第十五部分WCDMA

1第十五章 WCDMA2一、概论第三代无线通信的全球标准IMT-2000(InternationalMobile Telecommunications-2000)主流的有：SC-TDMA(UMC-136)；MC-TDMA(EP-DECT)；MC-CDMA(CDMA2000 MC)；DS-CDMA(UTRA/WCDMA)；TDD CDMA(TD-SCDMA和UTRA TDD)。图移动通信的发展过程AMPSIS-95AIS-95B/ANSI 95cdma2000Second GenerationAdvanced WirelessVoice ServicesAdvanced WirelessData ServicesDigital Cellular TechnologyMicrocellular&Picocellular TechnologiesIntelligent BaseStation TechnologyNowThird GenerationIntegrated High QualityVoice,High Speed DataLocation ServicesGlobal RoamingAdvanced MultimediaServicesBroader BandwidthRadio ChannelsHigher FrequencySpectrum UtilizationAdvanced Speech,DataVisual Compression&Radio TransmissionSince 2001Fourth GenerationTelePresencingDistance Learning(Intelligent Agents)Knowledge-BasedNetwork OperationsUnified Service NetworksYear 2010IN CapabilitiesFirst GenerationMobile Telephone ServiceAnalog CellularTechnologyMacrocellularTechnologyPast02004006008001,0001,2001,4001,60019961998200020022004200620082010Subscribers-In MillionsGlobal WirelineGlobal WirelessGlobal Wireless(Revised)图1995-2010有线通信/无线通信的市场情况图移动通信用户的趋势1995Subscribers (Millions)02004006008001,0001,2001,4001,600200020052010Total Wireless SubscribersWireless Data Subscribers图IMT-2000标准的应用范围带来的结果：IMT-2000电信标准系列保证了不同电信标准的空中接口和网络的互用性。IMT-2000EuropeAsia/PacificNorth Americacdma2000UMTSARIB-CDMA图地域性的第三代空中接口North AmericaWideband-cdmaOneIS-136+GSM 384/EDGE UMTS/DoCoMo-WCDMAHughes Overlay B-CDMAGBTEuropeUMTS/DoCoMo-WCDMA(F2)Hybrid TDMA/CDMA(F1)GSM 384/EDGEWideband-cdmaOneOFDMW-TDMA(TDMA without spreading)ODMAAsia/PacificDoCoMo/UMTS-WCDMAWideband-cdmaOneGSM 384/EDGEETRI-CDMAChina-specific S-CDMA?Japan-Korea-China CDMA?Taiwanese WCDMA?8IMT-2000的目标为移动通信提供一个全球性的系统多种环境下的操作(车辆、步行、办公室、卫星)支持分组交换和电路交换服务支持多媒体服务期望的数据速率(144kbps,384kbps,2Mbps)9IMT-2000对终端用户设备的要求成本低重量轻低功耗/通话时间长高度的安全性同一用户ID可以使用多种服务(通过个人ID使用服务、路由和收费)国际漫游大范围的服务(固定和移动的、语音、数据和多媒体)10IMT-2000的关键架构要求.宽带无线接入数据速率：144,384,2000 kbps由2G过渡(CDMA,TDMA,GSM,PHS,etc.)移动性和固定的无线接入.宽带骨干基础设备集中了语音、数据、图像等.网络架构业务分配WIN(Wireless Intelligent Network),GSM MAP(Mobile Application Part),INAP(Intelligent Network Application Part)图3G开放式系统工艺平台PSTNSTPMessageCenterVoiceMailVoiceActivatedDialingSupport SystemsOther Cellular&PCSSystems and NetworksBillingSystemMSCLocal,Regional&National Operations CentersOTAServ.Prov.CustomerServiceData NetworksFraudMgmtData/FaxStore&ForwardStandard Air InterfacesDataIWFStandard Data InterfacesOpen Systems InnovationsBase Station InterfacesIntelligent Network Standard Network Interfaces12二、欧洲的3G系统在成对的频率段上使用WCDMA(FDD)在不成对的频率段上使用WTDMA/CDMA(TDD)ParametersSpecificationMultiple accessFDD:DS-CDMADuplex schemeFDDChip rate(Mcps)3.84Frame length(ms)10Channel codingConvolution coding(R=1/2,1/3,1/4,K=9);Turbo code of R=1/2,1/3,1/4 and k=4InterleavingInter/IntraframeData modulationFDD:UL dual channel QPSK,DL QPSKSpreading modulationFDD:UL BPSK,DL QPSKPower controlClosed loop(inner loop,and outer loop),open loop Step size:1-3 dB(UL);power cycle:1500/sDiversityRAKE in both BS and MS;antenna diversity;transmit diversityInter-BS synchronisationFDD:no accurate synchronisation neededDetectionMS&BS;pilot symbol coherent detection in UL,CPICH channel estimation in DLMultiuser detectionSupported(not at first phases)Service multiplexingVariable mixed services per connection is supportedMultirate conceptIs supported by utilising a variable spreading factor and multicodeHandoverIntra-frequency soft and softer handover are supported,inter-system and inter-frequency handover are supported 表WCDMA-FDD主要的技术指标14双模终端(UMTS和GSM)UMTS的参数被布置到UMTS-GSM的双模终端中任何工作环境下，都能保证UMTS和GSM之间的切换使用新频谱的双模能力为GSM运营商提供了很大灵活性的使用GSM来传输语音和低的速率传输使用UMTS来完成高的速率传输15UMTS总体结构包括：核心网CN(Core Network)UMTS陆地无线接入网UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)：应用了基于WCDMA的两种接入模式UTRAN/FDD(应用于 成 对 的 频 带)和 UT R AN/T DD(WTDMA/CDMA)(应用于不成对的频带)终端用户设备UE(User Equipment)。MEUSIMCuUENode BNode BNode BNode BRNCRNCIubIurUuMSC/VLRGMSCHLRSGSNGGSNPSTNInternetCircuit Switched ServicesPacket Switched ServicesIu CSIu PSEIRCNCN:Core NetworkRNC:Radio Network ControllerRNS:Radio Network SubsystemUE:User Equipment图UMTS网络结构UTRANRNSRNS17ME：移动设备USIM：智能卡，记录有用户标识Node B：转换在Uu和Iub接口之间的数据流，相当于GSM系统中的基站RNC：负责控制它辖域内的无线资源，是UTRAN提供给CN所有业务的业务接入点。根据功能不同可分为服务SRNC(Serving RNC)、漂移DRNC(Drifting RNC)和控制CRNC(Controlling RNC)之分Cu：USIM和ME间的电气接口Uu：WCDMA的无线接口，是UMTS中最重要的开放接口Iu：连接着UTRAN和CNIur：支持不同制造商的RNC间的软切换，是Iu接口的补充Iub：连接Node B和RNC18域UMTS中基本的域见图15-7。User EquipmentDomainAccessNetworkDomainCoreNetworkDomainInfrastructureDomainCuMobileEquipmentDomainUSIMDomainHomeNetworkDomainTransitNetworkDomainUuIuZuYuServingNetworkDomain图UMTS中的域和参考点 摘自UMTS 23.01 V3.0.0 Figure 1201.域的分离主要分为：用户设备域User Equipment Domain和基础设备域Infrastructure domain。用户设备是指用户用来接入UMTS服务的设备。用户设备包含接向基础设备的空中接口。基础设备是由物理节点构成的，这些节点完成空中接口要求的多种功能和支持用户的通信服务需求。基础设备是共享的资源，它为在它作用范围之内所有允许使用的终端用户提供服务。在用户设备域和基础设备域间的参考点是：Uu(UMTS空中接口)。21.用户设备域该域包含了多种带有不同级别功能性的设备类型。用户设备可以包含一个可用在不同用户设备类型中的可移动的智能卡。用户设备又可以被分为移动设备域ME(Mobile Equipment Domain)和用户服务身份模块域USIM(User Services Identity Module Domain)。ME和USIM的参考点是：Cu。22移动设备域移动设备完成无线传输和应用。移动设备又可以分为数个实体：完成无线传输以及相关功能的移动终点MT(Mobile Termination)和完成端对端应用的终端设备TE(Terminal Equipment)。23用户服务身份模块域USIM包含可以明确和安全地确定用户身份数据和规程。这些功能是嵌入到智能卡中的。24.基础设备域基础设备域被分为直接和用户设备联系的接入网络域(Access Network Domain)和核心网络域(Core Network Domain)。两者之间的参考点是：Iu。25接入网络域接入网络域由管理接入网络资源的物理实体组成，并且提供一个可以接入到核心网络的机制给用户。26核心网络域核心网络由为网络特征和电信服务提供支持的物理实体组成。提供的支持包括用户地理位置信息管理、网络特征和服务的控制、信令和用户信息的转发机制。核心网络域又被分为服务网络域(Serving Network Domain)、归属网络域(Home Network Domain)和转接网络域(Transit Network Domain)。服务网络域和归属网络域之间的参考点：Zu。服务网络域和转接网络域之间的参考点：Yu。27服务网络域服务网络域作为核心网络域的一部分，连接到提供用户接入的接入网络域。服务网络域提供从源节点到目的节点的路由和传输用户数据/信息服务。它可以和归属域相结合，为用户特殊的数据/服务提供服务；和转接域相结合，为用户提供服务。28归属网络域归属网络域体现了核心网络功能中不管用户接入点的位置，管理一个永久地理位置的功能。归属网络域至少包含了用户一些特别的数据和负责注册信息的管理。也可以处理些归属特别服务。29转接网络域转接网络域是核心网络中被定位在服务网络域和远程的对方通信路径上的部分。图 interactions between the USIM,MT/ME,Access Network,Serving Network and Home Network domains 不直接相连的域之间的直接流(direct flows)是透明传输在域间的通信链路上。31WCDMA的无线信道在WCDMA中，分配给用户的频带以及所分配频带具有的控制功能，统称为信道。包括：逻辑信道(logical channels)、传输信道(transport channels)和物理信道(physical channels)。32逻辑信道描述的是要发送的信息种类；传输信道描述的是逻辑信道如何变化的；物理信道是一个用来转发信息的无线平台；物理信道指的是Uu接口上针对不同用处而分配的不同类型的频带；传输信道承载了Uu接口上不同的信息流，基站负责将这些信息流映射到物理信道；逻辑信道并不是真正的信道，更象是网络和终端间在不同时刻要完成的不同任务。UEBSRNCLogical ChannelsTransport ChannelsPhysical Channels图信道种类和在UTRAN中所处位置34.逻辑信道 BCCH(Broadcast Control Channel)：网络用来通知UE网络状况，包括小区和相邻小区使用的码值、允许的功率电平等，为下行信道 PCCH(Paging Control Channel)：用来对UE进行寻呼，为下行信道 CCCH(Common Control Channel)：下行时，用来传输网络发送给小区中所有UE的公共信息；上行时，用来传输UE发送给网络的信息35DCCH(Dedicated Control Channel)：专用模式下，网络和UE用来交换和该连接相关的控制信息，为上下行信道DTCH(Dedicated Traffic Channel)：专门为一个用户服务的专用话务信道，为上下行信道CTCH(Common Traffic Channel)：用来发送信息给小区内所有的UE或者某个特定小组所用，仅存在于下行链路方向，为下行信道36.传输信道BCH(Broadcast Channel)：承载BCCH信道的内容，也就是小区中UTRA特殊的信息。如：随机接入码(random access codes)、接入时隙信息(access slot information)和相邻小区的相关信息，为下行信道PCH(Paging Channel)：承载寻呼信息，为下行信道FACH(Forward Access Channel)：承载给小区中确定UE的控制信息。如：RNC对UE请求接入的应答，为下行信道37DCH(Dedicated Channel)：承载专用的话务和控制信息，为上、下行信道DSCH(Downlink Shared Channel)：承载专用用户的分组业务信息，一条信道可以被多个用户共享，为下行信道RACH(Random Access Channel)：承载UE发给UTRAN的控制信息。如连接建立请求，为上行信道CPCH(Common Packet Channel)：传输分组数据的公共信道，为上行信道其中，除DSCH是可选之外，其他所有信道都是必需的。BCCHPCCHCTCHCCCHDCCHDTCHBCHPCHFACHDCHDSCHP-CCPCHS-CCPCHDPDCHDPCCHPDSCHTransport ChannelsPhysical ChannelsLogical Channels图逻辑信道、传输信道和物理信道在下行方向的映射关系CCCHDTCHDCCHRACHDCHCPCHPRACHDPDCHDPCCHPCPCHLogical ChannelTransport ChannelPhysical Channel图逻辑信道、传输信道和物理信道在上行方向的映射关系40.物理信道物理信道用于UE和基站之间。P-CCPCH(Primary Common Control Physical Channel)在下行方向，承载BCH。特点：使用固定的信道化码，便于小区范围内的所有终端都能够正确解调它的内容为了保证高的发送功率，使用30kbps的低速率扩频因子为25641S-CCPCH(Secondary Common Control Physical Channel)承载PCH和FACH两条传输信道。特点：每个小区至少有一条S-CCPCHS-CCPCH的配置灵活多样，如插入导频符号与否为提高系统性能，可将PCH信息和FACH复用到之上，同时将相关的PCH的寻呼标识置于PICH(Paging Indicator Channel)信道上传输42DPDCH(Dedicated Physical Data Channel)承载DCH信道(专用的用户业务)。特点：可以承载多个呼叫/连接成对地分配给一个连接：一条用来转发控制信息，另一条用来转发当前业务43DPCCH(Dedicated Physical Control Channel)承载DCH信道，与DPDCH时间复用在下行链路上(如DPDCH承载用户信息，DPCCH承载功率控制信息)。特点：在上行链路上，DPDCH和DPCCH分别在I/Q支路上调制，如果DPDCH空闲，没有特殊的电磁干扰信号产生。44PDSCH(Physical Dedicated Shared Channel)承载DSCH信道。下行的DCH信道会提示UE是否需要对PDSCH信道上额外的用户信息解码。45PCPCH(Physical(uplink)Common Channel)承载CPCH信道。当UE要发送分组而RACH信道容量不足时，UE将使用CPCH。46PRACH(Physical RACH)承载与随机接入流程相关的所有信息。47SCH(Synchronisation Channel)为小区覆盖范围内的UE提供小区搜索信息，由P-SCH(Primary SCH)和S-SCH(Secondary SCH)组成。特点：P-SCH的帧使用了固定的256个码片的信道化码(channalisation code)，该码的值在系统内的所有小区中是唯一的UE完成对P-SCH的解码后，即完成了与系统的帧同步以及时间同步，也了解了小区内可以使用的扰码组48CPICH(Common Pilot Channel)是一条非调制码信道，并经过了小区专用码加扰。被用于专用信道估计：在涉及公共信道时，提供信道估计参考。通常一个小区只有一条CPICH，有时可以有两条，分别被称为P-CPICH和S-CPICH。UE通过CPICH的电平高低来选择适当小区。导频信号类似于GSM系统中的训练序列。49CSICH(CPCH Indication Channel)系统用来通知UE CPCH的配置等50CD-ICH(CPCH Collision Detection Indicator Channel)和CA-ICH(CPCH Channel Assignment Indicator Channel)用来避免两个UE间发生冲突。P-CCPCHS-CCPCHDPDCHDPCCHPDSCHPCPCHPRACHAICHP-SCHS-SCHCSICHCPICHPICHCD/CA-ICH图WCDMA系统中的物理信道52WCDMA帧结构每个帧由15个时隙组成，每个占2/3ms，帧长10ms。一个WCDMA帧可处理一个时隙包含chipss3840038400001010.0chipsslotschips2560153840053WCDMA中，chip：在用来扩频的码中出现的信息位symbol：用户数据流在经过调制之后是以symbol流的形式被发射到空中接口spreading factor：指的是一个空中接口上的symbol使用了的chip的数量，通常记为K=2k，k=0,1,8如：k=6，意味着在上行链路1 symbol使用了64 chips。SFN：System Frame Number，用于UTRAN中同步和BCCH上信息传送的定时图symbol,chipPilotTFCI FBI TPCDATADPCCHDPDCHDATA1TPCTFCIPilotDATA2DPDCHDPDCHDPCCH DPCCHDPCCHTime slot0.667ms=2560 chips(a)上行链路专用物理信道帧结构(b)下行链路专用物理信道帧结构图 专用物理信道帧结构56TFCI：Transport Format Combination Indicator，用来通知接收方复用在上行的DPDCH上的不同传输信道的瞬时参数，可选的TPC：Transmit Power Control，用来指示发射电平的调整FBI：Feedback Information，UE用来向UTRAN反馈闭环操作模式下发送分集的信息 57扩频与调制.扰乱(scrambling)目的：用来区分不同的UE和BS。发生在扩频之后，不会影响信号带宽。利用扰码，可以区分使用相同码字来扩频的数个发射机。Channalisation codeScrambling codeDATABit rateChip rateChip rate图扩频和扰乱之间的关系59.信道化码作用：上行链路上：区分一个用户的不同的服务下行链路上：区分一个扇区内的不同用户基于OVSF(Orthogonal Variable Spreading Factor)技术，从一颗码树中选取使用。60OVSFOVSF技术可以改变扩频因子和保持不同长度的不同扩频码之间的正交性。使用可变扩频因子时，码树的使用使得可以用最小的扩频因子进行解扩，方法是使用的信道化码是来自最小解扩因子码指示的分支。图信道化码码树的起始端62单一用户信号化码的限制原则：一条物理信道要使用码树上的某个码，必须先确认使用同一码树的其他要被传送的物理信道没有使用该码以下分支的所有码。信道化码扰码用途上行：区分来自同一终端的物理数据信道DPDCH和控制信道DPCCH下行：区分小区中不同用户的下行连接上行：区分不同的终端下行：区分不同的扇区(小区)长度4256chips(1.066.7s)，下行链路上还有512chips上行(1)10ms=38400chips或(2)66.7 s=25 chips码数一个扰码下的码数=扩频因子上行：数百万下行：512码系列OVSF长10ms码：Gold码短码：扩展的S(2)码扩频是，增加了传输带宽否，不影响传输带宽表扰码和信道化码的功能与特点64.上行链路调制和扩频调制目的尽可能地使终端放大器的发挥最大功效使来自终端间断发射造成的可闻干扰最小采用的解决办法尽可能降低终端传输的峰均值比使用I/Q码复用两条物理专用信道，导频和功率控制信令分别传输在一条单独的连续信道上，消除了间断发射；只有当DPDCH在传输或断开时才会产生脉冲信号图数据有(无)时DPDCH和DPCCH的并行传输66扩频原则：相同的扩频码不能被其他任何信道或支路使用。上行链路的扩频因子可以逐帧改变。67扰码长扰码特点：Gold码；由25阶生成多项式产生，被截短成10ms的帧，38400chips；用于基站使用了RAKE接收机时短扰码扩展S(2)码；256chips68复数扰码序列由两个实数码c1和c2按以下抽取(decimation)原则生成c扰c1(w0+jc2(2k)w1)，k=0,1,2 式中，w0和w1分别为码序列1 1和1-1，第二个码的抽取因子(decimation factor)为2(输入速率/输出速率=2)。DPCCH和DPDCH之间的相对增益因子图使用复数扰码的I-Q码复用70.下行链路调制和扩频调制使用了时分QPSK。扩频多个用户共享单一扰码序列下的码树，基站的一个扇区使用一个扰码(一棵码树)，公共信道和专用信道共享相同的码资源。专用信道的扩频因子不逐帧变化。71扰码不使用短码，只使用长码，Gold码码周期为10ms为了避免小区搜寻过程太长，下行链路的主扰码序列集合限制为512个下行链路的辅扰码序列用于整个小区中除了需要被监听的/在初始注册之前公共信道之外的信道72SCH的扩频和调制不使用主扰码(UE必须先和小区同步才能了解下行链路的扰码)主SCH使用256码片的码字，所有小区使用相同码字主SCH码字不需要调制发送码字由更短的16码片序列构成辅SCH码字与主SCH码字相似，只是不同的基站使用不同的，总共有16个序列可用该16个序列用来生成64个用来识别基站的码字辅SCH码字不用加扰发送73空中接口协议.概述物理层数据链路层MACRLC网络层图UTRA FDD空中接口协议架构物理层通过传输信道向MAC层提供服务MAC层通过逻辑信道向RLC层提供服务RLC通过服务接入点向高层提供服务PDCP提要提供首部压缩服务BMC在空中接口上传递小区广播中心发起的消息空中接口上发送的所有的高层信令被封装在RRC消息中75.MAC层在MAC层，逻辑信道被映射到传输信道；MAC也可以根据逻辑信道提供的瞬时速率负责为每条传输信道选择合适的传输格式。76MAC层架构MAC-b：处理BCH。每台UE中和每个小区中的Node B处均有一个MAC-b实体MAC-c/sh：处理公共信道和共享信道，PCH,FACH,RACH,CPCH,DSCH。使用共享信道的每台UE和每个小区的控制RNC处均有一个MAC-c/sh实体MAC-d：负责处理连接模式下分配给UE的专用信道。每台UE和每个小区的服务RNC处均有一个MAC-d实体图MAC层架构78MAC层功能逻辑信道和传输信道间的映射根据瞬时速率为每条传输信道从Transport Format Combination Set中选择合适的传输格式对同一UE不同数据流的优先级处理通过动态地调度对不同UE间的优先级处理在公共传输信道上将高层PDU复用为传输块，送往物理层的；或者将来自物理层的传输块去复用为高层PDU在专用传输信道上将高层PDU复用到送往物理层的传输块集；或者将来自物理层的传输块集去复用为高层PDU话务量监控动态传输信道类型转换加密为RACH发送进行接入服务级别ACS(Access Service Class Selection)选择图UTRAN中的MAC实体(图左边)和将来自DCCH或DTCH 的数据映射到FACH时MAC PDU的形成过程(图右边)来自DCCH/DTCH的数据分组在MAC层触发传输信道类型选择，这里是FACH传输信道被选择了复用时加上C/T(Control/Traffic)用来指出 数 据的源逻辑信道，共4bits，允许每条传输信 道 上最多存在15条逻辑信道Iur接口的速率控制，用来限制MAC-d和MAC-c/sh间的缓存MAC-c/sh实体添加UE标识和UE标识类型，然 后 再 添 加 T C T F MUX(Target Channel Type Field Multiplexing)用来区分映射到传输信道的逻辑信道类型80.RLC协议RLC协议为用户和控制数据提供分段和重发服务。在控制平面，RLC提供的服务被称为信令无线连接SRB(Signalling Radio Bearer)；在用户平面，RLC提供的服务被称为无线连接RB(Radio Bearer)。三种工作模式：透明(Transparent)、非确认(Unacknowledge)、确认(Acknowledge)81RLC层架构透明模式下，出错的PDU将被直接丢弃或者被做上记号；通常情况下是不进行分段操作的，如果需要分段的话，必须在无线连接的建立期进行协商非确认模式下，没有使用重发的协议，数据的交付是不受保障的，接收到的错误数据要不被丢弃或被做上记号确认模式下，使用了ARQ机制。在RLC不能正确交付的情况下，将通知高层并丢弃RLC SDU。并且通过Move Receiving Windows指令通知它的对等实体，因此接收方将丢弃所有的已接收到的同组的AMD PDU(Acknowledge Mode Data PDU)。另外，该模式下一个RLC实体可以使用梢带指明链路状况。图RLC层架构单向双向83RLC功能分段和重组串联填充用户数据传输纠错高层PDU的按序交付副本检测流量控制序号检测(非确认模式)协议检错和恢复加密暂停/恢复数据传输图RLC实体的AMD PDU生成图含12位的PDU序号SN、轮询位P，以及发生了串联、填充或梢带时的7位或15位长度指示符85.RRC(Radio Resource Control)协议处理UE和UTRAN之间的大部分控制信令RRC消息承载用来建立、修改和释放物理层和数据链路层实体的所有参数RRC消息承载所有的高层信令 UE的移动性(测量、切换、小区更新等)也由控制RRC信令86RRC层架构DCFE(Dedicated Control Function Entity)在SRNC中，每个UE都有一个DCFE实体通过RRC连接和该RNC相连。它处理给某一UE的所有信令。PNFE(Paging and Notification control Function Entity)处理idle模式下对UE的寻呼。在每个控制小区的RNC中至少有一个PNFE。通常PNFE是通过RLC的Tr-SAP来使用PCCH的。特殊情况下，也可以使用UM-SAP。BCFE(Broadcast Control Function Entity)处理广播的系统信息。每个小区的RNC中至少有一个BCFE。通常BCFE通过Tr-SAP使用BCCH或FACH。特殊情况下，也可以使用UM-SAP。RFE(Routing Function Entity)为发往不同MM/CM实体或不同核心网络域的高层信息提供合适的路由。87RRC服务状态idle模式：开机后，UE选择PLMN，再选择合适的小区，锁定到信标信道connected模式：根据使用的信道类型，又可分为不同的服务状态当RRC连接释放或中断后，UE将从connected模式进入idle模式。88CELL_DCH状态UE使用一条专用物理信道。UE不断地接收、测量来自RNC的控制信息，并发送相应的测量报告。也可能使用到DSCH信道，而且某些UE可以监控FACH的系统信息消息。CELL_FACH状态UE不使用专用物理信道，使用RACH和FACH信道发送信令消息和少量的用户数据。小区重选发生在该状态。重选后，通过发送Cell Update消息向RNC报告当前的地理位置。若被选中的小区属于另一个无线网络(如GPRS)的话，UE将转到idle状态并接入那个系统。另外，BCH和CPCH信道也可能被使用到。89CELL_PCH状态只有通过PCH可以联系到UE，使用了DRX技术对PCH进行监听。同时，UE也要监听BCH的系统信息。如果发生了小区重选，UE将进入CELL_FACH状态执行Cell Update流程。在Cell Update过程中，如果没有别的行为发生的话，UE又将回到CELL_PCH状态。若被选中的小区属于另一个无线网络的话，UE将转到idle状态并接入那个系统。90URA_PCH状态与CELL_PCH状态类似，不过在小区重选后没有Cell Update过程，而是从广播信道读取URA(UTRAN Area)身份代码。只有在小区重选后URA发生了变化UE才通过URA Update流程向SRNC报告新的地理位置。一般一个URA包含几个小区。图UE的模式和连接模式下RRC的状态Establish RRC connectionRelease RRC connection92RRC功能和信令流程广播和接入层及非接入层相关的系统信息寻呼在idle模式下发起小区选择和重选在UE和UTRAN间建立、维持和释放RRC连接无线连接、传输信道和物理信道的控制安全性功能控制(加密和完整性保护)93信令消息的完整性保护UE的测量报告和报告控制RRC连接的移动性SRNS转移(SRNS relocation)支持下行链路UE的外环功率控制支持开环功率控制小区广播服务UE定位服务图UMTS transaction的基本模式PagingRRC Connection SetupTransaction reasoningAuthentication and securityTransaction Setup and Radio Access Bearer AllocationTransactionTransaction Clearing and Radio Access Bearer ReleaseRRC Connection Release属于Mobility Management范畴，网络用来对用户进行寻找的阶段。包含了在UE和RAN之间建 立 R R C 连 接 所 需 的activities和消息流的阶段。UE告诉CN请求何种transaction(发起呼叫、发起切换等)的阶段。UMTS用户和网络间的相互鉴权，并激活接入网络所需的、必要的安全机制的阶段。为transaction分配当前的通信资源阶段。Transaction的进行阶段。释放与Transaction相关网络资源的阶段。用于UE和接入网络间RRC连接相关机制的释放阶段。95切换只发生在Cell_DCH状态。Intra-frequency HandoversInter-system Handovers Between GSM and WCDMAInter-frequency Handovers within WCDMA96.UE的测量32 intra frequency FDD小区(包括活动集)32 inter frequency FDD小区被分配了额外最多2个FDD载波的FDD小区根据UE的能力，被分配了最多3个TDD小区根据UE的能力，被分配了最多32个GSM载波的32个GSM小区根据UE的能力，在IPDL(Idle Periods in Downlink)间隙监控最多16个FDD小区97.Intra-frequency Handovers切换算法活动集(Active Set)：活动集中的小区能够为UE提供软切换连接邻集/被监控集(Neighbour Set/Monitored Set)：邻集或被监控集是UE一直在进行测量的小区，这些小区的导频Ec/I0强度不足以使得它们加入到活动集中98在时间T内，且活动集未饱和的话，若某小区Pilot_Ec/I0Best_Pilot_Ec/I0Reporting_range+Hysteresis_event1A，则将该小区加入到活动集。这次事件叫做Event 1A或无线链路增加(Radio Link Addition)在 时 间 T 内，如 果 存 在 某 小 区 的Pilot_Ec/I0Worst_Old_Pilot_Ec/I0+Hysteresis_event1C，那么活动集中最弱的小区将被最强的候选小区所替代。这次事件叫做Event 1C或联合的无线链路增加和去除(Combined Radio Link Addition and Removal)。99其中，Reporting_range是软切换门限值Hysteresis_event1A是增加滞后值Hysteresis_event1B是去除滞后值Hysteresis_event1C是替代滞后值Reporting_rangeHysteresis_event1A也被称为Window_addReporting_range+Hysteresis_event1B也被称为Window_dropT是触发时间Best_Pilot_Ec/I0是活动集中测量到的最强小区Worst_Old_Pilot_Ec/I0是活动集中测量到的最弱小区Best_Candidate_Pilot_Ec/I0是被监控集中测量到的最强小区Pilot_Ec/I0是被测量和筛选的值图WCDMA软切换算法的一般方案101切换测量UE与系统同步UE对相邻小区BCH信道上传输的SFN解码UE向RNC报告切换测量RNC要求UE更新活动集图Intra-frequency Handover测量过程UE通过匹配滤波器对所有收到的信号峰值进行测量。小区识别过程时间由以下因素决定：多径传播的径数UE检测范围内的小区数目已经发现的小区数目相邻小区列表的长短在每200ms之内，UE报告一个已经识别了的小区的测量结果在每800ms之内UE报告一个相邻新小区(被测量集中)的测量结果(被发现的条件：CPICH_Ec/I0-20dB和SCH_Ec/I0-20dB)在每30s之内相邻小区之外的一个新小区(被测量集中)的测量结果103软切换链路增益软切换的增益类型：宏分集增益：对抗慢衰落和信号强度的突然减弱微分集增益：对抗快衰落下行链路负荷共享：软切换的UE同时接收到X(X1)个Node B的信号，意味着对UE的最大发射功率乘了因子X104网络容量增益由软切换带来的潜在容量增益由三个要素决定软切换开销软切换链路增益应用的功率控制算法(包括卷积功率控制和站点选择分集发射SSDT(Site Selection Diversity Transmission)方案)105软切换开销公共矩阵，经常用来量化网络中的软切换活动。式中，为软切换开销，N为活动集的大小，Pn为UE将发生的n路径(n为与UE相连的Node B的数目)软切换的平均概率。11NnnnP图软切换开销107.Inter-system Handovers Between WCDMA and GSM一般是发生在为了解决覆盖和均衡负荷时。GSMWCDMA可以避免GSM网络的负荷过重WCDMAGSM可以解决WCDMA的覆盖问题GSMGSMGSMGSMGSMGSMWCDMAWCDMAWCDMA图Inter-system Handovers between WCDMA and GSM图Inter-system Handover流程110.Inter-frequency Handovers within WCDMA基于多数WCDMA运营商有一个以上的FDD频段。图-WCDMA网络中多个频段的布置方式图Inter-frequency Handovers流程UE通过匹配滤波器对所有收到的信号峰值进行测量。小区识别过程时间由以下因素决定：多径传播的径数UE检测范围内的小区数目已经发现的小区数目相邻小区列表的长短在使用压缩模式过程中周期性报告仅仅在需要时开始测量，使用了压缩模式WCDMA Inter-frequency在使用压缩模式过程中周期性报告仅仅在需要时开始测量，使用了压缩模式WCDMAGSMInter-system保证正常的移动性解决覆盖问题均衡负荷服务类型均衡负荷Event-triggered reporting一 直 使 用 匹 配滤波器测量WCDMA Intra-frequency典型的切换理由UE发到RNC的典型测量切换报告切换测量切换类型表WCDMA切换类型图切换示意图115三、HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access)可以提供高达10Mbps的下行速率，满足人们对多媒体业务日益增长的需要。主要技术有：基于短帧的快速和复杂的信道控制机制自适应调制和编码技术AMR(Adaptive Modulation and Coding)HARQ(Hybrid ARQ)分组的快速调度图HSDPA的基本工作原理和相关信道117HSDPA物理层HS-DSCH在下行链路上承载用户数据。在使用16QAM时的峰值可以达到10MbpsHS-SCCH承载物理层必要的控制信息，用于对HS-DSCH上的数据解码；在需要重传错误分组的情况下，在HS-DSCH信道上进行物理层重传Uplink HS-DPCCH承载上行链路中必要的控制信息，即ARQ的确认(肯定的和否定的)和下行链路质量反馈信息图网络中Release 99和Release 5中HSDPA重传控制119.HS-DSCH特点：传输时间间隔TTI(Transmission Time Interval，又名子帧)为2ms(3 slots)，缩短了UE和Node B之间的传输时间调制方式为16QAMHARQ不变的扩频因子，16根据UE的能力(5个、10个和15个)和网络负荷以及QoS的要求，可分配多达15个并行码给用户进行多码传输图两用户的时间和码字复用121HARQ特点：在Release 99中，重传是在RLC层完成的在HSDPA中，HARQ重传缓存的位置是靠近物理层的，在新的MAC-hs实体中ARQ合并是基于CC(Chase Combining)技术和IR(Incremental Redundancy)技术如果接收到的数据有错的话，直接将它置入缓存中；等接收到正确的数据后，再将新旧数据合并图HSDPA协议栈MAC-hs:MAC high speed123.HS-SCCH承载了用来对HS-DSCH信道解码的必要信息。HS-SCCH块由3个时隙构成，分为两部分：第一部分：第一个时隙，承载了需要及时开始解调过程的时间信息。包括：解频码、使用的是QPSK还是16QAM第二部分：后两个时隙，包含了检查HS-SCCH信息正确性的CRC和HARQ处理信息。包括：冗余度的版本(CC还是IR)；ARQ处理的数据所属的ARQ序号；当前分组是第一次发送还是重发HS-SCCH使用速率为1/2的卷积编码对两部分分别编码。124.Uplink HS-DPCCH用来承载上行的、决定是否进行物理层重发的ACK/NACK和Node B中调度器使用的服务质量反馈信息。ACK/NACKCQI Feedback图Uplink HS-DPCCH结构图反映了CRC检测的结果Downlink Channel Quality Indicator：指出了估测的传输块大小、调制类型、下行方向正确接收到的平行码数量126.HSDPA物理层工作流程Node B中的调度器对不同用户的信道条件进行评估：每个用户的缓存中未处理的数据、某个用户的最后一次服务花费的时间、未处理的用户重发数据等一旦决定了为UE提供一个TTI，Node B必须确定必要的HS-DSCH参数，如能否使用16QAM、终端能力的极限等在发送相应的TTI之前，Node B提前两个时隙发送HS-SCCH将必要的参数通知UEUE通过网络监控给定的HS-SCCH，一旦将对应的HS-SCCH的第一部分解码后，就立即对HS-SCCH剩下的部分解码和将来自HS-DSCH必要的码字进行缓存对HS-SCCH的第二部分解码后，UE就知道数据所属的ARQ序号；以及是否需要和已在缓存中的数据合并UE根据CRC对HS-DSCH数据检测的结果，在上行链路上发送ACK/NACK指示符如果网络要使用连续的TTI继续向同一UE发送数据的话，UE将继续停留在刚利用的HS-SCCH上图不同信道间发射时间上的关系图上行DPCH和HS-SCCH在时间上的关系129HSDPA终端能力和可能的速率分为12类支持速率：0.914.4Mbps类别HS-DSCH平行码的最大数目最小的TTI间间隔每个TTI传输信道比特数最大数据速率时ARQ的种类可达到的最大数据速率(Mbps)1537298CC1.22537298IR1.23527298 CC1.84527298IR1.85517298CC3.66517298IR3.6710114411CC7.2810114411IR7.2915120251CC10.21015127952IR14.411523630CC0.912513630CC1.8表HSDPA终端能力分类131HSDPA移动性HSDPA用户移动性流程受服务HS-DSCH小区(Serving HS-DSCH cell)影响UTRAN确定了UE的服务HS-DSCH小区132.最佳服务HS-DSCH小区的测量事件测量事件1d(Event 1d)：寻找最佳服务HS-DSCH小区的测量将对候选小区P-CPICH的Ec/I0的测量报告或者在P-CPICH上收到的信号码字功率(RSCP,Received Signal Code Power)的测量报告送交给SRNC图Best Serving HS-DSCH cell measurement134.同一Node B的HS-DSCH间的切换SRNC发送同步无线链路重配置准备消息给Node B，同时也发送无线资源控制物理信道重配置消息给用户。源小区停止发送信息给用户，目标小区的MAC-hs分组调度器开始发控制给用户；终端开始监听目标小区的HS-DSCH信道。图同一Node B下的HS-DSCH间切换136.不同Node B的HS-DSCH间的切换SRNC发送同步无线链路重配置准备消息给DRNC和管理目标小区的Node B，同时也发送无线资源控制物理信道重配置消息给用户。更换小区完成，源小区中用户的MAC-sh重启；目标小区中的MAC-sh向SRNC的MAC-d请求PDU，开始在HS-DSCH上发送数据。图不同Node B的HS-DSCH间的切换138.HS-DSCH到DCH的切换发生在用户从提供HSDPA服务的小区移动到无HSDPA服务的小区。SRNC发送同步无线链路重配置准备消息给有关的Node B，同时也发送无线资源控制物理信道重配置消息给用户。这种切换也会造成源小区中用户的MAC-sh重启。图HS-DSCH到DCH的切换