现代移动通信技术与系统-第3章WCDMA移动通信系统

1、概述概述3.1WCDMAWCDMA网络结构与接口网络结构与接口3.2本章主要包括以下内容：本章主要包括以下内容：uWCDMA系统的主要特点系统的主要特点uWCDMA 系统的网络结构，主要网元和系统的网络结构，主要网元和接口功能接口功能u基于基于R99、R4、R5的核心网结构及接口，的核心网结构及接口，不同版本核心网的特点不同版本核心网的特点uIP多媒体子系统的特点、结构和功能多媒体子系统的特点、结构和功能uUTRAN接口协议模型及协议栈结构接口协议模型及协议栈结构uWCDMA空中接口协议结构、各层协议功空中接口协议结构、各层协议功能及相互关系能及相互关系uWCDMA空中接口物理层的功能，物理信

2、空中接口物理层的功能，物理信道、传输信道与逻辑信道的映射关系，物道、传输信道与逻辑信道的映射关系，物理层上下行链路的进程理层上下行链路的进程uWCDMA网络中的编号计划网络中的编号计划3.1.1 WCDMA网络的演进网络的演进 WCDMA网络架构是在网络架构是在GSM/GPRS网网络基础上发展而来的。络基础上发展而来的。 在在GSM核心网家族中，核心网家族中，GSM系统提供系统提供语音和基本的数据服务，语音和基本的数据服务，GPRS或或EDGE可可以提供更高速率的数据服务。以提供更高速率的数据服务。 从技术演进的角度来看，下一代就从技术演进的角度来看，下一代就是是WCDMA。 图图3-1显示了

3、从显示了从GSM到到WCDMA的的演进示意图。演进示意图。图3-1 GSM到WCDMA的演进1工作频段和双工方式工作频段和双工方式 WCDMA支持两种基本的双工工作方式：支持两种基本的双工工作方式：频分双工（频分双工（FDD）和时分双工（）和时分双工（TDD）。）。 WCDMA是一个宽带直扩码分多址（是一个宽带直扩码分多址（DS-CDMA）系统，通过用户数据与扩频码相乘，）系统，通过用户数据与扩频码相乘，从而把用户信息比特扩展到更宽的带宽上去。从而把用户信息比特扩展到更宽的带宽上去。 WCDMA中的声码器采用自适应多速率中的声码器采用自适应多速率 （Adaptive Multi-Rate，AM

4、R）技术。多速率声）技术。多速率声码器是一个带有码器是一个带有8种信源速率的集成声码器，种信源速率的集成声码器，8种种源码速率分别为：源码速率分别为：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和和4.75kbit/s。4信道编码信道编码 WCDMA系统中使用的信道编码类型有系统中使用的信道编码类型有两种：卷积编码和两种：卷积编码和Turbo编码。编码。5功率控制功率控制 快速、准确的功率控制是保证快速、准确的功率控制是保证

5、WCDMA系统性能的基本要求。系统性能的基本要求。 功率控制解决的基本问题是远近效应。功率控制解决的基本问题是远近效应。 切换的目的是为了当切换的目的是为了当UE在网络中移在网络中移动时保持无线链路的连续性和无线链路动时保持无线链路的连续性和无线链路的质量。的质量。 WCDMA系统支持软切换、更软切系统支持软切换、更软切换、硬切换和无线接入系统间切换，也换、硬切换和无线接入系统间切换，也可以表述为同频小区间的软切换、同频可以表述为同频小区间的软切换、同频小区内扇区间的更软切换、同一无线接小区内扇区间的更软切换、同一无线接入系统内不同载频间的硬切换和不同无入系统内不同载频间的硬切换和不同无线接入

6、系统间的切换。线接入系统间的切换。 WCDMA系统支持与系统支持与GSM系统之间系统之间的切换，的切换，WCDMA系统能与系统能与GSM系统协系统协同工作，能够在引入同工作，能够在引入WCDMA后达到增后达到增加加GSM覆盖的目的。覆盖的目的。 WCDMA不同基站间可选择同步和异不同基站间可选择同步和异步两种方式，异步方式可以不采用步两种方式，异步方式可以不采用GPS精精确定时，支持异步基站运行，室内小区和确定时，支持异步基站运行，室内小区和微小区基站的布站就变得简单了，使组网微小区基站的布站就变得简单了，使组网实现方便、灵活。实现方便、灵活。 WCDMA系统支持各种可变的用户系统支持各种可变

7、的用户数据速率，适应多种速率的传输，可灵数据速率，适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源。质量和业务速率分配不同的资源。3.2.1 UMTS系统结构系统结构 本书以本书以R99版本所示版本所示UMTS结构和接结构和接口为例，介绍口为例，介绍UMTS网元和接口功能。网元和接口功能。 UMTS网络系统结构如图网络系统结构如图3-4所示，所示，包括的网元和接口功能如下。包括的网元和接口功能如下。1用户设备（用户设备（UE） 用户设备（用户设备（User Equipment，UE）完成人与网络间的交互，通过完成人与网络间

8、的交互，通过Uu接口与接口与无线接入网相连，与网络进行信令和数无线接入网相连，与网络进行信令和数据交换。据交换。 UE用来识别用户身份和为用户提供各种用来识别用户身份和为用户提供各种业务功能，如普通话音、数据通信、移动多业务功能，如普通话音、数据通信、移动多媒体、媒体、Internet应用等。用户设备（应用等。用户设备（UE）主要）主要由移动设备（由移动设备（Mobile Equipment，ME）和通）和通用用户识别模块（用用户识别模块（Universal Subscriber Identity Module，USIM）两部分组成。）两部分组成。图图3-4 UMTS网元和接口网元和接口 （1

9、）移动设备（）移动设备（ME），即通常所说的手机，），即通常所说的手机，有车载型、便携型和手持型。移动设备提供有车载型、便携型和手持型。移动设备提供用户与无线接入网相连的交互界面，具有与用户与无线接入网相连的交互界面，具有与网络进行信令和数据交换的能力，为用户实网络进行信令和数据交换的能力，为用户实现各种业务功能和服务。移动设备包括射频现各种业务功能和服务。移动设备包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等部件。应用层软件模块等部件。 （2）通用用户识别模块（）通用用户识别模块（USIM）的物理特）的物理特性与性与GSM的的SIM卡基本

10、相同。卡基本相同。USIM提供提供3G用户身份识别，储存移动用户的签约信息、用户身份识别，储存移动用户的签约信息、电话号码、多媒体信息等，提供保障电话号码、多媒体信息等，提供保障USIM信息安全可靠的安全机制。信息安全可靠的安全机制。 Cu接口是接口是USIM和和ME之间的接口，之间的接口，Cu接口采用标准接口。接口采用标准接口。 无线接入网（无线接入网（UMTS/Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）位于两个开）位于两个开放接口放接口Uu和和Iu之间，完成所有与无线有关的之间，完成所有与无线有关的功能。功能。 Node B的主要功能

11、是的主要功能是Uu接口物理层的处接口物理层的处理，如扩频、信道编码、速率匹配、交织、理，如扩频、信道编码、速率匹配、交织、调制和解扩、信道解码、解交织和解调，还调制和解扩、信道解码、解交织和解调，还包括基带信号和射频信号的相互转换功能，包括基带信号和射频信号的相互转换功能，无线资源管理部分控制算法的实现等。无线资源管理部分控制算法的实现等。 无线网络控制器（无线网络控制器（RNC）主要完成连）主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并和无线接建立和断开、切换、宏分集合并和无线资源管理控制等功能，分为如下资源管理控制等功能，分为如下3类：类： 系统信息管理：执行系统信息广播与系系统信息管理：执行系

12、统信息广播与系统接入控制功能。统接入控制功能。 移动性管理：切换和移动性管理：切换和RNC迁移等移动迁移等移动性管理。性管理。 无线资源管理与控制：宏分集合并、无线资源管理与控制：宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。理和控制功能。 控制无线网络控制器（控制无线网络控制器（CRNC）：控制）：控制Node B的操作与维护、接入控制等功能，并与的操作与维护、接入控制等功能，并与Node B直接存在物理连接的直接存在物理连接的RNC称为称为Node B的控制的控制无线网络控制器（无线网络控制器（CRNC）。）。CRNC负责管理负责管理整个小区

13、的资源，命令整个小区的资源，命令Node B配置、重配置或配置、重配置或删除对小区资源的使用。删除对小区资源的使用。 服务无线网络控制器（服务无线网络控制器（SRNC）：负）：负责责UE和和CN之间的无线连接的管理，一之间的无线连接的管理，一个与个与UTRAN相连的相连的UE有并且只能有一有并且只能有一个个SRNC，通常，通常SRNC即是即是CRNC，但在，但在软切换过程中可以有例外。软切换过程中可以有例外。 漂移无线网络控制器（漂移无线网络控制器（DRNC）：除了）：除了SRNC以外，以外，UE所用到的其他所用到的其他RNC称为漂称为漂移无线网络控制器（移无线网络控制器（DRNC），一个），

14、一个UE可可以没有也可以有一个或多个以没有也可以有一个或多个DRNC。一个。一个DRNC可以与一个或多个可以与一个或多个UE相连。相连。 DRNC不与不与CN直接相连。直接相连。DRNC控制控制UE使用的小区资源，可以进行宏分集合并、使用的小区资源，可以进行宏分集合并、分裂。分裂。 和和SRNC不同的是，不同的是，DRNC不对用户平不对用户平面的数据进行数据链路层的处理，而在面的数据进行数据链路层的处理，而在Iub和和Iur接口间进行透明的数据传输。接口间进行透明的数据传输。 UTRAN接口均为开放的标准接口，接口均为开放的标准接口，不同厂家的设备可以很容易地互联互通。不同厂家的设备可以很容易

15、地互联互通。 UTRAN接口和协议如表接口和协议如表3-1所示。所示。接接 口口 名名 称称接接 口口 位位 置置协协 议议IuCN-UTRANRANAPIurRNC-RNCRNSAPIubRNC-Node BNBAPUuNode B-UEWCDMA表表3-1UTRAN接口和协议接口和协议 核心网承担各种类型业务的提供以核心网承担各种类型业务的提供以及定义，包括用户的描述信息、用户业及定义，包括用户的描述信息、用户业务的定义还有相应的一些其他过程。务的定义还有相应的一些其他过程。 UMTS核心网负责内部所有的语音核心网负责内部所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及与其他网呼叫、数据连接和交换，以

16、及与其他网络的连接和路由选择的实现。不同协议络的连接和路由选择的实现。不同协议版本核心网之间存在一定的差异。版本核心网之间存在一定的差异。 核心网的电路交换域（核心网的电路交换域（CS）通过）通过GMSC与与外部网络相连，如公用电话交换网（外部网络相连，如公用电话交换网（PSTN）、）、综合业务数据网（综合业务数据网（ISDN）及其他公共陆地移动）及其他公共陆地移动网（网（PLMN）。）。 核心网的分组交换域（核心网的分组交换域（PS）通过）通过GGSN与与外部的外部的Internet及其他分组数据网（及其他分组数据网（PDN）等相）等相连。连。1R99网络结构及接口网络结构及接口2R4网络结

17、构及接口网络结构及接口（1）R4网络结构网络结构 R4版本与版本与R99版本相比，版本相比，R4网络中网络中的主要变化是在核心网电路域提出了承的主要变化是在核心网电路域提出了承载和控制独立的概念，引入了软交换技载和控制独立的概念，引入了软交换技术，导致了核心网功能实体发生变化。术，导致了核心网功能实体发生变化。 如图如图3-7所示。所示。 R4核心网电路域变化的实体功能介绍如下。核心网电路域变化的实体功能介绍如下。 MSC服务器（服务器（MSC Server）。）。MSC Server用用来处理信令，独立于承载协议。它主要由来处理信令，独立于承载协议。它主要由MSC的的呼叫控制和移动控制单元组

18、成，负责完成呼叫控制和移动控制单元组成，负责完成CS域的域的呼叫、媒体网关管理、移动性管理、认证、资源呼叫、媒体网关管理、移动性管理、认证、资源分配、计费等功能，还包括分配、计费等功能，还包括R4版本核心网电路域版本核心网电路域提供的其他业务。提供的其他业务。图图3-7 R4网络结构图网络结构图 电路交换媒体网关（电路交换媒体网关（CS-MGW）。）。CS-MGW用来处理用户数据，可以终结电路交换网络来的用来处理用户数据，可以终结电路交换网络来的承载通道，也可以终结分组交换网来的媒体流，承载通道，也可以终结分组交换网来的媒体流，如如IP网中的实时协议（网中的实时协议（RTP）数据流。）数据流。

19、 关口关口MSC服务器（服务器（GMSC Server）。）。GMSC Server主要由主要由GMSC的呼叫控制和移动控制单元的呼叫控制和移动控制单元组成，负责与其他网络（组成，负责与其他网络（PSTN/ISDN/PLMN）的互通，实现的互通，实现GMSC的呼叫管理、路由和移动的呼叫管理、路由和移动性管理，控制性管理，控制MGW交换等。交换等。 R4核心网实现了控制与承载的分离，核心网实现了控制与承载的分离，除新增接口外，除新增接口外，R4核心网的接口、实现方核心网的接口、实现方式和功能与式和功能与R99相似。表相似。表3-3所示为核心网所示为核心网新增接口与协议。新增接口与协议。接接 口口

20、 名名连连 接接 实实 体体信令与协议信令与协议Mc（G）MSC ServerCS-MGWH.248NcMSC Server（G）MSC ServerISUP、BICCNbCS-MGWCS-MGWRTP/UDP/IP AAL2、STM、H.245R99全部接口名全部接口名R99全部连接实体全部连接实体R99全部信令与协议全部信令与协议表表3-3R4核心网新增接口与协议核心网新增接口与协议 R5版本在无线接入网方面的改进如下。版本在无线接入网方面的改进如下。 提出高速下行分组接入（提出高速下行分组接入（HSDPA）技术，）技术，使下行数据速率峰值可达使下行数据速率峰值可达14.4Mbit/s。H

21、SDPA技术将在后面的章节介绍。技术将在后面的章节介绍。 Iu，Iur，Iub接口增加了基于接口增加了基于IP的可选择的可选择传输方式，保证无线接入网实现全传输方式，保证无线接入网实现全 IP化。化。 R5版本在核心网（版本在核心网（Core Network，CN）方）方面，在面，在R4基础上增加了基础上增加了IP多媒体子系统（多媒体子系统（IMS），），它和它和PS域一起实现了实时和非实时的多媒体业务，域一起实现了实时和非实时的多媒体业务，并可实现与并可实现与CS域的互操作，包括域的互操作，包括IMS子系统的子系统的R5版本网络结构如图版本网络结构如图3-9所示。所示。图图3-9 含含IMS

22、子系统的子系统的R5版本网络结构版本网络结构 R6研究的主要内容如下。研究的主要内容如下。 （1）PS域与承载无关的网络框架，研究是域与承载无关的网络框架，研究是否在分组域也实行控制和承载的分离，将否在分组域也实行控制和承载的分离，将SGSN和和GGSN分为分为GSN Server和媒体网和媒体网关的形式。关的形式。 （2）在网络互操作方面，研究）在网络互操作方面，研究IMS与与PLMN/ PSTN/ISDN等网络的互操作，以实现等网络的互操作，以实现IMS与与其他网络的互联互通；研究其他网络的互联互通；研究WLAN-UMTS网网络互通，保证用户使用不同的接入方式时切络互通，保证用户使用不同的

23、接入方式时切换不中断业务。换不中断业务。 （3）在业务方面，研究包括多媒体广播）在业务方面，研究包括多媒体广播/多播多播业务（业务（MBMS）、）、Push业务、业务、Presence、PoC（Push-To-Talk over Cellular）业务、网上聊）业务、网上聊天业务及数字权限管理等。天业务及数字权限管理等。 （4）无线接入方面采用的新技术有正交）无线接入方面采用的新技术有正交频分复用调制（频分复用调制（OFDM）技术、多天线）技术、多天线技术（技术（MIMO）、高阶调制技术和新的）、高阶调制技术和新的信道编码方案等，信道编码方案等，OFDM和和MIMO也是也是后后3G的重点技术。

24、的重点技术。 （5）R6的高速上行分组接入（的高速上行分组接入（HSUPA），），理论峰值数据速率可达理论峰值数据速率可达5.76Mbit/s；R6的的高速下行分组接入（高速下行分组接入（HSDPA），理论峰值），理论峰值数据速率可达数据速率可达30Mbit/s。1IMS概述概述 IMS主要特点如下。主要特点如下。 （1）IMS的重要特点是对控制层功能做的重要特点是对控制层功能做了进一步的分解，实现了会话控制实体了进一步的分解，实现了会话控制实体和承载控制实体在功能上的分离，体现和承载控制实体在功能上的分离，体现了了“业务与控制分离业务与控制分离”、“控制与接入控制与接入和承载分离和承载分离”

25、的原则，网络构架层次化的原则，网络构架层次化为不同网络的互通和业务的融合奠定了为不同网络的互通和业务的融合奠定了基础。基础。 IMS的设计是独立于接入网的，不依赖的设计是独立于接入网的，不依赖于任何接入技术和接入方式。于任何接入技术和接入方式。 通过利用核心网的设备，使得不同的用通过利用核心网的设备，使得不同的用户终端用不同的接入方式接入户终端用不同的接入方式接入IMS网络，支网络，支持各种融合业务的公共平台，提供新型的基持各种融合业务的公共平台，提供新型的基于于IP的交互式多媒体业务。的交互式多媒体业务。 （2）IMS继承了移动通信系统特有的网继承了移动通信系统特有的网络技术，继续使用归属网

26、络和访问网络络技术，继续使用归属网络和访问网络的概念，支持用户全程全网漫游能力，的概念，支持用户全程全网漫游能力，具有切换功能，集中用户数据管理等。具有切换功能，集中用户数据管理等。 （3）IMS中重用了中重用了IETF组织制定的互联网技术组织制定的互联网技术和协议。会话控制层采用了具有灵活性和标准和协议。会话控制层采用了具有灵活性和标准化的开放接口化的开放接口SIP。网络层选用。网络层选用IPv6，同样运用，同样运用域名系统（域名系统（Domain Name System，DNS）协议）协议进行地址解析。终端用户安全认证、授权和计进行地址解析。终端用户安全认证、授权和计费沿用计算机网络中费沿

27、用计算机网络中AAA方式，使用方式，使用RADIUS协议基础上开发的协议基础上开发的Diameter协议。协议。 （4）IMS业务应用平台支持多种业务，能为业务应用平台支持多种业务，能为SIP用户提供全程全网漫游能力和虚拟归属业务环用户提供全程全网漫游能力和虚拟归属业务环境（境（VHE）能力。）能力。IMS在原有在原有UMTS技术基础技术基础上，提供根据用户、业务、数据流、内容、事上，提供根据用户、业务、数据流、内容、事件、时间等的更多计费手段，通过新的在线计件、时间等的更多计费手段，通过新的在线计费功能，运营商还可以实时控制业务流程。费功能，运营商还可以实时控制业务流程。 （5）IMS由多个

28、标准化组织定义并发展完善，由多个标准化组织定义并发展完善，如如3GPP/3GPP2、ITU-T、IETF和和ETSI等，等，IMS越来越受到业界的关注。越来越受到业界的关注。 3GPP IMS的主要功能实体如图的主要功能实体如图3-10所示，所示，包括呼叫会话控制功能（包括呼叫会话控制功能（CSCF）、归属用户服）、归属用户服务器（务器（HSS）、媒体网关控制功能（）、媒体网关控制功能（MGCF）、）、IP多媒体多媒体-媒体网关功能（媒体网关功能（IM-MGW）、多媒体）、多媒体资源功能控制器（资源功能控制器（MRFC）、多媒体资源功能处）、多媒体资源功能处理器（理器（MRFP）、签约定位器功

29、能（）、签约定位器功能（SLF）、出）、出口网关控制功能（口网关控制功能（BGCF）、信令网关（）、信令网关（SGW）、）、应用服务器（应用服务器（AS）、多媒体域业务交换功能）、多媒体域业务交换功能 （IM-SSF）、业务能力服务器（）、业务能力服务器（OSA-SCS）等。）等。图图3-10 IMS的主要功能实体示意图的主要功能实体示意图3.3.1 UTRAN接口协议模型接口协议模型 UMTS系统是模块化设计的，模块之间通过系统是模块化设计的，模块之间通过网络协议互联。网络协议互联。 UMTS网络接口采用用户面与控制面分离、网络接口采用用户面与控制面分离、无线网络层与传输网络层相分离的设计原

30、则，以无线网络层与传输网络层相分离的设计原则，以保证层间和逻辑体系上的相互独立性，尽可能地保证层间和逻辑体系上的相互独立性，尽可能地满足了开放性和可升级性的要求，便于协议的修满足了开放性和可升级性的要求，便于协议的修改和扩充。改和扩充。 UTRAN是是UMTS系统的无线接入网系统的无线接入网部分，为部分，为UMTS系统设计的主要部分。系统设计的主要部分。图图3-11 UMTS分层结构分层结构 UTRAN接口通用协议模型如图接口通用协议模型如图3-12所示。接口协议分为两层二平面。所示。接口协议分为两层二平面。 两层指从水平的分层结构来看，分两层指从水平的分层结构来看，分为无线网络层和传输网络层

31、。为无线网络层和传输网络层。 二平面指从垂直面来看，每个接口二平面指从垂直面来看，每个接口分为控制面和用户面。分为控制面和用户面。 UTRAN内部的内部的3个接口（个接口（Iu，Iur和和Iub）都遵循统一的基本协议模型结构。）都遵循统一的基本协议模型结构。图图3-12 UTRAN接口的协议栈模型接口的协议栈模型1Iu接口结构及功能接口结构及功能 Iu接口是接口是UTRAN与核心网之间的接口，与核心网之间的接口，也可以看作也可以看作RNC与与CN之间的一个参考点。之间的一个参考点。 UTRAN与核心网电路域的接口称为与核心网电路域的接口称为Iu-CS，与核心网分组域的接口称为，与核心网分组域的

32、接口称为Iu-PS，与小，与小区广播系统之间的接口称为区广播系统之间的接口称为Iu-BC，Iu接口结接口结构如图构如图3-14所示。所示。图图3-14 Iu接口结构接口结构 Iu-CS和和Iu-PS接口由控制面和用户面接口由控制面和用户面构成。构成。 Iu-BC接口只有一个平面，既包括控接口只有一个平面，既包括控制信息也包含用户信息。制信息也包含用户信息。 Iub接口作为接口作为RNC与与Node B之间的之间的接口，负责所有接口，负责所有RNC与与Node B之间的通之间的通信过程。信过程。Iub接口的协议栈结构如图接口的协议栈结构如图3-18所示。所示。图图3-18 Iub接口的协议栈结构

33、接口的协议栈结构 与与UTRAN接口的协议模型一致，接口的协议模型一致，Iub接接口分为控制面和用户面，其中控制面根据功口分为控制面和用户面，其中控制面根据功能的不同又分为无线网络控制面和传输网络能的不同又分为无线网络控制面和传输网络控制面。控制面。 在在GSM网络中，两个网络中，两个BSC之间是没之间是没有逻辑接口的，而在有逻辑接口的，而在WCDMA中，为了中，为了更好地满足对用户移动性的支持，引入更好地满足对用户移动性的支持，引入了任意两个了任意两个RNC之间的逻辑接口之间的逻辑接口Iur。 与与Iu接口相同，水平方向分为无线接口相同，水平方向分为无线网络层和传输网络层；垂直方向分为控网络

34、层和传输网络层；垂直方向分为控制面和用户面，如图制面和用户面，如图3-19所示。所示。图图3-19 Iur接口协议栈结构接口协议栈结构 在无线网络层控制面是无线网络子在无线网络层控制面是无线网络子系统应用部分（系统应用部分（RNS Application Part，RNSAP）协议，用户面是）协议，用户面是Iur FP协议。协议。3.4.1 Uu接口协议结构接口协议结构 WCDMA系统中系统中Uu接口，有时也称为接口，有时也称为空中接口，是指空中接口，是指UE和和UTRAN之间的接口，之间的接口，通过使用无线传输技术（通过使用无线传输技术（RTT）将）将UE接入接入到系统固定网络部分。到系统固

35、定网络部分。 Uu接口协议用于在接口协议用于在UE和和UTRAN之间传之间传送用户数据和控制信息，建立、重新配置和送用户数据和控制信息，建立、重新配置和释放无线承载业务。释放无线承载业务。 空口接口的协议结构如图空口接口的协议结构如图3-20所示（图所示（图中只包括了在中只包括了在UTRAN中可见的协议）。中可见的协议）。 每一个方框代表一个协议实体，椭圆表每一个方框代表一个协议实体，椭圆表示业务接入点（示业务接入点（SAP），协议实体间的通信），协议实体间的通信通过通过SAP进行。进行。 空口接口的协议结构分为两面三层，空口接口的协议结构分为两面三层，垂直方向分为控制平面和用户平面，控制垂直

36、方向分为控制平面和用户平面，控制平面用来传送信令信息，用户平面用来传平面用来传送信令信息，用户平面用来传送语音和数据。水平方向分为送语音和数据。水平方向分为3层：层：l第第1层（层（L1）：物理层；）：物理层；l第第2层（层（L2）：数据链路层；）：数据链路层；l第第3层（层（L3）：网络层。）：网络层。 其中第其中第2层又分为几个子层：媒体接入控层又分为几个子层：媒体接入控制（制（MAC）子层、无线链路控制（）子层、无线链路控制（RLC）子）子层、分组数据汇聚协议（层、分组数据汇聚协议（PDCP）子层和广播）子层和广播/多播控制（多播控制（BMC）子层。）子层。图图3-20 空口接口的协议结

37、构空口接口的协议结构1物理层的功能物理层的功能 物理层位于空中接口协议模型的最物理层位于空中接口协议模型的最底层，给底层，给MAC层提供不同的传输信道，层提供不同的传输信道，并且为高层提供服务。并且为高层提供服务。 在在3GPP规范中，详细描述了物理层规范中，详细描述了物理层及功能。及功能。 物理层主要实现以下一些功能：物理层主要实现以下一些功能： （1）为传输信道进行前向纠错编）为传输信道进行前向纠错编/解码；解码； （2）无线特性测量，如误帧率、信干比）无线特性测量，如误帧率、信干比等，并通知高层；等，并通知高层； （3）宏分集合并以及软切换实现；）宏分集合并以及软切换实现； （4）在传输

38、信道上进行错误检测并通知）在传输信道上进行错误检测并通知高层；高层；（5）传输信道到物理信道的速率匹配；）传输信道到物理信道的速率匹配；（6）传输信道至物理信道的映射；）传输信道至物理信道的映射；（7）物理信道扩频）物理信道扩频/解扩、调制解扩、调制/解调；解调；（8）频率和时间（位、码片、比特、时隙）频率和时间（位、码片、比特、时隙和帧）同步；和帧）同步；（9）闭环功率控制；）闭环功率控制；（10）RF处理等。处理等。 物理层的基本传输单元为无线帧，持物理层的基本传输单元为无线帧，持续时间为续时间为10ms，长度为，长度为38 400chip；无线；无线帧又被划分为帧又被划分为15个时隙的处

39、理单元，每个个时隙的处理单元，每个时隙有时隙有2 560chip，持续时间为，持续时间为2/3ms。 WCDMA的物理信道帧结构如图的物理信道帧结构如图3-21所示。物理层的信息速率随着符号速率的所示。物理层的信息速率随着符号速率的变化而变化，而符号速率则取决于扩频因变化而变化，而符号速率则取决于扩频因子。子。图图3-21 WCDMA的物理信道帧结构的物理信道帧结构 物理信道的特征可由载频、扰码、信道物理信道的特征可由载频、扰码、信道化码（可选的）和相对相位来体现。按照信化码（可选的）和相对相位来体现。按照信息的传送方向，物理信道可分为上行物理信息的传送方向，物理信道可分为上行物理信道（道（U

40、E至至Node B）和下行物理信道（）和下行物理信道（Node B至至UE）；按照物理信道是否由多个用户共享）；按照物理信道是否由多个用户共享还是一个用户使用分为专用物理信道和公共还是一个用户使用分为专用物理信道和公共物理信道，如图物理信道，如图3-22所示，其中所示，其中HS-SCCH、HS-PDSCH、HS-DPCCH为在为在R5中引入的信中引入的信道，将在后面的章节介绍。道，将在后面的章节介绍。图图3-22 WCDMA物理信道示意图物理信道示意图 数据链路层使用物理层提供的服务，并向第数据链路层使用物理层提供的服务，并向第3层提供服务。层提供服务。 数据链路层划分为媒体接入控制（数据链路

41、层划分为媒体接入控制（MAC）子）子层、无线链路控制（层、无线链路控制（RLC）子层、分组数据汇聚）子层、分组数据汇聚协议（协议（PDCP）子层和广播）子层和广播/多播控制（多播控制（BMC）子）子层。层。 其中其中MAC和和RLC由控制面与用户面共用，由控制面与用户面共用，PDCP和和BMC仅用于用户面。仅用于用户面。（1）MAC子层功能子层功能 MAC子层位于物理层之上，向高层子层位于物理层之上，向高层提供无确认的数据传送、无线资源重分配提供无确认的数据传送、无线资源重分配和测量等服务，通过物理层提供的传输信和测量等服务，通过物理层提供的传输信道借助逻辑信道与上层交换数据。完成的道借助逻辑

42、信道与上层交换数据。完成的主要功能如下：主要功能如下： 逻辑信道与传输信道间的映射；逻辑信道与传输信道间的映射； 根据瞬时源速率为每个传输信道选择根据瞬时源速率为每个传输信道选择适当的传输格式（适当的传输格式（TF），保证高的传输），保证高的传输效率；效率； 通过选择高比特速率或低比特速率的通过选择高比特速率或低比特速率的传输格式，实现一个传输格式，实现一个UE的数据流之间优的数据流之间优先级处理；先级处理； 通过动态调度为不同的通过动态调度为不同的UE间进行优先间进行优先级处理；级处理； 把高层来的协议数据单元（把高层来的协议数据单元（PDU）复用）复用成传输块后发送给物理层，或者把从物理层

43、成传输块后发送给物理层，或者把从物理层来的传输块解复用成高层的来的传输块解复用成高层的PDU，对于专用，对于专用信道适用于相同信道适用于相同QoS参数的业务，参数的业务，PDU是对是对等协议层之间进行交流的基本数据单元；等协议层之间进行交流的基本数据单元； 测量逻辑信道业务量并向测量逻辑信道业务量并向RRC报告，报告，此测量报告有可能引发对无线承载此测量报告有可能引发对无线承载/或传或传输信道参数的重新配置；输信道参数的重新配置； 在在RRC层的命令下，层的命令下，MAC子层执行子层执行传输信道类型转换；传输信道类型转换； 为在为在RLC子层使用透明模式传输的数子层使用透明模式传输的数据进行加

44、密；据进行加密； 为为RACH和和CPCH选择接入类别和等选择接入类别和等级。级。 MAC子层由子层由MAC-b、MAC-c/sh和和MAC-d 3个逻辑实体构成，如图个逻辑实体构成，如图3-35所所示。示。图图3-35 MAC子层结构子层结构（1）RLC子层主要功能子层主要功能 数据分段和重组：根据实际传输格式，数据分段和重组：根据实际传输格式，RLC子层对高层来的长度变化的子层对高层来的长度变化的PDU进行进行分割成为分割成为RLC的净负荷单元，此负荷单元的净负荷单元，此负荷单元经处理后称为经处理后称为RLC PDU；将低层来的；将低层来的RLC PDU重组为变长的高层重组为变长的高层PD

45、U。 级联和填充：服务数据单元（级联和填充：服务数据单元（SDU）是）是协议栈中层与层或层与子层之间进行交流协议栈中层与层或层与子层之间进行交流的基本数据单元。如果的基本数据单元。如果RLC SDU中的内容中的内容不能填满整数个不能填满整数个RLC PDU，就把下一个，就把下一个RLC SDU的第一段与当前的第一段与当前RLC SDU的最后的最后一段进行级联，进而构成一段进行级联，进而构成RLC PDU；当不；当不能应用级联而且传输的数据不能填满给定能应用级联而且传输的数据不能填满给定RLC PDU的大小时，剩下的部分用填充比的大小时，剩下的部分用填充比特填满。特填满。 用户数据传输和纠错：用

46、户数据传输和纠错：RLC支持确认支持确认模式、非确认模式和透明模式模式、非确认模式和透明模式3种数据传种数据传输模式；在确认模式下，输模式；在确认模式下，RLC通过重传通过重传提供纠错功能。提供纠错功能。 高层高层PDU顺序传输和复制检测：为采用确顺序传输和复制检测：为采用确认模式传输的数据提供顺序发送的功能，否认模式传输的数据提供顺序发送的功能，否则系统支持乱序发送；复制检测收到的则系统支持乱序发送；复制检测收到的RLC PDU，保证合成的高层，保证合成的高层PDU只向上层提供。只向上层提供。 流量控制：接收流量控制：接收RLC实体可以控制对端信实体可以控制对端信息发送的速率。息发送的速率。

47、 序列检查：序列检查用于非确认模式，序列检查：序列检查用于非确认模式，在在RLC PDU被重组到被重组到RLC SDU中时，通中时，通过检查过检查RLC PDU中的序列号，检测错误的中的序列号，检测错误的RLC SDU。错误的。错误的RLC SDU将被丢弃。将被丢弃。 协议错误检测与恢复：检测并纠正在协议错误检测与恢复：检测并纠正在RLC操作中的错误并进行恢复。操作中的错误并进行恢复。 加密：适用于非透明模式下数据传输，加密：适用于非透明模式下数据传输，加密算法与加密算法与MAC子层的方法相同。子层的方法相同。 RLC子层支持子层支持3种传输模式：透明模式（种传输模式：透明模式（Tr）、）、非

48、确认模式（非确认模式（UM）和确认模式（）和确认模式（AM）。透明模式）。透明模式和非确认模式的实体是单向实体，可以配置为发送和非确认模式的实体是单向实体，可以配置为发送实体或者接收实体；确认模式实体是双向实体，包实体或者接收实体；确认模式实体是双向实体，包含发送侧和接收侧，可同时进行收发。含发送侧和接收侧，可同时进行收发。RLC子层的子层的结构如图结构如图3-37所示。所示。图图3-37 RLC子层结构子层结构 分组数据汇聚协议（分组数据汇聚协议（PDCP）子层）子层仅存在于用户平面，提供分组域业务。仅存在于用户平面，提供分组域业务。 高层通过高层通过SAP配置配置PDCP，如图，如图3-3

49、8所示。所示。PDCP子层主要功能如下。子层主要功能如下。图图3-38 PDCP子层结构图子层结构图 （1）分别在接收与发送实体对）分别在接收与发送实体对IP数据流执数据流执行头压缩和解压缩功能。头压缩协议专用行头压缩和解压缩功能。头压缩协议专用于特定的网络层、传输层或高层协议的组于特定的网络层、传输层或高层协议的组合，如合，如TCP/IP和和RTP/UDP/IP等，使网络等，使网络层协议（如层协议（如IPv4、IPv6等）的引入独立于等）的引入独立于UTRAN协议。协议。 （2）用户数据传输，非接入层送来的）用户数据传输，非接入层送来的PDCP-SDU与与 RLC实体间的互相转发。实体间的互

50、相转发。 （3）为无线承载（）为无线承载（RB）提供一个序列号，）提供一个序列号，支持无损的支持无损的SRNC重定位。重定位。 广播广播/组播控制协议（组播控制协议（BMC）子层仅）子层仅存在于用户平面，以无确认方式提供公存在于用户平面，以无确认方式提供公共用户的广播共用户的广播/多播业务。多播业务。 BMC子层结构如图子层结构如图3-39所示。所示。BMC主要功能如下。主要功能如下。图图3-39 BMC子层结构图子层结构图（1）小区广播消息的存储；）小区广播消息的存储；（2）为小区广播业务进行业务量检测和无）为小区广播业务进行业务量检测和无线资源请求；线资源请求；（3）BMC消息的调度；消息

51、的调度；（4）向）向UE发送发送BMC消息；消息；（5）向高层）向高层NAS传递小区广播消息。传递小区广播消息。 RRC层属于控制平面，层属于控制平面，UE和和UTRAN间间的控制信令主要是无线资源控制（的控制信令主要是无线资源控制（RRC）层）层消息，控制接口管理和对低层协议实体的配消息，控制接口管理和对低层协议实体的配置。置。 RRC层主要完成的功能有：接入层层主要完成的功能有：接入层控制、系统信息广播、控制、系统信息广播、RRC连接管理、连接管理、无线承载管理、无线承载管理、RRC移动性管理、无线移动性管理、无线资源管理、寻呼和通知、高层信息路由资源管理、寻呼和通知、高层信息路由功能、加

52、密和完整性保护、功率控制、功能、加密和完整性保护、功率控制、测量控制和报告等。测量控制和报告等。 RRC层功能实体如下。层功能实体如下。 （1）路由功能实体（）路由功能实体（RFE）：处理高层消）：处理高层消息到不同的移动管理息到不同的移动管理/连接管理实体（连接管理实体（UE侧）或不同的核心网络域（侧）或不同的核心网络域（UTRAN侧）侧）的路由选择。的路由选择。 （2）广播控制功能实体（）广播控制功能实体（BCFE）：处理）：处理系统信息的广播。在系统信息的广播。在RNC中，每个小区都中，每个小区都至少有一个至少有一个BCFE。 （3）寻呼及通告控制功能实体（）寻呼及通告控制功能实体（PNFE）：控）：控制对还未建立制对还未建立RRC连接的连接的UE的寻呼。在的寻呼。在RNC中，对由这个中，对由这个RNC控制的小区都至少有一个控制的小区都至少有一个PNFE实体