制信令協(xié)議，由各種應用協(xié)議和傳輸網(wǎng)用戶面的信令承載組成。, 無線網(wǎng)絡用戶平面用于處理相應接口傳輸?shù)挠脩魯?shù)據(jù)，包括在該接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流和與數(shù)據(jù)流對應的數(shù)據(jù)承載，數(shù)據(jù)流由接口上的一個或者多個幀協(xié)議定義。, 傳輸網(wǎng)絡控制面不包含任何無線網(wǎng)絡層的信息，包括ALCAP以及它所使用的信令承載。, 傳輸網(wǎng)絡用戶面包括無線網(wǎng)絡層用戶面的數(shù)據(jù)承載以及應用協(xié)議的信令承載。數(shù)據(jù)承載由傳輸網(wǎng)絡控制面實時控制，信令承載由操作維護功能控制

26、完成。,3ATM技術簡介,異步傳送模式（ATM）是分組交換方式的一種，它吸收了分組交換的高效率和電路交換的高速率的特點，ATM網(wǎng)絡被設計為高速率、低時延的復用和交換網(wǎng)絡。,它能夠根據(jù)不同速率靈活地分配帶寬和QoS，并且采用固定長度的信元格式，因而便于采用硬件處理，處理速度較高，適合語音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務的傳送。,圖3-13 ATM協(xié)議的分層結(jié)構,（1）ATM協(xié)議的分層結(jié)構,（2）ATM物理層,ATM物理層主要提供ATM信元的傳輸通路，它與ATM層之間交換的信元大小為53byte。,物理層根據(jù)物理介質(zhì)的特性形成傳送幀，并采用物理實體進行比特流的傳送和接收。 物理層分為傳輸匯聚（TC）子層和物理介

27、質(zhì)相關（PMD）子層。,（3）ATM層,ATM層以信元為單位進行通信，并為上層的AAL提供服務，它與物理介質(zhì)的類型，以及物理層所具體傳送的業(yè)務類型無關。,（4）ATM適配層（AAL）,AAL位于ATM層之上，主要作用是將高層的應用層信息映射到ATM層的信元結(jié)構中，用于擴展和增強ATM層的能力，以適合各種特定業(yè)務的需要。,AAL的具體功能包括數(shù)據(jù)的分割和恢復、差錯控制、同步和時鐘恢復、流量控制和多種數(shù)據(jù)流的復用等。,表3-6 ATM業(yè)務分類和對應的AAL類型,3.3.2 Iu接口,1Iu接口結(jié)構及功能 Iu接口是UTRAN與核心網(wǎng)之間的接口，也可以看作RNC與CN之間的一個參考點。,UTRAN與

28、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)構如圖3-14所示。,圖3-14 Iu接口結(jié)構,Iu-CS和Iu-PS接口由控制面和用戶面構成。 Iu-BC接口只有一個平面，既包括控制信息也包含用戶信息。,（1）Iu-CS和Iu-PS, Iu-CS和Iu-PS接口的控制面。 Iu-CS和Iu-PS接口的用戶面。,（2）Iu-BC,RNC與CN的廣播域（也稱為小區(qū)廣播中心）之間的接口稱為Iu-BC，服務區(qū)內(nèi)廣播協(xié)議（Service Area Broadcast Protocol，SABP）是Iu-BC接口的應用協(xié)議，完成消息

29、處理、負載處理等功能，使CN中的小區(qū)廣播中心通過小區(qū)廣播業(yè)務發(fā)送移動用戶小區(qū)廣播信息。,2Iu接口協(xié)議棧,Iu接口協(xié)議棧完全符合UTRAN接口協(xié)議的通用模型，總體來說，采用3層共享異步傳輸模式（ATM）或全IP傳輸方式（R5版本），但由于分組域與電路域的業(yè)務特性以及傳輸技術有所不同，對于Iu接口而言，Iu-PS和Iu-CS的協(xié)議棧結(jié)構也有所不同。,（1）Iu-CS接口協(xié)議棧,Iu-CS接口協(xié)議棧的結(jié)構如圖3-15所示。 圖中的物理層為與物理介質(zhì)的接口，可以選擇不同的傳輸規(guī)范，如E1等。,圖3-15 Iu-CS接口協(xié)議棧的結(jié)構,R5版本規(guī)定的Iu-CS接口協(xié)議棧相應于ATM傳輸方式增加了全IP傳

30、輸方式。 Iu-CS接口用于支持電路域的實時業(yè)務，典型的電路域業(yè)務有AMR語音服務、64kbit/s的可視電話業(yè)務等。,（2）Iu-PS協(xié)議棧結(jié)構,Iu-PS協(xié)議棧的結(jié)構如圖3-16所示。 Iu-CS是RNC與MSC之間的接口，它負責完成電路域相關的呼叫流程。 Iu-PS則是RNC與SGSN之間的接口，負責處理數(shù)據(jù)業(yè)務。,圖3-16 Iu-PS協(xié)議棧結(jié)構,圖3-17 Iu-BC接口協(xié)議棧結(jié)構,3RANAP協(xié)議主要功能及實現(xiàn),（1）RANAP協(xié)議主要功能 RANAP協(xié)議位于Iu接口協(xié)議棧的最高層，屬于Iu接口應用層協(xié)議，負責處理UTRAN和CN之間的信令交互。 RANAP協(xié)議主要功能。, 根據(jù)業(yè)

31、務接入點（SAP）的不同，RANAP業(yè)務可以分為3組。 通用控制業(yè)務（GC） 尋呼及通告業(yè)務（Nt） 專用控制業(yè)務（DC）, 信令傳送將為RANAP提供面向連接的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務和無連接的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務兩類業(yè)務模式。,（2）RANAP功能的實現(xiàn),RANAP功能通過一個或多個RANAP基本過程（Elementary Procedures，EP）實現(xiàn)。,一個EP是一個RNS與CN之間的交互單元。 每個RANAP功能可以通過一個或多個EP過程完成。 按照請求信息和響應信息，EP分為3類。, 第1類EP：包含請求、響應信息的EP。響應信息為成功或失敗，成功表示EP接受并處理，失敗表示EP不成功或超時。, 第

32、2類EP：只有請求，沒有響應信息的EP，通常認為都發(fā)送成功。 第3類EP：包含一個請求、多個響應信息的EP。,表3-7RANAP的第1類EP,表3-8RANAP的第2類EP,表3-9RANAP的第3類EP,3.3.3 Iub接口,1Iub接口的協(xié)議棧 Iub接口作為RNC與Node B之間的接口，負責所有RNC與Node B之間的通信過程。 Iub接口的協(xié)議棧結(jié)構如圖3-18所示。,圖3-18 Iub接口的協(xié)議棧結(jié)構,2NBAP協(xié)議的功能及實現(xiàn),（1）NBAP的功能 小區(qū)的配置和管理 公共傳輸信道的管理 系統(tǒng)廣播信息的管理, 資源事件管理 配置協(xié)調(diào)功 無線鏈路管理功能, 公共資源測量和專用資源

33、測量過程 下行鏈路功率漂移的調(diào)整功 通用錯誤形式的報,（2）NBAP功能的實現(xiàn),NBAP協(xié)議包含CRNC與Node B之間交互的基本過程（Elementary Procedures，EP），由請求信息和可能的響應信息組成。,EP分為兩類，第1類EP需要應答，用以表示成功接收或者不成功接收，第2類EP無須應答，都被認為正確接收。 R99定義的NBAP基本過程分別如表3-10和表3-11所示。,表3-10NBAP的第1類EP,表3-11NBAP的第2類EP,3.3.4 Iur接口,在GSM網(wǎng)絡中，兩個BSC之間是沒有邏輯接口的，而在WCDMA中，為了更好地滿足對用戶移動性的支持，引入了任意兩個RN

34、C之間的邏輯接口Iur。,與Iu接口相同，水平方向分為無線網(wǎng)絡層和傳輸網(wǎng)絡層；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,在無線網(wǎng)絡層控制面是無線網(wǎng)絡子系統(tǒng)應用部分（RNS Application Part，RNSAP）協(xié)議，用戶面是Iur FP協(xié)議。,1Iur接口協(xié)議棧結(jié)構,Iur接口傳輸網(wǎng)絡層的傳輸網(wǎng)絡用戶面由基于SAAL的MTP3-b和SCCP組成，或者基于SCTP和M3UA組成。 SAAL包含SSCF、SSCOP和AAL5等3部分。,2RNSAP主要功能,無線網(wǎng)絡層協(xié)議（RNSAP）負責RNC和RNC之間的信令交換，接收來自傳輸層的數(shù)據(jù)傳送服務，是

35、Iur接口的應用層協(xié)議，其主要功能如下。,（1）無線鏈路相關功能。 （2）公共控制信道信令在Iur接口的傳輸。 （3）公共傳輸信道資源管理。 （4）尋呼。 （5）通用錯誤報告。,3.4 WCDMA空中接口,3.4.1 Uu接口協(xié)議結(jié)構 WCDMA系統(tǒng)中Uu接口，有時也稱為空中接口，是指UE和UTRAN之間的接口，通過使用無線傳輸技術（RTT）將UE接入到系統(tǒng)固定網(wǎng)絡部分。,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、重新配置和釋放無線承載業(yè)務。,空口接口的協(xié)議結(jié)構如圖3-20所示（圖中只包括了在UTRAN中可見的協(xié)議）。 每一個方框代表一個協(xié)議實體，橢圓表示業(yè)務接入點（

36、SAP），協(xié)議實體間的通信通過SAP進行。,圖3-20 空口接口的協(xié)議結(jié)構,空口接口的協(xié)議結(jié)構分為兩面三層，垂直方向分為控制平面和用戶平面，控制平面用來傳送信令信息，用戶平面用來傳送語音和數(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)絡層。,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。,在3GPP規(guī)范中，詳細描述了物理層及功能。 物理層主要實現(xiàn)以下一些功能： （1）為傳輸信道進行前向糾錯編/解碼； （2）無線特性測量，如誤幀率、信干比等，并通知高層；,（3）宏分

37、集合并以及軟切換實現(xiàn)； （4）在傳輸信道上進行錯誤檢測并通知高層：,（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）物理信道擴頻/解擴、調(diào)制/解調(diào)； （8）頻率和時間（位、碼片、比特、時隙和幀）同步；,（9）閉環(huán)功率控制； （10）RF處理等。,圖3-21 WCDMA的物理信道幀結(jié)構,2物理信道,物理信道的特征可由載頻、擾碼、信道化碼（可選的）和相對相位來體現(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用戶共享還是一個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

38、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,（1）上行專用物理信道,上行專用物理信道包括上行專用物理數(shù)據(jù)信道（DPDCH）和上行專用物理控制信道（DPCCH）。,圖3-23 上行DPDCH/DPCCH的幀結(jié)構,（2）上行公共物理信道,上行公共物理信道包括物理隨機接入信道（PRACH）和物理公共分組信道（PCPCH）。, 物理隨機接入信道（PRACH）,圖3-24 RACH接入時隙,圖3-25 隨機接入發(fā)射的結(jié)構,圖3-26 隨機接入消息部分的結(jié)構, 物理公共分組信道（PCPCH）,圖3-27 PCPCH的

39、幀結(jié)構,（3）下行專用物理信道,下行鏈路只有一種專用物理信道，即專用物理信道（DPCH），用于傳送物理層控制信息和用戶數(shù)據(jù)。 下行鏈路幀結(jié)構如圖3-28所示。,圖3-28 下行專用物理信道幀結(jié)構,（4）下行公共物理信道,下行公共物理信道包括公共導頻信道（CPICH）、同步信道（SCH）、公共控制物理信道（CCPCH）、下行物理共享信道（PDSCH），其中捕獲指示信道（AICH）、接入前導捕獲指示信道（AP-AICH）、尋呼指示信道（PICH）、沖突檢測/信道分配指示信道（CD/CA-ICH）、CPCH狀態(tài)指示信道（CSICH）均采用固定擴頻因子（SF=256），無傳輸信道向它們映射，限于篇幅，

40、不作介紹。, 公共導頻信道（CPICH）,圖3-29 CPICH幀結(jié)構, 同步信道（SCH）,圖3-30 同步信道幀結(jié)構, 公共控制物理信道（CCPCH） 下行物理共享信道（PDSCH）,3傳輸信道,在WCDMA空中接口中，高層數(shù)據(jù)由傳輸信道承載，物理層與MAC層通過傳輸信道進行數(shù)據(jù)交換，傳輸信道的特性由傳輸格式（TF）定義，傳輸格式同時也指明物理層對這些傳輸信道的處理方式。,傳輸信道分為專用傳輸信道和公共傳輸信道。,專用傳輸信道僅存在一種形式，即DCH（Dedicated Channel），屬于雙向傳輸信道，用來傳輸特定用戶物理層以上的所有信息，包括業(yè)務數(shù)據(jù)以及高層控制信息，能夠?qū)崿F(xiàn)以10m

41、s無線幀為單位的業(yè)務速率變化、快速功率控制和軟切換。,公共傳輸信道包括廣播信道（BCH）、前向接入信道（FACH）、尋呼信道（PCH）、隨機接入信道（RACH）、公共分組信道（CPCH）和下行共享信道（DSCH）。,（1）廣播信道（BCH） （2）前向接入信道（FACH） （3）尋呼信道（PCH） （4）隨機接入信道（RACH） （5）公共分組信道（CPCH） （6）下行共享信道（DSCH）,4物理層成幀的基本概念,無論MAC子層到物理層的數(shù)據(jù)流，還是物理層到MAC子層的數(shù)據(jù)流（傳輸塊/傳輸塊集），都需要經(jīng)過從傳輸信道到物理信道的映射，以便在無線傳輸鏈路上進行傳輸。,下面介紹實現(xiàn)傳輸信道到物理

42、信道的映射中涉及到的基本概念。 （1）傳輸塊 （2）傳輸塊集合,圖3-31 傳輸塊集合示意圖,（3）傳輸格式（TF） （4）傳輸格式集（TFS） （5）傳輸格式組合（TFC） （6）傳輸格式指示（TFI） （7）傳輸格式組合指示（TFCI）,5上/下行鏈路進程,（1）加CRC （2）傳輸塊級聯(lián)和編碼塊分段 （3）信道編碼與速率匹配,圖3-32 物理層上下行鏈路進程,表3-13信道編碼方式與編碼速率,（4）插入不連續(xù)發(fā)送（DTX）指示比特（第1次/第2次） （5）交織（第1次/第2次）,（6）無線幀均衡 （7）無線幀分段、傳輸信道復用和物理信道映射 （8）擴頻和加擾 （9）調(diào)制,圖3-33 擴頻

43、和加擾示意圖,圖3-34 下行調(diào)制方式,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，并向第3層提供服務。,數(shù)據(jù)鏈路層劃分為媒體接入控制（MAC）子層、無線鏈路控制（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MAC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，向高層提供無確認的數(shù)據(jù)傳送、無線資源重分配和測量等服務，通過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)。,（2）MAC子層結(jié)構,圖3-35 MAC子層結(jié)構,（3）邏輯信道,MAC子層通過邏輯

44、信道與高層進行數(shù)據(jù)交互，在邏輯信道上提供不同類型的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。,邏輯信道是MAC子層向RLC子層提供的數(shù)據(jù)傳輸服務，表述承載的任務和類型。,邏輯信道根據(jù)不同數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務定義邏輯信道的類型。,邏輯信道通常分為兩類：控制信道，用來傳輸控制平面信息；業(yè)務信道，用來傳輸用戶平面信息。 邏輯信道共有6類，分別介紹如下。, 控制信道,廣播控制信道（BCCH） 尋呼控制信道（PCCH） 公共控制信道（CCCH） 專用控制信道（DCCH）, 業(yè)務信道,專用業(yè)務信道（DTCH） 公共業(yè)務信道（CTCH）,（4）邏輯信道、傳輸信道和物理信道之間的映射關系,圖3-36 邏輯信道、傳輸信道和物理信道之間的映射（R9

45、9版本）,2無線鏈路控制（RLC）子層,（1）RLC子層主要功能 數(shù)據(jù)分段和重組 級聯(lián)和填充, 用戶數(shù)據(jù)傳輸和糾錯 高層PDU順序傳輸和復制檢測 流量控制, 序列檢查 協(xié)議錯誤檢測與恢復 加密,（2）RLC子層結(jié)構,圖3-37 RLC子層結(jié)構,3分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）子層,圖3-38 PDCP子層結(jié)構圖,4廣播/組播控制協(xié)議（BMC）子層,圖3-39 BMC子層結(jié)構圖,3.4.4 無線資源控制層,RRC層屬于控制平面，UE和UTRAN間的控制信令主要是無線資源控制（RRC）層消息，控制接口管理和對低層協(xié)議實體的配置。,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

46、線承載管理、RRC移動性管理、無線資源管理、尋呼和通知、高層信息路由功能、加密和完整性保護、功率控制、測量控制和報告等。,1RRC層結(jié)構,圖3-40 UE側(cè)RRC模型,圖3-41 UTRAN側(cè)RRC模型,2RRC層的狀態(tài),圖3-42 RRC的各種狀態(tài)模式及各種模式間的轉(zhuǎn)換關系,（1）空閑模式 （2）UTRAN連接模式 （3）RRC各種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關系,3.5 WCDMA網(wǎng)絡中的編號計劃,3.5.1 UMTS網(wǎng)絡的服務區(qū)域劃分 在蜂窩移動通信網(wǎng)絡中，為了向用戶提供服務，網(wǎng)絡需要隨時掌握移動用戶所在位置，網(wǎng)絡需要進行位置和服務區(qū)域管理。 UMTS網(wǎng)絡的服務區(qū)域劃分如圖3-43所示。,圖3-43 U

47、MTS網(wǎng)絡服務區(qū)域劃分,3.5.2 WCDMA網(wǎng)絡中的編號計劃,1與服務區(qū)有關的編號 （1）PLMN標識（PLMN-Id） PLMN-Id=MCC+MNC,（2）核心網(wǎng)的域標識,核心網(wǎng)的域標識有兩種定義： 核心網(wǎng)電路域標識：CS-Id=PLMN-Id+LAC 核心網(wǎng)分組域標識：PS-Id=PLMN-Id+LAC+RAC,（3）服務區(qū)標識,SAI=PLMN-Id+LAC+SAC,（4）位置區(qū)標識,LAI=MCC+MNC+LAC,（5）路由區(qū)標識,RAI=MCC+MNC+LAC+RAC,（6）小區(qū)全球標識,CGI=MCC+MNC+LAC+CI,圖3-44 WCDMA網(wǎng)絡標識,2WCDMA中移動終端

48、用戶的標識,（1）移動用戶號碼（MSISDN） MSISDN=CC+NDC+SN,（2）國際移動用戶識別碼（IMSI）,IMSI=MCC+MNC+MSIN,（3）臨時用戶身份識別（TMSI和P-TMSI） （4）國際終端設備識別號和國際終端設備與軟件版本號（IMEI和IMEISV） IMEI=TAC+SNR+SP IMEISV=TAC+SNR+SVN,（5）移動用戶漫游號碼（MSRN） （6）無線網(wǎng)絡臨時標識（RNTI）,小 結(jié),1WCDMA系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構按功能劃分，由核心網(wǎng)（CN）、無線接入網(wǎng)（UTRAN）、用戶設備（UE）與操作維護中心（OMC）等組成。,核心網(wǎng)與無線接入網(wǎng)（UTRAN）之間

49、的開放接口為Iu接口，無線接入網(wǎng)（UTRAN）與用戶設備（UE）間的開放接口為Uu接口。,用戶設備（UE）主要由移動設備（ME）和通用用戶識別模塊（USIM）兩部分組成。 UTRAN由一個或幾個無線網(wǎng)絡子系統(tǒng)（RNS）組成。,每個RNS包括一個無線網(wǎng)絡控制器（RNC）、一個或幾個Node B。 為了從邏輯上描述RNC的功能，引入了SRNC，DRNC，CRNC的概念。,2R99版本核心網(wǎng)電路域、分組域的功能實體與GSM/GPRS基本一致，為支持3G業(yè)務，增加了Iu接口，核心網(wǎng)通過A接口和Gb接口可以與GSM/GPRS無線網(wǎng)絡相通。,有些功能實體增添了相應的接口協(xié)議，同時對原有的接口協(xié)議進行了改進

50、。,3R4版本與R99版本相比，在核心網(wǎng)電路域提出了承載和控制獨立的概念，引入了軟交換技術。 R4版本在無線接入網(wǎng)網(wǎng)絡結(jié)構方面沒有變化，但在無線接入技術方面針對WCDMA規(guī)范作了改進，增加了TD-SCDMA系統(tǒng)的空中接口標準。,R4核心網(wǎng)變化的實體有MSC服務器（MSC Server）、電路交換媒體網(wǎng)關（CS-MGW）和關口MSC服務器（GMSC Server），新增接口：Mc，Nc，Nb接口。,4R5版本在無線接入網(wǎng)方面，提出高速下行分組接入（HSDPA）技術，Iu、Iur、Iub接口增加了基于IP的可選擇傳輸方式，保證無線接入網(wǎng)實現(xiàn)全IP化；在CN方面，在R4基礎上增加了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）。,5IMS的主要功能實體包括呼叫會話控制功能（CSCF）、歸屬用戶服務器（HSS）、媒體網(wǎng)關控制功能（MGCF）、IP多媒體媒體網(wǎng)關功能（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)關控制功能（BGCF）、信令網(wǎng)關（SGW）、應用服務器（AS）、多媒體域業(yè)務交換功能（IM-SSF）、業(yè)務能力服務器（OSA-SCS）等。,按功能劃分，IMS的主要功能實體大致分為6大類別。,6UTRAN是UMTS系統(tǒng)的無線接入網(wǎng)部分。UTRAN接口通用協(xié)議模型分為兩層二平面。 兩層指從水平的分層結(jié)構來