TDS培训-三讲

2网络结构及接口通用移动通信系统（UMTS：UniversalMobileTelecommunicationsSystem）是IMT-2000的一种，它的网络结构由核心网（CN：CoreNetwork）、UMTS陆地无线接入网（UTRAN：UMTSTerrestrialRadioAccessNetwork）和用户设备（UE：UserEquipment）三部分组成。本章将介绍UMTS的网络结构及其接口规范。主要包括CN和无线网络控制器（RNC：RadioNetworkController）之间的Iu接口、RNC之间的Iur接口、RNC和NodeB之间的Iub接口以及UTRAN和UE之间Uu接口（也称为无线接口）的结构和功能，同时简要地描述协议栈的分层结构，用户终端设备的主要任务，为使读者更好的理解，最后我们将以呼叫建立过程为例来阐述网络信令流过程。2.1网络结构UMTS系统由CN、UTRAN和UE三部分组成，结构如图2-1所示。CN和UTRAN之间的接口称为Iu接口，UTRAN和UE的之间接口称为Uu接口。限于篇幅的原因，本节只对UTRAN部分的结构和功能作较为详细地描述，而对于CN和UE部分，在本章未作描述。感兴趣者，可以参考相关的标准和协议。CNIu接口UTRANUEUu接口图2-1UMTS系统的结构2.1.1UMTS的通用协议结构UTRAN的Uu接口和Iu接口的协议分为用户平面协议和控制平面协议。其中用户平面协议用于执行无线接入承载业务，而无线接入承载业务是通过接入层的业务接入点（SAP：ServiceAccessPoint）来提供的。图2-2是Uu接口和Iu接口的用户平面协议结构。控制平面协议用于控制无线接入承载和UE与网络的连接，图2-3是Uu接口和Iu接口的控制平面协议结构。非接入层Uu接口协议Uu接口协议Iu接口协议Iu接口协议接入层UEUTRANCNUuIu图2-2Uu和Iu接口的用户平面协议结构非接入层Uu接口协议Uu接口协议Iu接口协议Iu接口协议接入层UEUTRANCNUuIuCM,MM,GMM,SMCM,MM,GMM,SM图2-3Uu和Iu接口控制平面协议结构2.1.2UTRAN一、UTRAN的结构UTRAN由若干通过Iu接口连接到CN的无线网络子系统（RNS：RadioNetworkSubsystem）组成。其中一个RNS包含一个RNC和一个或多个NodeB，而NodeB通过Iub接口与RNC相连接。NodeB应该可以支持FDD模式、TDD模式或者以上2个模式都支持。并且，对TDD模式下的一个小区来说，应该支持码片速率为3.84Mchip/s或1.28Mchip/s的一种。在UTRAN内部，RNCs通过Iur接口进行信息交互，Iu和Iur是逻辑接口，Iur接口可以是RNCs之间的直接物理连接，也可以通过任何合适传输网络的虚拟连接来实现。UTRAN的内部结构参见图2-4所示。RNSRNCCRNSRNCCCCC核心网NodeBNodeBIuIuIurIubIubIubIubUTRANNodeBNodeB图2-4UTRAN内部结构每个RNS管理一组小区的资源。在UE和UTRAN的每个连接中，其中一个RNS充当服务RNS（SRNS：ServingRNS）。如果需要，一个或多个漂移RNS（DRNS：DriftRNS）通过提供无线资源来支持SRNS。SRNS和DRNS的结构关系如图2-5所示。CNDRNSSRNSIuIurUE图2-5SRNS和DRNS结构关系小区二、UTRAN接口模型UTRAN接口的通用协议模型如2-6所示。从图中可以看出，UTRAN分为无线网络层和传输网络层。其中UTRAN的逻辑节点和他们之间的接口被定义为无线网络层的一部分。传输网络层为用户平面传输、信令传输和特定的运行与维护（O&M）传输提供服务，与UTRAN特定的功能无关。其中，无线网络层分为用户平面和控制平面，传输网络层分为传输网络用户平面和传输网络控制平面。控制平面包括应用协议和用于传输应用消息的信令承载，在Iu接口上的应用协议是无线接入网络应用部分（RANAP：RadioAccessNetworkApplicationPart），负责CN和RNS之间的信令交互。在Iur接口上的应用协议是无线网络子系统应用部分（RNSAP：RadioNetworkSubsystemApplicationPart），负责2个RNS之间的信令交互。Iub接口上的应用协议是NodeB应用部分（NBAP：NodeBApplicationPart），负责RNS内部的RNC与NodeB之间的信令交互。在传输网络层，以上3个接口都使用ATM传输技术，3GPP还建议可支持七号信令的SC-CP、MTP以及IP等技术。用户平面包括数据流和用于数据流传输的数据承载。传输网络控制平面只在传输层，不包含任何无线网络层的信息。它包含用于用户平面建立传输承载（数据承载）所需的接入链路控制应用部分（ALCAP：AccessLinkControlApplicationPart）协议和用于ALCAP的信令承载。用户平面的数据承载和应用协议的信令承载都属于传输网络用户平面。无线控制平面用户平面网络层应用协议数据流传输传输网络传输网络传输网络网络层用户平面控制平面用户平面ALCAP（s）信令承载信令承载数据承载物理层图2-6UTRAN接口的协议模型三、UTRAN的功能1.用户数据传输UTRAN提供在Uu和Iu参考点之间的用户数据传输功能。2.系统接入控制系统接入控制包含接入允许控制、拥塞控制和系统信息广播等功能。其中接入允许控制功能用来控制允许或拒绝新的用户的接入、新的无线接入承载或新的无线连接（例如：切换情况）的建立。基于上行干扰和下行功率的接入准许控制功能位于控制无线网络控制器（CRNC：ControllingRNC）中，在Iu接口中由服务RNC（SRNC：ServingRNC）来执行接入准许控制功能；拥塞控制是当系统接近于满载或已经超载时用来监视、检测和处理阻塞情况，该功能尽量平滑地使系统返回到稳定的状态；系统信息广播提供了在其网络内运行的UE所需的接入层（AS：AccessStratum）或非接入层（NAS：NonAccessStratum）信息。3.无线信道的加密和解密该功能通过一定的加解密操作为发送的无线数据提供保护，加密功能位于UE和UTRAN中。4.移动性管理功能（1）切换管理切换管理用于管理无线接口的移动性。它基于无线测量，用来维持核心网要求的服务质量。它可以由网络或者UE来控制。另外，使用该功能，UE将可能直接切换到其他的系统，如从UMTS到GSM.（2）SRNS重定位当SRNS的功能被另外一个RNS替代时，SRNS重定位用来协调相关的操作和过程。主要对从一个RNS到另一个RNS的Iu接口的连接移动性进行管理，该功能位于RNC和CN中。（3）寻呼功能该功能在UE处于空闲模式、CELL_PCH或URA_PCH状态下提供了请求UE和UTRAN建立连接的能力，也包含在单一RRC连接上不同的CN域的寻呼协调功能。（4）UE的定位该功能提供对UE所处地理位置的定位能力。5.无线资源的管理和控制无线资源管理包括对无线资源的分配和保持等相关功能，UMTS的无线资源应该能在电路交换业务和分组交换业务之间共享，无线资源管理和控制具体有下面的功能：（1）无线资源的配置和操作该功能执行无线网络资源的配置，即对小区和公共传输信道资源的配置和管理。（2）无线环境的测量无线环境的测量包括对当前服务小区和周围邻近小区的无线信道测量，并把测量结果作为无线信道质量的评估依据。测量过程是在UE和UTRAN中执行的，主要包括对接收信号强度、估计的误比特率、传播环境的估计、发射距离、多谱勒偏移、同步状态、接收的干扰功率和每个小区下行发射的总功率等参数的测量和估计。（3）合并/分离控制该功能控制信息流的合并/分离，UTRAN可以合并通过多个物理信道（可能属于不同的小区）接收来自于同一移动终端的相同信息的信息流或分离通过多个物理信道（可能属于不同的小区）发送到同一移动终端的相同信息的信息流。（4）连接的建立与释放连接的建立与释放功能控制无线接入子网络的连接建立、保持和释放，该功能可以在UE和UTRAN中完成。（5）无线承载的分配和重分配该功能根据无线接入承载的QoS来执行连接建立（或释放）的请求单元到物理无线信道上的分配（或重分配）的转化过程，在CRNC和SRNC中实现。（6）TDD动态信道分配（DCA：DynamicChannelAllocation）动态信道分配在TDD模式下使用，包含快速DCA和慢速DCA。快速DCA把资源直接分配到无线承载上去。慢速DCA则根据小区负载的变化把无线资源（包括时隙）分配到不同的TDD小区上去。（7）无线协议功能该功能通过把业务（根据RAB的QoS）适配到无线传输上，通过UMTS无线接口向用户提供数据和信令传输的能力，主要包含在无线承载上对业务和UE的复用、对数据分段和重组以及根据无线接入承载的QoS的确认/非确认模式的数据传递。（8）RF功率控制该功能控制发送功率的等级以降低干扰和保持高质量的连接。功率控制包括上下行外环功率控制、上下行内环功率控制和上下行开环功率控制等类型。（9）信道的编/解码（10）初始随机接入的检测和处理该功能使网络能检测从UE来的初始接入请求并对接入请求做适当的响应过程。（11）对非接入层消息的CN域分配在RRC协议中，来自于NAS的消息应该通过直接传输过程透明地传递到接入层内，而SRNC和UE将负责把携带CN域信息的NAS消息分配到对应的NAS实体中去。（12）TDD的定时提前处理该功能用来在上行方向处理从UE到UTRAN的无线信号的定时提前量。定时提前量是基于NodeB的物理层对上行突发的时间测量得到的。并通过下行链路把定时提前命令发送给UE。（13）对非接入层消息业务的特定功能（14）TDD的上行同步功能该功能用于从UE到UTRAN的上行信号的同步。同步过程是当NodeB检测到上行的突法时，估计所接收到的时间和功率，并且把基于估计的时间和功率参数而决定的时间和功率调整量返回给UE，让UE在下一次上行发送时做出相应时间和功率调整以实现上行同步。6.广播和多播功能（1）广播/多播信息的分配把接收到的CBS（CellBroadcastService）消息分配到每个小区配置的广播/多播控制（BMC：Broadcast/MulticastControl）实体中去，以便进一步处理，该功能是由RNC控制和处理的。（2）广播/多播流量控制该功能通过对数据源的控制来实现对RNC信息流量的控制，以防止信息拥塞。（3）CBS状态的报告RNC收集每个小区的状态数据，并对应到各自的服务区。7.跟踪功能UTRAN可以跟踪与UE的位置及其行为相关的各种事件。8.流量报告UTRAN可以向CN报告非确认数据的流量信息。2.2Iu接口2.2.1概述一、Iu接口体系的结构Iu接口的逻辑结构体系如图2-7所示。连接到核心网电路交换（CS：CircuitSwitched）域的Iu接口称为Iu-CS，连接到分组交换（PS：PacketSwitched）域的Iu接口称为Iu-PS，连接到广播（BC：Broadcast）域的称为Iu-BC。区分Iu-CS和Iu-PS这两个接口意味着到电路交换和到分组交换有不同的信令和用户数据连接。每个CN接入点可以连接到一个或多个UTRAN接入点。对于PS域和CS域，每个UTRAN接入点只能连接到每个CN域的一个CN接入点。对于BC域，每个UTRAN接入点可连接到一个或多个CN接入点。核心网CS域PS域BC域RNCRNCNodeBNodeBNodeBNodeBUTRAN“Iu-CS”“Iu-PS”“Iu-BC”图2-7Iu接口的逻辑结构二、Iu接口的支持能力Iu接口可以支持的功能包括：无线接入承载的建立、维护和释放过程；系统内切换、系统间切换和SRNS重定位过程；小区广播服务过程；与特定UE无关的一系列通用过程；为了用户特定信令管理，每个UE在