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UTRAN概述一、UTRAN网络结构 二、UTRAN接口及协议 三、UTRAN关键技术 四、UTRAN无线资源管理樊自甫 重庆邮电大学 下一代网络(NGN)应用技术研究所 E-mail:fanzifu@一、UTRAN网络结构UMTS网络功能 UEUMTS GSM/GPRS Dual mode handsetCircuit Core PSTN NetworkIu-CSUTRANUSIMME Cu Uu Iu-PSPacket core Network IP networkUSIM域移动台 设备域接入网域核心网（CN）域 2用户终端域网络域核心网功能呼叫建立 移动性管理（用户位 置的管理） 用户数据库的管理 提供业务支持 外部网络的互联UTRANCircuit Core Network3G MSC/VLR/TC GMSCPSTNIu-CS Iu-PS3G SGSN GPRS backboneHLRIP Network 3G GGSN 3UuUTRAN功能UTRAN通信功能用户数据传输（业务和多呼叫） 全系统访问控制（由RNC实现） 移动性管理 无线资源管理控制 广播和多播业务管理4UTRAN功能实体UTRAN网元（NE）和接口每个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和几个通过Iub 接口连接的Node-B组成 两个RNC之间通过Iur接口连接 RNS通过Iu CS和Iu PS接口连接到CNNode B RNS Node B Iub Iu-PS Iub Node B RNC Iub Iur IP Network5RNCCircuit Core Network Iu-CSUEUuRNSRNC和Node-B的功能UTRANNode BIubRNSIuRNC通过对无线资源的分配和释 放来完成UE与UTRAN之间 的连接Node BIubIurRNCIu区域内无线资源控制 UE连接控制 CN的业务访问点(SAP)UEUuIubRNC Node B RNSNode B无线传输6NodeB功能Node BNode B是WCDMA系统的基站（即无线收发信机） 通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口 物理层协议的处理 主要功能：扩频、调制、信道编码及解扩、解调、 信道解码，基带信号和射频信号的相互转换等7RNC功能RNC是无线网络控制器，主要完成连接建立 和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理 控制等功能。
1E-UTRAN总体结构E-UTRAN的总体结构如下图所示，由一组eNoBeB组成，为UE提供用户平面（User Plane）协议和控制平面（Control Plan）协议。
用户平面包括PDCP、RLC、MAC、PHY各层协议；控制平面包括RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY各层协议。
eNB通过X2接口相互连接；eNB通过S1接口和EPC (Evolved Packet Core)核心网络相连接，其中，S1-MME是eNB和MME (Mobility Management Entity) 之间的接口，而S1-U 是eNB和S-GW （Serving Gateway）之间的接口。
S1接口支持多个MME/多个S-GW和多个eNB之间的多对多的互联互通。
E-UTRAN1.1功能界面Functional Split基站eNodeB的功能包括：RRM（Radio Resource Manegement）功能：无线承载控制Radio Bearer Control、无线准入控制Radio Admission Control、连接移动性控制Connection Mobility Control、上下行链路动态资源分配控制Dynamicallocation of resources to UEs in both uplink and downlink (scheduling)，等等。
IP包头压缩和用户数据流加密。
UE附着过程中选择MME（UE未储存MME信息）。
将用户平面数据路由到S-GW。
调度和传输寻呼消息（由MME发出）。
调度和传输广播信息（由MME或者O&M发出）。
执行测量，并负责测量报告配置。
调度和传输PWS消息（包括ETWS和CMAS消息，由MME发出）。
CSG（Closed Subscriber Group）处理。
在上行链路为传输层的分组包做标记。
在没有UE移动性的情况下对S-GW重定位。
LTE网络架构和协议栈随着移动通信技术的不断发展，LTE（Long Term Evolution）成为4G移动通信的主流技术。
LTE网络架构和协议栈是构建LTE系统的核心组成部分，下面将对LTE网络架构和协议栈进行详细介绍。
一、LTE网络架构LTE网络架构由两部分组成：E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）和EPC（Evolved Packet Core）。
1. E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）E-UTRAN是LTE系统的无线接入网络，包括基站和与之相连的核心网。
基站被称为eNodeB，负责无线信号的传输和接收。
eNodeB通过X2接口相连，用于基站之间的信号传输和协同。
与核心网的连接通过S1接口实现，包括控制面和用户面的传输。
2. EPC（Evolved Packet Core）EPC是LTE系统的核心网络，负责用户数据的传输和控制信息的处理。
EPC由三个主要组成部分构成：MME（Mobility Management Entity）、SGW（Serving Gateway）和PGW（Packet Data Network Gateway）。
MME负责移动性管理和控制平面的处理；SGW负责用户数据的传输；PGW连接到外部数据网络，负责数据分组的处理和路由。
二、LTE协议栈LTE协议栈由各种协议组成，实现系统中不同层次之间的通信和控制。
LTE协议栈按照OSI（Open Systems Interconnection）参考模型分为七层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
1. 物理层物理层负责数据的传输和调制解调。
LTE使用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术进行信号的调制和解调，以提高传输效率和抗干扰性能。
UTRAN和CDMA 2000无线接入网体系结构研究姓名：摘要：UTRAN 是一种全新的接入网，是UMTS 最重要的一种接入方式，适用范围最广，其由NODE B和无线网络控制器（RNC）构成。
另外，UTRAN分为无线不相关和无线相关两部分，前者完成与CN 的接口，实现向用户提供QOS 保证的信息处理和传送以及用户和网络控制信息的处理和传送；无线相关部分处理与UE 的无线接入(用户信息传送、无线信道控制、资源管理等)。
CDMA2000是以1.25MHz带宽为基础。
1X使用一个载波，3X使用三个载波，以此类推。
其较大的技术进步包括：反向导频，反向相干解调；前向快速功率控制，传输发射分集（OTD）。
关键字：UTRAN体系结构；CDMA2000；无线网络Abstract：UTRAN is a new access network, is the most important one UMTS access mode, the widest scope, which is composed of NODE B and Radio Network Controller (RNC).Besides,UTRAN is divided into wireless and wireless-related two unrelated parts,wireless completed the interface with the CN，provide information processing and transmission as well as user and network control information to a user processing and transmission for QOS guarantee,wireless relevant part treat with the UE radio access (user information transfer, radio channel control, resource management, etc.) CDMA2000 is a 1.25MHz bandwidth basis. 1X using a carrier, 3X using three carriers, and so on. Great technological advances include: Reverse pilot, reverse coherent demodulation; forward fast power control, transmission transmit diversity (OTD).keywords:UTRAN architecture; CDMA2000; Wi-Fi一、UTRAN体系结构研究1 UTRAN概述UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network - UMTS 陆地无线接入网。
第1章 UTRAN接口协议和功能1.1 概述图1-1UTRAN接口如图1-1所示，UMTS系统中UTRAN接口包括Iub/Iur/Iu/Uu接口，接口连接的网元如表1-1所示：表1-1UTRAN接口Iub/Iur/Iu/Uu都为标准的接口，可以连接不同设备供应商提供的设备。
一般将Iub/Iur/Iu接口统称为UTRAN地面接口。
根据RNC连接的CN设备的不同，Iu接口又可以分Iu-CS接口、Iu-PS接口和Iu-BC，其中Iu-CS为RNC和MSC之间的接口，Iu-PS为RNC和SGSN之间的接口，Iu-BC为RNC和CBC之间的接口。
1.2 Uu接口1.2.1 Uu协议结构Uu接口为UE（User Equipment）与UTRAN（UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork）之间的接口，是UMTS系统的空中接口，也是最重要的接口。
Uu接口可分为三个协议层：物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3），如图1-2所示。
L1主要用于为高层业务提供传输的无线物理通道。
该层由NodeB实现。
L2包括MAC（Medium Access Control）、RLC（Radio Link Control）、BMC（Broadcast/Multicast Control）和PDCP（Packet Data Convergence Protocol）四个子层。
L3包括接入层中的RRC子层和非接入层的MM（Mobility Management，移动性管理）和CC（Call Control，呼叫控制）。
L2和L3的RRC子层由RNC实现。
图1-2Uu接口协议栈结构Uu接口各协议遵循的规范如图1-3所示。
图1-3Uu接口技术规范1.2.2 RRC层功能RRC层实现的功能包括：●广播由非接入层提供的信息；●广播与接入层相关的信息；●建立、维持及释放UE和UTRAN之间的一个RRC连接，分配、重配置及释放用于RRC连接的无线资源；●建立、重配置及释放无线承载；●RRC连接移动功能管理；●为高层PDU（Protocol Data Unit）选路由；●对请求的QoS进行控制；●UE测量上报和报告控制；●外环功率控制；●加密控制；●慢速动态信道分配；●寻呼；●空闲模式下初始小区选择和重选；●上行链路DCH上无线资源的仲裁；●RRC消息完整性保护；●CBS控制。
E-UTRAN的结构E-UTRAN由五个或者多个网络元素扩充的基站(evolved NodeB，eNB)组成。
eNB之间通过X2接口彼此互联，eNB与CN通过S1接口，而eNB与UE通过LTE-Uu互联。
E-UTRAN 的结构如图3-7所示。
本节将对E-UTRAN的几个接口进行简要的描述，对E-UTRAN接口的进一步介绍将在后几节中介绍。
E-UTRAN主要的开放接口包括：◆S1接口：连接E-UTRAN与CN。
开放的S1接口，使得E-UTRAN的运营商有…可能采用不问的厂商设备来构建E—UTRAN与CN。
由此产生的市场竞争正是GSM成功的原因之一。
◆X2接口：实现eNB之间的互连。
此接口的开放，可能会进一步激发这一领域制造商之间的竞争。
我们也有允分的理由相信由于此接口的开放，基站的“平民化”很快就要到来了(具体内容以后章节将会叙述)。
◆LTE-Uu接口：是E-UTRAN的无线接口。
Uu是UE接入到系统的系统固定部分的接口。
因此，在用户的眼巾Uu可能是E-UTRAN中最重要的接口。
我们知道，现在市场上，UE制造商要比固定网络元素的制造商多得多。
同时，手机也已经突破了以往单一的通信功能，成为大众所关心、所喜爱、所接受的新兴文化传播载体。
手机所能体现的文化是极为丰富的，如科技文化、沟通文化、时尚文化、品牌文化、网络文化、媒体文化以及娱乐文化等，从而实现了“多赢”的目的。
这些收获均得益于开放了Uu接口。
在LTE中，CN也称为演进的包核心(Evolved Packet Core，EPC)。
E-UTRAN和CN均包括一些逻辑网络元素，每个元素都有规定的功能，每个网络元素都是在逻辑级上定义的。
LTE的eNB除了具有原来NodeB的功能外，还承担了传统的3GPP接入网中RNC的人部分功能，如物理层(包括HARQ)、MAC层(包括ARQ)、无线资源控制、调度、无线准入、无线承载控制、移动性管理和小区间无线资源管理等。
一、TD网络结构和接口：（一）TD-SCDMA由用户设备域（User Equipment UE）、无线接入域（UTRAN）和核心网域（CN）组成。
图1 UMTS域和参考点（UMTS通用移动信息系统）图2TD-SCDMA的网络结构1、核心网CN：是为UMTS用户提供的所有通信业务的基础平台。
CN又分为电路交换域（CS）、分组交换域(PS)和广播域(BC)。
CS域（MSC／HLRＧＳＭＣ）寄存器（HLR、AUC、EIR）PS域（SGSN、GGSN）图3 CN 结构图CS域和PS域是部分重叠的，GRRS业务支持节点（SGSN），GRRS网关支持节点（GGSN）2、无线接入网UTRAN：由基站控制器（ＲＮＣ）和基站（Node B）组成。
负责无线资源的管理和分配。
二、核心网接口图4 CN接口三、UTRAN网络结构无线网络控制器RNC：用于管理和分配无线资源，通过Iu接口与MSC和SGSN相连。
RNC的分类:按功能的不同分为SRNC、DRNC、CRNC。
SRNC：服务RNC，SRNC负责启动／终止用户数据的传送、控制和核心网的Iu相连以及通过无线接口协议和UE进行信令交换。
DRNC：漂移RNC，是指除SRNC以外的RNC，控制UE使用的小区资源，可以进行宏分集合并、分裂。
与SRNC不同的是DRNC不对用户的数据进行数据链路层的处理，在Iub和Iur接口进行透明传输，一个UE可以有多个DRNC。
CRNC：控制RNC。
RNC把Node B看成两个实体：公共传输和基站通信内容的集合体，SRNC和DRNC统称CRNC。
注意：DRNC、SRNC、CRNC的含义是从逻辑上描述的，前两者是从专用数据处理的角度，后者是从管理整个小区的公共资源的角度。
四、无线网络子系统（RNS）RNS是一个RNC和其管辖的所有Node B的总称。
SRNS：服务RNS DRNS：漂移RNS由于软切换引起的。
图5 SRNS 和DRNSRNS传输的网络结构：星型连接、链型连接、环型连接。
E-UTRAN（LTE）网络接口：S1接口提供自优化网络（Self-Optimizing Networks，SON）是LTE的关键目标之一。
事实上，作为一个在注重成本效益的方式下从网络中获取最佳性能的工具（特别是在多变的无线传播环境下），网络的自优化能力在网络运营商心目中具有很高的优先级。
因此，在所有X2和S1过程开始设计的时候，SON就被认为处于基石地位。
S1接口负责连接eNodeB和EPC。
它被分成两个接口，一个用于控制平面，另一个用于用户平面。
S1的协议结构和S1提供的功能将在下面详细讨论。
1S1协议结构S1协议结构是基于全IP传输栈并且不依赖在GMS和UMTS中使用的传统SS7网络配置。
在部署LTE网络时，这个简化提供了节省运用费用的空间。
1.1控制平面图1显示了基于人们所熟知的SCTP/IP栈的S1控制平面的协议结构。
图1 S1-MME控制平面协议栈SCTP因其继承自TCP的先进特点而为大家所熟悉，可以为信令消息提供所需要的可靠传输。
此外，它还让从改进的功能中获益成为可能，比如使传输网络的冗余易于实现的多流处理；避免head-of-line阻塞或者多重寻址multihoming （参见IETF RFC4960）。
LTE的一个进一步的简化（比如和UMTS的Iu接口相比）是S1-AP直接映射到SCTP。
相比UMTS，这简化了协议栈，去掉了中间的连接管理协议。
单一连接直接由应用层处理。
多路复用（Multiplexing）发生在S1-AP和SCTP之间，一个SCTP偶联中的任何一个流与多个单一连接的信令流多路复用。
LTE带来的进一步灵活性还体现在低层协议栈可以根据IP协议的版本和数据链路层的选择，拥有充分的可选择性。
比如，这使得运营商可以使用IPv4版本开始部署，并定制与网络部署场景匹配的数据链路方式。
1.2用户平面图2给出了基于为人熟知的、已经在UMTS网络中使用的GTP/UDP/IP协议栈的S1用户平面的协议结构。
UTRAN Iub接口介绍l Iub接口定义与功能Iub接口是RNC和NodeB之间的逻辑接口。
如图1，Iub接口在UMTS网络中的位置与功能与GSM系统中BTS(Base Tranceiver Station)与BSC(Broadwidth Serve Controller )之间的Abis接口类似。
图1 Iub接口在UMTS网络中的位置Iub接口的主要功能有：1． Iub接口传输资源管理2． Node B的O&M- Iub链路管理- 小区配置管理- 无线网络性能测量- 公共传输信道管理- 无线资源管理- 无线网络配置升级3．实现专用的O&M传送4．公共信道的业务管理- 管理控制- 功率控制- 数据传送5．专用信道的业务管理- 无线链路建立- 信道分配/取消分配- 功率管理- 测量报告- 专用传输信道管理- 数据传送6．下行共享信道的业务管理- 信道分配/取消分配- 功率管理- 传输信道管理- 数据传送7．上行共享信道的业务管理- 信道分配/取消分配- 功率管理- 传输信道管理- 数据传送8．定时和同步管理- 传输信道同步（帧同步）- 基站-RNC同步9．基站间同步l Iub接口协议框架Iub接口协议框架由两个功能层，无线网络层与传输层。
无线网络层定义了与Node B操作相关的一系列过程。
无线网络层分为无线网络控制平面和无线网络用户平面。
传输层定义了在Node B与无线网络控制器（RNC）之间建立物理连接的步骤。
Iub接口协议结构如图2。
图2 Iub接口协议框架l Iub接口技术规范3GPP对Iub接口框架的各个部分分别给出了详细的技术规范。
如图3。
图3 Iub接口技术规范我们可以将这些技术规范分为A、B、C、D四组来分析。
附：名词介绍n 逻辑信道表示承载的内容是什么(what)，分为两大类：控制信道和业务信道。
n 传输信道表示承载的内容怎么传,以什么格式传,分为两大类:专用传输信道和公用传输信道.n 物理信道表示空中接口上的传输形式.RLC->MAC的接口上是逻辑信道.MAC->PHY的接口上是传输信道.PHY->对方PHY的接口上是物理信道.n 无线数字信道有物理信道和逻辑信道。
