空中接口

第一層L1物理層

第二層L2數(shù)據(jù)鏈路層，同時(shí)位于控制平面和用戶平面

在控制平面負(fù)責(zé)無線承載信令的傳輸、加密和完整性保護(hù)；

在用戶平面負(fù)責(zé)用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸和加密。

數(shù)據(jù)鏈路層還進(jìn)一步分層：

1） 媒體接入控制（MAC，Media Access Control）

2）無線鏈路控制（RLC，Radio Link Control)

3）分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP, Packet Data Convergence Protocol）

第三層 L3網(wǎng)絡(luò)層：無線資源控制（RRC，Radio Resource Control）

空中接口是一個(gè)形象化的術(shù)語，是相對(duì)于有線通信中的“線路接口”概念而言的。有線通信中“線路接口”定義了物理尺寸和一系列的電信號(hào)或者光信號(hào)規(guī)范；無線通信技術(shù)當(dāng)中，“空中接口”定義了終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的電波鏈接的技術(shù)規(guī)范，使無線通信像有線通信一樣可靠 。

空中接口又稱“公共空中接口”。移動(dòng)終端與基站之間的接口。

無線接口Um（MS-BS接口）

在不同制式的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，空中接口的術(shù)語是不同的：

1.在GSM/GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)，CDMA2000網(wǎng)絡(luò)中，被稱為Um接口。

2.在TD-SCDMA和WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，被稱為Uu接口。

1空中接口用戶面

用戶面協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖4所示。用戶面PDCP、RLC和MAC子層（空中接口的網(wǎng)絡(luò)側(cè)終結(jié)于eNB）主要完成報(bào)頭壓縮、加密、調(diào)度、ARQ和HARQ等功能。

2空中接口控制面

控制面協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中NAS部分為eNB透?jìng)?，主要完成EPS承載管理、鑒權(quán)、ECM-IDLE移動(dòng)性處理、ECM-IDLE狀態(tài)發(fā)起尋呼和安全控制等功能；RRC完成廣播、尋呼、RRC連接管理、RB控制、移動(dòng)性功能和UE的測(cè)量報(bào)告和控制功能；PDCP子層主要完成加密/完成性保護(hù)、傳送控制平面數(shù)據(jù)等功能。RLC和MAC子層在用戶面和控制面執(zhí)行功能沒有區(qū)別。

空中接口GSM/GPRS空中接口的相關(guān)規(guī)范

GSM 04.04 , 05.02 , 05.05 , 05.08 , 05.10 定義了無線接入層的規(guī)范。

GSM 04.05 , 04.06 定義了數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。

GSM 04.07, GSM 04.08 中定義了無線資源管理和移動(dòng)性管理的規(guī)范。

空中接口UMTS空中接口的相關(guān)規(guī)范

3GPP 44.005, 44.006 定義了數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。

3GPP 24.007, 24.008 中定義了無線資源管理和移動(dòng)性管理的規(guī)范。

在移動(dòng)通信當(dāng)中，電話終端用戶與基地臺(tái)通過空中接口（Air Interface）互相連結(jié)。“空中接口”是基站和移動(dòng)電話之間的無線傳輸規(guī)范，它定義每個(gè)無線信道的使用頻率、帶寬、接入時(shí)機(jī)、編碼方法以及越區(qū)切換。在GSM/UMTS中，各種形式的 UTRA 標(biāo)準(zhǔn)便是空中接口，也就是一種接入模式 "Access Modes"。

在OSI模型之下，空中接口屬于第一層與第二層的實(shí)作。

物理層

空間處理：空間處理能給系統(tǒng)帶來性能上的增益，主要是通過空間分集、空間復(fù)用、空分多址（SDMA）和干擾抑制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的?？臻g分集通過在獨(dú)立信道上傳輸相同的數(shù)據(jù)，來提高傳輸?shù)目煽啃裕虼怂梢杂行Э朔诺浪ヂ涞挠绊?。波束賦性（Beamforming）能夠通過SDMA來區(qū)分一個(gè)小區(qū)內(nèi)（或多個(gè)小區(qū)之間）的多個(gè)用戶，使其共享相同的時(shí)頻資源。干擾抑制是通過在下行鏈路中進(jìn)行預(yù)編碼來增強(qiáng)多用戶環(huán)境中的頻譜效率。

前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)：在眾多前向糾錯(cuò)技術(shù)中，卷積碼（CC）、并行級(jí)聯(lián)卷積碼（PCCC）和低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC）這三種編碼技術(shù)是最熱門的IMT-Advanced系統(tǒng)候選技術(shù)。目前的研究結(jié)果表明，CC碼適用于長(zhǎng)度短的小塊數(shù)據(jù)（幾百比特），LDPC碼適用于長(zhǎng)塊數(shù)據(jù)，而雙二進(jìn)制（Duo-Binary）PCCC碼的性能雖然對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不十分敏感，但對(duì)中等長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊的性能更為出色。對(duì)于長(zhǎng)塊數(shù)據(jù)，LDPC碼的優(yōu)勢(shì)是糾錯(cuò)性能強(qiáng)、功耗低。

調(diào)制技術(shù)：隨著調(diào)制技術(shù)不斷發(fā)展，多載波調(diào)制越來越受到人們的關(guān)注。它在頻譜效率和傳輸信息量的性能上，明顯優(yōu)于單載波方式，但這不是選擇調(diào)制方式的唯一標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)制方式的選擇還要綜合考慮上下行鏈路的特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)成本等多方面因素。

媒體接入控制層

物理資源的管理：物理資源的管理是MAC層中的重要實(shí)體，它是上層應(yīng)用（無線資源管理）的執(zhí)行模塊。MAC層中的物理資源的管理由兩部分組成：服務(wù)等級(jí)控制（SLC）和資源調(diào)度（RS）。SLC主要負(fù)責(zé)不同基站間的資源分配，通過預(yù)留不同基站的資源，在總體上確保數(shù)據(jù)流的服務(wù)等級(jí)。在廣域場(chǎng)景，SLC的實(shí)體通常位于RAN網(wǎng)關(guān)（RANG）上，而不是在基站上。RS主要負(fù)責(zé)物理信道資源的最優(yōu)分配。在其資源調(diào)度器中，有兩類基本的調(diào)度算法：自適應(yīng)調(diào)度（Adaptive resource scheduling）和非頻率自適應(yīng)調(diào)度（Non-frequency-adaptive scheduling）。二者的區(qū)別是：前者是預(yù)測(cè)信道狀態(tài)的快速變化，通過改變物理參數(shù)來適應(yīng)頻率選擇性信道；而后者是通過某些技術(shù)手段（如分集、交織和空時(shí)編碼等）來設(shè)法減小信道快速變化的影響。在終端高速移動(dòng)的情況下，很難準(zhǔn)確地捕捉到信道狀態(tài)的快速變化，這時(shí)更傾向于非頻率自適應(yīng)調(diào)度算法。

多址方式：多址方式是空中接口為不同用戶分配相應(yīng)的物理資源的方法和策略。多址方式的選擇是個(gè)復(fù)雜的問題，它要綜合考慮調(diào)制方式、鏈路特性以及鏈路自適應(yīng)技術(shù)等多方面因素。IMT-Advanced系統(tǒng)選擇多址方式的關(guān)鍵指標(biāo)包括性能、靈活性、頻譜效率、復(fù)雜度和成本。相比于傳統(tǒng)的多址方式（FDMA、TDMA和CDMA），IMT-Advanced系統(tǒng)更關(guān)注OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）和SDMA（Spatial Division Multiple Access）方式，因?yàn)樗鼈兙哂懈玫男阅芎皖l譜效率。OFDMA利用OFDM技術(shù)來為不同的用戶分配不同的信道資源，相比于FDMA，它在靈活性和頻譜效率上優(yōu)勢(shì)明顯；而SDMA與其它多址技術(shù)的結(jié)合，將在性能上帶來突破，因而是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。SDMA方式與多天線技術(shù)是緊密相連的，目前主要有兩種方式：固定波束賦型（Fixed beamforming）和自適應(yīng)波束賦型（Adaptive beamforming）。固定波束賦型的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單和魯棒性強(qiáng)，它適用于角度擴(kuò)散小的廣域環(huán)境，所支持的用戶數(shù)量近似等于發(fā)射天線數(shù)目的一半；而自適應(yīng)波束賦型適用于角度擴(kuò)散大的場(chǎng)景，所支持的用戶數(shù)量是固定波束賦型方式的兩倍。此外，這兩種方式都可以與OFDM、FDMA、TDMA和CDMA相結(jié)合，在綜合考慮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和性能的情況下，目前最好的結(jié)合方式是：OFDM-SDMA-TDMA和OFDM-SDMA-TDMA-CDMA。

無線鏈路控制

無線鏈路控制（RLC）的作用是保證空中接口的端點(diǎn)之間（終端與基站或其它網(wǎng)絡(luò)側(cè)的節(jié)點(diǎn)之間）的傳輸可靠性。RLC層主要是負(fù)責(zé)丟失報(bào)文、失序報(bào)文和重復(fù)報(bào)文的處理，其保障機(jī)制主要包括：端到端的重傳；報(bào)文記錄；重復(fù)避免；中繼節(jié)點(diǎn)上的安全處理。

RLC為上層應(yīng)用提供了可靠的傳輸，這非常重要，因?yàn)轭愃芓CP這種高層的傳輸協(xié)議，它會(huì)將報(bào)文的丟失、失序和重復(fù)當(dāng)做網(wǎng)絡(luò)擁塞的前兆，從而迫使發(fā)送端降低發(fā)送速率。但是，另一方面，RLC也為系統(tǒng)帶來了一定的開銷和傳輸時(shí)延，我們要努力減小它對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

RLC層為上層提供了多種服務(wù)，包括確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸、非確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸和透明傳輸。它們對(duì)信令的要求不同、所需的開銷不同，因而所能提供的傳輸可靠性也就不同。它們之間最主要的區(qū)別是收、發(fā)端buffer的使用方式和狀態(tài)報(bào)告的機(jī)制不同。其中，確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸占用最多的資源，提供最高的傳輸可靠性。同時(shí)，RLC層也需要來自底層（MAC層）的服務(wù)，如它需要MAC層匯報(bào)CRC的效驗(yàn)結(jié)果，并為它的處理提供依據(jù)。

無線資源管理

RRM是空中接口的上層模塊，是眾多算法和協(xié)議的總稱。它負(fù)責(zé)整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)的空中接口資源的規(guī)劃和調(diào)度，以確保系統(tǒng)的覆蓋、容量和QoS。

由于IMT-Advanced系統(tǒng)服務(wù)于不同的場(chǎng)景和用戶需求，所以RRM的功能可以被進(jìn)一步細(xì)分為：通用的RRM功能，它們對(duì)于場(chǎng)景類型和用戶需求不敏感，適用于各種情況，包括頻譜分配、服務(wù)等級(jí)控制、Buffer管理、流量監(jiān)控、接入控制、擁塞控制和相同模式間的切換；特殊的RRM功能，它們針對(duì)不同的場(chǎng)景類型和用戶需求進(jìn)行了優(yōu)化，包括資源調(diào)度、功率控制、鏈路自適應(yīng)、路由和不同模式間的切換；系統(tǒng)間的RRM功能，它們用于IMT-Advanced系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)（如UMTS和WLAN等）之間的協(xié)作與共存，包括系統(tǒng)間的切換、接入控制、擁塞控制和RAN選擇。相比于3G系統(tǒng)，IMT-Advanced系統(tǒng)RRM的設(shè)計(jì)復(fù)雜要高很多：在功能上，增加了系統(tǒng)間的切換、RAN選擇和路由選擇等實(shí)體；在結(jié)構(gòu)上，將采用分布式方案，把RRM的監(jiān)控和決策實(shí)體下放到網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上（包括終端），以減小信令的信息交換量和傳輸時(shí)延。

本書是一本關(guān)于第三代移動(dòng)通信空中接口與無線工程方面的技術(shù)專著。全書內(nèi)容共17章，第1章至第3章，簡(jiǎn)要地介紹了UMTS系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范體制和基本原理；第4章到第7章詳細(xì)闡述了UMTS/WCDMA無線網(wǎng)絡(luò)空中接口技術(shù)，包括無線資源管理、無線鏈路控制、媒體接入控制和物理層；第8章到第11章討論了無線網(wǎng)絡(luò)的一些關(guān)鍵技術(shù)包括小區(qū)重選、切換、功率控制以及高速下行分組接入技術(shù)；第12章至第15章，詳細(xì)介紹了WCDMA系統(tǒng)的無線工程要點(diǎn)，包括無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的方法和原則、直放站和塔頂放大器在WCDMA系統(tǒng)的應(yīng)用以及UMTS、CDMA2000、PHS、GSM共存時(shí)的系統(tǒng)間干擾分析；第16章總結(jié)了WCDMA和CDMA2000兩大第三代移動(dòng)通信主流技術(shù)的異同點(diǎn)；第17章提出UMTS網(wǎng)絡(luò)的全I(xiàn)P化與扁平化演進(jìn)方向。