.----------------------------------------------------. | | | +-----+ | | (( o )) | RNC | | | | +-----+ | | / \ | | | / \ +-----+ | | /NodeB\------------| RNC |------ Core Network | | /_______\ +-----+ | | | | | . (( o )) | | | .-'. | | | | |UE| / \ | | | '--' / \ | | | /NodeB\--' | | /_______\ | | | '----------------------------------------------------'
- UMTS
- Universal Mobile Telecommunications System,通用行動通訊系統
- 由許多東西組成
- NodeB
- 就是基地台
- RNC
- 連接各基地台的 Controller
- UTRAN
- UMTS Terrestrial Radio Access Network
- 包含 UE、NodeB、RNC
系統架構圖
{{{ .--------------------------------------------------------------------------------------. | || | | E-UTRAN || Evolved Packet Core | | S1 Interface | | || | | || S6a .-----. | | || .------| HSS | | | || | '-----' | | S1-MME || .------------. | | .--------------| Mobility | | | | || | Management | .------. | | .--------. || | Entity | .----| PCRF |------. | | | eNodeB | || | (MME) | | '------' | | | '--------' || '------------' | | | | | || | | | | | |X2 || |S11 | | | | . | || | | ,-*`'-._.-*-, | | .-'. .--------. || .-----------------.S5/S8.-------------. ( Operator's ) | | |UE|----| eNodeB |---S1-U--| Serving Gateway |-----| PDN Gateway |---( IP services ) | | '--' '--------' || | (S-GW) | | (P-GW) | `*'-._.-*-.-' | | || '-----------------' '-------------' | | || |S4 (2G/3G) | | || | | '--------------------------------------------------------------------------------------' }}}
- E-UTRAN - Evolved Universal Terrestrial Radio Access
- 是 LTE 的一部份,相當於 UTRAN,但只由 UE 和 eNodeB 組成,沒有 另外的 Controller
- Evolved-Node B
- 就是 LTE 基地台,簡稱 eNB、eNodeB 等
- eNodeB 的介面有標準化,使多個電信商之間可以合作
- 使用 S1-AP Protocol 透過 S1-MME 介面和 MME 溝通
- 使用 GTP-U Protocol 透過 S1-U 介面和 S-GW 溝通
- System Architecture Evolution (SAE)
- 和 LTE 一起組成 Evolved Packet System (EPS)
- 包含 Evolved Packet Core (EPC)
- Evolved Packet Core
- LTE 核心網路,簡稱 EPC
- 負責所有對 UE 的操作以及發起 bearer
- 由以下節點組成
- PDN Gateway (P-GW)
- Serving Gateway (S-GW)
- Mobility Management Entity (MME)
- Home Subscriber Server (HSS)
- Policy Control and Charging Rules Function (PCRF)
- PCRF - Policy Charging and Rules Function
- 類似 P-GW 的 controller
- Policy
- Charging
- Rules
- Home Subscribe Server (包含 Home Location Register (HLR))
- 一個資料庫,處理每個 user 可否連接到各個 PDN,以及 roaming 時的連接限制
- P-GW - Packet Data Network Gateway,PDN Gateway
- EPS 的入口,接上 Internet,通常只有一台
- 為 UE 保留 IP (DHCP 功能)
- 根據 PCRF 處理 flow-based charging (動態去問 PCRF 或是 UE 在 attach 時就下好 rule)
- 處理 downlink QoS
- LTE 和 non-3GPP 網路之間的錨點 (例如 CDMA2000 和 WiMAX)
- 記錄 Uplink TFT (Traffic Flow Table)
- 在特殊狀況下攔截、監聽封包
- S-GW - Serving Gateway
- 可以多台,但一台很貴,品質好的一台 S-GW 可以支援數萬台 eNodeB
- 所有 IP 封包都經過 S-GW
- UE 在 eNodeB 之間換手時 S-GW 會處理
- UE idle 時負責 buffer 住 downlink data
- LTE 和其他 3GPP 網路之間的錨點 (如 GPRS 和 UMTS)
- 若 UE 要換手到 2G/3G 網路
- S-GW 會和舊網路建立一個 Shortcut,外來的流量仍然透過 S-GW 轉給舊網路,最後轉給 UE
- MME - Mobility Management Entity
- 可以多台
- UE attach 時先向 MME 認證 (MME 再去向 HSS 查詢)
- 處理 UE 和 Core Network 之間的信令
- 只有 MME 可以存取 HSS
- UE - User Equipment
- 通常指手機
- UE 和 MME 之間的 Protocol 為 Non Access Stratum
- "非接觸" 是指 UE 和 MME 之間沒有直接接觸(因為MME 不是基地台)
- UE 和 eNodeB 之間的 Protocol 為 Access Stratum
Control plane protocol stack (figure 2.7)
{{{ .------------------------------------------------------------. | | | | | LTE-Uu S1-MME | | | | | | .------. | .----------. | .-------. | | | NAS | | .' Relay '. | | NAS | Radio | | |------| | |-----. .------| | |-------| Network | | | RRC | | | RRC | S1-AP | | | S1-AP | Layer | | |------| | |------|-------| | |-------| ~ ~ ~ ~ ~ ~ | | | PDCP | | | PDCP | SCTP | | | SCTP | Transport | | |------| | |------|-------| | |-------| Network | | | RLC | | | RLC | IP | | | IP | Layer | | |------| | |------|-------| | |-------| | | | MAC | | | MAC | L2 | | | L2 | | | |------| | |------|-------| | |-------| | | | L1 | | | L1 | L1 | | | L1 | | | '------' | '--------------' | '-------' | | UE | eNodeB | MME | | | | | '------------------------------------------------------------' }}}
User plane protocol stack (figure 2.6)
{{{ .----------------------------------------------------------------------------------. | | | | | | LTE-Uu S1-U S5/S8 | | | | | | | .-------------. | | | | | | Application | | | | | | |-------------| | .-----------. | .-------------. | .--------. | | | IP | | .' Relay '. | .' Relay '. | | IP | | | |-------------| | |-----. .-------| | |-------. .-------| | |--------| | | | PDCP | | | PDCP | GTP-U | | | GTP-U | GTP-U | | | GTP-U | | | |-------------| | |------|--------| | |--------|--------| | |--------| | | | RLC | | | RLC | UDP/IP | | | UDP/IP | UDP/IP | | | UDP/IP | | | |-------------| | |------|--------| | |--------|--------| | |--------| | | | MAC | | | MAC | L2 | | | L2 | L2 | | | L2 | | | |-------------| | |------|--------| | |--------|--------| | |--------| | | | L1 | | | L1 | L1 | | | L1 | L1 | | | L1 | | | '-------------' | '---------------' | '-----------------' | '--------' | | UE | eNodeB | Serving GW | PDN GW | | | | | | '----------------------------------------------------------------------------------' }}}
Radio Architecture
{{{ P.53 Figure 3.1 .------------------------------------------------------------------------------------------------------------. | Notification Common Dedicated | | | | | | | +---'--+ +-----'-----+ +---------------'----------------+ SRB = Signalling Radio Bearer | | |Paging| | System | | Dedicated Control & | DRB = Dedicated Radio Bearer | | +---.--+ |information| | Information Transfer | | | RRC | +-----.-----+ +--.------------.-------------.--+ | | | | | | | | | Radio - - - -|- - - - - -|- - - - - - SRB0 - - - - SRB1 - - - - SRB2 - - - - DRB1 - - - - DRB2 | | Bearers | | | | | | | | | | | | +----'-----+ +----'-----+ +----'-----+ +----'-----+ | | | | | |integrity&| |integrity&| |Ciphering&| |Ciphering&| | | | | | |ciphering | |ciphering | | ROHC | | ROHC | | | | | | +----.-----+ +----.-----+ +----.-----+ +----.-----+ | | PDCP & RLC | | | | | | | | | | | | +-'-+ +-'-+ +-'-+ +-'-+ | | | | | |ARQ| |ARQ| |ARQ| |ARQ| | | | | | +-.-+ +-.-+ +-.-+ +-.-+ | | | | | | | | | | | Logical - - PCCH - - - BCCH - - - - - CCCH - - - - DCCH1 - - - - DCCH2 - - - - DTCH1 - - - - DTCH2 | | Channels | | | | | | | | | | +--------------+---------. | | | | | | | | | +-'--'-------------'-------------'-------------'-----+ | | MAC | | | | Multiplexing & HARQ control | | | | | | +-------------.------------------.-------------------+ | | | | | | | | | Transport - - PCH - - - - BCH - - - - - RACH - - - - - - - - DL-SCH - - - - - - UL-SCH | | Channels | | | | | | | +-'-----------'--------------'---------------------'------------------'-------------------+ | | PHY | Physical Layer Functions | | | +-------------.--------------.---------------------.------------------.-------------------+ | | | | | | | | Physical - - - - - - - - PBCH - - - - - PRACH - - - - - - - - PDSCH - - - - - - - PUSCH | | Channels | '------------------------------------------------------------------------------------------------------------' }}}
- X2 介面
- eNodeB 之間的介面
- X2 介面是實體線路
- UE 在 eNodeB 之間換手稱為 X2-handover
- S1-MME
- eNodeB 和 MME 之間的介面
- 使用 S1-AP Protocol
- S1-U
- eNodeB 和 S-GW 溝通
- 使用 GTP-U Protocol
LTE 把時間分成許多部份,用來管理訊號在時間上的分佈
- 1 個 Frame 10 ms
- 1 個 Frame 有 10 個 Subframe (= 1 ms)
- 1 個 Subframe 有 2 個 Timeslot (= 0.5 ms)
- 1 個 Subframe 有 14 個 Symbol Period
- 1 個 Symbol Period 可以傳送一個 Symbol
- Special Subframe
- 從 Downlink 轉為 Uplink 模式需要安插一個 Special Subframe
- Special Subframe 的下一個保留給 Uplink 傳輸
- 從 Uplink 轉為 Downlink 不需 Special Subframe
- Subframe 編號從 0 ~ 9
- Subframe0 和 Subframe5 保留給 Downlink 傳輸
- Subframe0 在每個基地台之間是同步的
- Physical Resource Blocks (PRB)
- 1 個 Timeslot x 12 個 Subcarrier (15kHz) = 1 個 PRB (180 kHz)
- 每個時間點,1 個 PRB 只能有一個 User 傳資料
- OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)
- LTE Downlink
- OFDM 的演進
- OFDMA 使用很多個互相 "垂直" 、窄的頻段載波來傳送資料
- 每個 Subcarrier 寬度 15 kHz
- 這些載波可以被當成資源在不同使用者之間 Scheduling
- 傳輸方的能源消耗很重 (但這發生在基地台,相對手機端有很多能源可以用)
- 不需要 Guard Band
- 每個 Subcarrier 可以用 Time Division 方式分配
- 兩方需要很精準的對時
- 和 OFDM 的比較
- OFDM 分配給每個 User 固定的 Subcarrier (不隨時間改變)
- OFDMA 在每個 Timeslot 都可以調整每個 User 使用的 Subcarrier
- 有些 User 在某些時段可能會沒有分到 Subcarrier
- SC-FDMA (Single-Carrier FDMA)
- LTE Uplink
- SC-FDMA 使用一整個頻段,用 Time Division 方式分配
- 省電
- 也使用多個載波,讓上下行都在一定程度上使用類似的技術
- Precoding
- 把資料流映射到多根天線
- 傳送端的多根天線都包含多個資料流
- 接收端的每一根天線都接收所有資料
- SNR
- Signal Noise Rate
- 訊號和雜訊的比例,越高代表訊號品質越好
- QPSK - Quadrature Phase Shift Keying
- 在一個 Symbol 內攜帶更多的訊息
- 用 Signal Wave 的 Phase 編碼
- 需要精準的同步(不然 Phase 會跑掉)
- QAM - Quadrature Amplitude Modulation
- Symbol 的豐富程度
- 16 QAM 代表一個 Symbol 內可攜帶 4 個 bit
- 64 QAM 代表一個 Symbol 內可攜帶 6 個 bit
- 2 QAM 為 BPSK (Binary),一個 Symbol 只能帶 1 個 bit,但抗噪能力是 PSK 系列中最強的
- Downlink
- PBCH - Physical Broadcast Channel
- PMCH - PHysical Muticast Channel
- PDCCH - Physical Downlink Control Channel
- PDSCH - Physical Downlink Shared Channel
- 傳資料
- PCFICH - Physical Control Format Indicator Channel
- 定義每個 Subframe 中 PDCCH OFDMA Symbol 的數量
- PHICH - Physical Hybrid ARQ Indication Channel
- 傳送 HARQ ACK/NACK
- Uplink
- PRACH - Physical Random Access Channel
- 想傳就傳的 Channel
- Call Setup
- UE 要傳上行資料前先用這個 Channel 取得資源
- PUCCH - Physical Uplink Control Channel
- Scheduling ACK/NACK
- 用來排程上行的傳輸
- PUSCH - Physical Uplink Shared Channel
- 傳資料
- PRACH - Physical Random Access Channel
- 其他 Signals
- P-SS - Primary Synchronization Signal
- 第一同步訊號,(FDD)出現在每個 Subframe 的第 7 個 Symbol
- 出現在中間頻率的 Subcarrier
- S-SS - Secondary Synchronization Signal
- 第二同步訊號,(FDD)出現在每個 Subframe 的第 6 個 Symbol
- 出現在中間頻率的 Subcarrier
- Reference Signal
- 參考訊號,出現在每個 Subframe 的第 1, 5, 8, 12 個 Symbol
- Downlink
- 基地台固定發送的特定 Sequence,給 UE 偵測
- Uplink
- 基地台偵測 Uplink Channel 狀況
- P-SS - Primary Synchronization Signal
- PCH - Paging Channel
- DL-SCH - Downlink Shared Channel
Logical Channel
- BCCH - Broadcast Control Channel
- 頻率低,不需 Scheduling 的 Control Channel
- CCCH - Common Control Channel
- 需要 Scheduling 的 Control Channel
- Bearer - 載體
- Bearer 是一個概念,一個 IP Packet Flow,介在 gateway 和 UE 之間
- Default Bearer
- 每個 UE 都有一個 Default Bearer,即使處理 Idle Mode
- Non-GBR
- UE 必須處於 EMM-REGISTERED State 才能使用 Default Bearer(確定為合法的使用者)
- Dedicated Bearer
- 為特定的需求而開的 Bearer
- UE 不須處於 EMM-REGISTERED State
- 因為 Default Bearer 一定會先建立,使用者的合法性可以確定
- UE <---> P-GW
- Traffic Flow Template - TFT
- Flow 與 Bearer 的對應表
- SRB - Signalling Radio Bearer
- 用來轉送 NAS 訊息 (UE - MME)
- SRB0
- Downlink 同步完成後建立
- 使用 CCCH (因為 DCCH 還沒建立)
- 建立 SRB1
- 也用來廣播 MIB
- SRB1
- Uplink 同步完成後建立
- DCCH
- 為 UE 做認證,兩邊開始加密
- 也用來傳送非 NAS 訊息
- SRB2
- UE 認證後建立
- 用來傳送 NAS 訊息
- Handover
- LTE 不支援 soft handover
- 因為 LTE 的不同 cell 需要在不同的頻率下工作
- UE 在 handover 時也需要切換到不同的頻率,無法同時監聽
- PLMN
- Public Land Mobile Network
- 指電信業者運行的網路
- Area
- MME Pool Service Area
- 由 Tracking Area 組成
- 每個 MME Pool Service Area 中可以有多個 MME
- UE 在同一個 MME Pool Service Area 中移動不需切換 MME
- 每台 eNodeB 都對應一個 MME Pool Service Area
- eNodeB 會對 MME Pool Service Area 中的每台 MME 都建立 S1-MME 介面
- MME Pool Service Area 可以重疊,eg: 可以有 MME 同時屬於多個 MME Pool Service Area
- 如果一個 MME Pool Service Area 的 Loading 越來越重,Operator 可以增加 MME 進入 MME Pool Service Area
- S-GW Pool Service Area
- 由 Tracking Area 組成
- 每個 S-GW Pool Service Area 中可以有多個 S-GW
- 和 MME Pool Service Area 的概念一樣
- S-GW Pool Service Area 和 MME Pool Service Area 無關,可以部份重疊
- Tracking Area
- 由連續的 Cell 組成
- 一次 Paging 的單位就是一個 Tracking Area
- Tracking Area 組成 S-GW 和 MME Pool Service Area
- 由 Cell 組成,一台基地台的每個 Cell 可以分屬不同的 Tracking Area
- 一般而言 Tracking Area 之間不會重疊
- 大小
- 若一個地區的 UE 數量很多,Tracking Area 應縮小,避免 Paging Overhead 太高
- 若一個地區的 UE 移動速度很快,Tracking Area 應放大,避免 Tracking Area Update 太頻繁
- 一個 UE 可以同時註冊進多個 Tracking Area,做為上述兩個問題同時發生時的解決方式
- Tracking Area Update
- Normal TAU: UE 發現目前的 eNodeB 已經不在它的 Tracking Area List 內,發出 TAU
- Periodic TAU: 定時(由 Time T3412 計時)發送 TAU,告訴 MME
- 若 UE 實際上已經更換了 MME
- 該 TAU 會被 Reject
- UE 再發送第二次 TAU
- 新的 MME 向舊的 MME 要資料 - Fast Authentication(不向 HSS 重新認證)
- TAU 裡面有 MME ID,新的 MME 會知道該 UE 原本歸哪個 MME 管
- 建立新的 Bearer Path
- 更新 HSS
- 刪掉舊的 Bearer Path
- 回應 UE TA Update Accept
- MME Pool Service Area
- 各種 Cell
- Macrocell: 大型基地台,覆蓋半徑可達 100 km
- Smallcell: 小型基地台,範圍約 10 公尺到 2 公里
- Picocell: 小型基地台,範圍約 200 公尺,用於室內,可以想成電信業者管理、透過專線連接的小型基地台
- Femtocell: 小型基地台,範圍約 10 公尺,原用於室內,有 SON 功能,可以想成是 WiFi AP,被 Picocell 取代
- Microcell: 就是 Smallcell
- Metrocell: 就是 Microcell
- Femtocell {{{
- 家庭基站,類似 WiFi AP,以室內為主,連接公眾網路,後來被 Picocell 取代
- 出現的原因
- 有超過 50% 的 Voice Call、70% 的流量其實是來自室內
- 但室內常常收不到基地台的訊號
- "那就放一個在室內吧,Backhaul 就接 ADSL 之類的" -> Home eNodeB
- "還可以放在公眾區域!" -> Metrocell
- 最後 Metrocell 沒有發展起來,因為其實用普通基地台就可以了,沒有必要特別去發展這個
- 低功耗低成本 (相對大的基地台而言)
- 和 eNodeB 之間沒有 X2 介面,故換手的成本較高
- HeNB 會先連接 Home eNodeB Gateway,然後才接上 MME/S-GW
- HeNB Gateway 負責加密
- Inbound Handover - 從 Macrocell Handover 到 Femtocell
- Outbound Handover - 從 Femtocell Handover 到 Macrocell
- 每個 Femtocell 被切分成許多小地區,可以根據不同區域做不同的參數調整
- 在另一個 Cell 的訊號強度比當前的 Cell 高出 HOM,持續 TTT (Time-To-Trigger) 時間以後,才啟動 Handover 機制
- 避免 Ping-Pong 效應
- Femtocell 發展遇到的困難
- 扁平化的架構被稍微破壞
- Dead Zone Problem
- 室外的 UE 和室內的 Femtocell 可能會互相干擾
- 用 SON 解決:Femtocell 自己根據狀況調整
- Synchronization
- 若兩座基地台之間沒有良好的同步,UE 可能會換手失敗,或是嚴重延遲
- 因為 Backhaul 是外接,QoS 變得困難
- 家用裝置必須是 Plug-and-Play 的裝置:要有 SON 功能
- Smallcell {{{
- 定位
- Macrocell 負責覆蓋率,使用低的頻率(700 / 800MHz)
- Smallcell 負責分流,使用較高的頻率(2GHz)
- 手機得克服「不能同時使用兩個 band」的限制
- 取代 Femtocell,成為小型基地台發展的方向
- 和 Femtocell 的差異
- Femtocell 使用公眾網路,需要特別的加密機制
- 遇到的困難
- 大小基地台不易辨認,快速移動的 UE 應該要連上大基站,慢速移動 UE 應該要連小基站
- 目前朝向「大基站指揮 UE 連向小基站」為主
- Backhaul 怎麼接?
- 架設點怎麼找?(租金問題)
- 路燈桿
- 房子上
- 大小基地台不易辨認,快速移動的 UE 應該要連上大基站,慢速移動 UE 應該要連小基站
- 定位
RRM - Radio Resource Management
- 負責 Radio Resource 相關的所有功能
- Radio Bearer 管理
- Scheduling of Radio Resources
- Dynamic Allocation of Resources
- Transmission Power Management
- Mobility Management
- eNodeB 的核心功能
- 有時會要求 UE 做 Buffer Status Report
- 處理 Proportional Fair
- 有些 UE 可能會待在 Channel Quality 比較差的地方
- 若用 Round Robin 配給 UE 資源,對這些 UE 不公平
- 若把資源分給 Channel Quality 最好的 UE,也不公平
- 解:把資源分給「Channel Quality 相對最好」的 UE
- 大家都能在 Channel Quality 比較好的時候傳資料
- 負責 Radio Resource 相關的所有功能
RRC - Radio Resource Control
- 廣播系統訊息、Paging
- 管理 UE 和 E-UTRAN 之間的連線 + 管理 UE 和 E-UTRAN 之間的 Temporary ID
- Inter eNodeB / Inter-RAT 的 Handover
- RRC 可以直接取得物理層的資料,不需要經過中間的轉送
- RRC Connection 的用途
- UE Registration/Deregistration
- Traffic Data Transpotation
- Location Registration
- 一個 RRC Connection 包含
- Radio Resource Configuration (Resource Blocks, MAC/PHY Configuration)
- AS Security Context
- Measurement Configuration
- UE Radio Capability
PDCP - Packet Data Convergence Protocol
- 傳送 User Plane Data
- 傳送 Control Plane Data
- 上行/下行都可用
- Header Compression
- Ciphering
- Integrity Protection: 防止封包被插入、置換
- 換手的支援 + 為 Handover 發生層以上的 PDU 封包重排序 + 為 RLC Acknowledged Mode 的 User Plane Data 提供 Lossless Handover
- PDCP SDU 最大可以傳 8188 byte
RLC - Radio Layer Control
- 負責偵錯、重傳
- 根據 MAC 層的指示切割/連接 SDU
- 重排、偵測重複、重組
- Acknowledged Mode (AM)
- Unacknowledged Mode (UM)
- Transparent Mode (TM)
MAC - Medium Access Control Layer
- 在 Logical Channel 和 Transport Channel 之間做對應、Scheduling
- Scheduling 發生在多個 User 分配到同一個 PRB 的時候
- Scheduling 的單位是 UE,而不是 UE 內的 RLC Buffer
- 只有 Shared Channel 需要被排程
- eNodeB 用 C-RNTI 通知 UE 可以傳資料
- Uplink 被 Buffer 住的資料量會回報給 eNodeB (Buffer Status Report)
- 根據 UE 回報的 Channel Condition 決定 Coding Scheme,並指揮 RLC 層
- 在 Logical Channel 和 Transport Channel 之間做對應、Scheduling
Inter-Symbol Interference (ISI)
- 前一個傳出去的 Symbol,撞到障礙物,在下一個 Symbol 傳送時才彈回來,造成干擾
TDD LTE 就算有 Guard Band,在 150 MHz 之內還是會干擾
Handover 和 Mobility 是不同的
- Handover 需維持連線
- Mobility 只需要回報位置 (手機可以進 Idle Mode)
Category
LTE 把 UE 分類,目前有 Category 1 ~ 8,代表 UE 的等級
Category
downlink
天線數
uplink
1
1
10.3
5.2
2
2
51.0
25.5
3
3
102.0
51.0
4
3
150.8
51.0
5
4
299.6
75.4
6
2/4
301.5
51.0
7
2/4
301.5
102.0
8
8
2998.6
1497.8
PDU / SDU
- 上層傳下來/傳給下層的資料稱為 SDU
- 傳給下層/上層傳上來的資料稱為 PDU
台灣現存的電信網路
- 2.5G: GPRS (頻段已被 LTE 取代)
- 3G: WCDMA
- 3.5G: HSPA / HSPA+
- 4G: LTE / LTE-A
NAS - Non Access Stratum
- MME 和 UE 之間使用 NAS 溝通,透過 eNodeB 轉送資料
- Incoming Call 的訊息是由 MME 發起,透過 NAS 送給 UE 的
- 控制 UE 的 Mobility
RRU - Remote Radio Unit
- 就是 Cell
HARQ - Hybrid Automatic Repeat reQuest
- LTE 物理層自動重送封包的機制
- 只在 DL-SCH 和 UL-SCH 使用
- 在 MAC 層有 8 個 Process 平行處理,以免來不及 Decode
- HARQ Incremental Redundancy Algorithm
- 送出資料後,若收到 NAK,表示接收端 Decode 失敗
- 再送出 Codec 的 Redundancy 部份,給接收端更多資訊做 Decode
- Asynchronous Adaptive HARQ
- 傳輸時的屬性(Codec 等)會改變,改變時需要溝通
- Synchronous Non-adaptive HARQ
- 傳輸時的屬性是預先設計好的,不能更改
- LTE 的 Downlink 使用 Asynchronous Adaptive
- LTE 的 Uplink 使用 Synchronous
- 原因:控制權在 eNodeB 手上,能夠在參數改變時及時溝通,但 UE 端的改變是來不及溝通的,只能先設好參數
重送
- HARQ
- 重送速率快
- 錯誤率較高
- 通道品質要求高
- RLC AM
- 比較慢
- Error-Free
- 不夠低的 Error Rate 會使 TCP 服務變得非常慢(一掉包就 Exponential 降速)
- HARQ 和 RLC 的重傳可以同時啟動
- 可以動態啟動(在 3G 的 HSPA 網路辦不到,因為功能分在不同的 Node)
- HARQ
QCI - QoS Class Identifier
- QCI 5 的 Priority 最高,但卻是 Non-GBR,是因為 IMS signalling 不是連續傳送
State
- UE 在 LTE 網路中帶有多種 State
- EPS Mobility Management (EMM) State
- EMM-DEREGISTERED
- EMM-REGISTERED
- 辨認 UE 是否為合法的使用者
- Attach Request,Attach Accept
- 辨認 UE 的 Tracking Area
- Tracking Area Update (TAU) Request,TAU Accept
- EPS Connection Management (ECM) State (也可稱為 ESM - EPS Session Management)
- ECM-IDLE
- UE 和 MME 之間沒有 NAS Signalling Connection
- Mobility 用 Cell Selection/Reselection 方式處理
- ECM-CONNECTED
- UE 已建立 RRC Connection
- UE 已建立 S1 Connection
- UE 可以和 MME 溝通
- Mobility 用 Handover 方式處理
- UE 只在 eNodeB 通知時才會發出 Tracking Area Update
- 可能是換 MME 時會觸發,舊的 MME 叫 新的 MME 去要求 UE 做 Tracking Area Update
- 使用情境
- eNodeB 發起:UE 長時間沒有活動、RRC Signaling Integrity Check Failure
- MME 發起:Authenticaiton Failure、Detach Procedure
- ECM-IDLE
- RRC State
- RRC-IDLE
- RRC-CONNECTED
SIB - System Information Block
- UE 中記錄的系統資訊最長有效時間為 3 個小時
- 系統訊息更新的週期:ModificationPeriod,是 Paging Cycle 的整數倍
- 每達到這個週期,UE 就會醒來,連上 eNodeB,取得 MIB 和 SIB1,再取得其他 SIB 的訊息
- The Master Information Block (MIB)
- 包含最常被傳輸的訊息,對於 UE 加入網路是必需的
- 包含物理層的資訊
- 每個 Subframe #0 都有
- 每 40ms 更新一次
- BCH / PBCH
- System Information Block Type 1 (SIB1)
- 用來判斷一個 Cell 是否適合某個 UE
- 在每個偶數 Frame 之中的 Subframe #5 出現
- 每 80ms 更新一次
- DL-SCH / PDCCH
- 由 SI-RNTI 值提示 SIB1 的位置
- SIB1 裡面有一個 Value Tag,表明系統資訊有沒有更新
- SIB1 中的 schedulingInformation 記錄其他 SIB 的位置
- si-WindowLength
- 這些 SIB 被分成 SI 1 ~ 3 三組,每一組裡面都帶有各自的週期 (8, 16, 32, 64)
- 範例
- SI 1: { 8, SIB2, SIB3, SIB4 }
- SI 2: { 16, SIB5 }
- SI 3: { 32, SIB6, SIB7, SIB8 }
- si-WindowLength = 20ms
- SIB5 的 n = 2,si-Periodicty = 16
- 先計算 x = (n - 1) * si-WindowLength = (2 - 1) * 20 = 20
- SIB5 會出現的 Frame 為 SFN mod si-Periodicty = Floor(x / 10) 的 Frame
- SFN mod 16 = 2
- 從 Frame #2 開始,週期為 16 個 Frame
- SIB5 會出現的 Subframe 為 x mod 10 = 20 mod 10 = 0
- DRX - Discontinued Reception
- 讓手機可以在沒有封包的時候進入睡眠模式
- 分成: Connected DRX / Paging DRX / Extended DRX
- Connected DRX
- 在不同狀態有不同計時器
- Power Active Mode
- t_{I}: Inactivity Period
- UE 閒置超過 t_{I} 時,進入 Power Saving Mode
- Power Saving Mode
- t_{D}: DRX Cycle
- t_{S}: Sleep Period
- UE 每 t_{D} 醒來一次聽訊息(醒來的時間長度為 τ)
- Power Active Mode
- eNodeB 會記錄每個 UE 的 DRX Cycle,並在 DRX Cycle 結束時發一個 Paging 給 UE
- 相同 Cycle 的 UE 會一起被 Paging
- 在不同狀態有不同計時器
- Paging DRX
- Extended DRX
- 3GPP
- 3^{rd} Generation Partnership Project
- C-RAN - Cloud Radio Access Network
- 把天線拉出基地台,天線可以放在不同的位置,不一定要在基站上
- 未來天線可能會植入窗戶裡面、牆壁裡面
- UPCON
- 讓核心網路可以判斷應用服務的種類
- Offload & Traffic Breakout
- Offload - User Plane 資料完全不經過基地台
- Traffic Breakout - User Plane 資料會經過基地台,但是在進入核心網路前就經由其他 link 進入 Internet
- Control Plane 的訊息還是會進入核心網路
- LIPA - Local IP Access
- 若發送端和接收端都在同一個區域網路內,流量可以在透過 HeNB 轉送
- UE -> HeNB(內建一個 LIPA Gateway) -> UE
- 這樣當然就沒辦法按流量計費了,就改成 買斷 / 月租 / 企業方案 之類的
- LIPA Gateway 有點像是 P-GW,也會 Assign 一個 IP Address 給 UE
- 若發送端和接收端都在同一個區域網路內,流量可以在透過 HeNB 轉送
- SIPTO - Selected IP Traffic Offload
- Femtocell / HeNB 出去的流量預設有 Tunnel 包裝,通往核心網路
- 不丟進 Tunnel 的流量就會跑到 Internet 上,不進入核心網路
- LTE 的 MTC - Machine Type Communications
- 從 LTE Release10 開始制定
- 只有 Mobile Originated 資料
- MTC 資料的特徵對 LTE 而言很麻煩
- 問題
- Infrequent Transmission(不適合一直維持著連線)
- Small data Transmission(建立連線所需要的訊號遠大於真正的資料)
- Priority Alarm Message(某些重要 Device 的資料不能等,一定要馬上傳)
- Huge Volume Device(Device 數量超多)
- 相關議題
- Signalling Reduction
- Addressing
- Identifiers
- Subscription Control
- Security
- Grouping
- 把 Device 包成一群一群,只選一些做為代表和 eNodeB 連線
- 沒有連線的 Device 和代表用其他協定連線
- 問題
- Device 可以接收傳統簡訊和 IMS 的簡訊
- 跟著 Paging 訊息一起傳
- RAN Sharing
- 讓一個小型基站給多個營運商使用
- Moving Network
- 高鐵上的 UE → 高鐵上的 Smallcell → 鐵軌旁的基地台 → Wireless 回程網路
- Initial Access
- UE 搜尋 Cell
- UE 取得系統資訊
- 透過 Primary Synchronization Signal 找到 Cell ID
- 透過 Secondary Synchronization Signal 找到 Frame、Subframe 的位置
- 取得 eNodeB 是使用 TDD / FDD
- 透過 PBCH 取得 MIB
- 取得物理層資訊
- 透過 PDCCH 取得 SIB1
- 取得其他 SIB 的週期
- 透過 PDSCH 取得其他 SIB
- 取得 PLMN ID,檢查這個 Cell 可不可以連,記錄下來做為以後 Reselection 的快取
- 再回到 A. ,繼續尋找下一個 Cell,記錄約 6 個以後停止
- UE 用 Random Access 取得上行 Radio 資源,發出 Attach Request
- UE RX/TX
- Cell Selection/Reselection
- Suitable Cell
- 一個 Suitable Cell 是 UE 最佳的選擇
- PLMN 合適
- 不在 Forbidden Tracking Area 內
- 滿足 Selection 的條件(訊號很好)
- 該 UE 在白名單內
- Acceptable Cell
- UE 可以連,但是只能撥緊急電話
- 滿足 Selection 的條件(訊號夠好)
- 條件比 Suitable Cell 鬆很多,只供緊急使用
~/Documents/3gpp-lte/3GPP-Long-Term-Evolution技術概述-Class-5-r103.pdf
P.48 有 State Diagram
- Suitable Cell
- Random Access Procedure
- 在 Random Access 過程中,資源是用搶的
- 「資源」被稱為 Preamble
- 過程
- [UE] 透過 PRACH 送出 Random Access Preamble
- 包含一個 5 bit Preamble ID
- [UE] 等待該 Preamble ID 的回應
- 如果沒收到大概就是撞爛了,做 Random Backoff,和 WiFi 一樣
- [eNodeB] eNodeB 回應 Random Access Response
- UE 的 Random ID
- C-RNTI
- Initial Uplink Resource Grant(告訴 UE 什麼時候可以透過 UL-SCH 傳資料)
- [UE] 確定取得 Uplink 資源,等到資源可用時,開始傳資料
- [UE] 透過 PRACH 送出 Random Access Preamble
- UE Registration/Deregistration
- Registration 有四個目的
- 讓 UE/網路 互相確認對方是合法的
- UE 取得 TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)
- UE Location Registration(為了以後做 Paging)
- 建立 Default Bearer
- 分配 IP 給 UE
- Deregistration
- UE 離開網路,不再能接觸 EPS
- Explicitly Detach
- Implicitly Detach
- UE 太久(三小時)沒有 Update,MME 直接踢掉不通知 UE
- Registration 有四個目的
- UE 的 ID
- IMSI - International Mobile Subscriber Identity
- MCC - Mobile Country Code
- MNC - Mobile Network Code
- MSIN - Mobile Subscriber Identification Number
- GUTI - Globally Unique Temporary UE Identifier
- 在合法註冊後 UE 拿到的 ID,在註冊期間不會改變
- GUTI = GUMMEI + M-TMSI
- GUMMEI - Globally Unique MME Identifier
- GUMMEI = MCC + MNC + MME ID
- MME ID = MME Group ID + MME Code
- IMSI - International Mobile Subscriber Identity
- 5G
- 萬物都連網,滿滿的資料
- Big data
- 速度將會是 4G 網路的 1000 倍
- 每一代的特色
- 2G: Voice
- 2.5G: Low-speed data
- 3G: High-speed Data
- 4G: Video
- B4G Intelligent networks,Service centric data,Heterogeneous Networks (HetNet)
- 邊緣計算: 能在 Local 算完就算完,能在 Local 傳完就傳完,不要跟大家擠
- Localized Shortcut IP Access
- Small Cell as a Service
- 萬物都連網,滿滿的資料
- SaMOG
- 讓 UE 可以透過非 3GPP 網路、穿過 P-GW 連往 Internet
- 對 P-GW 來說,UE 只是換了一個 S-GW
- SaMOG GW 模擬了 S-GW 的行為(?)
- SON - Self Optimize/Organize Network