UTRAN网络结构和基本协议

1、移动通信系统网络优化UTRAN网络结构和基本协议SRNSDRNSNodeBNodeBNodeBNodeBRNCCNRNC IuIuIur IubIubIubIubUEUuUTRAN体系结构UTRAN网络结构和基本协议物理层信令承载ALCAP应用协议无线网络层传输网络层控制面 传输网络控制面用户面数据流数据承载信令承载 传输网络用户面 传输网络用户面UTRAN接口通用协议模型UTRAN网络结构和基本协议Node BRNCRNCCSDomainPSDomainBCDomainNode BNode BNode BUTRANCore Network (CN)“Iu-CS”“Iu-PS”“Iu-BC”I

2、u接口Iu口逻辑结构UTRAN网络结构和基本协议Physical LayerATMAAL 5AAL 5SSCF-NNISSCOPQ.2150.1AAL 2Q.2630.2RANAP无线网络层传输网络层 控制面 传输网络控制面用户面Iu UP ProtocolLayerMTP3bSCCPSSCF-NNISSCOPMTP3b 传输网络用户面 传输网络用户面Iu-CS协议结构UTRAN网络结构和基本协议接口协议层次IuCS重点关注两个协议：RANAP:（Iu口控制面协议）Iu口的信令管理、RAB管理、寻呼功能、UE-CN信令直传功能等Iu-UP：（Iu口用户面协议）Iu UP协议的主要用途是在Iu接

3、口传递RAB相关的数据。Iu UP协议包括两种模式，一种模式是透明模式；另外一种是支持模式。前者用于实时性不高的业务（如分组业务），后者用于实时业务（如Iu CS的AMR语音数据）UTRAN网络结构和基本协议MMRRCMACRLCIu-csRANAPALL5ATMSignallingBearerSCCPRRCRANAPL1MACRLCAAL5ATMSCCPSignallingBearerMMCMCMUuMSCSUERNSSSCF-NNISSCOPL1Iu-CS接口控制面协议结构UTRAN网络结构和基本协议RANAP协议功能简介RANAP：无线接入网络应用部分协议，主要实现在RNC和CN之间通过

4、对高层协议的封装和承载为上层业务提供信令传输功能。RANAP功能RAB管理（Overall RAB Management ）复位Iu（RNC Reset）SRNC重定位（SRNC Relocation ）Iu口释放（Iu Release）寻呼（Paging）位置报告层三消息的直传 无线接入承载（ RAB ）：是建立在UE和CN之间的，是接入层向非接入层提供的，用于在用户设备UE和CN间传递用户数据。无线网络层控制面协议，与底层承载无关UTRAN网络结构和基本协议ALCAP协议功能简介ALCAP：接入链路控制应用部分，主要对无线网络层的命令如建立，保持和释放数据承载作出反应，实现对用户面AAL2

5、连接的动态建立、维护、释放和控制等功能。STCALCAPMTP3BAAL2承载的建立 AAL2承载的释放VPI、VCI的闭塞VPI、VCI的解闭AAL2链路的复位ALCAP协议包含两部分：Q.2630.1（ AAL2 Connection Signalling ）动态地在Iu接口上建立和释放AAL2连接、分配和取消AAL2资源。Q.2150.1（ALL2 STC）是基于宽带MTP的AAL2信令传送转换器， STC作用：透传、业务可及性报告、拥塞报告，根据上层有关参数的信息完成链路选择功能。UTRAN网络结构和基本协议Iu-CS接口用户面协议结构IuUP：Iu用户面协议，位于Iu接口上无线网络层

6、的用户平面内，用来传输与无线接入承载（RAB）绑定的用户数据。L1MACRLCIu-csALL2ATMIuUPL1MACRLCAAL2ATMIuUP用户数据用户数据UuMSCSUERNSUTRAN网络结构和基本协议Physical LayerATMAAL 5SSCF-UNISSCOPRANAP无线网络层传输网络层 控制面 传输网络控制面用户面Iu UP ProtocolLayerMTP3-BSCTPIPSCCP 传输网络用户面 传输网络用户面Physical LayerATMAAL 5UDPIPGTP-UM3UAIu-PS协议结构UTRAN网络结构和基本协议公用，专用信道管理传输资源管理操作维

7、护标准接口，允许不同厂家互联逻辑操作维护Iub接口特征和功能特征功能UTRAN网络结构和基本协议接口协议层次IubUTRAN网络结构和基本协议接口协议层次IubNBAP协议的功能主要包括Node B逻辑操作维护功能以及专用NBAP功能。Node B逻辑操作维护功能主要包括小区、公共信道的建立、重配置和释放以及小区和Node B相关的一些测量控制，还有一些故障管理功能，例如资源的闭塞、解闭塞、复位等。专用NBAP功能主要包括无线链路的增加、删除和重配置、无线链路相关测量的初始化和报告、无线链路故障管理等功能。UTRAN网络结构和基本协议RRCMAC物理层BMCRLCRLCRLCRLCRLCRLC

8、RLCRLCPDCPPDCP传输信道逻辑信道无线承载ControlControlControlControlControl控制面信令用户面消息Uu接口边界L1L2/MACL2/RLCL2/BMCL2/PDCPL3Uu接口协议结构UTRAN网络结构和基本协议接口协议层次UuRRC提供：系统信息广播、寻呼控制、RRC连接控制等功能；BMC提供：在无线接口的用户平面提供广播多播的发送服务，用于将来自于广播域的广播和多播业务适配到空中接口；PDCP提供：分组数据传输服务；RLC： 提供用户和控制数据的分段和重传服务；MAC：逻辑信道到传输信道的映射。UTRAN网络结构和基本协议信道概念PHY laye

9、rMAC layerRLC layer传输信道物理信道逻辑信道L1L2UTRAN网络结构和基本协议3种信道模式逻辑信道：直接承载用户业务；根据承载的是控制平面业务还是用户平面业务分为两大类，即控制信道和业务信道。传输信道：无线接口层2和物理层的接口，是物理层对MAC层提供的服务；根据传输的是针对一个用户的专用信息还是针对所有用户的公共信息分为专用信道和公共信道两大类。物理信道：各种信息在无线接口传输时的最终体现形式，每一种使用特定的载波频率、码（扩频码和扰码）以及载波相对相位都可以理解为一类特定的信道。UTRAN网络结构和基本协议物理信道及其分类物理信道根据其承载的信息不同被分成了不同的类别，

10、有的物理信道用于承载传输信道的数据，而有些物理信道仅用于承载物理层自身的信息。 专用物理信道DPCH 公共物理信道CPCH 主公共控制物理信道P-CCPCH 辅公共控制物理信道S-CCPCH 快速物理接入信道FPACH 物理随机接入信道PRACH 物理上行共享信道PUSCH 物理下行共享信道PDSCH 寻呼指示信道PICHUTRAN网络结构和基本协议专用物理信道 （DPCH）专用物理信道DPCH （Dedicated Physical CHannel）用于承载来自专用传输信道DCH的数据，DPCH所使用的码和时隙等配置信息是通过信令消息配置给UE的；DPCH可以位于频带内的任意时隙和任意允许的

11、信道码，一个UE可以在同一时刻被配置多条DPCH，若UE允许多时隙能力，这些物理信道还可以位于不同的时隙，但是，对于上行多码传输，UE在每个时隙最多可以同时使用两个物理信道；下行物理信道采用的扩频因子为16和1，上行物理信道的扩频因子可以从116之间选择； DPCH支持TPC，SS，和TFCI所有物理层信令。UTRAN网络结构和基本协议主公共控制物理信道（P-CCPCH）主公共控制物理信道（P-CCPCH，Primary Common Control Physical CHannel）仅用于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播， UE上电后将搜索并解码该信道上的数据

12、以获取小区系统信息。主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中没有物理层信令TFCI、TPC或SS，为了满足信息容量的要求，P-CCPCH使用两个码分信道来承载BCH数据（P-CCPCH1和P-CCPCH2）。P-CCPCHs固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子SF=16的两个码道 ； 主公共控制物理信道作为信标信道（Beacon Channel）还具有以下特点以参照功率进行发送；发送时不进行波束赋型；在其占用的时隙专用m(1) 和 m(2) 两个训练码。对P-CCPCH信道的测量是UE物理层的一个重要测量。UTRAN网络结构和基本协议辅公共控制物理信道（S-CCPCH）辅公共控制物理信道（S

13、-CCPCH，Secondary Common Control Physical CHannel）用于承载来自传输信道FACH和PCH的数据，S-CCPCH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。S-CCPCH是单向下行信道，固定使用SF=16的扩频因子，不使用物理层信令SS和TPC，但可以使用TFCI，信道的编码及交织周期为20ms。受容量限制，S-CCPCH也使用两个码分信道（S-CCPCH1和S-CCPCH2）来构成一个S-CCPCH信道对。该信道可位于任一个下行时隙，使用时隙中的任意一对码分信道和Midamble移位序列。UTRAN网络结构和基本协议物理随机接入信道 （PRACH）物理

14、随机接入信道（PRACH，Physiacal Random Access CHannel）用于承载来自传输信道RACH的数据，PRACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。PRACH为单向上行信道，它可以使用的扩频因子有16、8、4。受信道容量限制，对不同的扩频因子，信道的其它结构参数也相应发生变化：SF=16，持续时间为4个子帧（20 ms）；SF=8， 持续时间为2个子帧（10 ms）；SF=4，持续时间为1个子帧（5 ms）。PRACH信道可位于任一上行时隙，使用任意允许的信道化码和Midamble位移序列。小区中配置的PRACH信道（或SF=16时的信道对）数目与FPACH信道的数

15、目有关，两者配对使用。传输信道RACH的数据不与来自其它传输信道的数据编码组合，因而PRACH信道上没有TFCI，也不使用SS和TPC控制符号。UTRAN网络结构和基本协议快速物理接入信道 （FPACH）快速物理接入信道（FPACH，Fast Physical Access CHannel）不承载传输信道信息，FPACH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。FPACH是单向下行信道，扩频因子SF=16，单子帧交织，信道的持续时间为5 ms，数据域内包含SS和TPC控制符号，因为FPACH不承载来自传输信道的数据，也就不需要使用TFCI。 Node B使用FPACH来响应在UpPTS时隙收到的

16、UE接入请求，从而调整UE的发送功率和同步定时偏移。 UTRAN网络结构和基本协议上行导频信道 （UpPCH）上行导频信道（UpPCH）就是整个上行导频时隙（UpPTS）。UpPTS时隙被UE用来发送上行同步码（SYNC_UL），建立与Node B的上行同步。Node B可以在同一子帧的UpPTS时隙识别最多8个不同的上行同步码（SYNC_UL）。多个UE可同时发起上行同步建立，但必须有不同的上行同步码。可以理解为：一个小区最多可有8个用于上行同步建立的上行导频信道UpPCH同时存在。 UTRAN网络结构和基本协议下行导频信道 （DwPCH）下行导频信道（DwPCH）就是整个下行导频时隙（Dw

17、PTS）；DwPTS时隙被Node B用来发送下行同步码（SYNC_DL），UE用来建立与Node B的下行同步；Node B必须在DwPTS发送唯一的下行同步码，具体值由配置决定，功率必须保证覆盖整个小区且保持不变；UTRAN网络结构和基本协议寻呼指示信道 （PICH）寻呼指示信道（PICH：Paging Indicator CHannel）不承载传输信道的数据， PICH所使用的码和时隙等配置信息在小区中广播。PICH为单向下行信道，PICH固定使用扩频因子SF=16。一个完整的PICH信道由两条码分信道构成。信道的持续时间为两个子帧（10 ms）。根据需要，也可将多个连续的PICH帧构成

18、一个PICH块。PICH与传输信道PCH配对使用，用以指示特定的UE是否需要解读其后跟随的PCH信道（映射在S-CCPCH上）。 UTRAN网络结构和基本协议共享物理信道 （PUSCH&PDSCH）物理上行共享信道（PUSCH，Physical Uplink Shared CHannel）用于承载来自传输信道USCH的数据。物理下行共享信道（PDSCH：Physical Downlink Shared CHannel）用于承载来自传输信道DSCH的数据。 物理上下行共享信道的物理层参数与专用物理信道相同。所谓共享指的是同一物理信道可由多个用户分时使用，或者说信道具有较短的持续时间。共享物理信道

19、由系统预先建立，然后根据UE的业务需求，按照某种方式分配给某个UE使用。UTRAN网络结构和基本协议传输信道传输信道是由L1提供给高层的服务，根据在空中接口上如何传输及传输什么特性的数据来定义的。传输信道一般可分为两组：公共信道在这类信道中，当消息是发给某一特定的UE时，需要有内识别信息；专用信道DCH在这类信道中，UE是通过物理信道来识别。 UTRAN网络结构和基本协议传输信道到物理信道的映射说明：左表中部分物理信道与传输信道并没有映射关系。按3GPP规定，只有映射到同一物理信道的传输信道才能够进行编码组合。由于PCH和FACH都映射到S-CCPCH，因此来自PCH和FACH的数据可以在物理

20、层进行编码组合生成CCTrCH。其它的传输信道数据都只能自身组合成，而不能相互组合。另外，BCH和RACH由于自身性质的特殊性，也不可能进行组合。传输信道物理信道DCH专用物理信道(DPCH)BCH主公共控制物理信道(P-CCPCH)PCH辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)FACH辅助公共控制物理信道(S-CCPCH)RACH物理随机接入信道(PRACH)USCH物理上行共享信道 (PUSCH)DSCH物理下行共享信道 (PDSCH)下行导频信道 (DwPCH)上行导频信道 (UpPCH)寻呼指示信道（PICH）快速物理接入信道F-PACHUTRAN网络结构和基本协议Establish R

21、RCConnectionRelease RRCConnection UTRA Connected ModeUTRA:Inter-RATHandoverGSM:HandoverEstablish RRCConnectionRelease RRCConnectionURA_PCHCELL_PCHGSMConnectedModeEstablish RRConnectionRelease RRConnectionIdle ModeCamping on a UTRAN cell1Camping on a GSM / GPRS cell1GPRS Packet Idle Mode1GPRSPacketTransferModeInitiation oftemporaryblock flowRelease oftemporaryblock flowCell reselectionCELL_DCH out of service in serviceCELL_FACH out of service in out of in serviceout ofserviceserviceRRC状态图RRC状态转换图UTRAN网络结构和基本协议UE的工作模式UE有两种基本的运行模式：空闲模式UE处于待机状态，没有业务的存在，UE和U