WCDMA无线接口.pdf

目 录 5 505 4 5 物理层过程 5 445 4 4 扩频与调制 5 385 4 3 信道编译码 5 245 4 2 物理层信道特性 5 215 4 1 物理层概述 5 215 4 物理层 5 215 3 4 BMC子层协议 5 195 3 3 PDCP子层协议 5 165 3 2 RLC子层协议 5 115 3 1 MAC子层协议 5 115 3 数据链路层 5 95 2 3 RRC层协议状态 5 55 2 2 RRC基本过程 5 45 2 1 RRC层结构 5 45 2 无线资源控制层 5 35 1 4 各层实现功能 5 25 1 3 层间通信原语 5 15 1 2 无线接口协议结构 5 15 1 1 无线接口模型 5 15 1 概述 5 1第五章 WCDMA无线接口 5 18图5 11 两个非确认模式对等实体的模型 5 17图5 10 两个透明模式对等实体的模型 5 17图5 9 RLC层总体模型 5 15图5 8 逻辑信道与传输信道的映射 5 14图5 7 UTRAN侧MAC d控制结构 5 13图5 6 UTRAN侧MAC c sh控制结构 5 12图5 5 UTRAN侧MAC结构 5 10图5 4 RRC状态及状态转移 5 5图5 3 UTRAN 侧 RRC 模型 DS MAP 系统 5 2图5 2 无线接口协议结构 5 1图5 1 无线接口模型 i 5 63图5 40 支持DPCH闭环模式发射分集的下行发射机的大概结构 5 62图5 39 用TSTD方案进行发射的SCH结构 5 61图5 38 STTD编码器的通用模块框图 5 61表5 3 各种下行物理信道采用的发射分集模式 5 60图5 37 CPCH接入流程 5 56图5 36 RACH接入流程 5 52图5 35 Node B无线链路集合的状态和相互转换 5 51图5 34 FDD 模式下无线接口同步时序框图 5 50图5 33 上下行链路调制 5 48图5 32 下行物理信道的扩频 5 46图5 31 上行链路扩频 5 45图5 30 下行链路扰码产生器 5 45图5 29 上行扰码序列产生器结构图 5 44图5 28 用于产生正交可变扩频因子码OVSF的码树 5 44图5 27 扩频与扰码 5 43图5 26 信道复用到物理信道映射过程的例子 5 42图5 25 码率1 3的Turbo编码器结构 5 41图5 24 卷积编码器结构 5 40图5 23 UTRAN下行传输信道复用结构 5 39图5 22 UE侧上行传输信道复用结构 5 37表5 2 FDD下行链路 5 37表 5 1 FDD 上行链路 5 35图5 21 MAC 与 L1之间的数据交换 5 32图5 20 下行物理信道的帧定时和接入时隙定时 5 29图5 19 下行DPCH的帧结构 5 28图5 18 CPCH随机接入传输的结构 5 27图5 17 随机接入发射的结构 5 26图5 16 上行DPDCH DPCCH的帧结构 5 22图5 15 物理层接口 5 21图5 14 MBC结构图 5 20图5 13 PDCP层结构 5 19图5 12 确认模式实体的模型 ii 第五章第五章 WCDMA无线接口无线接口 5 1 概述 5 1 1 无线接口模型 在UMTS系统中移动用户终端UE与系统固定网络之间通过无线接口上的无 线信道相连无线接口定义无线信道的信号特点性能在第三代移动通信 WCDMA系统中无线接口称为Uu接口该接口在WCDMA系统中是最重要的 接口 无线接口从纵向分为接入层AS和非接入层NAS接入层通过如下业 务接入点SAP向非接入层提供服务一般控制GCSAPs通知控制 NtSAPs专用控制DCSAPs等本章对Uu接口的介绍主要是接入层 的内容如图5 1无线接口模型定义 Uu接口特性主要为接入方式信道结构通信协议性能特性业务特性等 UTRAN UE Radio Uu RRC RRC RLC MAC PHY RLC MAC PHY bearers DC NtGC DC NtGC 图5 1 无线接口模型 5 1 2 无线接口协议结构 无线接口协议分层结构如图5 2所示它分为物理层L1数据链路层 L2 MAC RLC PDCP BMC网络层L3 RRC MM CM物理层通过 业务接入点SAPs与层二的MAC子层和层三的RRC子层连接物理层提供不 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 1 同的传输信道到MAC层MAC层通过不同逻辑信道给高层提供服务传输 信道特性由无线接口上传输信道物理特性进行描述逻辑信道特性由传输消 息的不同类型描述物理信道特性在FDD制式中由码域频率域确定上行 还有IQ相位L3和RLC分为控制面和用户面PDCP和BMC仅仅在用户面 L3中的RRC子层处于接入层而其余子层如移动管理MM连接管理 CM处于非接入层所以无线接口层三描述仅仅限于RAN部分的RRC子 层 L3 逻辑信道 传输信道 控制面信令 用户面信息 PHY L2 MAC L1 RLC DC Nt GC L2 RLC MAC RLC RLC RLC RLC RLC RLC 避免重复功能 UuS 边界 BMC L2 BMC RRC 控制 PDCP PDCP L2 PDCP DC Nt GC 控制 控制控制 控制 RLC 图5 2 无线接口协议结构 5 1 3 层间通信原语 在图5 2中各子层间通过业务接入点SAPs连接RRC与MAC之间RRC与 L1之间的连接是控制服务在RRC与RLC之间RRC与PDCP之间RRC与 BMC之间也都分别存在控制SAPs每层都通过服务原语向高层提供服务无 线接口协议栈各层之间原语包括 MAC与RLC层之间原语MAC 通用名 类型 MAC与RRC层之间原语CMAC 通用名 类型 RLC与RRC层数据传输之间原语 RLC 通用名 类型 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 2 RLC与PDCP层之间原语 RLC 通用名 类型 RLC与RRC层控制之间原语CRLC 通用名 类型 Uu接入层以上的原语UUS 通用名 类型 PDCP与非接入层之间的原语PDCP 通用名 类型 PDCP与RRC层之间的原语CPDCP 通用名 类型 BMC与高层之间的原语BMC 通用名 类型 BMC与RRC层之间BMC控制的原语CBMC 通用名 类型 物理层PHY与MAC层之间原语PHY 通用名 类型 物理层PHY与RRC层之间原语CPHY 通用名 类型 5 1 4 各层实现功能 1 RRC层实现功能 RRC层实现功能包括 广播由非接入层提供的信息广播与接入层相关的信息建立维持及释放 UE和UTRAN之间的一个RRC连接建立重配置及释放无线承载分配 重配置及释放用于RRC连接的无线资源RRC连接移动功能管理为高层 PDU选路由请求QoS的控制UE测量上报和报告控制外环功率控制加 密控制慢速动态信道分配寻呼空闲模式下初始小区选择和重选上行 链路DCH上无线资源的仲裁RRC消息完整性保护和CBS控制 2 层二实现功能 层2包括MACRLCPDCPBMC等四个子层各部分实现功能不同 MAC子层的功能包括逻辑信道和传输信道之间的映射为每个传输信道选 择适当的传送格式UE数据流之间的优先级处理UE之间采用动态预调度 方法的优先级处理DSCH和FACH上几个用户的数据流之间的优先级处理 公共传输信道上UE的标识将高层PDU复接为通过传输信道传送给物理层的 传送块并将通过传输信道来自物理层的传送块复接为高层PDU业务量检 测动态传输信道类型切换透明RLC加密接入业务级别选择 RLC子层功能分割和重组串联填充用户数据的传送错误检测按 序发送高层PDU副本检测流控非证实数据传送模式序号检查协议错 误检测和恢复加密挂起和恢复功能 PDCP子层功能在发送与接收实体中分别执行IP数据流的头部压缩与解压缩 头部压缩方法对应与特定的网络层传输层或上层协议的组合传输用户 数据将非接入层送来的PDCP SDU转发到RLC层将多个不同的RB复用到 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 3 同一个RLC实体 BMC子层功能小区广播消息的存储业务量监测和为CBS请求无线资源 BMC消息的调度向UE发送BMC消息向高层NAS传递小区广播消息 3 物理层实现功能 在OSI参考模型中物理层L1处于最底层它提供物理介质中比特流传输 所需要的所有功能物理层功能包括通过传输信道提供数据传输到MAC 分集合并传输信道错误指示传输信道FEC编译码传输信道到 CCTrCHs映射编码后的传输信道速率匹配到物理信道CCTrCHs映射到物 理信道物理信道的加权合并扩频与调制 解扩与解调频率同步时间同 步码片比特时隙帧无线特性测量FERSIR功率干扰闭 环功率控制射频处理等 5 2 无线资源控制层 5 2 1 RRC层结构 无线资源控制层L3 RRC层包括路由功能实体RFE广播控制功能实体 BCFE寻呼及通告功能实体PNFE专用控制功能实体DCFE 共享控制功能实体SCFE传输模式实体TME等各实体描述如下 路由功能实体RFE处理高层消息到不同的移动管理 连接管理实体 UE侧或不同的核心网络域UTRAN侧的路由选择 广播控制功能实体BCFE处理广播功能该实体用于发送一般控制 接入点GC SAP所需要的RRC业务BCFE能使用低层透明模式接入 点Tr SAP和非确认模式接入点UM SAP提供的服务 寻呼及通告功能实体PNFE控制寻呼处于空闲模式的UE该实体 用于发送通知接入点Nt SAP所需要的RRC业务能使用低层Tr SAP和UM SAP提供的服务 专用控制功能实体DCFE处理特定的某个UE的所有功能该实体 用于发送专用控制DC SAP所需要的RRC业务根据发送的消息和当 前UE服务状态DCFE可使用低层Tr SAP和UM AM SAP提供的服务 共享控制功能实体SCFE控制PDSCH 和PUSCH的分配该实体使 用低层Tr SAP和UM SAP提供的服务SCFE用于TDD模式下协助专用 控制功能实体 传输模式实体TME处理RRC层内不同实体和RLC提供的接入点之 间的映射 如图5 3所示的UTRAN端的RRC模型DC SAP可能由一个专用信道提供 GC SAP和Nt SAP分别由BCCH和PCH提供这些信道使用RLC提供的接入点 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 4 Tr SAP UM SAP AM SAP实际上它们使用的接入点不同仅仅是类型 相同 RLC BCFEPNFEDCFE RRC MAC MAC ctrl AM SAP Tr SAP RLC ctrl L1 L1 ctrl UM SAP RFE RFE RFE TME Access Stratum RRC SAPs SCFE 图5 3 UTRAN 侧 RRC 模型 DS MAP 系统 5 2 2 RRC基本过程 1 RRC连接管理过程 RRC连接管理过程包括系统信息的广播寻呼RRC连接建立RRC连接释 放RRC连接重建立UE性能信息的传输UE性能询问初始直接传输 下行链路直接传输上行链路直接传输UE专用寻呼安全模式控制信令 连接释放过程信令连接释放请求过程计数器检查等 系统信息的广播用于在一个小区内从UTRAN向空闲模式和连接模式下的 UE广播系统信息UTRAN侧完成系统信息块的分段和链接段的重组系 统 信 息 的 调 度UE 应 在 空 闲 模 式 及 CELL FACHCELL PCH 和 URA PCH状态下接收BCH传输信道上广播的SYSTEM INFORMATION消息 UE 应 在 CELL FACH 状 态 下 接 收 FACH 传 输 信 道 上 广 播 的 SYSTEM INFORMATION消息支持同时接收SCCPCH和DPCH信息的UE可在 CELL DCH状态下接收FACH传输信道上广播的SYSTEM INFORMATION消 息空闲模式和连接模式的UE可能获得系统信息块的不同组合在每次获取 前UE应识别它所需要的系统信息块UE能存贮不同小区和不同PLMN的系 统信息块包括它们的值标记以便UE返回到这些小区时使用这一信息 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 5 的有效时间为从接收开始6小时所有存贮的系统信息当UE关机后无效 寻呼过程用于在寻呼控制信道PCCH上给选定的处于空闲模式 CELL PCH或URA PCH状态下的UE传输寻呼信息UTRAN能对处于 CELL PCH或URA PCH状态下的UE启动寻呼以触发UE状态变化另外 UTRAN能对处于空闲模式CELL PCH或URA PCH状态下的UE启动寻呼来 触发UE读取更新后的系统信息UTRAN通过在PCCH上适当的寻呼时段广播 寻呼消息启动寻呼过程可能在几个寻呼时段重复寻呼一个UE以提高寻呼 可靠接收的概率UE在空闲模式CELL PCH和URA PCH状态接收它所监 听的寻呼时段内的寻呼信息 RRC连接建立由UE的非接入层请求建立在上行链路CCCH上发送一个RRC CONNECTION REQUEST消息重置计数器V300和启动计时器T300要求 UE从接入类到接入业务类的映射并在接入RACH时使用给定的接入业务类 UTRAN 对 RRC CONNECTION REQUEST 消 息 的 接 收并 在 下 行 链 路 CCCH 上 发 送 RRC CONNECTION SETUP 消 息 或 RRC CONNECTION REJECT消息如果UE接收到正确的RRC CONNECTION SETUP消息 UTRAN收到RRC CONNECTION SETUP COMPLETE消息则完成RRC连接 建立过程 RRC连接释放过程用于释放RRC连接包括UE和UTRAN之间的信令链路和 全部无线承载当UE处于CELL DCH或CELL FACH状态UTRAN能够通 过发送一个使用非确认模式的RRC CONNECTION RELEASE消息在任何时 间启动一个RRC连接释放 RRC连接重建立是为重建立一个丢失的RRC连接当一个UE丢失无线连接 UE可能通过转移状态启动一个新的小区选择 UE性能信息的传输使用UE性能更新过程向UTRAN传递UE特殊的性能信息 UE性能询问用于请求UE发送与它所支持的任何无线接入网相关的性能信息 UE性能询问过程由UTRAN通过在DCCH上使用确认模式或非确认模式发送 初始直接传输过程用于在上行链路上建立信令连接和信令流也用于在无线 接口上传送初始的高层消息一个信令连接由一个或几个信令流组成该过 程要求建立一个新的流并且若该流所选路由不存在信令连接则依据路由 选择触发一个信令连接的建立 下行链路直接传输过程用于在下行链路无线接口传输NAS消息上行链路直 接传输用于在上行链路无线接口传输全部随后的高层NAS消息在 UTRAN中当高层在初始信令连接建立后要求传输NAS消息时启动下行链 路直接传输过程 在UE中当高层要求传输NAS消息时启动上行链路直 接传输过程 安全模式控制用于触发信令链路和无线承载的加密或支配新加密配置的重启 也可用于对上行链路和下行链路信令启动完整性保护 信令连接释放过程用于通知UE释放与CN域之间的一个正在进行的信令连接 注意信令连接释放不启动RRC连接的释放UE使用信令连接释放请求过程请 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 6 求UTRAN释放一个或多个流标识该过程可能启动信令连接释放过程或 RRC连接释放过程 2 无线承载控制过程 无线承载控制过程包括无线承载的建立重配置和释放传输信道重配置 传输格式组合控制物理信道的重配置下行链路外环控制上行链路物理 信道控制等 无线承载的建立用于建立新的无线承载无线承载分为用于控制平面信令无 线承载和用于用户平面的一个无线接入承载RAB或RAB子流当建立无 线承载时可能执行一个硬切换或透明传输建立一个传输信道在建立无线 承载启动过程中UTRAN应在新的物理信道配置上配置新的无线链路并开 始在新的无线链路上发送和接收在下行链路DCCH上使用确认或非确认模 式发送RADIO BEARER SETUP消息UE当收到RADIO BEARER SETUP消 息后进行处理并在上行链路DCCH上使用确认模式RLC发送RADIO BEARER SETUP COMPLETE消息 无线承载重配置用于重配置无线承载或信令链路的参数以反映QoS的变化 当过程进行时可能执行硬切换在上行或下行链路上增加重配置或删除 一个传输信道无线承载的释放用于释放已有的无线承载 传输信道重配置用于重配置传输信道参数传输格式组合控制用于控制在传 输格式组合集中允许的上行链路传输格式组合UTRAN应在下行DCCH上使 用AMUM或TM RLC发送传输信道配置消息在等待无线承载的建立无 线承载的释放无线承载的重配置传输信道的重配置物理信道的重配置 等过程完成时UTRAN不应启动传输格式组合控制过程物理信道重配置用 于建立重配置及释放物理信道 3 RRC连接移动性过程 RRC连接移动性过程包括小区更新URA更新UTRAN移动性信息激活 集更新硬切换UTRAN与其它系统间相互切换UTRAN与其它系统间小 区重选等 小区更新过程主要用于在CELL FACH或CELL DCH状态下进行小区重选后 使用UE的当前小区更新UTRAN即使没有小区重选发生也可用于监测 RRC连接小区更新过程还可以用来重置用于信令链路和用户平面链路的 AM RLC实体UE可以使用一个CELL UPDATE消息指示恢复用于信令链路 的AM RLC实体中不可恢复的错误RESET PDU重发数量达到MAX DAT并 且接收无响应 URA更新过程用于在URA PCH状态下进行URA重选后使用UE当前URA更新 UTRAN也可在没有URA重选时用于监测RRC连接为避免过量的信令 UTRAN登记区域URA可能分等级也就是说一个小区内可能广播几 个URA标识并且一个小区内不同的UE可能属于不同的URA处于 URA PCH 状 态 下 的 UE 应 总 有 且 只 有 一 个 有 效 URAURA UPDATE 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 7 CONFIRM消息可能包含新的NAS系统信息 UTRAN移动性信息用于为一个处于连接模式的UE分配一个新的C RNTI和 或 U RNTI 软切换中激活集更新用于更新UE与UTRAN之间连接的激活集该过程应在 CELL DCH状态下使用UE在分配新的无线链路时一直使用旧的无线链路 也应在重分配进程中一直使用发送器 硬切换的目的是改变UE与UTRAN之间连接的频率或改变不支持宏分集的 网络中的小区或在TDD和FDD之间改变模式 系统间切换分为其它系统切换至UTRAN和UTRAN切换至其它系统用于在 网络控制下将UE与另一无线接入系统如GSM的连接移交到UTRAN或 将UE与UTRAN之间的连接转移到另一无线接入系统 系统间小区重选包括小区重选到UTRAN或小区重选来自UTRAN用于在 UE以及一定程度其他无线接入系统的控制下将UE与另一无线接入系统 如GSM GPRS的连接转移到UTRAN或者从UREAN系统转移到另一无线 接入系统如GSM GPRS 4 RRC测量过程 对于RRC层中的测量在UTRAN和UE中的要求有所不同UE测量分为6个不 同类型的测量频率内测量频率间测量系统间测量业务量测量质量 测量内部测量等其中频率内测量是测量与激活集同频率的下行物理信道 频率间测量是测量与激活集不同频率的下行物理信道系统间测量是测量属 于其他无线接入系统的下行接入信道业务量测量是测量上行业务量质量 测量是测量质量参数内部测量是测量UE的发射功率和UE接收的信号电平 同类测量可以作为UTRAN不同功能的输入UE应能支持一定数量的测量并 行处理和每个测量对立控制及报告UE监测的小区分为属于激活集或不在激 活集中的小区属于激活集的小区时用户信息从这些小区发送它们同时 进行解调后合并这些小区涉及到软切换不在激活集中但根据UTRAN分 配的相邻节点列表而被监测的小区属于监测集不在激活集中也不属于 UTRAN相邻节点列表但被UE检测到的属于检测集非列表集频率内测 量只能由UE在CELL DCH状态提出请求 UTRAN通过发送MEASUREMENT CONTROL消息启动一个UE的测量该消 息中包括以下测量控制信息测量类型测量标识号测量命令建立修 改释放测量对象测量量报告量测量报告准则报告模式等 5 RRC一般过程 RRC一般过程包括最初UE标识的选择从连接模式进入空闲模式的行为 DPCCH建立时的开环功率控制物理信道建立准则无线链路失败准则开 环功率控制进入服务区检测超帧号完整性保护测量时段的计算接 入业务等级的建立接入级别到接入业务级别的映射PLMN类型选择 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 8 CFN的计算等 UE标识的选择是从信息元素中选择在RRC连接建立时提供一个唯一的UE标 识UE根据TMSIP TMSIIMSIIMEI的优先级在信息元素中选择UE id type当从连接模式进入空闲模式时UE应选择一个驻留的合适小区 当建立第一个DPCCH时UE应开始UL内环功率控制 接入业务等级的建立是对PRACH资源接入时隙和前缀信号可能划分为不同的 接入业务类以便提供不同RACH使用优先级接入级别到接入业务级别的 映射接入类仅在初始接入时使用接入类AC和接入业务类ASC之间 的映射由SIB5的信息元素AC to ASC mapping指示 5 2 3 RRC层协议状态 如图5 4所示RRC层状态包括连接模式和空闲模式在连接模式下RRC状态 包括对于PSTN ISDN业务的UTRAN连接模式和GSM连接模式之间的状态转 移以及对于IP业务的UTRAN连接模式和GSM GPRS连接模式之间的状态转 移同时也包括空闲模式和UTRAN连接模式之间的转移及UTRAN连接模式 内的状态转移 Establish RRC Connection Release RRC Connection UTRA Connected Mode UTRA Inter RAT Handover GSM Handover Establish RRC Connection Release RRC Connection URA PCH CELL PCH GSM Connected Mode Establish RR Connection Release RR Connection Idle Mode Camping on a UTRAN cell1Camping on a GSM GPRS cell1 GPRS Packet Idle Mode1 GPRS Packet Transfer Mode Initiation of temporary block flow Release of temporary block flow Cell reselection CELL DCH out of service in service CELL FACH out of service in service out of service in service 图5 4 RRC状态及状态转移 从空闲模式到UTRAN连接模式的转移是仅当UE发送一个建立RRC连接的请 求状态由空闲模式转移到UTRAN连接模式此事件可由网络发送的寻呼请 求或UE的高层请求来触发当UE从网络收到RRC连接建立的证实UE进入 UTRAN连接模式的CELL DCH状态或CELL FACH状态当RRC连接建立失 败时UE回到空闲模式 UTRAN连接模式状态及转移包括 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 9 UE从CELL DCH状态到空闲模式从CELL DCH状态到CELL FACH状态和 从CELL DCH状态到CELL PCH状态的转移在CELL DCH状态的无线资源 分配任务RRC连接移动性任务UE测量系统信息的捕获 从CELL FACH状态到CELL DCH状态从CELL FACH状态到CELL PCH状 态从CELL FACH状态到空闲模式和从CELL FACH状态到URA PCH状态 的转移在CELL FACH状态的无线资源分配RRC连接移动性任务UE测 量发送和更新系统信息 从CELL PCH状态到CELL FACH状态的转移在CELL PCH状态的无线资 源分配任务RRC连接移动性任务UE测量传输和更新系统信息 从URA PCH状态到CELL FACH状态的转移在URA PCH的无线资源分配 任务RRC连接移动性任务UE测量发送和更新系统信息 支持PSTN ISDN业务的系统间切换 当使用PSTN ISDN业务时从 UTRAN连接模式转移到GSM连接模式UTRAN使用无线接入系统间的切换 过程GSM使用切换过程 支持IP域业务的系统间切换当使用IP业务UE发起从GSM GPRS小区转移 到UTRAN小区的小区重选然后使用RRC连接建立过程完成到UTRAN连接 模式的转移 同时支持IP和PSTN ISDN域业务的UE从UTRAN到GSM BSS的系统间切换 一个处于CELL DCH状态下同时使用PSTN ISDN和IP域业务的UE系统间 的切换过程基于UE的测量报告但由UTRAN启动UE首先执行从 UTRAN连接模式到GSM连接模式的系统间切换当UE发送切换完成消息给 GSM BSS后UE启动一个暂时块流并发送RA更新请求若UE成功执行从 UTRAN连接模式到GSM连接模式的系统间切换无论UE是否能建立一个暂 时块流都认为切换成功 若系统间切换失败UE可能回到UTRAN连接模 式并在原状态重新建立连接并不试图建立一个暂时块流 同时支持IP和PSTN ISDN域业务的UE从GSM BSS到UTRAN的系统间切换 对一个处于GSM连接模式状态下同时使用PSTN ISDN和IP域业务的UE系 统间切换过程基于UE的测量报告但由GSM BSS启动UE执行从GSM连接 模式到UTRAN连接模式的系统间切换在UTRAN连接模式下两种服务的建 立是平行的若UE成功执行从GSM连接模式到UTRAN连接模式的系统间切 换则认为切换成功若系统间切换失败UE可能回到GSM连接模式并在 原状态重新建立连接 5 3 数据链路层 数据链路层包括MACRLCPDCPBMC四个子层 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 10 5 3 1 MAC子层协议 1 MAC层结构 图5 5所示为MAC结构由MAC bMAC c shMAC d实体组成其中 MAC b实体负责处理控制BCH广播信道MAC c sh控制公共传输信道负责 处理的传输信道包括寻呼信道PCH前向接入信道FACH随机接 入信道RACH公共分组信道UL CPCH下行链路共享信道 DSCHMAC d实体负责处理DCH专用传输信道MAC d实体在承载间 动态地共享资源并负责在每个传输时间间隔内选择所使用的TFI TFCI如果 专用类型的逻辑信道映射到公共信道上则MAC d通过图中所示的功能实体 间的连接将数据传送给MAC c sh逻辑信道到传输信道的映射取决于复用 复用是由RRC配置的在UTRAN的每个小区中有一个MAC d同时与特定小 区相关的每个UE对应MAC d可以与该小区的MAC c sh实体相关联 MAC c sh位于控制RNC内而MAC d位于服务RNC中 FACHRACH DCCHDTCHDTCH DSCH MAC Control Iur or local MAC Control DCHDCH MAC d MAC c sh CPCH CCCHCTCHBCCHPCCH FACHPCHDSCH MAC b BCCH BCH MAC 逻辑信道 传输信道 图5 5 UTRAN侧MAC结构 如图5 6所示MAC c sh实体其功能如下 TCTF MUX表示MAC报头中的TCTF字段的处理在上行链路信道中 插入在下行链路信道中去除以及逻辑信道和传送信道之间的映射 TCTF字段指明公共逻辑信道的类型或是否使用了专用逻辑信道 加上或读取UE Id对于CPCH和RACH传输加上UE Id当UE Id出现时 表明数据传送给该用户 TFC选择上行链路存在传送格式选择的可能性对RACHMAC向物 理层指明与PDU相关的ASC对CPCHMAC可以向物理层指明与 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 11 PDU相关的ASC下行链路对FACHPCH和DSCH要进行传送格式组合 选择 调度 优先级处理对于上行链路用来依据逻辑信道的优先级在RACH和 CPCH上传送从MAC d上接收到的信息该功能与TF选择有关对于下 行链路根据优先权的高低来管理UE间及数据流间的FACH和DSCH资源 传输格式组合的选择执行依据RRC配置的传送格式组合集或传输格 式组合子集的传送格式和传送格式组合选择用于区别传输信道的优 先级 下行码分配用来指示DSCH上使用的编码 DLDownlink TFTransport Format TFCTransport Format Combination UEUser Equipment ULUplink CTCH FACH MAC c sh to MAC d RACH MAC Control CPCH FDD only CCCH FACH BCCHSHCCH T DD only PCCH PCH TFC selection DSCHUSCH TDD only Flow Control MAC c sh MAC d TCTF MUX UE Id MUX USCH TDD only DSCH DL code allocation Scheduling Priority Handling Demux TFC selection 图5 6 UTRAN侧MAC c sh控制结构 如图5 7所示MAC d实体其功能如下 信道切换基于RRC的决定该实体执行动态传输信道类型的切换通 常与无线资源改变有关 C T MUX当几个专用逻辑信道复用为一个传送信道时使用C T MUX包含一明确的逻辑信道标识 加解密透明模式数据的加解密在MAC d中完成 UL TFC选择执行根据RRC配置的传送格式组合集或传送格式组合子 集的传送格式和传送格式组合集的选择 DL 调度 优先级处理在下行链路上在RRC指定的TFCS允许的传输格 式组合中进行传输信道的调度 优先级处理 优先级设置该功能负责对从DCCH和DTCH上接收到的数据进行优先级 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 12 设置 流量控制到MAC c sh方向有一个流量控制功能用于限制在MAC d和 MAC c sh间的缓存此功能是为了限制层2的信令延时以及在FACH和 DSCH拥塞时减少丢弃和重发的数据 MAC d实体与MAC c sh之间存在着连接在下行链路上通过该连接将数 据传送给MAC c sh以便在由MAC c sh处理的传输信道上传送数据在上行 链路上通过该连接接收来自由MAC c sh处理的传输信道上的数据 DCCH UE DTCH DTCH DCH DLDownlink TFTransport Format TFCTransport Format Combination RNTIRadio Network Temporary Identity UEUser Equipment ULUplink DCH MAC d to MAC c sh MAC Control FAUSCH Handling FAUSCH C T MUX DL scheduling priority handling Ciphering Channel switching Flow Control MAC c sh MAC d C T MUX Priority setting Deciphering 图5 7 UTRAN侧MAC d控制结构 2 信道结构 传输信道介于MAC和层一之间逻辑信道介于MAC和RLC之间MAC层完 成逻辑信道与传输信道的映射 传输信道分为公共传输信道和专用传输信道两种类型公共传输信道类型包 括随机接入信道RACH前向接入信道FACH下行共享信道 DSCH公共分组信道CPCH广播信道BCH寻呼信道 PCH专用传输信道类型只有一种为专用信道DCH MAC层在逻辑信道上提供数据传送业务对于由MAC提供的不同的数据传 送业务定义了一整套逻辑信道类型每个逻辑信道类型由其所传送的信息类 型所定义 控制信道只用于控制平面信息的传送包括广播控制信道BCCH寻呼 控制信道PCCH公共控制信道CCCH专用控制信道DCCH 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 13 共享信道控制信道SHCCH 业务信道只用于用户平面信息的传送包括专用业务信道DTCH公共 业务信道CTCH 如图5 8所示逻辑信道和传输信道之间的映射关系BCCH映射到BCH上 也可以映射到FACH上PCCH映射到PCH上CCCH映射到RACH和FACH上 DCCH和DTCH可以映射到RACH和FACH或CPCH和FACH或RACH和 DSCH或一个DCH上USCH和DCCH可以映射到FAUSCH上CTCH映射 到FACHSHCCH映射到RACHFACH和DSCH上 BCH PCH DSCHFACHRACHDCH BCCH SAP DCCH SAP CCCH SAP PCCH SAP DTCH SAP Transport Channels MAC SAPs FAUSCHUSCH TDD only CPCH FDD only CTCH SAP SHCCH SAP TDD only 图5 8 逻辑信道与传输信道的映射 3 MAC层基本过程 MAC层基本过程包括动态无线接入承载控制的业务量测量RACH发送控制 接入业务类的选择RACH CPCH的传输控制传输格式组合TFC的选 择等 动态无线接入承载控制的业务量测量基于MAC所报告的业务量测量 RRC执行动态无线接入承载控制业务量信息的收集和测量在MAC层中进行 并由MAC层将结果报告给RRC层MAC接收RLC PDU和RLC传输缓存器的 信息每个TTIMAC将把对应于一个传输信道的数据量与RRC设置的阈值 进行比较如果值超出范围MAC向RRC报告业务量状态的测量结果因此 RRC可以获悉每个传输信道的业务量状态RRC可以采取适当的行动进行新 的无线接入承载配置 RACH发送控制MAC子层负责按传输时间间隔等级控制RACH传输定时 RACH传输控制和CPCH传输控制请参考物理层过程一节 接入业务类的选择为了提供不同的RACH使用权的优先级RACH物理资 源即接入时隙和前缀信号可以区分为不同的接入业务类ASC有可 能不只一个ASC或所有ASC被分配到同一接入时隙接入业务等级在0i NumASC范围中编号一个ASC用一个标识i定义i定义了PRACH资源的某 一个部分和一个相关的定值Pi 一个ASC参数集由NumASC 1个这样的参数 i Pii 0 NumASC组成RRC协议PRACH部分和定值是由 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 14 RRC从系统信息中导出的ASC参数集是用CMAC Config REQ原语提供给 MAC的ASC的枚举对应优先级的顺序ASC0 最高优先级ASC7 最低优 先级ASC0用于紧急呼叫或同等优先级的情况 在无线承载建立 重新配置时给每个相关的逻辑信道指配一个MAC逻辑信 道优先级MLP当MAC子层在UE侧配置RACH传输时这些MLP将用 于MAC上的ASC选择 UE侧传输格式组合TFC的选择RRC可以根据所给的逻辑信道的优先权 值来控制上行链路数据的调度每一个逻辑信道对应于18之间的一个值 其中1是最高优先级8是最低优先级UE中的TFC的选择将根据RRC所指明 的逻辑信道之间的优先级进行逻辑信道具有相对的优先级一条逻辑信道 上的传送块的一部分可以被停止传输以便传送来自一条逻辑信道上下一个 优先级较低的数据如果该部分设置为0则说明优先级安排将是绝对的优 先级在一条逻辑信道上为利于下一个低优先级数据的传输而可能被停止传 输的传送块的最大部分是由RRC信令给出的将采用周期的方式选择被停止 的传送块周期为最小可能的周期如果可以通过多种方法获取最小周期 则两个被停止的传送块之间的距离将尽可能大以确保被停止的帧是均匀分 布的当使用RACH或CPCH时TFC选择原则将适用于TF选择 当UE输出功率接近UE最大传送功率同时由于覆盖原因用于功率控制的内环 不再保持则UE选择下一个较低比特率的TFC即不再使用当前的全比特率 的TFC如果一条逻辑信道的比特率受到影响则将采用编译码器数据速率 UE将不断地评估最大发射机功率是否可以有效地支持临时停止TFC当最大 发射机功率有效时将在TFC选择中再次考虑临时停止TFC 5 3 2 RLC子层协议 1 RLC层结构 图5 9给出了RLC层的总体模型图中表示了不同的RLC对等层实体对透明 模式业务和非确认模式业务有一个发送实体和一个接收实体对于确认模式 业务有一个综合的传送和接收实体AM 实体之间的虚线表示可能在各自的 逻辑信道上发送RLC PDU例如控制PDU在一个逻辑信道上发送同时数 据PDU在另一个逻辑信道上发送 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 15 传送 Tr实体 传送 UM实体 AM实体 接收 UM实体 接收 Tr实体 传送 Tr实体 传送 UM实体 A M 实 体 接收 UM实体 接收 Tr实体 发送方 接收方 发送方 接收方 UEUTRAN 高层 RLC MAC 无线接口 图5 9 RLC层总体模型 2 透明模式实体 图5 10给出了透明模式实体模型发送Tr 实体通过Tr SAP从高层接收SDU RLC可以将SDU划分成适当的RLC PDU无须附加任何开销如何执行分段 是在业务建立时确定的通过BCCHPCCHSHCCHSCCH或DTCH RLC将RLC PDU传送给MACCCCH也使用透明模式但只对上行链路逻 辑信道的类型取决于高层是处于控制平面还是处于用户平面Tr 实体通过一 条逻辑信道从MAC子层接收PDURLC将PDU重新组合成RLC SDU如何进 行重新组合是在业务建立时确定的RLC通过Tr SAP将RLC SDU传送给高层 传 送 T r 实 体 传 输 缓 存 器 分 段 T r S A P B C C H P C C H D C C H C C C H D T C H S H C C H 接 收 T r 实 体 接 收 缓 存 器 重 组 B C C H P C C H D C C H C C C H D T C H S H C C H T r S A P 无 线 接 口 图5 10 两个透明模式对等实体的模型 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 16 3 非确认模式实体 如图5 11给出了非确认模式实体模型发送UM 实体从高层接收SDU RLC可以把SDU分段成适当大小的RLC PDUSDU还可以和其它SDU进行连 接RLC附加上一个RLC头并将PDU放入传送缓存器中通过DCCH SHCCH只对下行链路或DTCHRLC将RLC PDU传送给MACCCCH也 可使用非非确认模式但只对于下行链路 接收UM 实体通过一条逻辑信道从MAC子层接收PDURLC去除PDU头并将 PDU重新组成RLC SDU随后将SDU传送给高层 传 送 U M 实 体 传 输 缓 存 器 U M S A P 接 收 U M 实 体 接 收 缓 存 器 U M S A P 无 线 接 口 分 段 级 联 加 密 增 加 R L C 头 重 组 解 密 去 除R L C 头 C C C H D C C H D T C H S H C C H C C C H D C C H D T C H S H C C H 图5 11 两个非确认模式对等实体的模型 4 确认模式实体 如图5 12给出了确认模式实体模型在上行链路上使用两个逻辑信道的情况 时UTRAN可以指示第一个逻辑信道用于数据PDU第二个逻辑信道用于控 制PDU 传送侧的AM 实体从高层接收SDUSDU被分段和 或连接成固定长度的 PDUPDU长度是一个准静态值该值是在承载建立时确定的并且只能通过 RRC对承载的重新配置来改变对于连接或填充长度和扩展上的信息比特 被插到最后一个PDU的开始这个PDU包含一个SDU的数据填充可以被捎 带状态信息来代替包括设置轮询比特如果几个SDU可放入一个PDU则 将它们连接起来并在PDU的开始处插入适当长度的指示器随后PDU被放入 重传缓存器和传输缓存器MUX决定何时向MAC发送哪个PDU通过一个 功能体来传送PDU该功能体生成RLC PDU头固定为2字节的AMD PDU报 头不加密当应用捎带机制时用控制信息取代填充其目的是提高传输效 率并使得对等RLC实体之间的快速消息交换成为可能捎带控制信息不在任 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 17 何重传缓存器中保存捎带控制信息包含在捎带状态PDU中捎带状态 PDU依次包含在AMD PDU中为了与AMD PDU中的空闲空间总数相匹配 捎带状态PDU将是可变大小的重传缓存器也可从接收侧接收确认该确认 是用来指示PDU的重传及何时从重传缓存器中删除一个PDU 传 输 缓 存 器 重 新 传 输 缓 存 器 管 理 M UX 在 RLC 报 头 中 设 置 字 段 例 如 设 置 轮 询 比 特 RLC 控 制 单 元 接 收 的 证 实 证 实 DCCH DTCH AM SAP DCCH DTCH DCCH DTCH AM 实 体 解 复 接 路 由 DCCH DTCH DCCH DTCH DCCH DTCH 接 收 缓 存 器 重 传 管 理 发 送 方接 收 方发 送 方接 收 方 分 段 串 联 加 密 加 上 RLC 报 头 重 组 解 密 去 除 RLC 报 头 析 取 Piggybacked 信 息 Piggybacked 状 态 可 选 的 图5 12 确认模式实体的模型 AM 实体的接收侧通过一条逻辑信道从MAC子层接收PDU潜在的捎带状态 信息被提取出来PDU被放在接收机缓存器中一直到收到一个完整的 SDU接收机缓存器通过向对等实体发送拒绝确认来请求PDU的重传随后 将RLC头从PDU中删除并将PDU重新组合成一个SDU最后将SDU发送给高 层接收侧也接收来自对等实体的确认确认被传递给发送侧的重传缓存器 5 3 3 PDCP子层协议 1 PDCP层结构 图5 13显示了UTRAN协议结构中的PDCP模型每个PDCP SAP使用一个 PDCP实体每一个PDCP实体使用若干种头部压缩算法网络层协议应能够 运行于多种子网和数据链路上UMTS支持多种网络层协议为用户提供协 议透明性目前可支持的协议有IPv4和IPv6在UTRAN上引入新的网络层协 议应当能够不改变UTRAN原有协议所有与上层报文的传送相关的功能应 第五章 WCDMA无线接口WCDMA系统基本原理 5 18 当被UTRAN的网络层实体以透明方式执行 对UTRAN PDCP的另一个要