WCDMA的总体协议机构如图4-1所示。从UE经接入网UTRAN至核心网之间的协议栈，整体上可以分为非接入层（NAS, Non-Access Stratum)和接入层 (AS，Access Stratum)。对控制面来说，NAS层负责完成诸如移动性管理、呼叫控制、短消息SMS以及GPRS会话管理等功能，而接入层则负责完成与接入有关的工作，例如无线资源的控制和管理。接入层通过GC (General Control), Nt (Notification)、DC (Dedicated Control)等3种服务接入点为NAS层提供服务。其中，GC是指一般控制，例如广播相关的服务；Nt是寻呼功能；DC则是针对某个特定UE完成的控制。
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WCDMA的空中接口分层结构如图4-2所示。和其他原有的2G系统一样，WCDMA的空中接口釆用三层的协议结构。在3层协议结构的最上层，根据所传输数据内容的不同又可以分为用户面和控制面，层3总是终结在SRNC上的。
层3的用户面用于用户数据的传输，RNC的一个功能就是终结RNC和核心网之间Iu接口用户面的传输承载，然后将Iu接口用户面的数据在Uu接口上进行传输，这样自然带来一个如何在Iu接口的用户面数据和空中接口的无线承载之间进行映射的问题，后面将对此加以说明。
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层3的控制面是RRC协议，RRC协议终结于UE和SRNC之间，它的一个重要职责是完成UE和SRNC之间信令的交互，另外如果是NAS高层信令，SRNC 则需要将此信令在UE和核心网之间（即Uu接口与Iu接口之间）进行中继传输。RRC作为整个接入网的总控部分，还负责对底层的资源进行配置。例如，在呼叫进行过程中，根据业务的需要，用户的专用信道参数配置有所改变，这时就需要RRC层对底层的层2和层1协议进行控制。
RRC层的功能可以概括如下：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、释放UE和UTRAN之间的一个RRC连接；建立、重配置及释放无线承载；分配、重配置及释放用于RRC连接的无线资源；RRC连接移动管理功能；中继和路由高层的NAS信令；QoS的控制；UE测量和报告；外环功率控制；加密控制；寻呼功能等。
层2包含PDCP、BMC、RLC和MAC层。其中，PDCP和BMC只使用于用户面，无论用户面还是控制面数据，都需要经过RLC层和MAC层的处理。
PDCP层完成的功能包括：执行IP数据流的头部压缩与解压缩；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。
BMC层完成的功能包括：小区广播消息的存储；BMC消息的调度；向UE 发送BMC消息。
概括而言，RLC层负责将上层的PDU进行能分割和重组、串联、填充；用户数据的传送；错误检测；流控功能；序号检査等。对3G系统来说，非常重要的加密功能也是在RLC层实现的。RLC层实际上完成的是提供UTRAN和UE之间端到端传输特性的协议，也即在两个端点之间进行传输控制。UE与RNC层之间的RLC具有3种传输模式（有回应模式、无回应模式和透明模式），不同的模式分别对应不同的传输特性要求。
MAC层完成的功能包括：逻辑信道和传输信道之间的映射和复用；为每个传输信道选择适当的传送格式；单个UE不同数据流之间的优先级处理；不同UE 之间数据流的优先级处理；DSCH和FACH上几个用户的数据流之间的优先级处理；实现高层向物理层数据流的传送。另外，RLC的透明模式无法对上层PDU在RLC层进行加密，RLC透明模式的数据流的加密是在MAC层完成的。对于UE和UTRAN之间的端到端通信而言，MAC和RLC的功能是不同的，MAC实际上完成的是端点（UE或UTRAN网络节点）内部的数据传输控制。
物理层是3层协议栈结构的最底层，由它来负责完成传输信道到物理信道的映射和复用、信道编码、交织、速率匹配、无线帧的分割、扩频调制和快速功率控制等功能。在WCDMA物理层一章，对物理层的功能将有详细说明。
空中接口的协议桟结构如图4-2所示。空中接口的协议栈结构在移动终端侧和网络侧是对称的。虽然从逻辑功能上将整个空中接口的协议找在一个图上绘出，但在网络端这些协议并不是在同一个网络物理实体上实现的，例如物理层总是在Node B上完成的，RRC层则总是终结在SRNC上，RLC层的功能也总是终结在 SRNC上，MAC层根据呼叫实际情况的不同，可能终结在SRNC或DRNC上，在R5引入HSDPA以后，HSDPA的MAC层MAC-hs是终结在Node B上的。
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