第 3 章 WCDMA 的空中接口

3. 1 概 述WCDMA 的空中接口是指用户设备(UE)和 UMT S地面无线接入网(UTRAN)之间的接口,

亦称为无线接口,简称 Uu(UE - UTRAN)接口。空中接口使用无线传输技术(RTT)将用户设备接入到系统固定网络部分。前面提到的 cdma2000 和 TD - SCDMA,以及正在介绍的WCDMA,其主要区别就在空中接口中的无线传输技术上。

WCDMA 的空中接口是 UMTS 最重要的开放接口,也是 WCDMA 技术的关键所在。所谓开放接口,即只要遵从接口的规范,不同制造商生产的终端设备能够相互通信。一般来说,用户终端设备制造商要比网络设备制造商多得多,制定一个开放的空中接口有利于不同产品之间的兼容。

WCDMA FDD 和 WCDMA TDD 的空中接口的区别主要在物理层,其他层的区别不大。在这里主要介绍 WCDMA FDD 的空中接口。

根据 3GPP的协议规范,WCDMA 的空中接口协议层分 3 层:最底层是物理层,位于物理层(L1)之上的协议层称为数据链路层(L2)和网络层(L3)。在 UTRA FDD 空中接口中,数据链路层被划分为几个子层。

本章主要介绍 WCDMA 的空中接口(Uu 接口)的协议规范。首先介绍空中接口协议的结构,然后详细介绍每部分协议。对每部分协议,描述其逻辑结构和主要功能。在 MAC 一节中还介绍了逻辑信道以及逻辑信道与传输信道之间的映射关系。在 RRC节中描述了主要信令过程。

3. 2 Uu接口协议结构模型WCDMA 空中接口(Uu 接口)协议结构如图 3. 1 所示。图 3. 1 中的每个方块代表一个协议的实例。在层与层之间的界面上,用圆圈表示端到端的

通信业务接入点(SAP)。从图中可以看到:MAC 和物理层(PHY)之间的 SAP 提供传输信道;RLC 和 MAC之间的 SAP 提供逻辑信道;接入层向上提供通信通用控制(GC)、通告(Nt)和专用控制(DC)业务接入点。

物理层通过传输信道向 MAC层提供业务。传输信道以数据的传输方式为特征,它指示数据是以何种方式以及何种特征进行传输的。

MAC 层通过逻辑信道向 RLC层提供业务。逻辑信道以发送数据的类型为特征,它指示传输的数据是何种类型的。

RLC 层通过业务接入点向上层提供业务。业务接入点指示了 RLC 层处理数据的方式,如14

是否使用自动重复请求(ARQ)功能。在控制平面,RLC 层向上提供的业务被称为信令无线承载,RRC 层使用信令无线承载来传输信令;在用户平面,RLC 层向上提供的业务称为无线承载(但不用在 PDCP和 BMC 协议层上),与业务相关的协议层 PDCP或 BMC 或其他高层用户平面功能(如语音编码)使用 RLC 层提供的业务传输数据。RLC 协议以 3 种模式———透明模式、非确认模式和确认模式进行操作。

图 3. 1 Uu接口协议结构分组数据会聚协议(PDCP)仅对分组交换(PS)域业务存在。它的主要功能是头压缩,PDCP

向上提供的业务称为无线承载。广播 /多播控制协议(BMC)用于在空中接口上传递由小区广播中心产生的消息,BMC 向上

提供的业务称为无线承载。RRC层通过业务接入点向上层提供业务。在 UE 侧,高层协议使用 RRC 提供的业务;在

U TRAN 侧,Iu RANAP协议使用该业务。所有高层信令(移动性管理、呼叫控制、会话管理等等)都封装在 RRC 消息中在空中接口上传输,通常称之为透明传输。

RRC和所有低层协议之间都存在着控制接口。RRC 层使用这些控制接口对低层协议实体的参数进行配置,其中包括物理信道、传输信道和逻辑信道的参数。RRC 层也能使用这些控制接口命令低层执行测量;同时,低层通过控制接口向 RRC报告测量结果和错误信息。

3. 3 物 理 层在上一节中提到,物理层是以传输信道的形式向 MAC 和高层传递信息的。下面将介绍传

输信道的类型并简述其功能。24

3. 3. 1 传输信道传输信道可分为两类:公共传输信道和专用传输信道。当公共传输信道上传递的信息是针

对某一特定 UE 时,需要在传送的信息前增加 UE 的标识;而对专用传输信道来说,UE 是通过物理信道来标识的(如 FDD 中的码和频率,TDD 中的码、时隙和频率),因而不需要增加额外的 UE标识。下面具体介绍各传输信道。

1. 公共传输信道公共传输信道有以几种类型。(1)随机接入信道(RACH):RACH 是上行链路信道,用于传输相对量小的数据,如初始接

入或非实时专用控制或业务数据。(2)ODMA 随机接入信道(ORACH):ORACH 用在中继链路中。(3)公共分组信道(CPCH):CPCH 用于传输突发数据业务。该信道仅存在 FDD 模式下的

上行链路方向。公共分组信道为小区内全部 UE 所共享,因此,它是一个公共资源。CPCH受快速功率控制。

(4)前向接入信道(FACH):FACH 是一种公共下行链路信道。它不受闭环功率控制,用于传输相对量小的数据。

(5)下行链路共享信道(DSCH):DSCH 是几个 UE 共享的下行链路信道,用于传输专用控制或业务数据。

(6)上行链路共享信道(USCH):USCH 是几个 UE 共享的上行链路信道,用于传输专用控制或业务数据。USCH仅用于 TDD 模式。

(7)广播信道(BCH):BCH 是一种下行链路信道,用于在整个小区中广播系统信息。(8)寻呼信道(PCH):PCH 是一种下行链路信道,用于在整个小区中广播控制信息以保证

UE 睡眠模式过程有效。当前确定的信息类型为寻呼和通告。PCH的另一用处是 UTRAN 用来通知 BCCH信息有变动。

2. 专用传输信道专用传输信道有以下几种类型。(1)专用信道(DCH):DCH是一个 UE 专用的上下行链路信道。(2)快速上行链路信令信道(FAUSCH):FAUSCH是一种上行链路信道,用于分配与 FACH

关联的专用信道。(3)ODMA 专用信道(ODCH):ODCH 是在中继链路中一个 UE专用的信道。

3. 3. 2 物理层的功能物理层主要执行以下功能:(1)宏分集的合并 /分离和软切换的执行;(2)传输信道上错误检测并向高层指示;(3)前向纠错(FEC)编译码和传输信道的交织 /解交织;(4)传输信道的复用和编码组合传输信道的解复用;(5)选择匹配;

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(6)编码组合传输信道到物理信道上的映射;(7)物理信道的功率加权和合并;(8)频率和时间(码片、比特、时隙、帧)同步;(9)量和向高层指示(如误帧率、信干比、干扰功率、传输功率等);(10)闭环功率控制;(11)F 处理;(12)支持上行链路信道的定时提前(仅用于 TDD 模式);(13)上行链路的同步(仅用于 TDD 模式)。

3. 4 数据链路层3. 4. 1 媒体接入控制协议

在这一小节中,介绍媒体接入控制(MAC)协议。首先,介绍 MAC 层的功能,最后着重介绍MAC 层对数据流的处理。

MAC 层位于物理层之上。它使用物理层提供的传输信道并向数据链路层提供逻辑信道。因此,在 MAC层中执行逻辑信道与传输信道之间的映射。MAC 层也可能根据逻辑信道的资源速率为每个传输信道选择合适的传输格式(TF)。传输格式的选择要根据连接时接入控制定义的传输格式组合集(TFCS)进行。

1. MAC 层结构MAC 层的逻辑结构如图 3. 2 所示。

图 3. 2 MAC 层逻辑结构从图中可以看出,MAC 层由 3 个逻辑实体———MAC - b、MAC - c / sh 和 MAC - d 组成。

MAC层向上提供逻辑信道,向下使用传输信道。在 MAC 控制接入点上,MAC 层接收上层(RRC 层)的控制信息,并通过该 SAP向上层进行测量报告及错误报告。

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MAC - b实体用于处理广播信道(BCH)上传输的信息。在每个 UE 中都存在一个 MAC - b实体,在 UTRAN 中(位于 Node B 内)每一个小区存在一个 MAC - b 实体。MAC - b 实体主要完成逻辑信道 BCCH(广播控制信道)和传输信道 BCH(广播信道)之间的映射。

MAC - c / sh 实体用于处理公共信道和共享信道———寻呼信道(PCH)、前向接入信道(FACH)、随机接入信道(RACH)、上行链路公共分组信道(CPCH)和下行链路共享信道(DSCH)上传输的信息。在每个 UE 中有一个使用共享信道的 MAC - c / sh 实体,在 UTRAN 中(位于CRNC 中)对每个小区有一个 MAC - c / sh 实体。MAC - c / sh 实体主要完成逻辑信道与公共传输信道和共享传输信道之间的映射。

MAC - d实体用于处理分配给一个处于连接模式的 UE 的专用信道(DCH)。在每个 UE 中有一个 MAC - d 实体,在 U TRAN 中(位于 SRNC)对每一个 UE 有一个 MAC - d。MAC - d 实体主要完成逻辑信道 DCCH / DTCH和传输信道 DCH之间的映射。

下面将会具体描述各个实体对数据流的处理过程。2. 逻辑信道MAC 层在逻辑信道上提供数据传输业务。逻辑信道类型集合对应 MAC 层提供的不同类

型的数据传输业务,每种逻辑信道类型根据其传输信息的类型定义。逻辑通信可分为两大类:用于传输控制平面信息的控制信道和用于传输用户平面信息的业

务信道。逻辑信道类型配置如图 3. 3 所示。下面将详细介绍各个逻辑信道的主要特点。

图 3. 3 逻辑信道结构(1)控制信道控制信道仅用于传输控制平面的信息,控制信道主要有以下几种:① 广播控制信道(BCCH):广播系统控制信息的下行链路信道。② 寻呼控制信道(PCCH):传输寻呼信息的下行链路信道。当网络不知道 UE 所在的小区

或 UE 处于小区连接状态(UE睡眠模式)使用该信道。③ 公共控制信道(CCCH):在网络和 UE 之间发送控制信息的双向信道。通常是没有 RRC

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连接的 UE 使用该信道,或当小区重选后接入一个新的小区时使用。④ 专用控制信道(DCCH):在 UE和网络之间发送专用控制信息的点对点双向信道。该信

道通过 RRC连接建立过程建立。⑤ 共享信道控制信道(SHCCH):在网络和 UE 之间发送上行链路和下行链路共享信道控制

信息的双向信道。该信道仅用于 TDD 模式。⑥ ODMA 公共控制信道(OCCCH):在 UE 之间发送控制信息的双向信道。⑦ ODMA 专用控制信道(ODCCH):在 UE 之间发送专用控制信息的点到点双向信道。该

信道由 RRC连接建立过程建立。(2)业务信道业务信道仅用于传输用户平面信息,主要有下面几种:① 专用业务信道(DTCH):UE专用的传输用户信息的点到点双向信道。② ODMA 专用业务信道(OD TCH):UE 专用的在 UE 之间传输用户信息的点到点双向

信道。③ 公共业务信道(CTCH):向全部或一组特定 UE 传输用户信息的点到多点信道。3. 逻辑信道和传输信道之间的映射逻辑信道和传输信道之间存在以下连接:① BCCH 连接到 BCH 及 FACH。② PCCH 连接到 PCH。③ CCCH连接到 RACH 和 FACH。④ SHCCH 连接到 RACH 和 USCH / FACH 和 DSCH。⑤ DTCH可连接到 RACH和 FACH、RACH 和 DSCH、DCH 和 DSCH、DCH、CPCH(仅适用

于 FDD 模式)或 USCH(仅适用于 TDD 模式)。⑥ CTCH 连接到 FACH。⑦ DCCH可连接到 RACH 和 FACH、RACH 和 DSCH、DCH 和 DSCH、DCH、CPCH(仅适用

于 FDD 模式)或 USCH(仅适用于 TDD 模式)。图 3. 4 和图 3. 5 分别从 UE 和 U TRAN 侧给出了逻辑信道和传输信道之间的映射关系。其

中,CPCH 传输信道仅用于 FDD 模式,而 SHCCH 逻辑信道和 USCH 传输信道仅用于 TDD 模式。图 3. 6 解释了在中继操作中的映射关系。其中,ODMA 逻辑信道和传输信道仅用于中继链路传输中,并不用于 UE - UTRAN 空中接口上下行链路的传输。

图 3. 4 UE侧逻辑信道到传输信道的映射64

图 3. 5 UTRAN 侧逻辑信道到传输信道的映射

图 3. 6 UE侧逻辑信道到传输信道的映射(仅用于中继) 4. MAC 层业务和功能

MAC层主要向高层提供 3种业务:数据传输、无线资源和 MAC参数的重新分配以及测量报告。数据传输功能提供 MAC对等实体之间 MAC 业务数据单元(SDU)的非确认传输。在这里

将 UE中实体的功能块与 UTRAN 中实体执行同样功能的功能块相对应,并称这种对应的实体为对等实体。所谓非确认传输是指传输数据但不保证正确传递到对等端实体。对一些重要的数据流可以由上层功能来保证其正确传输,这将在 RLC 层中实现,在 MAC 层也不对数据进行分段处理。分段 /重组功能也是由上层,即 RLC层完成的。MAC 层按照配置的参数接收 RLC 层传递的大小一定的数据块,并按照配置要求传递到物理层。

在 RRC 的请求下,MAC 层能执行无线资源的重分配和 MAC 参数的改变。例如,重配置MAC 实体,改变 UE 标识,改变传输格式(组合)集,改变传输信道类型,等等。在 TDD 模式下,MAC 能自主处理资源分配而不需要高层的信令指示。

另外,MAC在 RRC 的控制下可以向 RRC汇报局部的业务量和质量,以便 RRC根据当前业务流量和业务质量对资源进行控制。

MAC 层主要有以下功能:① 执行逻辑信道和传输信道之间的映射。MAC层负责将逻辑信道映射到适当的传输信道上。② 根据实时源速率,MAC层为每一个传输信道选择适当的传输格式。其中,传输格式组合

集由 RRC层通过控制接入点指定,MAC 在其中为每一个激活的传输信道根据源速率选择适当的传输格式集。对传输格式的控制,保证了传输信道的利用率。

③ UE 数据流之间的优先级的处理。当在给定的传输格式组合集中选择传输格式组合时,要考虑映射到对应传输信道的数据流的优先级。优先级由无线承载业务的属性和 RLC 缓冲状态确定。通过传输格式组合的选择使得高优先级的数据映射到物理层的“高比特率”的传输格式

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上,同时低优先级数据映射到“低比特率”(可能是零比特率)的传输格式。对传输格式的选择要考虑来自物理层的传输功率指示。

④ 通过动态调度完成 UE之间的优先级处理。为了对突发传输的情况有效地使用频谱资源,MAC层可能使用动态调度功能。MAC在公共和共享传输信道上实现优先级处理。注意,对于专用传输信道来说,等效的动态调度功能隐含在 RRC 子层重配置功能中。

⑤ 在公共传输信道上标识 UE。当特定 UE 在公共下行信道上寻址时,或当 UE 使用RACH 时需要随路 UE 的标识。

⑥ 在公共传输信道上将高层 PDU 复用到传输块中,传递到物理层;从公用传输信道上接口物理层来的传输块,解复用成高层的 PDU。

⑦ 在专用传输信道上将高层 PDU 复用到传输块中,传输到物理层;从专用传输信道上接口物理层来的传输块,解复用成高层的 PDU。

⑧ 业务量检测。对逻辑信道的业务量进行检测并且向 RRC 汇报。基于该信息,RRC 执行传输信道切换判断。

⑨ 动态传输信道类型切换。在 RRC的命令下,MAC 执行公共传输信道和专用传输信道之间的切换。

⑩ 加密。该功能避免非授权的数据访问。若 RLC层使用透明模式,则在 MAC 层上执行加密。其他情况下(RLC层使用确认 /非确认模式时),MAC 层不执行加密。

图 3. 7 UE侧和 UTRAN侧结构(BCCH)

矠紒紜 为 RACH传输进行接入业务类(ASC)选择。为提供不同的 RACH 使用优先级,RACH 资源(对 FDD 来说为接入时隙和前导签名,对 TDD 来说为时隙和信道化码)可能被分为不同的接入业务,它们都有相应的参数,这些是通过网络广播得到的。MAC 使用适当的参数指示物理层(PHY)RACH 的划分以进行MAC 协议数据单元(PDU)的传输。

5. MAC 实体上面已经介绍了 MAC 层的结构,了解到 MAC 层由三部分

实体组成。下面将详细介绍这三部分实体的内部结构以及功能。(1)MAC - b 实体图 3. 7 显示在一个 UE 和 UTRAN 的每个小区中 MAC - b

实体的特性。MAC - b代表在 UTRAN 中特定小区的 BCH控制实体。在 UE 侧,每个 UE 中有一个 SCH

和 BCH 控制实体,BCH 控制实体用于处理广播信道。每一个 MAC 实体通过 MAC 控制业务接入点(SAP)接收上层的控制信息。

对 MAC - b实体来说,在 UE侧和 UTRAN 侧的结构是相同的。而对 MAC - c / sh和 MAC - d实体来说,UE侧和 U TRAN 侧的结构是不同的,而且不同的业务对数据流的处理也有差异。

(2)UE侧与业务相关的体系结构图 3. 8 显示 UE 侧 MAC实体之间的连接特性。从图中可以看出 MAC - d 实体主要完成逻

辑信道 DTCH / DCCH与传输信道 DCH 之间的映射。MAC - c / sh 实体并不直接和逻辑信道DTCH / DCCH连接,若要传输逻辑信道 DTCH / DCCH 上的数据流,则需通过 MAC - d 实体处

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理,再由 MAC - c / sh 实体映射到相应的传输信道上。每一个 MAC 实体通过 MAC 控制业务接入点(SAP)接收上层的控制信息。在 RRC 控制下,MAC - c / sh 实体可以将 DSCH 上的数据传输到 MAC - d 实体中,也能将 MAC - d 实体的数据传输到 USCH 传输信道上(TDD 模式)。在FDD 模式,MAC - c / sh实体可以将数据从 MAC - d 实体传输到 CPCH传输信道上。

图 3. 8 UE侧 MAC 结构① UE 侧 MAC - c / sh 实体图 3. 9 显示 UE 侧 MAC - c / sh 实体。图中每个方框代表一种功能。

图 3. 9 UE 侧 MAC结构 / MAC - c / sh实体 94

TCTF 复用框代表对 MAC头中 TCTF(目标信道类型字段)域进行的处理(插入或检测和删除),以及逻辑信道和传输信道之间的映射关系。 TCTF 域是一个标记,它用来在传输信道FACH 和 RACH 上指示公共逻辑信道类型或是否使用一个专用逻辑信道。例如,传输信道上携带的是 BCCH、CCH、SHCCH 还是专用逻辑信道 DCCH / DTCH的信息。在 FDD 模式,FACH 中TCTF字段的长度为 2 bit 或 8 bit,RACH 中字段为 2 bit,具体取值与逻辑信道类型有关。当MAC - c / sh 实体接收到逻辑信道上的数据时,要在数据流上加入 TCTF 以标识逻辑信道类型,并进行逻辑信道传输信道的映射;在相反的方向上,当 MAC - c / sh 实体接收到传输信道的数据,经过一定的处理在 TCTF复用框中通过其 TCTF 发送到标识的逻辑信道上。

增加 /读取 UE 标识框用来对 MAC 头中的 UE 标识部分进行处理。MAC层通过增加 /读取UE 标识在公共传输信道上区分 UE。在 MAC层使用的 UE标识有两种:U - RNTI(32 bit)和 C -RNTI(16 bit)。当将逻辑信道 DCCH 映射到公共传输信道时,在 MAC 头中使用 U - RN TI(U TRAN 无线网络临时标识)。C - RNTI(小区无线网络临时标识)使用在其他情况下,也可以使用在 DCCH,具体使用哪种 UE 标识由 MAC 层根据控制接入点的配置信息决定。MAC 层使用 UE标识类型字段指示使用何种 UE 类型,这一部分是与 MAC - b 实体相连的,MAC - c / sh实体接收到 MAC - b发送的数据流后,在数据流上加入 UE 的标识,然后进行其他处理;当传输信道的数据流经过处理要送到 MAC - b 实体时,增加 /读取 UE Id 框将数据流的 UE 标识域去掉后发送信息决定的可用的 TF。

在上行方向,可能存在传输格式选择。在 CPCH 传输情况下,上行链路的 TF 选择基于CSICH 上状态信息决定的可用 TF。

对 RACH来说,MAC要执行 ASC选择。该功能保证 RACH和 CPCH 消息以及给定接入服务级别在适当的前导签名和时隙上发送。MAC 也提供适当的和给定的 ASC相关的返回参数。

在 RACH 和 CPCH上对从 MAC - d接收到的信息传输进行调度 /优先级处理。TFC选择框执行传输格式组合来给定传输信道的优先级。若要映射到逻辑信道 DTCH / DCCH 上,MAC - c / sh 实体需要将从 DSCH 上接收的信息传

输到 MAC - d 实体中。RLC 向 MAC 提供 RLC - PDU,MAC 将它们分别地装入适当的传输块在传输信道上进行

传输。② UE 侧 MAC - d实体图 3. 10 显示 UE 侧 MAC - d实体。下面详细介绍其重要功能。信道切换框执行动态传输信道类型切换。MAC - d实体在 RRC的指示下将逻辑信道 DCCH /

DTCH上的数据流映射到专用传输信道或公共传输信道(发送到 MAC - c / sh 实体中)上。C / T 复用框将多个专用逻辑信道复用到一个传输信道。当多个逻辑信道映射到同一传输

信道上时,MAC 层使用 C / T 字段提供逻辑信道实例标识。C / T 字段也用于标识用户数据传输时映射到专用传输信道或 FACH / RACH 的逻辑信道类型。无论对公共传输信道还是专用传输信道,C / T 字段固定为 4 bit。

使用公共传输信道的 MAC - d 实体连接到 MAC - c / sh 实体,由 MAC - c / sh 实体处理公共传输信道的调度。使用下行共享信道的 MAC - d 实体负责为下行链路专用逻辑信道映射到公共和专用传输信道。一个专用逻辑信道可以同时映射到 DCH 和 DSCH。在上行链路,传输格式

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图 3. 10 UE侧 MAC结构 / MAC - d实体组合选择(从 RRC指定的传输格式组合集)根据传输信道优先级进行。FAUSCH 处理指示在MAC - d实体中支持 FAUSCH。

(3)U TRAN 侧与业务相关的体系结构图 3. 11 显示从 UTRAN 侧 MAC 实体间的连接关系。它和 UE 的情况相似,主要区别在

于:UTRAN 侧对每个 UE 都有一个 MAC - d实体,每个小区有一个 MAC - c / sh 实体,并且特定

图 3. 11 U TRAN 侧 MAC 结构 15

小区中的每个 UE的 MAC - d 实体都和该小区的 MAC - c / sh 实体连接。MAC - c / sh 实体接收CPCH传输块。 MAC - c / sh 实体位于控制 RNC (CRNC),而 MAC - d 实体位于服务 RNC(CRNC)。MAC控制 SAP用于向属于一个 UE 的每个 MAC 实体传输控制信息。

① U TRAN 侧 MAC - c / sh实体U TRAN 侧 MAC - c / sh实体如图 3. 12 所示,具体功能描述如下:

图 3. 12 UTRAN 侧 MAC结构 / MAC - c / sh实体

在 UTRAN 侧 MAC - c / sh 实体的部分功能如 TCTF 复用 / UE标识复用和 TFC 选择与 UE侧 MAC - c / sh 实体这部分功能是相同的,在这里就不再解释。本节中主要描述 UTRAN 侧MAC - c / sh 实体与 UE 侧 MAC - c / sh 实体不同的功能。

由于 U TRAN 侧的 MAC - c / sh 实体与多个 MAC - d 实体相连接。所以有必要在 MAC -c / sh 实体中进行流量控制,以减少 MAC - c / sh 实体与 MAC - d实体之间的缓存,避免拥塞。

调度 /优先级处理 /解复用框根据优先级在 UE 之间和数据流之间对 FACH 资源进行管理。另外,调度 /优先级处理功能还处理在 UE 间和数据流间根据它们的优先级 DSCH 资源的共享。

下行链路码分配用来指示在 DSCH上使用的码和在 DSCH 上的适当传输格式。② U TRAN 侧 MAC - d 实体U TRAN 侧 MAC - d 实体如图 3. 13 所示。在 RRC控制下,MAC - d实体执行动态传输信道类型切换,C / T 复用框在使用若干专用逻

辑信道复用到一个传输信道功能时使用,C / T 复用也负责对从 DCCH / DTCH接收的数据的优先级的设定。每一个使用公共信道的 MAC - d 实体连接到 MAC - c / sh 实体,由 MAC - c / sh 实体处理公共信道的调度和 DL(FACH)优先级标识;每一个使用下行共享信道的 MAC - d 实体连接

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图 3. 13 UTRAN 侧 MAC结构 / MAC - d 实体到 MAC - c / sh 实体,由 MAC - c / sh 实体处理共享信道的数据流。MAC - d 实体向 MAC - c / sh指示每个 PDU 的优先级的级别;每一个 MAC - d 实体负责将专用逻辑信道映射到可用的公共和专用传输信道,一个专用逻辑信道可以同时映射到 DCH 和 DSCH上。在下行链路,MAC - d在 RRC给定的 TFCS 允许的传输格式组合范围内执行传输信道的调度和优先级处理。MAC -d 实体执行对 MAC - c / sh 实体进行流量控制,用来限制 MAC - d 和 MAC - c / sh 实体间的缓冲区大小。该功能意图限制在 FACH 或 DSCH 上拥塞情况下两层信令突发和减少数据的丢弃与重传。如果 MAC - d 实体要求服务质量,它也允许处理。

6. MAC 层的数据流为了更好的解释 MAC 层对数据流的操作,在这里举例进行详细说明。图 3. 14 中描述了在

U TRAN 侧数据通过 MAC层时 MAC层的处理功能。下面将详细描述在 U TRAN 侧当 MAC 层接收到 DCCH / DTCH逻辑信道的数据流时,如何将 MAC PDU 传送到 FACH 传输信道上。

当 MAC 层收到 DCCH / DTCH 逻辑信道上传输的数据(MAC SDU)时,根据上层指示(来自MAC控制接口),MAC层进行传输信道类型的选择。选择公共信道(CCH)、共享信道(SHCH)或专用信道(DCH)。

下面以 FACH为例进行说明。选择了传输信道类型后,复用单元在 MAC SDU 上增加一个C / T 字段指示数据是来自哪个逻辑信道。对公共信道来说,这个字段是必需的。对专用信道而言,只有当多个逻辑信道复用到同一传输信道上时才需要该字段。然后 MAC 层对处理后的数据进行优先级的设定。对 FACH来说,优先级在 MAC - c / sh 实体中向传输信道进行数据调度时需要使用。通常是对每个 UE 有一个 FACH的优先级。流量控制则是用来限制 MAC - d 和MAC - c / sh 之间缓冲区大小的。以上处理都是在 MAC - d 实体中进行的。若需要映射到专用传输信道(DCH)上,则将经过处理后的数据发送到 DCH 上 MAC 层。对该例来说,要映射到FACH 传输信道上还需经过 MAC - c / sh 实体的处理,MAC - d 实体和 MAC - c / sh 实体可能位于不同的 RNC 中。当 MAC - c / sh 实体收到来自 MAC - d 实体的数据时,MAC - c / sh 实体首先增加 UE标识类型(UE 标识复用,2 bit)和目标信道类型字段(TCTF,在该例中为 2 bit),目的是

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图 3. 14 U TRAN 侧 MAC 实体为区分使用同一传输信道的逻辑信道类型。这样形成一个 MAC PDU,然后经过优先级的选择和调度处理,将 MAC PDU 发送到传输信道 FACH 上。MAC 层就完成了将逻辑信道 DCCH /DTCH 映射到传输信道 FACH的数据流处理。3. 4. 2 无线链路控制协议

RLC 层为用户和控制数据提供分段和重传业务。每个 RLC 实体由 RRC配置并以 3 种模式进行操作:透明模式(TM)、非确认模式(UM)和确认模式(AM)。在控制平面,RLC 层向上层提供的业务为信令无线承载(SRB);在用户平面,RLC 向上层提供的业务为无线承载(RB)。

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1. RLC 层结构图 3. 15 给出了 RLC 层的总体模型。该图解释不同的 RLC 对等实体。透明模式业务和非

确认模式业务有一个发送和一个接收实体,确认模式业务只有一个发送和接收结合的实体。AM 实体之间的虚线表示 RLC PDU 的发送可能在独立的逻辑信道上,如控制 PDU 在一个逻辑信道上发送而数据 PDU 在另一个逻辑信道上发送。

图 3. 15 RLC 总体模型对所有的 RLC模式,CRC错误检测在物理层上执行,CRC检测结构连同数据一起传递给 RLC。2. RLC 层业务和功能RLC 层向高层主要提供 3 种模式的数据传输:透明数据传输、非确认模式数据传输和确认

模式数据传输。透明数据传输业务传输高层 PDU 而不增加任何协议信息,也就是说,使用透明传输时,RLC

层对高层的数据流不加任何处理,但可能包含分组 /重组功能。非确认模式数据传输业务传输高层 PDU 但不保证传递到对等实体。非确认数据传输模式

有以下几个特征:● 检测出错数据:RLC子层通过使用序列号检查功能将没有传输错误的 SDU 传递给接收端

高层。● 唯一传递:RLC 子层通过使用复制检查功能将每个 SDU 只传递给高层一次。● 立即传递:接收端 RLC 子层实体一旦接收到 SDU 应立即发送给高层。确认模式数据传输业务传输高层 PDU 并保证传递到对等实体中。当 RLC不能正确传递数据

时,RLC在发送端的用户将收到通知。对该业务来说,支持顺序和无序传递。在很多情况下高层协议能重组 PDU 的顺序,只要知道并可控制低层的无序特性(如高层协议并不立即要求重发一个丢失的 PDU),允许使用无序传递能节省接收端 RLC的存储空间。确认数据传输模式有以下特征:

● 无错传递:无错传递通过重发机制来保证。接收端 RLC 实体仅向高层发送正确的 SDU。● 唯一传递:RLC 子层应使用检测功能,对每个 SDU 只向接收端高层传送一次。● 顺序传递:RLC 子层应提供支持顺序传递 SDU,如 RLC子层向接收端高层实体传递 SDU

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的顺序与发送端高层实体传递给 RLC实体的顺序相同。● 无序传递:RLC 子层向接收端高层实体传递 SDU 的顺序与发送端高层实体传递给 RLC

实体的顺序不同。此外,RLC 层还执行 RLC 连接的建立 /释放功能。当发生正常过程无法解决的错误时,

RLC 还负责通知高层。RLC 层主要执行以下功能:① 分组和重组。该功能执行将不同长度的高层 PDU 分段成为较小的 RLC 负荷单元

(PU),并在对等段对其进行重组。RLC PDU 的大小应根据实际的传输格式集进行调整。② 连接。若一个 RLC SDU 的内容不能填满一个 RLC PU,下一个 RLC SDU 的第一段可能

放在该 RLC PU 中,与前一个 RLC SDU 的最后一端连接在一起。③ 填充。当连接不适用并且剩余要发送的数据不能填满一个完整的 RLC PDU 时,剩余数

据段将用填充比特填满。④ 发送用户数据。该功能用于在 RLC 业务用户之间传送数据。RLC 支持确认、非确认和

透明数据传输。QoS 设置控制用户数据的传输。⑤ 错误纠正。该功能在确认数据传输模式中通过重传提供错误纠正。⑥ 高层 PDU 顺序传递。该功能保证使用确认模式业务的 RLC 发送高层 PDU 的顺序。⑦ 复制检测。该功能检测收到的 RLC PDU,保证发到高层的 PDU 只传送一次。⑧ 流量控制。该功能允许 RLC接收端控制对等发送端 RLC发送信息的速率。⑨ 序号检查(非确认数据传输模式)。该功能保证重组 PDU 的完整性并提供一个检测恶化

的 RLC SDU 的机制,恶化的 RLC SDU 将被丢弃。⑩ 协议错误检测和恢复。该功能在 RLC协议操作中检测错误并进行恢复。矠紒紜 加密。该功能防止捕获未经允许的数据,在 RLC 层的非透明模式中进行加密。矠紒紝 暂停 /继续功能。该功能暂停和继续数据的传输。3. RLC 实体(1)透明模式实体图 3. 16 给出了两个透明实体之间数据传输的模型。在透明模式中对高层数据不加任何协议头。错误的协议数据单元(PDU)将被丢弃或标记

错误。高层数据可以不进行分段而以数据流的形式发送,在某些情况下需要对高层数据流进行分段 /重组处理。具体是否使用分段 /重组功能在无线承载建立过程中确定。

发送端透明实体通过透明业务接入点(Tr - SAP)接收高层的 SDU。RLC 通过逻辑信道BCCH、DCCH、PCCH、SHCCH 或 DTCH将 RLC PDU 传给 MAC 层。CCCH 只有在上行连接时可以使用透明模式。使用哪一种逻辑信道与上层位于控制平面还是用户平面有关。若使用BCCH、DCCH、PCCH、CCCH 和 SHCCH 这些逻辑信道,则表示上层位于控制平面;若使用DTCH,则表示上层位于用户平面。

接收端透明实体通过某一逻辑信道接收 MAC 层传来的 PDU。若经过了分段处理,则进行重组成 SDU,如何重组在服务建立连接时确定。RLC 通过 Tr - SAP将 RLC SDU 传给高层。若选择分段工作方式,由于透明模式没有控制域,无法从帧结构明确 PDU 和 SDU 对应关系。此时规定一个 TTI(为 10 ms)时间内只能有一个 RLC SDU,接收端在同一 T TI 内接收到的 PDU 都

65

图 3. 16 两个透明对等实体模型属于同一 SDU。

(2)非确认模式实体图 3. 17 给出了两个非确认模式实体之间数据传输的模型。

图 3. 17 两个非确认模式对等实体模型75

非确认模式不使用重传协议,数据传递没有保证。接收到的错误数据是被丢弃还是被标记根据配置而定。在发送端,使用一个基于计时器的丢弃方法,因此,若在一个特定时间内 RLCSDU 没有被发送,它将被从发送缓存中清除。PDU 结构中包含序号,从而能检测出高层 PDU 的完整性。分段和连接通过增加到数据的头字段提供。非确认模式的 RLC实体是单向的,因为上行链路和下行链路之间不需要联系。非确认模式可用于传输某些 RRC信令,如小区广播业务。

发送端非确认实体收到高层的 SDU,将其分段并与其他 SDU 连接,加上帧头组成 RLCPDU。RLC通过 DCCH,CTCH 或 DTCH 逻辑信道将 RLC PDU 传给 MAC 层。 SHCCH 和CCCH只有在下行连接时可以使用非确认模式。使用哪一种逻辑信道由上层是位于控制平面(CCCH,DCCH,SHCCH)还是用户平面(CTCH,D TCH)决定。

接收端非确认实体通过某一逻辑信道收到 MAC 层传来的 PDU。若分段过,则重新组装成SDU(如何重组在服务建立连接时确定),并传给高层。

(3)确认模式实体若在上行连接时使用两条逻辑信道,UTRAN 可以指定数据 PDU 和控制 PDU 分别通过其

中一条。如果不指定,两条信道都可以混用。逻辑信道的映射关系由 RRC 指明。图 3. 18 给出了确认实体之间数据传输的模型。在确认模式中使用自动重复请求(ARQ)机制用于错误检测。RLC 的质量以及延时处理由

RRC通过配置 RLC提供的重传数量来控制。若 RLC 不能正确传递数据(如达到最大重传数或超过发送时间),将通知高层并丢弃 RLC SDU。同时,对等端 RLC 将被通知丢弃 SDU 的操作。确认模式 RLC实体是双向的,它能指示另一方向链路的状态。RLC 能配置为顺序和无序传递。顺序传递维持高层 PDU 的顺序,而无序传递只要接收到便向高层发送 PDU。除了数据 PDU 传递,在 RLC 对等实体之间还传输状态和重置控制过程信令。控制过程可使用一个独立的逻辑信道,因此,一个 AM RLC实体可以使用一个或两个逻辑信道。

确认实体的发送端从高层接收 SDU,将其分段和 /或连接成一定长度的 PU。PU 的长度是半固定值,它在承载建立时确定,并只有在 RRC对承载重新配置时更改。

为了 RLC缓存和重传处理,对包括多个 PU 的 PDU 的操作与包括一个 PU 的 PDU 的操作是一样的。为了实现连接或填充功能,SDU 分段后占用的最后一个 PU 插入相应长度信息和扩展信息。填充部分可以被捎带信息替换,同时设置轮询比特。

若多个 SDU 适配到一个 PU,则将它们连接起来,并在 PU 开始部分插入相应的长度指示(LI)。处理后的 PU 暂放在重传缓存和传输缓存里。一个 PU 只能属于一个 PLC PDU。

MUX确定在什么时候将哪一个 PDU 传给 MAC。PDU 这时加 2 个八位组长度的 RLCPDU 帧头,该帧头不加密。

为增加传输效率和提高对等实体消息交换速度,可以启动捎带机制,即用控制信息替代填充部分。捎带信息不在重传缓存中保存,与 STATUS PDU 结构相似,不过长度可变化以适应AMD PDU 的空余部分大小。

确认实体的接收端从某一逻辑信道接收 MAC层传来的 PDU。RLC PDU 被扩展为独立的PU,捎带状态信息也被解出。PU 放到接收缓存中直到接受到完整的 SDU。接收缓存通过向对等实体(发送实体)发送 PU 未成功接收信息来要求重传 PU。PDU 去掉帧头重组未 SDU 后传给高层。接收侧也接收确认信息,并转发到发送侧的重传缓存。

85

图 3. 18 两个确认模式对等实体模型

3. 4. 3 分组数据会聚协议WCDMA 支持多种网络层协议。对用户业务而言,这些协议都是透明的,也就是说,新的网

络层协议应能在 U TRAN 中传输而无需改变 U TRAN 协议。因此,UTRAN 实体应透明传输高层的分组。分组数据会聚协议(PDCP)正是执行该功能的实体。PDCP 只存在于用户平面,处理PS域业务。PDCP采用头压缩算法能提高信道的利用率。每个 PDCP 实体使用一个或多个头压缩算法,也可以不使用头压缩算法。几个 PDCP 实体可能使用同一头压缩算法。算法的类型和参数由 RRC协商并通过 PDCP控制业务接入点(PDCP - SAP)指示 PDCP。

1. PDCP的结构图 3. 19 给出了在 U TRAN 协议结构内的 PDCP 模型。每一个 PDCP - SAP对应一个 PDCP

95

实体。每一个 PDCP 实体使用一个、几个或不使用头压缩算法类型。

图 3. 19 PDCP 结构

PDCP实体接收无线承载上的 PDCP - SDU,经过一定的头压缩处理(由 RRC 决定),形成RLC - SDU,通过 AM、UM 或 TM 接入点发送到 RLC层的实体中去。对应不同的 RLC 层数据传输模式,由不同的 PDCP实体分别进行处理。

2. PDCP业务和功能PDCP主要完成在确认、非确认和透明 RLC 模式下发送和接收网络 PDU。PDCP 向上层提

供的业务称为无线承载。主要传输分组数据。PDCP层主要完成以下功能:① 将网络 PDU 从一个网络协议映射到一个 RLC 实体上。② 对多余的网络 PDU 控制信息在发送实体中进行压缩,在接收实体中进行解压缩(头压

缩 /解压缩)。该功能可能包含 TCP / IP的头压缩和解压缩。3. PDCP的数据传输① 在 RLC确认模式上的传输如果经过商议确定头压缩的方式,那么当 PDCP 实体收到一个 PDCP - DATA 时应对其进

行头压缩。在操作中,当 PDCP对等实体收到一个 RLC - AM - DATA 原语(以确定模式 RLC 传输的

数据流)中的 PDCP - PDU 时,PDCP 实体将执行头解压缩(经过协商),并将获得的 PDCP SDU传送给 PDCP 用户。图 3. 20 说明了在 RLC 确认模式上的数据传输。

06

图 3. 20 在 RLC确认模式上的 PDCP 数据传输② 在 RLC的非确认和透明模式上的数据传输如果经过商议确定头压缩的方式,那么 PDCP 实体接收到一个 PDCP - DATA 后执行头压

缩。然后将 PDCP - PDU 传送到 RLC。当对等 PDCP实体收到 RLC - UM - DATA(以非确认模式 RLC 传输的数据流)或 RLC -

Tr - DATA(以透明模式 RLC 传输数据流)原语中的 PDCP - PDU 时,PDCP 实体将执行头解压缩(经过协商),并将获得的 PDCP SDU 传送给 PDCP用户。图 3. 21 说明了在 RLC 非确认和透明模式上的数据传输。与确认模式 RLC传输的主要区别在于:它不需要对传输数据的接收进行确认。

图 3. 21 在 RLC非确认或透明模式上的 PDCP 数据传输

3. 4. 4 广播 /多播控制协议L2 的另一个与业务相关的协议———广播 /多播控制协议只存在于用户平面。该协议是为处

理广播域产生的广播和多播业务而设计的。1. BMC模型广播 /多播控制(BMC)是仅在用户平面存在的数据链路层的子层。它在 RLC 之上。L2 /

BMC子层除了对 MAC之外,对所有其他的服务都是透明的。图 3. 22 给出在 UTRAN 无线接口协议结构内的 L2 / BMC 模型。

16

图 3. 22 BMC协议模型在 UTRAN 侧,BMC 子层由每个小区的一个 BMC 协议实体组成。每个 BMC 实体通过

RLC 层需要由 MAC 层提供的一个单独的逻辑信道 CTCH。BMC 使用 RLC 的非确定模式业务。

在 BMC 层之上的 RNC 中有一个功能,它能从小区广播中心接收小区广播信息的地区区域信息,在图中为用户平面部分。BMC 协议实体仅执行从 BMC-SAP接收到的信息广播到指定小区的业务。BMC实体是单向的,在 U TRAN 侧它只进行发送,在 UE 侧只执行接收功能。BMC通过控制接入点接收 RRC的控制信息。

2. BMC业务和功能BMC在无线接口用户平面提供广播 /多播发送业务,它以非确认模式发送公共用户数据。BMC层执行下列功能:① 存储小区广播消息。BMC存储 CBC - RNC 接口上接收的小区广播消息。② 业务量监测和 CBS 无线资源请求。在 U TRAN 侧,BMC根据 CBC - RNC 接口接收的消

息计算小区广播业务的速率,并向 RRC 请求合适的 CTCH / FACH资源。③ BMC消息的调度。BMC在 CBC - RNC 接口接收调度信息。基于调度信息,U TRAN 侧

的 BMC产生调度消息并据此调度 BMC 消息序号。在 UE 侧的 BMC 对调度消息进行评估并向RRC指示调度参数,以便 RRC配置低层的 CBS 非连续接收。

④ 向 UE 发送 BMC消息。该功能根据调度发送 BMC 消息(调度和小区广播消息)。⑤ 向高层(NAS)传送小区广播消息。该功能向 UE 的高层(NAS)传送收到的小区广播

消息。 3. 4. 5 数据链路层中的数据流

数据链路层中的数据流以 RLC 层采用的数据传输模式(确认、非确认和透明模式)结合MAC 数据传输类型(如是否增加 MAC 头)为特征。当不需要 MAC 头时,则称之为“透明”MAC

26

传输。确认和非确认 RLC传输都需要 RLC头。在非确认传输时,对等 RLC 实体之间仅能交互一种类型的非确认数据 PDU。在确认模式传输时,数据 PDU(确认的)和控制 PDU 都能在对等RLC 实体之间交互。

图 3. 23～ 图 3. 26 将详细描述不同情况下的数据流。在图中没有区别 RLC 的确认和非确认模式。确认模式和非确认模式的 RLC传输都称为非透明模式 RLC传输。

图 3. 23 透明 RLC和透明 MAC 的数据流

图 3. 24 透明 RLC和非透明 MAC的数据流在透明传输模式下,一些协议功能仍适用。在这种情况下,即使协议是透明的,该协议的实

体仍存在。对 RLC 协议来说,分段 /重组功能仍需执行。当高层 PDU 大小满足接收端的 RLC对等实体根据预定的规则进行分段和重组。例如,在用户平面传输高速或变速实时业务时,需要执行分段和重组功能。这种业务的高层 PDU 大小应适合 RLC PDU 的大小,以便在物理层进行有效地 FCS(帧校验序列)错误检测。高层 PDU 就可以通过将一个传输块集中全部 RLC PDU简单连接得到。

下面举例说明,以便大家更好地理解数据流的处理过程。36

图 3. 25 非透明 RLC和透明 MAC 数据流

图 3. 26 非透明 RLC和非透明 MAC数据流对 BCCH映射到 BCH的数据流来说,由于在 BCCH 上传输的 PDU 都有着固定的长度,并

且与 RLC PDU 的大小适配,因此不需要增加 RLC头,采用 RLC 的透明数据传输模式。因只有BCCH 这一种逻辑信道映射到 BCH 上,所以也不需要增加 MAC 头。由此可见,图 3. 23 适用于BCCH 映射到 BCH 的数据流。

若 BCCH 映射到 FACH 的情况下则不相同。从上面的描述可知,这种情况下不需要 RLC头,但必须增加 MAC头以区别逻辑信道。因此,当 BCCH映射到 FACH 上时,采用图 3. 24 所示处理流程。

当 DCCH 映射到 DCH上时,RLC 采用确认或非确认模式。MAC 头只有在 DCCH和 DTCH复用并映射到一个 DCH 上时才需要增加。在这种情况下,适用于图 3. 26。而一般情况下是不需要 MAC 头的,适用于图 3. 25。

3. 5 网 络 层空中接口的网络层(L3)通过 3种业务接入点(GC - SAP、Nt - SAP和 DC - SAP)向非接入层提

供业务。在本节中首先将介绍这 3种业务,然后详细描述过程网络层协议无线资源控制协议。46

3. 5. 1 网络层的业务1. 公共控制GC - SAP 提供信息广播业务。该业务向一定地理区域的全部 UE 广播信息。对该业务来

说有以下基本要求:● 它应能在一定地理区域内广播非接入层信息。● 信息在非确认模式链路上传递。非确认模式意味着广播信息不能被保证(不需要重传)。

由于广播的信息是向许多 UE 发送的,而且广播信息总是周期性重复发送的,因此使用非确认模式链路。

● 它应能重复发送广播信息(由非接入层控制)。2. 通告Nt - SAP提供寻呼和通知广播业务。寻呼业务向一个特定的 UE 发送信息。该信息在一

定地理区域内广播但对特定的一个 UE 寻址。其基本要求如下:● 它应能在一定的物理区域内向多个 UE发送寻呼信息。● 信息在非确认模式链路上传递。寻呼信道的重发在非接入层内的协议实体进行处理。通告广播业务在一定地理区域内向全部 UE 广播信息。其业务基本要求与 GC - SAP相似:● 它应能在一定地理区域内广播非接入层信息。● 信息在非确认模式链路上传递。3. 专用控制DC - SAP提供业务用于建立 /释放一个连接并传输使用该连接的消息。其基本要求如下:● 它应能建立连接。● 它应能在连接建立中传输初始消息。● 它应能释放连接。

3. 5. 2 无线资源控制协议RRC层对无线资源的分配进行控制发送有关信令。UE 与 UTRAN 之间的大多数控制信令

是无线资源控制(RRC)消息。RRC消息包含建立、修改和释放 L2 和 L1 协议实体所需的全部参数。RRC允许 MAC层在无线资源分配中对用户和无线负载之间进行仲裁。RRC 使用下层进行的测量决定可用的无线资源。 UTRAN RRC 与 UE RRC 之间需要进行测量报告。本地控制与测量将通过 RRC与低层的控制接入点处理。

1. RRC层结构RRC层的功能实体描述如下:(1)路由功能实体(RFE)处理高层信息到不同的移动管理 /连接管理实体(UE 侧)或不同的核心网络控制域

(U TRAN 侧)的路由选择。(2)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。56

(3)寻呼及通告功能实体(PNFE)控制寻呼空闲模式的 UE。该实体用于发送通告接入点(Nt - SAP)所需要的 RRC 业务。能

使用低层 Tr - SAP和 UM - SAP 提供的服务。(4)专用控制功能实体(DCFE)处理特定的一个 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 业务状态,DCFE 可使用低层 Tr - SAP 和 UM / AM - SAP提供的服务。

(5)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。(6)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。在 RRC子层功能实体内也存在逻辑信息的交换。这些都是根据一定的条件执行的,在本协

议中不详细介绍。图 3. 27 给出了 UE 侧的 RRC 模型。UTRAN 侧 RRC 模型与 UE 侧相似。

图 3. 27 UE侧 RRC模型66

在这里为有助于理解,有必要澄清的是:DC - SAP 可能由一个专用信道(终止于 SRNC 的RRC)提供,GC - SAP 和 Nt - SAP分别由位于 NB 上的 RRC 的 BCCH,PCH 提供。从图中可以看出,这些信道使用 RLC 提供的同一接入点(Tr - SAP、UM - SAP、AM - SAP),实际上它们使用的接入点不同,只是类型相同。

2. RRC业务和功能RRC层通过 Tr - SAP、DC - SAP 和 GC - SAP向高层提供公共控制、通告和专用控制业务。RRC层有以下功能:① 广播由非接入层(核心网)提供的信息:RRC 执行从网络到所有 UE 的系统消息的广播。

系统消息通常进行有规律的重复。RRC层执行调度、分段和重复。该功能支持高层(RRC以上)信息的广播。该信息可能是针对某一特定小区也可能不是。

② 广播与接入层相关的信息:RRC 层执行从网络到所有 UE 的系统消息的广播。系统消息通常进行有规律的重复。RRC层执行调度、分段和重复。该功能一般支持对特定某一小区消息的广播。

③ 广播 ODMA 中继邻近节点信息:RRC层执行探测收集允许 ODMA 路由信息的广播。④ 建立、维持和释放 UE 与 U TRAN 之间的 RRC 连接:RRC 连接的建立由 UE 端高层请求

启动,为 UE 建立最初的信令连接。RRC 连接的建立包括一个可选的小区重选、接入控制和 L2信令连接的建立。RRC连接的释放由高层请求启动。为 UE 释放最后的信令连接或当 RRC 连接失败时由 RRC 层启动。当失去连接时,UE 要求进行 RRC 连接重建立。当 RRC 连接失败时,RRC 释放有关该 RRC连接的所有资源。

⑤ 校对 ODMA 中继邻近节点列表及梯度信息:ODMA 中继邻近节点列表及它们各自的梯度信息由 RRC来维护。

⑥ 维持 ODMA 中继邻近节点数目:RRC 将调整用于探测维护要求的邻居数目消息的广播功率。

⑦ 建立、维护和释放 ODMA 中继节点之间的路由:ODMA 路由和 RRC 连接的建立基于路由算法。

⑧ 关口 ODMA 中继节点和 U TRAN 之间的互操作:RRC层将控制关口 ODMA 中继节点和U TRAN 之间的标准 TDD 或 FDD 通信链路的互操作。

⑨ 建立、重配置和释放用于 RRC 连接的无线承载:RRC 层在高层的请求下能建立、重配置和释放用户平面的无线承载。一个 UE 可同时建立多个无线承载。在建立和重配置时,RRC 层执行接入控制基于高层信息选择在 L1 和 L2 进行处理的无线承载的参数。

⑩ 分配、重配置和释放用于 RRC 连接的无线资源:RRC 层处理用于 RRC 连接的无线资源(如编码、CPCH信道)的分配,包括控制平面和用户平面。RRC 层可以在建立 RRC 连接时无线资源重配置。该功能包括调节与同一 RRC 连接相关的多个无线承载之间的无线资源分配。RRC控制上行和下行链路的无线资源,使 UE 和 U TRAN 能使用非平衡的无线资源(非对称上行和下行链路)。在切换到 GSM 或其他无线系统时,RRC向 UE 发送信令指示资源的分配。

矠紒紜 RRC连接移动功能:RRC 层在 RRC 连接建立过程中执行与 RRC 连接移动性相关的评估、决策及实现。例如,切换、切换到 GSM 或其他系统的准备、小区重选择和小区 /寻呼位置更新进程。这些都基于 UE 所作的测量。

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矠紒紝 寻呼 /通知:RRC层能广播从网络到选定 UE 的寻呼信息。网络端高层能请求寻呼和通知。RRC层能在 RRC 连接建立时启动寻呼。

矠紒紞 为高层 PDU 选路由:该功能在 UE 端执行将高层的 PDU 选路到正确的高层实体,在U TRAN 端选路到正确的 RANAP实体。

矠紒紟 对所需 QoS 进行控制:该功能应保证达到无线承载要求的 QoS。它包括分配足够数量的无线资源。

矠紒紡 UE 测量报告及对报告进行控制:UE 进行的测量由 RRC 层控制,测量内容,测量时间及测量方法等方面,包括 UMTS 空中接口和其他系统。RRC同样执行 UE 到网络的测量报告。

矠紒紣 外部环路功率控制:RRC 层控制闭环功率控制指标的设置。矠紒紤 密码控制:RRC 层提供设置 UE 和 UTRAN 之间密码(开 /关)的进程。矠紒紥 缓和 DCA(Dynamic Channel Allocation):基于长期决策则分配合适的无线资源。仅适用

于 TDD 模式。矠紒紦 上行链路 DCH上无线资源的仲裁:该功能控制上行链路 DCH 无线资源的分配,使用广

播信道发送所有涉及到的控制信息。该功能在 CRNC 中完成。矠紓紛 空闲模式中的初始化小区选择和重选:在空闲模式测量和小区选择准则的基础上,选择

最合适的小区。矠紓紜 完整性保护:该功能在那些被认为敏感或包含敏感信息的 RRC 消息增加一个消息鉴别

码(MAC - I)。MAC - I 的计算机制在 TS34. 105 中描述。矠紓紝 CBS 的初始配置:该功能执行 BMC 子层的初始配置。矠紓紞 CBS 无线资源的分配:该功能基于 BMC 业务量请求为 CBS 分配无线资源。RRC 设置的

无线资源分配指示 BMC以产生预定消息。CBS的资源分配在系统消息中广播。矠紓紟 CBS 非连续接收配置:该功能配置 UE的低层(L1、L2),监听根据从 BMC 收到的预定信

息为 CBS 分配的资源。矠紓紡 定时提前控制:RRC 控制定时提前操作。仅适用于 TDD 模式。3. 协议状态(1)RRC 状态和包括 GSM 的状态移动图 3. 28 给出了在连接模式下 RRC 状态,其中包括 UTRAN 连接模式和 GSM 连接模式之

间在 PSTN / ISDN 域服务的状态转移,以及 UTRAN 连接模式和 GSM 连接模式之间在 IP域服务的状态转移。同时也包括空闲模式和 UTRAN 连接模式之间的转移及 UTRAN 连接模式之间的转移。

应注意并非所有状态对全部 UE 连接都适用。对一个给定的在 UE 连接上 QoS 需求,可能只有部分状态相关。

当打开电源后,UE便处于空闲模式直至 UE 发送一个要求建立 RRC 连接的请求。当 UE处于空闲模式时,UE与接入之间不存在任何连接。空闲模式的 UE 由非接入层标识,如 IMSI、TMSI 和 P - TMSI。另外,UTRAN 中没有单独的空闲模式 UE 的信息,它只能进行寻址,如向在一个小区内所有 UE 或向监听同一寻呼时段的全部 UE 发送信息。

当 RRC连接建立后进入 UTRAN 连接模式。UE 别分配一个无线网络临时标识(RNTI)用来作为在公共传输信道的 UE 标识。

86

图 3. 28 连接模式下 RRC状态及 GSM的状态转移(空闲模式中的划分仅为区别,并不能释放为状态)

U TRAN 连接模式内的 RRC 状态可能进入小区或 URA 两个层次上的 PCH。也就是说,当需要寻呼时,U TRAN 应检查给定 UE 的当前连接层次,并决定寻呼消息是在 URA 内发送还是在一个特定的小区内发送。

(2)从空闲模式到 U TRAN 连接模式的转移UE 发送一个建立 RRC连接的请求,状态由空闲模式转移到 U TRAN 连接模式。这一事件

由网络发送的寻呼请求或 UE 的高层请求来触发。当 UE 收到 RRC连接建立的确认,UE 进入 UTRAN 连接模式的 CELL - DCH 或 CELL -

FACH 状态。当 RRC 连接建立失败时,UE回到空闲模式。可能的情况是无线链路失败,收到来自网络

的拒绝回应或网络没有回应(超时)。(3)U TRAN 连接模式U TRAN 连接模式有 4 种不同的状态:CELL - DCH 状态、CELL - FACH 状态、CELL -

PCH状态和 URA - PCH 状态。下面将详细介绍这几种状态的状态特征和状态转移。① CELL - DCH状态在 CELL - DCH 状态,UE 被分配一个专用的物理信道,并且 UE 的 SRNC 知道 UE 所在小

区或激活集。UE 能使用专用传输信道、下行链路和上行链路共享传输信道(TDD)以及这些传输信道的组合。在该状态 UE 可能被分配一个 PDSCH,用于 DSCH。在 TDD,可能分配一个PUSCH,用于 USCH。

CELL - DCH状态通过从空闲模式建立 RRC 连接进入,或从 CELL - FACH 状态建立一个专用物理信道进入。处于 CELL - DCH 状态的 UE 通过释放 RRC 连接进入空闲模式。当所有专用物理信道被释放后,UE转移到 CELL - FACH 状态。

UE 根据从 RNC收到的测量控制信息执行测量并发送测量报告。② CELL - FACH 状态

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处于 CELL - FACH状态的 UE 没有专用的物理信道,但它可以使用 RACH 和 FACH信道,用于信令消息和小量用户平面数据的传输。在该状态下 UE 能监听广播信道(BCH)以捕获系统信息。UE 在 CELL - FACH状态执行小区重选并在重选后向 RNC 发送小区重选消息,RNC 由此获知 UE的位置。在 TDD 模式下,UE 可能建立一个获多个 USCH 或 DSCH 传输信道。在CELL - FACH 状态下,使用当前小区中分配的 C - RNTI 作为公共传输信道的 UE 标识。在FDD 模式下,当资源分配到小区且分配 UE 使用 CPCH 资源,在这些 CPCH 上发送上行链路控制信令和较大的数据分组。在 TDD 模式下,当分配 UE 资源时,UE 在上行链路使用 USCH 发送测量报告以触发一个在 UTRAN 中切换过程。

CELL - FACH 状态通过建立专用物理信道转移到 CELL - DCH 状态,U TRAN 上层可能要求 UE 进行状态转移,如转移到 CELL - PCH状态或 URA - PCH 状态,此时进行状态转移。当UE 释放了 RRC连接后,进入空闲模式。

③ CELL - PCH 状态CELL - PCH 状态下的 UE 没有专用的物理信道。UE 使用 DRX 通过分配的 PICH 监听

PCH以节省能源。UE同样能监听广播信道上的系统信息。支持小区广播服务(CBS)的 UE 应能在 CELL - PCH 状态接收 BMC 消息。但在 CELL - PCH 状态下的 UE没有激活的上行链路。若 UE 要进行小区重选,首先转移到 CELL - PCH 状态执行小区更新过程后重新回到 CELL -PCH状态状态。DCCH 逻辑信道不能用于该状态。若网络希望启动任何活动,需要在 PCCH 逻辑信道上进行寻呼请求以启动任何下行链路活动。

处于 CELL - PCH状态下的 UE 通过 UTRAN 寻呼或任何上行链路接入转移到 CELL -PCH状态。

④ URA - PCH 状态URA - PCH 状态与 CELL - PCH 状态很相似。两者区别在于:URA - PCH 状态的 UE 在

小区重选时不执行小区更新,而是读取广播信道中的 UTRAN 注册区(URA)标识,只有当 URA改变时,UE 才向 RNC发送位置信息。这些是通过 URA 更新过程完成的,与小区更新过程类似。URA 包括多个小区,但 URA 之间可以有重叠,即一个小区可以属于不同的 URA,因此,在小区中通过广播信道广播 URA 标识的列表。当 UE 发现它的 URA 标识不在小区中广播的URA 标识列表中时,执行 URA 更新过程。

DCCH 逻辑信道不能用于该状态。若网络希望启动任何活动,需要在 PCCH 逻辑信道上进行寻呼请求以启动任何下行链路活动。若 UE 需要发送消息给网络,则进入 CELL - PCH 状态。到 URA - PCH状态的转移通过一个非激活的计时器,和有选择的用于记录小区更新次数的计数器控制。当小区更新的次数超过一定的限制(网络参数),UTRAN 命令 UE 转移到 URA -PCH状态。

注意,在 URA - PCH 状态下不能进行 RRC连接释放。UE将首先转移到 CELL - FACH 状态执行释放命令。

4. RRC过程RRC层处理 UE与 UTRAN 之间的大部分控制信令,功能很多。其中大部分与无线资源算

法有关,具体将在以后的章节中介绍。RRC 协议中规定了很多消息流程,在这里将介绍一些主要的 RRC过程。

07

(1)系统信息的广播系统信息内容与核心网、RNC 和 Node B有关。系统信息以系统信息块(SIB)的形式进行广

播。一个系统信息消息一般在 BCCH逻辑信道上传送。BCCH 可能映射在 BCH 或 FACH 传输信道上。系统信息消息的大小应适合一个 BCH 或 FACH 传输块的大小。因此,UTRAN 中的RRC层应执行对编码后的系统信息块进行分段和链接。若一个系统信息块小于系统信息消息的大小,UTRAN 可能在同一消息中链接几个完整系统信息。UTRAN 可能在同一系统信息消息中组合一个或几个变长的段。同样,UE 的 RRC层应执行对接收到的段进行重组。属于同一主信息块或系统信息块的段应根据段索引按升序进行组合。当收到全部段后,UE 应执行对完整主信息块或系统信息块的解码。对多次出现的系统信息块,对每次出现独立重组。

系统信息块呈树状结构。在一个小区中,主信息块(MIB)指出其他一些系统信息的信息,包括这些系统信息的调度信息。系统信息块包含实际的系统信息并 /或通过调度信息指向其他系统信息块。被指向的系统信息块和其父系统信息块有相同的广播范围和更新机制。U TRAN 的RRC层执行系统信息的调度。若使用分段,应能分别调度每个段。为允许短重复周期的系统信息块和多帧分段的系统信息块的混合传输,UTRAN 可能复用不同系统信息块的段。复用和解复用由 RRC层完成。主信息块的调度信息一般是固定的。在 FDD 模式下,主信息块的调度通过预定的重复率(8)和位置(0)确定。在 TDD 模式下,主信息块的调度通过一个不变的重复率(8,16,32 或 64)和位置(0)确定。

图 3. 29 指出了在一个小区中,主信息块和系统信息块之间的关系。

图 3. 29 系统信息的整体结构

UE 应在空闲模式及 CELL - FACH、CELL - PCH和 U RA - PCH 状态下接收 BCH 传输信道上广播的系统消息。另外,支持同时接收 SCCPCH 和 DPCH 信息的 UE 应能在 CELL - DCH状态下接收 FACH传输信道上广播的系统信息消息。

空闲模式和连接模式的 UE可能需要获得不同组合的系统信息块,在每次捕获前,UE 应识别它所需要的系统信息块。

UE 能存储不同小区和不同 PLM N 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。这一信息在接收后 6 h内有效。所有存储的信息当 UE 断电后无效当选择一个新的 PLMN 时,所有当前系统信息无效。若 UE 已经存储了关于该 PLMN 的被选小区的有效系统信息,UE应设其为当前系统信息块。当 UE 选择新的 PLM N 后,应存储有关该 PLMN 的相关信息。

更新不同类型的系统信息块有不同的规则。若系统信息块在主信息块或高层系统信息块中17

有值标志(value tag),UTRAN 应通过改变相应值标志的值指示有信息元素被修改(当值标记没有改变时,在接收该系统信息块 6 h 后,UE 也认为该系统信息块无效)。另外,还存在一类系统信息块,其信息元素变化过于频繁而无法用值标记的改变指示。这类系统信息块并不与主信息块或高层系统信息块中的值标记关联。当 UE 断电后,全部存储的系统信息块无效。

当系统信息被修改,UTRAN 应在相应系统信息块中更新实际的系统信息。若更新的系统信息块与一个高层系统信息块相关联,使用被修改的系统信息块的值标志来更新高层系统信息块。同时,使用被修改的系统信息块的值标志更新主信息块,并改变主信息块的值标志。U TRAN 开始在映射为 BCH的 BCCH 上发送新的主信息块替换旧的主信息块,随后在 BCCH 上发送更新后的系统信息块代替旧的系统信息块。在映射为 FACH 的 BCCH 上发送新的主信息块,使处于 CELL - FACH状态的 UE 能接收到。U TRAN 可能在 FACH 上重复新的主信息块以增加所有需要该信息的 UE 正确接收的概率。在 PCCH 上发送寻呼消息,以到达空闲模式及CELL - PCH 和 URA - PCH 状态下的 UE。在寻呼消息中,UTRAN 应指示主信息块新的值标记。寻呼消息应在所有寻呼时段发送。

当 UE 发现值标志修改后重新读取更新的系统信息块,并存储。(2)寻呼RRC层能在寻呼控制信道(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。寻呼的目的有多种:网络高层可能要求寻呼,如建立一个信令连接,UTRAN 在 CELL - PCH 或 URA - PCH 状态下启动寻呼以触发 UE 状态变化;UTRAN 可能在几个寻呼时段重复寻呼一个 UE,以增加寻呼的可靠接收。UTRAN 也可能在同一寻呼时段寻呼几个 UE。UTRAN 也可指示系统信息的更新。在这种情况下,UE应忽略寻呼内容。

UE 在接收到寻呼的消息后,根据非接入层的指示要求建立无线链路连接或不响应该寻呼信息(拒绝接听)。

(3)RRC 连接的建立、维护和释放UE与 UTRAN 之间 RRC连接的建立是由 UE的高层发起的,如响应寻呼信息或发送呼叫。一个 UE 与一个 UTRAN 的接入点之间至多存在一个 RRC 连接。UE 与 CN 节点之间的多

个信令连接是建立在 RRC连接上的。在 RRC连接建立过程中,UE 向 UTRAN 发送一个 RRC 连接建立请求消息。该消息中包

含 UE的标识(TMSI、IMSI)。若 U TRAN 允许 UE 接入(经过接入控制算法),则向 UTRAN 发送

图 3. 30 RRC连接建立过程

RRC连接建立消息。消息中包含一个专用物理信道的分配(UE进入 CELL - DCH 状态)或一个公共信道(UE 进入 CELL -FACH 状态)的分配。同时,UTRAN 给 UE 分配一个无线网络临时标识(U - RNTI)。

图 3. 30 给出了 RRC 连接建立过程的流程。RRC连接建立过程建立了 4 个或 5 个信令承载(SRB)。这

些无线承载标号为 RB 0、1、2、3、4。信令无线承载可以用无线承载控制过程建立、重配置或释放。这些信令无线承载是为在 DCCH 或 CCCH 上使用不同的RLC 模式传输 RRC消息设定的。根据逻辑信道和 RLC 模式的不同,对 SRB的选择规则如下:

● RB0 用于在 CCCH 上发送的全部消息。27

● RB1 用于在 DCCH 上使用 RLC - UM 发送的消息。● RB2 用于在 DCCH 上使用 RLC - AM 发送的消息(除初始直接传输消息,下行链路直接传

输消息和上行链路直接传输消息以外)。● 对不同优先级的非接入层信令,分别使用 RB3 或 RB4,用于传输初始直接传输消息、下行

链路直接传输消息和上行链路直接传输消息。● 对 DCCH上 RLC 透明模式发送的 RRC消息,使用透明信令 DCCH 传输。RRC连接的维护指 RRC 连接重建立过程。若发生无线链路丢失,该过程用于重新建立一

个 RRC连接。当信令连接结束时,进行 RRC 连接的释放。释放全部信令连接和无线承载。(4)无线承载、传输信道和物理信道的控制无线承载是 L2 向上层提供的业务。它是用来在接入层中承载相关的信令和数据的。在网

图 3. 31 无线承载的建立过程

络高层的请求下,RRC 执行无线承载建立、重配置和释放。图3. 31 给出了无线承载建立的基本流程。

无线承载可分为下面两类:信令无线承载(SRB),如用于控制平面信令;无线承载(RB),用于实现用户平面的一个无线接入承载(RAB)或 RAB 子流。

信令无线承载通常在 RRC连接建立时建立,但也可使用无线承载控制过程对其进行控制。

在无线承载建立或重配置过程中,RRC 层进行接入控制,并为 L1 和 L2 操作选择合适的参数。

在无线承载建立、重配置或释放过程中需要对传输信道、物理信道的参数进行配置。因此可以说,传输信道和物理信道的过程是包含在无线承载过程中。但在某些情况下,可以单独对传输信道和物理信道进行配置,这需要使用传输信道和物理信道过程。

(5)安全模式控制RRC的安全模式控制进程用于触发信令链路和无线承载的加密及密钥的更换。也可用于

对上行链路和下行链路信令启动完整性保护或重启动完整性保护。基本流程如图 3. 32 所示。

图 3. 32 安全模式控制过程

密钥是 CN 域指定的。一般来说,对一个 UE 可能同时存在两个密钥,一个是 PS 域使用的,另一个是 CS 域使用的。对信令来说,使用两个中最新的一个。若使用确认或非确认模式的RLC,加密由 RLC 层执行;若使用透明模式 RLC,则加密在MAC 层完成。完整性保护仅用于信令,因此,对一个 RRC 连接只有一个完整性保护码。

在 UTRAN 启动一个安全模式控制过程前,U TRAN 暂停所有属于启动安全模式控制过程的 CN 域的使用 RLC - AM 或 RLC - UM 的无线承载。信令无线承载,除用于使用 RLC - AM的 RRC消息、安全模式控制本身之外,也被暂停。对每个暂停的无线承载,U TRAN 在安全模式命令消息中包含当前 RLC发送序列号。

若 UE存在使用 RLC - TM 的无线承载,UTRAN 在消息中设置激活的新密码配置的连接帧号(CFN)。

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U TRAN 在下行链路 DCCH上使用确认 RLC 发送安全模式消息启动或重配置密码和 /或完整性保护。

当发送安全模式命令消息被 RLC证实并且安全模式控制用于控制密码时,U TRAN 应继续所有被暂停的使用 RLC - AM 或 RLC - UM 的无线承载,若其 RLC 序列号小于消息中指示的RLC 的序列号,使用旧的密码配置进行 RLC PSU 的传输;若其 RLC 序列号大于或等于消息中指示的 RLC序列号,使用新的密码配置进行 RLC PDU 的传输。

在进行完整性保护时,RRC 层在大多数 RRC消息中加入一个 32 bit 的检测码,称之为消息鉴权码(MAC - I)。消息鉴权码是使用 U TMS 完整性算法(UIA)利用一个完整性密钥(IK)计算出来的。该密钥和加密配置进行 RLC PDU 的传输。

图 3. 33 示意 MAC - I 是如何使用完整性算法计算出来的。其中,COUNT - 1 是完整性序列号,每个逻辑信令信道有一个 COUNT - 1,FRESH 是由 RNC 产生的随机数,DIRECTION 为一个比特位,表示是上行链路还是下行链路。MESSAGE 是实际的信令消息。

图 3. 33 MAC - Ⅰ的算法只有一小部分 RRC消息不需要进行完整性保护,如 RRC连接请求消息,由于没有预先对完

整性保护的参数进行商定,所以不使用完整性保护。接收端 RRC 实体使用完整性保护码校验完整性保护的消息,接收端实体计算 MAC - I 并将它和接收到消息中的 MAC - I 相比较。带有错误消息鉴权码的消息将被丢弃。

(6)RRC 连接移动性管理RRC连接移动性指当 UE 处于 UTRAN 连接模式时,对 UE 位置变化的跟踪。与移动性相

关的 RRC过程有:● 小区更新———当 UE处于 CELL - FACH 状态或 CELL - PCH 时向 RNC报告 UE 位置;● URA 更新———当 UE处于 URA - PCH状态时向 RNC 报告 UE位置;● 激活集更新———当 UE处于 CELL - DCH状态时更新 UE的激活集;● 硬切换———当 UE处于 CELL - DCH状态时进行的频率间或频率内切换;● 系统间切换———UTRAN 和其他无线接入系统之间的切换;● 系统间小区选择和重选———UTRAN 与其他无线接入系统之间的小区选择和重选。下面将详细介绍这些过程。① 小区更新

小区更新过程用于在 CELL - FACH 或 CELL - PCH状态下进行小区重选后,用 UE 的当前小区更新 U TRAN。也可以在没有小区重选时用于监视 RRC 连接。小区更新过程也能用于为

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信令链路和用户平面链路重置 AM RLC 实体。 UE 能使用小区更新消息通知在 AM RLC 实体的信令链路中存在的不可恢复的错误(重发数量达到最大并且接收无响应)。基本流程如图3. 34 所示。

在接收到 UE 的小区更新消息后,U TRAN 发送小区更新证实消息进行响应。在小区更新证实消息中若包含一个新的 RNTI 重分配完成消息,则 UE 更新其 RNTI,并发送一个 RN TI 重分配完成消息。小区更新证实消息中也可能包含新的物理信道参数。在这种情况下,UE 对物理层进行重配置,并发送物理信道重配置完成消息。注意,在这种情况下,只能对公共物理信道进行重配置。

② URA 更新在 URA - PCH 状态下,若 UE 进行 URA 重选,则启动 URA 更新过程,使用当前 UE 的

URA 标识来更新 UTRAN。该过程也可在没有 URA 重选时用于监视 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 应总是有且只有一个有效 URA。URA 更新证实消息可能包含新的 NAS系统消息。

基本流程如图 3. 35 所示。

图 3. 34 小区更新过程 图 3. 35 URA 更新过程

当处于 URA - PCH状态的 UE,其当前的 URA 不在小区广播的 URA ID 列表中,UE 应执行 URA 更新过程。UE将暂时存储小区广播的 URA ID 列表,并转移到 CELL - FACH状态,同时发送 URA 更新消息。当收到 UTRAN 发送的 URA 更新证实消息后,UE 对其 URA 进行更新。

③ 激活集更新

激活集更新过程用于更新 UE 与 UTRAN 之间连接的激活集。该过程在 CELL - DCH 状态下使用,且只使用支持宏分集的情况。宏分集指允许 UE 与多个 UTRAN 接入点建立连接。当然 UE与一个 UTRAN 接入点之间只能存在一条无线链路。在激活集更新过程中,UE 在分配新的无线链路时一直使用旧的无线链路。UE 也应在重分配进程中一直使用发送器。该过程仅用于 FDD 模式。

该过程通常用于无线链路的增加、无线链路的清除或无线链路的增加和清除相结合情况。

图 3. 36 激活集更新过程

基本流程如图 3. 36 所示。激活集的更新与软切换有着密切的关系。所谓软切换,就

是在切换过程中不关闭收发器,始终保持至少一个无线链路与U TRAN 连接。在软切换中,UE 与多个 U TRAN 接入点之间存在无线链路的连接,即 UE 的激活集中有多条链路。在软切换中,与 UE 相连的不同的 Node B接收到的 UE的数据是相同的,

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Node B将数据发送到 RNC 中,由 SRNC 进行数据的合并。在下行链路上,UE 从不同的链路接收到的信号除了功率控制以外也是相同的。软切换的具体算法在以后章节中将讲述。

④ 硬切换

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。

该过程用于 CELL - DCH 状态。在执行硬切换过程中,UE 的收发器是关闭的。硬切换没有专用的信令消息,但其功能通常在其他 RRC 过程中完成,如无线承载的建立、无

线承载的重配置、无线承载的释放、传输信道重配置和物理信道配置等。⑤ 其他系统切换到 U TRAN其他系统切换到 UTRAN 过程用于在网络控制下,将 UE 与另一无线接入系统的连接移交

到 UTRAN。基本流程如图 3. 37 所示。

图 3. 37 系统间切换到 UTRAN 图 3. 38 系统间切换来自 U TRAN

当除 U TRAN 外的一个无线接入系统,如 GSM,使用系统特定的过程命令 UE 执行一个到U TRAN 的切换时,启动该过程。切换到 UTRAN 的命令消息通过执行系统间切换的系统发送到 UE。如 UE 成功地建立了与 UTRAN 的连接,应在上行链路 DCCH 上发送切换完成消息。当 UTRAN 收到切换完成消息后,UTRAN 认为系统间切换过程成功,并向 CN 指示。这时,UE与 UTRAN 建立了正确的连接。

若 UE不能成功建立与 UTRAN 的连接,UE 应终止过程,包括释放相关资源,继续使用切换前使用的连接,并向其他无线接入系统指示失败。当从其他无线接入系统收到失败指示,U TRAN 应释放相关资源和与该 UE相连的上下文信息。

⑥ U TRAN 切换到其他系统U TRAN 切换到其他系统过程用于在网络控制下,将 UE 与 U TRAN 之间的连接转移到另

一无线接入系统。该过程用在 CELL - DCH 状态和 CELL - FACH 状态。基本流程如图 3. 38所示。

U TRAN 发送系统间切换命令消息命令处于 CELL - DCH 或 CELL - FACH 状态的 UE 执行切换到另一无线接入系统。在成功完成切换后,UTRAN 应释放无线连接并清除相关 UE 的全部上下文信息。U TMS 无线资源的释放由其他系统启动。

若 UE 不能成功建立与其他无线接入系统的连接,UE应继续使用 U TRAN 的资源。⑦ 从其他系统到 UTRAN 的小区选择和重选该过程用于在 UE 的控制下和一定程度上网络的控制下,将 UE 与另一无线接入系统的连

接转移到 U TRAN。当 UE进行了一个到 UTRAN 的小区重选,UE 应启动该进程。UE 进行的系统间小区重选

可能使用其他无线接入资源广播的系统信息或 UE 专用信息。67

若在 UE 启动 RRC连接前系统间小区重选失败,UE 可能回到其他无线接入系统。若 RRC连接建立失败,UE应进入 U TRAN 空闲模式。

⑧ 从 UTRAN 到其他系统的小区选择和重选该过程用于在 UE 的控制下(一定程度上网络的控制下),将 UE 与 UTRAN 的连接转移到

另一无线接入系统。该过程能在 CELL - FACH、CELL - PCH或 URA - PCH 状态下启动。在收到系统信息的基础上,UE 执行进入到其他无线接入系统的小区重选时,UE 应启动与

其他无线接入系统建立的基础上,UE成功选择了一个其他无线接入系统的小区,并启动一个连接的建立,UE释放全部 U TRAN 的资源。UTRAN 应在收到 UE 成功进行其他无线接入系统连接的建立指示后,释放全部 UE 专用资源。

若小区重选失败,UE应继续与 UTRAN 的连接,使用启动系统间小区重选前的资源。(7)UE测量报告和控制UE 执行的测量由 RRC层控制。其中包括测量内容、测量时间和报告方式。RRC 层也执行

从 UE 向 UTRAN(RNC)发送测量报告。UE 测量分为 6 个不同类型的测量:● 频率内测量:测量与激活集同频率的下行物理信道。● 频率间测量:测量与激活集不同频率的下行物理信道。● 系统间测量:测量属于其他无线接入系统的下行接入信道。● 业务量测量:测量上行业务量。● 质量测量:测量质量参数。● 内部测量:测量 UE 的传输功率和 UE 接收信号的电平。① 测量控制

RNC可以启动、停止或修改一个 UE 的测量而不影响其他正在进行的测量。RNC 对每个测

图 3. 39 测量控制

量的控制是相互独立的。在空闲模式下,UE 的测量控制信息来自 BCH 上广播的系统信息(SIB11)。对处于 CELL -FACH、CELL - PCH和 URA - PCH状态下的 UE,其测量控制信息来自 BCH 上广播的系统信息(SIB12)。处于 CELL -DCH状态下的 UE,使用一个专用的测量控制信息对测量进行控制。基本流程如图 3. 39 所示。

U TRAN 通过发送测量控制消息启动一个 UE的测量。该消息中包括以下测量信息:● 测量类型:上面列出的其中一种类型,描述 UE测量的内容。● 测量标识号:当 U TRAN 要修改或释放测量时用来指示的号码,UE 在测量报告时也

使用。 ● 测量命令:3 种不同的测量命令———建立:建立一个新的测量———修改:修改以前定义的测量———释放:停止一个测量并清除 UE 内所有与该测量相关的信息● 测量对象:UE 测量的对象及相关信息。● 测量数量:UE 应测量的数量。它也包含对测量的筛选。

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● 报告数量:UE 在报告中应包含的数量。● 测量报告准则:测量报告的触发事件。● 报告模式:UE 用确认还是非确认数据传输到 RLC。② 测量报告

当测量报告准则满足时,UE将启动测量报告过程。UE 支持一定的数量并执行。UE 也能

图 3. 40 测量报告

支持对每个测量独立地控制及报告。UE 通过测量报告消息向U TRAN 报告测量标识号和测量结果。基本流程如图 3. 40所示。

在 CELL - DCH 状态,UE 对所有进行的测量进行报告,当测量报告准则满足时,在上行 DCCH 上发送测量报告消息;在CELL - FACH状态,UE 只对业务测量进行报告,当业务量测量报告准则满足时,UE在上行 DCCH上发送测量报告消息;在 CELL - PCH 或 URE - PCH 状态,UE 应先转移到 CELL - FACH状态,然后当进行的业务量测量报告准则满足时,在上行 DCCH上发送测量报告消息。

为收到信息以建立直接宏分集(FDD)或支持 DCA 算法(TDD),U TRAN 可能要求 UE 在以下 RACH 上传输的消息中附加无线链路相关测量报告:

● RRC连接请求消息用于建立一个 RRC 连接。● RRC连接重建立请求消息用于重建立一个 RRC 连接。● 直接传输消息用于建立一个信令连接。● 小区更新消息用于响应一个来自 UTRAN 的寻呼。● 测量报告消息用于报告上行业务量。(8)下行链路外环控制下行链路外环控制过程用于控制 UE 中运行的下行链路外环功率控制。外环功率控制是为

图 3. 41 下行链路外环控制

内环功率控制设定目标 SIR 的值。在下行链路外环控制消息中,并不给出实际的目标 SIR 值,而是 RNC 用来限制 UE 在当前值上增加下行链路目标 SIR 的值。同样,该过程也可用来清除该限制。基本流程如图 3. 41 所示。

外环功率控制的算法将在以后讲述。3. 5. 3 控制平面 RRC与低层之间的相互作用

RRC协议控制无线资源的分配,并向 UE 发送信令指示。RRC 允许 MAC在资源分配范围内对用户和无线承载进行仲裁。RRC使用低层的测量结果决定无线资源的可能性。因此,需要从 UE RRC 传递测量报告到 UTRAN RRC。图 3. 42 给出了基本原理,其中,本地控制和本地测量报告通过 RRC与低层之间的控制 SAP进行处理。

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图 3. 42 RRC与低层之间的相互作用

复习题

3 - 1 WCDMA 的空中接口协议分为哪几层? 3 - 2 物理层主要提供哪些功能? 3 - 3 画出 MAC层协议结构图并说明各实体功能。 3 - 4 描述 RRC的安全模式控制进程。

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