李 萍

【摘要】文章從無線資源管理(RRM)的組成和功能入手，介紹了RRC的結(jié)構(gòu)和功能，分析7TD-SCDMA Uu口協(xié)議棧的分層結(jié)構(gòu)，對RRC的幾個重要過程進行了闡述，提出了RRM未來發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】TD-SCDMA RRM RRC無線承載NAS eNB

1前言

在保證TD-SCDMA網(wǎng)絡服務質(zhì)量(QoS)的前提下，為了最大限度地提高頻譜利用率和系統(tǒng)容量，需要對系統(tǒng)中有限的無線資源進行有效的管理和分配。RRM(Radi0Resource Management，無線資源管理)是移動通信系統(tǒng)中一個重要的功能模塊，是提高和優(yōu)化網(wǎng)絡性能的核心技術(shù)，也是影響TD-SCDMA系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部分。

研究無線資源管理一方面是對無線通信系統(tǒng)由線到點的微觀切入。另一方面能對無線網(wǎng)絡規(guī)劃、優(yōu)化提供很好的理論支撐，對規(guī)劃中分析和使用網(wǎng)管數(shù)據(jù)、確定無線網(wǎng)絡的工作指標起到良好的指導作用。

2RRM的基本組成和功能

對于整個移動通信系統(tǒng)而言，RRM功能模塊在協(xié)議層中的位置如圖1所示：

從功能上劃分，RRM分為資源控制、資源分配、資源調(diào)度；從組成上劃分，RRM模塊包括算法模塊、決策模塊、資源分配模塊、無線資源數(shù)據(jù)庫和對外接口模塊。其中起決定作用的是算法模塊。同T系統(tǒng)RRM相關(guān)的算法包括功率控制算法、負荷控制算法、接納控制算法、切換控制算法、AMR模式控制算法、包調(diào)度控制算法以及動態(tài)信道分配算法等。在TD-SCDMA系統(tǒng)中，RRM的關(guān)鍵算法主要在RNC中實現(xiàn)。

在RNC中所實現(xiàn)的RRM算法功能包括功率控制、切換控制、接納控制、負荷控制、分組調(diào)度以及資源管理等。在Node B中實現(xiàn)的主要RRM算法功能包括功率控制和負荷控制。在UE中完成的RRM算法功能主要有功率控制。

RRM模塊各種算法功能的實現(xiàn)均在協(xié)議層中的RRC(Radio Resource Control)層完成，本文著重論述RRC的結(jié)構(gòu)、功能、協(xié)議和控制過程。

3RRC層的結(jié)構(gòu)和功能

RRC層的結(jié)構(gòu)如圖2所示：

RRC層包括如下功能實體，各實體之間的信息交互因RRM要完成功能的不同而采用不同的協(xié)議(圖2中只給出了用到的SAP(業(yè)務接八點／會話廣播協(xié)議))，不同的功能實體使用不同的協(xié)議類型：

◆路由功能實體(RFE)：處理高層消息到不同的移動管理，連接管理實體(UE側(cè))或不同的核心網(wǎng)絡域(UTRAN側(cè))的路由選擇。

◆廣播控制功能實體(BCFE)：處理廣播功能。該實體用于發(fā)送一般控制接入點(GC-SAP)所需要的RRC業(yè)務。8CFE能使用低層透明模式接入點(Tr-SAP)和非確認模式接入點(UM-SAP)提供的服務。

◆尋呼及通告功能實體(PNFE)：控制尋呼沒有RRC連接的UE。該實體用于發(fā)送通告接入點(Nt-SAP)所需要的RRC業(yè)務，能使用低層Tr-SAP和UM-SAP提供的服務。

◆專用控制功能實體(DCFE)：處理特定的某個UE的所有功能。該實體用于發(fā)送專用控制(DC-SAP)所需要的RRC業(yè)務，根據(jù)發(fā)送的消息和當前UE服務狀態(tài)，它可使用低層Tr-SAP和UM／AM-SAP提供的服務。

◆共享控制功能實體(SCFE)：控制PDSCH和PUSCH的分配。該實體使用低層Tr-SAP和UM-SAP提供的服務。在TDD模式下，SCFE還用于協(xié)助專用控制功能實體。

◆傳輸模式實體(TME)：處理RRC層內(nèi)不同實體和RLC提供的接入點之間的映射。

RRC層的主要功能有：接入層控制、系統(tǒng)信息廣播、RRC連接管理、無線承載管理、RRC移動性功能、尋呼和通知、高層信息路由、加密和完整性保護、測量控制和功率控制等。具體來講，RRC執(zhí)行以下功能：

廣播由非接入層提供的信息，廣播與接八層相關(guān)的信息，建立、維持及釋放UE和UTRAN之間的RRC連接，建立、重新配置及釋放無線承載，分配、重新配置及釋放用于RRC連接的無線資源。RRC連接移動功能，控制所需的QoS，uE測量的報告和對報告模式的控制，外環(huán)功率控制，安全模式控制，慢速動態(tài)信道分配，尋呼，初始小區(qū)選擇和重選。上行鏈路DCHJc_：~線資源的仲裁，RRC消息完整性保護，定時提前，CBS(小區(qū)廣播業(yè)務)控制等。

4RRC層的協(xié)議

RRC協(xié)議是UE和UTRAN之間的重要協(xié)議，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，UE的所有狀態(tài)都是由RRC協(xié)議進行調(diào)度的。其協(xié)議結(jié)構(gòu)見圖3。

協(xié)議棧主要分三層，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層(L2)和網(wǎng)絡層(L3)。

物理層由傳輸子層和物理子層構(gòu)成，接受Layer1Management的控制管理。Layerl Management與RNC中的RRC層通信，RRC層通過業(yè)務訪問點直接訪問LayerlManagement。傳輸子層完成基帶信號的處理，物理子層完成擴頻和加擾調(diào)制以及射頻調(diào)制。

L2被分成四個子層，從控制平面上看，包括媒體接入控制層(MAC)和無線鏈路控制層(RLC)；而在用戶平面上除了這兩個子層之外，還包含處理分組業(yè)務的分組數(shù)據(jù)協(xié)議匯聚子層(PDCP)和用于廣播／多播業(yè)務的BMC子層。

L3是指無線資源控制層(RRC)，位于接入網(wǎng)的控制平面。它主要處理UE和UTRAN的第三層控制平面的信令。UTRAN RRC與UE RRC之間的消息交互是通過RLC實現(xiàn)的，RLC通過Tr-SAP(透明業(yè)務接入點)、UMSAP(非確認業(yè)務接入點)、AM-SAP(確認業(yè)務接入點)向RRC提供業(yè)務。RLC層向RRC層提供業(yè)務，RRC層對RLC層進行控制。RRC除了控制RLC之外，還控制第二層子層MAC層、物理層、用戶平面PDCP和BMC層。

5RRC的相關(guān)控制過程

5.1RRC連接管理過程

RRC連接是為了建,-"zUE和UTRAN之間的信令連接(SRBl-SRB4)，可以通過CCH或者DCH；如果建立在DCH。上下行各占用1個碼道(SF=16)，在高速業(yè)務建立的時候。要占用兩個碼道。

(1)RRC連接請求

當UE請求建立RRC連接的時候，在邏輯信道CCCH上發(fā)送RRC連接請求消息給UTRAN。RRC連接請求消息中的信息單元如圖4所示：

(2)RRC連接建立

RRC連接過程指在UE和UTRAN之間建立一個RRC連接，RRC連接指的是空中接口的信令連接，UE和UTRAN之間最多只能存在一條RRC連接。在RRC連接建立時，通常會在UTRAN和UE之間建立4個SRB(信令無線承載)，其中2個用于承載RRC消息，另2個用于承載NAS(非接八層)層消息。分配給NAS的2個SRB中。一個分配給優(yōu)先級高的信令，另一個分配給優(yōu)先級低的信令。

用戶數(shù)據(jù)RAB(無線接入承載j有時需要有時不需要，取決于RRC連接請求的目的。如果RRC連接請求是為了建立語音或數(shù)據(jù)呼叫，則需要建立用戶RAB；如果RRC連接請求是為了位置區(qū)更新或路由區(qū)更新，則不需要建立用戶RAB。

當RRC連接建立以后，UE從空閑模式轉(zhuǎn)到CELL-DCH或CELL-FACH狀態(tài)。UTRAN在邏輯信道CCCH上發(fā)送“RRC連接建立”消息，RRC連接建立消息包含的信息單元如圖5所示：

(3)RRC連接建立完成

UE根據(jù)RRC連接建立消息的信息初始化無線承載、傳輸信道和物理信道配置，并停止計時器T300；在成功進入連接模式后，uE在上行鏈路的DCCH發(fā)送“RRC連接建立完成”消息給UTRAN。RRC連接建立完成消息的信息單元見圖6：

(4)RRC連接釋放

RRC連接釋放意味著斷開RRC連接，包括UE和UTRAN之間所有的RAB和SRB。在RRC連接釋放過程中，NAS層在通話結(jié)束時先執(zhí)行釋放過程并釋放SRB，當最后的SRB釋放后，UTRAN便釋放RRC連接。當UE處于CELL-DCH或CELL-FACH狀態(tài)時，UTRAN隨時可以在DCCH信道上通過非確認RLC模式發(fā)送“RRC連接釋放”消息；如果UE處于CELL-FACH狀態(tài)，并且沒有下行鏈路DCCH信道。UTRAN可以在CCCH信道上發(fā)送“RRC連接釋放”消息。

“RRC連接釋放”消息包含釋放原因信息單元，釋放原因包括：正常釋放、異常搶先釋放、擁塞、重新建立駁回、指定信令連接重新建立等。

5.2無線承載控制過程

無線承載(RB)是UE與UTRAN之間RLC向上層提供的業(yè)務，用于接入網(wǎng)中承載相關(guān)信令和數(shù)據(jù)。無線承載可分為兩大類：

(1)信令無線承載(SRB)：在RNC和UE之間。在無線接入網(wǎng)層面用來傳送RRC和NAS信令的RB。用于控制平面的信令，用戶面的信令承載不屬于SRB而是RB。SRB通常在RRC連接建立期間建立。

(2)無線接八承載(RAB)：指UE和CN之間的承載。具體可以看作是UE與CN之間接八層向非接八層提供的業(yè)務，主要用于用戶數(shù)據(jù)的傳輸。它直接與uE的業(yè)務需求相關(guān)。涉及接入層各協(xié)議模塊。在空口上，RAB反映為無線承載。

無線承載只在連接模式下使用，UE的呼叫狀態(tài)決定建立無線承載的類型。當UE~CELL-PCH和URA-PCH狀態(tài)時，沒有SRB或RAB。當UE準備傳送信令信息或發(fā)起呼叫時，必須先轉(zhuǎn)換到CELL-FACH狀態(tài)，再映射到CCCH上發(fā)送信令消息給UTRAN。此時，UTRAN啟動無線承載建立過程，建立SRB。在無線承載釋放時，UTRAN可能先釋放RAB而保留SRB，也可能同時釋放RAB和SRB。

5.3UE移動性過程

UE移動性管理包括：小區(qū)重選、小區(qū)，URA更新、切換、RAT問切換等過程，具體選擇哪個過程要看當時UE處于哪種狀態(tài)。

(1)小區(qū)重選

當UE處于空閑模式、CELL—PCH、URA-PCH或cELL-FACH狀態(tài)時，會不斷地搜索更好的小區(qū)，并根據(jù)從系統(tǒng)消息中收到的參數(shù)自主決定是否進行小區(qū)重選，由UE側(cè)的RRC來控制小區(qū)重選機制。在空閑模式下，UE的RRC利用SIB3和SlBl 1中的小區(qū)重選參數(shù)決定鄰小區(qū)是否比當前小區(qū)更好；在CELL-PCH、URA-PCH或CELL-FACH狀態(tài)下，UE的RRC利用SIB4~I：]SlBl2中的參數(shù)進行小區(qū)重選，并啟動小區(qū)更新或URA更新過程。

當UE處于CS呼叫狀態(tài)，需要進行切換時，使用激活集更新或RAT間切換過程；當UE處于PS呼叫狀態(tài)，需要進行RAT間小區(qū)更新時，啟動小區(qū)重選過程。

(2)RAT問切換

不同RAT問的移動性涉及到UE與UTRAN之間連接的轉(zhuǎn)移，在CS域，u E在cELL-DOH狀態(tài)時，UTRAN發(fā)送切換命令給UE，將CS連接從UTRAN轉(zhuǎn)到GSM；在PS域，UE在CELL-DCH或CELL-FACH狀態(tài)時，UTRAN發(fā)送小區(qū)變更命令給UE，將PS連接從UTRAN轉(zhuǎn)到GPRS。

5.4測量控制過程

UTRAN通過S舊11和S舊12或測量控制消息來控制UE執(zhí)行測量。當UE處于CELL-DCH或CELL-FACH狀態(tài)時，UTRAN可以發(fā)送測量控制消息給UE。測量控制消息包含測量標識、測量內(nèi)容、報告內(nèi)容、測量報告準則、測量效力、測量報告模式、附加測量標識和壓縮模式信息。UE可以執(zhí)行的測量有同頻測量、異頻測量、RAT間測量、業(yè)務量測量、質(zhì)量測量、uE內(nèi)部測量等，每種測量都與RRM的DCA、PC、HC功能模塊密切相關(guān)，通過測量過程來協(xié)調(diào)RRM各個功能模塊之間的關(guān)系。

RRM的RLS邏輯模塊實時地把系統(tǒng)中各個UE的測量報告通知給RRM的其它功能模塊，這些功能模塊根據(jù)RLS的監(jiān)測數(shù)據(jù)采取相應的動作，提高網(wǎng)絡的QoS。

5.5NAS消息傳遞過程

NAS消息傳遞也是RRC的任務之一。UE RRC和UTRANRRC通過接入層協(xié)議，使用初始直接傳遞、上行鏈路直接傳遞、下行鏈路直接傳遞在UE的NAS和UTRAN的NAS之間進行消息傳遞。初始直接傳遞用在上行鏈路，用于建立信令連接和在空口上傳送初始UE NAS消息。當UE傳送NAS消息時，UE RRC發(fā)起初始直接傳遞過程，由UE的RRC將此消息透傳給UTRAN的RRC，UTRAN的RRC再把消息傳遞給CN。上、下行鏈路直接傳遞分別用于上、下行鏈路，在空口上傳遞NAS消息。下行鏈路直接傳遞由UTRAN的RRC發(fā)起；上行鏈路直接傳遞是當高層需要在已建立的信令連接上發(fā)送NAS消息時，由UE發(fā)起。

6RRM未來的發(fā)展

GSM無線資源管理主要由手機終端和BSC中的RR進行管理，通過手機終端測量得到的RXLEV和RXQUAL進行小區(qū)選擇／重選和定位，以及專用信道的調(diào)撥、檢測和釋放。

3GPP中LTE采用分布式RRM，即RRC終結(jié)于eNB。同時RRM功能也在eNB實現(xiàn)。eNB在控制平面上負責RRM的各個子模塊，在用戶平面RRC、RLC、MAC、PHY都終結(jié)于eNB。aGW在控制平面上負責系統(tǒng)架構(gòu)演進承載(SAEBearer)的控制和其它非接入層的信令，PDCP在aGW用戶平面進行處理。這樣可以避免復雜的信令流程。E-UTRAN可以獲得較低的時延和較高的QoS。

從無線移動通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和多系統(tǒng)融合來看，不難看出未來移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)架將是包括不同無線接入網(wǎng)絡的全IP的分層式網(wǎng)絡構(gòu)架。未來移動通信系統(tǒng)平臺將采用分層式并具有良好彈性的構(gòu)架，以支持不同系統(tǒng)、多種新技術(shù)、各種增值業(yè)務，滿足通用移動通信的需要，這勢必會給系統(tǒng)的無線資源管理帶來諸多新的挑戰(zhàn)。

7結(jié)束語

隨著無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展，移動通信業(yè)務越來越豐富多彩，用戶使用新業(yè)務的需求不斷增加，無線資源(如頻率、功率、有效空間)日漸稀缺。所以有必要深入研究無線資源管理過程，以實現(xiàn)無線資源的使用效率最大化，達到資源的最優(yōu)分配。眾所周知，TD-SCDMA系統(tǒng)包含功率控制、接納控制、負載控制、動態(tài)信道分配、切換等關(guān)鍵技術(shù)，這些技術(shù)的實現(xiàn)都離不開無線資源管理。而研究無線資源管理，應當首先從控制資源管理的RRC層開始。