國立中山大學 電機系 許蒼嶺 教授 研究生: 劉貞君 LTE DRX for MTC/IoT 國立中山大學 電機系 許蒼嶺 教授 研究生: 劉貞君

LTE的OFDMA Frame LTE在OFDMA Frame中定義了兩個資源單位 一個Subframe分成兩個部分 資源區塊 最小資源單位 (Resource Block, RB) 7個Symbols和12個Sub-Carrier組成 最小資源單位 (Resource Element, RE) 1個Symbol和1個Sub-Carrier組成 一個Subframe分成兩個部分 控制區域(Control Region) eNB用來傳送下行控制訊息 (Downlink Control Information, DCI) 資料區域(Data Region)

下行控制訊息 Downlink Control Information (DCI) (1/6) DCI是基地台用來告知哪個UE(或machine)有資料需要接收且有 資料要接收的UE是使用一個Subframe中的那些資源區塊群組 (Resource Block Group, RBG)來接收，因此一個UE只要找到相 對應的RBG就可以接收到屬於它的資料。 名詞定義: 1.資源區塊群組(Resource Block Group, RBG) 2. 控制通道單元(Control Channel Element, CCE) 1個CCE是由36個REs所組成 3. 聚合層級(Aggregation Level)

下行控制訊息 Downlink Control Information (DCI) (2/6) eNB傳送給一個UE的控制資訊 RNTI: UE的ID Format: 用來代表不同的DCI Format (共有12種Format分別為Format 0 至 Format 3A) CCE Index: eNB用來告訴一個UE在下一個subframe要使用哪一個Control Channel去接收DCI Aggregation Level: 用來代表一個UE的控制訊息是存放在單個CCE或連續 個CCE上 eNB告知一個UE的資料是位於一個subframe中的那些RBGs上 DCI Bit Size: 用來表示DCI Data的長度 DCI Data: 是使用bitmap來表示一個UE是使用哪些RBG來接收資料

下行控制訊息 Downlink Control Information (DCI) (3/6) eNB使用哪一個PDCCH (CCE Index)來傳送DCI L : Aggregation Level :為一個machine的搜尋空間(Search Space) m :PDCCH的編號 :第k個subframe中的CCE個數 i :在每一個PDCCH中CCE的位置編號 ( ) Search Space Type Aggregation Level (L) Machine-Specific 1 6 2 4 8 Common A : 39827 D : 65537

DCI : CCE Index example (4/6) 舉例來說，當搜尋空間是給特定的UE時，透過公式計算得知 ， 假設eNB在subframe 6 (k=6)的L為1時，根據搜尋空間表格，因為L=1，所 以 ，m的範圍可從0至5，如果m =1，因為L=1，所以i只能等於0，我 們假設第6個subframe的CCE個數為100，帶入CCE Index公式 ，因此eNB會透過DCI告知此 machine它在subframe 6時要使用CCE Index = 99的PDCCH來傳送DCI。

DCI : DCI Data (5/6) 為了找出一個UE所要接收的資料是存放在哪些RBG，我們將 會透過以下兩個公式來得知。我們定義BW為一個OFDMA Frame的總頻寬， 為一個RB使用的Sub-Carriers個數， 為一個Sub-Carrier的頻寬， 為一個subframe的下行總RB個 數，P為一個RBG中RB的個數(RBG Size)，其大小如表格所示， 為一個subframe的RBG個數 RBG Size ( P ) 1 11 - 26 2 27 - 63 3 64 - 110 4

DCI : DCI Data example(6/6) 舉例來說，當總頻寬(BW)為10MHZ時，根據公式可以計算出一個subframe 的下行總RB個數( )等於總頻寬除以一個RB的Sub-Carriers個數(12)與一 個Sub-Carrier的頻寬(15 kHZ)，也就是 ，我們可以得知一個 subframe的下行總RB個數 ( )為50，透過表格可以得知RBG Size(P)為3， 接著透過公式可以計算出RBG的個數( )為下行總RB個數( )除以P， 也就是 ，我們假設一個UE的DCI Data使用bitmap (17 bits)表示為 10011101000100000，對應到RBG，其中以1表示在這個RBG中有此UE的 資料，0代表在這一個RBG中沒有此UE的資料，因此一個UE可以透過 bitmap得知要接收的資料是在RBG 0、RBG 3、RBG 4、RBG 5、RBG 7、 RBG 11。

CCE所能容納的DCI eNB會透過DCI的RNTI (代表UE的ID)通知一個UE是否有資料 需要接收，由於一個subframe中所有CCE能傳送的DCI有限， 我們用下列公式來計算一個subframe的CCE可以容納多少個 DCI。 :eNB要傳送DCI給machines時需要的總位元數 m :全部machines的個數 :為一個subframe中控制區域的總位元數 x :為一個subframe中控制區域的Symbol個數 y :為一個subframe中控制區域的Sub-Carrier個數 BPS:為一個Symbol所代表的位元數 j :為一個subframe中控制區域可容納的DCI個數

CCE所能容納的DCI : Example (1/2) 我們以Type 0的OFDMA Frame舉例來說明控制區域所能容納UEs的DCI個數。 假設總頻寬為10 MHZ，使用QPSK當作調變技術，每一個UE的DCI封包長度 可以分為兩個部分。第一個部分為控制資訊 (5 bytes)第二個部分為DCI Bit Size (1 byte)與DCI Data (Variable Size)，因此一個UE的DCI封包長度為5 bytes 加上1 byte再加上可變長度DCI Data。 為了要計算DCI Data長度，我們會計算一個subframe的下行總RB個數( )等 於總頻寬除以一個RB的Sub-Carriers個數(12)與一個Sub-Carrier的頻寬(15 kHZ)，也就是 ，得到總RB個數為50後，對應到RBG Size得知P等 於3，因此RBG個數為 ，這17個RBG我們用bitmap來表示，DCI Data的 長度為總RB個數(50)除以RBG Size (P = 3)並取最大正整數，也就是 一個subframe中CCE的個數為總頻寬(10 MHz)除以一個Sub-Carrier的頻寬(15 kHz)再除以一個CCE的Sub-Carriers個數(12)，最後再乘上2個columns 也就是

CCE所能容納的DCI : Example (2/2) 因為一個subframe中有100個CCE，所以eNB會使用這100個CCE來傳送所有 UEs的DCI，為了要計算出一個subframe中eNB可傳送UE的DCI個數，因此我 們計算出這100個CCE所能攜帶的總位元數( )，其計算方式如下 最後eNB計算一個subframe可以傳送多少台UEs的DCI

非連續接收機制 (Discontinuous Reception DRX) 為了降低UE的能量消耗，3GPP在LTE中提出了 DRX省電機制，DRX省電機制指的是UE不會一直 開啟接收資料的天線，它會關閉接收資料的天線一 段時間，再開啟接收資料的天線並監聽PDCCH是 否有此UE的資料需要接收。

DRX : 三種狀態(1/2) 在LTE中DRX機制分為三種States與On Duration， 如圖所示。 主動接收State (綠色矩形,Active State) 短睡State (暗紅色矩形,Short Sleep State) 長睡State (藍色矩形,Long Sleep State)

DRX : 三種狀態(2/2) UE在Active State (AS)時會打開receiver的天線持續一段時間，接著UE會 在AS的On Duration (OD)持續監聽PDCCH中是否有它的UE ID。 UE在Short Sleep State (SSS)會關閉receiver的天線進入一段短睡時間，此 短睡時間為10至320 ms，並且在每一段短睡時間後會醒來在OD繼續監聽 PDCCH是否有它的UE ID。 UE在Long Sleep State (LSS)會關閉receiver的天線進入一段長睡時間，此 長睡時間為10至2560 ms，並且在每一段長睡時間後也會醒來在OD監聽 PDCCH是否有它的UE ID。 DRX又可分為三種Modes。 Active Mode (AM) :由多個Active Cycles(黃色矩形與綠色矩形)所組成。 Short Sleep Mode (SSM) : SSM是由多個Short Sleep Cycles(一個暗紅色矩形與其 右方相鄰的黃色矩形)所組成。 Long Sleep Mode (LSM) : LSM是由多個Long Sleep Cycles(一個藍色矩形與其右 方相鄰的黃色矩形)所組成。

DRX : AS運作機制(1/3) 當一個UE處在AS時，此UE會每隔一個AS的OD間隔 時間( )去監聽PDCCH是否有它的UE ID，若此UE有 監聽到它的UE ID，表示它有資料需要接收，它就會 開始接收資料並且在下一個 時間繼續處於AS (Path 1)，反之此UE會進入SSS (Path 2)

DRX : SSS運作機制(2/3) 當此UE進入SSS後，它會首先關閉receiver的天線進入一 段短睡時間( )，並且將它的Short Sleep Counter (SSC)加1， 當 時間結束後，此UE會醒來在OD(如DRX三種狀態圖 中黃色矩形, )狀態並繼續監聽PDCCH是否有它的UE ID， 若此UE有監聽到它的UE ID，表示它有資料需要接收，它 會回到AS (Path 4)接收資料，此時SSC會歸0，反之此UE 將會再次進入SSS並且將SSC加1 (Path 3)。

DRX : LSS運作機制(3/3) 當此UE在上一個時間的SSC達到Short Sleep的上限 (Maximum Threshold, )且都沒有資料需要接收時，它 會進入LSS (Path 5)，當此UE進入LSS時，它會關閉 receiver的天線進入一段長睡時間( )，當 時間結束後， 此UE會醒來在OD ( )狀態並監聽PDCCH是否有它的UE ID，如果有監聽到它的UE ID，表示它有資料需要接收， 它會回到AS (Path 7)並且接收資料，反之此UE會繼續停留 在LSS (Path 6)。

DRX : 時間參數表 參數 定義 在DRX中一個UE處於AS的持續時間 在DRX中一個UE處於SSS的持續時間 在DRX中一個UE處於LSS的持續時間 在DRX中一個UE處於OD的持續時間

功率與能量計算 一個UE的接收功率其計算方式如下面公式所示。 我們使用一個UE的接收功率來計算UE使用DRX機 制的能量消耗，其計算方式如下面公式所示。 : 一個UE的接收功率 : 基地台的傳輸功率 : 波長 : 一個UE與基地台之間的距離 : 一個UE處於AS時所消耗的總能量 : 一個UE處於AS的持續時間 : 一個UE處於OD時所消耗的總能量 : 一個UE處於OD的持續時間 : 一個UE處於OD的接收功率為AS的接收功率的 倍