WCDMA协议栈结构

2008-04-08 12:26WCDMA是3G三种主流标准的一种。

WCDMA系统可以分为无线接入和网络结构两部分，本文介绍其网络结构部分。

WCDMA网络结构可分为无线接入网和核心网两部分，本文首先重点阐述了无线接入网的结构，对Iu、Iur、Iub接口协议模型进行了分析；接着对R99的核心网和全IP的核心网结构和相关功能实体进行了概述。

引言WCDMA是目前全球三种主要的第三代移动通信体制之一，是未来移动通信的发展趋势。

WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户装置）组成。

UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。

WCDMA网络在设计时遵循以下原则：无线接入网与核心网功能尽量分离。

即对无线资源的管理功能集中在无线接入网完成，而与业务和应用相关功能在核心网执行。

无线接入网是连接移动用户和核心网的桥梁和纽带。

其满足以下目标：-允许用户广泛访问电信业务，包括一些现在还没定义的业务，象多媒体和高速率数据业务。

-方便的提供与固定网络相似的高质量的业务（特别是话音质量）。

-方便的提供小的、容易使用的、低价的终端，它要有长的通话和待机时间。

- 提供网络资源有效的使用方法（特别是无线频谱）。

目前，WCDMA系统标准的R99版本已经基本稳定，其R4、R5和R6版本还在紧锣密鼓的制订中。

WCDMA系统的网络结构如图1所示。

图1 WCDMA系统结构WCDMA系统由三部分CN（核心网）、UTRAN（无线接入网）和UE（用户装置）组成。

CN与UTRAN的接口定义为Iu接口，UTRAN与UE的接口定义为Uu接口。

本文将重点阐述WCDMA系统的网络结构。

其网络结构的基本特点是核心网从GSM的核心网逐步演进和过渡；而无线接入网则是革命性的变化，完全不同于GSM的无线接入网；而业务是完全兼容GSM的业务，体现了业务的连续性。

无线接入网UTRAN包括许多通过Iu接口连接到CN的RNS。

WCDMA基本概念1.WCDMA的主要参数干检测多用户检测，智能天线标准支持，应用时可选FDD的UTRA使用以下频段：上行（UE发射，NODEB接收，即UE到UTRAN的方向）：1920-1980MHz下行（UE接收，NODEB发射，即UTRAN到UE的方向）：2110-2170 MHz发射和接收频率间隔190 MHz2.WCDMA的基本概念2.1. 多普勒(Doppler)效应在波源与观察者相对于介质均为静止的情况下，介质中各点的振动频率与波源的频率相等，亦即观察者接收到的频率与波源的频率相同。

若波源与观察者或两者同时相对于介质在运动，观察者接收到的频率不同于波源频率，这种现象称为多普勒效应。

例如，当飞机迎面而来时，人们听到飞机的轰鸣声音调变高，即人耳接收到的声波频率高于飞机发出的声波频率；背离而去时，人们听到的音调变低，即人耳接收到的声波频率低于飞机发出的声波频率。

对电磁波(无线电波或光波)来说，也能发生多普勒效应。

由于电磁波可以在真空中传播，真空中不存在介质，所以在讨论时，只需要考察光源与观测者之间的相对运动。

这时，必须根据相对论才能确定其多普勒效应的频率变化关系。

设光源的频率为，它相对于观察者的速度为，计算表明，观察者测得的频率为式中，c为电磁波的传播速度(即光速)；以相对于观察者远离时为正，相对接近时为负。

上式表明，当光源相对于观察者离去(退行)时，；反之，。

2.2. 信道化码和扰码下面是信道化码和扰码的关系：信道码OVSF DATASymbol rateChip rate3.84MHzChip rate3.84MHz 扰码（3.84MHz）扩频/信道化是基于正交可变扩频因子(OSVF)技术,经过扩频后信号在频率上扩展了（即信号带宽变宽）。

同一信息源使用的信道化编码有一定的限制。

物理信道采用某个信道化编码必须满足：其码树的下层分支的所有码都没有被使用，也就是说此码之后的所有高阶扩频因子码都不能使用。

手机协议栈是手机的灵魂，打电话，上网，发短信等等这些功能都是通过协议栈才能与网侧交互的。

协议栈与网侧一样，采用网络分层结构。

UE侧协议分层结构分为物理层（L1），数据链路层（L2-MAC/RLC/PDCP/BMC），网络层（L3-RRC/MM/CM）。

数据从物理层被接收到，在数据链路层被重组、进行必要的完整性检查，然后发送到层3进行处理。

从纵线上看，协议栈有两个层面，一个是传输用户数据的U-PLANE，一个是传输控制消息的C-PLANE。

协议栈是单线程工作，采用高优先级的线程轮转法。

每次收到消息，将目的task激活，处理消息，其他task处于挂起状态。

协议栈的核心处理在层3，具体分为接入层（AS）和非接入层（NAS），AS层主要承担的任务是连接建立、系统消息的接收、测量和UE的移动性管理。

NAS主要承担的任务是控制各项业务的处理。

连接建立。

协议栈的数据传输在各个层之间映射，由物理信道、传输信道和逻辑信道共同组成一个通路。

根据消息的内容和方向，通路分别称为寻呼信道、广播信道、上行/下行公共信道、上行/下行专用信道。

寻呼信道用来接收网侧的paging消息；广播信道用来接系统信息；上行/下行公共信道、上行/下行专用信道用来传输控制信息。

连接建立的发起是由上层指示的，RRC发送RRC connection req给网侧，网侧会回复RRC connection setup消息或RRC connection reject消息。

收到setup消息后，RRC会根据消息中带的RB等配置信息配置物理层、MAC、RLC，配置完成后，通知NAS，RRC连接建立完成，向网侧回复RRC connection complete消息。

系统消息的接收。

每个移动基站都在无时无刻的通过广播信道广播系统消息，协议栈则根据需要接收。

接收的原因有系统信息变更和协议栈定时更新。

系统消息是分块发送的，每一块含有特定功能的参数。

当系统消息中的参数变更时，由AS通知协议栈做变动。

WCDMA资料学习心得之无线网络接口和流程在此，我想谈谈自己对这一部分内容的总体理解。

我觉得对于无线网络的接口，主要是掌握各个接口的功能、接口的协议分层结构（对于任何网络接口应该都是如此）；在流程方面：首先应该从总体上掌握业务流程，其次再重点掌握信令流程。

1、UTRAN的网络接口我想大家肯定对这部分的知识已经是滚瓜烂熟了，但是为了加深记忆，这里再重新归纳一下，望各位不要介意。

A、从总体上来讲，UMTS体系结构主要是：CN----核心网、UTRAN----无线接入网、UE----用户终端，三者之间的接口依次是：Iu口、Uu口。

图示如下--见附件1：？B、对于UTRAN的体系结构，主要分解如下：UTRAN实际上就是由多个RNS （是一个逻辑概念）所组成，1个RNS包含1个RNC和多个Node-B；CN与RNC之间的接口是IU口，RNC和RNC之间的接口是Iur口，RNC和Node-B 之间的接口是Iub口。

图示如下－见附件2：？C、在讲到UTRAN接口的协议时，首先应该提到UTRAN接口的一般协议模型。

经过分析，其实主要可以总结为“纵向分层，横向分面”，接口协议结构的原则是层与面在逻辑上相互独立，涉及到几个概念：传输网络层、无线网络层、控制平面、用户平面。

图示如下－见附件3：D、UMTS承载的分层结构。

我是这样理解的，每个接口的对等实体之间都是有对应分层结构，那么在不同的分层接口之间所映射的业务就对应于承载的分层结构。

图示如下－见附件4：E、UE的工作模式。

总体上UE有2种基本模式：空闲模式（IDLE模式）、连接模式（Connect），其中连接模式又分为：CELL-DCH、CELL-FACH、CELL-PCH、URA-PCH4种状态。

对于以上所罗列的几种状态，我们应该掌握其区别，防止混淆。

IDLE模式------UE和UTRAN之间没有建立连接，UE处于待机，没有业务存在，UTRAN内没有关于该UE的信息，要通过IMSI、TMSI、P-TMSI等非接入层标识来区分UE。

目前，目前，移动通信移动通信系统正朝第三代发展，由于存在两种不同的2G 制式，所以2G 向3G 的演进也存在两条路线。

GSM 采用W CDMA 的演进策略，窄带CDMA 采用CDMA2000的演进策略。

WCDMA 和CDMA2000作为未来的主流作为未来的主流技术技术，已经得到业界的广泛认可。

WCDMA 与CDMA2000两种制式无论是无线技术还是网络技术都存在很多相似之处，但又有许多差别。

文章着重讨论了网络结构的相似和差异。

移动通信系统已经历了第一代模拟通信系统和第二代数字通信系统（GSM 、CDMA ），目前正朝目前正朝第三代移动通信第三代移动通信系统发展。

由于存在两种不同的2G 制式，所以在2G 向3G 的演进过程中，也存在相应的两条路线。

GSM 采用WCDMA 的演进策略，窄带CDMA（IS95+ANSI41）采用CDMA2000的演进策略。

WCDMA 与CDMA2000作为未来主流技术，已得到业界的广泛认可。

在技术创新和市场驱动的双重作用下，3G 从概念向产业化的发展进程正在加快，全球主要设备进程正在加快，全球主要设备运营商运营商和制造商都在积极跟踪和研发基于WCDMA 或CDMA2000技术的3G 网络产品，因此，对它们进行研究和对比有重要意义。

对它们进行研究和对比有重要意义。

无论是无线技无论是无线技术还是网络技术方面，WCDMA 与CDMA2000两种制式都有很多相似之处，但也有差别。

1、两种制式的逐步演进两种制式标准的制定都非常注重逐步演进的概念，保证整个网络体系能平滑演进，并且为不同的运营商提供不同的为不同的运营商提供不同的解决方案解决方案和建网策略，以满足不同运营商的特殊需求。

由于标准是逐步演进的，所以标准的制定也必然是分阶段的。

从目前的标准来看，WCDMA 分成三个比较清晰的阶段，即R99、R4、R5。

CDMA2000标准的阶段划分比较模糊，但也基本划分为三个阶段，即Phase0、Phase1/2、Phase3。

WCDMA技术简介一．通信系统概述第一代移动通信系统是模拟制式的蜂窝移动通信系统，时间是本世纪七十年代中期至八十年代中期，1978年美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统AMPS，建成了蜂窝式移动通信系统。

其它工业化国家也相继开发出蜂窝式移动通信网。

这一阶段相对于以前的移动通信系统，最重要的突破是贝尔实验室在七十年代提出的蜂窝网的概念，蜂窝网，即小区制，由于实现了频率复用，大大提高了系统容量。

第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS系统（先进移动电话系统）和后来的改进型系统TACS （总接入通信系统）等。

AMPS使用800MHz频带，在北美、南美和部分环太平洋国家广泛，使用TACS使用900MHz频带，分ETACS（欧洲）和NTACS（日本）两种版本，英国、日本和部分亚洲国家广泛使用此标准。

第一代移动通信系统的主要特点是采用频分复用FDMA 模拟制式，语音信号为模拟调制，每隔30kHz/25kHz一个模拟用户信道。

第一代系统在商业上取得了巨大的成功，但是其弊端也日渐显露出来：(1)频谱利用率低(2) 业务种类有限(3) 无高速数据业务(4) 保密性差易被窃听和盗号(5) 设备成本高(6) 体积大重量大第二代数字蜂窝移动通信系统的典型代表是美国的DAMPS系统、IS-95和欧洲的GSM系统。

GSM（全球移动通信系统）发源于欧洲，它是作为全球数字蜂窝通信的TDMA标准而设计的，支持64kbit/s的数据速率，可与ISDN互连。

GSM使用900MHz频带，使用1800MHz频带的称为DCS1800。

GSM采用FDD双工方式和TDMA多址方式，每载频支持8个信道，信号带200kHz ，GSM标准体制较为完善，技术相对成熟，不足之处是相对于模拟系统其容量增加不多，仅仅为模拟系统的两倍左右，无法和模拟系统兼容。

DAMPS（先进的数字移动电话系统）也称IS-54（北美数字蜂窝），使用800MHz频带，是两种北美数字蜂窝标准中推出较早的一种，使用TDMA多址方式。