LTE-RRM介紹(UE-RRM功能和基站RRM功能)

目錄1概述22從UE的角度看RRM22.1UE移動性流程概述22.2小區(qū)搜索52.3測量52.4RRC_IDLE狀態(tài)下的小區(qū)重選82.5RRC_CONNECTED狀態(tài)下的小區(qū)切換82.6小結(jié)103從E-UTRAN的角度看RRM103.1無線承載控制RadioBearerControl(RBC)123.2無線準(zhǔn)入控制RadioAdmissionControl(RAC)123.3連接移動性控制ConnectionMobilityControl(CMC)133.4動態(tài)資源分配DynamicResourceAllocation(DRA)133.5跨基站干擾協(xié)調(diào)Inter-cellInterferenceCoordination(ICIC)153.6負(fù)載平衡LoadingBalancing(LB)153.7異網(wǎng)無線資源管理Inter-RATRadioResourceManagement154參考文檔16概述接口協(xié)議是看得見的，而RRM是看不見摸不著的，因?yàn)镽RM是E-UTRAN和UE內(nèi)部的功能模塊，其實(shí)現(xiàn)取決于設(shè)備商的內(nèi)部設(shè)計(jì)。不要把RRM和RRC相混淆。RRC是AS中的一個協(xié)議層，而RRM的范圍要廣泛得多，包括無線承載控制、無線準(zhǔn)入控制、無線移動性控制、調(diào)度和動態(tài)資源分配，等等從UE的角度看RRMUE移動性流程概述蜂窩無線系統(tǒng)中，RRM〔RadioResourceManagement〕的目的是滿足用戶的移動體驗(yàn)——UE和網(wǎng)絡(luò)彼此配合，無縫實(shí)現(xiàn)移動性管理，不需要用戶的干預(yù)。要實(shí)現(xiàn)無線資源管理完全對用戶透明，必然給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來額外的復(fù)雜性，包括UE的設(shè)計(jì)、接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和LTE網(wǎng)絡(luò)整體的設(shè)計(jì)，在UE復(fù)雜性〔影響本錢、功耗〕、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性〔影響無線接口資源消耗、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹澈拖到y(tǒng)性能之間必然有一個平衡。從UE的角度來看，支撐無縫移動所需要的RRM工作包括：小區(qū)搜索測量切換小區(qū)重選擇為了保證UE移動時的業(yè)務(wù)連續(xù)性，UE不僅要和效勞小區(qū)保持穩(wěn)定的通信聯(lián)系，還需要時時監(jiān)控相鄰小區(qū)的狀態(tài)。無線傳播環(huán)境的變化是非?？斓?，這一刻和下一刻的信噪比指標(biāo)往往相差非常大，因此對相關(guān)小區(qū)的監(jiān)控是實(shí)時持續(xù)的。一旦效勞小區(qū)的信號質(zhì)量衰退到某個閥值以下，UE的RRM模塊就必須迅速做出決定：切換或者小區(qū)重選?？梢郧袚Q或者重選到現(xiàn)有LTE頻段、其它LTE頻段或者3G/3.5G網(wǎng)絡(luò)。如果切換/重選到其它RAT網(wǎng)絡(luò)，可能這個UE只能使用根本的通信效勞。決定切換/重選的性能的是一些具體的參數(shù)和步驟，比方如何搜索適宜的小區(qū)、測量精度、測量周期、切換時延等等。UE功耗和UE本錢也是影響切換/重選性能的重要因素。具體包括：效勞小區(qū)的移動制式RATUE在效勞LTE小區(qū)中的狀態(tài)：RRC_CONNECTED還是RRC_IDLE目標(biāo)小區(qū)的移動制式RAT對于3GPPRAT來說，有些是UE在切換/重選過程中必須考慮的共同因素，包括：效勞小區(qū)質(zhì)量檢測和評估。對效勞小區(qū)質(zhì)量檢測和評估是周期性進(jìn)行的。如果效勞小區(qū)的信號質(zhì)量令人滿意〔比方高于網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的一個門限〕，就不需要采取任何行動。但是如果效勞小區(qū)的信號質(zhì)量降至一個門限的下方，就必須開始下一個步驟。周期性地發(fā)起相鄰小區(qū)搜索過程。小區(qū)搜索過程必須周期性地重復(fù)，因?yàn)樾碌男^(qū)可能在任何時刻出現(xiàn)或者消失。因此，即便一個UE已經(jīng)成功鎖定了目標(biāo)鄰小區(qū)，它仍然需要繼續(xù)小區(qū)搜索過程，除非效勞小區(qū)的信號質(zhì)量恢復(fù)到令人滿意的水平，或者UE轉(zhuǎn)移到另一個效勞小區(qū)。如果目標(biāo)鄰小區(qū)被鎖定，那么要開始下一個步驟。鄰小區(qū)測量。在這個步驟中，被鎖定的鄰小區(qū)的信號將被周期性地測量〔因?yàn)樾盘柕膹?qiáng)度和質(zhì)量可能會變化〕，直到效勞小區(qū)的信號質(zhì)量恢復(fù)到令人滿意的水平，或者UE轉(zhuǎn)移到另一個效勞小區(qū)。為了防止短期波動的影響〔比方信號快衰落〕，信號測量結(jié)果是測量周期內(nèi)一系列均勻分布的測量取樣的平均值。測量周期由相關(guān)無線場景的性能需求決定，比方同頻LTERSRP測量的周期要求是200ms。一旦測量正常啟動，就開始下一個步驟。移動性評估。在這個步驟，必須決定UE是否移動到另一個效勞小區(qū)。在LTE，eNodeB決定激活態(tài)時的小區(qū)切換，而UE決定空閑態(tài)時的小區(qū)重選。一旦小區(qū)移動流程被啟動，那么UE就遷移到一個更好的小區(qū)。目標(biāo)小區(qū)可以是相同RAT小區(qū)，也可以是不同RAT小區(qū)。小區(qū)搜索小區(qū)搜索指的是UE發(fā)現(xiàn)相鄰小區(qū)的過程，這些相鄰小區(qū)可能屬于LTE網(wǎng)絡(luò)〔同頻或者異頻〕，也可能屬于其它RAT。LTE小區(qū)搜索過程包括：PSS信號偵測：通過解碼PSS信號，UE獲得小區(qū)組內(nèi)ID〔0,1,2〕和時隙同步；SSS信號偵測：通過解碼SSS信號，UE獲得CP長度、小區(qū)組號和幀同步；PBCH信道偵測：通過解碼PBCH信道，UE獲得了重要的系統(tǒng)信息。如果是新小區(qū)識別過程，PBCH解碼是不需要的，但是可能會做參考信號RS的解碼，目的是獲得新小區(qū)的RSRP和RSRQ，以便能上報(bào)網(wǎng)絡(luò)。測量大局部的UE測量的需要一定程度的相干解調(diào)和信號處理，因此，只有UE和目標(biāo)小區(qū)實(shí)現(xiàn)同步，并且了解了物理層相關(guān)參數(shù)〔用于執(zhí)行相干處理，比方時隙時間、幀時間和擾碼〕之后，這些測量才可以執(zhí)行。另一方面，一些和載頻有關(guān)的信號強(qiáng)度測量不需要與信號相干同步，比方LTERSSI測量。UE采集到的測量采樣值在時域〔測量周期〕和頻域〔測量帶寬〕中是均勻分布〔uniformlydistributed〕的，UE將計(jì)算得到這些測量采樣值的平均值，并通過RRC消息上報(bào)給eNodeB。LTE的測量模式類似UMTS，有4個參考點(diǎn)：參考點(diǎn)A、參考點(diǎn)B、參考點(diǎn)C、參考點(diǎn)D。參考點(diǎn)A：參考點(diǎn)A的測量位于物理層，它是上層應(yīng)用的根底。參考點(diǎn)A測量的一個例子是在一個很短的時間內(nèi)〔比方1ms〕完成LTERSRP的測量。參考點(diǎn)B：參考點(diǎn)B的測量是可以通過層3信令RRC處理和上報(bào)的測量，之前這些測量已經(jīng)通過了層1協(xié)議的過濾處理。參考點(diǎn)C：參考點(diǎn)C的測量是經(jīng)過RRC的過濾處理。RRC的過濾參數(shù)的配置由RRC負(fù)責(zé)。參考點(diǎn)D：在參考點(diǎn)D，可以看到UE通過RRC信令發(fā)送給eNodeB的測量報(bào)告。LTERSRP提供了一個度量特定小區(qū)的信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)。RSRP測量可以用來給候選小區(qū)做排名，這些小區(qū)的信號強(qiáng)度將成為切換或小區(qū)重選決定的輸入?yún)?shù)。RSRP被定義為測量帶寬內(nèi)，所有攜帶小區(qū)特定RS信號的資源粒RE的功率〔單位是W〕的線性平均值。計(jì)算RSRP時，通常只考慮第一個天線端口的RS信號，但是如果UE能夠識別第二個天線端口的RS信號，那么在計(jì)算RSRP時也可以考慮進(jìn)來。如果UE使用了接收分集，那么RSRP應(yīng)該是所有分集分支的線性平均值。LTE載頻RSSI〔ReceivedSignalStrengthIndicator〕是UE能觀察到的所有不同來源的功率的總和，包括測量帶寬內(nèi)同信道的效勞小區(qū)和非效勞小區(qū)的信號、相鄰信道的干擾信號、熱噪聲，等等。LTE不會單獨(dú)報(bào)告CarrierRSSI值，RSSI值是計(jì)算RSRQ時用到的輸入?yún)?shù)。LTERSRQ〔ReferenceSignalReceivedQuality〕的目的是獲得一個小區(qū)特定的信號質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。和RSRP類似，這個度量標(biāo)準(zhǔn)通過比擬候選小區(qū)的信號質(zhì)量來給它們排名。RSRQ是決定小區(qū)切換和小區(qū)重選的主要依據(jù)，特別是在依據(jù)RSRP參數(shù)無法做出準(zhǔn)確判斷的情況下。RSRQ=(N*RSRP)/(carrierRSSI)，其中N是carrierRSSI測量所占用的LTE帶寬所對應(yīng)資源塊〔RB〕數(shù)量，因此分子和分母對應(yīng)的資源塊RB數(shù)量是一樣的。RSRP代表了所需要的信號的強(qiáng)度，而RSRQ那么兼顧了干擾水平，因?yàn)镽SRQ公式中有RSSI參數(shù)。因此RSRQ既考慮到有用信號，又考慮到干擾信號，能更好地為小區(qū)切換/重選提供決策依據(jù)。RRC_IDLE狀態(tài)下的小區(qū)重選在RRC_IDLE狀態(tài)下，所有和移動性有關(guān)的流程都是UE自動完成的，這有兩個好處：1，能夠盡量減少空閑態(tài)UE對無線傳輸資源的占用，事實(shí)上在空閑態(tài)，UE只有在位置區(qū)發(fā)生變化時才會占用空中接口；2，減少功耗。LTE標(biāo)準(zhǔn)沒有過多涉及在RRC_IDLE狀態(tài)下UE如何完成小區(qū)重選和信號測量，這都由設(shè)備商自行開發(fā)，只要到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的UE性能指標(biāo)即可。RRC_IDLE狀態(tài)下UE的主要目標(biāo)是能夠在歸屬的效勞小區(qū)穩(wěn)定地收到尋呼消息，從而確保不會錯過語音呼入。根據(jù)要求，UE被嚴(yán)格要求定期解碼尋呼信道，確保不會錯過來電尋呼消息和系統(tǒng)消息尋呼消息。這也是RRC_IDLE狀態(tài)下UE的主要工作。為了降低功耗，不要求UE過多地檢測相鄰小區(qū)的信號質(zhì)量，除非效勞小區(qū)的信號質(zhì)量惡化到一定程度。RRC_CONNECTED狀態(tài)下的小區(qū)切換而在RRC_CONNECTED狀態(tài)，對相鄰小區(qū)的信號質(zhì)量的檢測頻率那么要高得多，這是因?yàn)?，在RRC_CONNECTED狀態(tài)，UE和網(wǎng)絡(luò)建立了活潑的信道來交換數(shù)據(jù)，因此必須確保這條信道保持穩(wěn)定，而對功耗的顧慮那么變得次要了。在RRC_CONNECTED狀態(tài)，小區(qū)搜索和信號測量工作都是由eNodeB主導(dǎo)。一旦發(fā)現(xiàn)比效勞小區(qū)更好的小區(qū)出現(xiàn)，eNodeB就會指引UE切換到這個小區(qū)。這種切換可以是同頻率LTE小區(qū)之間的切換、不同頻率LTE小區(qū)之間的切換，以及LTE小區(qū)和其它RAT小區(qū)之間的切換。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置，eNodeB會給UE下發(fā)小區(qū)搜索和信號測量配置數(shù)據(jù)，包括測量間隔、報(bào)告方式等等，幫助UE完成小區(qū)搜索和信號檢測。如果是同頻LTE鄰區(qū)測量，那么UE接收天線可以同時完成用戶數(shù)據(jù)傳輸和鄰小區(qū)檢測，不需要特殊的配置；如果是異頻LTE鄰區(qū)測量或者異RAT鄰區(qū)測量，那么需要設(shè)定測量空隙(gap)，先暫停用戶數(shù)據(jù)傳輸，等在測量間隙完成鄰區(qū)測量后，再恢復(fù)用戶數(shù)據(jù)傳輸。測量報(bào)告的上報(bào)方式分為兩種：周期性上報(bào)和事件觸發(fā)報(bào)告。一旦根據(jù)測量報(bào)告eNodeB決定發(fā)起切換，eNodeB就像UE發(fā)送RRC消息MobililtyFromE-UTRA，這條消息中含有目標(biāo)小區(qū)的相關(guān)信息。根據(jù)這些信息，UE負(fù)責(zé)與目標(biāo)小區(qū)建立無線連接。一個LTE同頻小區(qū)切換的流程如下列圖所示：小結(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)無縫移動是LTE等移動通信系統(tǒng)區(qū)別其它通信系統(tǒng)的主要特征。這不僅包括相同頻率LTE小區(qū)之間的無縫移動，還包括不同頻率LTE小區(qū)之間的無縫移動，以及LTE小區(qū)和其它RAT小區(qū)之間的無縫移動。為了支持這個功能，LTE系統(tǒng)定義了很多信令流程和測試方法。當(dāng)然，對無縫移動的支持必須平衡對其它用戶體驗(yàn)的影響，比方UE的功耗和制造本錢。從E-UTRAN的角度看RRME-UTRAN中的RRM的目的是提高無線資源的利用效率，滿足移動業(yè)務(wù)對無線資源的需求。E-UTRAN中的RRM不僅要考慮本小區(qū)的無線資源管理〔包括資源分配、重分配和釋放〕，還要統(tǒng)籌兼顧其它小區(qū)的無線資源管理。RRM功能包括：無線承載控制RadioBearerControl(RBC)無線準(zhǔn)入控制RadioAdmissionControl(RAC)連接移動性控制ConnectionMobilityControl(CMC)動態(tài)資源分配DynamicResourceAllocation(DRA)跨基站干擾協(xié)調(diào)Inter-cellInterferenceCoordination(ICIC)負(fù)載平衡LoadingBalancing(LB)異網(wǎng)無線資源管理Inter-RATRadioResourceManagement覆蓋、容量、質(zhì)量〔QoS〕是無線網(wǎng)絡(luò)性能的三個支柱，既相互影響，又相互作用。無線資源管理的目的就是在保證效勞質(zhì)量的同時，最大限度地增強(qiáng)覆蓋和提高頻譜利用效率，尋求覆蓋、容量、質(zhì)量三者之間的最正確工作平衡點(diǎn)。無線資源管理RRM管理的是什么資源呢？當(dāng)然是物理層負(fù)責(zé)接入用戶、保障業(yè)務(wù)正常進(jìn)行的無線資源，如時間、頻率、碼道、空間、功率，如下表所示。RRM調(diào)度WCDMAHSDPALTEFDD時間資源每個幀10ms，分成2ms的5個短幀；用碼片的數(shù)量度量時間每個幀10ms，分成10個子幀；用OFDM符號長度度量時間頻率資源載波帶寬固定為上下行各5MHz子載波可以靈活調(diào)整，每個子載波15KHz，支持的帶寬為1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz碼道資源正交碼分多址，碼道是一種資源無空間資源MIMO系統(tǒng)，7種天線模式功率資源主要是為了克服遠(yuǎn)近效應(yīng)主要是為了抑制干擾調(diào)度周期2ms1ms在LTE系統(tǒng)中，主要采用的是分布式RRM，將大多數(shù)RRM功能終結(jié)在eNodeB中，無須高層設(shè)備的指示。資源調(diào)度算法終結(jié)在協(xié)議棧的MAC層，接納控制、切換算法、干擾協(xié)調(diào)等那么安排在協(xié)議棧的RRC層。這樣可以防止復(fù)雜的設(shè)備間的信令流程，eUTRAN可以獲得較低的時延和更高的QoS。但由于MBMS本身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，也有可能采用集中式RRM處理。無線承載控制RadioBearerControl(RBC)建立、維護(hù)和釋放無線承載〔RadioBearer〕包括為無線承載配置無線資源的過程。當(dāng)為一項(xiàng)業(yè)務(wù)建立無線承載時，RBC要全盤考慮E-UTRAN的資源整體狀況、正在進(jìn)行中的會話的QoS需求，以及新業(yè)務(wù)的QoS需求。RBC也要關(guān)注當(dāng)無線資源狀況因移動性或其它原因而發(fā)生變化時，要維護(hù)好屬于當(dāng)前會話的無線承載。當(dāng)會話中止、切換或其它場景中，RBC參與了與無線承載有關(guān)的無線資源的釋放。RBC功能模塊和底層協(xié)議〔RLC/MAC/PHY〕位于同一個eNodeB內(nèi)，RBC的配置和重配置命令可以直接從eNodeB發(fā)給。與之相比，UMTS中，RBC模塊位于RNC中，信令處理的時延明顯比LTE大。建立無線承載〔RadioBearer〕之前，RRC連接必須建立完成，終端和核心網(wǎng)的一些NAS協(xié)商也必須完成。無線承載RB的配置和重配置消息包括新的MAC層的復(fù)用參數(shù)、RB使用的傳輸信道配置參數(shù)。無線準(zhǔn)入控制RadioAdmissionControl(RAC)RAC的任務(wù)是準(zhǔn)許或者拒絕一個新無線承載的建立要求。為了完成這個任務(wù)，RAC必須全盤考慮E-UTRAN內(nèi)的資源整體狀況、優(yōu)先級別、當(dāng)前會話的QoS需求，以及新業(yè)務(wù)的QoS需求。RAC的目標(biāo)是達(dá)成無線資源的較高使用率〔只要有空余的無線資源，就盡可能地允許無線承載的建立〕，同時確保正確滿足當(dāng)前會話的QoS要求〔通過拒絕E-UTRAN無法容納的無線承載請求〕。RAC只是作出是否允許的判斷，而被允許后，真正建立RB的仍是RBC的工作。連接移動性控制ConnectionMobilityControl(CMC)連接移動性控制ConnectionMobilityControl(CMC)負(fù)責(zé)管理和IDLE態(tài)和CONNECTED態(tài)的移動性有關(guān)的無線資源。在IDLE態(tài)，CMC決定UE小區(qū)重選的算法，包括怎樣定義好小區(qū)，怎樣重選擇一個新的小區(qū)；同時CMC還負(fù)責(zé)將測量配置和測量報(bào)告上報(bào)形式播送給UE。在CONNECTED態(tài)，CMC根據(jù)UE和E-UTRAN的測量報(bào)告做出切換決定。決定切換時，還需要考慮其它因素，比方鄰小區(qū)負(fù)荷、流量分配、傳輸資源、基站硬件資源，以及運(yùn)營商的其它策略。CMC功能模塊在E-UTRAN內(nèi)。動態(tài)資源分配DynamicResourceAllocation(DRA)動態(tài)資源分配DynamicResourceAllocation(DRA)的任務(wù)是為用戶數(shù)據(jù)包和控制平面數(shù)據(jù)包分配資源，并在任務(wù)完成后釋放資源。資源包括緩沖區(qū)、處理器資源和資源塊〔ResourceBlock〕。DRA有幾個子任務(wù)，比方?jīng)Q定為哪個數(shù)據(jù)包調(diào)度無線承載資源、功率資源管理、時間資源管理、頻率資源管理、特定資源塊的分配，等等。DRA需要考慮對某些資源塊的優(yōu)先使用或者限制使用，以及與ICIC管理有關(guān)的資源塊的特殊處理。LTE資源調(diào)度的最小時間單元是1個TTI，即1ms，當(dāng)然調(diào)度周期也可以是幾個TTI；LTE資源調(diào)度的最小頻率資源是一個物理資源塊PRB的帶寬，即180KHz，當(dāng)然也可以一次性分配幾個PRB。在LTE中，DRA模塊位于eNodeB的MAC層。由于MAC層對下行共享信道的使用狀況非常清楚，因此下行資源調(diào)度是以無線承載radiobearer為單位的。另一方面，由于UE可能同時使用多個業(yè)務(wù)，即同時建立幾條無線承載radiobearer，而eNodeB不可能準(zhǔn)確知道一個UE的所有RadioBearer的信息，因此上行資源調(diào)度那么是以用戶為單位，即調(diào)度器給用戶發(fā)一個調(diào)度命令，并不做業(yè)務(wù)的區(qū)分。下行資源調(diào)度器的指揮所在eNodeBMAC，而上行資源調(diào)度器的指揮所也在eNodeBMAC，就是說UE沒有資源調(diào)度的權(quán)力，一切都要遵守eNodeB的指示行動。UE想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，先把數(shù)據(jù)放進(jìn)上行緩沖區(qū)，然后提交緩沖區(qū)狀態(tài)報(bào)告，并且發(fā)送上行調(diào)度請求。eNodeB根據(jù)UE的上行調(diào)度請求和緩沖區(qū)狀態(tài)報(bào)告，結(jié)合上行信道狀況，決定給