LTE:Discontinuous Reception(DRX)

Discontinuous Reception(DRX) Introduction

什麼是 Discontinuous Reception(DRX)？字面上的意思是不連續接收，意思即是UE的接收器，不會連續性的一直接收，會關閉接收器一段時間，等過一陣子再開啟，以達到UE省電的效果。在UE沒有DRX的狀況下，只能一直開著接收器去監聽基地台是否有作paging的動作，若有paging，UE則會開始與基地台從RRC idle進入到RRC connected的狀態。但若是如此，UE無時無刻開著接收器，會顯得相當的耗電，這時候就要藉由DRX的功能去降低UE開啟接收器的時間去達成省電的目的。

Short DRX Cycle and Long DRX Cycle

Long DRX Cycle

• 關閉接收器的時間較長
• 較為省電
• 使用者感受到的delay時間較長

Short DRX Cycle 

• 關閉接收器的時間較短
• 較沒這麼省電
• 使用者感受到的delay時間較短

DRX Cycle有分 Short跟Long UE可能會直接進Long Cycle或是先進一段Short Cycle再進Long Cycle，這表示Short cycle算是option。

為什麼要這樣設計呢，因為Long Cycle雖然比較省電，但是使用者在使用UE時，總是會有時間密集性，所以短時間突發的使用就讓Short Cycle來處理，而長時間的省電就由Long Cycle來處理。

Discontinuous Reception(DRX) Parameter

你一定馬上會有一個疑問，那EnodeB要怎麼知道UE什麼時候關接收器，什麼時候開接收器，要怎麼同步。如果沒有良好的同步，必定會造成很嚴重的問題。所以在基地台的RRC message 裡面就會明確指出什麼時間點要關接收器，什麼時間點要開接收器，當UE收到這些參數之後，就會跟EnodeB有默契，知道什麼時候該開，什麼時候該關。

以下則是相關的參數。

DRX Parameter	Description
DRX Cycle	定義為一次DRX的時間長度，也就是指一次打開接收器加上一次關閉接收器的時間長(這是使用Subframe time及longdrx-CycleStartOffset所計算出來的)。
onDurationTimer	這是指在DRX cycle中打開接收器的時間。
drx-Inactivity timer	表示UE在收到PDCCH的資料，還需要接收器還要開啟多久，也就是說當沒有收到PDCCH來的資料時，這個Timer就會啟動，若Timer超過設定值之後，就會接收器就會關起來，但若在這個Timer仍在計數的時候，又收到PDCCH，則這個Timer就會歸零。
drx-Retransmission timer	表示UE等候HARQ重傳時，必須監聽的最大PDCCH子訊框個數(什麼HARQ，是一個LTE錯誤重傳的機制，以後再寫。(HARQ細節的部份我們先不考量進來，不過下面有解釋DRX與HARQ的關係)
shortDRX-Cycle	DRX Cycle有分Long DRX cycle或DRX Short，這個參數表示short DRX cycle代表short DRX cycle要用多久，才會轉變成Long DRX cycle ，若是沒有設定，則直接使用Long DRX。
drxShortCycleTimer	因為有分Short DRX跟Long DRX，當超過一定的時間之後，會由Short DRX轉變成Long DRX。因為Long DRX雖然較省電，但是喚醒的時間也較久，所以LTE設計了一個機制，若是一段時間沒有資料要傳，則由Short DRX轉變成Long DRX。

Discontinuous Reception(DRX) mode in different RRC status

在不同的RRC狀態時，會有不同的DRX的表現 

先從以下的圖說起，這個圖是引用IEEE的資料

在RRC Connected時候，可以看的到，跟ACTIVE真的要傳資料並無太大的不同，最大的不同是LTE-U_u是DRX Enabled介面，所以會進行Connected節電。而在最右邊的RRC idle時，可以看的到所有的核心網路都只有把Context 保留住，但是並沒有實體做連結，而eNodeB更是把UE context移除了，所以這時候如果有要Downlink資料要傳送，核心網路會重建，並且會讓eNodeB去對UE做Paging。EnodeB做Paging的時間會選擇UE在DRX cycle的On Duration去做傳送。所以代表UE要接收到資料的時間會較長。

結論:

• Active mode DRX 用在RRC Connected狀態，使用Short DRX Cycle與Long DRX Cycle，RRC Connected表示UE與EnodeB之間是有空中資源，可以隨時進行資料傳輸，On Duration時，在聆聽的是PDCCH。
• Idle mode DRX  用在RRC Idle狀態，使用Long DRX Cycle ，RRC Idle表示UE與EnodeB之間沒有空中資源，必須透過Paging(下行)或是Random Access(上行)來取得空中資源，On Duration時是聆聽aging channel。

Discontinuous Reception(DRX) Operation

要了解DRX，必須要先從上面這張圖開始

DRX的時間為兩個，一個是On Duration，另一個則是Opportunity for DRX，On duration 是指要打開接收器的時間，Opportunity for DRX則是可以關閉接收器的部分，為什麼是Opportunity ，而不是Off Duration呢，因為要考慮到HARQ重傳的狀況。所以才會使用這個字眼。

有兩種可能會讓UE進入DRXCycle

• 在On duration接收的時候會收到從網路來的資料，當沒有從PDCCH來的資料時，就會開始Inactivity timer。這個計時器就是在算網路跟UE間多久沒有進行活動，當Inactivity timer到期的時候，就會進入DRX Cycle
• 另一種則是收到EnodeB所傳送的DRX Command MAC control element指令，則UE也會進入DRX Cycle

進入DRX Cycle之後會先有做以下的事情

• 會將onDurationTime與drx-InactivityTimer，因為這都是On Duration 所需的計時器。
• 判斷是否有Short DRX cycle ，若是有的話，則使用Short DRX，若是沒有的話，則是使用Long DRX Cycle，還記得前面提到Long DRX與Short DRX的差別嗎，是這是使用Subframe time及longdrx-CycleStartOffset所計算出來的。會有這樣的設計，UE通常剛進入DRX會有很高的機會再收到資料，當處於Short DRX cycle一段時間沒傳資料之後，才會進入Long DRX Cycle。

進入Long DRX Cycle時，符合以下的條件會打開接收器監聽訊號

( [(SFN * 10) + subframe number] mod (longDRX_Cycle)  == (drxStartOffset) ) 

• [(SFN * 10) + subframe number] 這個東西代表每個subframe的系統絕對位置，Frame的架構以後再寫吧，這邊寫就扯遠了。
• mod代表除某個東西的餘數
• LongDRX_Cycle是網路給的Long DRX Cycle數值
• drxStartOffset代表是在哪個訊框開始的，我可以在某個訊框開始週期

整段的意思就是如果我在某些訊框剛好是Long DRX Cycle時才會開起來，因為Long DRX 數值通常比較大，所以開起來的次數當然明顯比較少，一到一萬除於100能整除的數字一定比除於10的數字少。

進入Short DRX Cycle，符合以下的條件會打開接收器監聽訊號

( [(SFN * 10) + subframe number] mod (shortDRX_Cycle) == (drxStartOffset) mod (shortDRX_Cycle))

• [(SFN * 10) + subframe number] 這個東西代表每個subframe的系統絕對位置，Frame的架構以後再寫吧，這邊寫就扯遠了。
• mod代表除某個東西的餘數
• ShortDRX_Cycle是網路給的Short DRX Cycle數值
• drxStartOffset代表是在哪個訊框開始的，我可以在某個訊框開始週期
• 為什麼右邊是還會除餘shortDRX_Cycle，老實說我不清楚，也找不到原因，只知道如果除餘一個數字會讓 Long DRX跟 Short DRX的offset會不同。

因為Long DRX 數值通常比較大，所以開起來的次數當然明顯比較少，一到一萬除於100能整除的數字一定比除於10的數字少。

Discontinuous Reception(DRX) and HARQ Relation 

但要注意一件事情，也就是我們中間有提到的HARQ重傳機制會如何影響到DRX的機制

鑒於很多資料都不清楚，我用以下一張圖來說明HARQ與DRX的關係(僅為概念圖)

可以看到上圖有一個HARQ RTT Timer也有一個DRX Retransmission timer，HARQ RTT timer表示 HARQ的重傳最快什麼時候會回來，在發生HARQ解碼錯誤，通常是傳送過程被影響，於是會啟動HARQ RTT Timer，而且必定是HARQ RTT timer結束之後HARQ重傳才會到，代表這中間都還可以不理會繼續做DRX。而DRX-Retransmission timer為 HARQ RTT timer結束之後會開啟，當開啟之後，就會暫停DRX的機制，等待重傳，等到Retransmission time結束後就會回歸DRX機制。這是為了重傳而設計的機制

重點:只有在drx-InactivityTimer和drx-RetransmissionTimer都不啟動時，UE才會關閉接收器。也就是說InactivityTimer時間到了，但RetransmissionTimer還在跑，還是要乖乖的把接收器打開來等待HARQ機制重傳

 

HARQ後記

看了這麼多，可以發現協會開放了這麼多的參數，就是要給每個營運商自己去控制UE的省電程度與開啟DRX之後的延遲程度，所以到最後還是把這個調整的課題留給營運商!