（通信与信息系统专业论文）wcdma系统中hsdpa技术的研究与应用.pdf

北京邮电大学硕士研究生论文 w c d m a 系统中h s d p a 技术的研究和应用 摘要 w c d m a 是全球领先的3 g 标准之一，能在5 m h z 带宽上支持各种 广泛的业务种类。w c d m a 的r 9 9 版本可以提供3 8 4 k b i t s 的下行分组 数据传输速率，这个速率对于大部分现有的分组业务而言基本够用。然 而，对流量和时延要求较高的数据业务如视频、流媒体和下载等，则需 要系统提供更高的传输速率和更短的处理时延。为了更好地发展数据业 务，3 g p p 在r 5 版本引入了高速下行链路分组接入技术h s d p a 。 h s d p a 技术在r 9 9 的版本上增强了一系列新的功能特性：如引入 了自适应调制编码( a m c ，a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ) 、混合自动 请求重传h a r q ( h a r q ，h y b r i d a u t o m a t i cr e t r a n s m i s s i o nq u e s t ) 技术 和快速调度算法( f a s ts c h e d u l i n g ) 等。通过这些新特性的引入，h s d p a 不仅可以使下行分组数据的峰值传输速率达到1 4 4 m b i t s ，提高用户数 据速率和吞吐量，还可以和r 9 9 版本中的d c h 信道工作在同一个载频 上，增强频谱效率。 h s d p a 设计遵循的准则之一是尽可能地兼容r 9 9 版本中定义的功 能实体与逻辑层间的功能划分。在u u 接口的物理层，作为下行共享信 道( d s c h ，d e d i c a t e ds h a r e dc h a n n e l ) 的演进，h s d p a 技术增加了一 个新的高速下行共享信道( h s d s c h ，h i g hs p e e dd e d i c a t e ds h a r e d c h a n n e l ) ；在u u 接口的m a c 层，h s d p a 在n o d eb 引入了新的m a c _ h s 处理实体( m a c h s ) ，增强了应用层的相关操作信令和功能。 h s d p a 技术的引入使r 5 版本可以在不改变已建设的w c d m a 网 络结构的情况下，支持更高速率的下行数据业务，大大增强了对下行数 据应用如交互类、背景类和流媒体业务的支持，是w c d m a 网络建设 后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。 本文首先研究了r 9 9 版本的w c d m a 系统的体系结构和各个接口 协议栈模型，然后通过一个实际的h s d p a 业务呼叫过程，深入分析了 引入h s d p a 后的r 5 版本在这些接口上的信令流程和影响。为分析在 现有的w c d m a 网络上引入h s d p a 业务对整个网络性能的影响，还进 北京邮电大学硕士研究生论文 行了一系列关于在r 9 9 网络上加载h s d p a 业务时，下行吞吐量、覆盖 和资源分配等方面的试验，得到了在h s d p a 和d c h 混合业务的情况 下( 其中，h s d p a 用于承载高速率的p s 域业务，d c h 用于承载c s 域 业务和低速的数据业务) ，整个小区的功率资源和码资源的分配原则， 并总结得出了部署h s d p a 的切换和组网策略。文章的最后分析了 h s d p a 目前仍然存在的一些问题，并展望了h s d p a 技术的发展趋势和 市场应用前景。 关键词：h s d p a 协议栈重传快速调度 i i 北京邮电大学硕士研究生论文 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fh s d p a i nw c d m a s y s t e m a b s t r a c t w c d m ai so n eo fa d v a n c e ds t a n d a r d so f3gi tc a ns u p p o r ta l lk i n d s o fs e r v i c e si n5 m h zb a n d w i d t ha n da c h i e v e38 4 k b i t sf o rd o w n l i r n kp a c k e t d a t as e r v i c ei n3 g p ps p e c i f i c a t i o nr e l e a s e9 9 t h i si a c c e p t a b l ef o rm o s t p a c k e ts e r v i c e sa tp r e s e n t ，b u ti tw i l l ，b en o te n o u g hf o rs o m ed a t as e r v i c e s s u c ha sv i d e o ，s t r e a m i n ga n dd o w n l o a db i gf i l e sw h i c ha r ei ns t r i c t l y d e m a n d so fh i g h e rt h r o u g h p u ta n ds h o r t e rt i m ed e l a y h i g hs p e e dd o w n l i n k p a c k e ta c c e s s ( h s d p a ) h a sb e e ni n t r o d u c e di n t o3g p ps p e c i f i c a t i o ni n r e l e a s e5t om e e tt h er e q u i r e m e n tf o rh i g h e rs p e e dd a t at r a n s m i s s i o n h s d p ai n c l u d e san u m b e ro fp e r f o r m a n c ee n h a n c i n gf e a t u r e ss u c ha s a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ( a m c ) ，h y b r i da r q ( h a r q ) ，f a s t s c h e d u l i n ga l g o r i t h ma n de t c b a s e do nt h e s en e wf e a t u r e s ，h s d p an o t o n l ya c h i e v e dap e a kd a t ar a t eo f1 4 4 m b i t si nt h ed o w n l i n kb u ta l s oc o u l d b ei m p l e m e n t e di nt h es a m ec a r r i e rf r e q u e n c ya sd c hi n3g p pr e l e a s e9 9 t h et h o u g h p u ti si n c r e a s e da n dt h ee f f i c i e n c yo ff r e q u e n c yb a n d w i d t hi s i m p r o v e d h s d p ai sc o m p a t i b l ew i t ht h ef u n c t i o ne n t i t i e s ：a n dl o g i c a l1 a y e r s w h i c ha r ed e f i n e di nr e l e a s e9 9 an e wh s d s c hc h a n n e l i sa d d e di nt h e p h y s i c a ll a y e ro fu ui n t e r f a c ea sa ne v o l u t i o no fd s c ha n dan e we n t i t y n a m e dm a c h si sa l s oi n t r o d u c e di nn o d ebt oe n h a n c et h ef u n c t i o no ft h e r e l a t i v eo p e r a t i o ns i g n a l i n gi na p p l i c a t i o nl a y e r t h ei n t r o d u c t i o no fh s d p ae n a b l e dr e l e a s e5s u p p o r th i g h e rr a t e s e r v e i c e sw i t h o u tc h a n g i n gt h ew h o l ew c d m an e t w o r ks t r u c t u r e t h e p e r f o r m a n c eo fd o w n l i n kd a t as e r v i c e ss u c ha sb e s te f f o r ti se n h a n c e d t h ep a p e rf i r s t l ys t u d i e dt h ea r c h i t e c t u r eo fw c d m a s y s t e ma n dt h e p r o t o c o ls t a c k so fi u i u ra n di u bi n t e r f a c e t h ei m p a c to ft h e s ei n t e r f a c e s a r ea l s oa n a l y s e dt h r o u g ha na c t u a ls i g n a l i n gf l o wo fp sd o m a i ns e r v i c e s t o a n a l y s et h ei n f l u e n c eo ft h ew h o l en e t w o r kp e r f o r m a n c ea f t e rh s d p ai s i n t r o d u c e d ，as e r i e so ft e s tc a s e sa r ec a r r i e do u t t h e s et e s tc a s e sf o c u s e do n i i i 北京邮电大学硕士研究生论文 t h e jo i n tp e r f o r m a n c eo fd c h a n dh s d p as u c ha st h ed o w n l i n kt h r o u g h p u t ， c o v e r a g ea n dr e s o u r c e sa l l o c a t i o nu n d e rm i x e dt r a 街cc o n d i t i o n so nd c h a n dh s d p ai n t h es a m ec a r d e rf r e q u e n c y t h er e s u l t sa r ep r e s e n t e da n d s o m es t r a t e g i e so fc o n s t r u c t i n gn e t w o r ka r ep r o p o s e dw h e r et h ea v a i l a b l e c e l lt r a n s m i s s i o nr e s o u r c e sa r es h a r e db e t w e e nh s d p aa n dd c hu s e r s f i n a l l y , s o m ei s s u e s i nt h ed e v e l o p m e n to fh s d p ai s d i s c u s s e da n dt h e m a r k e tp r o s p e c ti sc o n c l u d e d k e y w o r d s ：h s d p a p r o t o c o ls t a c kr e t r a n s m i s s i o n f a s ts c h e d u l i n g 北京邮电大学硕：l 研究生论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位 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 作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，本人承担二切相关责任。 本人签名： 嗍扣易香弓m 通 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电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北京邮电大学。学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以 公布学位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、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名：日期：丝6 1j0 d 北京邮电大学硕士研究生论文 1 1 课题研究背景 第一章引言 移动通信技术市场在进入2 0 0 5 年后，全球3 g 用户呈现了高速增长的势头。 w c d m a 是全球领先的3 g 标准之一，能在5 m h z 带宽上支持各种广泛的业务种类。 据g s m 协会统计，截至2 0 0 5 年6 月，全球已经有超过1 3 个国家的6 0 多家运营商 实现了w c d m a 网络的商用，而目前w c d m a 用户数也已超过2 7 0 0 万。 目前w c d m a 无线网络的规划设计都是以3 g p p 的r e l e a s e9 9 ( 以下简称r 9 9 ) 版本为基础的，但是w c d m a 技术的演进已经有了十分清晰的路标。从技术演进 的路标来看，r 9 9 版本之后的是r e l e a s e4 ( 以下简称i h ) 版本的网络，它与r 9 9 版本的差异主要体现在：核心网方面将信令与承载分离，即将软交换的概念引入移 动网的核心电路域。原来在r 9 9 版本中的移动交换中心( m s c ，m o b i l es w i t c h i n g c e n t e r ) 被分离成m s c 服务器( m s c s e r v e r ) 和电路域媒体网关( c s m g w ，c i r c u i t d o m a i n m e d i ag a t e w a y ) ，并定义了与此相关的各项接口。对于f d dw c d m a 而 。言，r 4 版本在无线接入网部分没有变化，所以基于r 9 9 版本的w c d m a 无线网络 的规划设计同样适用于r 4 版本。 r e l e a s e5 ( 以下简称r 5 ) 版本是接着r 4 版本的下一个演进路标。为了更好地 发展数据业务，能与c d m al xe v - d o 、w i f i 以及w i m a x 等宽带无线接入技术相 竞争，3 g p p 对w c d m a 系统的空中接口做了改进，即在r 5 版本中适时引入了频 谱利用率更高的接入技术高速下行分组接入技术h s d p a ( h i g hs p e e dd o w n l i n k p a c k e t a c c e s s ) ，该技术可以支持高达1 4 4 m b i t s 的下行峰值速率。 对高速移动分组数据业务的支持是3 g 系统最重要的特点之一。分组数据业务 和话音业务对资源的需求具有截然不同的特点：分组数据业务一般具有突发性，可 以容忍时延及时延抖动，对差错敏感，前向需求与反向需求不对称，q o s 等级多等 特点，追求的目标是系统的吞吐量最大化；而话音业务相对连续，对时延和时延抖 动敏感，能容忍一定的差错，前反向需求对称，q o s 等级相对单一，追求的目标是 话务量最大化。w c d m a 的r 9 9 版本可以提供3 8 4 k b i t s 的数据速率，这个速率对 于大部分现有的分组业务而言基本够用。然而，对流量和时延要求较高的数据业务 如视频、流媒体和下载等，则需要系统提供更高的传输速率和更短的处理时延。 h s d p a 技术的引入使r 5 版本可以在不改变已建设的w c d m a 网络结构的情况下， 北京邮电大学硕= 匕研究生论文 支持更高速率的下行数据业务，大大增强了对下行数据应用如交互类、背景类和流 媒体业务的支持，是w c d m a 网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种 重要技术。 基于演进考虑，h s d p a 设计遵循的准则之一是尽可能地兼容r 9 9 版本中定义 的功能实体与逻辑层间的功能划分。在u u 接口的物理层，作为下行共享信道 ( d s c h ，d e d i c a t e ds h a r e dc h a n n e l ) 的演进，h s d p a 技术增设了一个新的高速下 行共享信道( h s d s c h ，h i 曲s p e e dd e d i c a t e ds h a r e dc h a n n e l ) ，并采用了自适应 编码调制( a m c ，a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ) 和混合a r q ( h a r q ，h y b r i d a u t o m a t i cr e t r a n s m i s s i o nq u e s t ) 技术；在u u 接1 3 的m a c 层，h s d p a 引入了新的 m a c - h s 处理实体( m a c h s ) ，增强了应用层的相关操作信令和功能。 目前，各种3 g 标准都对下行分组接入业务提出了特有的解决方案，以提高分 组数据业务的传输能力和性能。其中w c d m a 系统和t d s c d m a 系统采用h s d p a 技术，而c d m a 2 0 0 0l x 系统则提出分阶段的l xe v - d o 和l xe v - d v 实现技术。 对于w c d m a 运营商来说，由于无线通信市场的竞争越来越激烈，话音业务的 利润已经呈现出了下降趋势，推广基于高速网络的数据业务已成为大势所趋。 h s d p a 已经是全球w c d m a 运营商共同关注的热点，尤其是向h s d p a 演进与部 署已成了业界关注的重心，许多运营商都正在进行测试。预计2 0 0 6 年以后，这种 被称为3 5 g 的技术将会在全球实现大规模商用。 1 2 本文的工作内容 本文主要进行了两方面的工作：第一是在阅读大量文献和规范的基础上，深入 分析了h s d p a 技术对r 9 9 版本的w c d m a 系统体系结构的影响( 这个影响主要体 现在w c d m a 系统的u u 接口和i u b 接口上) 和一个实际的h s d p a 业务在各个接 口上的信令流程；第二是通过试验对加载h s d p a 业务的r 9 9 网络进行了性能分析， 最后得出h s d p a + r 9 9 版本的d c h 混合业务的应用对现有r 9 9 网络在资源分配、 吞吐量和覆盖等方面的影响，进而给出了建设h s d p a 网络时的组网建议。 论文的第二章介绍了r 9 9 版本的w c d m a 系统的网络体系以及下行分组数据 传输技术。第三章首先介绍了h s d p a 在r 9 9 版本基础上引入的几种新技术，然后 详尽地分析了h s d p a 技术的引入对w c d m a 系统在u u 接口和i u b 接口协议的影 响。第四章通过实验得到的数据分析了在r 9 9 版本上加载h s d p a 业务对网络资源 分配、吞吐量和覆盖等方面的影响。第五章总结了h s d p a 技术目前存在的一些问 北京邮电大学硕士研究生论文 题，并展望了h s d p a 技术的发展趋势和市场应用前景。 3 北京邮电大学硕士研究生论文 第二章w c d m a 系统概述 2 1w c d m a 系统的体系结构 u t m s 系统包含很多逻辑网元，每个网元都有特定的功能。在3 g p p 标准中， 网元都是在逻辑层上定义的，它可以根据相似的功能进行分类，也可以按照所归属 的不同子网进行分类弘j 。 按功能分类，u m t s 网元可以分成无线接入网( u t r a n ，u m t st e r r e s t r i a lr a d i o a c c e s sn e t w o r k ) 和核心网( c n ，c o r en e t w o r k ) 。u t r a n 负责所有与无线通信相 关的功能，c n 则负责对语音及数据业务进行交换和路由，将业务连接至外部网络。 此外，还要定义用户设备( u e ，u s e re q u i p m e n t ) 。从技术规范和标准话的角度来看， u t r a n 和u e 都是全新的协议，这些新协议的制定基于对w c d m a 新技术的需求。 c n 的定义则承袭了g s m 技术，极大地加速和方便了w c d m a 的引入。 一 u t r a n 结构如图2 - 1 所示。在图2 1 中，u t r a n 和c n 通过i u 接口相连。 u t r a n 包含一个或多个无线网络子系统( r n s ，r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ) ，每个 r n s 都是u t r a n 内的一个子网，包含一个无线网络控制器( r n c ，r a d i on e t w o r k c o n t r o l l e r ) ，一个或多个n o d eb 。r n c 和n o d eb 通过i u b 接口相连，r n c 通过i u r 接口彼此互连【引。 在u t r a n 中，r n c 是负责控制无线资源的网元，它与c n 接口，并且终止无 线资源控制协议( r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 。r n c 的逻辑功能就相当于g s m 的基站 控制器( b a s es t a t i o nc o n t r o l l e r ) 。n o d eb 的主要功能是进行空中接口l 1 层处理( 如 信道编码和交织，速率匹配和扩频等) ，并执行一些基本的无线资源管理工作( 如 内环功率控制) 。 在图2 1 中，i u b i u r i u u u 都是标准的接口，可以连接不同设备供应商提供的设 备。一般将i u b i u r i u 接口统称为u t r a n 地面接口，它们都是基于a t m 传输技术 的。根据r n c 连接的c n 设备的不同，i u 接口又可以分i u c s 接口和i u p s 接口， 其中i u c s 为r n c 和m s c 之间的接口，i u p s 为r n c 和s g s n 之间的接口【4 h 6 1 。 4 北京邮电大学硕士研究生论文 l n o d ebk i g 吵 r u hkr n c m s c ，v l rg m s c 。 n o d e b 。 。f 。i i 酒 计l il r | | n o d e b f q 竺) r n cs g s ng g s n 。 i n o d ebr i u t r a nc n 外部网络 2 1 1u t r a n 地面接口协议栈 图2 1p l m n 网元结构图 如图2 2 所示，u t r a n 地面接口协议( i u b i u r i u ) 基于层和面的原理。各接 口的协议结构按照一个通用的协议模型设计，并且均具有开放性。在设计上，遵循 层和面在逻辑上相互独立、无线网络层与传输网络层分离、控制面和用户面分离的 原则。如果将来需要，可以修改协议结构的一部分而无需改变其他部分。这种协议 模型使得各个协议能够在未来独立发展，而不影响其他的相关协议。 r a d i o c o n t r o ip l a n eu s e rp l a n e n e t w o r k l a y e r li a p p l i ca t i o n i ld ；i t a l p r o t () c 。 l is t r e) a m ( s ) l l t r a n s p o r t t r a n s p o r tn e t w o r k t r a n s p o r tn e t w o r kt r a n s p o r tn e t w o r k n e t w o r ku s e tp l a n e c o n t r o lp l a n eu s e rp l a n e l a y e r a l c a p ( s ) 1 士 s i g n a l i n gs i g n a l i n g d a t a b e a r e r ( s ) b e a r e r ( s ) b e a r e r ( s ) ： 工 p h y s i c a ll a y e r 图2 2u t r m q 地面接口协议模型 北京邮电大学硕士研究生论文 1 水平分层 在水平方向( h o r i z o n t a ll a y e r s ) 上，地面接口协议模型分为两层：无线网络层 和传输网络层。无线网络层包含所有与u t r a n 业务相关的协议；传输网络层指 u t r a n 所选用的标准的传输技术，与u t r a n 的特定的业务无关。 2 垂直平面 地面接口协议结构在垂直方向( v e r t i c a lp l a n e s ) 上分为控制平面、用户平面、 传输网络控制平面和传输网络用户平面。 ( 1 ) 控制平面 控制平面包括应用协议( 如i u 接口的r a n a p 、i u r 接口的r n s a p 、i u b 接口的 n b a p ) 以及用于传输这些应用协议的信令承载。其中，应用协议用于建立无线网 络层的承载( 如r a b 或无线链路) ；应用协议信令承载用于传输应用协议，它通过 操作维护功能建立。应用协议信令承载与接入链路控制应用协议( a l c a p ，a c c e s s l i n kc o n t r o la p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 的信令承载可以一样也可以不一样。 ( 2 ) 用户平面 用户平面传输用户发送和接收的所有信息，如语音呼叫中的编码语音或i n t e m e t 连接中的分组数据包，都要经过用户平面传输。用户平面包括数据流和应用于数据 流的数据承载，每个数据流由对应于该接口的一个或多个帧协议来表征。在用户平 面中，数据承载直接受传输网络控制面的实时控制。 ( 3 ) 传输网络控制平面 传输网络控制平面处于用户面和控制面之间，用于为传输层内的所有控制信令 服务，不涉及任何无线网络层的信息。传输网络控制面的引入，使得无线网络层控 制面的应用协议的功能实现与用户面的数据承载所选用的技术无关。传输网络控制 平面主要包括为用户平面建立传输承载的a l c a p ，还有a l c a p 所需要的信令承 载。其中，a l c a p 协议用于建立用户面的数据承载，a l c a p 信令承载用于传输 a l c a p 协议。传输网络用户面的数据承载直接由传输网络控制面实时控制。在应 用传输网络控制平面时，用户面的数据传输承载的建立过程为：在控制面中的应用 协议先进行信令处理，然后通过a l c a p 来触发数据面的数据承载的建立。 值得注意的是，并非所有的数据承载都需要a l c a p 来建立，当没有a c l a p 信令处理时就没有必要建立传输网络控制面，例如，i u p s 接口的数据承载就不需 要a l c a p ，因此不必建立传输控制面，如图2 - 4 所示。同时，a c l a p 也不用于建 立应用协议的信令承载。a l c a p 协议的信令承载与应用协议的信令承载可以一样 6 北京邮电大学硕士研究生论文 也可以不一样。a l c a p 信令承载一定是通过o & m 操作建立的。 ( 4 ) 传输网络用户平面 传输网络用户平面主要处理应用协议的数据承载和用户平面的信令承载。在实 时操作期间，传输网络用户平面的数据承载是由传输网络控制平面直接控制的。用 户平面的数据承载和应用协议的信令承载也同时属于传输网络用户面，数据承载直 接由传输网络控制面控制。 2 1 1 1i u 接口 i u 接口是u t r a n 和c n 之间的开放接口，它把系统分成了专用于无线通信的 u t r a n 和负责处理交换、路由和业务控制的c n 两部分。i u 可以有两种实体，分 别是用于将u t r a n 连接至c n 电路交换域( c s ，c i r c u i ts w i t c h e d ) 的i u c s 接口 和c n 分组交换域( p s ，p a c k e ts w i t c h e d ) 的i u p s 接口。i u c s 和i u p s 接口协议 栈分别如图2 3 和图2 - 4 所示。i u 接口使用a a l 2 作为到c s 域的用户数据承载， 使用g t p u 作为到p s 域的用户数据承载。 i u 接口的无线网络控制面包括无线接入网应用部分( r a n a p ，r a d i oa c c e s s n e t w o r ka p p l i c a t i o np a r t ) 协议和用于传输这些协议的信令承载。无线网络用户面包 括各传输信道的帧协议和传输这些数据的数据承载。在i u c s 接口中传输网络控制 面包括a l c a p 协议和用于建立a l c a p 协议的信令承莪在i u p s 接口中不存在传 输网络控制面，这是因为分组域的用户数据采用a a l 5 承载并使用i p 传输技术， 不需要传输网络控制面来建立传输承载。 i u c s 控制平面协议栈中包括7 号信令系统协议上层的无线接入网应用协议 ( r a n a p ，r a d i oa c c e s sn e t w o r ka p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 、信令连接控制部分( s c c p ， s i g n a l i n gc o n n e c t i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 、消息传输部分( m t p 3 b ，m e s s a g et r a n s f e r p a r t ) 和网络与网络接口的信令a t m 适配层协议( s a a l n n i ，s i g n a l i n ga t m a d a p t i v el a y e r - n e t w o r kt on e t w o r ki n t e r f a c e ) 。 i u c s 传输网络控制平面协议栈由建立a a l 2 连接的( o 2 6 3 0 1 和q 2 1 5 0 1 ) 信令协议组成，可应用的7 号信令系统与控制平面协议栈一样，只是没有s c c p 部 分。 i u 用户平面协议位于i u 用户平面的无线网络层中，该协议尽可能于c n 域保持 独立。用户平面协议的目的是承载i u 接口上与r a b 相关的用户数据。每个r a b 都有各自的协议实体。该协议或者完成完全透明的操作，或者完成对用户数据段和 北京邮电大学硕士研究生论文 基本控制信令的成帧操作。 r a d i o j c o n t r o lp l a n eu s e r p l a n e ： n e t w o r k r a n a p l | l uu t 等酬 l a y e r ： i i , t r a n s p o r tn e t w o r k ： 、：t r a n s p o r tn e t w o r k ! t r a n s p o r tn e r i ： u s e rp l a n e! c o n t r o lp l a n e ： u s e r p l a n e o i q 2 6 3 0 1 l t r a n s p o r t ：令 i l i n e t w o r k s c c pq 2 1 5 0 1 i l a y e r i m t p 3 一bm t p 3 b i l i s s c f n n i s s c f n n ii s s c o p s s c o p r l a a l 2 c a a l 5 a a l 5 i i 令 l i i i a t m ：p h y s i c a ll a y e r j li i 图2 3i u c s 接口协议栈 下面以i u c s 接口为例，分析i u 接口协议栈的层次结构和每一层的主要功能。 1 物理层 在图2 3 中，最底层的物理层主要提供a t m 信元的传输通道，它将上层a t m 层传来的信元加上其传输开销后，形成连续的比特流。同时，接收物理媒介上传来 的连续比特流，取出有效信元并传递给a t m 层。 2 a t m 层 a t m 层处于物理层之上，它利用物理层提供的服务，与对等层进行以信元为单 位的通信。a t m 层与物理媒介的类型、物理层的具体实现及其具体传送的业务类型 无关，它只识别和处理信头。也就是说，a t m 层负责将上层传来4 8 字节信元净荷 加上5 个字节的信头，或将物理层传来的信元去除信头后传给上层。 3 a a l 层 a t m 适配层( a a l ，a t ma d a p t a t i o nl a y e r ) 位于a t m 层之上，该层与业务相 关，即针对不同的业务进行不同的处理。a a l 层将上层传送而来的信息流( 长度、 速率各异) 分割成4 8 字节长的a t m 业务数据单元( s d u ) ，同时，将a t m 层传送 北京邮电大学硕士研究生论文 而来的a t ms d u 组装、恢复再传给上层。 i t u ti 3 6 2 建议，按照业务在信源和信宿间是否有定时关系、速率是否恒定、 是否面向连接还是无连接这三个特点，可以将业务分成4 类：a 、b 、c 、d 。不同 类型的业务需要不同的a t m 适配，其关系如表2 1 所示。 表2 - 1a a l 业务分类 业务a 类b 类c 类d 类 信源、信宿的定时关系需要需要不需要小需妥 比特率固定可变可变可变 连接方式面向连接面向连接 面向连接无连接 适配层 a a l l从l 2 从l 3 4 或a a l 5 a a l 3 4 或a a l 5 表2 i 中，a a l l 针对的是固定速率的、面向连接的业务，在信源和信宿之间 需要定时信息的传送，如话音业务和各类n i s d n 业务。 a a l 2 是为端到端具有定时关系的可变比特( r ) 业务提出的( b 类) ，如 v b r 音响和电视。a a l 2 针对的是低速有定时要求的变速率业务，例如压缩语音。 这种业务产生的数据包较小，一个数据包不足以填满一个信元。如果要积累个用 户的多个数据包去填满一个信元，又可能会导致比较大的延时。a a l 2 协议的思想 就是将多个用户复用在一个a t m 通道上，即用来自多个用户的数据包去填充信元， 每个数据包前面需要加一个头，用以表示它是属于哪个用户的。 a a l 3 4 协议可支持c 类和d 类业务，n r u - t 开始拟针对c 类和d 类业务分别 制定了a a l 3 和a a l 4 协议，后经研究发现支持d 类的a a l 4 也可支持c 类业务， 因此将两者合并制定了a a l 3 4 协议。 a a l 5 协议支持收发端之间没有时间同步要求的可变比特率业务，提供了与 a a l 3 4 类似的业务，它是在a a l 3 4 协议的基础上，为提高效率，专门针对c 类 面向连接的业务而制定的一种a a l 协议。它与a a l 3 4 的主要区别在于a a l 5 不 支持复用功能。 在w c d m a 地面接口协议中，i u i u r i u b 信令承载和i u p s 数据承载采用a a l 5 适配类型，i u c s i 州i u b 数据承载使用从l 2 适配类型。 4 s a a l 层 为了能够在a t m 网中传送信令信息，还需要进行信令的适配功能，即将各种 消息形式的信令信息转换成在a t m 网中传送的形式，并为信令建立a a l 连接。完 成这一功能的就是信令a t m 适配层( s a a l ，s i g n a l l i n g a t m a d a p t i v el a y e r ) 。 9 北京邮电大学硕士研究生论文 5 m t p - 3 b 层 m t p 3 b 模块主要完成m t p 3 - b 协议功能，它是在原m t p 3 的基础上针对a t m 的特性指定的协议规范。作为信令传输层，m t p 3 b 不仅要负责对信令消息的承载， 而且要负责信令网、信令链路的管理。m t p 3 b 采用s a a l 提供的服务来进行消息 交换。 6 s c c p 层 s c c p 层的目的是加强消息传递部分( m t p ) 的功能，相当于o s i 的第三层， 实现虚电路和数据报的分组交换功能。由于m t p 的寻址功能仅限于向节点传递消 息，只能提供无连接的消息传递功能，而s c c p 则利用目的信令点编码( d p c ， d e s t i n a t i o np o i n tc o d e ) 和子系统号( s s n ，s u b s y s t e mn u m b e r ) 来提供一种寻址能 力，用来识别节点中的每一个s c c p 用户。 7 a l c a p 层 a l c a p 层又称为q a a l 2 协议，遵循i t u tq 2 6 3 0 1 规范，处于i u b i u r i u c s 传输网络层的控制面，信令承载类型为s a a lu n i 和m t p 3 - b 。a l c a p 的基本功能 是在两个信令点之间建立、释放a a l 2 连接。同时，对该信令系统内微信元的通道、 通路等资源进行必要的维护和管理。由a l c a p 所控制的这些a a l 2 连接将作为无 线网络层控制面和无线网络层用户面的传输载体。 8 控制平面的r a n a p 协议 在i u 接口中，信令消息的传输使用s c c p 承载，无线接入网应用部分( r a n a p ， r a d i oa c c e s sn e t w o r ka p p l i c a t i o np a r t ) 是s c c p 的用户部分。控制平面的r a n a p 包含了所有为无线网络层规定的控制信息，每个u e 与c n 之间使用一条r a n a p 信令连接传输u u 接口的l 3 消息。r a n a p 的主要功能有： 重定位：负责处理服务r n s ( s r n s ，s e r v i n gr n s ) 的重定位和硬切换。 无线接入承载( r a b ，r a d i oa c c e s sb e a r e r ) 管理：包括所有的r a b 操作，如 r a b 建立，修改已经存在的r a b 的属性，清除已经存在的r a b 等。 i u 释放：释放某个连接特u e 的所有i u 资源( 信令链路和用户平面) ，还包括 初始化r a n 的情况。 报告未成功传输的数据：如果发送的数据没有成功到达u e ，允许c n 根据从 u t r a n 返回的信息更新其计费记录。 1 0 北京邮电大学硕士研究生论文 公共i d 的管理：将u e 的永久标识符从c n 发送到u t r a n ，允许由两个不同 的c n 域进行寻呼协作。 寻呼：c n 为某个u e 的终端业务请求而寻呼一个空闲状态的u e 。c n 将携带 有u e 的公共标识( 永久i d ) 和寻呼区域的寻呼消息发送到u t r a n ，而u t r a n 或者使用一条已经存在的信令连接来寻呼u e ，或者在指定的区域内发送广播寻呼 消息给u e 。 跟踪管理：为了便于操作和管理，u t r a n 可以记录与一个特定的u e u t r a n 连接相关的所有活动。 u e c n 信令传输：提供u e c n 之间信令消息的透明传输，u t r a n 对这些消息 不作任何解释。如u t r a n 传给u e 的首个消息( 可能是寻呼响应，对u e 起呼的 响应，或是对u e 到达新地区是注册的响应，这个首个消息还负责初始化i u 接口的 信令连接) ，和直接传送( 如在上行链路和下行链路方向上的i u 接口信令连接中， 采用直接传输的方式来承载所有连续的信令消息) 。 安全