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WCDMA 系统无线接入网络介绍 —— RAN Ix 和高层协议

3G 培训资料之五（第二部分）. WCDMA 系统无线接入网络介绍 —— RAN Ix 和高层协议. 目 录 1 、 Ix(Iub 、 Iu 和 Iur) 接口 2 、无线通信协议分层介绍 3 、呼叫、切换和功率控制流程. 1 、 Ix(Iub 、 Iu 和 Iur) 接口. 核心网络. （. ）. CN. Iu. Iu. RNS. RNS. Iur. RNC. RNC. Iub. Iub. Iub. Iub. Node B. Node B. Node B. Node B. Uu. Uu. UE. UE. 无线接入网络总体描述.

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WCDMA 系统无线接入网络介绍 —— RAN Ix 和高层协议

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Presentation Transcript

  1. 3G培训资料之五（第二部分） WCDMA系统无线接入网络介绍 ——RAN Ix和高层协议

  2. 目 录 1、Ix(Iub、Iu和Iur)接口 2、无线通信协议分层介绍 3、呼叫、切换和功率控制流程

  3. 1、Ix(Iub、Iu和Iur)接口

  4. 核心网络 （ ） CN Iu Iu RNS RNS Iur RNC RNC Iub Iub Iub Iub Node B Node B Node B Node B Uu Uu UE UE 无线接入网络总体描述 WCDMA无线接入网络系统（RAN）由一组通过Iu连到核心网（CN）的无线网络子系统（RNS）组成。 一个RNS由一个基站控制器（RNC）和一个或多个基站Node B组成。 RNC和Node B之间通过Iub接口连接。UE通过空中接口（Uu）接入RNS。

  5. Node B 和RNC功能回顾 RNC 负责管理控制同一RNS内的小区资源，为移动用户提供接入控制和无线资源分配功能，并为控制信令和各种业务提供无线接入承载。 Node B可处理1个或多个小区，包含可选的宏分集功能，通过空中接口Uu与移动终端接口。

  6. Ix 接 口 综 述 Ix接口包含Iub，Iur，Iu三大接口，分别用于NodeB和RNC，RNC和RNC，以及RNC和CN之间的互连，并支持业务数据流和信令流在其上的传输。 与GSM不同，Ix接口都是开放的接口。Ix在协议结构上分为无线网络层和传输网络层。无线网络层实现所有与WCDMA无线接入网络相关的功能，传输网络层实现一种标准传输技术，与无线网络层特定功能无关。 3GPP Ix接口协议结构如下图。

  7. Ix 协 议 结 构 图

  8. Iub 接 口 • Iub为RNC和NodeB之间的开放接口，控制面应用协议是NBAP，用 • 户面处理协议为Iub-FP。 • Iub接口在WCDMA无线接入网中的地位类似于GSM BSS中的Abis口， • 它实现如下功能： Iub接口传输资源管理 Node B逻辑操作维护 特定操作维护传输的实现 系统信息管理 公共信道传输管理 专用信道传输管理 共享信道传输管理 定时与同步管理 • NBAP协议由一组为完成以上功能而设计的RNC与Node B之间消息 • 交互流程组成。Iub-FP协议是一种数据传输帧协议。该协议按空中接 • 口（Uu）的传输时间间隔（TTI）将传输信道上数据块组帧，由传输 • 网络层传输到Iub接口的对端，或从传输网络层接收数据帧，按协议 • 规范帧为传输块。

  9. Iub 接 口 • 目前，在传输层采用ATM传输技术的情况下，NodeB与RNC • 之间一般采用以下两种物理传输方式： • E1（含IMA方式） • STM-1光传输 • 在逻辑上，Iub接口采用ATM PVC来承载控制面消息（AAL5）和用户面数（AAL2）。

  10. Iu接口 Iu为RNC和CN之间的开放接口，控制面应用协议是RANAP，用户面处理协议为Iu-UP。Iu接口包括两个域：Iu-CS和Iu-PS。Iu-CS域连接RNC和CN的电路域，为电路数据业务如话音、ISDN数据业务提供传输承载；Iu-PS为RNC与CN之间的分组数据业务如IP、X.25等提供传输承载。

  11. Iu接口 • Iu接口在WCDMA无线接入网中的地位类似与GSM中的A接口，它具有如下功能： • 无线接入承载（RAB）管理 • 无线资源管理 • 速率适配 • Iu链路管理 • Iu用户面管理 • 移动性管理 • 安全性管理 • 业务及网络接入功能 • RANAP协议由一组为完成以上功能而设计RNC与CN之间消息交互流程组成。Iu-UP 协议用于传输与RAB关联的数据流，支持两种传输方式：透明传输方式和预定义SDU大小支持模式。

  12. Iu接口 目前，在传输层采用ATM传输技术的情况下，CN与RNC之间一般采用SDH传输如：STM-1/STM-4/STM-16等。 由于CN存在CS和PS两个域，CS数据采用PVC+AAL2方式承载；PS数据采用IPOA+GTP-U方式传送分组数据。RNC和CN之间的信令连接由SCCP链路承载。

  13. Iur接口 Iur为具有相邻小区的两个RNC之间的开放接口，控制面应用协议是RNSAP，用户面处理协议为Iur-FP。 在WCDMA无线接入网中引入一个开放的接口-Iur的主要目的是当一个与网络处于连接态的UE在不同小区（可以属于不同RNC）之间移动时由无线接入网络（多个RNS组成）通过该接口传递信令和数据来跟踪和保持该UE的各种信息（UE上下文）和数据通路，而不是频繁地由UE和CN重新建立连接，即CN尽可能只关心业务本身而不关心UE在无线接入网中的位置。 目前，在传输层采用ATM传输技术的情况下， RNC之间一般采用STM-1光传输。两个RNC可以物理直联，也可以通过CN成网。

  14. 2、无线通信协议分层介绍

  15. Uu（空中接口）总体描述

  16. Uu（空中接口）总体描述 无线资源控制层（RRC）是层3（L3）最下面的一个子层，属于控制面。它与每个下层协议实体（PDCP、BMC、RLC、MAC和PHY）之间都存在一个控制服务接入点（SAP）。RRC通过这些控制SAP配置和控制这些下层协议实体。因此RRC是整个空中接口协议的控制核心。 L2包括PDCP、BMC、RLC、MAC，其中PDCP、BMC仅位于用户面，RLC被分成控制面和用户面两部分。RLC与MAC之间的SAP体现为逻辑信道；MAC与物理层之间的SAP体现为传输信道。 若以Uu接口为分界线，两端的协议栈功能是不对称的。 这里只讨论Uu接口的RRC、RLC和MAC层无线接入网侧（网络侧）协议栈，其它层如L3的CC|、MM、PDCP、BMC、物理层协议以及所有协议UE侧另作介绍。

  17. RRC层介绍 • RRC是Uu接口的核心，它负责对整个空中接口资源的分配和控制，负责对下层协议直接控制。RRC在Node B和RNC上都有分布，但完成的功能有所不同。RRC主要有以下几部分的功能： • 系统广播和通知 • 无线资源分配 • 移动性管理 • 测量的管理和控制 • 系统接入和拥塞控制 • 对下层协议的配置和控制

  18. RRC层介绍 • RRC消息流程分为以下几类： • RRC连接管理流程，包括：系统信息广播流程、UE寻呼流程 • 和信令连接流程; • 无线承载控制流程，包括：无线承载、传输信道和物理信道的控制流程; • RRC移动性管理流程，包括：小区更新、URA更新和硬切换等流程; • 测量流程; • 通用流程。

  19. 无线资源管理策略 • 从本质上说，WCDMA是一个自干扰系统，影响系统接入能力的最重要的是码资源和发射功率两种无线资源。因此，对于商用WCDMA系统来说，无线资源管理策略尤其重要。无线资源管理的策略包括： • 切换策略，包括软切换和硬切换。 • 接纳控制，避免系统性能严重下降。 • 无线承载控制，动态进行信道配置和切换。 • 码资源分配策略。 • 功率控制算法。

  20. L2介绍---RLC RLC由三种模式的实体组成：透明模式实体、非确认模式实体和确认模式实体。 非确认模式 透明模式

  21. RLC向上层提供的服务 • 1．RLC连接建立/释放 • 2．透明数据传输业务 • 分段和重组 用户数据传送 • 3．非确认数据传输业务 • 分段和重组 串接 • 用户数据传送 • 4．确认数据传送业务 • 分段和重组 串接 • 用户数据传送纠错 • 高层PDU顺序传送 • 重复检测 • 流量控制 • 协议错误检测和恢复 • 5．服务质量（QoS）设定 • 6．不可恢复错误通知 • 7．高层消息多点传送 确认模式

  22. 信道结构介绍 传输信道结构 逻辑信道结构

  23. 信 道 结 构 介 绍 逻辑信道位于RLC和MAC层之间，属于控制面传输控制信令消息的逻辑信道称为控制逻辑信道；位于用户面传输用户业务数据的逻辑信道为业务逻辑信道。 传输信道位于MAC层和物理层之间，分为公共传输信道和专用传输信道。公共传输信道为小区内所有UE共同使用；专用传输信道仅为特定UE使用。

  24. L2介绍---MAC 右图说明了UTRAN侧MAC实体的互连关系。相应于小区内每一个UE存在一个MAC-d，每一个MAC-d又与小区的MAC-sh和MAC-c相关。MAC-c和MAC-sh位于控制RNC（controlling RNC），MAC-d位于服务RNC（serving RNC）。MAC控制SAP用于RRC向UE所属MAC实体传送控制信息。

  25. L2介绍---MAC

  26. L2介绍---MAC MAC层提供的功能： • 逻辑信道与传输信道的映 • 基于瞬时源速率为传输信道选择适当的传输格式 • 同属一个UE的不同数据流的优先级处理 • 通过动态调度实现不同UE的优先级处理 • DSCH和FACH上不同用户的数据流之间的优先级处理 • 在公用传输信道上标识不同的UE • 高层PDU和经公共传输信道上接收/发送的传输块之间的复用/解复用

  27. L2介绍---MAC MAC层提供的功能： • 高层PDU和经专用传输信道上接收/发送的传输块之间的复用/解复用 • 业务量监视 • 链路资源监视 • 高层信令路由 • 对等MAC实体信令连接维护 • 动态传输信道类型切换 • 加密RACH 接入业务类别选择

  28. 3、呼叫、切换和功率控制流程

  29. 3.1呼叫建立过程 3.1.1 UE起呼 3.1.2UE被呼 3.2 呼叫释放过程 3.3 切换过程 3.3.1软切换 3.3.2硬切换 3.4功率控制过程

  30. 呼叫建立过程----UE起呼 • 用户拨号,发起呼叫请求 • UE的NAS层向AS层发起RRC连接建立指示 • RRC连接建立 • NAS信令连接建立 • RAB建立 • 呼叫成功 • UE与CN之间数据传送

  31. RRC Connection Request RRC Connection Setup RRC Connection Setup Complete Initial Direct Transfer Initial UE Message 信令连接建立 RAB Assignment Request Radio Link Setup Request Radio Link Setup Response Radio Bearer Setup Radio Bearer Setup Complete RAB Assignment Response Direct Transfer Downlink Direct Transfer 通话 通话 呼叫建立过程示意图 UE NodeB RNC CN 用户拨号 RRC连接建立 Allocate RNTI,Select L1 and L2 parameter 地面资源及 空中资源分配 RAB建立

  32. RRC连接建立 • RRC连接在协议层中的位置 • RRC连接建立消息交互 • RRC连接建立流程详细说明

  33. RRC连接在协议层中的位置

  34. RRC连接建立失败 RRC连接建立成功 RRC连接建立消息交互

  35. RRC连接建立流程详细说明 UE NodeB RNC CN RRC Connection Request 可选择 Radio Link Setup Request Radio Link Setup Response ALCAP Iub Data Transport Bearer Setup RRC Connection Setup RRC Connection Setup Complete Allocate RNTI,Select L1 and L2 parameter

  36. UE NodeB RNC CN Initial Direct Transfer Initial UE Message NAS信令连接建立 RRC Connection Establishment

  37. UE NodeB RNC RAB Assignment Request CN Radio Link Reconfiguration Request Radio Link Reconfiguration Response Radio Bearer Setup Radio Bearer Setup Complete RAB Assignment Response RAB建立 Allocate RNTI,Select L1 and L2 parameter ALCAP Iu Data Transport Bearer Setup ALCAP Iub Data Transport Bearer Setup

  38. UE NodeB RNC Paging CN Initial Direct Transfer Initial UE Message Paging Type1 Direct Transer Downlink Direct Transfer Data Transfer UE呼叫流程----UE被呼 RRC连接建立 RAB建立

  39. 呼叫建立过程总结 • UE发起的呼叫建立过程 • 用户拨号,发起呼叫请求 • UE侧RRC接收NAS层呼叫请求 • UE向RNC发起RRC连接建立请求,建立RRC连接 • 建立NAS信令连接 • 建立RAB承载 • 呼叫建立成功,传输用户数据 • UE被呼 • CN通过RNC向UE发起呼叫请求 • UE接收呼叫信息,并发起RRC连接请求 • 其它过程与UE被呼相同

  40. 呼 叫 释 放 • 用户终止业务 • UE向CN发送链路拆除请求 • Iu口资源释放 • RAB释放 • 信令RB释放

  41. Uplink Direct Transfer 呼叫释放过程所示意图 UE NodeB RNC CN 用户终止业务 Direct Transfer Iu Release Command Iu Release Complete RAB释放 信令RB释放

  42. 切换过程----软切换 • 软切换特点 • 软切换分类 • 软切换过程 • 软切换过程示意图 NodeB内的软切换 NodeB间的软切换 不同RNC之间的软切换

  43. 软切换特点 • 切换前后UE所在小区的频率相同; • 同时存在多条无线链路; • 在切换过程中,始终存在无线链路,链路不中断; • 在切换过程中,业务不中断.

  44. 软切换分类 • 增加无线链路 • 删除无线链路 • 增加并删除无线链路

  45. 软切换过程 • UE移动,造成无线链路的质量变差; • UE对相邻小区进行测量,并将测量结果传送给RNC; • RNC根据测量结果选择一个合适的小区,若该小区与以前的小区频率相同,则可以进行软切换; • RNC在该小区建立一条新的无线链路,此时UE与RNC之间存在多条无线链路; • 删除以前的无线链路(也可以不删除); • 软切换过程完成.

  46. RNC RNC RNC NodeB NodeB NodeB CELL CELL CELL CELL CELL CELL UE UE UE NodeB内的软切换---切换过程示意图

  47. RNC RNC NodeB NodeB NodeB NodeB CELL CELL CELL CELL UE UE 切换前 切换中 同一RNC不同NodeB之间的软切换 RNC NodeB NodeB CELL CELL UE 切换后

  48. 不同RNC之间的软切换 RNC T_RNC RNC T_RNC RNC T_RNC NodeB NodeB NodeB NodeB NodeB NodeB CELL CELL CELL CELL CELL CELL UE UE UE 切换前 切换后 切换中

  49. 切换过程----硬切换 • 硬切换概念 • 同一NodeB内不同小区间的硬切换 • 不同NodeB内的硬切换 • 不同RNC间的硬切换

  50. 硬切换 触发条件: • UE与UTRAN之间链路的频点发生改变,切换在异频小区之间进行; • 切入小区不支持宏分集; • 模式改变(TDD与FDD之间的切换); • 切换过程中仅有一条正常无线链路; • 业务出现短暂的中断 特点:

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