第1章 UTRAN接口协议和功能
第1章 UTRAN接口协议和功能
1.1 概述
图1-1 UTRAN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1-1 UTRAN接口
接口 Uu Iub Iur Iu 含义 UTRAN与UE之间的逻辑接口 RNC与NodeB之间的逻辑接口 RNC与RNC之间的逻辑接口 RNC与CN之间的逻辑接口
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。
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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 Access Network）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。
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Duplication avoidanceGCC-plane signallingNtDCUuS boundaryU-plane informationRRCcontrcontrcocontrntrcontrolL3RadioBearersPDCPPDCPL2/PDCPBMCL2/BMCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCRLCL2/RLCLogicalChannels MAC L2/MACTransportChannelsPHYL1 图1-2 Uu接口协议栈结构
Uu接口各协议遵循的规范如图1-3所示。
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Duplication avoidanceGCC-plane signallingNtDCU-plane informationcontrolTS25.331TS25.323UuS boundaryL3L2/PDCPL2/BMCcontrolcontrolcontrolcontrolTS25.324RLCRLCRLCRLCRLCTS25.322RLCRLCL2/RLCLogicalChannels TS25.321L2/MACTransportChannelsTS25.211~TS25.215L1 图1-3 Uu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；
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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。
1.2.3 L2功能
L2包括MAC、RLC、PDCP、BMC四个子层，各部分实现功能不同。 1. MAC层
MAC子层功能包括：
逻辑信道和传输信道之间的映射； 为每个传输信道选择适当的传送格式； UE数据流之间的优先级处理；
UE之间采用动态预调度方法的优先级处理； FACH上几个用户的数据流之间的优先级处理； 公共传输信道上UE的标识；
将高层PDU复接为通过传输信道传送给物理层的传送块，并将来自物理层的传送块复接为高层PDU；
业务量检测；
动态传输信道类型切换； 透明RLC加密； 接入业务级别选择。
2. RLC层
RLC子层功能包括：
数据的分割和重组，串联，填充，用户数据的传送； 错误检测，按序发送高层PDU，副本检测； 流量控制；
非证实数据传送模式序号检查； 协议错误检测和恢复； 加密；
挂起和恢复功能。
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3. PDCP层
PDCP子层功能包括：
在发送与接收实体中分别执行IP数据流的头部压缩与解压缩； 传输用户数据；
将非接入层送来的PDCP-SDU转发到RLC层，将多个不同的RB复用到同一个RLC实体。
4. BMC层
BMC子层功能包括：
小区广播消息的存储；
业务量监测和为CBS请求无线资源； BMC消息的调度； 向UE发送BMC消息；
向高层（NAS）传递小区广播消息。
1.2.4 L1功能
L1（物理层）主要功能包括：
传输信道的信道交织/解交织，传输信道的复用，CCTrcH的解复用，速率匹配，CCTrCH到物理信道的映射，物理信道的调制/扩频与解调/解扩，物理信道的功率加权与组合；
向上层提供测量及指示（如FER，SIR，干扰功率，发送功率等），传输信道的错误检测；
宏分集分布/组合，软切换执行；
频率和时间（码片，比特，时隙，帧）的同步； 闭环功率控制； 射频处理等。
L1具体功能和有关描述涉及到WCDMA基本原理，不是本书描述主要内容，请参见有关协议和参考资料。
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1.3 Iub接口
1.3.1 协议结构
Iub接口是RNC和NodeB之间的逻辑接口，Iub接口协议栈模型如图1-4所示。
RadioNetworkLayerRadio NetworkControl Plane Node BApplication Part (NBAP) Transport Network Control PlaneALCAPQ.2630.1Q.2150.2SSCF-UNISSCOPAAL Type 5SSCF-UNISSCOPAAL Type 5ATMPhysical LayerUser PlaneFACH FPRACH FPDCH FPPCH FPTransportLayerAAL Type 2
图1-4 Iub接口协议栈结构
Iub接口技术规范间的关系如图1-5所示。
Radio NetworkControl PlaneNBAPUser PlaneDedicatedChannelsCommonChannels Radio Network LayerTS 25.433TransportNetworkControl PlaneTransport SignalingTS 25.427TS 25.435 Transport LayerNBAP TransportTS 25.426(Dedicated ChannelTransport)DedicatedChannelTransportCommonChannelTransportTS 25.432(Common ChannelTransport)TS 25.434TS 25.426TS 25.434TS 25.431Physical Layer
图1-5 Iub接口技术规范
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1.3.2 NBAP基本功能
NBAP是Iub接口无线网络层控制面信令协议，提供以下主要功能：
小区配置管理：CRNC管理NodeB中的小区配置信息；
公共传输信道管理：CRNC管理NodeB中的公共传输信道的配置信息； 系统信息管理：CRNC调度广播的系统信息；
资源事件管理：NodeB通知CRNC有关NodeB的资源状态；
配置调整：CRNC和NodeB验证两个节点在无线资源的配置上有同样的信息； 公共资源测量：CRNC启动NodeB中公共信道的测量，允许NodeB报告公共信道测量结果；
无线链路管理：CRNC管理使用NodeB专用资源的无线链路； 无线链路监控：CRNC报告一个无线链路的故障和恢复信息； 压缩模式控制：CRNC控制NodeB中压缩模式的使用；
专用资源测量：CRNC启动NodeB中专用信道的测量，允许NodeB报告专用信道测量结果；
下行功率漂移校正：CRNC调整一个或多个无线链路的下行功率水平以避免无线链路之间的下行功率漂移；
通用错误情形报告：报告一般差错情况。
1.3.3 NBAP基本过程
NBAP基本过程分为公共过程和专用过程：
NBAP公共过程是对NodeB的一个特定UE上下文的初始化请求过程，或不是和一个特定UE相关的请求过程，NBAP公共过程也包括逻辑O&M过程；
NBAP专用过程是和NodeB的一个特定UE上下文相关联的过程。
这两种类型的过程由各自的信令链路承载。 1. NBAP公共过程
NBAP功能和它所包含的公共过程之间的对应关系如表1-2所示。
表1-2 NBAP功能与NBAP公共过程关系表
NBAP功能 小区配置管理 公共传输信道管理 系统信息管理 NBAP公共过程 小区建立、小区重配置、小区删除 公共传输信道建立、公共传输信道重配置、公共传输信道删除 系统信息更新 1-8
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NBAP功能 资源事件管理 配置调整 公共资源测量 无线链路管理 第1章 UTRAN接口协议和功能
NBAP公共过程 闭塞资源、解除资源闭塞、资源状态指示 核查请求、核查、复位 公共测量启动、公共测量报告、公共测量结果、公共测量失败 无线链路建立
2. NBAP专用过程
NBAP功能和它所包含的专用过程之间的对应关系如表1-3所示。
表1-3 NBAP功能和NBAP专用过程关系表
NBAP功能 NBAP专用过程 无线链路增加、无线链路删除、非同步无线链路重配置、同步无线链路重配置准备、同步无线链路重配置执行、同步无线链路重配置删除、无线链路抢占 无线链路失败、无线链路恢复 压缩模式命令 专用测量启动、专用测量报告、专用测量终止、专用测量失败 下行功率控制 无线链路管理 无线链路监控 压缩模式控制 专用资源测量 下行功率漂移校正
1.3.4 Iub FP公共传输信道数据传输
公共传输信道提供以下服务：
在NodeB与CRNC之间传输TBS（Transport Block Set） 支持传输信道同步机制 支持节点同步机制
1. RACH数据传输
RACH数据传输过程通过从NodeB到CRNC传输RACH数据帧RACH Data Frame实现，如图1-6所示。
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NodeB RACH Data FrameCRNC
图1-6 RACH数据传输过程
2. FACH数据传输
FACH数据传输过程通过从CRNC到NodeB传输FACH数据帧FACH Data Frame实现，如图1-7所示。
NodeB FACH Data FrameCRNC
图1-7 FACH数据传输过程
3. PCH数据传输
PCH数据传输过程通过从CRNC到NodeB传输PCH数据帧PCH Data Frame实现，如图1-8所示。在这种情况下，PCH数据帧可以传输与PICH相关的信息。
NodeB PCH Data FrameCRNC
图1-8 PCH数据传输过程
4. 节点同步
节点同步主用于获得Iub接口的传输的往返时延（RTD）。在节点的同步过程中，RNC向NodeB发送一个包含参数T1的下行节点同步控制帧DL Node Synchronization。当NodeB收到此帧时，将回应一个上行节点同步控制帧UL Node
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Synchronization，该帧除了包含在下行节点同步控制帧中指示的T1外，还包含了参数T2和T3。
T1、T2和T3的定义如下：
T1：RNC帧号（RFN），指示RNC通过SAP向传输层发送下行节点同步帧的时间；
T2：NodeB帧号（BFN），指示NodeB通过SAP从传输层收到相应的下行节点同步帧的时间；
T3：NodeB帧号（BFN），指示NodeB通过SAP向传输层发送上行节点同步帧的时间。
整个过程如图1-9所示。
NodeBCRNC DL Node Synchronization UL Node Synchronization
图1-9 节点同步过程
5. 下行传输信道同步
如图1-10所示，CRNC发送一个下行同步控制帧DL Synchronization给NodeB。此消息指明目标CFN（Connection Frame Number）值。当NodeB收到下行同步控制帧时，将立即回应一个上行同步控制帧UL Synchronization，以指明下行同步控制帧的ToA（Time of Arrival）和接收到的DL Synchronization的CFN。 此过程不用于上行传输信道同步，如RACH信道。
该过程在传输信道建立后可用于传输信道同步或者当无下行数据帧时用于维持传输信道同步。
NodeB DL Synchronization UL SynchronizationCRNC
图1-10 FACH和PCH传输信道同步过程
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6. 下行定时调整
下行定时调整过程用于指示CRNC调整下行数据到达NodeB的时间。当一个下行数据帧在规定以外的时间窗口到达，那么NodeB将启动定时调整过程。即如果下行数据帧在ToAWS之前到达或在ToAWE之后到达，NodeB将发送定时调整控制帧Timing Adjustment，其包含ToA和目标CFN，如图1-11所示。
NodeB Timing AdjustmentCRNC
图1-11 FACH和PCH定时调整过程
到达窗口和到达时间定义如下：
ToAWE(Time of Arrival Window Endpoint，到达窗口终点)：ToAWE是时间窗的终点。ToAWE数值大小为从最后到达时刻（即LToA）到CFN的时间窗终点之间的一个毫秒级的数值，最后到达时刻的大小还考虑了NodeB内部处理时延。ToAWE由控制面设置，如果数据没有在ToAWE之前到达，NodeB则发送一个时间调整控制帧；
ToAWS（Time of Arrival Window Startpoint，到达窗口起点）：ToAWS是时间窗的起点。ToAWS由控制面设置，如果数据在ToAWS之前到达，NodeB则发送一个时间调整控制帧；
ToA（Time of Arrival，到达时间）：ToA是下行数据到达窗口的终点（ToAWE）与特定CFN的下行帧的实际到达时间的时间差。ToA为正值表示下行帧在ToAWE之前收到，ToA为负值表示下行帧在ToAWE之后收到。
1.3.5 Iub FP专用传输信道数据传输
Iub DCH数据流传输规范同样适用于Iur DCH数据流。
SRNC提供传输信道的完整配置，并且通过Iub和Iur控制面协议通知NodeB。在下行链路中，NodeB把多个传输信道复用到无线物理信道中，在上行链路中，NodeB又把无线物理信道解复用到多个传输信道上。 DCH FP提供以下服务：
在Iub和Iur接口传输TBS
在SRNC和NodeB之间传输外环功率控制信息
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支持传输信道同步机制 支持节点同步机制
SRNC向NodeB发送无线接口参数
1. 上行数据传输
NodeB UL Data FrameSRNC
图1-12 上行数据传输
上行传输时可以有两种模式：正常模式和安静模式。SRNC在建立传输承载时选择传输模式，并通过相关的控制平面过程通知NodeB。
在正常模式下，NodeB将为协作DCH中的所有DCH向RNC发送一个上行数据帧UL Data Frame，而不考虑DCH的传输块数目。如图1-12所示；
在安静模式并且传输承载上只有一个传输信道的情况下，如果在这个传输信道的TTI内没有收到数据（TFI指示TB数目为0），则NodeB不向RNC发送上行数据帧；
在安静模式及协作DCH的情况下，当NodeB在协作DCH集合的所有DCH上都没有收到数据时（TFI指示TB数目为0），NodeB将不向RNC发送上行数据帧。
在任何TTI内，如果NodeB在空中接口物理信道上收到错误数据时，物理层便产生“CPHY-Out-of-Sync-IND”原语，此时NodeB将无需发送上行数据帧给SRNC。 当NodeB收到非法的TFCI时，也不向SRNC发送数据帧。 2. 下行数据传输
NodeB DL Data FrameSRNC
图1-13 下行数据传输
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如图1-13所示，NodeB在LToA（Last Time of Arrival，最后到达时间）之前的某个传输承载上至少收到一个数据帧DL Data Frame时，NodeB才认为这个传输承载已经同步。
只有无线链路下行DCH数据帧的所有传输承载同步后，NodeB才认为这个无线链路的下行用户平面已经同步。
只有在下行链路用户平面同步后，NodeB才能在下行DPDCH信道上传输数据。 当下行链路用户平面同步后，如果在一个TTI内NodeB没有收到有效的数据帧，NodeB将认为在此传输信道的这个TTI内没有数据需要传输，并有以下处理：
如果RNC定义了传输块为0比特的TFI，那么当NodeB收到此类TFI后，便认为是合法的TFI。当组合不同传输信道的TFI，便产生一个合法的TFCI，这时，将在Uu接口上发送数据。
如果RNC没有定义传输块为0比特的TFI，但NodeB收到了此类的TFI；或者如果传输块为0比特的TFI与其它TFI组合成为一个非法的TFCI，以上两种情况将有如下处理：每一无线帧中，NodeB根据复用到CCTrCH上的DCH数据帧的TFI构造每个CCTrCH的TFCI。如果NodeB从下行数据帧中收到了一个非法的TFCI，将仅传输DPCCH，而不传输TFCI位。
3. 外环功率控制信息传输
外环功率控制是SRNC基于CRCI（CRC Indicator）值和上行帧的质量估计修改控制内环功率的目标值SIR。如图1-14所示，它通过发送到NodeB的外环功率控制帧Outer Loop PC中包含新的目标SIR的绝对值来实现。
当NodeB收到外环功率控制帧时，它将立即更新用于内环功率控制SIR目标值。 外环功率控制帧能通过到同一UE的任何专用承载发送。
NodeB Outer Loop PCSRNC
图1-14 外环功率控制信息传输
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4. 无线接口参数更新
这个过程适用于更新相关UE的所有无线链路空中接口参数。同时支持同步的和非同步的参数更新。如图1-15所示，该过程通过SRNC发给NodeB无线接口参数更新控制帧Radio Interface Parameter Update来实现。
NodeBSRNCRadio Interface Parameter Update
图1-15 空中接口参数更新
如果在无线接口参数更新控制帧中包含了TPC PO（TPC Power Offset，TPC功率偏移）值，NodeB应当在未包含CFN时或从指示的CFN开始尽快使用这个新的TPC PO值。 5. 节点同步
节点同步主用于获得Iub接口的传输的往返时延（RTD）。如图1-16所示，SRNC通过节点同步过程得到NodeB的定时信息。节点同步过程通过SRNC向NodeB发送一个包含参数T1的下行节点同步控制帧DL Node Synchronization实现。当NodeB收到此帧时，将回应一个上行节点同步控制帧UL Node Synchronization，该帧除了包含在下行节点同步控制帧中指示的T1外，还包含了参数T2和T3。 T1、T2和T3的定义如下：
T1：RNC帧号（RFN），指示RNC通过SAP向传输层发送下行节点同步帧的时间；
T2：NodeB帧号（BFN），指示NodeB通过SAP从传输层收到相应的下行节点同步帧的时间；
T3：NodeB帧号（BFN），指示NodeB通过SAP向传输层发送上行节点同步帧的时间。
NodeBSRNC DL Node Synchronization UL Node Synchronization
图1-16 节点同步过程
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6. 下行传输信道同步
同步过程用于在下行方向上DCH数据流获得或恢复同步。该过程通过SRNC发送一个下行同步控制帧DL Synchronization给NodeB来实现。此消息指明目标CFN值。当NodeB收到下行同步控制帧时，将立即回应一个上行同步控制帧UL Synchronization，以指明下行同步控制帧的ToA和CFN。如图1-17所示。上行同步控制帧将一直发送，既使下行同步控制帧在时间窗内收到。
NodeB DL Synchronization UL SynchronizationSRNC
图1-17 DCH同步过程
7. 下行定时调整
定时调整过程是为了保持在下行方向上DCH数据流的同步。SRNC包含所有下行DCH FP帧的CFN，当一个下行数据帧在规定以外的窗口到达，那么NodeB将发送控制帧Timing Adjustment，包含ToA和收到的下行数据帧的CFN，如图1-18所示。
NodeB Timing AdjustmentSRNC
图1-18 定时调整
1.4 Iur接口
1.4.1 协议结构
Iur接口是RNC之间的接口，Iur接口的协议栈结构如图1-19所示。
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RadioNetworkLayerControl PlaneRNSAPTransport NetworkControl PlaneALCAP(Q.2630.1)STC (Q.2150.1)MTP3-BSSCF-NNISSCOPAAL5ATMPhysical Layer第1章 UTRAN接口协议和功能
User PlaneIur DataStream(s)TransportNetworkUserPlaneTransportNetworkUserPlaneTransportNetworkLayerSCCPMTP3-BSSCF-NNISSCOPAAL5AAL2
RNSAP：无线网络子系统应用部分 Iur Data Stream(s)：Iur接口数据流
图1-19 Iur接口协议栈结构
Iur接口各协议遵循的标准如图1-20所示。
User PlaneDedicatedChannelsCommonChannelsRadioNetworkLayerRadio NetworkControl PlaneRNSAPTS 25.423TransportNetworkControl PlaneTS 25.427TS 25.425Transport Signaling TransportLayerSignallingTransportTS 25.426(Dedicated ChannelTransport)DedicatedChannelTransportCommonChannelTransportTS 25.424(Common ChannelTransport)Physical Layer TS 25.421TS 25.422TS 25.426TS 25.424
图1-20 Iur接口技术规范
1.4.2 RNSAP基本功能
RNSAP是Iur接口无线网络层控制面的应用协议。RNSAP由四个基本功能模块组成：移动性管理模块、专用资源管理模块、公共资源管理模块和全局过程模块，完成以下基本功能：
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第1章 UTRAN接口协议和功能
无线链路管理：SRNC管理利用DRNS（Drift RNS）专用资源建立的无线链路；
物理信道重配置：DRNC为无线链路重新分配物理信道资源； 无线链路监视：DRNC报告一条无线链路的故障及恢复； 压缩模式控制：SRNC控制DRNS中压缩模式的使用；
专用资源测量：SRNC启动DRNS中专用资源的测量，同时DRNC报告测量结果；
下行链路功率漂移校正：SRNC校正一条或多条无线链路的下行链路功率级别，以避免无线链路间下行链路功率的漂移；
CCCH信令传输：SRNC和DRNC在DRNS控制的CCCH信道上传输UE和SRNC之间的信息；
寻呼：SRNC在DRNS的一个URA或一个小区中寻呼某UE；
执行迁移：SRNC能够通过Iur接口，完成已通过其它接口准备好的迁移，其它接口如Iu接口；
一般错误状态报告：报告一般错误的状态。
1.4.3 RNSAP基本过程
RNSAP EP（Elementary Procedure）有以下两类：
第一类处理过程，有成功和不成功的响应消息，如表1-4所示； 第二类处理过程，无响应消息，始终认为消息成功，如表1-5所示。
表1-4 第一类处理过程
响应消息 基本过程 初始消息 成功 无线链路建立 RADIO LINK SETUP REQUEST RADIO LINK ADDITION REQUEST RADIO LINK DELETION REQUEST RADIO LINK SETUP RESPONSE RADIO LINK ADDITION RESPONSE RADIO LINK DELETION RESPONSE 不成功 RADIO LINK SETUP FAILURE RADIO LINK ADDITION FAILURE 无线链路增加 无线链路删除 RADIO LINK RECONFIGURATION FAILURE RADIO LINK RECONFIGURATION FAILURE 同步无线链路重配置准备 异步无线链路重配置准备 RADIO LINK RADIO LINK RECONFIGURATION RECONFIGURATIOPREPARE N READY RADIO LINK RADIO LINK RECONFIGURATION RECONFIGURATIOREQUEST N RESPONSE 1-18
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基本过程 初始消息 第1章 UTRAN接口协议和功能
响应消息 成功 物理信道重配置 PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION REQUEST DEDICATED MEASUREMENT INITIATION REQUEST COMMON TRANSPORT CHANNEL RESOURCES REQUEST PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION COMMAND DEDICATED MEASUREMENT INITIATION RESPONSE COMMON TRANSPORT CHANNEL RESOURCES RESPONSE 不成功 PHYSICAL CHANNEL RECONFIGURATION FAILURE DEDICATED MEASUREMENT INITIATION FAILURE COMMON TRANSPORT CHANNEL RESOURCES FAILURE 专用测量初始化 公共传输信道资源请求
表1-5 第二类处理过程
基本过程 上行链路信令传输 下行链路信令传输 SRNS迁移确认 寻呼 同步无线链路重配置执行 同步无线链路重配置取消 无线链路失败 无线链路恢复 专用测量报告 专用测量终止 专用测量失败 下行功率控制 压缩模式确认 公共传输信道资源释放 错误指示 无线链路抢占 初始消息 UPLINK SIGNALLING TRANSFER INDICATION DOWNLINK SIGNALLING TRANSFER REQUEST SRNS RELOCATION COMMIT PAGING REQUEST RADIO LINK RECONFIGURATION COMMIT RADIO LINK RECONFIGURATION CANCEL RADIO LINK FAILURE INDICATION RADIO LINK RESTORE INDICATION DEDICATED MEASUREMENT REPORT DEDICATED MEASUREMENT TERMINATION REQUEST DEDICATED MEASUREMENT FAILURE INDICATION DL POWER CONTROL REQUEST COMPRESSED MODE COMMIT COMMON TRANSPORT CHANNEL RESOURCES RELEASE REQUEST ERROR INDICATION RADIO LINK PREEMPTION REQUIRED INDICATION
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1.4.4 Iur FP传输信道数据传输
Iur FP是Iur接口用户面的无线网络层协议，包括公共传输信道数据流和专用传输信道数据流。
Iur FP公共传输信道数据协议和Iub FP公共传输信道数据协议同属于3GPP TS25.425协议。这一部分请参见Iub接口的“Iub FP公共传输信道数据传输”有关描述。
Iur FP专用传输信道数据协议和Iub FP专用传输信道数据协议同属于3GPP TS25.427协议。这一部分请参见Iub接口的“Iub FP专用传输信道数据传输”有关描述。
1.5 Iu接口
1.5.1 协议结构
Iu接口是接入网UTRAN和核心网CN之间的接口。连接到核心网CS域的Iu接口称为Iu-CS，其接口协议栈如图1-21所示；连接到核心网PS域的Iu接口称为Iu-PS，其接口协议栈如图1-22所示；连接到核心网BC域的Iu接口称为Iu-BC，其接口协议栈如图1-23所示。
RadioNetworkLayerControl PlaneRANAPTransport NetworkControl PlaneQ.2630.1Q.2150.1MTP3-BSSCF-NNISSCOPAAL5ATMPhysical LayerUser PlaneIu UP Protocol LayerTransportNetworkUserPlaneTransportNetworkUserPlaneTransportNetworkLayerSCCPMTP3-BSSCF-NNISSCOPAAL5AAL2
RANAP：无线接入网络应用协议
Iu UP Protocol Layer：Iu接口用户面协议层
图1-21 Iu-CS接口协议栈结构
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RadioNetworkLayerControl PlaneRANAPTransport NetworkControl Plane第1章 UTRAN接口协议和功能
User PlaneIu UP Protocol LayerTransportNetworkUserPlaneTransportNetworkUserPlaneTransportNetworkLayerSCCPMTP3-BSSCF-NNISSCOPAAL5ATMPhysical LayerGTP-UUDPIPAAL5ATMPhysical Layer
图1-22 Iu-PS接口协议栈结构
RadioNetworkLayerSA Broadcast PlaneSABP Protocol LayerTransportNetworkLayerTransportNetworkUserPlaneTCPIPAAL5ATMPhysical Layer 图1-23 Iu-BC接口协议栈结构
Iu接口各协议遵循的规范如图1-24所示。
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RadioNetworkLayerControl PlaneUser Plane25.415第1章 UTRAN接口协议和功能
SA Broadcast Plane25.41925.413TransportNetworkLayerTransportNetworkUserPlaneTransport NetworkControl PlaneTransportNetworkUserPlaneTransportNetworkUserPlane25.41225.41425.411 图1-24 Iu接口技术规范
1.5.2 RANAP基本功能
RANAP是Iu接口的无线网络控制面应用协议，完成以下主要功能：
SRNS的迁移：完成RNC之间功能、相关资源以及信令连接的转换； RAB的管理：包括RAB的建立、修改和释放；
RAB建立请求排队：将一些RAB请求消息放进一个队列中，并指示队列的对等实体；
RAB释放请求：RNC向CN请求RAB的释放；
所有Iu连接资源的释放：释放与一个Iu连接相关的所有资源；
所有Iu连接资源释放请求：RNC向CN请求释放与一个Iu连接相关的所有资源；
转发SRNS上下文：在系统间前向切换时RNC向CN传输SRNS上下文，以免数据包的丢失；
Iu接口过载控制：调整Iu接口的负荷； Iu接口复位：复位Iu接口；
向RNC发送UE公共识别号Common ID（永久的NAS UE识别号）； 寻呼用户：提供CN寻呼UE的能力；
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第1章 UTRAN接口协议和功能
UE跟踪控制：为一个给定的UE设定跟踪模式，该功能也允许解除以前设定的跟踪；
UE与CN间NAS信息的传输，该功能分两类：一类是将初始的NAS信令消息从UE透明传输到CN，消息传输结束后，Iu信令连接也建立起来。另一类是在UE与CN间传输NAS信令消息，这些消息是在已经存在的Iu信令连接上透明传输；
UTRAN安全模式的控制：发送安全钥匙给UTRAN，并设置安全操作模式； 位置报告控制：允许CN执行UTRAN上报的UE位置模式； 位置报告：用于将实际的位置信息从RNC传输到CN；
数据流量报告：负责报告特定RAB在UTRAN上发送失败的的下行数据流量； 一般错误报告。
1.5.3 RANAP基本过程
RANAP协议由EP（Elementary Procedure）构成。一个EP包含一条发起消息，可能还有应答消息。 1. 第1类EP
如表1-6所示，第1类EP是有明确的成功和失败响应消息的处理过程，响应消息类型如下：
成功，响应信令消息明确指明基本过程成功完成；
不成功，响应信令消息明确指明该EP失败或监控定时器超时；
成功和不成功，对于不同的请求，在一条信令消息中报告成功和失败的结果。
表1-6 第1类处理过程
响应消息 基本过程 初始消息 成功输出 Iu 释放 IU RELEASE COMMAND RELOCATION REQUIRED RELOCATION REQUEST IU RELEASE COMPLETE RELOCATION COMMAND RELOCATION REQUEST ACKNOWLEDGE RELOCATION CANCEL ACKNOWLEDGE SRNS CONTEXT RESPONSE 不成功输出 RELOCATION PREPARATION FAILURE RELOCATION FAILURE 迁移准备 迁移资源分配 迁移撤销 RELOCATION CANCEL SRNS CONTEXT REQUEST SRNS上下文1-23
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基本过程 传输 安全模式控制 数据流量报告 复位 复位资源 SECURITY MODE COMMAND DATA VOLUME REPORT REQUEST RESET RESET RESOURCE 初始消息 第1章 UTRAN接口协议和功能
响应消息 成功输出 不成功输出 SECURITY MODE COMPLETE DATA VOLUME REPORT RESET ACKNOWLEDGE RESET RESOURCE ACKNOWLEDGE SECURITY MODE REJECT
2. 第2类EP
如表1-7所示，第2类EP是无应答的基本过程，响应始终认为成功。
表1-7 第2类处理过程
基本过程 RAB释放请求 Iu释放请求 迁移检测 迁移完成 SRNS数据转发初始化 原RNC到CN的SRNS上下文转发 CN到目标RNC的SRNS上下文转发 寻呼 公共ID CN调用跟踪 CN去活跟踪 位置报告控制 位置报告 初始UE消息 直接传输 过载控制 错误指示 消息 RAB RELEASE REQUEST IU RELEASE REQUEST RELOCATION DETECT RELOCATION COMPLETE SRNS DATA FORWARD COMMAND FORWARD SRNS CONTEXT FORWARD SRNS CONTEXT PAGING COMMON ID CN INVOKE TRACE CN DEACTIVATE TRACE LOCATION REPORTING CONTROL LOCATION REPORT INITIAL UE MESSAGE DIRECT TRANSFER OVERLOAD ERROR INDICATION
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第1章 UTRAN接口协议和功能
3. 第3类EP
如表1-8所示，第3类EP是可能有多个响应的基本过程。可以有一个或多个响应消息，报告成功和失败结果以及临时状态信息。这类EP仅在收到响应或定时器超时的情况下结束。
表1-8 第3类处理过程
基本过程 RAB指配 初始消息 RAB ASSIGNMENT REQUEST 响应消息 RAB ASSIGNMENT RESPONSE x N (N>=1)
1.5.4 Iu UP功能
Iu UP协议是Iu接口的无线网络层用户面的应用协议，用于传输与RAB相关的用户数据。一个Iu UP协议实例同且只同一个RAB相关。如果对于一个给定UE，建立了几个RAB，那么这些RAB使用的Iu UP实例数与RAB数相同。
Iu UP实例存在于Iu接入点中，如CN、UTRAN。当RAB需要在Iu UP中传输用户数据时，一个Iu UP实例就存在于每个Iu接口接入点。这些Iu UP实例同相关的RAB一起建立、迁移及释放。
Iu UP协议具有两种操作模式：TrM（Transparent Mode，透明模式）和SMpSDU（Support Mode for predefined SDU size，预定义SDU长度支持模式）
透明模式
透明模式仅用于支持用户数据传输。图1-25说明了Iu UP协议的透明操作模式。
UTRANIuRNL-SAPCNNon AccessStratum Access Stratum Radio Interface ProtocolsIu UP layer(transparent mode)Iu UP layer(transparent mode)TNL-SAPTNL-SAP
TNL-SAP：传输网络层业务接入点
RNL-SAP：无线网络层业务接入点
Radio Interface Protocols：无线接口协议 Transparent mode：透明模式
图1-25 透明模式Iu UP协议层
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第1章 UTRAN接口协议和功能
在这种模式下，Iu UP协议实体在Iu接口上不与其对等实体进行任何Iu UP协议信息交换，不发送Iu帧。Iu UP协议层提供在高层与传输网络层间传输PDU功能。例如Iu-PS的Iu UP协议采用透明模式。
支持模式
支持模式用于支持除了传输用户数据之外，还需要Iu UP提供特别功能的RAB。在这种操作模式下，对等Iu UP协议实体交换Iu UP帧，然而在透明模式下，不会产生Iu UP帧。图1-26说明了Iu UP协议的支持模式。
UTRANIu RNL-SAPCNNon AccessStratum Access StratumIu UP layer(support mode)Iu UP layer(support mode)Transfer of IuUP protocolframesSupport ModeFunctionsRadio InterfaceProtocolsSupport ModeFunctionsTNL-SAPTNL-SAP
Support Mode：支持模式
Support Mode Functions：支持模式函数
Transfer of Iu UP protocol frames：Iu UP 协议帧传输
图1-26 支持模式的Iu UP协议层
现在唯一定义的支持模式是SMpSDU，如AMR（Adaptive Multirate，自适应多速率）语音PDU的传输就使用SMpSDU模式。 说明：
由于Iu-PS接口的Iu UP使用透明模式，对等层之间不发送Iu帧，因此以下Iu UP过程对Iu-CS接口有意义。
1. 传输用户数据
用户数据传输过程的目的是在Iu接口两端的Iu UP协议层之间传输Iu UP帧。
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第1章 UTRAN接口协议和功能
如图1-27所示，当某个RAB的用户数据需要传输时，Iu UP将调用用户数据传输过程。在SRNC，传输的数据除了净荷Payload外，可能将还包含帧质量分类信息和RFCI（RAB sub-Flow Combination Indicator，RAB子流组合指示）。
如果Iu UP收到不正确的用户数据帧，Iu UP将丢弃该帧，或者发送给上层并指示收到一个坏帧。
如果Iu UP检测到数据数据帧丢失，接收端的Iu UP将向控制功能报告。
RNC/ CNTransfer of User Data(RFCI, payload)CN/ RNC
图1-27 用户数据的传输过程
2. 初始化过程
初始化过程的目的是在配置Iu UP两端的RFCI和相应的RAB子流SDU大小（这些参数在用户数据传输是必须的）。对于使用SMpSDU模式的RAB初始化过程是必需的。
如图1-28所示，RNC向CN发送Initialization帧，该帧包含了m个RFC的RFCI和其相应的RAB子流SDU大小。
如果CN正确接收到Initialization帧，并且支持这些配置参数，则发送Initialization ACK确认，否则发送Initialization NACK帧。
RNC* CN/otherInitialisation((RFCI, SDU sizes) )mInitialisation ACKTransfer Of User Data* it can repeated n times
图1-28 m个RFCI的初始化过程
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第1章 UTRAN接口协议和功能
3. Iu速率控制过程
Iu速率控制过程的目的是向对等Iu UP协议层说明在发送Iu速率控制帧反方向所允许的传输速率。
如图1-29，当SRNC/CN决定Iu的下行/上行允许速率集合需要更改时，将调用Rate Control控制过程，允许的速率采用RFCI来表示。
如果CN/RNC接收到不正确的速率控制帧，将不做任何处理。
RNC/CNCN/RNCRate Control(RFCI indicators,[Downlink send intervals*])*Optional 图1-29 速率控制
4. 时间校准过程
时间校准过程的目的是通过控制对等Iu UP协议实体的传输定时，使RNC中的缓冲时延最小。
如图1-30所示，当检测到Iu UP PDU在错误的时间到达从而导致不必要的缓冲延时时，SRNC将调用Tim Alignment过程，指示对等实体需要的延迟或提前调整的量值，该量值以500μs为步长。
发送Time Alignment时间校准帧后，SRNC启动监视定时器TTA。这个定时器监视时间调整应答ACK帧的接收。对端节点Iu UP协议层实体按照SRNC的指示调整传输定时，如果时间校准帧正确形成，则将ACK应答帧。在收到时间校准应答帧后，SRNC中的Iu UP协议层将停止监视定时器TTA。
如果CN此时不能处理该时间校准帧，则向RNC发送NACK响应帧，并指明原因，RNC根据具体原因决定是否再次发送校准帧，并同时终止TTA。
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第1章 UTRAN接口协议和功能
RNCUser data with bad timingTime AlignmentACK User data with adjusted timingCN
图1-30 成功的时间校准
5. 错误事件处理过程
错误事件处理过程的目的是处理错误报告。
如图1-31所示，错误报告通过错误事件帧ERROR EVENT传递。Iu UP中的错误事件过程可以由以下条件触发：
Iu UP功能监测到一个错误（如Iu UP通过接收一个错误帧）。 高层的请求。
一个报告错误事件的错误事件帧应包含以下信息；
原因值；
错误距离（0：Iu UP功能检测的错误 1：高层要求检测的错误）。
RNC/CN or otherError event(Cause value,Error distance) CN or other/RNC
图1-31 错误事件处理
6. 帧质量分类
帧质量分类目的是根据帧中是否有误对发送帧进行质量分类。 如图1-32所示，Iu UP通过用户数据传输过程来交换帧质量分类信息。
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第1章 UTRAN接口协议和功能
RNC/CNTransfer of User Data, (FQCRFCI, payload)Transfer of User Data, RFCI, (FQCpayload)CN/RNC
图1-32 带有FQC信息的用户数据的传输
1.5.5 GTP-U
GTP-U（GPRS Tunnel Protocol User Plane）的功能是利用隧道协议传输Iu-PS用户数据。另外，还包括数据传输出错指示、握手消息、支持的扩展头列表等用户面传输辅助信令。
1.5.6 SABP功能
SABP提供以下功能：
消息处理。该功能用于广播一条新消息、修改已经存在的广播消息和停止某些具体广播消息。
负载处理。该功能用于在某一个确定的时间点及时确定广播信道的负载情况。 复位。该功能可以允许CBC在一个或者多个SA(Service Area)区结束广播。 错误处理。该功能可以使RNC向CBC报告一个或者多个SA区相关的广播错误发生。
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