（通信与信息系统专业论文）wcdma系统iub接口流量控制算法研究与实现.pdf

摘要 随着无线通信的发展，信息的业务类型和数据量不断增加，自2 0 0 4 年3 g p p r e l e a s e 5 协议发布以来，大容量的数据业务逐渐成为未来无线通信发展的趋势， 这就要求系统的无线接口具备更大的数据吞吐量和处理能力。与此同时，如何控 制无线接口的数据承载量也成为关键性的问题。 在w c d m a 系统中，i u b 接口是u t r a n ( u m t s 无线接入网) 内的无线接口， 用于连接u t r a n 中的n o d e b 和r n c ，是n o d e b 侧承载用户数据的重要接口。 本文通过对已有流控算法的分析，研究了基于i u bb u f f e r 占用率的反压流控算法 和基于上行负载因子修正的流控算法，针对反压流控拥塞门限不可变的缺陷，采 用上述两种算法相结合来缓解i u b 接口的拥塞、提高系统的吞吐率。并在不同的 场景和参数条件下，对n o d e b 传输层和系统的吞吐率进行仿真，通过对i u b 接 口流量调整的过程分析，验证了所提算法的有效性。 关键字：w c d m a 系统i u b 接口流量控制 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ，t h et y p ea n ds i z eo f i n f o r m a t i o nh a sb e e ni n c r e a s e d s i n c e3 g p pr e l e a s e 5a g r e e m e n th a sb e e nr e l e a s e d ， t h eb u s i n e s sw i t hh i g h - c a p a c i t yd a t ah a sb e e nb e c o m i n gt h et r e n do fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n s s oaw i r e l e s si n t e r f a c es y s t e mw i t hg r e a t e rd a t at h r o u g h p u ta n d s t r o n g e rp r o c e s s i n gp o w e r i sn e c e s s a r y a tt h es a n l et i m e ，h o wt oc o n t r o lt h ec a p a c i t y o fw i r e l e s si n t e r f a c ec a r r y i n gd a t ah a sa l s ob e c o m ea ni s s u e i u bi saw i r e l e s si n t e r f a c eo fw c d m a s y s t e m ，w h i c hc o n n e c t sn o d e b a n dr n c i nu t r a n i u bi n t e r f a c ei su s e dt oc a r r yd a t af o rc o m m u n i c a t i o no fn o d e b i nt h i s p a p e r , b ya n a l y z i n ga n dr e v i s i n gp r e v i o u sa l g o r i t h m s ，w es t u d yt w of l o wc o n t r o l m e t h o d s ：f i r s ti sa n t i - p r e s s u r ef l o wc o n t r o la l g o r i t h mt h a tp r o p o s e sar e f e r e n c e t h r e s h o l df o rc o n g e s t i o nd e t e c t i o n ，s e c o n di sm o d i f i c a t i o na r i t h m e t i cb a s eo i lu p l i n k p a r a m e t e r st h a ti n t r o d u c eas t r a t e g yf o rc h a n g i n gc o n g e s t i o nd e t e c t i o nt h r e s h o l d t h r o u g hc o m b i n i n gt w oa l g o r i t h m sa b o v e ，w ec a ne a s ec o n g e s t i o no fi u bi n t e r f a c e a n di m p r o v es y s t e m st h r o u g h p u t a tl a s tw ev e r i f yt h ea l g o r i t h m s v a l i d i t yw i t l l d i f f e r e n ts c e n a r i oc o n d i t i o n sa n ds i m u l a t i o np a r a m e t e r s k e y w o r d ：w c d m as y s t e m l u bi n t e r f a c ef l o wc o n t r o l 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：娶滥璋 日期： 型2 阜至日鉴旦 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论 文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在一年解密后适用本授权书。 本人签名：蔓迄聋 导师签名：修j l le 导师签名： 匕! 全笪兰 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百t 匕 自1 9 世纪末电磁波辐射现象被发现，人们就开始了以电磁波为载体进行移动 通信的设想与尝试。但是一直到1 9 7 8 年贝尔实验室研制成功脚s 系统以前， 由于终端设备庞大、系统容量有限、覆盖范围小等缺点，移动通信系统大多用于 军事通信、交通调度等特定领域。 最终，以脚s 为代表的第一代移动通信系统的出现，将移动通信引入了商 业运营。a m p s 在通信技术上使用频分复用，在网络规划上采用划分蜂窝小区的 方法进行频率复用，使得移动通信系统具有很大的数据容量，从而开始了对普通 大众的通信服务。第一代移动通信系统存在固有的缺陷，如：采用模拟语音传输 技术导致保密性差、设备笨重、频率利用率低等。 针对第一代移动通信系统的缺陷，2 0 世纪9 0 年代出现了以g s m 、c d m a 为 代表的第二代移动通信系统。第二代移动通信系统以数字通信为特征，使用窄带 时分多址( t d m a ) 或宽带码分多址( c d m a ) 以及先进的语音编码技术，提高 了信息传输的保密性和频率的利用率，同时也降低了终端设备的成本、体积和耗 电量。 随着移动通信业务的不断扩展，对移动通信系统提供高效数据传输能力的需 求也不断提升，而针对语音通信设计的第二代移动通信系统已经无法完全满足新 的通信需求。1 9 9 6 年，国际电联提出了第三代移动移动通信系统，定名为 i m t - 2 0 0 0 ，并于1 9 9 9 年进一步确定了i m t - 2 0 0 0 包含的无线接口标准。其中 c d m a 技术的标准定义包括欧洲与日本提出的w c d m a 、美韩提出的 c d m a 2 0 0 0 和中国提出的t d s c d m a 三种方案。本文算法主要基于w c d m a 通 信系统，所以重点针对w c d m a 通信系统展开讨论。 1 1 1 系统特征 1 1w c d m a 系统概述 w c d m a 是一种由3 g p p 具体制定的，基于g s mm a p 核，t l , 网，u t r a n ( u m t s 陆地无线接a n ) 为无线接口的第三代移动通信系统。目前w c d m a 有r e l e a s e 9 9 、r e l e a s e4 、r e l e a s e5 、r e l e a s e6 等版本。w c d m a 采用直接序列扩频码分多 址( d s - c d m a ) 、频分又j , - e ( f d d ) 方式，码片速率为3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为5 m h z ， 详细参数和系统描述如表1 1 所示引。 2 w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 表1 1w c d m a 通信系统主要参数 多址接入方式d s c d m a 双工方式 频分双工时分双工 基站同步异步方式 码片速率 3 8 4 m c h i p s 帧长 1 0 m s 业务复用不同质量要求的业务服务到一个连接 多速率概念可变的扩频因子和多码 检测使用导频符号或公共导频进行相关检测 多用户检测，智能天线标准支持，应用时可选 w c d m a 是一个宽带直扩码分多址( d s c d m a ) 系统，即通过用户数据与由 c d m a 扩频码得来的伪随机比特( 称为码片) 相乘，从而把用户信息比特扩展到较宽 的带宽上去。为支持高的比特速率( 最高可达2 m b i t s ) ，采用了可变扩频因子和多 码连接。 w c d m a 有近5 m 的载波带宽，使其可以支持更高的数据速率和某些性能方 面的优势，如多径分集。网络运营商可以遵照其运营执照，以分等级的小区分层 形式，使用多个这样的5 m 载波来增加系统的容量。 w c d m a 可以支持各种可变的用户数据，系统给每个用户分配一些1 0 m s 的数 据帧，在每个1 0 m s 期间，用户数据速率保持恒定，不同用户之间数据容量帧到帧 可变，通过网络对无线容量进行快速分配，以达到分组数据业务的最佳吞吐量。 w c d m a 支持两种基本的工作模式：频分又i ( f d d ) 和时分双i ( t d d ) 。在 f d d 模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5 m h z 的载波，在t d d 模 式下只使用一个5 m h z 载波，在上下行链路之间分时共享。上行链路是移动台到 基站的连接，下行链路是基站到移动台的连接。t d d 模式在很大程度上是基于f d d 模式的概念和思想，加入它是为了弥补基本w c d m a 系统的不足，也是为了能使 用i t u 为i m t - 2 0 0 0 分配的那些不成对频谱。 w c d m a 在上行链路和下行链路中采用基于导频符号或公共导频的相干检 测，全面地增加上行链路的覆盖和容量。 w c d m a 空中接口中包括一些先进的c d m a 接收机理念，例如多用户检测 和自适应智能天线，运营商可以开发和使用这些先进技术作为提高系统容量和覆 盖的选择方案。 w c d m a 可以和g s m 协同工作，支持与g s m 之间的切换，因此引入w c d m a 后可以增加g s m 的覆盖范围。 第一章绪论3 1 1 2 技术优势 相比第二代的移动通信制式，w c d m a 具有更大的系统容量、更优的语音质 量、更高的频谱效率以及更快更强的数据传输速率和抗多径衰落的能力。能够应 用于高达5 0 0 k m h 的移动终端，可以从g s m 系统进行平滑过渡。具体的技术特点 和优势如下【2 】： l 、能够提供广阔的覆盖域，下行基站区分采用独有的小区搜索方法，无需基 站间严格同步，可以灵活组网；同时采用连续导频技术，能够支持高速移动的终 端； 2 、采用发射分集方式，包括t s t d ( 时间切换发射分集) 、s t t d ( 时空编码发射 分集) 和f b t d ( 反馈发射分集) ，从而有效的解决了多径衰落问题； 3 、信道编码采用卷积编码和t u r b o 编码，能提供较高的数据传输速率，目前 系统码片速率为3 8 4 m c h i p s ，数据业务速率可达2 m 。调制方式中上行采用b p s k ， 下行采用q p s k = 4 、功率控制采用上下行闭环功控、外环功控； 5 、核心网基于g s m g p r s 网络的演进，并保持与g s m g p r s 网络的兼容； 6 、w c d m a 体制的移动性管理机制采用m a p 技术和g p r s 隧道技术，保持 与g p r s 网络的兼容； 7 、支持软切换和更软切换。 随着w c d m a3 g p p 通信协议的不断演进，2 0 0 1 年的r e l e a s e5 版本中在全疋 网络和无线接入技术两方面进行了革新，提出了包括m i m o ( 多输入多输出天线系 统) 、多天线反馈分集、h a r q ( 混合自动重传) 、u s t s ( 上行同步传输) 以及高阶调 制和o f d m 数据载波等在内的多项无线接入技术。在r e l e a s e5 版本中还提出了 h s d p a ( 高速下行分组接入) ，使下行传输速率提高到8 1 0 m b i t s 4 1 ，容量也提高到 之前的2 3 倍。随后在2 0 0 4 年的r e l e a s e6 中3 g p p 又推出了针对上行链路的增强 技术h s u p a t l 0 】，h s u p a 在沿用r 9 9 大部分性能的基础上，增加了n o d e b 控制调 度、更短的t t i 、以及快速专用信道建立等技术。 从网络性能上讲，h s u p a 与r 9 9 相比在以下方面有了较大程度的提高： 上行链路可支持更高的数据传输速率； 与r 9 9 相比，上行链路的无线覆盖范围有所提高； 增加了小区上行吞吐率； 减少了数据传输时延； 增强的快速调度与资源控制算法； 业务的q o s 能力有所增强。 4 w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 同r e l e a s e5 相比，h s u p a 在增加系统容量、减少终端用户呼叫延时时间以及 提高用户数据包吞吐量等方面都有大幅度的提升。 通过使用h s u p a 技术，可使得网络在提供音乐、电子邮件、移动互动、视频 共享等多媒体应用服务方面的能力有了极大的提高，同时运营商也将获得更大的 收益，h s u p a 与h s d p a 又合称为h s p a 。 1 2 流量控制的概念 无线通信网络中的流量控制包含拥塞控制和流量控制两种： 1 、流量控制 流量控制主要解决慢速接收的问题，针对收端系统中资源受限而设置，根据 接收端接收数据的速率及接收数据缓冲区的大小，对发送端发送数据的数量和速 率进行限制。 2 、拥塞控制 拥塞控制主要解决中间传输资源受限的问题，是一个全局性问题，其本质是 对资源的需求大于可用资源，荷载超过了资源的承受能力，因此拥塞机制是针对 中间节点而设，用于确保通信子网能够承载用户提交的通信量。 因此，准确地讲流量控制和拥塞控制是两个不同的概念，本文主要讨论的是 拥塞控制的问题，但是由于之前一直统称为流量控制，这里仍旧采用这种叫法。 1 3i u b 接口流量控制的意义 在目前的w c d m a 通信系统中，i u b 接口位于r l c ( 无线链路控制层) 之下，其 空口协议栈结构如图1 1 所示1 5 。 r l c 层本身只有流量控制，没有拥塞控制，如果i u b 接口带宽不足，在没有 拥塞机制情况下，可能导致拥塞崩溃。另外，r l c 层固有的重传机制与t c p 的重 传机制( 基于拥塞引起丢包触发) 不同，r l c 层的重传是由数据包出错触发，而不是 由拥塞丢包引起。因此r l c 层的重传机制可以很好解决传输错误、空口错误等问 题，能够快速有效地进行重传。但是r l c 不考虑拥塞，只要有数据需要发送( 包括 重传数据) ，就会尽可能的多发送数据，这样可能导致拥塞丢包持续产生，同时伴 随大量的无效重传，大幅降低带宽利用率。因此如何寻求一种有效的i u b 接口流 控算法来提高系统的带宽利用率成为一个亟待解决的课题。 第一章绪论 图1 1 空口协议栈结构 4i u b 接口流量控制的研究历史 在r e l e a s e 6 之前上行信道只有r 9 9 信道，主要用于承载语音类业务，业务数 据量较小，系统l u b 接口的带宽完全可以满足传输速率的要求。但是随着e - d c h 信道的引入，大数据业务、多媒体通讯开始出现，使得上行的空口速率大幅增加， 而n o d e b 与r n c 的数据通道l u b 接口却因为硬件设备的固定特性而无法满足数据 传输的需要，由此造成了l u b 接口的高频率拥塞和大量丢包。为了保证大数据量业 务的正常通讯，在e d c h 信道中引入了l u b 接口流控算法。流控算法本质是通过 周期检测n o d e b 端i u bb u f f e r 的拥塞状态来调整上行用户的负载园子，实现i u b 接口流量和空口流量的匹配。 针对w c d m a 的系统特性各设备提供商先后开发了多种流控算法，以适应不 同的组网场景。但是，在实际场景中性能都欠佳，甚至在某些恶劣场景下性能比 较差。自从v e r s i o n s 引入l u b 流控概念后，算法已经在多个增强开发的版本中进行 了改进。其中有具有突破性的算法理论主要有v e r s i o n s 和v e r s i o n l 0 两个版本： v e r s i o n 8 系统中提出了流控算法的需求，在n o d c b 侧采用监控队列缓存的占 用率，调整用户速率和负载因子；在r n c 测，通过f p 层检测拥塞反馈给n o d e b n o d e b 对用户进行限逮。其中负载因子为小区绒参数，服务小区中只要有一个物 理传输端口出现棚塞，本小区的目标负载因子都要下调，这种算法对分路传输场 景( 即：一个小区使用多个物理端口进行数据传输，一个小区内的用户同时在不同 的端口上进行垴讯1 性能较差。为了合理使用内存虽然v e r s i o n 8 的流控算法对拥 l l i；。 6 w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 塞用户的数据量采用公共缓存，但是并没有提供合理的时延参数和缓存数据的整 型数据发送算法。当e d c hf p 引入百毫秒量级的缓存时延时，如果有h t t p 用户 和f t p 用户同时存在，则h t t p 用户的时延会很大。 由于当时算法需求的原因，v e r s i o n 8 的流控算法对场景和用户的公平性、差异 性考虑不多，远远不能满足需求。 参考v e r s i o n 8 的需求，在v e r s i o n l 0 系统中提出了根据队列的缓存占用大小估 计每个p a t h 的可用带宽，将可用带宽在所有用户间进行分配，采用f p 拥塞检测调 整可用带宽，对拥塞用户的数据仍采用公共缓存。相对于v e r s i o n 8 系统，v e r s i o n l 0 系统较好的解决了带宽的变化场景、分路传输、用户公平性和差异化服务等性能， 但仍然不能支持出口速率整型，而且空口速率会频繁出现较大的波动，造成i u b 接口出口速率的波动。其次v e r s i o n l 0 系统中流控算法复杂度较高，对算法、调度 和板间的公平性都需要集中调度处理，性价比不高。 1 5 本文主要工作和内容安排 本文算法延用了v e r s i o n l 0 系统中将可用带宽在所有用户间进行分配的原则， 实现了上行译码和传输间的反压算法。同时提出了合理的缓存时延和小区负载因 子调整算法，能够同时解决r 9 9 和u p a 业务的i u b 口拥塞，并能同时保证r 9 9 业 务和u p a 业务之间的公平性，全文分为六章： 第一章绪论，介绍了移动通信系统的系统特征和技术优势，并对i u b 接口流量 控制的意义和研究历史进行简要描述：第二章针对w c d m a 的系统结构，介绍 w c d m a 系统的网络构成、系统接口和无线接入网。第三章详细讨论i u b 接口的 协议组成和功能特性。第四章介绍w c d m a 通信系统中i u b 接口流控算法原理、 设计方案和实现过程。第五章提供i u b 接口流控算法的仿真报告和性能分析。第六 章为总结与展望。 第二章w c d m a 系统结构 7 第二章w c d m a 系统构成 2 1 概述 u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o i ls y s t e m ，通用移动通信系统) 是采用 w c d m a 空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把u m t s 系统称为 w c d m a 通信系统。w c d m a 通信系统采用了与第二代移动通信系统类似的结构， 包括u n i t s 无线接入网( u m t sr a d i oa c c e s sn e t w o r k ，u t r a n ) 和核心网络( c o r e n e t w o r k ，c n ) 。无线接入网络采用先进的w c d m a 技术，核心网络则采用灵活的、 可以从g s m 网络平滑演进的分层体系结构。其中无线接入网络处理所有与无线有 关的功能，而c n 处理w c d m a 通信系统内所有的语音呼叫和数据连接，并实现 与外部网络的交换和路由功能。c n 从逻辑上分为电路交换域( c i r c u i ts w i t c h e d d o m a i n ，c s ) 和分组交换域( p a c k e ds w i t c h e dd o m a i n ，p s ) 。 u t r a n 、c n 与u e ( u s e re q u i p m e n t ，用户设备) 一起构成了整个w c d m a 通 信系统。其系统结构如图2 1 所示。 图2 1w c d m a 的系统结构 其中u e 和u t r a n 由全新的协议构成，其设计基于w c d m a 无线技术，而 c n 则采用了g s m g p r s 的定义，这样可以实现2 g 到3 g 网络的平滑过渡，此外 在第三代网络建设中可以实现全球漫游。 2 2w c d m a 系统网络构成 w c d m a 系统现在已有多个版本，从r 9 9 协议开始，历经r 5 、r 6 已经发展 到目前的r 8 版本，所有的r e l e a s e 版本都是在r 9 9 版本基础上发展而来，在此以 w c d m a 系统r 9 9 版本为基础介绍w c d m a 系统网络的构成。w c d m a 系统网 络单元构成如图2 2 所示。 8 w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 u 世竺竺卜 ，厕而高补、 匡y 嚣嚣 j 型：生； l u b 匣k 。f 外部网络 图2 2w c d m a 网络单元构成示意图 从图2 2 的w c d m a 系统网络构成示意图可以看出，w c d m a 系统的网络单 元包括如下三部分： l 、u e u e 是用户终端设备，它主要包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块 以及应用层软件模块等。u e 通过u u 接1 2 1 与网络设备进行数据交互，为用户提供 电路域和分组域的各种业务功能，包括普通语音、数据通信、移动多媒体、i n t e m e t 应用( 如e m a i l 、w w w 浏览、f t p 等) 。 u e 包括两部分： m e ( m o b i l ee q u i p m e n t ) ，提供应用和服务； u s i m ( u m t ss u b s c r i b e rm o d u l e ) ，提供用户身份识别。 2 、u i r a n u t r a n 分为n o d e b 和r n c 两部分。 n o d e b 是w c d m a 系统的基站( 即无线收发信机) ，包括无线收发信机和基带 处理部件。通过标准的i u b 接口和r n c 互联，主要完成u u 接1 2 物理层协议的处 理。它的主要功能是扩频、调制、信道编码及解扩、解调、信道解码，还包括基 带信号和射频信号的相互转换等功能。n o d e b 由下列几个逻辑功能模块构成：r f 收发放大、射频收发系统( t r x ) 、基带部分( b b ) 、传输接1 2 单元和基站控制部分。 n o d e b 结构如图2 3 所示。 图2 3n o d e b 结构图 r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r , 无线网络控制器) 第二章w c d m a 系统结构9 r n c 是无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无 线资源管理控制等功能。具体如下： 令执行系统信息广播于系统接入控制功能； 切换和r n c 迁移等移动性管理功能； 分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。 l 斟c 结构如图2 4 所示。 r n c i u b 。 a t m 交换 一 n o d e b 一 。广 7 l 图2 4r n c 结构图 c n 负责与其他网络的连接和对u e 的通信和管理。主要功能实体如下： ( 1 ) m s c v l r ( 移动业务交换中心访问位置寄存器) m s c l r 是w c d m a 核心网c s 域功能节点，m s c v l r 的主要功能是提供 c s 域的呼叫控制、移动性管理、鉴权和加密等功能。 ( 2 ) g m s c ( 网关移动业务交换中心) g m s c 是w c d m a 移动网c s 域与外部网络之间的网关节点，是可选功能节 点。g m s c 的主要功能是充当移动网和固定网之间的移动关口局，完成p s t n 用 户呼叫移动用户时呼入呼叫的路由功能，承担路由分析、网间连接、网间结算等 重要功能。 ( 3 ) s g s n ( j 艮务通用分组无线业务支撑节点) s g s n 是w c d m a 核心网p s 域功能节点，g g s n 主要功能是同外部口分组 网络的接口功能，g g s n 需要提供u e 接入外部分网络的关口功能，从外部网的观 点来看，g g s n 就好象是可寻址w c d m a 移动网络中所有用户p 的路由器，需要 同外部网络交换路由信息。 ( 4 ) g g s n ( 网关g p r s 支撑节点) g g s n 功能类似于g m s c ，但用于p s 业务。 ( 5 ) h l r ( 归属位置寄存器) h l r 是w c d m a 核心网c s 域和p s 域共有的功能节点。h l r 的主要功能是 提供用户的签约信息存放、新业务支持、增强的权鉴等功能。 4 、e x t e r n a ln e t w o r k s ( p , 部网络) 1 0w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 e x t e r n a ln e t w o r k s 可以分为电路交换网络和分组交换网络两种： 电路交换网络( c sn e t w o r k s ) ：提供电路交换的连接服务，如通话服务。i s d n 和p s t n 均属于电路交换网络。 分组交换网络( p sn e t w o r k s ) ：提供数据包的连接服务，i n t e m e t 属于分组数据 交换网络。 2 3 系统接口 从图2 2 的u m t s 网络单元构成示意图中可以看出，3 gw c d m a 系统与2 g g s m 网络相比，c n 部分的接口变化不大，只列出了与r a n 相关的接口，没有列 出c n 内部的接口。 w c d m a 网络u t r a n 部分的标准接口主要包括u u 、i u b 、i u r 、i u 等。w c d m a 的网络接口具有以下三个特点：所有接口具有开放性；将无线网络层与传输层分 离；控制面和用户面分离。 u t r a n 部分主要有如下接口： l 、c u 接口 c u 接口是u s i m 卡和m e 之间的电气接口，c u 接口采用标准接口。 2 、u u 接口 u u 接口是w c d m a 的无线接口，u e 通过u u 接口接入到u m t s 系统的固定 网络部分，可以说u u 接口是u m t s 系统中重要的开放接口。 3 、i u 接口 i u 接口是连接u t r a n 和c n 的接口。类似于g s m 系统的a 接口和b 接口。 i u 接口是一个开放的标准接口，这也使得通过i u 接口相连的u t r a n 与c n 可以 分别由不同的设备制造商提供。 4 、i u r 接口 i u r 接口是连接r n c 之间的接口，i u r 接口是u m t s 系统特有的接口，用于对 r a n 中移动台的移动管理。比如在不同的r n c 之间进行软切换，移动台所有数据 都是通过i u r 接口从正在工作的r n c 传到候选r n c 。i u r 是开放的标准接口。 5 、i u b 接口 i u b 接口是连接n o d e b 与r n c 的接口，i u b 接口也是一个开放的标准接口。 这也使通过i u b 接口相连接的r n c 与n o d e b 可以分别由不同的设备制造商提供。 第二章w c d m a 系统结构 2 4 1 无线接入网结构 2 4 无线接入网 u t r a n 包括许多通过i u 接口连接到c n 的r n s t ”】。一个r n s 包括一个r n c 和一个或多个n o d e b 。n o d e b 通过i u b 接口连接到r n c 上，它支持f d d 模式、 t d d 模式或双模。n o d e b 包括一令或多个小区。 u t r a n 内部，r n s 中的i 埘c s 能通过i u r 接口交互信息，i u 接口和i u r 接口 是逻辑接口。i u r 接口可以是r n c 之间物理的直接相连或通过适当的传输网络实 现。u t r a n 结构如图2 5 所示。 ：j：j 图2 5u t r a n 结构 2 4 2u t r a n 接口模型 u t r a n 接口通用协议模型依据层间和平面间相互独立原则而建立。如图2 6 所示。u t r a n 包括无线网络层和传输网络层，其中无线网络层分为用户平面和控 制平面【2 3 】1 2 4 ；传输网络层分为传输网络用户平面和传输网络控制平面。 1 、无线网络层： 控制平面包括应用协议以及用于传输应用协议消息的信令承载。 无线网络层的用户平面包括数据流和用于传输数据流的数据承载。数据流是 各个接口规定的帧协议。 2 、传输网络层：为用户平面传输、信令传输和特定的运行与维护( o & m ) 传输 提供服务，而与u t r a n 的特定的功能无关。 传输网络控制平面只在传输层，它不包括任何无线网络控制平面的信息。 传输网络用户平面用于用户平面的数据承载和应用协议的数据承载。 1 2 w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 工 l 线 控制面用户面 网 络 应用协议数据流 层 jl jl 传 传输网缂佣户面 传输网络控制面传输网缂r 用户面 输 网 络 a l c 刍 p ( s ) ， v 层 信令承载信令承载数据承载 l v 物壶 v i 图2 6u t r a n 接口通用协议模型 2 4 3u u 和i u 接口协议结构 u u 和i u 接口上的协议一般分成两种结构：用户平面协议和控制面协议。 用户平面协议完成真正的无线接入承载业务等，同时携带底层接入的用户数 据；控制平面协议包括控制无线接入承载、u e 与不同网络之间的连接( 请求服务， 控制不同的传输资源，也包括n a s 信息的透明传输机制) 。 第三章i u b 接口介绍 1 3 第三章i u b 接口介绍 3 1 概述 i u b 接口是u t r a n 中n o d e b 与r n c 之间的接口，用来传输r n c 和n o d e b 之间的控制信令，以及来自无线接口的公共传输信道和专用传输信道数据流。另 外，i u b 接口还为r n c 提供了一条o & m 专用信道，用于实现对n o d e b 的操作和 维护 9 1 。 3 2 1i u b 接口能力 3 2i u b 接口综合描述 1 、与信令相关的无线应用 i u b 接口允许r n c 和n o d e b 之间协商无线资源，如增加和删除n o d e b 控制的 小区，以支持在u e 和s r n c 间专用连接上的通信。用于控制广播信道的信息和 在广播信道上传送的信息也属于这个范围。此外，还包括n o d e b 和r n c 之间的逻 辑o & m t 6 1 2 1 1 。 2 、i u b i u rd c h 数据流 i u b 接口提供在r n c 与n o d e b 之间上、下行d c h 帧的传送方法，一个d c h 数据流对应于一个d c h 传输信道【1 l 】上承载的数据。在u t r a n 中，一个d c h 数 据流总是对应于一条双向传输信道。虽然t f s 分别对每个方向的d c h 进行配置， 并且d c h 可能在一个方向上会被配置为o 比特传送格式，但d c h 在u t r a n 中 总是被当作双向的传输信道来对待。因此，两条方向相反的单向u ud c h 传输信 道可被映射到u t r a n 的一或两条d c h 传输信道承载上。 3 、i u br a c h 数据流 i u b 接口提供在r n c 与n o d e b 之间上行r a c h 帧的传送方法，一个r a c h 数据流对应于一条r a c h 传输信道上传递的数据。 4 、i u bf a c h 数据流 i u b 接口提供在r n c 与n o d e b 之间下行f a c h 的传送方法，一个f a c h 数据 1 4 w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 流对应于一条f a c h 传输信道上传递的数据。 5 、i u bd s c h 数据流 i u b 接口提供在r n c 与n o d e b 之间d s c h 数据帧的传送方法。一个i u bd s c h 数据流对应于用于一个u e 的d s c h 传输信道上传递的数据。一个l i e 可以有多个 d s c h 数据流。 6 、i u bu s c h 数据流 i u b 接口提供在r n c 与n o d e b 之间上行共享信道数据帧的传送方法。一个 u s c h 数据流对应于用于一个u e 的u s c h 传输信道上传递的数据。一个u e 可以 有多个u s c h 数据流。 7 、i u bp c h 数据流 i u b 接口提供在r n c 与n o d e b 之间p c h 帧的传送方法。一个p c h 数据流对 应于一条p c h 传输信道上传递的数据。 3 2 2i u b 接口数据流的映射 1 、d c h 一个i u bd c h 数据流由一个传送承载传递。对每个d c h 数据流必须在i u b 上 建立一个传送承载。除了协调d c h 情况之外，一个协调d c h 集合复用到同一个 传送承载上。 2 、r a c h 一个i u br a c h 数据流由一个传送承载传递。对一个小区中的每个r a c h ，必 须在i u b 接口上建立一个传送承载。 3 、f a c h 一个i u bp a c h 数据流由一个传送承载传递。对一个小区中的每个f a c h ，必 须在i u b 接口上建立一个传送承载。 4 、d s c h 一个i u bd s c h 数据流由一个传送承载传递。对每个d s c h 数据流，必须在 i u b 接口上建立一个传送承载。 5 、u s c h 第三章i u b 接口介绍 1 5 一个i u bu s c h 数据流由一个传送承载传递。对每个u s c h 数据流，必须在 i u b 接口上建立一个传送承载。 6 、p c h 一个i u bp c h 数据流由一个传送承载传递。 3 2 3i u b 接口协议功能 r n c 可以通过i u b 接口来实现以下一些功能【埽j ： l 、管理i u b 接口的传输资源 建立、释放、维护i u b 接口用户平面传输资源( a a l 2 连接) 。a a i ，2 连接的建 立、释放、维护由a l c a p 协议控制。 2 、实现对n o d e b 的逻辑o & m 操作 n o d c b 的逻辑资源( 如信道，小区等) c ar n c 拥有，但在n o d e b 中实现，因而 在r n c 和n o d c b 之间需要通过i u b 接口进行信息交互，所有支持这些信息交换的 消息被归类为逻辑o & m 操作。 3 、传输特定o & m 信，息( i m p l e m e n t a t i o ns p e c i f i co & m ) i u b 接口提供的o & m 专用通道支持网管信息的传输。 4 、系统信息管理 系统信息是由c r n c 通过i u b 接口发送给n o d e b 的。系统信息的调度在c r n c 中完成，并由c r n c 发送给n o d e b 。n o d e b 根据给定的调度参数发送接收到的系 统信息。如果c r n c 有请求，n o d e b 还可以根据给定的调度参数自动创建、更新 和n o d eb 有关的系统信息。 5 、专用信道管理 c r n c 可以通过i u b 接口控制n o d e b 的专用资源( 无线链路及其相关的传输信 道和传输承载) 的使用。该功能包括n o d e b 主要执行的对数数据流进行组合分离 控制、切换的判定、物理信道资源的分配、上下行链路功率控制、准入控制和功 率及干扰报告等。 6 、公共信道管理 r n c 需要通过i u b 接口对n o d e b 的公共信道进行控制，包括对r a c h 、u s c h 、 1 6 w c d m a 系统i u b 接口流量控制算法设计与实现 d s c h 和f a c h 等信道的控制，和对b c h 上的广播信息以及p c h 上发送的寻呼 消息的控制。 7 、定时和同步管理 i u b 接口支持定时同步管理功能，包括节点同步，传输信道同步和定时校准。 8 、共享信道的业务管理 共享信道由r n c 来控制，典型的是r n c 对d s c h 进行控制以及对u s c h 的 控制。主要包括信道的分配和重分配、功率控制、传输信道的管理、动态物理信 道的分配、无线链路的管理和数据传递等功能。 3 2 4i u b 接口中n o d e b 的逻辑模型 从c r n c 的角度看n o d e b 的逻辑模型【1 9 1 如图3 1 所示，此模型包括： n o d e b 向u t r a n 提供的逻辑资源； 已经在n o d e b 上建立起来的专用信道； 令n o d e b 为r n c 提供的公共传输信道。 图3 1i u b 接口上n o d e b 中的逻辑模型 控制无线链路与l u bd c h 数据端口间的连接的过程是从r n c 通过通信控制端 口发送到n o d e b 。 1 、用于专用和共享信道的n o d e b 通信上下文 当u e 在专用模式下，使用专用和或共享信道所必需的逻辑资源都包含在对 应的n o d e b 通信上下文中。当u e 在c e l l f a c h 模式下( a g 非专用模式) ，n o d e b 通信上下文以可以在已分配了u s c h 或d s c h 信道的用户中存在，在一个给定的 n o d e b 中有多个n o d e b 通信上下文。 第三章i u b 接口介绍 1 7 n o d e b 通信上下文的属性应包括以下几点： ( 1 ) 使用专用和或共享物理资源的小区的列表； ( 2 ) 对该n o d e b 通信上下文，映射在专用物理资源上的d c h 的列表； ( 3 ) 由每个l i e 使用的d s c h 和u s c h 的列表； ( 4 ) 对每个用d c h 识别标识的d c h 的全部属性； ( 5 ) 对每个用共享信道标识的d s c h 和u s c h 的全部传送信道属性： ( 6 ) i u bd c h 数据端口的列表； ( 7 ) i u bd s c h 数据端口列表和l u bu s c h 数据端口列表； ( 8 ) 对于每个l u bd c h 数据端口，由该数据端口承载的对应的d c h 和小区； ( 9 ) 对于每个i u bd s c h 和u s c h 数据端口，为该d s c h 或u s c h 服务的对应 的d c h 和小区； ( 1 0 ) 物理层参数( 外环功率控制等) 。 2 、公共传输信道 公共传送信道是在n o d c b 中根据c r n c 的要求进行配