UMTS無線接口協(xié)議體系

摘要　無線接口協(xié)議主要用于在UTRA平臺上建立、修正和釋放無線承載業(yè)務(wù)。本文給出了UMTS無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)，分析了物理層和鏈路層中的業(yè)務(wù)與功能、PDCP業(yè)務(wù)與功能、廣播與組播控制業(yè)務(wù)與功能、網(wǎng)絡(luò)層的Uu子層業(yè)務(wù)與功能、無線資源控制（RRC）功能。

1、協(xié)議結(jié)構(gòu)

無線接口協(xié)議主要用于在UTRA平臺上建立、修正和釋放無線承載業(yè)務(wù)。這些協(xié)議在第1～3層包含有相關(guān)功能，使用OSI（開放系統(tǒng)互連）的術(shù)語，這3層分別是物理層（L1）、鏈路層（L2）和網(wǎng)絡(luò)層（L3）。同時，鏈路層（L2）包含了如下子層：媒體接入控制（MAC）、無線鏈路控制（RLC）、包數(shù)據(jù)集中協(xié)議（PDCP）和廣播與組播控制（BMC）。第3層（L3）和RLC子層是由控制平面（C平面）和用戶平面（U平面）組成。PCDP和BMC只存在于用戶平面中。

第3層在C平面中包含有子層。最低子層為無線資源控制（RRC），它與第2層通過接口相連，并終接于UTRAN。下一個子層提供復(fù)制避免功能，終接于CN。該子層是接入層的一部分，主要用于為高層提供接入層業(yè)務(wù)。但是，我們通常假定不屬于非接入層，這些高層信令包括移動性管理（MM）和呼叫控制（CC）等。

在體系結(jié)構(gòu)示意圖（見圖1）中，每個模塊都代表各自協(xié)議的實例。在子層之間的接口處，我們使用橢圓來表示業(yè)務(wù)接入點（SAP），SAP可用于進(jìn)行對等通信。MAC層和物理層之間的SAP可提供傳輸信道，RLC子層和MAC層之間的SAP可提供邏輯信道。在C平面上，通用控制（GC）使用通知（Nt）SAP和專用控制（DC）SAP，來定義復(fù)制避免和較高L3子層（呼叫控制和移動性管理）之間的接口。

圖1　無線接口協(xié)議體系結(jié)構(gòu)（橢圓表示業(yè)務(wù)接入點）　

圖1同時也給出了RRC與MAC之間以及RRC與L1之間的連接，這些連接可提供本地層間控制業(yè)務(wù)。同時，在RRC與RLC子層之間、RRC與PDCP子層之間以及RRC與BMC子層之間，我們使用相同的接口控制機制。這些接口支持RRC對低層配置進(jìn)行控制。因此，在RRC和每個低層（PDCP，RLC，MAC和L1）之間存在著已定義的分立控制SAP。

RLC子層與實用無線傳輸技術(shù)結(jié)合，能夠提供ARQ（自動請求重傳）功能。在這種情況下，我們無法將C平面和U平面中的RLC實例區(qū)分開來。當(dāng)Iu連接點不發(fā)生變化時，CN可能會向UTRAN請求完全數(shù)據(jù)保護(hù)。但是，當(dāng)Iu連接點發(fā)生變化時（如SRNS重新定位、改進(jìn)等），UTRAN可能無法保證完全數(shù)據(jù)保護(hù)，這最終取決于CN中的復(fù)制避免功能實體。

2、業(yè)務(wù)與功能

2.1　物理層中的業(yè)務(wù)與功能

原則上，我們可以將物理層的傳輸信道分為兩類：通用信道和專用信道（見表1）。第一類在涉及到某類UE時，具有UE的帶內(nèi)識別功能。第二類專用物理信道對UE進(jìn)行識別，即FDD模式中的代碼與頻率，以及TDD模式下的代碼、時隙和頻率。

表1　傳輸信道小結(jié)

當(dāng)每種傳輸信道（FAUSCH除外）具有固定或慢速變化速率時，會獲取一種相關(guān)的傳輸格式，或者當(dāng)傳輸信道具有快速變化速率時，會獲取一種相關(guān)的傳輸格式集。我們將傳輸信道定義為編碼、交織、比特率的組合，并將其映射到物理信道上。我們將傳輸格式集定義為一組傳輸格式。在傳輸格式集環(huán)境中，具有可變速率的DCH包含一個傳輸格式集，即針對每種速率都對應(yīng)一種傳輸格式，而固定速率DCH只具有單一的傳輸格式。

2.2　鏈路層中的業(yè)務(wù)與功能

MAC層中的業(yè)務(wù)與功能特點：

（1）數(shù)據(jù)傳輸：無須分段，即可在對等MAC實體之間為MAC層SDU提供非確認(rèn)傳輸。

（2）無線資源和MAC參數(shù)的重新分配：根據(jù)RRC請求，執(zhí)行無線資源分配和MAC參數(shù)變化功能。此外，在TDD模式中，MAC能夠以自治的方式進(jìn)行資源分配。

（3）測量結(jié)果報告：報告本地測量結(jié)果，如流向RRC的數(shù)據(jù)流量和質(zhì)量指示。

MAC層可在邏輯信道上提供數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。我們將邏輯信道分為兩類：用于控制平面信息傳送的控制信道和用于用戶平面信息傳送的流量信道（見表2）。表3給出了邏輯信道和傳輸信道之間的連接關(guān)系。

表2　邏輯信道匯總

表3　邏輯信道和傳輸信道之間的連接關(guān)系

圖2和圖3分別給出了從UE端和UTRAN端看，F(xiàn)DD和TDD模式下傳輸信道與邏輯信道之間的映射關(guān)系。

圖2　從UE端看邏輯信道與傳輸信道之間的映射關(guān)系

圖3　從UTRAN端看邏輯信道與傳輸信道之間的映射關(guān)系

2.3　PDCP業(yè)務(wù)與功能

包數(shù)據(jù)集中協(xié)議（PDCP）業(yè)務(wù)可在確認(rèn)/非確認(rèn)和透明RLC模式中，提供網(wǎng)絡(luò)PDU的傳輸與接收功能。作為PDCP功能的一部分，首先它將來自于某種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)PDU映射到某一RLC實體上。其次，它在傳輸實體端將冗余網(wǎng)絡(luò)PDU控制信息進(jìn)行壓縮，并在接收端將冗余網(wǎng)絡(luò)PDU控制信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮（報頭壓縮/解壓縮），必要時可進(jìn)行TCP/IP報頭壓縮和解壓縮。

2.4　廣播和組播控制業(yè)務(wù)與功能

BMC能夠在無線接口上的用戶平面，以透明或非確認(rèn)的方式為通用用戶數(shù)據(jù)提供廣播/組播傳輸業(yè)務(wù)。其功能主要包括：

（1）存儲蜂窩廣播消息：為調(diào)度傳輸存儲通過CBC-RNC接口接收到的消息。

（2）針對CBS的流量監(jiān)控和無線資源請求：在UTRAN端，根據(jù)從CBC-RNC接口接收到的消息，BMC為蜂窩廣播業(yè)務(wù)計算所需的傳輸速率，并向RRC請求適當(dāng)?shù)腃TCH/FACH資源。

（3）BMC消息的調(diào)度：BMC通過CBC-RNC接口上接收調(diào)度消息和每個蜂窩的廣播消息。根據(jù)UTRAN調(diào)度信息，BMC生成調(diào)度消息，并據(jù)此對BMC消息序列進(jìn)行調(diào)度。在UE端，BMC計算調(diào)度消息，并向RRC公布調(diào)度參數(shù)。對于CBS不連續(xù)接收的情況，RRC可使用這些參數(shù)來對低層進(jìn)行配置。

（4）將BMC消息傳送給UE：根據(jù)調(diào)度消息，將BMC消息（調(diào)度消息和蜂窩廣播消息）傳送給UE。

（5）將蜂窩廣播消息傳送給高層（NAS）：在UE端，將接收到的蜂窩廣播消息準(zhǔn)確地傳送給高層（NAS），在此過程中，不傳送已破壞的消息。

2.5　網(wǎng)絡(luò)層中的Uu子層業(yè)務(wù)與功能

主要的Uu子層業(yè)務(wù)包括通用控制、通知和專用控制。通用控制為某一地理區(qū)域內(nèi)的所有UE提供通用信息廣播業(yè)務(wù)。通知業(yè)務(wù)可為某一地理區(qū)域內(nèi)的特定UE提供尋呼和通知廣播業(yè)務(wù)。專用控制可為連接的建立/釋放和使用該連接進(jìn)行的消息傳輸提供業(yè)務(wù)支持。連接建立階段傳送信息也是可能實現(xiàn)的。

2.6　無線資源控制（RRC）功能

RRC層可對UT和UTRAN之間的第3層的控制平面信令進(jìn)行處理。其主要功能包括：

（1）對由接入層和非接入層（核心網(wǎng)）提供的信息進(jìn)行廣播。RRC功能實體能夠?qū)⑿畔�從網(wǎng)絡(luò)以廣播的形式傳送給所有UE。系統(tǒng)信息通常規(guī)律性地進(jìn)行重復(fù)。

（2）UE和UTRAN之間RRC連接的建立、重建、維護(hù)和釋放。高層請求UE端為UE建立第一個信令連接。RRC連接的建立包括可選的蜂窩重選、接入控制和第2層信令鏈路建立。

（3）無線承載的建立、重新配置和釋放。根據(jù)來自于高層的需求，RRC功能實體可在用戶平面完成無線承載的建立、重新配置和釋放功能。

（4）RRC連接中無線資源的分配、重新配置和釋放。RRC功能實體可完成RRC連接所需的無線資源分配（如代碼和CPCH信道），包括來自于控制平面和用戶平面的需要。

（5）RRC連接移動性功能。在RRC連接建立期間，可完成與RRC連接移動性相關(guān)的評估、決策和執(zhí)行功能，如根據(jù)UE完成測量結(jié)果，執(zhí)行切換、系統(tǒng)間切換準(zhǔn)備、蜂窩重選和蜂窩/尋呼區(qū)域更新過程。

（6）尋呼/通知。必要時，當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)端接收到來自于高層的請求后，可以將尋呼信息從網(wǎng)絡(luò)以廣播的形式傳送到所選的UE處，或者可以在RRC連接建立期間發(fā)起呼叫。

（7）高層PDU的路由。將UE端的高層PDU路由到UTRAN端正確的高層實體，最終路由到適當(dāng)?shù)腞ANAP實體。

（8）對所需QoS的控制。它能保證無線承載所需的QoS得到滿足，如有足夠的無線資源可供分配。

（9）UE測量結(jié)果報告和對報告的控制。RRC能夠根據(jù)測量什么、什么時候測量和如何報告，對由UE完成的測量結(jié)果進(jìn)行控制，同時也可對UMTS空中接口和其他系統(tǒng)的測量結(jié)果進(jìn)行控制。RRC層可以將測量結(jié)果由UE報告給網(wǎng)絡(luò)。

（10）外環(huán)功率控制。RRC層能夠?qū)﹂]環(huán)功率控制目標(biāo)值的設(shè)定進(jìn)行控制。

（11）加密控制。在UE和UTRAN之間，提供設(shè)置加密功能（開/關(guān)）的過程。

（12）慢速DCA。該功能僅適用于TDD模式，根據(jù)長期決策標(biāo)準(zhǔn)，RRC功能實體可對優(yōu)先級高的無線資源進(jìn)行動態(tài)分配。

（13）對上行DCH中無線資源分配的控制。使用廣播信道來為所有相關(guān)用戶發(fā)送控制信息，實現(xiàn)對上行DCH中的快速無線資源分配的控制。

（14）空閑模式中的初始蜂窩選擇和新選。根據(jù)空閑模式中的測量結(jié)果和蜂窩選擇標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的蜂窩。

（15）完整性保護(hù)。在敏感和/或包含第三信息的RRC消息中，增加消息認(rèn)證碼（MAC）。

（16）針對CBS的初始配置。在BMC子層，RRC功能實體可進(jìn)行初始配置。

（17）為CBS分配無線資源。根據(jù)BMC指示的流量要求，RRC功能實體可為CBS分配無線資源。

（18）CBS不連接接收配置。當(dāng)UE監(jiān)聽為CBS分配的資源時，RRC功能實體可對UE的低層（L1和L2）進(jìn)行配置。

（19）定時提前控制。控制定時提前操作，該功能僅適用于TDD模式。

3、結(jié)束語

UMTS業(yè)務(wù)構(gòu)件集將會不斷進(jìn)行演變，UMTS應(yīng)用和業(yè)務(wù)引擎也將不斷發(fā)展。因此，從業(yè)務(wù)提供商的角度來看，用戶屬于哪類行業(yè)無關(guān)緊要，最終隨著移動業(yè)務(wù)、免費互聯(lián)網(wǎng)和業(yè)務(wù)提供商選擇的不斷深入發(fā)展，用戶將只關(guān)心服務(wù)質(zhì)量、業(yè)務(wù)收費和應(yīng)用價值。業(yè)務(wù)區(qū)分的理想平臺即將出現(xiàn)，使用完全3G能力來實現(xiàn)新型業(yè)務(wù)的進(jìn)程仍將繼續(xù)。