TDSCDMA高层协议接入层信令承载和传递机制的研究

1、td-scdma层协议接入层信令承载和传递机制的研究 uuuu接口上协议栈的组成接口上协议栈的组成 物理层（l1，layer 1）； 数据链路层（l2，layer 2）； 媒体接入控制（mac） 无线链路控制(rlc) 分组数据汇聚协议(pdcp) 广播/多播控制(bmc) 网络层（l3，layer 3)；l3controlcontrolcontrolcontrollogicalchannelstransportchannelsc-plane signallingu-plane informationphyl2/macl1rlcdcntgcl2/rlc macrlcrlcrlcrlcrlcrl

2、crlcduplication avoidanceuus boundarybmcl2/bmccontrolpdcppdcpl2/pdcpdcntgcradiobearersrrc无线协议栈的分层结构无线协议栈的分层结构 uu接口又被分为接入层和非接入层，其中接入层包括l1、l2和l3的rrc子层。采用utran接口的协议模型，接入层（as）协议模型可以如下描述： 接入层的功能接入层向非接入层提供了非接入层信令（非接入层信令属于核心网功能） ，从而实现了核心网对ue终端的控制接入层提供了用户数据在uu接口上的承载和传输 ，从而实现了在uu接口上对各类业务传输的支持 接入层自身的控制信令，如rrc

3、子层消息和物理层信令等也在uu接口上承载和传输，从而实现了utran对无线资源的管理信令的概念 信令非用户业务数据，是专用于网络通信链路建立、配置、拆除以及测量和管理等方面的控制数据； 接入层所涉及的信令信息包括nas消息、rrc消息和物理层信令等。 信令承载的概念 utran和ue之间需要建立信令的交互，因此信令数据必然依次经过as各层封装处理后通过空中物理信道在uu接口上传输。 接入层对等层间信道模型架构 按照信令信息从高层向底层传递的顺序，接入层信令承载信道依次为：无线承载（radio bearer）、逻辑信道、传输信道和物理信道。接入层协议栈对等层实体间的通信信道模型如下图所示： 物理

4、信道物理信道 定义：物理上存在的连接ue和utran之间的真实信道，td-scdma中物理信道的划分采取频分时分码分综合的多址方案，即一条物理信道可以定义为在某一载频上某一时隙内的某一码隙。因此，唯一确定一条物理信道需要经过以下划分：频域信息-载频频点时域信息-时隙号码域信息-信道化码索引号 频域划分 频点，基本的tdd频带为20102025mhz，带内9个频点，每载频1.6mhz的带宽，如下图： 时域划分 无线帧号（范围04095），子帧号（范围08191），时隙号（ts0ts6区分上下行信道，控制上下行速率），如下图： 码域划分信道化码和扩频因子（区分信道和用户）。码域的信道划分原理：采用

5、信道化码进行扩频处理，就是用高于数据比特率的数字序列与信道数据相乘，相乘的结果扩展了信号的带宽，将比特率的数据流转换成了具有码片速率的数据流。扩频处理-信道化操作，所用数字序列为信道化码，是一组相互正交的码组。在td-scdma中采用的信道化码为序列。 物理信道的划分是在频域时域码域上的三次划分，信道的体系示例如下： 物理信道的类型根据所承载的传输信道的类型划分pccpch，承载来自传输信道bch的数据，提供全小区覆 盖模式下的系统信息广播； 时隙位于ts0； 信道化码固定使用c(k=1)和c(k=2)，扩频因子 为16；sccpch，承载来自传输信道pch和fach的数据，用于 下行公共控制

6、信道； 时隙可位于任意下行时隙，具体由系统广播提供； 信道化码采用任意对码分信道，固定扩频因子16， 具体由系统广播提供； 物理信道的类型prach，承载来自传输信道rach的数据，用于随机接入过程； 时隙位于任一上行时隙，具体由系统广播提供； 信道化码采用任意允许的信道化码，扩频因子可为16、 8获4，具体由系统信息广播提供；pusch，承载来自传输信道usch的数据，由多个用户分时使 用； 时隙和码隙同上行方向的dpch相同，rrc连接建立 时通知；pdsch，承载来自传输信道dsch的数据，由多个用户分时使 用； 时隙和码隙同下行方向的dpch相同，rrc连接建立 时通知；物理信道的类型

7、dpch，承载来自传输信道dch的数据； 可位于频带内的任意时隙和码隙，具体分配信息由rrc 连接配置协商决定。fpach，物理层信道，不承载传输信道数据，用于响应在uppts 时隙收到的ue接入请求； 时隙和码隙信息由系统信息广播提供，固定使用扩频因 子16；pich，物理层信道，不承载传输信道数据，和pch配对使用用以 提示ue是否需要解读其后的pch信道； 时隙和码隙信息由系统信息广播提供，固定使用扩频因子 16； 传输信道 定义：逻辑上存在的ue和网络的mac对等层之间进行通信的信道，其表现形式为一定数量的最小数据单元（传输块）的组合，一定数量的传输块在一定的时间间隔（传输时间间隔）内

8、发送到物理信道上，再传送到对等层，从而实现了数据的交换。 传输信道的参数（一）传输块：传输信道上对等层之间交换数据的基本单元，其实质为一个mac pdu（协议数据单元），其格式如下： 传输块集（tbs）：定义为物理层与mac子层在相同的时间段使用同一传输信道交换的数据块集合，包含多个传输块。 传输时间间隔（tti）：定义为传输块集的相互到达时间，等于物理层通过空中接口发送该传输块集的周期，它是无线帧长（10ms）的周期的整数倍。 传输信道的参数（二）传输格式：传输信道上的数据单元（传输块）在扩频和调制到物理信道前，还需要进行部分基带处理，如crc校验、信道编码、交织等，这些基带处理的控制信息结

9、合传输块和传输时间间隔等信息共同构成了传输信道的传输格式。传输格式分为静态和动态两部分： 动态部分：传输块大小和传输块集大小等参数，在不同tti之间可以发生变化； 静态部分：传输时间间隔、信道编码方案及编码速率、静态速率匹配参数rm、crc校验的比特数等，一经配置，不随tti而变，如需变动，由高层重新配置；传输信道的参数（三）传输格式集：定义为一个传输信道上允许的传输格式的集合。传输格式组合：当多条传输信道复用时，成为一条编码组合传输信道（cctrch），在某一时刻各个传输信道的传输块集的所有传输格式。传输格式组合集：定义为一条cctrch上的所有传输格式组合的集合。传输格式指示（tfi）：传

10、输格式的编码指示。传输格式组合指示（tfci）：传输格式组合的编码指示。 传输信道的参数（四） 图示以上个参数的概念如下图：传输信道的参数（五） 如上图，mac和物理层之间存在三条传输信道，每条信道的传输格式如下：trch1：148bit，148bit，40ms，1/3卷积编码，rm=1，crc=16bit；trch2：656bit,0/656bit,656bit/656bit,1312bit，20ms，1/3卷积编码，rm=1，crc=16bit；trch3：320bit,0/320bit,320bit/320bit,640bit,10ms，1/3卷积编码，rm=1，crc=16bit； 在

11、头40ms内的传输格式组合为：320bit,0/320bit,320bit/320bit,640bit/,10ms，1/3卷积编码，rm=1，crc=16bit；656bit,0/656bit,1312bit，20ms，1/3卷积编码，rm=1，crc=16bit；148bit，148bit，40ms，1/3卷积编码，rm=1，crc=16bit传输信道的参数（六） 根据一定传输时间间隔内发送的传输块集的大小，可以确定该传输时间内对等层之间数据交换的速率，因此mac层控制着数据的流量。以3.4k信令信道为例说明： 传输块大小为148bit，传输块集的大小也为148bit，传输时间间隔为40ms

12、，传输速率=148bit*25=3700bit/s。以64k业务信道为例说明： 传输块大小为656bit，传输块集的大小为2*656bit=1312bit，传输时间间隔为20ms，传输速率=1312bit*50=65600bit/s。传输信道的类型（一） 根据传输信道承载信息的内容划分传输信道的类型为：bchbch：广播信道，用于承载系统信息广播，传输块大小固定为246bit；pchpch：寻呼信道，用于承载用户的寻呼信息；fachfach：前向接入信道，用于承载网络响应rach信道时发送的信息，同时可以发送部分短小的用户数据，同pch在物理层进行复用；rachrach：随机接入信道，承载ue

13、完成上行同步建立或传输一些数据量有限的用户数据；传输信道的类型（二） uschusch：上行：上行共享信道，为多个用户共用传输数据，一般多与dch(或rach)配合使用，多条usch可以组成一条cctrch；dschdsch：下行共享信道，为多个用户共用传输数据，一般多与dch(或fach)配合使用，多条usch可以组成一条cctrch；dchdch：承载用户专有的实时和非实时数据，归用户独占使用，多条并行的dch可以组成一条cctrch； 逻辑信道逻辑信道 定义：逻辑上存在的ue和网络的rlc对等层之间进行通信的信道，在逻辑信道上rlc子层向上层的数据提供了链路控制的功能，具体包括对上层数据

14、包的分段和重组、三种模式下的传输、流量控制、纠错等。 逻辑信道对上层数据实现的封装和承载 分段和串接：来自上层的信令和业务数据长度是不一定的，按逻辑信道的pdu大小受到下层传输信道传输块大小的限制，因此对于不同的上层数据在进入逻辑信道前要进行分段或串接，以匹配下层的pdu大小。 将大于传输信道传输块最大承载限制的数据分段成适合传输信道传输的大小，将多个小于传输信道传输块承载大小的数据块串接成一个匹配的rlc pdu。 逻辑信道对上层数据的分段和串接 逻辑信道对上层数据的封装（一） 逻辑信道的数据承载单元是rlc pdu，根据传输模式的不同，rlc pdu可以分为三种类型： 透明模式下的pdu形

15、式，透明模式下的pdu 无需添加任何控制信息头，且pdu长度不固定为8bit的整数倍，一个透明模式下的pdu形式如下： 透明（tm）模式下的rlc pdu由于没有控制域，rlc无法从pdu的结构中明确pdu和sdu的关系，因此在一个传输时间间隔（tti）内，要求属于一个sdu的所有分段rlc pdu都应送到逻辑信道上进行发送。 逻辑信道对上层数据的封装（二）非确认（um）模式下的pdu形式，umd pdu的数据部分长度应当是8bit的整数倍，同时添加了rlc数据头，格式如下： 序列号（sequence number）为非应答模式下协议数据单元的编号，用于重组和检查是否有pdu的丢失。 扩展比特

16、e指明在pdu中的下一个域是否为长度指示（li）。 li指明pdu重负载sdu的长度，每个sdu结束都对应一个li。逻辑信道对上层数据的封装（三）确认模式下的pdu形势比较复杂，分为数据pdu和控制pdu两种，前者用于rlc高层pdu的传输，承载来自上层的业务和信令数据，后者用于rlc对等层间信息的交换，包括status pdu（状态协议数据单元）和reset（重置协议数据单元），reset ack pdu（重置响应协议数据单元）。 用于传输用户数据、捎带的状态信息和请求状态报告，数据部分为8bit的整数倍，其格式如下图： d/c比特：指明该amd pdu是控制pdu还是数据pdu； 序列号：

17、用于重组和重传，12bit； p比特：轮询比特，用于请求对等端发送状态报告； he：头扩展指示，占用两比特，指明下一个域是数据还是li； 逻辑信道对上层数据的封装（四） status pdu、reset pdu和reset ack pdu不涉及对上层信令和数据的承载，在此不予讨论。逻辑信道的类型（一） 根据逻辑信道上提供的数据传输服务，逻辑信道由所传输的信息的类型定义为以下类型：业务信道 专用业务信道（dtch）：ue专用的传输用户信息的点对点的双向信道； 公共业务信道（ctch）：utran对全部或一组特定的ue传输专用用户信息的点对多点的单向信道； 逻辑信道的类型（二）控制信道 控制逻辑信

18、道传输的内容为上层的控制信息。 广播控制信道（bcch）：广播系统控制信息的下行信道； 寻呼控制信道（pcch）：传输寻呼控制信息的下行信道； 公共控制信道（ccch）：在网络和ue之间发送的双向公共控制信道，用于没有rrc连接前使用； 专用控制信道（dcch）：在网络和ue之间发送点到点专用控制信息的信道，用于rrc连接建立之后使用； 共享控制信道（shcch）：在网络和ue之间发送上下行链路的控制信息的信道； 无线承载 定义：逻辑上存在的ue和网络的rrc对等层之间进行通信的信道，或者看作是l2向rrc层提供的服务，用于承载相关的信令和数据。 类别：无线承载根据承载的内容分为承载控制平面的

19、信令无线承载（srb）和承载用户平面的无线接入承载（rab）。 信令无线承载的划分 信令的无线承载（srb）的承载内容是rrc消息，其中部分rrc消息携带有nas信令。不同的rrc消息由不同的信令无线承载（srb）来传递，根据采用的逻辑信道的类型和rlc模式的不同，srb的选择规则如下： ccch（ul：rlc-tm，dl：rlc-um）上发送的所有消息都将使用rb0； dcch上使用rlc-um模式发送的所有rrc消息将使用rb1； dcch上使用rlc-am模式发送的所有rrc消息将使用rb2； dcch上使用rlc-am模式发送的携带有nas信令的rrc消息使用rb3或rb4； dcch

20、上使用rlc-tm模式发送rrc消息时使用rb5rb31； 高层协议中信令信息的编码rrc消息和nas消息的描述 抽象语法描述（asn.1）：对消息的数据类型和数据的值进行标准化定义，基本思想是将一种消息类看作一种消息类（class），具体的数据值就是类的一个实例。 asn.1可以在多种不同的编码算法下获得支持，并转化为具体的底层二进制比特值，从而实现了消息内容与具体编码方式的分离。rrc消息和nas消息的编码 3gpp中，asn.1到传输码统一采用per（packed encoding rules）规则。其中，cn和utran内的接口，如iu、iur、iub等接口采用对齐方式，要求编码组是8

21、bit的整数倍； uu接口上则采用非对齐方式，不要求编码组是8bit的整数倍，但由rrc负责编码后的填充； rrc和rlc之间的信令传递形式（一）承载rrc消息的原语 p_ulr_rlc_data_reqp_ulr_rlc_data_req： 原语中的参数msg_ptr和msg_len，前者指向对等层rrc消息内容所在的地址，后者表示对等层消息的长度。 原语的参数rb_id 、disc_req和data_req_para_st表示了该对等层传输时所采用的无线承载和逻辑信道信息，比如rb号、传输模式。 p_rlc_ulr_data_indp_rlc_ulr_data_ind 原语的参数data_

22、ind_para_st包含了对等层消息的头指针msg_ptr和消息长度msg_len； rrc和rlc之间的信令承载形式（二）nas消息的承载 nas消息作为rrc中初始直传、上行直传和下行直传消息的参数，以透传的形式作为p_ulr_rlc_data_reqp_ulr_rlc_data_req和和p_rlc_ulr_data_indp_rlc_ulr_data_ind原语的参数在rrc和rlc之间进行传递。 rlc和mac之间信令承载的形式（一） 根据信令传输信道的配置对rrc消息做分段和重组处理，将分段后的rlc sdu采用以下的原语完成层间的传递。p_rlc_mac_data_reqp_r

23、lc_mac_data_req 相关的逻辑信道对等层消息的参数free_head_lenfree_head_len（macmac头长度指示） 、msg_ptrmsg_ptr（对等层消息的内容指针） 和pdu_sizepdu_size（对等层消息的长度）。）。 逻辑信道传输控制参数rb_idrb_id（无线承载标识号，取值032） 和pdu_nopdu_no（一个tti内发送到macmac的pdupdu数量）。）。 rlc和mac之间信令承载的形式（二）p_mac_rlc_data_indp_mac_rlc_data_ind 相关的逻辑信道对等层消息的参数free_head_len free_h

24、ead_len 、msg_ptrmsg_ptr 和pdu_sizepdu_size，其意义，其意义p_rlc_mac_data_reqp_rlc_mac_data_req。 逻辑信道传输控制参数rb_idrb_id（无线承载标识号，取值032）、tb_notb_no （一个tti内macmac接收到接收到的传输块的数量）、）、err_inderr_ind（l1cl1c上报的crccrc校验错误）等）等 。 mac和l1c之间的信令承载形式（一） mac将来自rlc子层的信令数据分段进行传输信道映射和控制信息填充后，通过以下两个原语进行层间传递。p_mac_phy_data_reqp_mac_p

25、hy_data_req 相关的传输信道的对等层消息信息为pdu_sizepdu_size（mac pdumac pdu长度） 、free_headfree_head（mac pdumac pdu头的长度） 和msg_ptrmsg_ptr（mac pdumac pdu的数据存储区指针）。）。 相关的传输信道控制参数为trch_idtrch_id 、trch_typetrch_type 、cfncfn（连接帧号）、）、tfi tfi （传输格式指示）和no_pdu no_pdu （mac pdumac pdu数量）。）。mac和l1c之间的信令承载形式（二） p_phy_mac_data_indp_phy_mac_data_ind 相关的传输信道的