第7章 无线接口协议
Jukka Vialén
7.1 概述
无线接口协议的作用是建立、重新配置和释放无线承载业务（其中包括UTRA FDD或者TDD业务），关于无线承载业务我们已经在第2章进行了讨论。 位于物理层上面的协议层称为数据链路层（第2层）和网络层（第3层）。在UTRA FDD无线接口中，第2层又分为几个子层。从控制平面看，UTRA FDD水产之书第2层包含2个子层—媒体接入控制（MAC）协议层和无线链路控制（RLC）协议层；从用户平面看，除了MAC层和RLC层外，还有两个依赖于业务的协议层：分组数据汇聚协议层（PDCP）和广播/组播控制协议层（BMC）。第3层包含的协议层即无线资源控制层（RRC）属于控制平面。其他网络层协议，例如呼叫控制、移动性管理和短消息业务等等，因为对UTRAN是透明的，本书不作介绍。 本章首先介绍无线接口协议的整体结构，然后详细描述每个协议的逻辑结构和主要功能。对
任何一个协议，都要描述它的逻辑结构和主要功能。在MAC层部分，对逻辑信道（MAC层提供的业务）和逻辑信道与传输信道之间的映射都做了详细解释。为使读者更好地理解MAC层和RLC层，我们定义了一个协议层模型来举例说明数据分组通过这些协议时的变化。在RRC层部分，介绍了RRC层的业务状态、主要功能和信令过程。在Release 4 和Release 5版本中没有对第2层和第3层协议的原理进行较大的改动，如第11章所述，在Release 5 版本中将HSDPA功能增加到Node B中新的MAC实体中。 7.2 无线接口协议结构
无线接口的整体协议结构[1]如图7-1所示。该图只包含了在UTRAN中可见的协议。
物理层通过传输信道向MAC层提供服务，传输数据的类型及特征决定传输信道的特征[2]（传输信道的介绍参见第6章）。然后，MAC层通过逻辑信道给RLC层提供服务，逻辑信道的特征是由发送的数据类型决定的，这部分我们将在7.3节进行详细的介绍。
RLC层通过业务接入点（SAP）向高层提供服务；业务接入点用来描述RLC层处理数据分组的方式，例如在采用自动重发请求（ARQ）功能的情况下，RLC如何处理数据分组。在
控制平面上，RRC层使用RLC层的业务来传输信令。在用户平面上，无论是特定业务专用协议层PDCP或者BMC，还是其他高层U平面功能（例如，声码器）都使用RLC层的业务。RLC业务在控制平面里称作信令无线承载；而在用户平面业务没有使用PDCP层和BMC层协议的情况下称为无线承载。RLC层协议以三种模式进行操作——透明模式、非确认模式和确认模式。这些将在7.4节进一步地讨论。
分组数据汇聚协议（PDCP）只存在于分组（PS）域业务，它的主要功能是头压缩，提供的业务也称为无线承载。
图7-1 URTA FDD无线接口协议结构
广播组播控制协议（BMC）用来传送小区广播中心产生的无线接口消息。在3GPP规范Release 99版本中，唯一的广播业务是源于GSM系统的短消息小区广播业务。BMC层协议所提供的业务也称为无线承载。
RRC层也是通过业务接入点（SAP）将服务提供给高层（非接入层），业务接入点在UE侧和UTRAN侧分别由高层协议和Iu接口RANAP协议使用。所有高层信令（移动性管理、呼叫控制、会话管理等等）都被压缩成RRC消息在无线接口上传送。
RRC层通过RRC层和所有低层协议之间的控制接口配置低层协议实体的特征参数，包括物理信道、传输信道和逻辑信道的参数。RRC层也使用相同的控制接口，如命令低层进行某种特定的测量，低层向RRC报告测量结果和差错就是通过该接口进行的。
7.3 媒体接入控制协议
在媒体接入控制（MAC）层[5]中，逻辑信道映射为传输信道。MAC层还根据逻辑信道的瞬间源速率为各传输信道选择适当的传输格式（TF）。传输格式的选择与接纳控制为每个连
接定义的传输格式组合集紧密相关。
7.3.1 MAC层结构
MAC层逻辑结构如图7-2所示，包括三个逻辑实体：
● MAC-b处理广播信道（BCH）。在每个UE中有一个MAC-b实体，在UTRAN中
（位于Node B）每一个小区有一个MAC-b实体。
● MAC-c/sh处理公共信道和共享信道——寻呼信道（PCH）、前向接入信道（FACH）、
随机接入信道（RACH）、上行公共分组信道（CPCH）和下行共享信道（DSCH）。在每个使用共享信道的UE中有一个MAC-c/sh实体，在UTRAN中（位于CRNC中）的每个小区有一个MAC-c/sh实体。需要注意的是，BCCH逻辑信道可以映射到BCH或者FACH两种传输信道。由于BCCH的MAC层信元头格式取决于传输信道所使用的信元头格式，图7-2给出了两种BCCH映射方式。因为PCCH没有MAC层信元头格式，MAC层只是按照RRC层的控制在给定时刻将从PCCH接收到的数据填充到PCH中。
● MAC-d处理连接模式下分配给UE的专用信道（DCH）。在每个UE中有一个MAC-d实体，在UTRAN中（位于SRNC中）每个UE有一个MAC-d实体。
图7-2 MAC层结构
7.3.2 MAC层功能
MAC层功能包括：
● 逻辑信道和传输信道间的映射。
● 根据瞬时源速率为每个传输信道（从传输格式组合集中）选择合适的传输格式。祓禊谣
● UE内数据流间的优先级处理。对于不同的数据流，通过选择“高速率”和“低速率”传输格式实现优先级处理。
● 利用动态调度完成UE间的优先级处理。动态调度功能可以应用到公共和共享下行链路传输信道FACH和DSCH。
● 公共传输信道上UE的标识。公共传输信道（RACH，FACH或者CPCH）承载专用类型逻辑信道（DCCH，DTCH）数据时，UE的标识（小区无线网络临时标识（C-RNTI）或者UTRAN无线网络临时标识（U-RNTI））包含于MAC头中。
用心去工作读后感● 在公共传输信道上将高层PDU复用到传送到物理层的传输块集上，或者将高层PDU从来自物理层的传输块集上解复用出来。MAC层完成公共传输信道（RACH/FACH/CPCH）的业务复用。这是必须的，因为在物理层上不能完成业务复用。
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● 在专用传输信道上将高层PDU复用到传送到物理层的传输块集上，或者将高层PDU从来自物理层的传输块集上解复用出来。MAC层也支持专用传输信道的复用。物理层复用可以完成包括不同QoS业务在内的各种业务的复用，而MAC层复用的对象是具有相同QoS参数的业务。物理层复用在第6章介绍。
● 业务量监测。MAC层在接收RLC层PDU的同时，还接收在RLC传送缓冲区中的数据量的状态信息。MAC层将对应各传输信道的数据量与RRC设置的门限相比较，如果数据量太高或者太低，MAC层就向RRC层发送一个业务量状态的测量报告，另外RRC层也可以请求MAC层周期性地发送这些测量报告。RRC层利用这些测量报告来开始重新配置无线承载和/或传输信道的参数。
● 传输信道类型的动态切换。RRC层的切换决定动态地控制MAC层执行公共传输信道和专用传输信道间的切换。
● 加密。如果使用透明RLC模式承载无线业务，在MAC层的子层（MAC-d实体）上进行加密操作。加密是异或操作（与GSM和GPRS系统中的加密方法一样），数据与由加密算法产生的加密掩码相异或。在MAC层加密时，加密算法的时变输入参数（COUNT-C）在每个传输信道的TTI周期数据加密后累加1。根据传输信道配置的不同，TTI周期分别为10、20、40或者80ms。各无线承载单独加密。加密的细节参见3GPP规范TS33.102[10]。
● 为RACH发送提供接入业务级（ASC）的选择。为了支持使用RACH的不同优先级，需要在不同的接入业务级间分配PRACH物理层资源（如，FDD时为接入时隙和前导（pream
ble）信号）。ASC的最大数目是8。MAC层给出到达物理层的PDU对应的ASC。
7.3.3 逻辑信道
MAC层在逻辑信道上提供数据传输业务，逻辑信道类型集合根据MAC层提供的数据传输业务类型进行定义。逻辑信道通常可以分成两类：控制信道和业务信道。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。
控制信道包括：
● 广播控制信道（BCCH）。广播控制信道是广播系统控制信息的下行信道。
钢结构设计规范2011
● 寻呼控制信道（PCCH）。寻呼控制信道是传输寻呼信息的下行信道。
● 专用控制信道（DCCH）。专用控制信道是在UE和RNC之间传送专用控制信息的点对点双向信道，在RRC连接建立过程期间建立该信道。
● 公共控制信道（CCCH）。公共控制信道是在网络和UE之间传送控制信息的双向信道，该逻辑信道映射到RACH/FACH传输信道。由于要求长型的UTRAN UE标识（U-RNTI，
包含SRNC地址），因此即使接收消息的RNC不是当前UE的SRNC，该UE的上行链路消息仍然可以正确传送到其SRNC。
业务信道包括：
hanguo● 专用业务信道（DTCH）。专用业务信道是一个UE专用的，用于传输用户信息的点对点信道。该信道在上行链路和下行链路都存在。
● 公共业务信道（CTCH）。公共业务信道是点到多点的下行信道，向全部或一组特定UE传输专用用户信息。
7.3.4 逻辑信道和传输信道之间的映射
逻辑信道和传输信道之间的映射如图7-3所示。
图7-3 上行和下行逻辑信道与传输信道之间的映射
逻辑信道和传输信道之间存在下列映射关系：
● PCCH映射到PCH。
● BCCH映射到BCH或FACH。
● DCCH和DTCH可以映射到RACH和FACH，或者CPCH和FACH、RACH和DSCH、DCH和DSCH、DCH和DCH。
● CCCH映射到RACH和FACH。
● CTCH映射到FACH。
7.3.5 MAC层的数据处理实例
为了更好地说明MAC层的操作过程，图7-4给出了数据通过MAC层时MAC层的功能。为了使图比较容易理解，该图从网络侧传输实体的角度绘制，并省略了上行传输信道RACH和C
PCH的处理过程。图中右边描述了当MAC层功能模块处理从DTCH或者DCCH逻辑信道接收到的数据分组时，MAC PDU的建立过程，MAC层功能模块如图中左边所示。在本示例中，MAC PDU由FACH传输信道承载。
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