WCDMA的無線接入技術（一）
2019-11-03 09:30:31
供稿：網友
北京郵電大學無線新技術研究室徐國鑫 崔春風 張平 摘要：WCDMA是3G三種主流標準的一種。WCDMA系統可以分為無線接入和網絡結構兩部分。本文介紹其無線接入技術。WCDMA無線接入技術完全體現在其無線接口的設計上。本文對其無線接口的各層協議進行了概述，突出了各個協議的大致功能和結構，并闡述了各個協議之間的關系。
引言
WCDMA的無線接入技術主要體現在無線接口的設計上。所以本文主要對無線接口的各個協議進行介紹。WCDMA無線接口是指用戶設備（UE）和UMTS地面無線接入網（UTRAN）之間的接口，通常也被稱為空中接口，簡稱Uu（UE-UTRAN）接口。用戶設備就是通過無線接口接入到系統固定網絡部分的。
WCDMA的無線接口是UMTS最重要的開放接口，也是WCDMA技術的關鍵所在，其中涉及很多關鍵技術。所謂接口是開放的，意思是接口的定義允許接口的終端設備可以是不同的廠家生產的。也就是說，只要遵從接口的規范不同制造商生產的終端設備能夠相互通信。一般來說，用戶終端設備制造商要比網絡制造商多得多。因此制定一個開放的無線接口有利于不同制造商產品之間的兼容。當然，對使用不同無線傳輸技術的產品而言，是無法作到相互兼容的。
WCDMA FDD和WCDMA TDD的無線接口有些區別，在這里我們主要介紹WCDMA FDD的無線接口。根據3GPP的協議規范，WCDMA的無線接口協議層分為三層。最底層是物理層，位于物理層（L1）之上的協議層稱為數據鏈路層（L2）和網絡層（L3）。在UTRA FDD無線接口中，數據鏈路層被劃分為幾個子層。在控制平面上，數據鏈路層（L2）包含兩個子層——媒體接入控制（MAC）協議和無線鏈路控制（RLC）協議；在用戶平面上，除了MAC和RLC外，還存在兩個與特定業務有關的協議：分組數據會聚協議（PDCP）和廣播/組播控制協議（BMC）。網絡層（L3）由無線資源控制（RRC）和非接入層協議呼叫控制、移動性管理、短消息業務管理等組成，非接入層協議對UTRAN是透明的（即UTRAN對其信息不進行任何處理），和無線技術無關，所以本文就不介紹了。
本文主要介紹WCDMA的無線接口（Uu接口）的技術和協議規范。首先將介紹無線接口協議的結構，然后詳細介紹物理層的技術，再后是高層協議。
在層間界面上，圓圈表示端到端的通信業務接入點（SAP）。MAC和物理層（PHY）之間的SAP提供傳輸信道。RLC和MAC之間的SAP提供邏輯信道。接入層向上提供通用控制（GC）、通告（Nt）和專用控制（DC）業務接入點。
物理層通過傳輸信道向MAC層提供業務。傳輸信道以數據的傳輸方式為特征，它指示數據是以何種方式以及何種特征進行傳輸的。
MAC層通過邏輯信道向RLC層提供業務。邏輯信道以發送數據的類型為特征，它指示傳輸的數據是何種類型的。
RLC層通過業務接入點向上層提供業務。業務接入點指示了RLC層處理數據的方式，如是否使用自動重復請求（ARQ）功能。在控制平面，RRC層使用RLC層的業務來傳輸信令；在用戶平面，與業務相關的協議層PDCP或BMC或其他高層用戶平面功能（如語音編碼）使用RLC層提供的業務。在控制平面，RLC業務稱為信令無線承載；在用戶平面，RLC業務稱為無線承載，但不用在PDCP和BMC協議層上。RLC協議以三種模式——透明模式、非確認模式和確認模式進行操作。
分組數據會聚協議（PDCP）僅對PS域業務存在。它的主要功能是報頭壓縮。PDCP提供的業務稱為無線承載。
廣播/組播控制協議（BMC）用于在無線接口上傳遞由小區廣播中心產生的消息。BMC提供的業務稱為無線承載。
RRC層通過業務接入點向上層提供業務。在UE側，高層協議使用RRC提供的業務；在UTRAN側，Iu RANAP協議使用該業務。所有高層信令（移動性管理、呼叫控制、會話管理等等）都封裝在RRC消息中在無線接口上傳輸。
RRC和所有低層協議之間都存在著控制接口。RRC層使用這些控制接口對低層協議實體的參數進行配置，其中包括物理信道、傳輸信道和邏輯信道的參數。RRC層也能使用這些控制接口命令低層執行測量；同時，低層通過控制接口向RRC報告測量結果和錯誤信息。
物理層技術
在對不同的無線蜂窩系統進行比較時，焦點話題往往是物理層。物理層的結構直接影響無線鏈路的性能，同時也直接決定了用戶終端與交換設備的復雜度。WCDMA系統雖然提高了系統性能，但采用了多種先進技術，如軟切換、分集技術等，這無疑是向它的實現者提出了挑戰。從業務的角度看，WCDMA系統是寬帶的，因此不能固定于一種傳統的話音業務，它能夠提供更靈活、更多樣的業務。3G的三種主流標準WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA的主要區別在于物理層的技術和參數方面。所以，在介紹WCDMA的無線接入技術時，我們附帶的也對比的介紹cdma2000和TD-SCDMA的無線接入技術和參數。
媒體接入控制協議
媒體接入控制（MAC）層位于物理層之上。它使用物理層提供的傳輸信道并向無線鏈路層提供邏輯信道。因此，在MAC層中執行邏輯信道與傳輸信道之間的映射。MAC層也能根據邏輯信道的資源速率為每個傳輸信道選擇合適的傳輸格式（TF）。傳輸格式的選擇要根據連接時接入控制定義的傳輸格式組合集（TFCS）進行。
MAC層由三個邏輯實體——MAC- b、MAC-c/sh、MAC-d組成。
MAC- b處理廣播信道（BCH），其主要完成邏輯信道BCCH和傳輸信道BCH之間的映射。
MAC-c/sh處理公共信道和共享信道——尋呼信道（PCH）、前向接入信道（FACH）、隨機接入信道（RACH）、上行鏈路公共分組信道（CPCH）和下行鏈路共享信道（DSCH）。MAC-c/sh實體主要完成邏輯信道與公共傳輸信道和共享傳輸信道之間的映射。
MAC-d處理分配給一個處于連接模式的UE的專用信道（DCH）。MAC-d實體主要完成邏輯信道DCCH/DTCH和傳輸信道DCH之間的映射。
MAC層傳輸數據但不保證正確傳遞到對等端實體。對一些重要的數據流可以由上層功能來保證其正確傳輸。這將在RLC層進行介紹，MAC層沒有該功能。同時，MAC層也不對數據進行分段處理。分段/重組功能也是由上層，即RLC層完成的。在MAC層按照配置的參數接收RLC層傳遞的大小一定的數據塊。在RRC的請求下，MAC層能執行無線資源的重分配和MAC參數的改變。例如重新配置MAC實體，改變UE標識、改變傳輸格式（組合）集、改變傳輸信道類型等等。同時，MAC在RRC的控制下向RRC匯報局部的業務量和質量，以便RRC根據當前業務流量和業務質量對資源進行控制。
MAC層在邏輯信道上提供數據傳輸業務。邏輯信道類型集合對應MAC提供的不同類型的數據傳輸業務。每種邏輯信道類型根據其傳輸信息的類型定義。邏輯信道可分為兩大類：用于傳輸控制平面信息的控制信道和用于傳輸用戶平面信息的業務信道。
無線鏈路控制協議
RLC層為用戶和控制數據提供分段和重傳業務。每個RLC實體由RRC配置并以三種模式進行操作：透明模式（TM）、非確認模式（UM）和確認模式（AM）。在控制平面，RLC層向上層提供的業務為信令無線承載（SRB）；在用戶平面，RLC向上層提供的業務為無線承載（RB）。
透明模式業務和非確認模式業務有一個發送和一個接收實體，確認模式業務只有一個發送和接收結合的實體。AM實體之間的虛線表示RLC PDU的發送可能在獨立的邏輯信道上，如控制PDU在一個邏輯信道上發送而數據PDU在另一個邏輯信道上發送。
對所有的RLC模式，CRC錯誤檢測在物理層上執行，CRC檢測結果連同數據一起傳遞給RLC。
RLC層向高層主要提供三種模式的數據傳輸：透明數據傳輸、非確認模式數據傳輸、確認模式數據傳輸。
透明數據傳輸業務傳輸高層PDU而不增加任何協議信息，也就是說，使用透明傳輸時，RLC層對高層的數據流不加任何處理，但可能包含分組/重組功能。
非確認模式數據傳輸。該業務傳輸高層PDU但不保證傳遞到對等實體。非確認數據傳輸模式有以下幾個特征：
●檢測出錯數據：RLC子層通過使用序列號檢查功能將沒有傳輸錯誤的SDU傳遞給接收端高層。
●唯一傳遞：RLC子層通過使用復制檢查功能將每個SDU只傳遞給高層一次。
●立即傳遞：接收端RLC子層實體一旦接收到SDU應立即發送給高層。
確認模式數據傳輸。該業務傳輸高層PDU并保證傳遞到對等實體中。當RLC不能正確傳遞數據時，RLC在發送端的用戶將收到通知。對該業務來說，支持順序和無序傳遞。在很多情況下高層協議能重組PDU的順序。只要知道并可控低層的無序特性（如高層協議并不立即要求重發一個丟失的PDU），允許使用無序傳遞能節省接收端RLC的存貯空間。確認數據傳輸模式有以下特征：
●無錯傳遞：無錯傳遞通過重發機制來保證。接收端RLC實體僅向高層發送正確的SDU。
●唯一傳遞：RLC子層應使用復制檢測功能，對每個SDU只向接收端高層傳送一次。
●順序傳遞：RLC子層應提供支持順序傳遞SDU，如RLC子層向接收端高層實體傳遞SDU的順序與發送端高層實體傳遞給RLC實體的順序相同。
●無序傳遞：RLC子層向接收端高層實體傳遞SDU的順序與發送端高層實體傳遞給RLC實體的順序不同。
此外，RLC層還執行RLC連接的建立/釋放功能。當發生正常過程無法解決的錯誤時，RLC還負責通知高層。 （未完待續）
摘自《賽迪網》
