资源描述
目录
1 概述 2
2 从UE的角度看RRM 2
2.1 UE移动性流程概述 2
2.2 小区搜索 5
2.3 测量 5
2.4 RRC_IDLE状态下的小区重选 8
2.5 RRC_CONNECTED状态下的小区切换 8
2.6 小结 10
3 从E-UTRAN的角度看RRM 10
3.1 无线承载控制Radio Bearer Control (RBC) 12
3.2 无线准入控制Radio Admission Control (RAC) 12
3.3 连接移动性控制Connection Mobility Control (CMC) 13
3.4 动态资源分配Dynamic Resource Allocation (DRA) 13
3.5 跨基站干扰协调Inter-cell Interference Coordination (ICIC) 15
3.6 负载平衡Loading Balancing (LB) 15
3.7 异网无线资源管理Inter-RAT Radio Resource Management 15
4 参考文档 16
1 概述
接口协议是看得见的,而RRM是看不见摸不着的,因为RRM是E-UTRAN和UE内部的功能模块,其实现取决于设备商的内部设计。
不要把RRM和RRC相混淆。RRC是AS中的一个协议层,而RRM的范围要广泛得多,包括无线承载控制、无线准入控制、无线移动性控制、调度和动态资源分配,等等
2 从UE的角度看RRM
2.1 UE移动性流程概述
蜂窝无线系统中,RRM(Radio Resource Management)的目的是满足用户的移动体验——UE和网络彼此配合,无缝实现移动性管理,不需要用户的干预。要实现无线资源管理完全对用户透明,必然给系统设计带来额外的复杂性,包括UE的设计、接入网络的设计和LTE网络整体的设计,在UE复杂性(影响成本、功耗)、网络复杂性(影响无线接口资源消耗、网络拓扑)和系统性能之间必然有一个平衡。
从UE的角度来看,支撑无缝移动所需要的RRM工作包括:
Ø 小区搜索
Ø 测量
Ø 切换
Ø 小区重选择
为了保证UE移动时的业务连续性,UE不仅要和服务小区保持稳定的通信联系,还需要时时监控相邻小区的状态。无线传播环境的变化是非常快的,这一刻和下一刻的信噪比指标往往相差非常大,因此对相关小区的监控是实时持续的。一旦服务小区的信号质量衰退到某个阀值以下,UE的RRM模块就必须迅速做出决定:切换或者小区重选。可以切换或者重选到现有LTE频段、其它LTE频段或者3G/3.5G网络。如果切换/重选到其它RAT网络,可能这个UE只能使用基本的通信服务。
决定切换/重选的性能的是一些具体的参数和步骤,比如如何搜索合适的小区、测量精度、测量周期、切换时延等等。UE功耗和UE成本也是影响切换/重选性能的重要因素。具体包括:
Ø 服务小区的移动制式RAT
Ø UE在服务LTE小区中的状态:RRC_CONNECTED 还是 RRC_IDLE
Ø 目标小区的移动制式RAT
对于3GPP RAT来说,有些是UE在切换/重选过程中必须考虑的共同因素,包括:
Ø 服务小区质量检测和评估。对服务小区质量检测和评估是周期性进行的。如果服务小区的信号质量令人满意(比如高于网络设定的一个门限),就不需要采取任何行动。但是如果服务小区的信号质量降至一个门限的下方,就必须开始下一个步骤。
Ø 周期性地发起相邻小区搜索过程。 小区搜索过程必须周期性地重复,因为新的小区可能在任何时刻出现或者消失。因此,即便一个UE已经成功锁定了目标邻小区,它仍然需要继续小区搜索过程,除非服务小区的信号质量恢复到令人满意的水平,或者UE转移到另一个服务小区。如果目标邻小区被锁定,则要开始下一个步骤。
Ø 邻小区测量。在这个步骤中,被锁定的邻小区的信号将被周期性地测量(因为信号的强度和质量可能会变化),直到服务小区的信号质量恢复到令人满意的水平,或者UE转移到另一个服务小区。为了避免短期波动的影响(比如信号快衰落),信号测量结果是测量周期内一系列均匀分布的测量取样的平均值。测量周期由相关无线场景的性能需求决定,比如同频LTE RSRP测量的周期要求是200ms。一旦测量正常启动,就开始下一个步骤。
Ø 移动性评估。在这个步骤,必须决定UE是否移动到另一个服务小区。在LTE,eNodeB决定激活态时的小区切换,而UE决定空闲态时的小区重选。一旦小区移动流程被启动,则UE就迁移到一个更好的小区。目标小区可以是相同RAT小区,也可以是不同RAT小区。
2.2 小区搜索
小区搜索指的是UE发现相邻小区的过程,这些相邻小区可能属于LTE网络(同频或者异频),也可能属于其它RAT。
LTE小区搜索过程包括:
Ø PSS信号侦测:通过解码PSS信号,UE获得小区组内ID(0,1,2)和时隙同步;
Ø SSS信号侦测:通过解码SSS信号,UE获得CP长度、小区组号和帧同步;
Ø PBCH信道侦测:通过解码PBCH信道,UE获得了重要的系统信息。如果是新小区识别过程,PBCH解码是不需要的,但是可能会做参考信号RS的解码,目的是获得新小区的RSRP和RSRQ,以便能上报网络。
2.3 测量
大部分的UE测量的需要一定程度的相干解调和信号处理, 因此,只有UE和目标小区实现同步,并且了解了物理层相关参数(用于执行相干处理,比如时隙时间、帧时间和扰码)之后,这些测量才可以执行。
另一方面,一些和载频有关的信号强度测量不需要与信号相干同步,比如LTE RSSI测量。
UE采集到的测量采样值在时域(测量周期)和频域(测量带宽)中是均匀分布(uniformly distributed)的,UE将计算得到这些测量采样值的平均值,并通过RRC消息上报给eNodeB。
LTE的测量模式类似UMTS,有4个参考点:参考点A、参考点B、参考点C、参考点D。
Ø 参考点A:参考点A的测量位于物理层,它是上层应用的基础。参考点A测量的一个例子是在一个很短的时间内(比如1ms)完成LTE RSRP的测量。
Ø 参考点B:参考点B的测量是可以通过层3信令RRC处理和上报的测量,之前这些测量已经通过了层1协议的过滤处理。
Ø 参考点C:参考点C的测量是经过RRC的过滤处理。RRC的过滤参数的配置由RRC负责。
Ø 参考点D:在参考点D,可以看到UE通过RRC信令发送给eNodeB的测量报告。
LTE RSRP提供了一个度量特定小区的信号强度的标准。RSRP测量可以用来给候选小区做排名,这些小区的信号强度将成为切换或小区重选决定的输入参数。RSRP被定义为测量带宽内,所有携带小区特定RS信号的资源粒RE的功率(单位是W)的线性平均值。计算RSRP时,通常只考虑第一个天线端口的RS信号,但是如果UE能够识别第二个天线端口的RS信号,那么在计算RSRP时也可以考虑进来。如果UE使用了接收分集,那么RSRP应该是所有分集分支的线性平均值。
LTE载频RSSI(Received Signal Strength Indicator)是UE能观察到的所有不同来源的功率的总和,包括测量带宽内同信道的服务小区和非服务小区的信号、相邻信道的干扰信号、热噪声,等等。LTE不会单独报告Carrier RSSI值,RSSI值是计算RSRQ时用到的输入参数。
LTE RSRQ(Reference Signal Received Quality)的目的是获得一个小区特定的信号质量标准。和RSRP类似,这个度量标准通过比较候选小区的信号质量来给它们排名。RSRQ是决定小区切换和小区重选的主要依据,特别是在依据RSRP参数无法做出准确判断的情况下。RSRQ=(N*RSRP)/(carrier RSSI),其中N是carrier RSSI测量所占用的LTE带宽所对应资源块(RB)数量,因此分子和分母对应的资源块RB数量是一样的。RSRP代表了所需要的信号的强度,而RSRQ则兼顾了干扰水平,因为RSRQ公式中有RSSI参数。因此RSRQ既考虑到有用信号,又考虑到干扰信号,能更好地为小区切换/重选提供决策依据。
2.4 RRC_IDLE状态下的小区重选
在RRC_IDLE状态下,所有和移动性有关的流程都是UE自动完成的,这有两个好处:1,能够尽量减少空闲态UE对无线传输资源的占用,事实上在空闲态,UE只有在位置区发生变化时才会占用空中接口;2,减少功耗。LTE标准没有过多涉及在RRC_IDLE状态下UE如何完成小区重选和信号测量,这都由设备商自行开发,只要达到标准规定的UE性能指标即可。
RRC_IDLE状态下UE的主要目标是能够在归属的服务小区稳定地收到寻呼消息,从而确保不会错过语音呼入。根据要求,UE被严格要求定期解码寻呼信道,确保不会错过来电寻呼消息和系统消息寻呼消息。这也是RRC_IDLE状态下UE的主要工作。为了降低功耗,不要求UE过多地检测相邻小区的信号质量,除非服务小区的信号质量恶化到一定程度。
2.5 RRC_CONNECTED状态下的小区切换
而在RRC_CONNECTED状态,对相邻小区的信号质量的检测频率则要高得多,这是因为,在RRC_CONNECTED状态,UE和网络建立了活跃的信道来交换数据,因此必须确保这条信道保持稳定,而对功耗的顾虑则变得次要了。在RRC_CONNECTED状态,小区搜索和信号测量工作都是由eNodeB主导。
一旦发现比服务小区更好的小区出现,eNodeB就会指引UE切换到这个小区。这种切换可以是同频率LTE小区之间的切换、不同频率LTE小区之间的切换,以及LTE小区和其它RAT小区之间的切换。
根据网络配置,eNodeB会给UE下发小区搜索和信号测量配置数据,包括测量间隔、报告方式等等,帮助UE完成小区搜索和信号检测。如果是同频LTE邻区测量,则UE接收天线可以同时完成用户数据传输和邻小区检测,不需要特殊的配置;如果是异频LTE邻区测量或者异RAT邻区测量,则需要设定测量空隙(gap),先暂停用户数据传输,等在测量间隙完成邻区测量后,再恢复用户数据传输。
测量报告的上报方式分为两种:周期性上报和事件触发报告。
一旦根据测量报告eNodeB决定发起切换,eNodeB就像UE发送RRC消息Mobililty From E-UTRA ,这条消息中含有目标小区的相关信息。根据这些信息,UE负责与目标小区建立无线连接。一个LTE同频小区切换的流程如下图所示:
2.6 小结
能够实现无缝移动是LTE等移动通信系统区别其它通信系统的主要特征。这不仅包括相同频率LTE小区之间的无缝移动,还包括不同频率LTE小区之间的无缝移动,以及LTE小区和其它RAT小区之间的无缝移动。为了支持这个功能,LTE系统定义了很多信令流程和测试方法。当然,对无缝移动的支持必须平衡对其它用户体验的影响,比如UE的功耗和制造成本。
3 从E-UTRAN的角度看RRM
E-UTRAN中的RRM的目的是提高无线资源的利用效率,满足移动业务对无线资源的需求。E-UTRAN中的RRM不仅要考虑本小区的无线资源管理(包括资源分配、重分配和释放),还要统筹兼顾其它小区的无线资源管理。
RRM功能包括:
Ø 无线承载控制Radio Bearer Control (RBC)
Ø 无线准入控制Radio Admission Control (RAC)
Ø 连接移动性控制Connection Mobility Control (CMC)
Ø 动态资源分配Dynamic Resource Allocation (DRA)
Ø 跨基站干扰协调Inter-cell Interference Coordination (ICIC)
Ø 负载平衡Loading Balancing (LB)
Ø 异网无线资源管理Inter-RAT Radio Resource Management
覆盖、容量、质量(QoS)是无线网络性能的三个支柱,既相互影响,又相互作用。无线资源管理的目的就是在保证服务质量的同时,最大限度地增强覆盖和提高频谱利用效率,寻求覆盖、容量、质量三者之间的最佳工作平衡点。
无线资源管理RRM管理的是什么资源呢?当然是物理层负责接入用户、保障业务正常进行的无线资源,如时间、频率、码道、空间、功率,如下表所示。
RRM调度
WCDMA HSDPA
LTE FDD
时间资源
每个帧10ms,分成2ms的5个短帧;用码片的数量度量时间
每个帧10ms,分成10个子帧;用OFDM符号长度度量时间
频率资源
载波带宽固定为上下行各5MHz
子载波可以灵活调整,每个子载波15KHz,支持的带宽为1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz
码道资源
正交码分多址,码道是一种资源
无
空间资源
MIMO系统,7种天线模式
功率资源
主要是为了克服远近效应
主要是为了抑制干扰
调度周期
2ms
1ms
在LTE系统中,主要采用的是分布式RRM,将大多数RRM功能终结在eNodeB中,无须高层设备的指示。资源调度算法终结在协议栈的MAC层,接纳控制、切换算法、干扰协调等则安排在协议栈的RRC层。这样可以避免复杂的设备间的信令流程,eUTRAN可以获得较低的时延和更高的QoS。
但由于MBMS本身的业务特点,也有可能采用集中式RRM处理。
3.1 无线承载控制Radio Bearer Control (RBC)
建立、维护和释放无线承载(Radio Bearer)包括为无线承载配置无线资源的过程。当为一项业务建立无线承载时,RBC要全盘考虑E-UTRAN的资源整体状况、正在进行中的会话的QoS需求,以及新业务的QoS需求。RBC也要关注当无线资源状况因移动性或其它原因而发生变化时,要维护好属于当前会话的无线承载。 当会话中止、切换或其它场景中,RBC参与了与无线承载有关的无线资源的释放。
RBC功能模块和底层协议(RLC/MAC/PHY)位于同一个eNodeB内,RBC的配置和重配置命令可以直接从eNodeB发给。与之相比,UMTS中,RBC模块位于RNC中,信令处理的时延明显比LTE大。
建立无线承载(Radio Bearer)之前,RRC连接必须建立完成,终端和核心网的一些NAS协商也必须完成。无线承载RB的配置和重配置消息包括新的MAC层的复用参数、RB使用的传输信道配置参数。
3.2 无线准入控制Radio Admission Control (RAC)
RAC的任务是准许或者拒绝一个新无线承载的建立要求。为了完成这个任务,RAC必须全盘考虑E-UTRAN内的资源整体状况、优先级别、当前会话的QoS需求,以及新业务的QoS 需求。RAC的目标是达成无线资源的较高使用率(只要有空余的无线资源,就尽可能地允许无线承载的建立),同时确保正确满足当前会话的QoS要求(通过拒绝E-UTRAN无法容纳的无线承载请求)。
RAC只是作出是否允许的判断,而被允许后,真正建立RB的仍是RBC的工作。
3.3 连接移动性控制Connection Mobility Control (CMC)
连接移动性控制Connection Mobility Control (CMC)负责管理和IDLE态和CONNECTED态的移动性有关的无线资源。在IDLE态,CMC决定UE小区重选的算法,包括怎样定义好小区,怎样重选择一个新的小区;同时CMC还负责将测量配置和测量报告上报形式广播给UE。在CONNECTED态,CMC根据UE和E-UTRAN的测量报告做出切换决定。决定切换时,还需要考虑其它因素,比如邻小区负荷、流量分配、传输资源、基站硬件资源,以及运营商的其它策略。
CMC功能模块在E-UTRAN内。
3.4 动态资源分配Dynamic Resource Allocation (DRA)
动态资源分配Dynamic Resource Allocation (DRA)的任务是为用户数据包和控制平面数据包分配资源,并在任务完成后释放资源。资源包括缓冲区、处理器资源和资源块(Resource Block)。DRA有几个子任务,比如决定为哪个数据包调度无线承载资源、功率资源管理、时间资源管理、频率资源管理、特定资源块的分配,等等。DRA需要考虑对某些资源块的优先使用或者限制使用,以及与ICIC管理有关的资源块的特殊处理。
LTE资源调度的最小时间单元是1个TTI,即1ms,当然调度周期也可以是几个TTI;LTE资源调度的最小频率资源是一个物理资源块PRB的带宽,即180KHz,当然也可以一次性分配几个PRB。
在LTE中,DRA模块位于eNodeB的MAC层。由于MAC层对下行共享信道的使用状况非常清楚,因此下行资源调度是以无线承载radio bearer为单位的。另一方面,由于UE可能同时使用多个业务,即同时建立几条无线承载radio bearer,而eNodeB不可能准确知道一个UE的所有Radio Bearer的信息,因此上行资源调度则是以用户为单位,即调度器给用户发一个调度命令,并不做业务的区分。
下行资源调度器的指挥所在eNodeB MAC,而上行资源调度器的指挥所也在eNodeB MAC,就是说UE没有资源调度的权力,一切都要遵守eNodeB的指示行动。UE想要发送数据时,先把数据放进上行缓冲区,然后提交缓冲区状态报告,并且发送上行调度请求。eNodeB根据UE的上行调度请求和缓冲区状态报告,结合上行信道状况,决定给UE调度什么样的无线承载,并通过PDCCH的UL GRANT消息将调度结果告诉UE,UE则据此在PUCCH信道发送上行数据。
3.5 跨基站干扰协调Inter-cell Interference Coordination (ICIC)
跨基站干扰协调Inter-cell Interference Coordination (ICIC)的任务是协调管理跨小区的无线资源管理,目的是将小区间的干扰控制在目标范围之内。ICIC根据资源使用情况和小区负荷状况对无线资源进行调整,实际上是多小区之间的综合RRM管理。ICIC策略包括频域方法和时域方法,一般来说,LTE上行链路和下行链路的ICIC方法是不一样的。
频域ICIC方法负责多小区之间的无线资源(RB)使用的协调。时域ICIC用Almost Blank Subframe(ABS)模式在时域协调不同小区的子帧使用。
3.6 负载平衡Loading Balancing (LB)
负载平衡Loading Balancing (LB)的任务是将不均匀的流量合理地分配给其它小区。LB模块能让无线资源得以充分使用,业务QoS得到保障,掉话率和业务中断率保持在较低水平。LB算法将影响UE小区重选和UE小区切换,从而将流量从高负荷小区疏导到低负荷小区。
3.7 异网无线资源管理Inter-RAT Radio Resource Management
异网无线资源管理Inter-RAT Radio Resource Management负责跨RAT的移动性的无线资源管理,特别是跨RAT切换时的资源管理。跨RAT切换时,不仅需要考虑不同RAT小区的资源和负荷情况,还要考虑UE的能力和运营商的策略许可。跨RAT RRM还可能包括不同RAT之间负荷协调功能。
4 参考文档
3GPP TS 36.300 E-UTRA and E-UTRAN Overall description
展开阅读全文