UTRAN网络结构及接口协议
UTRAN概述
UTRAN概述一、UTRAN网络结构 二、UTRAN接口及协议 三、UTRAN关键技术 四、UTRAN无线资源管理樊自甫 重庆邮电大学 下一代网络(NGN)应用技术研究所 E-mail:fanzifu@一、UTRAN网络结构UMTS网络功能 UEUMTS GSM/GPRS Dual mode handsetCircuit Core PSTN NetworkIu-CSUTRANUSIMME Cu Uu Iu-PSPacket core Network IP networkUSIM域移动台 设备域接入网域核心网（CN）域 2用户终端域网络域核心网功能呼叫建立 移动性管理（用户位 置的管理） 用户数据库的管理 提供业务支持 外部网络的互联UTRANCircuit Core Network3G MSC/VLR/TC GMSCPSTNIu-CS Iu-PS3G SGSN GPRS backboneHLRIP Network 3G GGSN 3UuUTRAN功能UTRAN通信功能用户数据传输（业务和多呼叫） 全系统访问控制（由RNC实现） 移动性管理 无线资源管理控制 广播和多播业务管理4UTRAN功能实体UTRAN网元（NE）和接口每个RNS由一个无线网络控制器（RNC）和几个通过Iub 接口连接的Node-B组成 两个RNC之间通过Iur接口连接 RNS通过Iu CS和Iu PS接口连接到CNNode B RNS Node B Iub Iu-PS Iub Node B RNC Iub Iur IP Network5RNCCircuit Core Network Iu-CSUEUuRNSRNC和Node-B的功能UTRANNode BIubRNSIuRNC通过对无线资源的分配和释 放来完成UE与UTRAN之间 的连接Node BIubIurRNCIu区域内无线资源控制 UE连接控制 CN的业务访问点(SAP)UEUuIubRNC Node B RNSNode B无线传输6NodeB功能Node BNode B是WCDMA系统的基站（即无线收发信机） 通过标准的Iub接口和RNC互连，主要完成Uu接口 物理层协议的处理 主要功能：扩频、调制、信道编码及解扩、解调、 信道解码，基带信号和射频信号的相互转换等7RNC功能RNC是无线网络控制器，主要完成连接建立 和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理 控制等功能。
4G E-UTRA总体架构
1E-UTRAN总体结构E-UTRAN的总体结构如下图所示，由一组eNoBeB组成，为UE提供用户平面（User Plane）协议和控制平面（Control Plan）协议。
用户平面包括PDCP、RLC、MAC、PHY各层协议；控制平面包括RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY各层协议。
eNB通过X2接口相互连接；eNB通过S1接口和EPC (Evolved Packet Core)核心网络相连接，其中，S1-MME是eNB和MME (Mobility Management Entity) 之间的接口，而S1-U 是eNB和S-GW （Serving Gateway）之间的接口。
S1接口支持多个MME/多个S-GW和多个eNB之间的多对多的互联互通。
E-UTRAN1.1功能界面Functional Split基站eNodeB的功能包括：RRM（Radio Resource Manegement）功能：无线承载控制Radio Bearer Control、无线准入控制Radio Admission Control、连接移动性控制Connection Mobility Control、上下行链路动态资源分配控制Dynamicallocation of resources to UEs in both uplink and downlink (scheduling)，等等。
IP包头压缩和用户数据流加密。
UE附着过程中选择MME（UE未储存MME信息）。
将用户平面数据路由到S-GW。
调度和传输寻呼消息（由MME发出）。
调度和传输广播信息（由MME或者O&M发出）。
执行测量，并负责测量报告配置。
调度和传输PWS消息（包括ETWS和CMAS消息，由MME发出）。
CSG（Closed Subscriber Group）处理。
在上行链路为传输层的分组包做标记。
在没有UE移动性的情况下对S-GW重定位。
LTE网络架构和协议栈
LTE网络架构和协议栈随着移动通信技术的不断发展，LTE（Long Term Evolution）成为4G移动通信的主流技术。
LTE网络架构和协议栈是构建LTE系统的核心组成部分，下面将对LTE网络架构和协议栈进行详细介绍。
一、LTE网络架构LTE网络架构由两部分组成：E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）和EPC（Evolved Packet Core）。
1. E-UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network）E-UTRAN是LTE系统的无线接入网络，包括基站和与之相连的核心网。
基站被称为eNodeB，负责无线信号的传输和接收。
eNodeB通过X2接口相连，用于基站之间的信号传输和协同。
与核心网的连接通过S1接口实现，包括控制面和用户面的传输。
2. EPC（Evolved Packet Core）EPC是LTE系统的核心网络，负责用户数据的传输和控制信息的处理。
EPC由三个主要组成部分构成：MME（Mobility Management Entity）、SGW（Serving Gateway）和PGW（Packet Data Network Gateway）。
MME负责移动性管理和控制平面的处理；SGW负责用户数据的传输；PGW连接到外部数据网络，负责数据分组的处理和路由。
二、LTE协议栈LTE协议栈由各种协议组成，实现系统中不同层次之间的通信和控制。
LTE协议栈按照OSI（Open Systems Interconnection）参考模型分为七层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
1. 物理层物理层负责数据的传输和调制解调。
LTE使用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术进行信号的调制和解调，以提高传输效率和抗干扰性能。
第9章 E-UTRAN接口与功能 ppt课件
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9.2 S1接口及协议栈
9.2.1 S1接口用户平面 S1接口用户平面（即S1-UP）的协议栈如图9-3所示，与3G Iu接口用户平面协议 结构非常类似。
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9.2.1 S1接口用户平面
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9.3.6 负载均衡
负载均衡（Load Balancing，LB）功能（如图9-5所示）用于处理多个小区间不 均衡的业务量，通过均衡小区之间的业务量分配，提高无线资源的利用率，将正在 进行中会话的QoS保持在一个合理的水平，降低掉话率。
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9.3.6 负载均衡
1．重复覆盖小区间的负载均衡 在实现上，使用不同载波或者属于不同无线接入技术但是覆盖相同地理区域的 重复覆盖小区可以由不同的eNB进行管理。 2．相邻小区间的负载均衡 由于UE的移动性，UE可以驻留在任意一个小区并切换到最优的小区。
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9.3.5 小区间干扰协调
小区间干扰协调（Inter-cell Interference Coordination，ICIC）功能是指通过对 无线资源进行管理，从而将小区之间的干扰水平保持在可控的状态下，尤其是在 小区边界地带，需要对无线资源做些特殊的管理，以满足LTE系统小区边缘用户业 务质量的提升需求。
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9.3.3 连接移动性控制
连接移动性控制（Connection Mobility Control，CMC）功能用于对空闲模式以及 连接模式下的无线资源进行管理。在空闲模式下，为小区重选算法提供一系列参数 （如门限值、滞后量等）以确定最好小区，使得UE能够选择新的服务小区，还提供 用于配置UE测量控制以及测量报告的E-UTRAN广播参数。
UTRAN无线接口协议分析与研究
பைடு நூலகம்
物理层 （ Ｌ １ ） 、 数据链路层（ １ ２） 以及 网络层 （ Ｌ ３ ） ， 其 中Ｉ ３层 又可分为两个平面 ， 即控制平面和用户平面 ， 据此着重对每 一 层 中业务 和各 个层 中主要协议 的功能进行 详细的描 述 ， 例如 ＭＡ Ｃ协议 、 Ｒ Ｌ Ｃ协议 等， 同时对上述典型信道部 分协议 的终
ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｗ ｏ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ｓ ：ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ｅ ｒ ｐ ｌ ｎｅ ａ ．Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｓ ，ｉ ｔ ｆ ｏ ｃ ｕ ｓ ｅ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｏ ｆ ｅ ｖ ｅ ｒ ｙ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｎｄ ａ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｎ ｃ —
ｌ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ＵＴＲＡＮ Ｒａ ｄ ｉ ｏ Ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｐｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ
Ｆ Ａ Ｎ Ｚ ｈ ａ ｏ － ｌ ｏ ｎ ｇ ，ＸＵ Ｚ ｉ — ｐ ｉ ｎ ｇ，Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｕ ｎ — ｆ ｅ ｎ ｇ （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｐ Ｌ Ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆ ｏ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ０ ７， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
UTRAN和CDMA 2000无线接入网体系结构总结
UTRAN和CDMA 2000无线接入网体系结构研究姓名：摘要：UTRAN 是一种全新的接入网，是UMTS 最重要的一种接入方式，适用范围最广，其由NODE B和无线网络控制器（RNC）构成。
另外，UTRAN分为无线不相关和无线相关两部分，前者完成与CN 的接口，实现向用户提供QOS 保证的信息处理和传送以及用户和网络控制信息的处理和传送；无线相关部分处理与UE 的无线接入(用户信息传送、无线信道控制、资源管理等)。
CDMA2000是以1.25MHz带宽为基础。
1X使用一个载波，3X使用三个载波，以此类推。
其较大的技术进步包括：反向导频，反向相干解调；前向快速功率控制，传输发射分集（OTD）。
关键字：UTRAN体系结构；CDMA2000；无线网络Abstract：UTRAN is a new access network, is the most important one UMTS access mode, the widest scope, which is composed of NODE B and Radio Network Controller (RNC).Besides,UTRAN is divided into wireless and wireless-related two unrelated parts,wireless completed the interface with the CN，provide information processing and transmission as well as user and network control information to a user processing and transmission for QOS guarantee,wireless relevant part treat with the UE radio access (user information transfer, radio channel control, resource management, etc.) CDMA2000 is a 1.25MHz bandwidth basis. 1X using a carrier, 3X using three carriers, and so on. Great technological advances include: Reverse pilot, reverse coherent demodulation; forward fast power control, transmission transmit diversity (OTD).keywords:UTRAN architecture; CDMA2000; Wi-Fi一、UTRAN体系结构研究1 UTRAN概述UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network - UMTS 陆地无线接入网。
UTRAN接口协议和功能
第1章 UTRAN接口协议和功能1.1 概述图1-1UTRAN接口如图1-1所示，UMTS系统中UTRAN接口包括Iub/Iur/Iu/Uu接口，接口连接的网元如表1-1所示：表1-1UTRAN接口Iub/Iur/Iu/Uu都为标准的接口，可以连接不同设备供应商提供的设备。
一般将Iub/Iur/Iu接口统称为UTRAN地面接口。
根据RNC连接的CN设备的不同，Iu接口又可以分Iu-CS接口、Iu-PS接口和Iu-BC，其中Iu-CS为RNC和MSC之间的接口，Iu-PS为RNC和SGSN之间的接口，Iu-BC为RNC和CBC之间的接口。
1.2 Uu接口1.2.1 Uu协议结构Uu接口为UE（User Equipment）与UTRAN（UMTS Terrestrial Radio AccessNetwork）之间的接口，是UMTS系统的空中接口，也是最重要的接口。
Uu接口可分为三个协议层：物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3），如图1-2所示。
L1主要用于为高层业务提供传输的无线物理通道。
该层由NodeB实现。
L2包括MAC（Medium Access Control）、RLC（Radio Link Control）、BMC（Broadcast/Multicast Control）和PDCP（Packet Data Convergence Protocol）四个子层。
L3包括接入层中的RRC子层和非接入层的MM（Mobility Management，移动性管理）和CC（Call Control，呼叫控制）。
L2和L3的RRC子层由RNC实现。
图1-2Uu接口协议栈结构Uu接口各协议遵循的规范如图1-3所示。
图1-3Uu接口技术规范1.2.2 RRC层功能RRC层实现的功能包括：●广播由非接入层提供的信息；●广播与接入层相关的信息；●建立、维持及释放UE和UTRAN之间的一个RRC连接，分配、重配置及释放用于RRC连接的无线资源；●建立、重配置及释放无线承载；●RRC连接移动功能管理；●为高层PDU（Protocol Data Unit）选路由；●对请求的QoS进行控制；●UE测量上报和报告控制；●外环功率控制；●加密控制；●慢速动态信道分配；●寻呼；●空闲模式下初始小区选择和重选；●上行链路DCH上无线资源的仲裁；●RRC消息完整性保护；●CBS控制。
UTRAN的网络结构及协议2
主要内容
UTRAN体系结构 UTRAN通用协议模型 Iu接口协议 Iur接口协议 Iub接口协议 Uu接口协议 基本概念
UMTS体系结构
CN
Iu
UTRAN
Uu
UE
UTRAN CN UE UMTS Terrestrial Radio Access Network Core Network User Equipment
Transport Network User Plane
Transport Network Control Plane
Transport Network User Plane
ALCAP(s) Signalling Bearer(s) Signalling Bearer(s) Data Bearer(s)
RLC控制过程功能
• • • • • • • 分段和重组 级联 填充 用户数据传输 差错纠正 高层PDU按序传递 重复检测 • • • • •
流量控制 序列号检查（UM） 协议错误检测和恢复 加密 挂起/恢复功能
PDCP控制过程功能
• PDCP功能 －IP数据流的头压缩/解压功能 （RFC2507） 用户数据的传输 －无线承载中，维持PDCP序 列号，实 现无损SRNS重定位 －不同RB复用至同一RLC实体（R99版 不支持，R00版支持）
传输信道
公共传输信道 RACH——随机接入信道 FACH——前向接入信道 CPCH——公共分组信道 DSCH——下行共享信道 USCH——上行共享信道 BCH——广播信道 PCH——寻呼信道 SCH——同步信道 专用传输信道 DCH——专用信道
逻辑信道到传输信道的映射关系
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Radio Network Layer
Node B Application Part (NBAP)
PCH FP
RACH FP
FACH FP
DSCH FP
USCH FP
CPCH FP
DCH FP
ALCAP Q.2630.1 Q.2150.2
Transport Layer
SSCF-UNI SSCOP AAL Type 5
从资源管理的角度来看： 管理NodeB资源的RNC叫这些NodeB的CRNC。
10
SHO/SHO
软切换，发生在同频且同制式小区之间 •NodeB内软切换（更软切换） •NodeB之间软切换 •RNC之间软切换
硬切换，发生在异频或不同制式小区之间 •小区内硬切换（不同制式） •NodeB内硬切换 •NodeB之间硬切换 •RNC之间硬切换 •与GSM之间硬切换（系统间切换）
UuS boundary
PDCP
L2/PDCP
BMC
control
control
control control
L2/BMC
RLC RLC
RLC
RLC RLC RLC RLC
RLC
L2/RLC
Logical Channels MAC
L2/MAC
Transport Channels
PHY
L1
31
Uu接口L1功能 • L1功能
35
Uu接口BMC功能
• BMC功能
32
Uu接口MAC功能
• MAC功能
– 逻辑信道到传输信道的映射 – 根据瞬时数据速率选择传输格式 – UE内不同数据流的优先级处理 – 动态调度UE之间优先级处理 – 公共传输信道上标示不同UE – 在公共传输信道上，复用/分解高层PDU进入/从传输块集。该 传输块集来自/发送到物理层 – 在专用传输信道上，复用/分解高层PDU进入/从传输块集。该 传输块集来自/发送到物理层 – 业务量测量 – 动态传输信道类型切换 – 加密
Radio Link
Radio Link
Radio Link
Radio Link
Radio Link
Radio Link
Radio User Plane
23
Iur接口协议栈结构
Radio Network Layer Control Plane RNSAP User Plane Iur Data Stream(s)
19
Iu(BC域)接口协议栈结构
Radio Network Layer SA Broadcast Plane SABP Protocol Layer
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
TCP IP AAL5
ATM Physical Layer
接口协议及功能
接口协议及功能
Iu接口
Iur接口
Iub接口
Uu接口
15
接口协议及功能
接口协议及功能
Iu接口
Iur接口
Iub接口
Uu接口
16
Iu接口体系结构
UTRAN
Node B RNC Node B
Core Network (CN)
CS Domain “ Iu-CS” PS Domain “ Iu-PS”
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
Transport Network Control Plane
ALCAP(Q.2630.1)
Transport Network User Plane
SCCP MTP3-B SSCF-NNI SSCF-NNI SSCOP AAL5 M3UA SCTP IP
UTRAN网络结构及接口协议
1
UTRAN网络结构及接口协议
UTRAN网络结构 接口协议及功能 基本信令流程
2
UTRAN网络结构及接口协议
UTRAN网络结构 接口协议及功能 基本信令流程
3
UMTS体系结构
CN
Iu
UTRAN
Uu
UE
UTRAN CN UE UMTS Terrestrial Radio Access Network Core Network User Equipment
Iur TDD USCH Data Port
Iur RACH/ CPCH[FDD]/ FACH Data Port
Iur RACH/ CPCH[FDD}/ FACH Data Port
Drift Radio Network System
Cell Cell
RACH/FACH Traffic Contexts With attributes
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Iu接口功能
• Iu接口功能
– 无线接入承载管理功能 – 无线资源管理功能 – Iu链路管理功能 – Iu用户面（RNL）管理功能 – 移动性管理功能 – 安全性功能 – 业务和网络接入功能 – Iu协调功能（Paging）
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接口协议及功能
接口协议及功能
Iu接口
Iur接口
Iub接口
Iub TDD USCH Data port
Iub DCH Data port
Communication Control Port
Traffic termination point
Traffic termination point
Common Transport Channels, with attributes
•RL建立/增加/删除 •测量报告
– 对公共和专用测量目标的测量报告
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接口协议及功能
接口协议及功能
Iu接口
Iur接口
Iub接口
Uu接口
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Iub接口逻辑模型
... ...
Controlling RNC
Node B Control Port
Iub RACH Data port
Transport Network User Plane
Transport Network Control Plane
Q.2630.1
Transport Network User Plane
SCCP MTP3b SSCF-NNI SSCOP AAL5
Q.2150.1 MTP3b SSCF-NNI SSCOP AAL5 AAL2
STC (Q.2150.1)
MTP3-B SSCF-NNI SSCF-NNI SSCOP AAL5
M3UA SCTP IP AAL2
ATM Physical Layer
24
Iur接口功能
• Iur接口功能
– 传输网络管理 – 公共传输信道的业务管理
•准备公共传输信道资源 •寻呼
– 专用传输信道的业务管理
Iu
RNC
Iub
Node B
6
基本概念
基本概念
Serving RNC与Drift RNC Source RNC与Target RNC CRNC SHO与HHO
7
SRNC/DRNC
CN
Iu SRNC Iur DRNC
在RNC之间切换的时候： 与CN有连接，为UE提供资源的RNC叫SRNC； 与CN没有连接，为UE提供资源的RNC叫DRNC
SSCF-UNI SSCOP AAL Type 5 ATM Physical Layer AAL Type 2
28
Iub接功能
• Iub接口功能 – Iub传输资源管理
– NodeB逻辑OM – 特定实现OM的传输 – 系统信息管理 – 公共信道业务管理 – 专用信道业务管理 – 共享信道管理 – 定时和同步管理
– – – – – – – – – – – – 宏分集合并/分发和软切换执行 传输信道错误检测，并向高层指示 传输信道FEC编解码和交织/去交织 传输信道复用和码组合信道解复用 速率匹配 码组合信道到物理信道的映射 功率加权和物理信道合并 物理信道调制/解调和扩频/解扩 频率和时间(chip, bit, slot, frame)同步 测量并向高层指示 闭环功率控制 RF处理
11
UTRAN网络结构及接口协议
UTRAN网络结构 接口协议及功能 基本信令流程
12
WCDMA 系统功能分布
UE
NodeB
RNC
CN
Uu
Iub
Iu
CM MM RRC RLC MAC 传输
13
NodeB和RNC功能
R Ç°Ï ò ´ ¦ Àí · ´Ï ò ´ ¦ Àí F » ù ´ ø ¿Ø ÖÆ Node B ½Ó ¿Ú ´ ¦ Àí
ATM Physical Layer
18
Iu(PS域)接口协议栈结构
Radio Network Layer Control Plane RANAP User Plane Iu UP Protocol Layer
Transport Network Layer
Transport Network User Plane
Iub ½Ó ¿Ú · Ö × é Êý ¾ Ý µ ç · Êý ¾ Ý
Ð-Òé ´ ¦ Àí
· ÓÉ
Iu ½Ó ¿Ú
Iu_CS
Iu_PS
R
Ç°Ï ò ´ ¦ Àí · ´Ï ò ´ ¦ Àí
F
½Ó ¿Ú ´ ¦ Àí
Iur ½ Ó ¿Ú
OMC
» ù ´ ø ¿Ø ÖÆ
R N C
Node B
14
8