WCDMA系統4.1第三代移動通信系統概述4.2WCDMA系統結構4.3WCDMA空中接口4.4WCDMA空中接口信道4.5WCDMA關鍵技術4.1第三代移動通信系統概述

1.?IMT-2000的主要要求

(1)業務數據速率方面。

室內：2Mb/s；

手持機：384kb/s；

高速移動：FDD方式—144kb/s，移動速度達到500km/h；TDD方式—144kb/s，移動速度達到120km/h。

(2)業務質量。

數據業務的誤碼率不超過10-3或10-6(根據具體業務要求而定)，并可提供高速數據、圖像、電視圖像等數據傳輸業務。

(3)兼容性方面具有全球設計范圍內的高度兼容性，能夠實現多種網絡互聯，具有從2G向3G過渡的靈活性，以及向未來通信演進的靈活性。IMT-2000業務應與固定網絡業務

兼容。

(4)全球無縫覆蓋，移動終端可以連接到地面網和衛星網，使用方便。

(5)移動終端體積小、重量輕，應具有全球漫游功能。

2.?3G標準化組織機構

國際上研究3G標準化的組織主要有3GPP和3GPP2。3GPP主要負責FDD(WCDMA)和TDD(HCRTDD和LCRTDD)技術的標準化工作，其中HCRTDD為高碼片速率的TDD，指的是TD-CDMA技術標準，LCRTDD為低碼片速率的TDD，指的是我國提出的TD-SCDMA技術標準。3GPP2主要負責CDMA2000技術的標準化工作。

3GPP的標準分為不同版本(Release)，采取整體推進的方式，各版本之間的發布時間間隔約為1年。目前，3GPP已完

成了R99、R4、R5和R6多個版本，正在制定R7標準。各個Release的發布體現了3GPP確定的技術發展路線。

3GPP2與3GPP組織類似，各國的主要標準化組織也均是3GPP2的項目伙伴。在2GIS-95A/B基礎上發展到CDMA2000-1X之后，從2000年至2006年，3GPP2在CDMA2000發展方向及標準的研究主要集中在1X-EV方面(其中，1X表示1個1.25MHz載波，EV意為演進)，包括1X-EV-DO(也稱為高速分組數據HRPD)和1X-EV-DV兩大體系和趨勢。其中，1X-EV-DO專門為高速無線分組數據業務設計，1X-EV-DV系統則能夠提供混合的高速數據和語音業務。

3G標準是一個大家族，由于牽涉到不同國家和企業的切身利益，因此沒有達到統一的唯一標準，最終ITU批準了五種IMT-2000標準，其中主要的三個標準是WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000。

4.2WCDMA系統結構

4.2.1WCDMA網絡結構及主要參數

WCDMA通信系統也稱為UMTS。整個系統由陸地無線接入網絡(UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork，UTRAN)子系統、核心網絡(CoreNetwork，CN)子系統和用戶終端(UserEquipment，UE)設備三部分構成，如圖4-2-1所示。

圖4-2-1UMTS網絡系統構成示意圖(從3GR99標準角度)

UTRAN子系統為UE提供無線接口，完成與用戶無線接入有關的所有功能，包括無線信道的分配、釋放、切換、管理等。UTRAN包括多個無線網絡子系統RNS，通過Iu接口與核心網絡子系統CN連接。核心網絡子系統CN處理UMTS系統內所有的語音呼叫和數據連接，并提供外部網絡連接的交換和路由。核心網絡從邏輯上可分為電路交換域(CS)和分組交換域(PS)。CS域是UMTS的電路交換核心網，用于支持電路數據業務，PS域是UMTS的分組業務核心網，用于支持分組數據業務(GPRS)和一些多媒體業務；根據UTRAN連接到核心網絡邏輯域的不同實體，Iu接口可分為Iu-CS和Iu-PS，其中Iu-CS是UTRAN與CS域的接口，Iu-PS是UTRAN與PS域的接口。用戶終端設備UE主要包括射頻處理單元、基帶處理單元、協議棧模塊以及應用層軟件模塊等。UE通過空中接口Uu與網絡設備進行數據交互，為用戶提供電路域和分組域內的各種業務功能，包括普通語音、寬帶語音、移動多媒體、Internet應用等。

3G的UE是一種多模設備，UE由移動設備(MobileEquipment，ME)、2G用戶識別卡SIM及3G手機卡USIM(UMTSSubscribeIdentityModule)等部分組成。其中，ME是一個裸的終端設備，通過它可以完成無線連接，實現應用功能；SIM存儲的是2G用戶的簽約數據；USIM存儲的是3G用戶的簽約數據。從3GPPR99標準的角度來看，UE和UTRAN的實現采用全新的協議，其設計基于WCDMA無線技術。而CN則采用了GSM/GPRS的定義，這有利于實現從2G到3G網絡的平滑過渡。

WCDMA系統的基本技術參數如表4-2-1所示。

4.2.2WCDMA陸地無線接入網絡子系統(UTRAN)

1.?RNC

RNC通過Iu接口與核心網絡CN的MSC和SGSN相連接。UE和UTRAN之間的協議在RNC終結。RNC可分為SRNC與DRNC。SRNC又稱為服務RNC，它向上終止與核心網聯接的Iu接口，向下終止Uu接口的第二層；DRNC與SRNC對應，又稱為漂游RNC，它出借資源給SRNC，共同完成無線接入功能，它與SRNC的通信通過Iur接口完成。

(1)?RNC完成以下主要功能：

①提供標準和開放的Iub接口與NodeB相連；

②對與之連接的所有NodeB進行無線資源管理和控制；

③提供標準的、開放的Iur接口與其他RNC相連；

④提供標準的、開放的Iu接口與CN相連，包括Iu-CS和Iu-PS；

⑤支持FDD方式并可以擴充至支持TDD的Uu接口；

⑥可以選擇大容量的ATM交換功能，提供多種中繼接口如E1和STM-1；

⑦支持多種業務包括電路數據業務、分組數據業務和多媒體業務；

⑧支持最高用戶數據速率為2Mb/s的電路數據業務與分組數據業務的處理與傳輸。

(2)典型RNC設備的邏輯結構。圖4-2-2所示為典型RNC設備的系統邏輯結構，主要包括交換子系統、業務處理子系統和操作維護子系統。交換子系統和業務處理子系統統稱為主機系統。圖4-2-2典型RNC設備的系統邏輯結構

①交換子系統。交換子系統主要由交換插框完成，它實現設備內部交換功能，并完成Iu-PS用戶面傳輸網絡層處理。對外可提供Iu-CS、Iu-PS、Iu-BC、Iur和Iub的高速STM-1光接口(其中Iu接口還可以提供STM-4光接口)，采用ATMPVC(PermanentVirtualCircuit)傳輸。

②業務處理子系統。業務處理子系統主要由業務插框完成，它是基本業務處理模塊，主要完成3GPP中RNC相關協議功能，包括宏分集合并、幀處理、Uu接口層2處理，以及呼叫控制、切換、功率控制等無線資源管理。同時可提供Iu-CS、Iu-PS、Iu-BC、Iur和Iub接口的低速傳輸端口(E1/T1)。

③操作維護子系統。操作維護子系統由FAM、主用BAM(BackAdministrationModule)服務器、備用BAM服務器、LMT(LocalMaintenanceTerminal)、LANSwitch、告警箱等組成，主要完成故障管理、配置管理、安全管理、測試管理、狀態監測、消息跟蹤等操作維護功能。操作維護子系統同時提供到集中網管M2000的接口。

2.?NodeB

NodeB完成的主要功能有執行宏分集的分集/組合和軟切換；傳輸信道復用及碼組合傳輸信道解復用；傳輸信道到物理信道的速率匹配；傳輸信道到物理信道的映射；物理信道功率加權/合成；傳輸信道錯誤檢測；傳輸信道FEC編解碼；擴頻調制；頻率和時間同步(包括碼片同步、比特同步、時隙同步和幀同步)；RF處理；內環功控；測量并提供給高層(FER、SIR)、干擾功率和發射功率等測量信息；參與無線資源管理等。

NodeB由下列幾個邏輯功能模塊構成：多載波功放、TRX收發信機、基帶處理、傳輸接口單元、主控制單元等，

如圖4-2-3所示。圖4-2-3NodeB的邏輯組成原圖

3.接入網接口

接入網接口包含Iub、Iur、Iu三大接口，分別用于NodeB和RNC、RNC和RNC、RNC和CN之間的互連，并支持業務數據流和信令流在其上的傳輸。

與GSM不同，接入網接口都是開放的接口，它在協議結構上分為無線網絡層和傳輸網絡層。無線網絡層實現所有與WCDMA無線接入網絡相關的功能，傳輸網絡層實現一種標準傳輸技術，與無線網絡層特定功能無關。

1)?Iub接口

Iub為RNC和NodeB之間的開放接口，控制面應用協議是NBAP，用戶面處理協議為Iub-FP。

Iub接口在WCDMA無線接入網中的地位類似于GSMBSS中的Abis口，它實現如下功能：Iub接口傳輸資源管理；NodeB邏輯操作維護；特定操作維護傳輸的實現；系統信息管理；公共信道傳輸管理；專用信道傳輸管理；共享信道傳輸管理；定時與同步管理。

NBAP協議由一組為完成以上功能而設計的RNC與NodeB之間消息交互流程組成。Iub-FP協議是一種數據傳輸幀協議。該協議按空中接口(Uu)的傳輸時間間隔(TTI)將傳輸信道上數據塊組幀，由傳輸網絡層傳輸到Iub接口的對端，或從傳輸網絡層接收數據幀，按協議規范幀為傳輸塊。

2)?Iu接口

Iu為RNC和CN之間的開放接口，控制面應用協議是RANAP，用戶面處理協議為Iu-UP。Iu接口包括兩個域：Iu-CS和Iu-PS。Iu-CS域連接RNC和CN的電路域，為電路數據業務如語音、ISDN數據業務提供傳輸承載；Iu-PS為RNC與CN之間的分組數據業務如IP、X.25等提供傳輸承載。

Iu接口在WCDMA無線接入網中的地位類似于GSM中的A接口，它具有如下功能：無線接入承載(RAB)管理；無線資源管理；速率適配；Iu鏈路管理；Iu用戶面管理；移動性管理；安全性管理；業務及網絡接入功能。

3)?Iur接口

在WCDMA無線接入網中引入一個開放的接口(Iur)的主要目的，是當一個與網絡處于連接態的UE在不同小區(可以屬于不同RNC)之間移動時，由無線接入網絡(多個RNS組成)通過該接口傳遞信令和數據來跟蹤和保持該UE的各種信息(UE上下文)和數據通路，而不是頻繁地由UE和CN重新建立連接，即CN盡可能只關心業務本身而不關心UE在無線接入網中的位置。4.2.3WCDMA核心網的演進

1.?R99網絡結構及接口

圖4-2-4是R99的基本網絡結構(包括CS域和PS域)，圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。圖4-2-4R99網絡結構圖

1)?CS域和PS域共用的功能實體

HLR：完成移動用戶的數據管理和位置信息管理。

VLR：處理當前用戶的各種數據信息。

AUC：存儲用戶的鑒權信息(密鑰)。

EIR：存儲用戶的IMEI信息。

2)?CS域功能實體

MSC：完成電路交換型業務的交換功能和信令控制功能。

GMSC：在某一個網絡中完成移動用戶路由尋址功能的MSC。GSMC可以與MSC合設，也可分設。

IWF：與MSC緊密相關的一個功能實體，完成PLMN網絡與ISDN、PSTN、PDN網絡之間的互通(主要完成信令轉換功能)，其具體功能可以根據業務和網絡種類的不同進行規定。

3)?PS域功能實體

GSN(SGSN、GGSN)：完成分組業務用戶的分組包的傳送，包括存儲用戶的簽約信息和位置信息。

BG：完成兩個GPRS網絡之間的互通，保證網絡互通的安全性。

R99中核心網的接口協議詳細說明可查閱3GPP規范的08、23、29系列標準。

2.?R4網絡結構及接口

圖4-2-5是R4版本的PLMN基本網絡結構，圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。關于Nb、Mc和Nc等接口的標準包括在23.205和29系列的技術規范中。

在實際應用中，一些功能可能會結合到同一個物理實體中，如MSC/VLR、HLR/AuC等，使得某些接口成為內部接口。

圖4-2-5R4網絡結構圖

(1)?MSC根據需要可分成兩個不同的實體：?MSC服務

器(MSCServer，僅用于處理信令)和電路交換媒體網關(CS-MGW，用于處理用戶數據)。MSCServer和CS-MGW共同完

成MSC功能。對應的GMSC也分成GMSCServer和CS-MGW。

①?MSC服務器(MSCServer)。MSCServer主要由MSC的呼叫控制和移動控制組成，負責完成CS域的呼叫處理等功能。MSCServer終接用戶—網絡信令，并將其轉換成網絡—網絡信令。MSCServer也可包含VLR，以處理移動用戶的業務數據和漫游等相關數據。MSCServer可通過接口控制CS-MGW中媒體通道的關于連接控制的部分呼叫狀態。

②媒體網關(MGW)。MGW是PSTN/PLMN的傳輸終接點，并且通過Iu接口連接核心網和UTRAN。MGW可以是從電路交換網絡來的承載通道的終接點，也可是分組網來的媒體流(例如，IP網中的RTP流)的終接點。

③?GMSC服務器(GMSCServer)。GMSCServer主要由GMSC的呼叫控制和移動控制組成。

(2)?HLR可更新為歸屬位置服務器(HSS)。

(3)?R4新增一個實體，即漫游信令網關(R-SGW)。在基于No.7信令的R4之前的網絡和基于IP傳輸信令的R99之后的網絡之間，R-SGW完成傳輸層信令的雙向轉換(SigtranSCTP/IP對No.7MTP)。R-SGW不對MAP/CAP消息進行翻譯，但對SCCP層之下的消息進行翻譯，以保證信令能夠正確傳送。為支持R4版本之前的CS終端，R-SGW實現不同版本網絡中MAP-E和MAP-G消息的正確互通。也就是保證R4網絡實體中基于IP傳輸的MAP消息，與MSC/VLR(R4版本前)中基于No.7傳輸的MAP消息能夠互通。圖4-2-5中，T-SGW是在具有HSS時才有的，而HSS在R4中不是必需的。

3.?R5網絡結構及接口

圖4-2-6是R5版本的PLMN基本網絡結構。圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。R5版本不但在核心網絡實現IP，在無線接入部分也引入IP。使用IPV6協議作為基本的IP承載協議。為適應IP多媒體業務的出現，新增IPM子域。引入大量新的功能實體，可連接多種無線接入技術(UTRAN、ERAN)。圖4-2-6R5的網絡結構圖圖4-2-7是RS版本的IMS基本網絡結構，主要表示的是IMS域的功能實體和接口。圖中所有功能實體都可作為獨立的物理設備。圖4-2-7R5的IMS網絡結構圖

1)歸屬位置服務器(HSS)

當網絡具有IM子系統時，需要利用HSS替代HLR。

HSS是網絡中移動用戶的主數據庫，存儲有支持網絡實體完成呼叫/會話處理相關的業務信息。例如，HSS通過進行鑒權、授權、名稱/地址解析、位置依賴等，以支持呼叫控制服務器能順利完成漫游/路由等流程。

2)呼叫狀態控制功能(CSCF)

CSCF的功能形式有：ProxyCSCF(P-CSCF)、ServingCSCF(S-CSCF)或InterrogatingCSCF(I-CSCF)。其中：P-CSCF是UE在IM子系統中的第一個接入點；S-CSCF用于處理網絡中的會話狀態；I-CSCF主要是在運營網內的，連接到該網內一個用戶的所有連接點。

(1)?ICGW(入呼網關，在I-CSCF中實現)。作為第一個接入點，完成入呼的路由功能；入呼業務的觸發(如呼叫的顯示/呼叫的無條件轉發)；地址的查詢處理；與HSS通信。

(2)?CCF(呼叫控制功能，在S-CSCF中實現)。呼叫的建立/終結與狀態/事件的管理；與MRF交互支持多方或其他業務；用于計費、審核、監聽等所有事件的上報；接收與處理應用層的登記；地址的查詢處理；向應用與業務網絡(VHE/OSA)提供業務觸發機制(ServiceCapabilitiesFeatures)；可向服務網絡觸發位置業務；檢查呼出的權限。

(3)?SPD(業務描述數據庫)。與歸屬網絡的HSS交互獲取IM域的用戶簽約信息，并可根據與歸屬網絡簽定的SLA將簽約數據存儲；通知歸屬網絡最初的用戶接入(包括CSCF的信令傳輸地址，用戶的ID等)；緩存接入的相關信息。

(4)?AH(尋址處理)。分析、轉換、修改、映射地址；網絡之間互聯路由的地址處理。

4)?IP多媒體-媒體網關(IM-MGW)

IM-MGW是由電路交換網絡來的承載通道和由組網的媒體流的終接點。IM-MGW可支持媒體轉換、承載控制和有效載荷處理(例如，多媒體數字信號編解碼器、回音消除器、會議橋等)。

IM-MGW的主要功能與MGCF、MSC服務器和GMSC服務器相連，進行資源控制；擁有并使用如回音消除器等資源；可能需要具有多媒體數字信號編解碼器。

CS-MGW可具有必要的資源以支持UMTS/GSM傳輸媒體。進一步，可要求H.248裁剪器支持附加的多媒體數字信號編解碼器和成幀協議等。

5)信令傳輸網關功能(T-SGW)

T-SGW完成將來自或去向PSTN/PLMN的呼叫相關的信令映射為IP承載，并將它發送到MSGCF或從MGCF接收。但必須提供PSTN/PLMNIP的傳輸層的地址映射。

6)多媒體資源功能(MRF)

MRF完成多方呼叫與多媒體會議功能，與H.323的MCU功能相同。在多方呼叫與多媒體會議中負責承載控制(與GGSN和IM-MGW一起完成)。而且，MRF與CSCF通信可完成多方呼叫與多媒體會話中的業務確認功能。

4.3WCDMA空中接口

4.3.1空中接口的協議結構

圖4-3-1顯示的是從UE角度所看到的空中接口協議層結構圖。UMTS將空中接口的協議層分為兩個層面：接入層面(AccessStratum)和非接入層面(Non-AccessStratum)。其中，接入層面就是移動臺和UTRAN網絡對話所應用到的層面，而非接入層面是移動臺和核心網之間的對話透明通過的接入層面。

圖4-3-1空中接口的協議結構圖協議層上層將其分成兩個平面，即控制平面和用戶平面?？刂破矫嫣幚硇帕?，無論是系統內還是系統間的信令，都位于控制平面；而用戶平面定義的是業務信息的傳遞。作為用戶平面來說，在空中接口上無非有兩類——數據和話音。對于話音業務，通過上層AMR協議層的編碼，直接利用底層的承載進行發射。對于數據業務，不同數據的應用選擇合適的網絡層，再選擇合適的傳輸層，作傳輸承載，其中的分組數據集中協議PDCP(PacketDataConvergenceProtocol)(可選)只位于用戶平面，只針對數據業務，完成數據包頭和數據段的壓縮。用戶平面的BMC稱為廣播、組播業務控制協議。控制平面的上層通常稱為層3消息，該層消息一部分屬于接入層面，另一部分屬于非接入層面(移動臺與核心網對話)。在非接入層面的協議有MM(移動性管理，如位置登記、與切換過程有關的消息)、CC(呼叫建立，如呼叫建立、服務申請)和CM等，這部分協議與GSM完全一樣。在接入層面，UTRAN網絡接入層的核心就是RRC層的模塊協議。

RRC層位于RNC，是移動臺和RNC之間的對話。RRC層功能包括無線資源管理和分配、CAC算法、QoS映射、無線承載的分配、安全性功能等。這些功能的控制全在RRC層，RRC同層的對話是與移動臺的對話；不同層之間，由RRC完成對RLC、MAC層以及物理的傳輸子層的控制。

RLC層在RRC層控制下完成上層的應用到邏輯信道的映射，RLC可以區分上層控制層面或用戶層面的不同信息，映射到不同的邏輯信道上。換言之，RLC層可以根據上層不同的邏輯消息來添加不同的RLC的字頭(Header)，選擇合適的RLC層工作模式。

MAC層同樣需在RRC層控制下完成從邏輯信道到傳輸信道的映射，MAC會選擇不同類的邏輯消息再映射到不同類的傳輸信道。由于映射的傳輸信道的不同，MAC所添加的字頭也是不一樣的。需強調的是，它只是映射到傳輸信道的類別上，并不完成傳輸信道的處理，也就是整個基帶信號的處理并非在MAC層完成。物理層(PHY)包含兩個子層，分別稱為傳輸子層和物理子層。傳輸子層的功能就是完成基帶信號的處理，傳輸信道的執行是由傳輸子層來完成的。通過傳輸子層完成處理之后，信息將會被映射到物理信道上，在物理子層完成擴頻和加擾，這樣就完成了從傳輸信道向物理信道的映射。不論何層的映射都由RRC層來控制。

2.?RRC層的主要功能

(1)?RRC連接管理(RRCconnectionmanagement)。移動臺向系統提出接入請求，需要完成RRC連接建立過程。在RRC連接建立過程前要完成開環功控，RRC連接建立實際上是移動臺和RNC之間的對話，RRC連接建立的標志是由RNC分配給移動臺的24位臨時識別符將會在RRC連接建立響應消息中發送給移動臺。

(2)無線承載管理(RadioBearermanagement)。RNC接收來自核心網的無線訪問承載請求，根據QoS的請求，與RNC內部的業務模板進行匹配，然后完成無線承載的分配。涉及到如吞吐量、QoS、傳輸信道等的描述。

(3)無線資源管理(RadioResourcemanagement)。無線資源管理包括碼字、POWER的分配，無論是RRC建立初期的資源分配還是移動臺處于業務通信狀態下資源的分配，都是由RRC來控制的。在分配無線資源時，首先是移動臺提出請求到RNC，RNC在分配無線信道之前，要激活基站中的資源，在得到正證實后，才可以為移動臺分配資源；如果基站給予RNC負證實或響應超時，將被視為連接失敗。

(4)尋呼/事件報告的發送(Paging/Notification)。在GSM中，尋呼請求(request)是由MSC觸發的。UTRAN中也是由核心網來觸發的，而RNC中的尋呼功能是指RNC作為尋呼的執行，完成來自核心網的尋呼請求。由RNC控制無線尋呼的過程，也就是無線尋呼信道的控制算法。所以與GSM相同，無線有無線的尋呼控制，核心網有核心網的尋呼控制。

(5)信息廣播(Broadcastingofinformation)。RNC與OMC通信，將系統信息通過空中接口向移動臺發送。

(6)測量報告管理(Measurementreportingmanagement)。移動臺和基站發送上來的測量報告都是以Ec/Io為參考的。由RNC的RRC層完成對測量報告的處理，根據測量報告完成一些過程如開環功控、閉環功控、切換等。

(7)功率控制管理(Powercontrolmanagement)。功率控制管理指的是外環功控的管理，計算SIR目標值，由RRC層實現SIR目標值算法的啟動。

(8)加密管理(Cipheringmanagement)。加密的執行不是RRC的功能，加密的對象是RLC、MAC層的塊(傳輸層的塊)。這里的加密管理指的是由RRC控制加密的執行，決定由誰來完成，也就是RRC層提供加密參數，將加密參數送往RLC層和MAC層并由傳輸層執行。

(9)路由(Routing)。路由高層的協議單元為PDU。RRC層的上層有不同類型的各種高層協議數據單元，RRC將根據不同的數據單元路由到相應的不同底層，指的只是協議內部的功能。

(10)完整性管理(Integritymanagement)。完整性管理屬于加密過程，是對信令消息的完整性進行驗證。信令消息無論是接收還是發送都要獲得完整性key(IK)參數，IK是由鑒權中心產生的鑒權五元組之一。IK與發送方向、發送幀號、隨機號經過F9算法產生一個比特序列，稱為MAC-I。MAC-I對MAP層消息進行封裝，在空中接口發送至接收端，接收端將首先判定接收的MAC-I與自己產生的MAP-I序列是否相同，如果一致則對信令消息進行處理，如不一致，則認為該信令消息的完整性被破壞，信令消息非法，直接丟棄不作處理。

3.?RRC在呼叫過程中的應用

在UE沒有專用信道資源的情況下，它需要讀取小區的廣播信道和尋呼信道，系統消息廣播和尋呼都是RRC實現的功能。因為每個小區的系統消息廣播使用的信道的信道碼都是固定的，而且系統消息會通過廣播信道周期性的廣播，所以UE就可以讀取小區中特定的系統廣播信息了，小區的系統廣播信息中有些內容是專門和接入所使用的公共信道相關的。因為空中接口的資源非常有限，在空閑狀態下，系統不可能給每個用戶都預留專用信道資源，所以最初UE是沒有準予信道資源的，UE只能通過公共信道來要求系統給它分配專用信道資源。通過上行公共信道上的RRC消息，UE就可以和網絡側(SRNC)通信了，如果這時SRNC決定給UE分配專用信道，它就可以通過下行的公共信道告知專用信道(SRB)的相關參數，這樣兩者就可以通過SRB(映射到專用控制信道DCCH)進行信令交互了。4.3.3RLC層

1.?RLC的主要功能

(1)對數據進行分段、重組和填充；

(2)用戶數據的傳輸；

(3)使用不同的傳輸模式進行差錯糾正；

(4)順序傳遞高層PDU、數據重復檢測；

(5)流量控制；

(6)協議錯誤檢測和恢復；

(7)服務質量的設定；

(8)對于不可恢復的錯誤提供報錯功能。

2.?RLC層的工作模式

RLC(RadioLinkControl)層對上層的邏輯消息進行處理，接收RRC層的控制，選擇合適的傳輸模式是比較重要的。RLC層的工作模式一共有三種，分別稱為透明傳輸模式(Transparent)、非確認模式(Unacknowledged)和確認模式(Acknowledged)。當RLC工作于透明模式時，上層消息透明穿過RLC層到達MAC層，沒有任何的RLC層字頭的添加，在RLC層不作任何處理，適合于實時性要求比較高的業務，減少RLC層的繁雜處理。非確認和確認模式都屬于非透明方式。消息在經過RLC層時，要添加RLC層的字頭進行封裝；封裝的包頭的長短決定了不同的模式。對于非確認模式，包頭較短，不會觸發重復機制，RLC層數據塊出錯時RLC層不作處理，它的重發將由上層(應用層)啟動，同時要執行分段、RLC層包頭的添加和對RLC層的塊實行加密等過程，這樣的模式適合于VoIP業務。確認模式適合于絕大多數的數據業務，包頭較長含有重發機制，RLC如果收到錯誤數據包，會啟動重發算法，要求發端進行重發。由于要實現重發，在RLC層就要求有緩沖區(Buffer)，數據包將存放在緩沖區進行處理。這種模式適合于可靠性較高的信息傳遞，如傳真類業務、背景類業務。RLC層根據上層的不同邏輯消息(邏輯信道)以及同一類信道內的不同類業務要求選擇的傳輸模式各不一樣。傳輸模式的選擇來自于RRC層控制。4.3.4MAC層

MAC(MediumAccessControl)層仍然是第二層協議，完成從邏輯信道向傳輸信道的映射，MAC層包含了多種映射的軟件包，如MAC-c、MAC-sh、MAC-d等，如圖4-3-2所示。圖4-3-2UTRAN側MAC實體的互聯關系4.3.5分組數據會聚協議(PDCP)

1.?PDCP層結構

PDCP層的結構如圖4-3-3所示。圖4-3-3PDCP結構圖

2.?PDCP層功能

(1)在發送與接收實體中分別執行IP數據流的頭部壓縮與解壓縮(如TCP/IP和RTP/UDP/IP頭部)。

(2)傳輸用戶數據，也就是將非接入層送來的PDCP-SDU轉發到RLC層，或相反。

(3)將多個不同的RB復用到同一個RLC實體。4.3.6廣播/多播控制協議(BMC)

1.?BMC層結構

BMC層的結構模型如圖4-3-4所示。

BMC是僅存在于用戶平面的層2的一個子層，它位于RLC層之上。L2/BMC子層對于除廣播多播之外的所有業務均是透明的。

圖4-3-4BMC層的結構模型

2.?BMC層功能

BMC層主要完成以下功能：

(1)小區廣播消息的存儲；

(2)業務量監測和為CBS請求有線資源；

(3)?BMC消息的調度；

(4)向UE發送BMC消息；

(5)向高層(NAS)傳遞小區廣播消息。4.3.7PHY層

物理層主要執行以下功能：

(1)宏分集的合并/分離和軟切換的執行；

(2)傳輸信道上錯誤檢測并向高層指示；

(3)前向糾錯碼編解碼和傳輸信道的交織/解交織；

(4)傳輸信道的復用和編碼組合傳輸信道的解復用；

(5)速率匹配；

(6)編碼組合傳輸信道到物理信道上的映射；

(7)物理信道的功率加權和合并；

(8)頻率和時間同步；

(9)閉環功率控制；

(10)?RF處理。

物理層將通過信道碼(碼道)、頻率、正交調制的同相(I)和正交(Q)分支等基本的物理資源來實現物理信道，并完成與上述傳輸信道的映射。

4.4WCDMA空中接口信道

4.4.1空中接口信道類型

1.邏輯信道

邏輯信道位于RLC層與MAC層之間，按照傳輸信息的內容劃分，有控制信道(CCH)(包括BCCH、PCCH、DCCH、CCCH)和業務信道(TCH)(包括DTCH、CTCH)。

2.傳輸信道

傳輸信道位于MAC層和物理層之間。傳輸信道的定義和分類是根據該信道使用的組合傳輸格式或者組合傳輸格式集進行的。一個傳輸格式是由編碼方式、交織、比特率和映射的物理信道定義的；傳輸格式集是特定傳輸格式的集合，有專用傳輸信道(DCH—專用信道)和公共傳輸信道(BCH—廣播信道；FACH—前向接入信道；PCH—尋呼信道；RACH—反向(隨機)接入信道；CPCH—公共分組信道；DSCH—下行共享信道)。

3.物理信道

物理信道可以由某一載波頻率、碼(信道碼和擾碼)、相位確定。在采用擾碼與擴頻碼的信道里，擾碼或擴頻碼任何一種不同，都可以確定為不同的信道。多數信道是由無線幀和時隙組成的，每一無線幀包括15個時隙。物理信道分為上行物理信道和下行物理信道。4.4.2傳輸信道

1.傳輸信道的相關概念

(1)傳輸塊(TransportBlock，TB)：是供物理層處理MAC子層和L1之間數據交換的基本單元。

(2)傳輸塊大小(TransportBlockSize)：定義為一個TB內的比特數。在一個給定的傳輸塊集合內，傳輸塊大小總是固定的；也就是說，一個傳輸塊集合內所有的傳輸塊大小一致。

(3)傳輸塊集(TransportBlockSet)：在一個TTI中傳送的一組TB(從邏輯信道上復用)，這些傳輸塊是在L1與MAC間的同一傳輸信道上同時交換。

(4)傳輸塊集大小(TransportBlockSetSize)：TBS中包含所有的比特長度。

(5)傳輸時間間隔(TransmissionTimeInterval，TTI)：一個傳輸塊集合到達的時間間隔，等于在無線接口上物理層傳送一個傳輸塊集所需的時間。它總是最小交織周期(10ms，無線幀長度)的倍數。在每一個TTI內，MAC傳送一個傳輸塊集到物理層。

(6)傳輸格式(TransportFormat，TF)：在一個TTI內，一個傳輸信道上傳送傳輸塊集的格式，這些格式是由L1提供給MAC層(或MAC提供給L1)的。傳輸格式由兩部分組成，即動態部分和準靜態部分。

(7)傳輸格式集(TransportFormatSet，TFS)：一個傳輸信道可能的TF集合。

(8)傳輸格式組合(TransportFormatCombination，TFC)：每個TTI不同傳輸信道選定的TF的集合。

(9)傳輸格式組合集(TransportFormatCombinationSet，TFCS)：定義所有TFC可能的組合情況，即碼組合傳送信道(CCTrCH)上傳輸格式組合的集合。

(10)傳輸格式標識符(TransportForamtIndicator，TFI)：TFI是傳輸格式集合內特定傳輸格式的標簽。當每次L1和MAC在一個傳輸信道上交換一個傳輸塊集時，它用于這兩層間的通信。當DSCH與一個DCH相關時，TFI將標識DSCH映射的物理信道(即信道碼)，且UE必須監聽此DSCH。

(11)傳輸格式組合標識符(TransportFormatCombinationIndicator，TFCI)：當前傳輸格式組合的一種表示。TFCI的值和傳輸格式組合間是一一對應的，TFCI用于通知接收側當前有效的傳輸格式組合，即如何解碼、解復用以及在適當的傳輸信道上遞交接收到的數據。在傳輸信道上每一次傳遞傳輸塊集時，MAC都要向L1指示TFI。L1將UE所有并行傳輸信道上的TFI組合成TFCI，對傳輸塊進行適當的處理，將TFCI加到物理控制信令中。接收側利用對TFCI的檢測來識別傳輸格式組合。FDD模式下，在限定傳輸格式組合集時，TFCI信令可忽略，并代之為盲檢測。復用和速率匹配模式遵循預先定義好的規則，并可在發送側和接收側被推知(給定傳輸格式組合)，而不需要在無線接口上傳送TFCI。當TFCI字段需要重配置時，根據重配置的等級，有兩個過程可使用：

①?TFCI的完全重配置。在此過程中，所有的TFCI值都要重新初始化和定義值。當重配置有效時完全重配置需要UE與UTRAN間顯式的同步。

②?TFCI的增量重配置。在此過程中，部分TFCI值在重配置前后保持不變(注意至少要有一個攜帶此TFCI值的信令連接)。此過程支持TFCI的增加、刪除和重定義，不需要顯式的執行時間。此過程還可能意味著某些用戶平面數據的丟失。

(12)速率匹配(RateMatching，RM)。在無線接口上，存在兩個等級的速率匹配：

①傳輸信道的靜態速率匹配，它是傳輸信道準靜態特性的一部分。

②?CCTrCH的動態速率匹配，它是RRC層調整物理層數據凈荷的長度。

靜態速率匹配和動態速率匹配的使用是由RRC層向L1層通知的。

2.專用傳輸信道

僅存在一種專用傳輸信道，即專用信道(DCH)。專用信道(DCH)是一個上行或下行傳輸信道。DCH在整個小區或小區內的某一部分使用波束賦形的天線進行發射。

專用信道(DCH)的特征有：存在于上行鏈路或下行鏈路；可使用波束形成；可使用快速速率改變(每一10ms)；快速功控；可使用上行鏈路的同步。

3.公共傳輸信道

公共傳輸信道共有六類，即BCH、FACH、PCH、RACH、CPCH和DSCH。

(1)廣播信道(BCH)。BCH是一個下行傳輸信道，用于廣播系統或小區特定的信息。BCH總是在整個小區內發射，并且有一個單獨的傳輸格式。

(2)前向接入信道(FACH)。FACH是一個下行傳輸信道，它在整個小區或小區內某一部分使用波束賦形的天線進行發射。FACH使用慢速功控。

(3)尋呼信道(PCH)。PCH是一個下行傳輸信道，它總是在整個小區內進行發送。PCH的發射與物理層產生的尋呼指示的發射是相隨的，以支持有效的睡眠模式程序。

(4)隨機接入信道(RACH)。RACH是一個上行傳輸信道，它總是在整個小區內進行接收。RACH的特性是帶有碰撞冒險和使用開環功率控制。

(5)公共分組信道(CPCH)。CPCH是一個上行傳輸信道，它與一個下行鏈路的專用信道相隨，該專用信道用于提供上行鏈路CPCH的功率控制和CPCH控制命令(如緊急停止)。CPCH的特性是帶有碰撞冒險和使用內環功率控制。

(6)下行共享信道(DSCH)。DSCH是一個被一些UEs共享的下行傳輸信道，它與一個或幾個下行DCH相隨。DSCH使用波束賦形天線在整個小區內發射，或在一部分小區內發射。4.4.3物理信道和物理信號

無線幀：無線幀是一個包括15個時隙的處理單元，每個時隙具有相似的結構。一個無線幀的長度是38400chip。

時隙：時隙是由包含一定比特的字段組成的一個單元。時隙的長度是2560chip。

一個物理信道缺省的持續時間是從它的開始時刻到結束時刻這一段連續的時間。不連續的物理信道會被明確說明。物理信號是一個實體，它和物理信道有著相同的空中特性，但是沒有傳輸信道或指示符映射到物理信道。為了支持物理信道的功能，物理信道可以帶有隨路的物理信號。物理信道的分類圖如圖4-4-1所示。圖4-4-1物理信道分類圖

1.專用上行物理信道

上行專用物理信道有兩種，即上行專用物理數據信道(上行DPDCH)和上行專用物理控制信道(上行DPCCH)。DPDCH和DPCCH在每個無線幀內是I/Q碼復用的。

上行DPDCH用于傳輸專用傳輸信道(DCH)。在無線鏈路載頻中可以有0個、1個或幾個上行DPDCH。上行DPCCH用于傳輸L1產生的控制信息。L1的控制信息包括支持信道估計以進行相干檢測的已知導頻比特、發射功率控制指令(TPC)、反饋信息(FBI)，以及一個可選的傳輸格式組合標識符(TFCI)。TFCI將復用在上行DPDCH上的不同傳輸信道的瞬時參數通知給接收機，并與同一幀中要發射的數據相對應起來。在每個L1連接中有且僅有一個上行DPCCH。圖4-4-2顯示了上行專用物理信道的幀結構。每個幀長為10ms，分成15個時隙，每個時隙的長度為Tslot=2560chip，對應于一個功率控制周期。圖4-4-2上行物理信道(DPDCH/DPCCH)的幀結構圖4-4-2中的參數k決定了每個上行DPDCH/DPCCH時隙的比特數，它與物理信道的擴頻因子SF有關，SF=256/2k。DPDCH的擴頻因子的變化范圍為4～256。上行DPCCH的擴頻因子一直等于256，即每個上行DPCCH時隙有10bit。

2.公共上行物理信道

1)物理隨機接入信道(PRACH)

PRACH用來傳輸RACH。隨機接入信道的傳輸是基于帶有快速捕獲指示的時隙ALOHA方式。UE可以在一個預先定義的時間偏置開始傳輸，表示為接入時隙。每兩幀有15個接入時隙，間隔為5120chip。當前小區中哪個接入時隙的信息可用，是由高層信息給出的。隨機接入發射的結構如圖4-4-3所示。隨機接入發射包括一個或多個長為4096碼片的前綴和一個長為10ms或20ms的消息部分，圖中所示為20ms消息部分。圖4-4-3隨機接入發射的結構

(1)?RACH前綴部分。隨機接入的前綴部分長度為4096chip，是對長度為16chip的一個特征碼(Signature)的256次重復。總共有16個不同的特征碼。(2)?RACH消息部分。圖4-4-4顯示了隨機接入的消息部分的結構。10ms的消息被分作15個時隙，每個時隙的長度為Tslot?=?2560chip。每個時隙包括兩部分，一個是數據部分，RACH傳輸信道映射到這部分；另一個是控制部分，用來傳輸層1控制信息。數據和控制部分是并行發射傳輸的。一個10ms消息部分由一個無線幀組成，而一個20ms的消息部分是由兩個連續的10ms無線幀組成。消息部分的長度可以由使用的特征碼接入時隙決定，這是由高層配置的。

圖4-4-4隨機接入消息部分的結構數據部分包括10×2kbit，其中k?=?0，1，2，3；對消息數據部分來說分別對應著擴頻因子256、128、64和32。

控制部分包括8個已知的導頻比特，用來支持用于相干檢測的信道估計，以及2個TFCI比特，對消息控制部分來說，這對應于擴頻因子256。

2)物理公共分組信道(PCPCH)

PCPCH用于傳送CPCH。CPCH的傳輸是基于帶有快速捕獲指示的DSMA-CD(DigitalSenseMultipleAccess-CollisionDetection)的方法。UE可在一些預先定義的、與當前小區接收到的BCH的幀邊界相對的時間偏置處開始傳輸。接入時隙的定時和結構與RACH相同。CPCH隨機接入傳輸的結構如圖

4-4-5所示。圖4-4-5CPCH隨機接入傳輸的結構

CPCH隨機接入傳輸包括一個或多個長為4096chip的接入前綴(A-P)，一個長為4096chip的沖突檢測前綴(CD-P)，一個長度為0時隙或8時隙的DPCCH功率控制前綴(PC-P)和一個可變長度為(N×10)ms的消息部分。

圖4-4-6顯示了上行公共分組物理信道的幀結構。每幀長為10ms，被分成15個時隙，每一個時隙長度為Tslot=2560chip，等于一個功率控制周期。圖4-4-6上行PCPCH的數據和控制部分的幀結構

3.下行專用物理信道

下行物理信道中專用信道只有一個，即下行專用物理信道(下行DPCH)。

在一個下行DPCH內，專用數據在L2以及更高層產生，即專用傳輸信道(DCH)，是與L1產生的控制信息(包括已知的導頻比特，TPC指令和一個可選的TFCI)以時間復用的方式進行傳輸發射的。因此下行DPCH可看做是一個下行DPDCH和下行DPCCH的時間復用。圖4-4-7顯示了下行DPCH的幀結構。每個長10ms的幀被分成15個時隙，每個時隙長為Tslot=2560chip，對應于一個功率控制周期。

圖4-4-7中的參數k確定了每個下行DPCH時隙的總的比特數。它與物理信道的擴頻因子有關，即SF=512/2k。因此擴頻因子的變化范圍為4～512。

圖4-4-7下行DPCH的幀結構

4.公共下行物理信道

1)公共導頻信道(CPICH)

CPICH為固定速率(30kb/s，SF=256)的下行物理信道，

用于傳送預定義的比特/符號序列。圖4-4-8顯示了CPICH的幀結構。

圖4-4-8公共導頻信道(CPICH)的幀結構

(1)基本公共導頻信道(P-CPICH)。該信道總是使用相同的信道碼，即Cch，2560，0，擾碼為主擾碼(用基本擾碼)，每個小區有且僅有一個P-CPICH，在整個小區內進行廣播。

P-CPICH是其他信道的功率基準，測量其他信道都是通過測量CPICH信道來實現的。P-CPICH可以是下行物理信道的相位基準：SCH、基本CCPCH、AICH和PICH。P-CPICH也是所有其他下行物理信道的缺省相位基準。

2)基本公共控制物理信道(P-CCPCH)

圖4-4-9顯示了P-CCPCH的幀結構。與P-DPCH的幀結構的不同之處在于沒有TPC指令，沒有TFCI，也沒有導頻比特。在每個時隙的第一個256chip內，P-CCPCH不進行發射。反過來，在此段時間內，將發射P-SCH和S-SCH。圖4-4-9基本公共控制物理信道(P-CCPCH)的幀結構

3)輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)

S-CCPCH用于傳送FACH和PCH。有兩種類型的S-CCPCH，即包括TFCI的和不包括TFCI的。是否傳輸TFCI是由UTRAN來確定的，因此對所有的UE來說，支持TFCI的使用是必需的?？赡艿乃俾始c下行DPCH相同。S-CCPCH的幀結構見圖4-4-10。圖4-4-10輔助公共控制物理信道(S-CCPCH)的幀結構圖4-4-10中參數k確定了每個下行S-CCPCH時隙的總比特數。它與物理信道的擴頻因子SF有關，SF?=256/2k。擴頻因子SF的范圍為4～256。

FACH和PCH可以映射到相同的或不同的S-CCPCH。如果FACH和PCH映射到相同的S-CCPCH，它們可以映射到同一幀。

4)同步信道(SCH)

SCH是一個用于小區搜索的下行鏈路信號。SCH包括兩

個子信道，基本SCH和輔助SCH?；維CH(P-SCH)和輔助SCH(S-SCH)的10ms無線幀分成15個時隙，每個長為2560碼

片。圖4-4-11表示了SCH無線幀的結構。

圖4-4-11同步信道(SCH)的結構

S-SCH重復發射一個有15個序列的調制碼，每個調制碼長為256chip，輔助同步碼(SSC)與P-SCH并行進行傳輸。在圖4-4-11中，SSC用來表示(其中，i?=?0，1，…，63，為擾碼碼組的序號；k?=?0，1，2，…，14，為時隙號)。每個SSC是從長為256的16個不同碼中挑選出來的一個碼。在S-SCH上的序列表示小區的下行擾碼屬于哪個碼組。

5)物理下行共享信道(PDSCH)

PDSCH用于傳送下行共享信道(DSCH)。一個PDSCH對應于一個PDSCH根信道碼或下面的一個信道碼。PDSCH的分配是在一個無線幀內，基于一個單獨的UE。

在不同的無線幀中，分配給同一個UE的PDSCH可以有不同的擴頻因子。PDSCH的幀和時隙結構如圖4-4-12所示。圖4-4-12物理下行共享信道(PDSCH)的幀結構

6)捕獲指示信道(AICH)

圖4-4-13說明了AICH的結構。AICH由重復的15個連續的接入時隙(AS)的序列組成，每個長為5120chip。每個接入時隙由兩部分組成，一個是接入指示(AI)部分，由32個實數值符號a0，…，a31組成；另一部分是持續1024bit的空閑部分，它不是AICH的正式組成部分。AICH信道化的擴頻因子是256，相位參考是P-CPICH。圖4-4-13捕獲指示信道(AICH)的幀結構圖4-4-13中的實數值符號a0，a1，…，a31由下式給出：(4-4-1)式中，AIs是對應于特征碼s的捕獲指示，可以取?+1、－1和0。表4-4-1給出了序列bs，0，…，bs，31的值。如果特征碼s不屬于與之對應的PRACH的所有接入業務級別(ASC)可使用的特征碼集，則AIs將被設為0。

如果一個應答指示符被設為+1，則它表示一個肯定的響應；如果一個應答指示符被設為－1，它表示一個否定的響應。

當實數值符號aj用{+1，－1}形式表示時，與比特一樣以同樣的方式被擴頻與調制。

當AICH使用了基于STTD的開環發射分集時，在AICH符號a0，…，a31合并序列bs，0，bs，1，…，bs，31前，對每一個序列bs，0，bs，1，…，bs，31進行單獨的STTD編碼，如表4-4-1所示。

7)尋呼指示信道(PICH)

PICH是一個固定速率(SF?=?256)的物理信道，用于傳輸尋呼指示。PICH總是與一個S-CCPCH隨路，S-CCPCH為一個PCH傳輸信道的映射。

圖4-4-14所示為PICH的幀結構。一個PICH幀長為10ms，包括300bit(b0，b1，…，b299)。其中，288bit(b0，b1，…，b287)用于傳輸尋呼指示，而余下的12個比特未被使用，這部分是為將來可能的使用而保留的。

圖4-4-14尋呼指示信道(PICH)的結構在每一個PICH幀內，發射Np個尋呼指示?{P0，…，}，其中，Np=?18，36，72或144。

高層為某一UE而計算的PI是與某個尋呼指示Pq相關聯的，其中q是按照一個函數式計算的，此函數式是由高層計算的PI、PICH無線幀開始時刻的P-CCPCH無線幀的SFN及每幀內尋呼指示的個數(Np)構成的，即

q=由高層計算的PI是與尋呼指示Pq的值相關聯的。如果在某一幀中，尋呼指示被設為“1”，則它指示與這個尋呼指示和PI相關的Ues應該讀取隨路的S-CCPCH幀。從{PI0，…，PIN-1}到PICH比特{b0，…，b287}的映射是按表4-4-2的方式進行的。4.4.4物理信道的映射和關聯

1.傳輸信道到物理信道的映射

圖4-4-15總結了傳輸信道到物理信道的映射關系。圖4-4-15傳輸信道到物理信道的映射

DCH是數據流順序地(先到先映射)映射到物理信道上。BCH和FACH/PCH的映射是編碼和交織后的數據流順序地各自映射到基本和輔助CCPCH上。對RACH來說，其編碼和交織后的數據流也是順序地映射到物理信道上，在這種情況下，即映射到PRACH上的消息部分。

2.物理信道和物理信號的關聯

圖4-4-16說明了物理信道和物理信號之間的關系。

圖4-4-16物理信道和物理信號之間的關系4.5WCDMA關鍵技術

4.5.1多用戶檢測技術

如圖4-5-1所示，以兩用戶的情況為例，在信道和擴頻碼字完全正交的情況下，兩個BPSK用戶S1和S2的星座圖