（电路与系统专业论文）wcdma系统中接入控制策略的研究与仿真.pdf

摘要 w c d m a 技术是第三代移动通信系统( 3 g ) 的主要标准之一，无线资源管理( r r m ) 则是该技术得以实现的重要途径。本文概括介绍了r 蹦的关键技术，重点研究了其 中的无线接入控制策略及其在分层小区系统中的运用。 w c d m a 系统是一个干扰受限系统，新呼叫的连接建立将导致上下行负载增加， 影响系统已有的激活呼叫的服务质量。当系统负载较重时，新呼叫的接入可能导致 已有呼叫连接发生中断，造成系统不稳定。为了保证系统处于稳定状态下，尽可能 获得大的系统容量，必须采用无线接入控制技术。该技术根据系统当前的负载和稳 定性要求判决是否接入新呼叫。无线接入控制是保证各级业务服务质量和提高系统 容量的关键技术。 本论文分析了基于干扰门限的接入控制算法，研究了此算法在新呼叫接入控制 过程中的实现过程。设计测试用例，并在实际的w c d l a 系统上进行了测试，测试结 果验证了此算法的可行性和有效性，为w c d m a 系统的网络优化提供了参考数据。 接着，在w c d m a 分层小区系统中，结合该系统结构的特点，对宏小区和微小区 上行链路所受的干扰情形分别进行了分析，将基于干扰门限的接入控制算法改进后 运用到该系统中，对宏小区和微小区分别运用不同的接入控制策略实时地对呼叫请 求作相应控制，保证正在通话的移动用户的通信质量和系统的稳定性。并在基于 0 p n e t 的网络仿真平台上以实时语音和非实时数据两种典型业务为研究对象进行了 系统仿真，得到了该算法对新呼叫、切换呼叫的语音业务和f t p 数据业务的阻塞率。 仿真结果验证了该算法在分层小区系统中的可行性和有效性，为以后分层小区系统 的网络设计提供了参考模型和算法。 关键词：无线接入控制；无线资源管理；分层小区系统；网络仿真 a - b s t r a c t t h ew c d m at e c h n o l o g yi so n eo ft h em a i ns t a n d a r d so ft h e 也i r dg e n e r a t i o n m o b i l ec o m 砌n 池t i o ns y s t e m ( 3 g ) w h i l cr a d i or e s o u r c em a n a g c m e n t ( r r 啪i sa n i m p o n a n tw a y f o ri t si m p l e m e n t a t i o n n l i st h e s i sb r i e f l yi n 仃o d u c e st h ek e yt e c h n o l o g y o fs v s t e mr r ma i l df i l n h e r r e s e a r c hi sd o ew i t ht i i er a d i oa d i l l i s s i o nc o n t m l ( i 乙a c ) p o l i c ya l l da l s oi t s 印p l i c a t i o ni nh i e r a r c h i c a lc e l ls y s t e m w c d m ai s 孤妯t e r f c r c e l i n l i t e ds y s t e m as e m n gu po fn e wc a l lc o 衄e c t i o nw i l l f c s u l t i nt h el o a de n h a n c c m e n to f b o t hu p l i n k 锄dd o 、n l i n l 【a n da f f e c iq u a l i t yo fs e r v i c e o ft h ep r e s e n ta c t i v a t e dc a l l si nt h es y s t c m t h ea c c e s so fn e wc a l lm a yl e a dt ot h e b r c a l 【i n go f ft o 山ep r e s e n tc a l lc o n n e d i o na n dt h ei n s t a b i l i t yo fs y s t e mw h e nt h es y s t e m i s1 0 a d e dh e a v i l y i no r d c rt oe n s u r ea c q u i r i n gm em a 【i l n u ms y s t c mc 印a d t yw h i l et h e s y s t e mi sa tt h es t a b l es t a t e ，w em u s ta d o p tr a d i oa d m i s s i o nc b n h d lp o l i c yt h a tj u d g e s w h e t h e rt oa c c e s san e wc a l la c c o r d i n gt ot h ep f c s e n tl o a da n dr c q u i r e m e n ts t a b i l i t yo f s y s t c m r a d i oa d m i s s i o nc o n t r o li s t t l e k e yt e c h n o l o g yt o e n s u r et h e q u a l i t y o f m u l t i - c l a s ss e r v i c ea n di m p r o v es y s t e mc a p a d t y 1 1 1 i st h e s i sa i l a l y s et h er a d i oa 如i s s i o nc o n 仃o la i g 。r i t h mt h a tb a s e do n i n t e d e n c e t h r 船h o l d i td o c sf i i n h 盯r c s e a r c ha b o u tt l i c r e a l i z a t i o np f o c e s so ft t l e a 1 9 0 f i t mi na d m i s s i o nc o n t r 0 1p r o c e s so fn c w c a l ls e n ，i c e 锄dt h et e s tr e s u h sv a l i d a t ei t s f e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yt h r o u g hw c d m as y s t e mt e s t a n dr e f e r e n c e dd a t aa r ep r o v i d e d f o r l h ed e s i g no fm er e a lw c d m a s y s t 锄 a n dt h e n ，t h et h e s i sa n a l y s e ss c p a r a t e l yt h eu p l i n ki 1 1 l e r f b r c n c eo fm a c r 0 一c e ua i l d m i c r o - c e l lc o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fh i e r a r c h i c a lc e us y s t e mo fw c d m a t h e a l g o f i t h mt h a tb a s e do nj n t e r f h e n c e t l l r e s h o l di sa p p l i e dt ot h eh i e r a r c h i c a lc e us y s i e m s y s t e m 痂n e l yd e a l sw i t ht h ec a ur c q u e s t sa c c o r d j n gt ot l l ei t e r f c r e n c el e v e lo fl o c a lc e u 如da d j a c e n tc e l l s ，w h i c hc n s u r em ec o 姗u n i c a t i o nq u a l i t yo fp r e s e ma c t i v a t e dc a u sa i l d t h es t a b i l i t yo fs y s t e m t ot ) ，p i c a ls e r v i c e sj n c h j d i n gv o i c ea n dd a t aa r es n n u l a t e du s i n g o p n e tn e t w o r ks i m u l a t i o ns o f h v a r ea n dg e tt t l er e s u l tt l l a tt h eb l o c kr a d i oo fv o j c e s e r v i c ca n df t pd a t as e i c ei nn e wc a l l sa i l dh a l l d o v e rc a l l s t h es i m u l a t i o nr e s u l t i i v a l i d a t e st h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo ft h i sa l g o r i t a n dr e f e r e n c e dm o d e l sa n d a i g o r i t h ma r ep m v j d e df o rt h ep r o g 姗m i n ga n dd e s i g i lo fm el l i e r a r c h i c a lc e l ls y s t e mo f w c d m a k e y w o r d s ：r a d i oa d m i s s i o nc o n h o l ( r a c ) ；r a d i or e s o u f c cm a n a g e m e n t 但r m ) ； h i e r a f c h i c a lc e us y s t e m ( h c s ) ；n e t w o r ks i m u l a t j o n 1 1 第三代移动通信概述 第一章绪论 随着移动通信的飞速发展，传统的以话音业务为主的第二代移动通信系统已逐 渐不能满足人们的要求，而新兴的数据业务，如e m a i l 、视频传输、文件下载等将 成为移动通信中不可或缺的业务组成。如何实现现有的系统由二代系统向三代系统 的平稳过渡，如何避免重新建站，布网带来的成本的极大提高，现有资源的极大浪 费，如何在现有网络的基础之上实现未来的多媒体通信，如何在多媒体通信中的各 种业务之间实现资源的有效合理配置，挖掘出现有网络的最大潜能，正是第三代系 统研究的热点。 第三代移动通信系统，俗称3 g ，是国际电信联盟i t u ( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o 咖u n i c a t i o nu n i o n ) 在1 9 8 5 年首先提出的。1 9 9 6 年i t u 正式将其更名为全 球移动通信系统i m t 一2 0 0 0 ( i n t e r n a t i o n a lm o b i l et e l e p h o n y 2 0 0 0 ) ，意即工作在 2 0 0 0 姗z 频段。 i h r r 一2 0 0 0 空中接口的主要特点如下： 1 ) 最高可达2 m b p s 的比特率； 2 ) 可变比特速率以提供需求带宽； 3 ) 将有不同服务质量要求的业务例如语音、视频和分组数据复用到一条单一的 连接中； 4 ) 满足对时延敏感的实时业务到比较灵活的尽力而为型的分组数据的时延要 求； 5 ) 从l o 的误帧率到1 0 “的比特误码率的质量要求； 6 ) 与第二代系统的共存以及为增加覆盖和负载均衡而要在两种系统之间进行 切换的功能： 7 ) 支持上下行业务量不对称的服务如浏览网页造成的下行负载远大于上 行负载； 8 ) 高频谱利用率； 9 ) 频分双工和时分双工两种模式的共存； 从i m t 一2 0 0 0 空中接口的主要特点中可以看出，更高的比特速率数据业务和更 好的频谱利用率是第三代移动通信系统不同于第一和第二代移动通信系统的显著 标志，它也体现了当今移动通信技术发展的新趋势。 围绕以上目标，各组织向国际电联提交了各自的空中接口标准，其中以c d m a 技术作为多址接入方式的三大标准逐渐占据了主导地位“，它们是w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d _ s c d m a 。三大标准在无线接入技术方面都有完整的定义和提高速率的方案，在 核心网技术方面，都有向分组化演进的路线。 w c d m a 标准由3 g p p ( 3 “g e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 组织制订，目前已 经有四个版本，即r 9 9 、r 4 、r 5 和r 6 。它的主要特点是无线接入网采用w c d m a 技术， 核心网分为电路域和分组域，分别支持话音业务和数据业务。其扩频码速率为 3 8 4 m c h i p s ，载波带宽为5 姗z 。上下行链路都采用快速闭环功率控制技术，各基 站间无需同步。 c d m a 2 0 0 0 标准由3 g p p 2 组织制订，版本包括r e l e a s e 0 、r e l e a s e a 、e v d o 和 e v d v ，r e l e a s e 0 的主要特点是沿用基于a n s i 一4 l d 的核心网，在无线接入网和核心 网增加支持分组业务的网络实体。多载波方式下，多个带宽为1 2 5 煳z 的窄带i s 一9 5 载波捆绑在一起形成下行多载波传输，码片速率为n 1 2 2 8 8 m c h i p s ( n 为载波个 数，可取1 ，3 ，6 ，9 ，1 2 ) 。下行基站问必须同步，因此需要全球定位系统( g p s ) 。 c d 姒2 0 0 0 和w c d m a 都采用频分双工( f d d ) 方式，需要成对的频率规划。 t d s c d m a 标准也由3 g p p 组织制订，目前采用的是中国无线通信标准组织( c h i n a w i r e l e s st e l e c o 唧u n i c a t i o ns t a n d a r d ，c w t s ) 肯4 订的t s m ( t d s c d m ao v e rg s m ) 标准，基于t s m 标准的系统其实就是在g s m 网络支持下的t d s c d m a 系统。一方面 利用3 g 的频谱来解决g s m 系统容量不足，另一方面可以为用户提供初期最高达 3 8 4 k b i t s 的各种速率的数据业务，t d s c d m a 采用时分双工( t d d ) ，扩频码速率为 1 2 8 m c h i p s ，载波带宽为1 6 m i z ，其基站间必须同步，采用了智能天线、联合检 测等技术，频谱使用灵活、利用率高，适合非对称数据业务。 为移动用户提供高度灵活、速率可变的多种业务是第三代移动通信网络和未来 无线通信网络的主要发展方向。第三代移动通信系统为人们展现了一个随时、随地、 以多种方式进行高速通信的美好未来。从1 9 9 9 年3 月芬兰以甄选的方式发放第一 个3 g 牌照开始，到日本的n ”d o c o m o 率先开通了全球第一个3 g 业务，3 g 已在世 界范围内掀起滚滚浪潮。我国3 g 的发展基本上是与国际同步的，尤其是在我国自 主提出t d s c d m a 的技术被i t u 接纳以后，3 g 更成了人们所关注的焦点之一。毫无 疑问，3 g 已经对全球的社会和经济产生了巨大的影晌，成为2 1 世纪初技术和经济 发展的焦点之一。 2 1 2 们d 姒系统结构概述 欧洲提出的w c d 姒是为了实现与g s i 网络的兼容和从g s m 平滑过渡到3 g 系统 而设计的。截止2 0 0 5 年底，我国移动通信用户数已到达3 亿，而其中绝大部分是 g s m 网络用户。移动运营商在部署3 g 的时候，期望能够实现与现有系统的兼容和平 滑过渡，以节约投资。因此，w c d m a 对于我国是一个具有竞争力的候选方案。 w c d m a 的优势在于，码片速率高，有效地利用了频率选择性分集和空间的接收 和发射分集，可以解决多径问题和衰落问题。1 。采用t u r b o 信道编解码，提供较高 的数据传输速率。频分双工制式能够提供广域的全覆盖，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。采用连续导频技术，可支持高速移动终端。 w c d 姒能够从g s m 平滑过渡，为运营商提供了良好的技术基础。 3 g p p 为w c d m a 制定了技术觌范，r 9 9 版本于9 9 年底完成。无线接入网的主要 接口i u 、i u b 、i u r 均采用a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) 和i p 方式，能够实 现通用移动通信系统u m t s ( u n i v e r s a lm o b il et e l e c o 嘲u n i c a t i o ns y s t e ) 的全部 功能，提供了商用版本的必要保证。 图1 1 描述了w c d m a 的系统结构。1 ：按照功能，网络元素被分为用户设备u e ( u s e r e q u i p m e n t ) 、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 oa 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 e 和u t r a n 的接口定义为u u 接口，u t r a n 和核心网的接口 定义为i u 接口。无线接入网又包括基站( n o d e b ) 和无线网络控制器r n c ( r a d i o n e t w o r kc o n t r o l l e r ) ，基站和r n c 、r n c 和r n c 之间的接口，我们分别定义为i u b 和i u r 接口。核心网分为电路域( c s ) 和分组域( p s ) ，负责与其他网络的连接和对u e 的通信与管理，电路域基于电路交换网络，链路需要建立和释放，通信过程中链路 独占的方式保证了电路域的通信质量。电路域的设备中包括移动交换中心 m s c ( m o b i l es w i t c h i n gc e n t r e ) 和网关移动交换中心g m s c ( g a t e w a ym s c ) 。分组域 基于分组交换网络，信令和数据都是以数据包形式在分组网中传输，更加有效地利 用了网络资源，因而可以提供更加高速的传输速度，分组域的主要设备是服务g p r s 支撑节点s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ) 和网关g p r s 支撑节点g g s n ( g a t e w a y g p r ss u p p o r tn o d e ) 。 3 图1 1w c d ar 9 9 版本系统结构 1 3 无线资源管理概述 无线资源管理r i m ( r a d i or e s o u r c em a n a g e m e n t ) 是无线移动通信系统中的关 键技术之一，负责管理空中接口资源，即无线资源。它直接关系到移动用户的服务 质量和通信系统的性能，主要分为以下几个部分：接入控制、负载控制、切换控制、 功率控制等。1 。 目前国内外的大部分研究都主要集中对单业务模型的无线资源管理方案进行 分析。但是在因特网日益普及的今天，无线通信发展的趋势必将是多种业务在通信 网络中并存。将来的无线网络除了要承载纯粹的话音业务外，还必须能够对数据业 务，视频业务等提供服务。这些业务不同于话音业务，它们具有不同的数据传输速 率，不同的发送功率，对网络资源的占用也不同于话音呼叫。如何利用有限的频率 资源来最有效地配置各种不同速率、不同服务质量q o s ( q u a l it yo fs e r v i c e ) 要求 的业务，在保证服务质量的前提下使现有网络发挥出最大的效益，获得最大的系统 吞吐量，是无线资源管理策略的关键。下面对无线资源管理的各种策略进行简要分 析。 1 3 1 接入控制 无线接入控制r a c ( r a d i oa c c e s sc o n t r 0 1 ) 是在有限系统容量的基础上，以不 牺牲已有连接的服务质量为前提，尽可能多的对新到达的( 新发起的或者切换到达 4 的) 连接请求予以接纳的决策问题。 如果空中接口负载可以允许过分的提高，则小区的覆盖区域会降低到规划值以 下，且已有的连接的业务质量不能得到保证。在接受一个新的连接前，接入控制必 须检查该接入是否会牺牲规划好的覆盖区域或已有连接的质量。接入控制是在无线 接入网中接受或拒绝建立无线承载的请求，当承载建立或修改时接入控制算法就被 执行。接入控制功能体位于无线网络控制器r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r o l l e r ) 中， 在该处可获得来自几个小区的负载信息。接入控制算法将评估建立这些承载所导致 的无线网络负载的增加，这必须对上下行链路两个方向分别进行评估。请求的承载 仅当上下行链路的接入控制均接收它时才可被接入，否则由于它会在网络中产生过 量的干扰而被拒绝。接入控制的限制条件由无线网络规划来设置。 在资源有限系统如时分多址系统和频分多址系统，每个小区提供的信道数是固 定的。在这类系统中接入控制包括了对这些受到硬性限制的信道的管理，和对从 本小区或相邻小区按入系统的用户进行信道的合理分配。由于相邻小区中分离信道 的使用，因此一个小区中的负荷对它的邻小区没有影响。然而，在一个像c d m a 这 样采用频率复用为l 的系统，其资源没有硬性上界( 软容量) 的，情形就与前面两种 系统相当不同了。 1 3 2 负载控制 负载控制的一个重要任务就是确保系统不过载并维持稳定。一旦系统过载必然 会使干扰增加、服务质量q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 下降，系统的不稳定会使某些 特殊用户的服务得不到保证，所以负载控制也非常重要。如果遇到过载，则无线网 络规划定义的负载控制功能体将系统迅速并且可控地回到无线网络规划所定义的 目标负载值。为降低负载，可能的负载控制动作。如下： 1 ) 下行链路快速负载控制：拒绝执行收到的来自用户终端的下行链路功率升高 指令： 2 ) 上行链路快速负载控制：降低被上行链路快速功控使用的上行链路信千比的 目标值； 3 ) 减少分组数据业务的吞吐量； 4 ) 切换到另一个w c d m a 载波； 5 ) 切换到g s m 系统； 6 ) 降低实时用户的比特速率； 7 ) 以控制方式停止呼叫。 上面列出的前两个措旌是可在一个基站内执行的快速动作，这些动作可在一个 时隙内发生，即以1 5 k h z 频率发生，并且快速提供不同业务的优先级。为了维护 那些不能忍受重发的业务的质量，可以提高对非延时敏感连接的瞬间误帧率。这些 动作，仅增加了分组数据业务的延时，而诸如语音和可视电话等业务的质量得到了 维持。其他负载控制的动作一般比较慢，分组业务通过分组调度来减少。负载控制 的基本原理和接入控制基本一样，当接入控制被作为一个单独的事件完成时，负载 控制可以被看作是一个在系统运行过程中连续处理的过程，可以实时的监视干扰。 1 3 3 切换控翩 切换按发起方式可分为：硬切换( h a r dh a n d o v e r ) 、软切换( s o f th a n d o v e r ) 和 更软切换( s o f t e rh a n d o v e r ) 。硬切换是指移动终端先中断与旧基站的连接，再与 新基站建立连接，移动终端只能和一个基站通信。软切换是指移动终端先与新基站 建立连接，再与旧基站中断连接，移动终端可以和一个以上的基站通信。更软切换 是指在同一基站的不同扇区之间的切换。 切换按系统内外可分为系统内切换和系统间切换。系统内切换是指在同一系统 内的越区切换，如w c d m a 系统内或g s m 系统内的切换；系统间切换是指在两个不同 系统间的切换，如从g s m 到w c d 姒的切换，或从w c d 姒到g s m 的切换。 另外，切换还分频率间切换，空闲切换。频率间切换是指在两个不同频段之间 的切换；空闲切换是指移动台在空闲状态下发生的切换，例如，移动台没有与其它 用户终端通话时发生的越区切换。 切换技术是蜂窝移动通信的一个研究热点，与第一、二代移动通信相比，第三 代移动通信容量更大，数据速率更高，业务种类更多，在切换中将要考虑更多的因 素，需要改善已有的切换算法，以满足不同业务的服务质量( q o s ) 要求。 1 3 4 功率控制 功率控制是w c d m a 系统的核心技术之一，它能减小干扰( 特别是远近效应和快 衰落) 并增加系统容量，同时也能使不同业务达到其所要求的不同的服务质量。 w c d m a 系统中的功率控制主要分为开环功控和闭环功控，闭环功控又分为内环功控 和外环功控。 在w c d m a 系统中，上、下行链路均支持1 5 k h z 速率的快速功率控制。在上行 链路的功率控制中，基站要频繁地估计接收信干比s i r ( s i g n a lt oi n t e r f e r e n c e r a t i o ) 的值并把它同目标s i r 值相比较。如果测得的s i r 高于目标s i r ，基站就命 令用户设备u e ( u s e re q u i p m e n t ) 降低功率；若测得的s i r 低于目标s i r ，基站就命 令u e 提高功率。对每一个u e ，这个“测量一命令一反应”循环的频率为每秒1 5 0 0 次( 即1 5 k h z ) ，比任何较明显的路径损耗的改变都要快，实际上甚至比以低速到中 速运动的u e 产生的快衰落的速度还快。这样快速功率控制就能够防止基站接收的 所有上行信号中出现功率不平衡的现象。3 。在下行链路中也采用同样的快速功率控 制。 外环功率控制通过为快速功率控制设定目标s i r 值来保证所需的通信质量。外 环功控的目的是提供所需质量既不太差，也不太好。太高的质量将浪费容量。由于 在上、下行链路中均采用了快速功率控制，所以在上、下行链路中都需要外环功控。 外环功控的频率一般是l o 1 0 0 h z 。在外环功率控制下，为了保证用户接收信号的 质量，对于移动速度不同的用户，s i r 目标值有所不同，高速移动用户的s i r 目标 值要高于低速用户的s i r 目标值。对于多业务复用到同一条物理链路的情况，s i r 目标值选择各业务所分别对应的s i r 目标值中的最大值。在进行外环功控时，当发 射功率到达极限值时，如果继续调整s i r 目标值对提高系统性能没有任何益处，反 而有可能降低系统性能。为了避免这种情况的发生，可限定外环功控对s i r 目标值 的控制范围。 1 4 本文研究内容 本文第一章先简要介绍了第三代移动通信系统及其三个标准，接着对无线资源 管理中的接入控制，负载控制，切换控制和功率控制进行了简要的概述。 第二章简述了u t r a n 的系统结构，介绍了实际的w c d m a 系统中r n c 的体系结构 和功能，基站的体系结构以及u u i u i u b i u r 标准接口的结构。 第三章先对目前国内外研究的接入控制策略进行了分类，接着介绍了接入控制 在s r n c 和d r n c 中应用的场景，然后着重分析了一种工程上适用的接入控制策略一 一基于干扰门限的接入控制算法。然后设计测试方案，在实际的w c d m ar 9 9 版本的 系统上对该算法的性能进行了测试，验证了其有效性和可靠性。 第四章先分析了分层小区系统中宏微小区上行链路的干扰情形，在此分析的 磺士学住论文 m a s t e r st h e s i s 基础上，将基于干扰门限的接入控制策略改进后运用到分层系统中，并在o p n e t 的 网络仿真平台上建立系统模型，对实时语音业务和非实时的f t p 数据业务进行了仿 真，得到了系统对两种业务新呼叫和软切换的阻塞率，其仿真数据达到了工程应用 的要求，验证了该改进算法在分层小区系统中的有效性和可靠性。 第五章是对全文的一个总结。 第二章u 即拍n 系统结构及功能 2 1u t r a n 系统概述 w c d m a 的无线接入网络简称为u t r a n ( u m t st e r r e s t r i a lr a d i oa c c e s s t w o r k ) ，这里我们仅讨论w c d m a 系统f d d 模式的有关内容，u t r a n 由一系列通过 i u 接口连接到核心网的无线网络子系统r n s ( r a d i on e t w o r ks u b s y s t e m ) 组成，其 逻辑结构如图2 1 所示： 圈2 1u t r a n 体系结构 无线接入网络u t r a n 包含一个或几个无线网络子系统r n s 。一个r n s 由一个无 线网络控制器r n c ( r a d i on e t w o r kc o n t r 0 1 l e r ) 和一个或多个基站( n o d e b ) 组成，具 体功能”，如下： 无线网络子系统r n s ：在u e 和核心网c n 之间提供无线连接，包含一个r n c 。 无线网络控制器r n c ：r n s 中控制无线资源的网元设备，实现w c d m a 空中接口 层2 ( 数据链路层) 和层3 ( 网络层) 功能。r n c 是一个智能实体，负责控制一个r n s 中 所有的逻辑无线资源( 包括分配，回收) ，并且r n c 站在全u t r a n 的角度上对无线资 源的使用情况进行评估，分析，并作适当的调整。 无线基站n o d e b ：实现一个或几个小区无线信号的发送和接收，即实现w c d 毗 空中接口层1 ( 物理层) 的功能。 u u 接口：u e 和基站n o d e b 之间的空中无线接口。 i u b 接口：无线网络控制器r n c 和基站n o d e b 之间的接口。 i u 接口：无线网络子系统r n s 和核心网c n 之间的接口，包括电路交换域i u c s 和分组交换域i u - p s 。 i u r 接口：无线网络子系统r n s 之间的接口，用于r n c 间软切换和寻呼。 u t r a n 的基本功能“1 可以分为以下几个方面： 1 ) 与整个系统接入控制有关的功能：接入控制，拥塞控制，系统信息广播； 2 ) 无线信道加密和解密； 3 ) 与移动性有关的功能：切换，s r n c ( s e r v i n gr n c ) 重定位； 4 ) 无线资源管理和控制：无线资源配置和操作，无线环境测量，无线承载连接 建立和释放，无线承载分配和释放，无线协议功能，功率控制和设置，无线信道编 码和解码，信道编码控制，初始( 随机) 接入监测和处理等。 2 2u t r a n 接口结构 移动终端到u t r a n 之间的空中无线接口u u 接口，是w c d m a 系统最重要的标 准接口。u t r a n 作为w c d m a 的地面接入网，负责u e 业务经空中无线接口到地面接入 网的协议中继功能。 图2 2 是u u 接口的协议结构9 1 ，每个方块代表一个协议的实例，整个协议结构 的上方虚线处是接入层u u 接口的边界，虚线上方是非接入层的部分，接入层向上 层提供通用控制( g c ) 、通告( n t ) 和专用控制( d c ) 业务接入点。空中接口协议在水平 方向分为控制面( c 一面) 、用户面( u 一面) 两个面，在垂直方向分为三个层次： 1 ) l l ，物理层( p h y ) ； 2 ) l 2 ，数据链路层，该层从下至上又分为媒体接入控制 i a c ( m e d i u ma c c e s s c o n t r 0 1 ) 、无线链路控制r l c ( r a d i ol i n kc o n t r 0 1 ) 子层，用户面在m a c 、r l c 之上 还有广播组播控制协议b m c ( b r o a d c a s t m u l t i c a s tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 和分组数据 汇聚协议p d c p ( p a c k e td a t ac o n v e r g ep r o t o c 0 1 ) 两个子层； 3 ) l 3 ，网络层，在该层控制面上存在无线资源控制r r c ( r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 子层； 数据链路层为网络层提供的服务载体称为无线承载r b ( r a d i ob e a r e r ) ，它是 r r m 的控制对象，是保证业务q o s 在无线连接段的服务承载体。r r c 层通过业务接 入点向上层提供服务，在u e 侧，高层协议使用r r c 提供的业务，在u t r a n 侧，i u 接口上信令面的应用协议使用该业务，所有高层信令( 移动性管理、呼叫控制、会 1 0 话管理等等) 都被封装在r r c 消息中在空中接口上传输。在l 2 m a c 到l l 之间的通 信业务接入点是传输信道( t r c h ) 、l 2 r l c 到m a c 之间的通信业务接入点是逻辑信道。 物理层是无线资源承载服务的实际执行层，负责组织各种类型的物理信道并实施各 信道的收发过程( 配置扰码、扩频码；确定和调整发送功率；保证信道的同步；完 成正确的扩频调制和解调) 。由r r c ( r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 到本地各底层存在对 应的控制访问点( c s a p ) ，允许r r c 层通过控制原语对其底层进行配置。 众所周知，基站是若干地理位置相邻的无线小区组成的小区群的逻辑功能实 体，它代表了u t r a n 在某个地理区域内进行无线通信的能力。而u t r a n 通过地面各 小区的基站系统完成空中无线接口物理层功能后，随即转入以有线方式连接的( 在 r 9 9 版本中，u t r a n 的有线接入网的传输使用a t m 技术) 各u t r a n 功能实体，中间经 过i u b ( i u r ) 接口，最后经i u 接口完成u e 业务到核心网的接入。因此，在u t r a n 内 部协议栈结构中，必须先由地面有线传输网络构件组成的传输网络协议层，然后才 是建立在传输网络层之上的无线网络应用层。 矗审嵴 6 审举肆 。蔷 图2 2u u 接口的协议结构 儿 l 3 r a 击o l 2 ，i d c p i 2 ，b m c l 2 ，r l c l o 霉c d l 2 删a c t p o n l 1 顾士学位论文 m s t e r s t h e s i s 图2 3 是3 g p p 协议规定的i u i u r i u b 接口的通用协议栈n 0 。1 “模型： r a d i o c o n t r o ip i a n eu s e rp i a n e n e t w o r k l a y e r ia p p i j (：a l i o n iid l 协i ip r o to i f ls t r e i m ( s ) f j t r a n s d o r tt 旧n s d o n e 咖r k t r a n s n 融w o r kt 哺n s d o nn e 呐r i ( n e t w o r k u s e r p i a n eo o n t 吲p i a n e u s e r p i a n e l a y e r a l c a p ( s ) 0 s i g 响l l i n gs i g n a i l i n g d a t a b e a r e r ( s lb e a 聘r ( s )b e a 怕r ( s ) + p h y 。j 。扎。， 图2 3i u i u r i u b 接口的通用协议栈模型 在图2 3 中，水平方向上包含两个主要层：无线网络层和传输网络层。所有与 u t r a n 相关的内容仅在无线网络层可见；传输网络层使用标准传输协议，u t r a n 选 择采用这些标准传输协议时，并没有对它们做特别的改动。在垂直方向上，主要包 含控制平面和用户平面。控制平面为w c d 姒特定的控制信令使用，它包含应用协议， 如i u 中的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 ) 协议，它负责核心网 和r n s 之间的信令交互、i u r 中的r n s a p ( r n sa p p l i c a t i o np a r t ) 协议，它负责两 个r n s 的信令交互、i u b 中的n b a p ( n o d e ba p p l i c a t i o np a r t ) 防议，它负责r n c 和 基站之间的信令交互，还有用于传输应用协议消息的信令承载。应用协议的信令承 载与接入链路控制应用部分a l c a p ( a c c e s s1 i n kc o n t r 0 1a p p l i c a t i o np a r t ) 的信 令承载的类型可以相同，也可以不同。用户发送和接收的所有信息，比如话音呼叫 中编码话音或分组域的用户数据，都经过用户平面传输。用户平面包括数据流和用 于数据流的数据承载，每个数据流由对应于该接口的帧协议表示。传输网络控制平 面是在控制平面和用户平面之间起作用的平面，它为传输层内的所有控制信令服 务，不包含任何无线网络层信息。它包括用于为用户平面建立传输承载( 数据承载) 的a l c a p 协议，也包括a l c a p 需要的信令承载。传输网络控制平面的引入使得无线 网络控制平面的协议完全独立于用户平面数据承载技术，用户平面的数据承载和应 用协议的数据承载属于传输网络用户平面。 将图2 2 和图2 3 结合起来看，u t r a n 空中接口的端到端( 从网络到u e 之问) 数据信令流( 图2 2 中粗黑色垂直线所示) 须流过图2 3 所绘出的用户面，而w c d m a 高层及r r c 层下达给各底层的配置信息( 图中以c o n t r o l 标示的细垂直线所示) 须流 经图2 3 所绘出的控制面。 2 3 无线网络控制器刚c 的结构及功能 r n c 用于控制接入网络的无线资源。它通过i u 接口与电路域的移动交换中心 m s c ( m o b “es e r v i c e ss w i t c h i n gc e n t e r ) 和分组域的服务g p r s 支持节点 s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ) 相连“1 ，移动台和u t r a n 之间的无线资源控制 r r c ( r a d i or e s o u r c ec o n t r 0 1 ) 协议在此终止。 控制r n c ( c r n c ，c o n t r o l l i n gr n c ) ：控制n o d e b 的r n c 。c r n c 负责对其控制小 区的无线资源进行管理。 如果在一个移动台与u t r a n 的连接中用到了超过一个r n c 的无线资源，那么这 些涉及的r n c 又可以分为”： 服务r n c ( s r n c ，s e r v i n gr n c ) ：管理u e 和u t r a n 之间的无线连接。它是对应 于该u e 的1 u 接口的终止点。无线接入承载的参数映射到传输信道的参数，是否进 行越区切换，开环功率控制等基本的无线资源管理都是由s r n c 来完成的。一个与 u t r a n 相连的u e 有且只能有一个s r n c 。 漂移r n c ( d r n c ，d r i f tr n c ) ：除了s r n c 以外，还有d r n c 。w c d 姒要求具有软 切换功能( 宏分集) ，对某一个u e 来说，把自己的资源借给s r n c 的r n c 就是d r n c ， 一个用户可以没有d r n c ，也可以有个或多个d r n c 。 通常在实际的r n c 中包含了所有的c r n c 、s r n c 和d r n c 的功能。每一个处于连 接模式下的u e 都受控于s r n c ，每一个r n c 都是与它直接相连的基站及其所拥有小 区的c r n c 。一般说来，c r n c 是小区无线资源的拥有者，s r n c 负责处理与某个u e 的 连接。内环功控由基站来执行，外环功控由r n c 来执行，内环功控受外环功控控制； 专用信道数据的调度由s r n c 来执行，公共信道数据的调度由c r n c 来执行。 工程上的w c d m a 系统中r n c 的逻辑结构如图2 4 所示：