教育部補助「行動寬頻尖端技術跨校教學聯盟第二期計畫 -- 行動寬頻網路與應用 -- 小細胞基站聯盟中心」 課程模組： 「LTE-Small Cell 核心網路架構及服務」 實驗-L2：UE在兩個Small Cells間的換手(Handover) 計畫主持人：許蒼嶺 (國立中山大學 電機工程學系) 授課教師：萬欽德 (國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系)

Outline Handover實驗架構 軟硬體需求 Handover 介紹 開機流程及換手資料之觀測 Handover 觀測 ITRI LTE-Small cell 設定 TM (Transmission Mode) & MCS (Modulation and Coding Scheme) Handover Event Handover Decision DRX (Discontinuous Reception) Release ※本教材製作參考工研院所提供之資料編撰而成。

Handover實驗架構

Handover實驗架構 (Example: Skype) ※繪製

軟硬體需求

實驗設備 (1/2) 硬體 名稱 規格 數量 目的 EPC OS: Ubuntu 14 CPU: Intel i7 series RAM: DDR3(1600) HDD: SATA3 1TB 1 具有MME、S- GW、P-GW Ethernet Network Card 2 一張連外部網路， 一張連內部網路 eNodeB ARM Linux (ITRI 基站) LTE基地台連接 EPC UE HTC Desire D728 (含ITRI提供之Sim卡) 4 連接eNodeB

實驗設備 (2/2) 軟體 軟體名稱 版本 目的 Ubuntu 14 EPC使用 LTE L2/L3程式 Ltel 23 執行兩台Small Cell運作 VLC Server/Player 2.0.5 產生影音串流 Darwin stream server 5.5.5 Skype 6.20.11.104 進行視訊會議 Linphone 3.1.1 進行網路電話 Chrome   產生TCP Packet Wireshark 封包擷取軟體 (Ubuntu之軟體) G-NetTrack Lite Android手機軟體

Handover介紹

換手流程 在3GPP的規範中定義了兩種換手方式 第一種為X2-Handover，在X2-Handover中，當S-eNB決定要讓UE換手到T-eNB時，S-eNB是直接跟T-eNB做溝通，且當T-eNB與UE完成RRC Connection後才通知MME做Path switch。 第二種為S1-Handover，當UE換手時，S-eNB是透過MME與T-eNB做溝通，這種換手方式是全程都由MME協助換手，這是跟X2-Handover最大不同的地方。

X2-Handover流程

S1-Handover流程

Measurement Report S-eNB決定讓UE換手與否，主要是根據UE量測周遭eNB的訊號強度並回傳給S-eNB由S-eNB做決定。 回傳訊號強度的Message稱為Measurement Report，而回報的值並不是真實的dB值，回傳的是一個RSRP代號，每個代號都代表著一個訊號強度的範圍。

Reference Signal Received Power (RSRP) UE 量測周遭所有 eNB 的訊號強度 (RSRP) 並回傳給S-eNB，S-eNB 據以決定 UE 是否需要進行換手 (handover)。 回報 Range 量測訊號強度 RSRP 單位 RSRP_00 RSRP < -140 dBm RSRP_01 -140 ≤ RSRP < -139 RSRP_02 -139 ≤ RSRP < -138 ... RSRP_96 -45 ≤ RSRP < -44 RSRP_97 -44 ≤ RSRP

Handover Event 3GPP的規範中，在L3 Measurement Trigger Type 定義五種是否要換手的A類事件，分別以A1 ~ A5 的代號代表不同的換手條件。 由HO Trigger Type判斷此系統是同時使用A3與A4去做Trigger Handover Event Event Type 條件 A1 Serving becomes better than threshold. A2 Serving becomes worse than threshold. A3 Neighbor becomes offset better than serving. A4 Neighbor becomes better than threshold. A5 Serving becomes worse than threshold1 and neighbor becomes better than threshold2.

ITRI Handover ITRI的換手流程與方式 ITRI 的換手流程採用X2-Handover 換手決定都是由RRM傳出訊號給T-eNB UE的訊號同步由RRM傳送Message至RRC，以達成RRC與UE的同步。

ITRI Handover流程圖

開機流程及換手資料之觀測

eNodeB 開機 執行 eNB 開機流程: PHY, LMAC, and UMAC/RLC/PDCP MME ~/agent/s.sh MME ~/mmed RRM (w/ X2AP, S1AP, IP forwarding) ~/enbd RRC ~/ltel23 ※ 參閱「實驗-L1」的「附錄-A: LTE-Small Cell 的實驗設定」講義內容

Attach 當UE開機或是關閉飛航模式時，UE會透過 Attach程序向行動電信網路註冊，以使用電信網路服務。 在eNB系統與EPC建立連線後，手機就可以連上4G網路。若手機無反應，可以重開機或開啟飛航模式開關，讓手機重新偵測訊號，連線狀態將可看到已自動連上 EPC。

(neighbor_rsrp > s_rsrp + 5) && (neighbor_rsrp > 55) Handover Trigger 在 RRM source code 中 handover 程式檔 在rrc_cell.c 檔案放在 /home/root/20150825/enbd_20150824/rrc 在 rrc_cell.c 程式中使用的判斷為以下參數: 我們採用的Handover決策為 A3和A4。 如果UE量測到Neighbor eNB的RSRP大於目前UE所連線eNB的RSRP加offset且Neighbor eNB的RSRP大於55，則滿足Handover 觸發的條件。 (neighbor_rsrp > s_rsrp + 5) && (neighbor_rsrp > 55)

MME顯示UE的情況 ITRI Handover的換手訊息可以透過終端機視窗看到，在EPC開啟MME的終端機上輸入 s，可以看到目前有一支手機正連上第一台Small cell (IP Address為10.101.131.8)。

RRC和RRM視窗顯示換手訊息 (1/3) 當UE從第一台Small cell (IP Address為10.101.131.8)換手到第二台Small cell (IP Address為10.101.131.14)時，可以在第一台Small cell的終端機視窗看到換手訊息，如圖。

RRC和RRM視窗顯示換手訊息 (2/3) 再從MME的終端機上輸入 s 可以看到目前手機已經連上第二台Small cell (IP Address為10.101.131.14)，如圖。

RRC和RRM視窗顯示換手訊息 (3/3) UE換手到第二台Small cell (IP Address為10.101.131.14)，也可以從第二台Small cell的終端機視窗看到UE換手的訊息出現，如圖。

Handover 觀測: 使用Wireshark, Skype and Q-NetTrack Lite

Handover 的 IP 變化 在 Wireshark 中可看到 handover 時 IP 的變化 在 Info 訊息中點選 MeasurementReport，在下方ProtocolStack中將PDCP-LTE展開

Handover 成功的 IP 變化 連線 eNB 的 IP 變化 連線訊息： RRCConnectionReconfiguration->RRCConnectionReconfigurationComplete (代表HO成功)

Handover 過程時的細部訊息 measResultPCell: Serving eNB 找到 measResults 觀察訊號變化 measResultPCell: Serving eNB measResultNeighCells: Target eNB

測試步驟 (1/2) 在兩台 Skype 視訊會議通話的時候，透過電腦的 Skype 開啟通話資訊，例如手機首先連接 eNB (IP:10.101.131.14)。再逐步接近另外一台 eNB (IP:10.101.131.8)時，可從 EPC 看到 Handover 成功的訊息。

測試步驟 (2/2) 在手機端設定 Skype 開啟技術資訊，便可看到目前的封包遺失率與相關詳細資訊，也可以改變視訊品質觀察封包遺失率是否有所不同。

利用 Q-NetTrack Lite 觀察訊號強度 進行視訊會議通話時，UE 由 eNB1 移向 eNB2 : 兩部 eNBs 距離為9公尺 每隔1公尺測量訊號強度 (RSRP) 結果顯示，大約在第 6 個量測點附近，UE 由 eNB1 Handover 至 eNB2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 eNB1 -75 -80 -82 -85 -87 -90 -93 -97 -100 -101 eNB2 -91 -89 -83 -81 -79 -72

ITRI LTE-Small cell設定

設定固定TM & MCS TM (Transmission Mode) & MCS (Modulation and Coding Scheme) 目前ITRI Transmission Mode有TM2和TM3兩個模式，設定MCS可以固定Small cell的modulation方式。 TM2為兩支天線會傳送相同的訊號避免bit error TM3傳送不同的訊號來提升UE的Throughput 固定MCS：TM (2~3)/DL (0~28)/UL (0~20)，如圖所示，設定Small cell為TM3、DL MCS 28和UL MCS20。

開啟AMC機制 Small cell的DL AMC和UL AMC：AMC會根據UE所回報的CQI 進行動態的調整，如圖所示。

切換成UMAC自行排頻寬模式 (1/2) MAC排成不使用SR，改成定期給予上行頻寬，可以改善TD-LTE系統的RTT效能，如圖1所示，切換成UMAC自行排頻寬模式。在此模式下(如圖2)，設定參數 -u ，40 ms 給一次UL grant 。(註: 1 = 10 ms執行一次UL grant，2 = 20 ms 執行一次，4 = 40 ms 執行一次) 圖1 圖2

切換成UMAC自行排頻寬模式 (2/2) 要復原成開機預設之USCH自行排頻寬方式，如圖所示。

Handover Event 在enbd_v2.5.162019/src/rrc目錄底下，可修改 rrc_db.c 以設定不同的 Handover Event 的 threshold。修改之後須重新Compile編譯，並在Small cell中執行設定，如圖所示 (圖中為A3 Event)。

Handover Decision 在 enbd_v2.5.162019/src/rrm目錄底下，可以修改 rrm.c 的換手條件，目前預設有三種條件： Neighbor eNB的RSRP要大於40或Serving eNB的RSRP小於35 Neighbor eNB的RSRP要大於60或Serving eNB的RSRP小於45 Neighbor eNB的RSRP要大於Serving eNB加5且Neighbor eNB的RSRP大於55

DRX (Discontinuous Reception) 在TD-LTE系統預設DRX功能為開啟的，如果要關閉DRX功能，可在enbd_v2.5.160219/src/rrc 資料夾中更改 rrc_db.c 的rrm_ue_set_macMainConfig()，修改完後重新Compile，並在Small cell中執行設定。(圖中為關閉DRX)

Release 當UE連上Small cell後，如果UE在30秒內沒有上下行User data傳輸，就會被Small cell給release，如果要關閉30秒自動release功能，可以在enbd_v2.5.160219/src/connection 資料夾的 connection.c，將 function conn_bearer_stat_timeout() 中註解或移除掉rrc_cell_conn_inactive_release(bc->conn); 如圖所示，移除完後即可重新編譯並執行。

參考資料 ITRI Small Cell 平台說明文件(工研院提供)