第9章-WCDMA移动通信系统.doc

第9章 WCDMA移动通信系统教学内容、难点等教学内容： WCDMA系统的主要特点，网络结构，主要网元和接口功能； 基于R99、R4、R5的核心网结构及接口，不同版本核心网的特点； 空中接口物理层的功能； 物理信道、传输信道与逻辑信道功能； HSDPA/HSUPA网络的特点及演进；教学要求 了解WCDMA系统的主要特点； 掌握WCDMA 系统的网络结构，主要网元和接口功能； 基于R99、R4、R5的核心网结构及接口，不同版本核心网的特点； 掌握WCDMA物理层的功能，物理信道、传输信道与逻辑信道的映射关系； 了解HSDPA/HSUPA网络的特点及演进； 重点难点 掌握WCDMA 系统的网络结构，主要网元和接口功能； 基于R99、R4、R5的核心网结构及接口，不同版本核心网的特点； 掌握WCDMA物理层的功能，物理信道、传输信道与逻辑信道的映射关系；9.1 WCDMA移动通信系统的特点WCDMA网络的主要特点如下。1 工作频段和双工方式WCDMA支持两种基本的双工工作方式：频分双工(FDD)和时分双工(TDD)。在FDD模式下，上行链路和下行链路分别使用两个独立的5MHz的载频，发射和接收频率间隔分别为190MHz或80MHz。此外，也不排除在现有的频段或别的频段使用其他的收发频率间隔；在TDD模式下只使用一个5MHz的载频，上下行信道不是成对的，上下行链路之间分时共享同一载频。载频的中心频率为200KHz的整数倍，发射和接收同在一个频率上。2 多址方式WCDMA是一个宽带直扩码分多址(DS-CDMA)系统，通过用户数据与扩频码相乘，从而把用户信息比特扩展到宽的带宽上去。WCDMA系统中，数据流用正交可变扩频码（OVSF）来扩频，扩频后的码片速率为3.84Mchip/s，OVSF码也被称作信道化码。扩频后的数据流使用Gold码为数据加扰，Gold码具有很好的互相关特性，适合用来区分小区和用户。WCDMA系统中Gold码在下行链路区分小区，在上行链路区分用户。为支持高的比特速率(最高2Mbit/s)，WCDMA采用了可变扩频因子和多码连接。3 语音编码WCDMA中的声码器采用自适应多速率(AMR，Adaptive Multi-Rate)技术。多速率声码器是一个带有8种信源速率的集成声码器，8种源码速率分别为：12.2kbit/s(GSM-EFR)、10.2kbit/s、7.95kbit/s、7.40kbit/s(IS-641)、6.70kbit/s(PDC-EFR)、5.90kbit/s、5.15kbit/s和4.75kbit/s。AMR声码器处理基于20ms的语音帧，相当于在采样频率为8000次/秒时要处理160个样本。多速率声码器的编码方式为代数码激励线性预测编码(ACELP ：Algebraic Code Excited Linear Prediction Coder)。多速率ACELP编解码器也表示为MR-ACELP。对于每160个话音样本，通过分析声音信号来提取ACELP模型的参数。话音编码器输出的话音参数比特在传输之前需要按照它们的主观重要性来重新编排顺序，并且重排后，还需要根据它们对错误的敏感性进一步重排。根据空中接口的负荷以及话音连接的质量，无线接入网络控制AMR话音连接的比特速率。在高负荷期间，就有可能采用较低的AMR速率，在保证略低的话音质量的同时提供较高的容量。如果移动终端离开了小区覆盖范围，并且已经达到了它的最大发射功率，可以利用较低的AMR速率来扩展小区的覆盖范围。合理地利用AMR声码器，就有可能在网络容量、覆盖以及话音质量间按运营商的要求进行折中。4 信道编码WCDMA系统中使用的信道编码类型有两种：卷积编码和Turbo编码。卷积码已经被广泛使用长达几十年，很多移动通信系统均采用卷积码作为信道编码，比如GSM系统、IS-95系统以及第三代移动通信系统。WCDMA系统中，当业务信道（公用和专用传输信道上）的数据传输速率小于或等于32 kbit/s时，采用卷积编码，码率1/2或1/3，约束长度K=9；数据传输速率大于或等于64 kbit/s时，采用Turbo编码。5 功率控制快速、准确的功率控制是保证WCDMA系统性能的基本要求。功率控制解决的基本问题是远近效应，即解决接收机接收到近距离发射机的信号比较容易，而接收到远距离发射机的信号比较困难的问题。功率控制通过调整发射机的发射功率，使得信号到达接收机时，信号强度基本相等。为了能够及时的调整发射功率，需要快速的反馈，从而减少系统多址干扰，同时也降低了传输功率，可有效满足抗衰落的要求。WCDMA系统采用的快速功率控制速率为1500次/秒，称为内环功率控制，同时应用在上行链路和下行链路，控制步长0.254dB可变。 相对于内环功率控制，外环功率控制的速率要低得多，最多100次/秒。6 切换切换的目的是为了当UE在网络中移动时保持无线链路的连续性和无线链路的质量。WCDMA系统支持软切换、更软切换、硬切换和无线接入系统间切换，也可以表述为同频小区间的软切换、同频小区内扇区间的更软切换、同一无线接入系统内不同载频间的硬切换和不同无线接入系统间的切换。WCDMA系统支持与GSM系统之间的切换，WCDMA系统能与GSM系统协同工作，能够在引入WCDMA后达到增加GSM覆盖的目的。7 同步方式WCDMA不同基站间可选择同步和异步两种方式，异步方式可以不采用GPS精确定时，支持异步基站运行，室内小区和微小区基站的布站就变得简单了，使组网实现方便、灵活。8 可变数据速率WCDMA系统支持各种可变的用户数据速率，适应多种速率的传输，可灵活地提供多种业务，并根据不同的业务质量和业务速率分配不同的资源。在每个10ms期间，用户数据速率是恒定的，然而这些用户之间的数据容量帧与帧之间是可变的，如图9-2所示。图9-2 WCDMA可变数据速率示意图9.2 WCDMA 网络结构与接口9.2.1 UMTS系统结构 UMTS网元和接口如图9-3所示。图9-3 UMTS网元和接口（ 1用户设备(UE)用户设备(UE)完成人与网络间的交互。通过Uu接口与无线接入网相连，与网络进行信令和数据交换，UE用来识别用户身份和为用户提供各种业务功能，如普通话音、数据通信、移动多媒体、Internet应用等等。用户设备（UE）主要由移动设备 (ME)和通用用户识别模块(USIM)两部分组成。（1）移动设备(ME)，通常所说的手机，有车载型、便携型和手持型。为用户提供与无线接入网相连的交互界面，移动设备具有与网络进行信令和数据交换的能力，为用户实现各种业务功能和服务。移动设备包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块以及应用层软件模块等部件。（2）通用用户识别模块(USIM)，物理特性与GSM的SIM卡相同。用来提供3G用户身份识别，储存移动用户的签约信息、电话号码、多媒体信息等，提供保障USIM信息安全可靠的安全机制。Cu接口是USIM和ME之间的接口，Cu接口采用标准接口。2通用陆地无线接入网络(UTRAN)无线接入网（UTRAN）位于两个开放接口Uu和Iu之间，完成所有与无线有关的功能。主要功能有宏分集处理、移动性管理、系统的接入控制、功率控制、信道编码控制、无线信道的加密与解密、无线资源配置、无线信道的建立和释放等等。UTRAN由一个或几个无线网络子系统(RNS)组成，RNS负责所属各小区的资源管理。每个RNS包括一个无线网络控制器(RNC)、一个或几个Node B（即通常所称的基站，GSM系统中对应的设备为BTS）。 (1)节点B(Node B)Node B的主要功能是Uu接口物理层的处理，如扩频、信道编码、速率匹配、交织、调制和解扩、信道解码、解交织和解调，还包括基带信号和射频信号的相互转换功能，无线资源管理部分控制算法的实现等等。 (2)无线网络控制器(RNC)RNC主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并和无线资源管理控制等功能，分为如下3类：系统信息管理：执行系统信息广播与系统接入控制功能。移动性管理：切换和RNC迁移等移动性管理。无线资源管理与控制：宏分集合并、功率控制、无线承载分配等无线资源管理和控制功能。（3）CRNC、SRNC、DRNC的概念由于WCDMA网络存在软切换，可能存在1个UE和1个或多个无线网络子系统RNS中的RNC连接的情况，因此针对RNC所起作用的不同，引入CRNC、SRNC、DRNC的概念，如图9-4所示。图9-4 CRNC、SRNC、DRNC作用示意图 控制无线网络控制器(CRNC)控制Node B的操作与维护、接入控制等功能，并与Node B直接存在物理连接的RNC称为Node B的控制无线网络控制器(CRNC)。CRNC负责管理整个小区的资源，命令Node B配置、重配置或删除对小区资源的使用。 服务无线网络控制器(SRNC)负责UE和CN之间的无线连接的管理，一个与UTRAN相连的UE有并且只能有一个SRNC，通常SRNC即是CRNC，但在软切换过程中可以有例外。SRNC负责启动/终止用户数据的传送、控制和CN的Iu连接以及通过无线接口协议和UE进行信令交互。SRNC执行基本的无线资源管理操作，如无线资源的分配、释放和重配置，切换判决和外环功率控制等。 漂移无线网络控制器(DRNC)除了SRNC以外，UE所用到的其他RNC称为漂移无线网络控制器(DRNC)，一个UE可以没有也可以有一个或多个DRNC。一个DRNC可以与一个或多个UE相连。DRNC不与CN直接相连。DRNC控制UE使用的小区资源，可以进行宏分集合并、分裂。和SRNC不同的是，DRNC不对用户平面的数据进行数据链路层的处理，而在Iub和Iur接口间进行透明的数据传输。（4）UTRAN接口与协议UTRAN接口均为开放的、标准接口，不同厂家的设备可以很容易的互联互通。表9-1 UTRAN接口和协议接口名称接口位置协议IuCN-UTRANRANAPIurRNC-RNCRNSAPIubRNC-Node BNBAPUuNode B-UEWCDMA3核心网(CN)核心网承担各种类型业务的提供以及定义，包括用户的描述信息、用户业务的定义还有相应的一些其他过程。UMTS核心网负责内部所有的语音呼叫、数据连接和交换，以及与其他网络的连接和路由选择的实现。不同协议版本核心网之间存在一定的差异。核心网结构将在下节专门进行分析。4外部网络(EN)核心网的电路交换域（CS）通过GMSC与外部网络相连，如公用电话交换网（PSTN）、综合业务数据网(ISDN)及其他公共陆地移动网(PLMN)。 核心网的分组交换域（PS）通过GGSN与外部的Internet网及其他分组数据网（PDN）等相连。9.2.2基于R99、R4、R5/R6的核心网结构1 R99网络结构及接口（1）R99网络结构R99版本网络结构如图9-5所示，图中所有功能实体都可作为独立的物理设备，在实际应用中一些功能实体可以组合到同一个物理实体中，如MSC/VLR、HLR/AuC、SGSN/MSC/VLR等等，相应接口将变为内部接口。图9-5 R99版本网络结构图R99版本电路域的功能实体包括：GMSC、MSC、VLR等。可以根据需求的不同将MSC设置为短消息-网关移动交换中心(SMS-GMSC)、短消息-互联移动交换中心(SMS-IWMSC)等等。为实现不同网络间互通，系统配置了互操作功能(IWF)，IWF通常与MSC组合在一起。R99版本分组域的功能实体包括服务GPRS支持节点（SGSN）和网关GPRS支持节点（GGSN），作为无线用户和固定网络之间分组交换业务的桥梁，为用户提供分组数据业务。R99版本核心网还包括CS域和PS域共用的HLR、AuC、EIR等功能实体。各功能实体间通过不同的接口相连，与GSM/GPRS网络结构相比，增加了Iu接口，核心网通过A接口和Gb接口可以与GSM/GPRS无线网络相通，保证了系统与GSM/GPRS系统的兼容性。为支持3G业务，有些功能实体增添了相应的接口协议，另外对原有的接口协议进行了改进。（2）R99核心网的接口与协议R99核心网的接口协议如表9-2所示。表9-2 R99核心网的接口协议 2 R4网络结构及接口（1）R4网络结构R4版本与R99版本相比，R4网络中的主要变化是在核心网电路域提出了承载和控制独立的概念，引入了软交换技术，导致了核心网功能实体发生变化。MSC根据需要可分成两个不同的实体：MSC服务器(MSC Server)和电路交换媒体网关(CS-MGW)，MSC Server和CS-MGW共同完成MSC功能，VLR和MSC服务器组合到一起。GMSC也分成GMSC服务器(GMSC-Server)和CS-MGW。R4版本中PS域的功能实体SGSN和GGSN没有改变，与外界的接口也没有改变。其它的功能实体HLR、AuC、EIR等等，相互间关系也没有改变，如图9-6所示。图9-6 R4网络结构图R4核心网电路域变化的实体功能介绍如下： MSC服务器（MSC Server）MSC Server用来处理信令，独立于承载协议。它主要由MSC的呼叫控制和移动控制单元组成，负责完成CS域的呼叫、媒体网关管理、移动性管理、认证、资源分配、计费等功能，还包括R4版本核心网电路域提供的其它业务。MSC Server可以与VLR一起配置，完成移动用户业务数据和相关移动网络增强逻辑用户化应用（CAMEL）数据的存储、查询和管理等功能。MSC Server终结用户-网络信令，并将其转换成网络-网络信令，位于端局时，通常与VLR一起配置。 电路交换媒体网关(CS-MGW)CS-MGW用来处理用户数据，可以终结电路交换网络来的承载通道，也可以终结分组交换网来的媒体流，如IP网中的实时协议(RTP)数据流。CS-MGW通过Iu接口使CN和UTRAN连接，负责核心网电路域和接入网间语音和数据的交互，可支持媒体转换、承载控制和有效载荷处理，如多媒体数字信号编解码器、回音消除器、会议桥等，可支持基于ATM的适配层2(AAL2/ATM)，或基于RTP/UDP/IP的CS业务不同的Iu选项。CS-MGW作为关口局时，处于网间互连的位置，实现语音和数据的交互，以及承载媒体的转换。如图9-6所示与PSTN网络的互通，CS-MGW应拥有回音消除器等资源。CS-MGW可以起到汇接局的作用，实现同质数据流和承载媒体类型的汇接，具有话音数据流和承载媒体汇接功能。CS-MGW还应具有必要的资源来支持UMTS/GSM传输媒体。CS-MGW的承载控制和有效载荷处理能力也用来支持移动性功能，如SRNS重分配/切换和定位。关口MSC服务器（GMSC Server）GMSC Server主要由GMSC的呼叫控制和移动控制单元组成，负责与其它网络（PSTN/ISDN/PLMN）的互通，实现GMSC的呼叫管理、路由和移动性管理，控制MGW交换等等。（2）R4核心网的接口与协议R4核心网实现了控制与承载的分离，除新增接口外，R4核心网的接口、实现方式和功能与R99相似。表9-3所示为核心网新增接口与协议。表9-3 R4 核心网新增接口与协议接口名连接实体信令与协议Mc(G)MSC ServerCS-MGWH248NcMSC Server(G)MSC ServerISUP、BICCNbCS-MGWCS-MGWRTP/UDP/IP AAL2、STM、H.245R99全部接口名R99全部连接实体R99全部信令与协议R4核心网的新增接口及功能如下： Mc接口 (G)MSC服务器与CS-MGW间的接口，承载方式为IP和ATM。遵从H248标准，H248是媒体网关控制协议，用于物理分开的多媒体网关单元控制的协议，能把呼叫控制从媒体转换中分离出来。Mc接口支持不同呼叫模式和媒体处理方式的灵活连接，支持开放结构，可以根据需要进行扩展，可以动态共享MGW物理节点资源，也支持动态共享不同域间的传输资源。能实现特殊的移动网络功能，如SRNC重定位和切换等。 Nc接口MSC服务器与(G)MSC服务器间的接口，通过该接口，使不同网络间的通话能顺利进行。如果Nc接口承载方式为IP和ATM，Nc接口将采用与承载无关的BICC协议。如果Nc接口承载方式为TDM，Nc接口将采用ISUP协议。比如Nc的协议可以是综合业务数字网用户部分(ISUP)或改进ISUP。在软交换系统间的互通协议方面，电话业务域间采用BICC协议，多媒体业务域之间采用SIP协议，电话业务域和多媒体业务域之间采用BICC协议。 Nb接口CS-MGW与CS-MGW间的接口，用于执行承载控制和数据传输。用户数据的传输方式可以是RTP/UDP/IP或AAL2/ATM。Nb接口上的用户数据传输和承载控制可以有不同的方式，如同步传送模式(STM)，RTP/H.245方式，H.245是H.323多媒体通信体系中的控制信令协议，主要用于处于通信中的H.323终点或终端间的端到端H.245信息交换。3 R5网络结构及接口（1）R5网络结构R5版本是全IP（或全分组化）的第一个版本，R5版本的PLMN基本网络结构(无IMS部分)如图9-7所示。R5版本的网络结构和接口形式与R4版本基本一致，所不同的是当PLMN包括IMS时，HLR被HSS所替代；BSS和CS-MSC、MSC服务器之间支持A接口以及Iu-CS接口；BSC和SGSN之间也同时支持Gb及Iu-PS接口。图9-7 R5网络结构R5版本在无线接入网方面的改进为： 提出高速下行分组接入（HSDPA）技术，使下行数据速率峰值可达144Mbit/s。HSDPA技术将在后面的章节介绍。 Iu、Iur、Iub接口增加了基于IP的可选择传输方式，保证无线接入网实现全IP化。R5版本在CN方面，在R4基础上增加了IP多媒体子系统(IMS)，它和PS域一起实现了实时和非实时的多媒体业务，并可实现与CS域的互操作，包括IMS子系统的R5版本网络结构如图9-8所示。图9-8 含IMS子系统的R5版本网络结构 IMS是在基于IP的PS域的基础上构架的，IMS控制平面信令采用基于IP的SIP协议。具有IMS功能的移动终端由WCDMA接入网（或其它无线接入网）接入网络，与分组域的GGSN经Go接口与IMS网络呼叫会话控制功能实体(CSCF) 相连，由IMS网络负责信令的处理， IMS引发的数据传输直接由GGSN连接到外部应用服务器或数据网。4 R6版本网络结构与R5版本相比，网络结构没有太大的变动，主要是对已有功能的增强，增加了一些新的功能特性。R6研究的主要内容有：（1）PS域与承载无关的网络框架，研究是否在分组域也实行控制和承载的分离，将SGSN和GGSN分为GSN Server和媒体网关的形式。（2）在网络互操作方面，研究IMS与PLMN/PSTN/ISDN等网络的互操作，以实现IMS与其他网络的互联互通；研究WLAN-UMTS网络互通，保证用户使用不同的接入方式时切换不中断业务。（3）在业务方面，研究包括多媒体广播与/多播业务（MBMS）、Push业务、Presence、PoC（Push-To-Talk over Cellular）业务、网上聊天业务及数字权限管理等。（4）无线接入方面采用的新技术有正交频分复用调制（OFDM）技术、多天线技术（MIMO）、高阶调制技术和新的信道编码方案等等。R6的高速上行分组接入HSUPA，理论峰值数据速率可达5.76Mbit/s；R6的高速下行分组接入HSDPA，理论峰值数据速率可达30Mbit/s。 9.4 WCDMA空中接口9.4.1 Uu 接口协议结构空口接口的协议结构如图9-11所示(图中只包括了在UTRAN中可见的协议)。每一个方框代表一个协议实体，椭圆表示服务接入点(SAP)，协议实体间的通信通过SAP进行。图9-11 空口接口的协议结构 空口接口的协议结构分为两面三层，垂直方向分为控制平面和用户平面，控制平面用来传送信令信息，用户平面用来传送语音和数据。水平方向分为三层：第一层(L1)：物理层；第二层(L2)：数据链路层；第三层(L3)：网络层。 其中第二层又分为几个子层：媒体接入控制(MAC)层、无线链路控制(RLC)层、分组数据汇聚协议(PDCP)层和广播/多播控制(BMC)层。 从图中可以看到，RRC与RLC、MAC层、物理层之间存在连接，这些连接提供了RRC层间控制业务。RRC也与PDCP和BMC之间存在连接。与低层的这些连接，保证RRC能够配置低层协议实体的参数，包括物理信道、传输信道和逻辑信道的参数。同时，通过这些控制接口，命令低层进行特定的测量，向RRC层发送测量报告和错误信息。9.4.2 物理层1物理层的功能物理层位于空中接口协议模型的最底层，给MAC层提供不同的传输信道，并且为高层提供服务。物理层主要实现以下一些功能： (1)为传输信道进行前向纠错编/解码； (2)无线特性测量，如误帧率、信干比等等，并通知高层； (3)宏分集合并以及软切换实现； (4)在传输信道上进行错误检测并通知高层： (5)传输信道到物理信道的速率匹配； (6)传输信道至物理信道的映射； (7)物理信道扩频/解扩、调制/解调； (8)频率和时间（位、码片、比特、时隙和帧)同步； (9)闭环功率控制； (10)RF处理等。 物理层的基本传输单元为无线帧，持续时间为10ms，长度为38400chip；无线帧又被划分为15个时隙的处理单元，每个时隙有2560chip，持续时间为2/3ms。物理层的信息速率随着符号速率的变化而变化，而符号速率则取决于扩频因子。2. 物理信道物理信道的特征可由载频、扰码、信道化码(可选的)和相对相位来体现。按照信息的传送方向，物理信道可分为上行物理信道（UE至Node B）和下行物理信道（Node B 至UE）；按照物理信道是否由多个用户共享还是一个用户使用分为专用物理信道和公共物理信道。如图9-12所示。其中HS-SCCH、HS-PDSCH、HS-DPCCH为在R5中引入的信道。图9-12 WCDMA物理信道示意图 （1）上行专用物理信道上行专用物理信道包括上行专用物理数据信道(DPDCH)和上行专用物理控制信道(DPCCH)。上行DPDCH用于承载专用传输信道（DCH）的用户数据，在每个无线链路中可以有0个、1个或多个上行DPDCH，上行DPDCH数据速率可以逐帧改变，取决于选定的扩频因子。上行DPCCH用于传输物理层产生的控制信息。物理层的控制信息包括支持信道估计以进行相干检测的已知导频比特（Pilot）、发射功率控制指令(TPC)、反馈信息(FBI)以及一个可选的传输格式组合指示(TFCI)。TFCI将复用在上行DPDCH上的不同传输信道的瞬时参数通知给接收机，并与同一帧中要发射的数据对应起来。在每个物理层连接中有且仅有一个上行DPCCH。上行专用物理信道的帧结构如图9-13所示。图9-13 上行DPDCH/DPCCH的帧结构图中的参数k决定了每个上行DPDCH/DPCCH时隙的比特数。它与物理信道的扩频因子SF有关，SF=256/2k。上行DPDCH的扩频因子变化范围为2564，DPDCH对应的数据速率为15kbit/s960kbit/s。DPCCH的扩频因子始终固定等于256，这样每个上行DPCCH时隙有10个比特。在上行链路中，DPDCH和DPCCH并行传输。依靠不同的信道化码（OVSF，可变扩频增益码）区分；上行专用物理信道可以进行多码传输，获得更高的数据速率，最多可使用6个并行码。当使用多码传输时，几个并行使用不同信道化码的DPDCH和一个DPCCH组合起来进行传输，称为编码传输组合信道(CCTrCH)。在一个CCTrCH中，有且只有一个DPCCH。（2）上行公共物理信道上行公共物理信道包括物理随机接入信道(PRACH)和物理公共分组信道(PCPCH)。PRACH用来承载传输信道的RACH，可用于低速的数据传输。物理随机接入信道的传输是基于带有快速捕获指示的时隙ALOHA方式；物理公共分组信道（PCPCH）用来承载CPCH，CPCH是上行传输信道。物理公共分组信道的传输是基于带有快速捕获指示的数字侦听多重访问与碰撞检测（DSMA-CD）方式。（3）下行专用物理信道下行链路只有一种专用物理信道，即专用物理信道(DPCH)，用于传送物理层控制信息和用户数据。下行链路无线帧帧长及每帧中的时隙数与上行链路相同，但下行链路中的DPDCH和DPCCH是串行传输而非上行链路中的并行传输，即DPDCH和DPCCH采用时分的方式复用在一帧中进行传输。（4）下行公共物理信道下行公共物理信道包括公共导频信道(CPICH)、同步信道(SCH)、公共控制物理信道（CCPCH）、下行物理共享信道(PDSCH)，其中捕获指示信道(AICH)、接入前导捕获指示信道(AP-AICH)、寻呼指示信道(PICH)、冲突检测/信道分配指示信道(CD/CA-ICH)、 CPCH状态指示信道(CSICH)均采用固定扩频因子(SF=256)，无传输信道向它们映射。公共导频信道(CPICH)CPICH为固定速率(30kbit/s，SF=256)的下行物理信道，用于传送预定义的比特/符号序列。CPICH又分为主公共导频信道(P-CPICH)和辅公共导频信道(S-CPICH)，它们的用途不同。CPICH为其它物理信道提供相位参考，如SCH等等。P-CPICH的重要功能是用于切换和小区选择/重选时进行测量，终端根据收到的CPICH的接收电平进行切换测量。CPICH没有传输信道向它映射，也不承载高层信息。其帧结构如图9-14所示。图9-14 CPICH帧结构P-CPICH有以下一些特性：l 主公共导频信道的信道化码是固定的；l 主公共导频信道选用主扰码加扰；l 一个小区或扇区只有一个主公共导频信道；l 主公共导频信道在整个小区或扇区范围内广播。S-CPICH有以下一些特性：l 可以使用任意的SF=256的信道化码；l 可以选用主扰码或辅扰码进行加扰；l 一个小区中可以不用辅扰码，也可以使用一个或多个辅扰码；l 可在整个小区或扇区内发送，也可只在小区或扇区的一部分区域内发送。 同步信道(SCH)SCH包括主同步信道(P-SCH)和辅同步信道(S-SCH)。同步信道是一个用于小区搜索的下行链路信号。P-SCH由一个长度为256chip的调制码组成，每个时隙发射一次，一个系统中所有小区的主同步码都是相同的。通过搜索主同步码可以确定时隙同步。S-SCH长度为256chip，终端一旦识别出S-SCH，可以获得帧同步和小区所从属组的信息。SCH没有传输信道向它映射，与主公共物理控制信道是时分复用的，复用时隙2560chip中的前256码片。如图9-15所示。图9-15 同步信道帧结构 公共控制物理信道（CCPCH）CCPCH包括主公共控制物理信道（P-CCPCH）和辅公共控制物理信道（S-CCPCH）。主公共控制物理信道（P-CCPCH）用于承载广播信道（BCH），扩频因子固定为256，速率30kbit/s。辅公共控制物理信道（S-CCPCH）用于承载前向接入信道（FACH）和寻呼信道（PCH），扩频因子范围为2564。 下行物理共享信道(PDSCH)PDSCH用于承载下行共享信道(DSCH)。对于每一个无线帧，每一个PDSCH总是与一个下行DPCH相伴。PDSCH允许的扩频因子的范围为2564。3. 传输信道 传输信道分为专用传输信道和公共传输信道。专用传输信道仅存在一种形式，即DCH(Dedicated Channel)，属于双向传输信道，用来传输特定用户物理层以上的所有信息，包括业务数据以及高层控制信息。能够实现以10ms无线帧为单位的业务速率变化、快速功率控制和软切换。公共传输信道包括广播信道(BCH)、前向接入信道(FACH)、寻呼信道(PCH)、随机接入信道(RACH)、公共分组信道 (CPCH)和下行共享信道(DSCH)。（1）广播信道(BCH)BCH是一个下行传输信道，用于广播整个网络或某小区特定的信息。广播的信息有小区中可用的随机接入码字和接入时隙，小区中其他信道采用的传输分集方式等等。为了保证广播信道能够被终端正确接收，广播信道一般采用较高的功率发送，以确保所有用户都能够正确接收。 (2)前向接入信道(FACH) FACH是一个下行传输信道，它被用于向给定小区中的终端发送控制信息或突发的短数据分组。一个小区中可有多个FACH，为了确保所有终端都能够正确接收，必须有一个FACH以较低的速率进行传输。FACH没有采用快速功率控制，使用慢速功率控制。 （3）寻呼信道(PCH)PCH是一个下行传输信道，用于在网络和终端通信初始时，发送与寻呼过程相关的信息。PCH必须保证在整个小区内都能被接收。(4)随机接入信道(RACH)RACH是一个上行传输信道，用来发送来自终端的控制信息和少量的分组数据，如请求建立连接等，需要在整个小区内能够被接收。RACH使用冲突检测技术，采用开环功率控制。（5）公共分组信道(CPCH)CPCH是一个上行传输信道，是RACH信道的扩展，用来发送少量的分组数据。CPCH采用冲突检测技术和快速功率控制。(6) 下行共享信道(DSCH)DSCH是一个下行传输信道，用来发送用户专用数据/控制信息。可以由多个UE共享，一个或多个DCH联合使用。DSCH支持快速功率控制和逐帧可变比特速率，并不要求整个小区都能接收。9.4.3 数据链路层 数据链路层使用物理层提供的服务，并向第三层提供服务。数据链路层划分为媒体接入控制(MAC)子层、无线链路控制(RLC)子层、分组数据汇聚协议(PDCP)子层和广播/多播控制(BMC)子层。其中MAC和RLC由控制面与用户面共用，PDCP和BMC仅用于用户面。1. 媒体接入控制子层(MAC)（1）MAC层功能MAC子层位于物理层之上，向高层提供无确认的数据传送、无线资源重分配和测量等服务，通过物理层提供的传输信道借助逻辑信道与上层交换数据。完成的主要功能如下： 逻辑信道与传输信道间的映射； 根据瞬时源速率为每个传输信道选择适当的传输格式(TF)，保证高的传输效率； 通过选择高比特速率或低比特速率的传输格式，实现一个UE的数据流之间优先级处理； 通过动态调度为不同的UE间进行优先级处理； 把高层来的协议数据单元（PDU）复用成传输块后发送给物理层，或者把从物理层来的传输块解复用成高层的PDU，对于专用信道适用于相同QoS参数的业务；PDU是对等协议层之间进行交流的基本数据单元。 测量逻辑信道业务量并向RRC报告，此测量报告有可能引发对无线承载/或传输信道参数的重新配置； 在RRC层的命令下，MAC层执行传输信道类型转换； 为在RLC层使用透明模式传输的数据进行加密； 为RACH和CPCH选择接入类别和等级。（2）MAC层结构MAC层是由MAC-b、MAC-c/sh和MAC-d三个逻辑实体构成，如图9-16所示。 图9- 16 MAC结构 MAC-b实体负责处理广播信道(BCH)。在每个UE中有一个MAC-b实体，在UTRAN的每个小区中有一个MAC-b实体，位于Node B中。 MAC-c/sh实体负责处理公共信道和共享信道，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(CPCH)和下行链路共享信道(DSCH)。对于MAC-c/sh实体，与承载的具体业务有关，为每个正在使用共享信道的UE分配一个MAC-c/sh实体，在UTRAN的每个小区中有一个MAC-c/sh实体，位于CRNC中。 MAC-d实体，负责处理专用传送信道(DCH)。在每个UE中有一个MAC-d实体，在UTRAN的每个小区中有一个MAC-d实体，位于SRNC中。（3）逻辑信道MAC层通过逻辑信道与高层进行数据交互，在逻辑信道上提供不同类型的数据传输业务。逻辑信道是MAC子层向RLC子层提供的数据传输服务，表述承载的任务和类型。逻辑信道根据不同数据传输业务定义逻辑信道的类型。逻辑信道通常分为两类：控制信道，用来传输控制平面信息；业务信道，用来传输用户平面信息。 控制信道l 广播控制信道(BCCH)，广播系统控制信息的下行信道；l 寻呼控制信道(PCCH)，传输寻呼信息的下行信道；l 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。主要用于进入一个新的小区并使用公共信道的UE或没有建立RRC连接的UE使用；l 专用控制信道(DCCH)，用于在UE和RNC之间传送专用控制信息的点对点双向信道，在RRC连接建立的过程中建立； 业务信道l 专用业务信道(DTCH)，服务于一个UE，传输用户信息的点对点双向信道；l 公共业务信道(CTCH)，向全部或者一组特定UE传输信息的点到多点下行信道。（4）逻辑信道、传输信道和物理信道之间的映射关系图9-17 传输信道和逻辑信道之间的映射（R99版本）逻辑信道先映射到传输信道，传输信道再映射到物理信道。根据信道类型的不同，可以是一对一的映射，也可以是一对多的映射。图中一些物理信道与传输信道之间没有映射关系（如SCH、AICH等），它们只承载与物理层过程有关的信息。这些信道对高层而言不是直接可见的，但对整个网络而言，每个基站都需要发送这些信道信息。2. 无线链路控制层(RLC)（1）RLC层主要功能 数据分段和重组 级联和填充 用户数据传输和纠错 高层PDU顺序传输和复制检测 流量控制 序列检查 协议错误检测与恢复 加密。（2）RLC层结构RLC层支持3种传输模式：透明模式（Tr）、非确认模式(UM)和确认模式(AM)。透明模式和非确认模式的实体是单向实体，可以配置为发送实体或者接收实体；确认模式实体是双向实体，包含发送侧和接收侧，可同时进行收发。各种传输模式的特点如下：透明模式不为高层数据增加任何开销，错误的PDU将被标记或丢弃，不保证数据的正确传输。在特殊的情况下，也可以具有有限的分段/重组功能，但需要在无线承载建立过程中进行协商。非确认模式下发送的PDU添加了RLC的头并含有序列号，收端可以根据这个序列号判断数据的完整性。错误的PDU，将根据配置被丢弃或者标记。因为没有使用重传机制，无法保证数据的正确传输。小区广播和基于IP的语音业务（VoIP）一般采用非确认模式。确认模式使用自动重发请求机制来保证数据的传输，纠错、按顺序传送、重复检测、流控制是确认模式所特有的功能。确认模式是