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摘要 介紹第三代移動通信系統(tǒng)相對于第二代系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)，給出UMTS的無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)，簡述服務(wù)接入點(diǎn)和服務(wù)原語，最后論述物理層提供的服務(wù)和功能。
關(guān)鍵詞 IMT-2000 UMTS 無線接口協(xié)議 物理層
1第三代移動通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
與第二代移動通信系統(tǒng)相比，第三代系統(tǒng)有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：
�。�1）全球性：第二代系統(tǒng)是地區(qū)性的，而第三代則是全球性的，可支持全球漫游，將使用共同頻段。盡管WRC分配給IMT-2000的頻段為1885-2025MHz和2100-2200MHz，但在美國，部分頻段已用于PCS。ITU即將完成頻譜規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；
�。�2）多樣性：現(xiàn)有系統(tǒng)主要以提供話音業(yè)務(wù)為主，一般僅能提供100-200kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，GSM演進(jìn)到最高階段的速率為384kb/s。而第三代系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力將比第二代有明顯改進(jìn)，能支持話音、分組數(shù)據(jù)甚至多媒體業(yè)務(wù)，并根據(jù)需要提供帶寬。
�。�3）滿足移動性比特率可變業(yè)務(wù)的需求：在大動態(tài)范圍快速移動環(huán)境下，數(shù)據(jù)速率至少為144kb/s，在小范圍慢速移動環(huán)境下，數(shù)據(jù)速率為384kb/s，室內(nèi)環(huán)境下，數(shù)據(jù)速率至少為2.048Mb/s。
�。�4）滿足高質(zhì)量業(yè)務(wù)的需求：要求各類移動業(yè)務(wù)的質(zhì)量達(dá)到可與固定網(wǎng)相比擬的程度；
（5）頻率和資源管理靈活，系統(tǒng)開發(fā)與維護(hù)方便，并可根據(jù)需求隨時(shí)提供新業(yè)務(wù)/高級業(yè)務(wù)
（6）適用于多種應(yīng)用環(huán)境，包括宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩和衛(wèi)星移動通信；
�。�7）安全性改善，能滿足個(gè)人通信安全性要求；
�。�8）兼容性好。鑒于第二代系統(tǒng)的體制和標(biāo)準(zhǔn)不盡相同（主要是GSM和CDMA）以及第二、三代系統(tǒng)將在較長時(shí)間內(nèi)共存，ITU提出“IMT-2000家庭”概念，以便與第二代移動通信系統(tǒng)兼容。
2 UMTS無線接口協(xié)議描述
無線接口技術(shù)是第三代移動通信的關(guān)鍵技術(shù)。UMTS無線接口協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示�？煞譃槲锢韺樱↙1）、數(shù)據(jù)鏈路層（L2）和網(wǎng)絡(luò)層（L3）。數(shù)據(jù)鏈路層又分為媒體接入控制（MAC）子層、無線鏈路控制（RLC）子層、分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議（PDCP）子層和廣播/多點(diǎn)控制（BMC）子層。L3層和RLC層分為控制平面（C-plane）和用戶平面（U-plane）。PDCP和BMC只存在于用戶平面。
在控制平面上，L3分為幾個(gè)子層，其中最低層與L2層接口，并終止在UTRAN中的子層，記作無線資源控制層（RRC）。與RRC鄰接的子層，記作Duplication avoidance，終止在核心網(wǎng)（CN），是接入段的一部分，它為更高層提供接入段服務(wù)。諸如移動管理（MM）和呼叫控制（CC）的更高層信令假定屬于非接入段，因此它們不在研究范圍內(nèi)。
圖1中的每一塊分別表示一個(gè)協(xié)議體。層與層接口處的圓環(huán)表示對等通信的服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）。MAC與物理層之間的SAP提供傳輸信道。RLC與MAC之間的SAP提供邏輯信道�？刂破矫鎯�(nèi)，Duplication avoidance與L3更高子層（CC,MM）間的接口由通用控制（GC）、通知（Nt）和專用控制DC的SAP定義。
圖中還示出RRC與MAC和RRC與L1層間的控制SAP。同樣RRC與RLC間、RRC與PDCP間、RRC與BMC間也存在控制接口。這些接口使得RRC能夠?qū)Φ蛯舆M(jìn)行配置�；谏鲜瞿康�，RRC與每個(gè)更低層之間（PDCP,RLC,MAC和L1）分別定義了控制SAP。假定每個(gè)用戶裝置（UE）需要一個(gè)RLC控制SAP和一個(gè)MAC控制SAP。RLC子層提供與所用無線發(fā)射技術(shù)密切相關(guān)的自動重?fù)苷埱螅ˋRQ）功能�？刂破矫婧陀脩羝矫娴腞LC協(xié)議體是一樣的。如果Iu連接點(diǎn)不改變，CN可以請求UTRAN防止丟失數(shù)據(jù)，這是對UTRAN中RLC子層重發(fā)功能的基本要求
2.1服務(wù)接入點(diǎn)和服務(wù)原語
在服務(wù)接入點(diǎn)（SAP），每一層通過一套服務(wù)原語（operation）為其上層提供服務(wù)。
RRC層通過控制SAP(C-SAP)控制本地的低層（即不要求對等實(shí)體間的通信。）而C-SAP原語可以繞過一個(gè)或多個(gè)子層（參見圖1）。
在無線接口協(xié)議描述中，應(yīng)用下列原語命名規(guī)則：（1）相鄰層之間SAP提供的原語，以服務(wù)提供者的名字為前綴，即PHY、MAC、RLC、PDCP或UUS；（2）由應(yīng)用SAP提供的原語，以服務(wù)提供者的名字為前綴，即RRC；（3）控制SAP提供的原語，除了以服務(wù)提供者的名字為前綴外，還要加上前綴“C”，即CPHY、CMAC、CRLC或CPDCP
由上述命名法則，可導(dǎo)出下面的符號（其中
物理層（PHY）與媒體接入控制（MAC）子層間的原語（primitive）：
PHY-
物理層（PHY）與無線資源控制層（RRC）間的原語（primitive）（經(jīng)由C-SAP）：
CPHY-
媒體接入控制（MAC）子層與無線鏈路控制（RLC）子層間的原語：
MAC-
媒體接入控制（MAC）子層與無線資源控制層（RRC）間的原語（primitive）（經(jīng)由C-SAP）：
CMAC-
無線鏈路控制(RLC)子層與上層（upper layers）間的原語（primitive）、無線鏈路控制（RLC）子層與無線資源控制層（RRC）間的數(shù)據(jù)傳輸原語、無線鏈路控制子層與分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議子層間的原語：
RLC-
無線資源控制層對無線鏈路控制子層的控制原語：
CRLC-
Uu子層（stratum）上的原語（primitive）：
UUS-
分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議（PDCP）子層與非接入子層（non-access stratum）間的原語（primitive）：
PDCP-
分組數(shù)據(jù)集中協(xié)議（PDCP）子層與無線資源控制層（RRC）間的原語（primitive）（C-SAP）上：
CPDCP-
無線資源控制層（RRC）對廣播/多點(diǎn)控制（BMC）子層的控制原語（primitive）（C-SAP上
）：
CBMC-
3.物理層服務(wù)和功能
3.1物理層服務(wù)
物理層為MAC層和更高層提供信息傳輸服務(wù)。物理層傳輸服務(wù)描述數(shù)據(jù)在無線接口上的傳輸方式和特征。傳輸信道通常分為兩類：（1）共用傳輸信道，當(dāng)尋址某個(gè)特定UE時(shí)，需要采用UE常內(nèi)識別方式；（2）專用傳輸信道，UE的身份識別是由物理信道（如FDD方式下的擴(kuò)頻碼和頻率，TDD方式下的擴(kuò)頻碼）、時(shí)隙和頻率來完成的。
共用傳輸信道可詳細(xì)地分為下面幾類：（1）隨機(jī)接入信道（RACH）：只在上行鏈路存在，通過競爭機(jī)制接入，可用于初始接入、非實(shí)時(shí)專用控制（或業(yè)務(wù)）信道等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量相對較小的場合，長度受限的數(shù)據(jù)域（所允許的數(shù)據(jù)域確切位數(shù)待定），采用開環(huán)功率控制方式；（2）前向接入信道（FACH）：只在下行鏈路存在，可用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量相對較小的場合，慢速功率控制，可快速改變速率（每10ms），缺乏快速功率控制；（3）廣播信道（BCH）：僅在下行鏈路存在，固定低比特率，需要在整個(gè)小區(qū)廣播；（4）尋呼信道（PCH）：只存在于下行鏈路，支持睡眠模式規(guī)程，需要在整個(gè)小區(qū)廣播；（5）下行共享信道（DSCH）：只在下行鏈路存在，并且總是與另一信道相關(guān)聯(lián)（DCH或DSCH控制信道），慢速功率控制，當(dāng)和DCH相聯(lián)系時(shí)，也可采用快速功率控制，可在整個(gè)小區(qū)廣播；（6）DSCH的控制信道：只在下行鏈路存在，慢速功率控制，缺乏快速功率控制；（7）共用分組信道（CPCH）：只存在于FDD方式的上行鏈路中，對消息部分采用快速功率控制，可快速改變速率，沖突檢測，開環(huán)功率估計(jì)等。
專用傳輸信道可細(xì)分為下面幾類：（1）專用信道（DCH）：在上行和下行鏈路中都存在，可快速改變速率（每10ms），快速功率控制等；（2）快速上行鏈路信令信道（FAUSCH）：與FACH相配合，用于分配專用信道。UE通過FAUSCH來傳送預(yù)留請求。
FAUSCH只在上行鏈路存在；UE尋址是副刊固定好的，即每個(gè)UE對應(yīng)一個(gè)獨(dú)特的時(shí)間偏移（相對于10ms幀開始），UE從此位置開始發(fā)送上行鏈路信令碼�；臼盏胶蠹纯芍猆E需要預(yù)留一個(gè)DCH，并通過FACH告知所分配的DCH。
每個(gè)傳輸信道（FAUSCH除外，它只傳送預(yù)留的請求）的特征由其傳輸格式（用于固定速率和慢變速率數(shù)據(jù)）或傳輸格式集（用于快變速率數(shù)據(jù)）確定。傳輸格式定義為信道編碼方式、交織、位速率適配以及它們在物理信道上的映射集合。傳輸格式集一組傳輸格式，比如，一個(gè)可變速率的DCH有一個(gè)傳輸格式集（每種速率對應(yīng)一種傳輸格式），而固定速率的DCH只有一種傳輸格式。
3.2物理層功能
物理層主要完成下列功能：宏分集分離/合并和軟切換的執(zhí)行；傳輸信道睥誤碼探測及對高層的指示；傳輸信道的FEC編解碼和傳輸信道的交織去交織；傳輸信道的復(fù)用和已編碼組合傳輸信道的解復(fù)用；速率匹配；物理信道的功率加權(quán)與合并；物理信道的調(diào)制與擴(kuò)頻/解調(diào)與解擴(kuò)；頻率和時(shí)間同步（碼片同步、位同步、時(shí)隙同步和幀同步）； 對高層的測量和指示（比如FER、SIR、干擾功率和發(fā)射功率等）；閉環(huán)功率控制；射頻（RF）處理。
4結(jié)論
未來無線網(wǎng)絡(luò)將是基于移動和寬帶網(wǎng)的信息網(wǎng)絡(luò)，其發(fā)展需要解決三個(gè)問題：（1）各種電信業(yè)務(wù)的無縫隙尋址接入；（2）移動通信業(yè)務(wù)質(zhì)量受無線信道的限制；（3）實(shí)現(xiàn)智能化、多媒體和個(gè)性化的各種應(yīng)用。人們對IMT-2000的期望是，實(shí)現(xiàn)國際漫游、固定/移動無縫隙多媒體業(yè)務(wù)，使固定和移動通信系統(tǒng)融合一體。IMT-2000的一個(gè)重要概念是將接入功能從核心網(wǎng)功能中分離出來，接入網(wǎng)絡(luò)移動終端提供一個(gè)獨(dú)立于核心網(wǎng)技術(shù)的接入平臺，通過它可以接入核心網(wǎng)，并為移動終端提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。因此，對無線接口協(xié)議各層進(jìn)行研究，對實(shí)現(xiàn)第三代移動通信的目標(biāo)有重要意義。
摘自《電信快報(bào)》2001.1
