WCDMA Uu接口描述与测试[1].doc

WCDMA Uu接口描述与测试 摘要：简述了WCDMA系统的结构，重点介绍了UE和UTRAN间的接口(Uu接口)的协议结构，并对Uu接口协议的测试进行了探讨。关键词WCDMA Uu接口一、引言20世纪80年代以来，蜂窝移 动通信以其便捷、灵活的特点满足了现代社会人们工作、生活对通信的要求，呈现快速发展的势头。移 动通信用户数快速增长；同时移 动通信的业务也在发生变化，随着Internet的发展和日益普及，移 动数据业务被普遍看好。用户数的增长和移 动数据业务的发展，需要更多频谱资源，也对移 动通信的数据传输能力提出了更高要求；现有的第二代移 动通信的频谱效率和频谱资源是无法满足需要的，在不少国家已经出现了频谱资源紧张的局面，迫切需要采用新的频段和频谱效率更高的技术。国际电联(ITU)提出的第三代移 动通信(IMT-2000)以其具有的高频谱效率、全球普及和全球无缝漫游、支持多媒体业务、便于过渡和演进、高服务质量等特征而受到全球移 动通信界的广泛关注和重视。WCDMA作为IMT-2000家族的一员，目前已成为第三代移 动通信的主流方案之一。在日本，NTT DoCoMo已经开始了WCDMA的商用。在欧洲，不少运营商正在进行WCDMA的试验。本文简要描述了WCDMA的无线接口(即Uu接口)，结合目前WCDMA设备研发和试验情况，对Uu接口的测试作了初步探讨。二、WCDMA的系统结构从无线接入侧看，WCDMA系统的结构如图1所示。整个WCDMA系统由3部分组成，即核心网子系统(CN)、无线网络子系统(RNS)和用户设备(UE)。核心网处理WCDMA系统内语音呼叫和数据连接与外部网络的交换和路由。无线网络子系统处理所有与无线有关的功能。无线网络子系统又包括无线网络控制器(RNC)和Node B两个实体。RNC通过Iu接口与核心网相连。Node B是WCDMA系统的基站，通过Iub接口与RNC相连。UE是用户终端设备，通过Uu接口(无线接口)与网络设备进行交互，为用户提供电路域和分组域的各种业务功能，包括普通话音、移 动多媒体、Internet应用等。三、Uu接口协议栈如图2所示，从垂直纵向来看，Uu接口分为接入层(AS)和非接入层(NAS)。接入层通过如下业务接入点(SAP)：通用控制(GC)、通告(Nt)、专用控制(DC)为非接入层提供业务。Uu接口的协议参考模型如图3所示。由图3我们可以看出，Uu接口分为三个协议层：物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)。层2进一步分为下述子层：媒体接入(MAC)、无线链路控制(RLC)、分组数据会聚协议(PDCP)和广播/多播控制(BMC)。层3和层2的RLC子层分为控制平面和用户平面，PDCP和BMC子层仅存在于用户平面。在控制平面，层3分为不同的子层。最低层为无线资源控制(RRC)，它位于接入层，与层2接口，终止于UTRAN。而更高层信令，如移 动性管理(MM)和连接管理(CM)属于非接入层。(1)物理层物理层是Uu接口的最底层，完成以下主要功能：宏分集分配/合并及软切换执行、传输信道的检错及到高层的指示、传输信道的FEC编码/解码和交织/解交织、传输信道的复用和编码组合传输信道(CCTrCH)的解复用、速率匹配、编码组合传输信道到物理信道的映射、物理信道的功率加权和组合、物理信道的调制/解调和扩频/解扩、频率和时间的同步、闭环功率控制、射频处理等。物理层通过与MAC层间的SAP向MAC层提供信息传递业务；通过“传输信道”这一概念描述了物理层数据传递业务的方式和特征。传输信道分为两大类：公共传输信道和专用传输信道。随即接入信道(RACH)、前向接入信道(FACH)、广播信道(BCH)、寻呼信道(PCH)、公共分组信道(CPCH)、下行链路公享信道(DSCH)等传输信道类型属于公共传输信道。而专用传输信道只有一种，即专用信道(DCH)。MAC和L1间以传输块这一最小信息单元进行交换，而在同一时间使用同一传输信道在MAC和L1间交换的若干传输块称为传输块集。传输块集到达的时间间隔称为传输时间间隔(TTI)。TTI为最小交织周期(10ms)的整数倍。在一个传输信道上，L1到MAC(或MAC到L1)在一个TTI中发送传输块集的格式称为传输格式(Transport Format)，即该传输信道的编码、交织、比特率、MAC层到物理信道的映射方式等特性。对固定速率或慢变速率的传输信道，存在一个与之相关联的传输格式。而对快变速率的传输信道，需要一个传输格式集(TFS)来定义MAC和L1间信息交换的方式。TFS是一组传输格式，MAC层根据信息源的瞬时速率可在每一TTI时间基础上从TFS中选择一个合适的传输格式。传输格式由动态部分、半静态部分两部分组成。在一个TFS中，每一个传输格式的半静态部分是相同的。因此MAC在每一TTI基础上对传输格式的选择，实际上是对传输格式的动态部分的选择。(2)MAC层MAC层利用物理层提供的数据传递业务向高层提供数据传递、无线资源和MAC参数的重新分配、测量报告等业务。MAC层通过与RLC层间的SAP向RLC层提供逻辑信道。逻辑信道分为两类：控制信道和业务信道。控制信道用来传送控制平面信息，广播控制信道(BCCH)、寻呼控制信道(PCCH)、专用控制信道(DCCH)、公共控制信道(CCCH)、共享信道控制信道(SHCCH)等逻辑信道属于控制信道。业务信道用来传送用户平面信息，专用业务信道(DTCH)、公共业务信道(CTCH)属于业务信道。MAC主要完成以下功能：将逻辑信道映射到合适的传输信道、根据信息源的瞬时速率为每个传输信道选择合适的传输格式、根据同一UE不同数据流的优先级选择不同的传输格式组合、不同UE间通过动态调度进行优先级处理、公共传输信道上UE的识别、业务量监视、传输信道类型切换、加密等。(3)RLC层RLC层向高层提供RRC连接的建立/释放、透明模式(TM)数据传递、非确认模式(UM)数据传递、确认模式(AM)数据传递、QoS设定等业务。RLC层完成的主要功能有：分段和重组、级联、填充、用户数据的传送、按序发送高层数据、副本检测、流量控制、非确认数据传递模式下序号检查、协议错误检测和恢复、加密等。(4)RRC层RRC层是Uu接口层3的最低协议子层。RRC处理UE和UTRAN间层3的控制平面信令，RRC完成下述主要功能：来自非接入层和接入层信息的广播，UE和UTRAN间RRC连接的建立、重建、维护和释放，用户平面无线承载的建立、重配和释放，RRC连接的无线资源的指配、重配置和释放，RRC连接移 动性功能，为高层PDU选路由，控制所需的QoS，UE测量的报告和对报告的控制，外环功率控制，UE和UTRAN间的加密，慢速动态信道分配等。RRC层提供了在Uu接口透明传送非接入层信令消息(如MM、CC等)的机制，即非接入层的信令消息作为NAS PDU封装在RRC消息：INITIAL DIRECT TRANSFER、UPLINK DIRECT TRANSFER或DOWNLINK DIRECT TRANSFER中透明地传送。RRC向上层提供信令连接以支持上层信息流的交互。信令连接是UE和核心网间的确认模式链路，用来传送上层信息。四、Uu接口的测试Uu接口是WCDMA系统中最重要，也是最复杂的接口。通过对Uu接口的测试，可了解UTRAN或UE在协议实现上与规范的一致程度。本文侧重讨论的是针对UTRAN设备的测试，而且只限于Uu接口协议栈中MAC层以上(包括MAC)各层协议，而不准备讨论物理层的测试。图4是测试系统配置的示意图。图中测试UE要求具有监视发送和接收消息的能力。对Uu接口的测试，考虑到直接从无线接口进行监视目前存在缺乏第三方仪表等困难，因此也可从Iub接口和Iu接口进行监视。从Iub接口监视，需要Iub接口监视仪具备解析Iub接口用户面(以及在用户面数据流中传送的无线接口MAC、RLC和RRC消息、非接入层消息)的能力。对Iu接口的监视，要求仪表能解析在Iu接口透明传送的非接入层消息。1.非接入层信令信息的测试在WCDMA系统中，Uu接口和Iu接口均提供了透明传送非接入层消息的机制，以在UE和CN间传送非接入层信令消息。对非接入层消息的测试，可采用不同的方式：l通过测试UE的信令监视工具对非接入层消息进行监视、分析；l通过Iu接口监视仪在Iu接口上监视封装在Iu接口RANAP消息中的非接入层消息；l利用Iub接口监视仪在Iub接口解析封装在在无线接口RRC消息中的非接入层消息。2.RRC消息、RLC、MAC层的测试对RRC消息、RLC、MAC层的测试，既可通过测试UE进行监视，也可在Iub接口利用监视仪进行监视。当利用Iub接口监视仪在Iub接口对无线接口MAC、RLC、RRC进行监视时，需要对Iub接口用户平面FP、MAC、RLC层进行正确配置。需要为每个传输信道配置在Iub接口传输的AAL2连接的有关参数，如VPI、VCI、CID等