LTE: UE Categories

我們在討論LTE的手機或是LTE Dongle常常聽到CAT3 CAT4等等，什麼叫做CAT，CAT可不是貓。全名叫做Categories，表示LTE終端裝置UE的傳送能力，不同的CAT代表能夠傳送的能力都不一樣。在3GPP TS 36.306之中有記載每個UE的能力有哪些選項，(其實這個文件的參數你都弄懂，也是非常有用的)，在4.1 ue-Category的地方記載了這個東西。可以看到以下的表格，若是剛入門LTE的你，你會發現你看不懂以下的表格在寫什麼。

你可以你會發現下面有幾個名詞很難理解。

第一個是DL-SCH(Downlink Share Channel)，這個意思是指下行共享頻道，也就是主要是用戶可以乘載自己所要資訊的頻道。

第二個則是TTI(Transmission Time Interval)，至於什麼是TTI，是指基地台給用戶安排資源的單位時間，這個就是叫Schdueling。LTE是1ms。

最右邊那個欄位是指能夠支援最大的MIMO Stream數量。這邊要注意MIMO Stream跟天線數量是兩回事，兩根天線不代表一定是兩個Stream，也有可能兩根天線傳的資料流是一樣的，所以他這邊列出來最大支援的Stream數。

所以代表下列表格Category 1 代表 每1ms 內可以下行傳送10296個bit。所以表示傳送吞吐量為10296bit/1ms= 10Mbits/s。依此類推，Category為 50Mbits/s

但要注意的是實際上DL-SCH不是只有拿來做給用戶下載用途用，例如可能會承載SIB1~SIB13等其他資訊，加上一些MAC跟RLC header，實際上上層的效能不可能這麼漂亮 。這邊我就先不深究了，先讓大家知道UE Categories怎麼來的。另外就是這個只是敘述UE能夠接收的最大能力值。但實際上基地台能傳送的理論值是不一樣的，有機會再用另外一篇文章探討要怎麼算出來

在LTE release 8時定義了 category 1~5 到了LTE advance release 10之後定義了category 6~8，可以看到CAT 8的理論效能非常的誇張，然後八根天線。

LTE:Localized Mapping與Distributed Mapping

 

Localized Mapping與Distributed Mapping 是什麼呢? 是一種上層資料要如何映射到實體層的Resource Block

基本上是建立在PDSCH上enodeB給UE資源分配，會將上層的資料分配到實體層的Resource Block(RB)，什麼是RB，請看本站文章。因為PDSCH是下行的共用通道(詳細請參閱本站文章)。所以所有的UE要透過這些通道進行data的傳輸，所以資料會分配到實體層的subcarrier，而映射方式有分為Localized mapping 以及Distributed Mapping。以下要介紹Localized mapping以及Distributed Mapping的概念與差異

Localized mapping

由上層來的資料，盡可能的在RB上湊成連續的一組，並且在時間上面會有連續性。這是最通用也是最一般的分配法。這樣的分配方式好處是可以讓RF跟架構部分單純化，但若訊號是集中在窄頻的地方，將會很容易受到空間的影響，我們可以看看下圖，四個不同的User，會被分配到連續的RB上，但如同我上述的，User2跟User 4因為分配到的RB比較少，所以變成窄頻訊號，萬一遇到了空間上面有衰減，窄頻訊號會有較大的變動性。所以就衍伸出來後面要敘述的Distribution mapping，。

Distribution mapping

這樣的映射，最主要的差別在於，會盡量分配User資料到不同的rb上，讓他們盡量分散的，這樣做有什麼目的呢?首先是剛剛提到通道效應的問題，若是分配到比較少RB的User，會變成窄頻的訊號，若是窄頻的訊號很容易受到通道效應的影響，例如反射、折射等等，寬頻為什麼比較不會影響，原因是因為影響了一兩個RB還有其他的RB可以維持傳輸效益，不至於太難看。但是重點是某些應用場合，勢必是用較少的RB，例如User Data是比較分散。隨著時間的變動，下一個時間點會有不同的映射，這樣會有額外的Frequency diversity gain.

 

上述可以看的到LTE在對於信號映射上面做了相當多的努力，為了維持未來的VOIP品質，那你會問CDMA怎麼沒聽說過這種機制，因為CDMA本身就是將窄頻訊號變成寬頻的一種方式。所以基本上他本身就內建神功，比較不會受到通道效應，跟OFDM的本質就很不同。

LTE: Downlink Physical Channel

Physical Layer 作什麼用途呢? 主要有兩個目的

• Physical Channel，乘載上層資訊並送出訊號給UE或EnodeB，簡單的說就是將Resourse Block(RB)分配的機制，規定每一個RB要做為什麼用途，會介紹這個是為了延續上篇介紹的主題。
• Physical Signal，跟上層沒有直接關係，僅跟Physical有關，通常是拿來作信號同步之用，這個部分將會另外作介紹。

我們今天要介紹的是Downlink Physical Channel，包括Data Channel與Control Channel的部分。

Downlink Data-Transporting Channel

Physical Broadcast Channel (PBCH)

給基地台做廣播資訊用的，用來廣播基地台的最基本的訊息，乘載著上乘的Master Information Block(MIB)訊息，至於Syetem information Block(SIB)則是使用PDSCH(下面會介紹)來乘載，手機收到MIB、SIB訊息才會對基地台進行連線，並且與核心網路進行註冊。所以這是很重要的Channel。這隱含了一些設計的概念。

1. UE不需要知道系統使用的頻寬就可以抓到訊息，UE固定抓取支援Band中間的72個subcarrier(6 RBs)，就可以抓到MIB
2. 高可靠度，訊號不好的狀況下仍能抓到訊號。
3. 低資料量，僅發送最基本的資訊，讓UE可以連上即可。
4. 每40ms進行傳送，從上層BCH的transport block會分成四等份，在每10ms裡面傳輸一等份，連傳四份，四份傳完，再傳下一個四份，周而復始。
5. 使用QPSK調變

Physical Downlink Shared CHannel (PDSCH)

這個是下行的共用頻道，最主要乘載Data的Channel， 另外用來乘載Paging訊息及SIB訊息。

Data 訊息的部分

• 一般我們說的Transmission Mode，就是指PDSCH的的傳輸模式，要用SISO，MIMO，或是Diversity等等。以現階段MIMO最高傳送2個stream，代表，上層MAC必須要提供兩個Transport Block給PHY層，分別送到兩個不同的天線送出。
• 由PDSCH傳送的Data，我們稱之Transport Block，而從MAC層所送出的PDU的Transmission Time Interval是1ms，映射到每個subframe的週期1ms
• 但是實際上有一些PDSCH的Resource element(RE)是拿去用作為實體層的同步訊號，稱之為synchronization signals，
• 而分配User Data就要靠PDCCH中的Downlink Control indicator(DCI)去告知UE。

在一些應用場合內，若是使用PDSCH的一般分配方式(一般我們稱Localized mapping)，則會使得訊號容易受到空間上面的窄頻效應，因為信號在很小的頻寬內傳送(通常是VoLTE)，所以只要稍微一個空間效應，就會讓訊號大幅劣化。所以則會有Distributed Mapping的方式，讓UE分配在比較大的頻段不斷的跳躍，改變頻段，類似Frequency Hopping，這樣就比較不會造成窄頻效應，進而讓訊號穩定度更高。這個詳細敘述，請參考本站文章。

system information Block(SIB)的部分

 

SIB1

SIB的部分有從SIB1到SIB13功能皆不同，但SIB1在UE進入網路時是不可或缺的，所以SIB1雖然是在PDSCH之中，但其實是有特定的位置，不若SIB2到SIB13需要去做映射與另外排程。 請參考下圖

SIB2-SIB13

而從SIB2到SIB13的部分，則是由SIB1去傳送相關的資訊，讓UE去讀取SIB1進而知道，剩餘的SIB是怎麼傳送的，這也是為什麼SIB1會有特定的位置，進行傳送。

安排的方式為SI-Message。並且引進了SI-Window的概念

什麼是SI-window，就是指好幾個SIB分成SI一同發送，同一群SIB會集中在一個SI-window，讓UE不需要長時間都在聆聽SIB訊息，只聆聽某些特定Frame，在這些frame裡面會重複傳送SIB訊息。不同的SI互相不重疊。讓同一個時間不會傳送過多的SIB。

schedulingInfoListt會將要傳送的SIB列表

si-Periodicity指出這個SIB要用多少週期傳送

si-MappingInfo指出SI內包含哪一些SIB

si-WindowLength到了傳送週期之後，要重複傳送多長的時間

SIB-Type SI內包含哪一些SIB  

以下是SIB1關於SIB排程的訊息部分

        +-schedulingInfoList ::= SEQUENCE OF SIZE(1..maxSI-Message[32]) [2]

        | +-SchedulingInfo ::= SEQUENCE

        | | +-si-Periodicity ::= ENUMERATED [rf16]

        | | +-sib-MappingInfo ::= SEQUENCE OF SIZE(0..maxSIB-1[31]) [0]

        | +-SchedulingInfo ::= SEQUENCE

        |   +-si-Periodicity ::= ENUMERATED [rf32]

        |   +-sib-MappingInfo ::= SEQUENCE OF SIZE(0..maxSIB-1[31]) [1]

        |     +-SIB-Type ::= ENUMERATED [sibType3]

        +-tdd-Config ::= SEQUENCE OPTIONAL:Omit

        +-si-WindowLength ::= ENUMERATED [ms20]

要注意的是第一個SchedulingInfo則是固定保留給SIB2

所以這個例子可以看的到SI1包含SIB2 傳送週期radio frame 16，SI2包含SIB3傳送週期radio frame 32。

不論什麼樣的SIB都是使用SI-RNTI去做識別，讓UE更容易去偵測到SIB資訊，什麼是RNTI，請參閱本站解說

而SIB的排程會有SI-window的機制去作排程，避免重複的SI同時在一個sub-frame內。

畫了以下的圖來解釋上面的排程

詳細的SIB信令解說會另外寫一篇文章解釋

Paging的部分

Paging的部分，UE實際上是監聽PDCCH去檢測是否有給自己的Paging訊號，若檢測到PDCCH有訊號的話，依據PDCCH裡面的資訊可以找到Paging詳細資訊在PDSCH的哪邊，會再來解讀PDSCH訊號。

 

Physical Multicast Channel (PMCH)

使用做廣播服務 Multicast Services (MBMS)服務，讓LTE上也可以享受，特定的媒體廣播服務，例如世足賽期間，可以藉由LTE來做播送，而PMCH就是用作此廣播服務所用，實作的方式為保留特定的Subframe的所有頻寬作為PMCH之用，為LTE rel 9之後訂定之規格，目前Samsung已作出支援MBMS服務的手機，MBMS服務詳情以後有機會再提。

Downlink Control Channels

Physical Control Format Indicator CHannel (PCFICH)

 

用來乘載上層CFI(Control Format Indicator)，用來指示那些OFDM Symbol是用作來為，通常為1,2或3，表示每一個subframe裡面有幾個symbol是拿來作control channel information。但實際上在PCFICH中的容量不是只有1個bit，所以CFI的值會與真正要送出的codeword會有對應關係，讓錯誤率降低，並以QPSK調變，放在16個RE之中。

Physical Hybrid ARQ Indicator Channel (PHICH)

用作讓EnodeB來回應上行(PUSCH)的資料是否傳送正常，也就是我們所知道的ACK與NACK。原始的上層資料只有0與1，1代表NACK，0代表ACK。這個channel的重點是要在一個channel內能夠容納所有要傳送給UE的ACK(multiplexing)，必須要有強固性，所以使用BPSK做傳送，因為如果ACK訊息沒辦法正確地傳達，將會大大的影響效率。所以這個PHICH的訊號有以下幾個重點

1. 使用Factor-3 repetition coding及BPSK去增加強固性
2. 因為要在一個Channel中要容納許多UE的ACK，故使用Orthogonal Seqeunce去讓一個channel可以容納更多傳送給UE的ACK，藉由傳送前使用不同的code來達到正交編碼的需求，而編碼僅有七組，所以必須要再使用PHICH GROUP去做區別，所以一個PHICH完整的調變必須要有PHICH Group Numer及PHICH Sequence Number，UE才可以知道這個是否為自己的ACK或NACK。
3. 由上層設定的 PHICH Ng factor(Ng)來決定PHICH Group的數量，這個參數會隨著MIB一同送出，讓UE知道有幾個PHICH Group。
4. PHICH實際上是存在於PDCCH裡的Symbol，也就是每個subframe的前一到三個symbol，要看CFI的設置，而PHICH則是在其中特定的位置，若是CFI為3，PHICH就可以設定成Extend，讓PHICH在第三個symbol中出現。
5. PHICH使用的 資源數量是可以設定的，藉由設定PHICH-Resource與PHICH duration，可以去增加或減少PHICH在系統上的資源分配。
6. 至於實際PHICH要怎麼跟UE相關聯，是利用PUSCH分配的RB來去做關聯，就不需要另外信令去分配PHICH index給UE。

可以到本篇文章最後面連結試試看，就可以知道實際的PHICH channel是怎麼分布。

Physical Downlink Control CHannel (PDCCH)

用作分配資源或是指示其他control資訊的Channel，每一個PDCCH的訊息都叫做Downlink Control Information(DCI)，Subframe內的symbol數，受到CFI的控制，symbol數為1~3，這個DCI容我另外再寫文章，再寫下去，這篇文章就要爆炸了。

 

 

敘述了這麼多的Downlink Physical Channel，到底他們跟Resource Block與subFrame是如何進行映射的呢?可以參考以下的網站玩玩看，就知道實際上RB與Physical Channel的關係是如何

LTE Resource Grid

http://paul.wad.homepage.dk/LTE/lte_resource_grid.html

LTE: Random Access 補充，競爭與非競爭的Random Access 適用範圍

有讀者張正廷問到以下的問題

我想請問 eNodeB paging UE 後，執行的 random access 是屬於 contention free 的 random access 嗎? 因為我想知道 paging 一個 UE，是否能保證他可以成功建立 RRC 連線

 

這個問題要分幾個部分去回答，也順便在原本的Random Access文章上做補充。

首先先講最終的答案。若EnodeB對UE作Paging必然是不可能保證可以成功建立RRC連線，中間會牽涉到許多Random Access的競爭關係。並非所有狀況的Random Access都可以適用於Contention Free的Random Access。

 

在 LTE: Random Access Procedure 隨機存取的文章中有提到Random Access 有分為Contention Free與 Contention Base，但是實際上在Contention Free的使用是有其限制的，並非所有的狀況都可以使用，就以下列出解釋

3gpp 36.300 subcluse 10.1.5中詳細寫著下列六種event會觸發Random Access的行為

1. 從RRC idle要初始化進行傳輸
2. RRC Connection Re-establishment，RRC連線的重建
3. Handover，基地台之間的Handover(RRC Connected)
4. 在RRC Connected狀態時，有Downlink資料要傳輸，卻需要Random Access，
5. 在RRC Connected狀態時，有Uplink資料要傳輸，卻需要Random Access，例如例如 UL synchronisation不同步或在PUCCH缺少Service Request資源時。
6. 在作定位時，例如 需要Timing Advance資訊時。

除此之外Random access procedure 分為兩種

- Contention based (適用於前五項event); 

- Non-contention based (僅適用於3,4,6 event)

所以要特別注意其中的用途跟差別

• 若是要使用Contenion Free，則是要在RRC Connected的狀態，而不能在RRC idle的狀態的情形，所以表示Paging所使用的Random Access必然是Contenion Based的。
• 使用Contenion Free 時，EnodeB會藉由RRC Reconfiguration 裡面的 rach-ConfigDedicated  去告知UE使用哪一個Preamble。

總結以上的說明，若是EnodeB Paging的狀況下，除了原本可能會有的信號遺失(例如Paging無法送到UE、UE離開現有tracking Area等等)的狀況外，也會產生無法避免的Contention Base的競爭。

LTE:Physical layer Concept (Frame structure, Resource Block and Resource Element 概念)

LTE Physical layer structure (Subcarrier and Frame Structure

OFDM and LTE Subcarrier Introduction


LTE在實體層使用OFDM作為主要調變的方式，這種調變方式因為有良好的通道適應性，相較於WCDMA的技術，增加了7%的額外系統容量，所以被廣泛用在通訊的領域中，例如xDSL、DAB、WLAN、WiMAX、LTE等，OFDM是將頻寬上面分為許多個子載波(subcarrier)，每個子載波再使用不同的調變方式去作傳輸，優點是相當的彈性，缺點就因為被切割得很細，所以容易會有額外的時間上的傳輸錯誤intersymbol interference(ISI)。或是載波頻率上的錯誤intercarrier interference(ICI),。有可能是QPSK、 16QAM、64QAM，依據狀況會使用不同的調變，若是要高可靠性就使用QPSK，若是要高傳輸速率就使用64QAM，而LTE中使用的OFDM，一個子載波的基本單位是 15KHz。

Resource Block(RB) and Resource Element(RE) Concept


在LTE高度彈性化的設計，不論是頻率、時間皆可以進行相當彈性的分配，也就是在時間與頻率上面做切割。所以必定要先提一下Resource Block及Resource Element的概念。知道一下RB是多大的單位。時間是多長，佔了多少頻寬，跟RE的關係在哪邊?
Resouce Element(RE):最小的調變單位是，佔了一個頻率上的Subcarrier，每個subcarrier是15KHz。時間上的一個Symbol。每個RE可以表示2bits、4bits或6bits。這跟調變的方式有關係。至於為什麼是這樣，這個是一個很大篇的故事，這邊就不多作介紹。不過觀念的部分可以參考這篇文章。所以RE意思即是，我在一個Symbol時間跟subcarrier的頻率範圍中。我可以傳2bits、4bits或6bits。
Resource Block(RB):既然有了RE為什麼還要定義RB呢?因為RB是使用者或是系統功能分配到的最小單位，也就是同一個RB內的功能皆是相同的，部會在一個RB內夾雜了User Data跟系統訊息等，如果映射到Physical Channel的話，每個Resource Block都是特定的Physical Channel，這樣功能才會相同。Physical channel跟RB的映射關係之後還會再詳述。

上圖為頻率、Symbol、RB、RE的示意圖，看的出來相當的清楚，RB就是84個RE，因為頻率上面是12組、在時間上面是7組，不過這邊要注意的是，這個範例是Normal Cyclic Prefix的範例，如果是Extend Cyclic Prefix，則時間上面一個Slot只能有6個OFDM Symbol，Cyclic Prefix(CP)的功用是用來防止OFDM的ISI效應產生，讓不同的symbol中間有緩衝，不要去干擾到其他的symbol，所以若是Extend Cyclic Prefix則是增加 CP的時間，讓intercarrier interference(ICI)的機會更低。
LTE Bandwidth Configuration 
根據LTE的頻寬設定，1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz、20MHz會有不同的數量的RB可作分配 6,15,25,50,75,100。如同下表所示

也就是系統總共可以分配的RB數量。所以我們可以算算看一個RB最大的傳送效率是多少，每個RE最多傳送6個bits，在5ms/7的時間內。所以0.5ms之內已傳送84個RE(84*6個bits)。所以，可以得到每一個RB相當於1004kbits/sec，就是1Mbits/s左右。結論就是分到幾個RB就是幾個妹(大誤)。
由上述可知，：OFDM的技術縱橫在Time Domain與Frequency Domain，使得LTE在頻寬的使用率及彈性都大為提升，至於要怎麼去彈性使用這些資源，作為各種Physical Layer，下個主題會探討

LTE:Self Organizing Network(SON) 介紹

Self Organizing Network (SON) Concept

Self Organizing Network，自優化網路，這是一個跟UE沒有什麼太大關係的主題，這個功能是基地台自己會去優化自己的訊號。以往營運商在架設基地台需要花非常多的心思去調教基地台的功率、天線的垂直角度、天線的方向角，甚至需要一些專業的Planing Tool、Scaning tool、長時間的路測等等，就是為了要最佳化基地台的架設。在了解SON替營運商做了什麼事情之前，我們就敘述一下營運商在佈建基地台的流程

• Planning
  基地台的先期規劃，規劃基地台架設的地點，規劃基地台要打出多大的功率，天線傾角，等等參數
• Deployment
  實際下去佈建基地台，並設定基地台的參數，等工程類的動作
• Optimization
  基地台的最佳化，當基地台的量架設到一個程度，就會需要時常去最佳化基地台的配置，若沒有最佳話基地台的配置，多架設的基地台很有可能會形同虛設，設置干擾原有的基地台的訊號，造成反效果。
• Maintenence
  基地台的維護，當有訊號與計劃的不同，或是訊號不良時，要查找基地台是否損壞，天線是否偏移，設定錯誤等等動作。

可以看的出來Planning與Deployment是對於營運商初期架設的成本開銷，這種開銷通常叫做一次性的開銷，capital expenditures(CAPEX)，佈建時僅要支出一次的成本，而 Optimization與Maintenence算是經常性的開銷operational expenditures(OPEX)，意思就是維持網路就必須要不斷的開銷的成本，若是營運商能夠減少這兩個開銷，將會降低行動網路的成本，相對提高競爭力。

而SON的功能主要分為數個部分的功能

 

Hybrid Management Architecture	分層式的管理，讓管理結構化。
self-configuration	意指基地台架設初期時，自動對基地台做設定，盡量去做到plug and play，讓人工設定的部分減少，主要是降低Planning與Deployment中CAPEX的支出 。
self-optimization	則是降低Optimization與Maintencence的OPEX支出，並快速最佳化RF效能、Neighbor list。
Automated Fault Identification and Selfhealing	自動偵測基地台問題，並且自動修復。
User Perceived Quality Enhancement	自動感測使用者品質並加強。
Energy Saving	自動節能功能，在使用率較小的時段，降低整體功耗。
SON for Home eNodeB	針對Femto cell的Son，例如eICIC功能等。

 

我們就針對上述的項目進行詳細的敘述

Self-configuration

基地台的self-configuration分為下列幾個步驟，重點在plug and play，讓營運商在架設數以萬計的基地台時，不需一個一個去做設定。

1. 1. IP address allocation
   2. 設定GW，使EnodeB可以進行傳輸
   3. eNodeB將自身的硬體資訊傳送給self-configuration system，
   4. Self-configuration system會將設定資訊傳送給eNodeB，eNodeB收到之後會做自我設定。
   5. eNodeB設定完之後，會連接到OAM系統，方便維護人員做後續管理。
   6. 進行S1及X2 介面的連接，意即EnodeB與其他的EnodeB與MME做連接

Self-Optimization
重點在於Auto-Tune，自動調教基地台，讓網路達到最佳的效果

1. 基地台的self-optimization，基地台會量測附近基地台及UE的訊號，讓Self-Optimization系統有資料庫去調整EnodeB功率，達到RF的最佳化，如覆蓋率、容量等等。
2. 進行Automatic Neighbor Relation (ANR)維護Neighbor list，讓UE能夠收到正確的Neighbor list，進行正確的handover。以往這個步驟會耗用大量的人力、物力。必須要有人員使用Scanner長期進行路測、分析，並重新輸入基地台資訊，再路測，再分析，以達到最佳化。並隨著基地台的數量，會越來越複雜。最佳化的時間也越來越長，所以這個功能是相當相當重要的。
3. 進行Load Balancing，當SON發現某些EnodeB的負擔過大時，可自動去調整基地台參數，以達到Load Balancing的功能

Self-healing

對於基地台不正常的行為，會有自動偵測問題，警告，並修復之，例如某一個基地台損壞，中間的覆蓋率會由其他的基地台去補齊。這是個相當方便的功能，降低使用者因為基地台損壞或停電而造成不好的使用經驗。

 

 

可以看的出來功能相當強大，這也象徵著，未來要進入基地台研發的門檻又更高了，雖然是對於營運商更為強大，藍圖也開得不小，但是實際上能應用到什麼程度，目前我想還沒人知道。也沒人能確定。

LTE:Femto Cell Introduction

FemtoCell Concept


什麼是FemtoCell，實際上Femto cell就是一種微型的基地台，通常是擺放在家裡使用，在台灣大家聽到基地台都避之唯恐不及，但是實際上他們發射功率跟你家裏面常用的wifi AP是一樣的。也就是說你去燦坤買一台AP跟你擺一台Femto Cell在發送訊號的強度是很近似的。通常為0.1W以下。
實際上基地台有大略分成以下幾大類，主要是以發射訊號大小，以及使用者數量去做分別

基地台種類	覆蓋距離	功率	使用者數量
MacroCell	30KM	10W	More than MicroCell
MicroCell	3KM	200mW-2W	More than PicoCell
PicoCell	100M	200mW-2W	32
FemtoCell	10M	10mw-100mW	8

 
你可能會覺得Macrocell的功率比較大，比較危險。實際上Macrocell通常架設在室外，所以裝置接收到的訊號並沒有這麼強。只有在基地台附近的區域訊號較強而已。而FemtoCell與傳統基地台不同的是，他可以藉由internet去連接回原本的核心網路，等於是利用一般家庭內既有ADSL、VDSL、Cable Modem等BroadBand網路。
Data Offload and wifi Offload Concept
以往營運商通常佈建Macro Cell與MicroCell，去涵蓋大範圍的區域，等於是許多人共用相同的基地台，這樣的方式對於營運商要維運是較為容易的，且不用管理這麼多的小基地台，且以往以語音為主的服務，比較不會在意封包傳輸的速度，所以只要手機收的到，語音能通，基地台就能完成任務了。但現在的行動服務開始重視數據傳輸。當許多的人都在跟少數基地台做存取，就會造成資源不足的狀況。一般使用者就感受到手機上網不順，下載或上傳速率低落的感受。這時候營運商就得提高空中資源的複用率，就只能把基地台涵蓋範圍降低，讓大家分散去連線到不同的小型基地台裝置。於是FemtoCell跟PicoCell就開始有其價值。這件事情叫做Data Offloading。你會發現在台灣各家營運商，包括中華電信、台哥大、遠傳，都在便利商店或是公共區域佈建WIFI AP，讓有辦行動網路的用戶，不連接到大型的基地台，改連接到便利商店裡面的WIFI AP。以降低了大型的基地台的負擔，這就叫WIFI offload。


可以看到上圖，FemtoCell利用BroadBand Router及internet去連接到核心網路，提供家庭內的行動服務。進入家中或特定區域中就可以不需要連線到外面基地台，減緩外面基地台的的負擔。
FemtoCell Issue


實際在應用上，Femtocell有許多的議題是需要被解決及討論的，大部分有些已經有解決方案了，例如以下列出。有機會將會個別寫文章去

• FemtoCell與其他Cell干擾(Interference)     
  FemtoCell跟其他FemtoCell或大的基地台或會有重覆蓋問題，要如何避免。實際上有eICIC去控制干擾問題，可以參照此篇文章
• FemtoCell的存取控制(Access Control)          
  應該沒人想要自己家裡擺一台FemtoCell卻是給路人用，所以要如何做存取控制。實際上是要用Close Subscriber Group(CSG)
• FemtoCell與核心網路的連接
  因為FemtoCell是利用internet連接，所以中間的連線安全性格外重要。
• FemtoCell控管問題             
  若FemtoCell被帶至其他國家，但是其他國家同樣的無線頻段不是允許使用，這樣會造成頻段的問題

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!

LTE: TRACKING AREA UPDATE REQUEST 詳解

Tracking  Area Update(TAU) Conecpt

Tracking Area Update是UE用來更新自己在基地台區域位置的一個信令，目的是要讓基地台知道UE目前移動到哪個區域位置。詳細概念請參照這裡。你一定會問另外一個問題，UE要怎麼知道自己是在哪個Tracking Area。UE是靠著EnodeB的System information Block 1(SIB1)去得到自己的tracking Area。所以UE收到新的EnodeB的廣播訊息，他就會檢查Tracking Area Code。

When Tracking Area Update (TAU) Occur

在以下的狀況下，UE會使用Tracking Area Update (TAU)

• Normal TAU: 當UE進入到新的tracking area時，而這個tracking area不是在自己的tracking area list裡面，這時候UE會進行TAU，來讓MME知道UE進到新的tracking area。
• Combined TAU: 如果UE在CS/PS mode 1 或CS/PS mode 2時，也就是運作在有CS Fallback時，當UE進到一個新的Tracking Area時，他會進行Combined TAU，同時更新Tracking Area與WCDMA、GSM的Location Area(LA)。因為CS Fallback，Device要隨時能找的到2G、3G的基地台去使用Circuit Switched Service來撥打電話。CS Fallback相關資訊請參照這篇
• Periodic TAU: 定時TAU，UE在T3412定時器的時間到時，會做TAU update。因為UE有可能很長時間在同一個Tracking Area，所以一般會讓UE定期去做一個Tracking Area update，讓MME知道UE還活著。
• 在inter-RAT的狀況，UE在切換不同的technology時，都會進行tracking area update。
• MME load balancing: 當UE接收到EnodeB的 RRC CONNECTION RELEASE 訊息，並內含cause code "load balancing TAU required'", UE必須要進行TAU的程序，讓新的MME確認UE本身Trackin Area。
• 向網路更新UE使用的某一些使用參數，例如UE network capability information或the “MS network capability或DRX parameter等等。

Tracking Area Update Request  signaling Detail

  M=Mandotory，O=Optional

Information Element	Presense	Description
Security header type	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
EPS update type	M	用來指示update 的型態，可能為以下的其中一種，詳細請參閱最上面的說明 TA updating combined TA/LA updating’ combined TA/LA updating with IMSI attach periodic updating 除了指示update型態之外，如果UE當下有另外的data要傳而尚未傳送，可以再active flag裡面指示，則網路在做完TAU程序之後，也就是，會對UE的進行Bearer establishment。簡單的說就是讓網路端知道UE有要傳送資料。以節省額外的信令。
NAS key set identifier	M	用來指示目前UE上有什麼NAS Security Key。是KSIASME或是映射到的KSISGSN，因為對安全性沒什麼概念，這邊不太了解，詳細資料在24.301 subclause 4.4.2
Old GUTI	M	UE支援A/Gb mode(2G)或 lu mode(3G) TIN 為 P-TMSI 並且 UE有 P-TMSI 及RAI時, 則UE 必須將Old GUTI欄位設為 P-TMSI 及 RAI 並將Old GUTI type 設定為mapped GUTI. 若UE擁有合法的GUTI則必須設定額外設定 Additional GUTI - If TIN 為GUTI或RAT-related TMSI 並且the UE擁有合法的GUTI, the UE必須將Old GUTI 設定為GUTI並且在Old GUTI type中設為native GUTI。 UE不支援A/Gb mode(2G)或 lu mode(3G) : UE 必須附加GUTI並且在Old GUTI type中設為native GUTI。
Non-current native NAS key set identifier	O	若UE從A/Gb mode或lu mode 轉換到S1 mode時，若有既有的native NAS key set，則要在這邊標註擁有何種EPS security context。
GPRS ciphering key sequence number	O	當UE由 A/Gb mode(2G)或lu mode(3G)轉換到S1 mode(4G)時，且在EMM idle mode及TIN 為P-TMSI時，就要附上GPRS ciphering keysequence number。
Old P-TMSI signature	O	如果UE上有P-TMSI就要在這邊告知網路，P-TMSI，為3G或2G在packet domain使用的temp id，這是用做Idle state Signalling Reduction(ISR)所使用。
Additional GUTI	O	一樣是Idle state Signalling Reduction(ISR)時使用，TIN若是使用P-TMSI，並且UE有GUTI、P-TMSI及RAI。
NonceUE	O	當UE由 A/Gb mode(2G)或lu mode(3G)轉換到S1 mode(4G)時，就要附上NonceUE，讓網路端知道UE目前使用的Nonce，藉以生成新的EPS security context。
UE network capability	O	此為UE用來傳送自己能力給網路端，包括 UE本身加密的能力EEA0-EEA7'、EIA0-EIA7、UEA0-UEA7等等 access class control for CS Fallback(22.011) LTE Location Service(24.171) LTE Positioning Protocol (LPP) (36.355) 1xSRVCC(23.216)
Last visited registered TAI	O	UE上次註冊的Tracking Area Indicator
DRX parameter	O	用來指示網路端UE所使用的DRX(Discontinuous Reception) parameter，雖然DRX是UE定期關閉接收器已作省電之用的功能，但Network仍需要知道UE DRX的時機，以達到最佳的效果。
UE radio capability information update needed	O	The UE shall include this IE if the UE radio capability information in the network needs to be updated.
EPS bearer context status	O	用來指示MME，現在UE目前有哪些EPS bearer。若MME收到發現，目前UE上並沒有相對應的EPS bearer，.他會自行將UEinactive的EPS bearer刪除。
MS network capability	O	UE用作傳送GPRS相關能力的欄位 GEA algorithms能力，GEA1-GEA7 是否支援SMS over CS domain 是否SMS over PS domain 是否支援UCS2 encoding for SMS 是否支援ISR 詳情請參照 24.008 subclause 10.5.5.12
Old location area identification	O	如果UE使用combined tracking area update，就要附上原有正確的Location Area 資訊，這也是因為CSFB才有需要的功能，請參照CSFB。
TMSI status	O	如果UE在做combined tracking area update沒有TMSI存在就必須在此指示
Mobile station classmark 2	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力24.008 subclause 10.5.1.6
Mobile station classmark 3	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力，包括multiband等等更多欄位，詳細在24.008 subclause 10.5.1.7
Supported Codecs	O	如果UE支援SRVCC時，要在這邊列出在GERAN(2G)及UTRAN(3G)支援的codec，支援的codec列表在26.103，格式在24.008 subclause 10.5.4.32
Additional update type	O	在combined attach(CS fallback)時提供額外的資訊，0代表沒有額外的資訊，1代表 SMS only，代表可使用LTE NAS傳送SMS給MME，MME再傳送給MSC，這個feature叫做SMS over SGs，可以參考以下網頁。
Voice domain preference and UE's usage setting	O	This IE shall be included if the UE supports CS fallback and SMS over SGs, or f the UE is configured to support IMS voice, but does not support 1xCS fallback. 如果UE支援 CS fallback與 SMS over SGs就必須在這邊標明以下資訊 UE's usage setting:Voice Centric 或Data Centric 定義在23.221 subcluse7.2a 或參照這裡 voice domain preference:CS Voice only、IMS PS Voice only、優先CS voice或優先IMS PS。

 

Tracking Area Update Request 其實相當單純，最主要複雜的部分還是在於要跟3G/2G做TA/LA comibned updated，加上UE上的TIN設定，會讓UE在回傳自己的identity時會回傳不同的資訊。另一點跟attach一樣，會有相當多的UE Voice資訊提供給網路，讓網路可以做Voice Service的判斷。

LTE: ICIC(Inter-cell interference coordination) 與 eICIC (enhanced Inter-cell interference coordination)

WHY ICIC and eICIC

• LTE的Frequency reuse factor為1，據說是為了增加頻率使用效率(未查證)，表示每個基地台都使用相同的頻寬，意思就是在基地台邊緣的手機，會同時接收到兩個基地台甚至數個基地台的訊號，而且都是相同的頻率。所以在基地台邊緣的手機有很高的機會被其他的基地台訊號干擾。
• 對於一般的traffic，可以承受高的封包錯誤率。頂多是速度慢，但若是control channel若是高封包錯誤率，會導致手機嚴重斷訊。
• 若是 Heterogeneous networks 則會對Frequency Reuse更敏感，因為大的Marco Cell會整個覆蓋大區域至十公里以上，而以街道為單位的pico cell或以辦公室為單位的Femto cell，則會整個被Macro cell干擾，因為用的是同一頻率!

ICIC (Inter-cell interference coordination) 

3GPP release 8時提出Inter-cell interference coordination(ICIC) 解決方案，目的在解決上述的基地台邊緣干擾問題。解決方式是利用eNodeB與eNodeB之間的X2去協同溝通資源。但僅限於降低traffic Channel的干擾，而沒有對control channel處理

• ICIC使用功率大小與頻率動態分配的方式去降低基地台間的干擾
• 在鄰近的基地台同樣的時間使用不同的Resource Block(RB)。也就是說鄰近的基地台不會指派同一個RB。好處是，因為分派給UE的RB不同，當然就不會產生干擾。壞處就是會降低一個基地台的傳輸速率。
• 第二種方式是僅有基地台邊緣的UE才會分配不同的RB，而離基地台近的UE還是使用整個完整頻寬
• 第三種方式則是比第二種更多了power的控制，當基地台會特別增強在邊緣UE使用的RB的Power。當然，這些RB，也是非鄰近基地台所使用，而離基地台較近的UE，他們所收到的RB還是會以較低的功率發送。

eICIC (enhanced Inter-cell interference coordination)

3GPP release 10時，提出了eICIC，也就是增強型的eICIC。最主要是解決HetNet(Heterogeneous Networks) interference，也就是異質網路的干擾，但重點是，同時降低traffic channel及control channel的干擾，才會比較有效。如果是macro cell使用X2去設定，而femto則是使用OAM去設定。

• eICIC 除了使用功率大小、頻率分配，另外也使用時間分配的方式去降低干擾。
• eICIC在時間分配上，多了一個ABS(Almost blank subframe)，就是在解決HetNet的干擾問題，在ABS的frame中，Macro Cell不送任何traffic，最多僅能送及低功率的control frame。而在這些frame之中，安插不同UE的traffic channel，就可以讓femto或pico cell去傳輸他們的traffic channel。

LTE IP分配 (LTE IP address allocation)

透過Attach request與attach accept的步驟。UE除了得到EPS Bearer之外，UE同時也必須要取得IP，用以透過PDN Gateway去跟IP network傳輸。但因為UE在attach過程中還沒有IP的能力。這時只能藉由NAS去讓UE取得IP。我們現在就是要介紹LTE EPC如何去協助UE取得IP。

UE跟網路取得IP的方式

• IPv6  stateless address autoconfiguration
  網路給UE prefix，讓UE加上自己的interface ID，就可以形成一個IPv6的address，而DNS server address的部分則是使用ESM去取得。
• Stateless DHCPv6
  網路給UE prefix，但是DNS則由DHCP取得。
• DHCPv4
  若是使用DHCPv4，網路會assign address給UE 0.0.0.0，再讓UE去使用DHCPv4去取得IP

注意:不支援stateful IPv6的取得。

UE支援的IP型態

• IPv4
  如果UE只支援IPv4，在PDN type欄位要設定IPv4
• IPv6

  如果UE只支援IPv6，在PDN type欄位要設定IPv6

• IPv4v6
  如果UE同時支援IPv4及IPv6或不知道支援性，則PDN type必須要設定IPv4v6

在UE做PDN connection request的時候，會指定PDN type，並且在protocol configuration  options附上偏好取得IP的方式。網路收到之後，會參考網路相關的偏好去回給UE。例如雖然UE要求IPv4 但是網路僅支援IPv6，則網路會拒絕UE的連線，而當UE要求IPv4v6的時候，若網路只支援IPv4，那只會回給UE僅支援IPv4。IPv6亦是如此
實務上通常營運商會規定手機連上PDN要用什麼PDN type。

何時取得IP

ESM(EPS Session Management)訊息中做交換，藉由PDN連線時，同時進行。利用下面兩個步驟去協調IP取得的方式

UE -->PDN connection request (PDN Type、Protocol configuration options)--> MME

UE <-- Activate Default EPS Bearer Context Request(PDN Type、Protocol configuration options) <-- MME

 

Note:在同一個PDN 連線用的IP都一樣，所以同一個不管是default bearer 或dedicated bearer都是使用同一個IP

UE有下列幾種方式取得IP

a) 由HPLMN 分配IP (dynamic or static HPLMN address)

b) 由VPLMN 分配IP (dynamic VPLMN address)

c) 由PDN operator 去分配

參考資料:

24.301 subclause 6.2

23.401 subclause 5.3.1

LTE: Attach Accept message +ESM : Activate Default EPS Bearer Context Request 詳解(EMM及ESM)

Attach Accept是Network用來 回覆UE Attach Request 的訊息，通常Attach accept會由RRC CONNECTION RECONFIGURATION夾帶。而attach Request也會夾帶ESM的Activate Default EPS Bearer Context Request去啟動UE 封包的連線能力。畢竟網路都已經接受UE的Attach，就該讓人家準備開始連線。

主要會做以下幾件事情

• EMM會回報EPS Attach Result
  這個Attach result是要拿來告知UE，LTE網路是EPS only還是EPS(Evolved Packet switched)跟CS(Circuit Switched)能力都有，這邊的CS不是指LTE有CS，而是指LTE可以跟GSM或UMTS做連動的能力。當UE收到 EPS only就會認定LTE只能處理packet相關的信令，就不會傳送CS相關的信令。
• GUTI的配發我們在attach request提到過UE會提供先前使用的GUTI，或是用IMSI、IMEI來代表身分。如果MME發現UE提供的GUTI是不合法或是其他MME提供的，MME將會提供新的GUTI給UE
• TAI List的配發Tracking Area List可以讓UE在附近區域都不用進行Tracking Area Update。
• EMM Cause通常UE送出Combined attach，網路回報 EPS only，則會在attach accept附上EMM cause:18，代表 CS domain not available。有些UE會在收到EMM cause就自己離開網路。
• ESM Activate Default EPS Bearer Context RequestAttach上，網路就要開始建立Bearer，才可讓UE進行後續的傳輸，詳細資訊請參照下面ESM的部分

EMM:ATTACH ACCEPT

Information Element	Presense	Description
Security header type	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
EPS attach result	M	Network收到UE的Attach request，會回覆attach result給UE，讓UE知道網路的是否支援CS 的能力，還是只有PS的能力。 0 0 1 EPS only 0 1 0 combined EPS/IMSI attach
Spare half octet	M	這個欄位沒有特別的意義，僅是補足半個Octect，讓下個欄位從完整的OCTECT開始。
T3412 value	M	這個欄位在指示UE，做Tracking Area update的週期，預設為54分鐘，超過這個timer，UE不管身在何方都會做一次tracking area update。
TAI list	M	UE註冊之後，網路會給UE一個預設Tracking Area list，這跟區域性有關係，目的是為了UE不要這麼頻繁的去做Tracking Area update。
ESM message container	M	乘載ESM Message 的部分，必須要額外解碼才有辦法看出來，會另外在下面使用Table列出，這部分是對應到Activate Default EPS Bearer Context Request，網路要啟動Default EPS bearer來乘載封包，讓UE可以與S-GW與P-GW去做溝通
GUTI	O	網路如果要分配GUTI給UE就會用這個欄位。
Location area identification	O	通常是用做CSFB，因為CSFB會在3G對應到Location Area，所以這部分是讓UE知道自己在WCDMA上的Location Area。
MS identity	O	如果UE做Combined attach，網路可能會傳送TMSI給UE。
EMM cause	O	用作指示EMM若是有問題，將會帶EMM cause code，但是有帶EMM cause 不見得是Reject，有時候UE送出Combined attach但網路只有EPS only，這時候就會帶CS domain not available給UE。詳細資料請參考24.301 subclause 9.9.3.9
T3402 value	O	指示UE，如果attach request或tracking area update超過五次時要等多久才會重新進行attach或tracking area update。若沒有指示，則UE則會使用預設12分鐘。
T3423 value	O	設定UE在EMM-REGISTERED狀態，ISR啟動，但是沒有CELL可以上的狀況會啟動timer，當timer時間到時，設定TIN為P-TMSI，表示CS Fallback停止。
Equivalent PLMNs	O	網路用來讓UE了解還有其他的Equivalent PLMNs，UE收到之後會將Equivalent PLMNs寫入SIM卡，UE未來做CELL selection會納入列表中。
Emergency number list	O	網路用來指示緊急電話的號碼所用
EPS network feature support	O	用來指示EPS網路是否支援以下的功能 IMS voice over PS session in S1 mode (IMS VoPS) emergency bearer services in S1 mode (EPC-LCS), location services via EPC (EPC-LCS) location services via CS domain(CS-LCS), 用來指示網路是否支援IMS、IMS的緊急電話、CS/PS location server 等功能。UE收到這個指示才知道要不要註冊IMS，或是緊急電話可不可以用PS等等。
Additional update result	O	網路用來回覆UE Addition update type，用來指示CS Fallback not preferred或是 SMS only，當UE運作在不同的Mode時，則會有不同的行為模式。詳細的行為模式請參照此連結。

ESM:ACTIVATE DEFAULT EPS BEARER CONTEXT REQUEST
ESM最主要是做以下幾件事情

• 建立Default Bearer給UE確認的APN，並且給予bearer相關的QoS參數，讓UE知道PDN address，等於是給UE門票，讓他準備進場。
• 發配GPRS/UMTS參數(若有inter-RAT的必要的話)除了要給LTE 的參數，若是網路及UE有支援inter-RAT的話，也會有相關的GPRS/UMTS的參數在這邊傳遞，為的就是要讓UE handover過去不需要再重建 Data Connection，降低Handover的時間

Information Element	Presense	Description
EPS bearer identity	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
Procedure transaction identity	M	表示本次訊息交換的ID，用於讓EMM要 routing給ESM，要建立起EPS bearer之前所使用，建立完後，就會使用EPS bearer ID
EPS QoS	M	這個欄位表示網路要啟動的Bearer的Qos參數是多少，會有以下參數。 QCI (Quality of Service Class Identifier) Maximum bit rate for uplink Maximum bit rate for downlink Guaranteed bit rate for uplink Guaranteed bit rate for downlink Maximum bit rate for uplink (extended) Maximum bit rate for downlink (extended) Guaranteed bit rate for uplink (extended) Guaranteed bit rate for downlink (extended) 可以看的到這邊會定義uplink跟downlink的最大的 Bit Rate、保證Bit Rate，至於為什麼會有extend，因為原本的欄位並沒有定義LTE這麼大的bit rate，所以做了一個extend的欄位給LTE用。下面有張圖是不同的QCI所代表的含意。有機會在寫個QoS的專題文章。
Access point name	M	APN，用作指示PDN連線主要的名稱，用作辨識你要連到什麼PDN。至於為什麼是optional，UE若沒有帶APN，將會由network分配APN給他，與attach request不同的是，這邊是必要欄位。不管UE有沒有帶APN，網路都會回應APN。
PDN address	M	PDN address就是UE用來上網Gateway，也就是P-Gateway的address，有可能是IPv4或IPv6 ，雖然是必要欄位，但也有可能是0.0.0.0，讓UE使用DHCP去取得IP address。
Transaction identifier	O	若UE支援lu mode或A/Gb mode則用來傳遞 Transcation id，這個值是用來快速Handover到2G及3G時使用的，若沒有這個值必須要在GPRS/UMTS重建PDP context。
Negotiated QoS	O	看到這個欄位，你會想，剛剛上面不是有Qos參數了，怎麼這邊還有，這邊是拿來給GPRS及UMTS網路所使用的QoS，細節就不贅述。請參照24.008 subclause 10.5.6.5
Negotiated LLC SAPI	O	與上面兩個一樣，這個參數是GPRS所使用，UE要有這個參數才可以快速Handover到GPRS去。
Radio priority	O	這個是網路給UE在GPRS/UMTS在PDP context底層的radio priority。
Packet flow Identifier	O	這也是GPRS/UMTS所使用的參數，在SGSN中每一個UE都會有不同的Packet flow id，會代表著不同的Qos的參數，所以這個ID會代表著不同的PDP context的QoS。
Protocol configuration options	O	UE用來透過這個選項去告訴P Gateway及其他網路元件資訊所使用，這個欄位特別的地方在於MME收到此項資訊，他會轉發給其他的網路元件，例如他會轉發000C給 P-CSCF說UE建立起bearer之後要使用DHCP拿IPv4的address，詳細資訊請參照:24.008 subclause10.5.6.3。

QCI Table
23.203  Table 6.1.7:

LTE- UE mode and UE's usage setting (Voice Centric or Data Centric)

做UE做了半天或是用UE用了半天，你的UE是什麼什麼UE，你清楚嗎?
UE是在什麼Mode?是Voice Centric 還是Data Centric?
這些東西是在做什麼用的，簡單的說就是定義UE的Packet-Switched及Voice Switched能力以及當有CS Fallback時該怎麼去取捨要連哪，是LTE、WCDMA或GSM。
建議理解這篇文章之前先了解一下什麼是CS Fallback。
UE Mode
UE運作在下列四種mode之一

• PS mode 1 of operation: the UE registers only to EPS services, and UE's usage setting is "voice centric"
• PS mode 2 of operation: the UE registers only to EPS services, and UE's usage setting is "data centric"
• CS/PS mode 1 of operation: the UE registers to both EPS and non-EPS services, and UE's usage setting is "voice centric"
• CS/PS mode 2 of operation: the UE registers to both EPS and non-EPS services, and UE's usage setting is "data centric".

這四個Mode主要的區別有兩個，

• 一個是UE是不是除了PSdomain之外有註冊CS domain。
• 另一個是Voice Centric或是Data Centric，這個設定稱為 UE's usage setting，下面有說明

另外很顯然的，若是要有CS Fallback或 SMS over SGs UE必須要運作在CS/PS mode 1/2下。

UE's usage setting
這個設定最主要是改變UE是以Voice Service為主，還是Data Service為主，所以會牽涉到當device要二擇的時候，會優先選擇哪一個

• Voice Centric Device
  若UE為Voice  Centric Device則UE會保持Voice連線為主要的行為模式。若在combined EPS/IMSI attach或Combined TA/LA update時，收到網路的additional update result欄位，CSFB Not Preferred或SMS-only，這表示LTE network不偏好UE使用LTE CSFB服務或是僅提供SMS over SGs服務。這時候UE因為是以Voice為中心所考量，他就會放棄LTE Data Domain，去對UTRAN(3G)及GERAN (2G)做連接。
• Data Centric Device若UE為Data Centric Device，則UE會以保持Data連線為主要的行為模式，就算UE沒有Voice service，還是會保持跟E-UTRN的連線，如果從網路端收到SMS-only，則UE會繼續與E-UTRN連線，而不做CS-Fallback。而收到"CSFB Not Preferred"才會再額外做CSFB。

UE Mode Changing
以下是24.301 Figure 4.3.2.1.1對四種Mode變更的狀態圖。

 
以下是會導致四個Mode轉換的原因

• 由Mode 1 到Mode 2(直的箭頭)，就是在UE's usage setting上面的變更。
• 而CS/PS mode跟PS mode(橫的箭頭)之前的轉換牽涉到幾個部分，第一個是UE內的Voice Domain Preference設定變更，第二個IMS註冊成功或是失敗。

看起來這四種mode變更都是UE本身設定上的改變所影響，除了IMS註冊成功或失敗與否。


你一定會想，為了一個Voice，搞得這麼複雜，在LTE沒有Circuit Switched真的是很麻煩，一切的一切都是為了未來VoLTE，，封包網路去做布局，現在LTE初期布置若沒有完善的方案，會讓LTE變成只是純粹用來上網的工具，而沒辦法一步一步讓語音導入全封包的時代，那LTE就顯得沒有意義了。

中心的

LTE: Attach Request message +ESM : PDN Connectivity Request詳解(EMM及ESM)

 
UE在做完RRC連線後，就會開始進行NAS層的行為，
這部分通常是包在RRC Message 中的DedicatedInfoNAS中，剛EnodeB收到之後會直接往後端MME丟。讓MME去處理NAS層Signaling。
RRC Connection Setup Complete會夾帶Attach Request，而Attach Request又會夾帶PDN Connectivity Request。
EMM Part:Attach Request
M= Mandatory   O= Optional

Information Element	Presense	Description
Security header type	M	表示本NAS message 是否有Integrity(完整性)及Ciphered(加密)， 要經過Security Command才會有功能，不然為0000全零，未加密。
NAS key set identifier	M	用來指示目前UE上有什麼NAS Security Key。是KSIASME或是映射到的KSISGSN，因為對安全性沒什麼概念，這邊不太了解，詳細資料在24.301 subclause 4.4.2
EPS attach type	M	指示Attach的型態 EPS attach--有Packet Switched的能力 Combined Attach--此種attach是用來做CS Fallback，是有一種Voice Fallback到3G或2G的功能 EPS Emergency Attach--用做LTE 緊急通話服務的指示
EPS mobile identity	M	此為UE送至NAS的identity，可以為下列三種 IMSI--用作UE第一次連上網路時使用，因為這時網路還沒有分配GUTI，所以先使用IMSI作為身分辨識 GUTI-- 當UE有連過此網路時便會使用GUTI來當作自己的身分，這可以避免，被有心人竊聽，因為attah request 都是沒加密的狀況。 IMEI--當沒有IMSI或GUTI時，使用IMEI做身份辨識，當一個人他沒插SIM card到手機裡面卻要打緊急電話的時候，就會用到。 關於此部分 可以參照這篇文章
UE network capability	M	此為UE用來傳送自己能力給網路端，包括 UE本身加密的能力EEA0-EEA7'、EIA0-EIA7、UEA0-UEA7等等 access class control for CS Fallback(22.011) LTE Location Service(24.171) LTE Positioning Protocol (LPP) (36.355) 1xSRVCC(23.216)
ESM message container	M	乘載ESM Message 的部分，必須要額外解碼才有辦法看出來，會另外在下面使用Table列出
Old P-TMSI signature	O	如果UE上有P-TMSI就要在這邊告知網路，P-TMSI，為3G或2G在packet domain使用的temp id，這是用做Idle state Signalling Reduction(ISR)所使用。
Additional GUTI	O	一樣是Idle state Signalling Reduction(ISR)時使用，TIN若是使用P-TMSI，並且UE有GUTI、P-TMSI及RAI。
Last visited registered TAI	O	UE上次註冊的Tracking Area Indicator
DRX parameter	O	用來指示網路端UE所使用的DRX(Discontinuous Reception) parameter，雖然DRX是UE定期關閉接收器已作省電之用的功能，但Network仍需要知道UE DRX的時機，以達到最佳的效果。
MS network capability	O	UE用作傳送GPRS相關能力的欄位 GEA algorithms能力，GEA1-GEA7 是否支援SMS over CS domain 是否SMS over PS domain 是否支援UCS2 encoding for SMS 是否支援ISR 詳情請參照 24.008 subclause 10.5.5.12
Old location area identification	O	如果UE使用combined tracking area update，就要附上原有正確的Location Area 資訊，這也是因為CSFB才有需要的功能，請參照CSFB。
TMSI status	O	如果UE在做combined tracking area update沒有TMSI存在就必須在此指示
Mobile Station Classmark 2	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力24.008 subclause 10.5.1.6
Mobile Station Classmark 3	O	包含UE在GSM及WCDMA中所支援的RF能力，包括multiband等等更多欄位，詳細在24.008 subclause 10.5.1.7
Supported Codecs	O	如果UE支援SRVCC時，要在這邊列出在GERAN(2G)及UTRAN(3G)支援的codec，支援的codec列表在26.103，格式在24.008 subclause 10.5.4.32
Additional update type	O	在combined attach(CS fallback)時提供額外的資訊，0代表沒有額外的資訊，1代表 SMS only，代表可使用LTE NAS傳送SMS給MME，MME再傳送給MSC，這個feature叫做SMS over SGs，可以參考以下網頁。
Voice domain preference and UE's usage setting	O	This IE shall be included if the UE supports CS fallback and SMS over SGs, or f the UE is configured to support IMS voice, but does not support 1xCS fallback. 如果UE支援 CS fallback與 SMS over SGs就必須在這邊標明以下資訊 UE's usage setting:Voice Centric 或Data Centric 定義在23.221 subcluse7.2a voice domain preference:CS Voice only、IMS PS Voice only、優先CS voice或優先IMS PS。

看完EMM的感想，幾乎非常多的optional Information Element都是給Voice Service的，例如SRVCC或CS Fallback。這都是LTE上沒有Circuit Switched的結果，導致要在Packet上做更多的Solution。
ESM Part:PDN Connectivity Request
M= Mandatory O= Optional

Information Element	Presense	Description
EPS bearer identity	M	表示本次EPS bearer id是多少，通常從5開始往後遞增到15，所以這邊隱含了一個UE可以擁有 11個EPS bearer id，但實際上僅能建立8個EPS bearer，EPS bearer id 和後來在GTP-C 上建立的Bearer Context ID 相互對應。
Procedure transaction identity	M	表示本次訊息交換的ID，用於讓EMM要 routing給ESM，要建立起EPS bearer之前所使用，建立完後，就會使用EPS bearer ID
Request type	M	用來指示PDN連接是首次連接還是Handover之後的連接，可以是initial request或是handover，但是有一個特例是Emergency，緊急電話的連接。
PDN type	M	設定PDN的IP type，可以有IPv4、IPv6，或IPv4v6，這個部分是很容易造成UE沒辦法建立PDN的主因，萬一要求IPv4，但是網路回IPv6，會造成UE不接受。
ESM information transfer flag	O	用來指示UE是否需要security protected ESM information，就是ESM是否要加密。0是不要求加密，1是要求加密
Access point name	O	APN，用作指示PDN連線主要的名稱，用作辨識你要連到什麼PDN。至於為什麼是optional，UE若沒有帶APN，將會由network分配APN給他
Protocol configuration options	O	UE用來透過這個選項去告訴P Gateway及其他網路元件資訊所使用，這個欄位特別的地方在於MME收到此項資訊，他會轉發給其他的網路元件，例如他會轉發000C給 P-CSCF說UE建立起bearer之後要使用DHCP拿IPv4的address，詳細資訊請參照:24.008 subclause10.5.6.3。

ESM最重要的責任就是建立EPS Bearer及傳遞參數給後端網路，因為在建立起bearer之前UE是無法與後端網路溝通的。僅能與MME做溝通。

PS: UE Mode的解釋與Voice Centric跟Data Centric的差別，未來再寫。

C連接安裝完成

LTE:Cell selection - PLMN Selection Order

Cell selection introduction
在GSM、UMTS及LTE的cell selection中。有兩種Mode

• Automatic Mode
  如果選擇這個Mode，則UE會去找尋SIM卡中各種資訊去自動選擇到最適合的cell，因為有許多資訊，就會牽涉到優先順序，順序下面有資訊
• Manual Mode
  如果選擇這個Mode，則User可以使用UE去掃描附近有的cell，並選擇連上，有點類似wifi中去掃描SSID，不過通常掃描時間都蠻久的，不過掃描到了，也不見得可以上，還是要有相對應的認證(Authentication)資料才可以上，營運商不可能給你隨便上他們的網路。

Cell selection introduction
以下為LTE PLMN自動搜尋優先順序

1. IMSI裡面的MCC及MNC欄位
   拿來當作Home PLMN
2. USIM裡面的EF_LOCI及EFPSLOCI(last registered PLMN)
   因為EF_LOCI欄位有Location Area，所以可以有最後的MCC、MNC，此為之前最後註冊上的PLMN，EFPSLOCI則是Routing Area，也有MCC及MNC的資料可以參考。
3. USIM裡面的EF_EHPLMN(Equivalent HPLMN)
   用來等同於Home PLMN，因為Home PLMN只有一個，又因為許多營運商，並不是使用單一個PLMN，因為一個PLMN不夠用，故衍伸了EHPLMN。
4. USIM裡面的EF_HPLMNwAct(Home PLMN with Access Technology)
   因為IMSI已經有Home PLMN資訊，通常是拿來指出Home PLMN所使用的Access Technology，意思是指在PLMN紀錄裡面會同時標明，PLMN是使用何種technology，是GSM、WCDMA還是LTE。
5. USIM裡面的EF_PLMNwAct(PLMN with Access Technology, User Controlled PLMN selector with Access Technology)
   一般性的PLMN的列表，如果跟Home PLMN不同就是Roaming，這個是使用者可以控制的，理論上手機裡面有程式是可以自己編輯偏好的PLMN。
6. USIM裡面的EF_OPLMNwAct(Operator Controlled PLMN with Access Technology
   營運商所控制的OPLMN列表，只有Operator才可以控制的PLMN，通常使用者是無法去更改，只有營運商才能更改

掃完上述的PLMN才算是整個automatic mode做完，最後會無差別掃所有的支援的band，如果都沒有掃到手機就會顯示無訊號。
備註:這個是3GPP only的方式，如果有是global mode的話，就會牽涉到MSPL，MLPL，PRL等，會複雜很多。
經過高人指點之後，修改了一些資料，感謝這位高手

LTE: LTE:Channel Quality Indicator(CQI) feedback

Channel Quality Feedback Introduction
什麼是Channel Quality Indicator,顧名思義就是讓UE回報現在目前感受到EnodeB訊號的狀況。EnodeB收到CQI之後會選擇對UE最好的傳輸方式，再指示UE進行Modulaton Code Scheme(MSC)的變更，去適應目前通道的狀況，達成較低的錯誤率及更高的效率，所以CQI回報就變得很重要。以下是CQI跟modulation的對應關係。可以看的到越高的CQI就會對應到越好的modulation跟code rate。就呼應到我們上一篇所講的事情

 

Quality Feedback Type 

CQI的分類基本上有三種分類，第一種是由回報的週期來分類，一種則是由Band來分類，

Divided By Period

• Aperiodic CQI Reporting
  非週期性的CQI回報，EnodeB藉由PDCCH來告知UE要傳送CQI，eNodeB使用PDCCH告知UE要傳送非週期性的CQI，而UE使用PUSCH則使用PUSCH連同data一起傳送。
• Periodic CQI reporting
  週期性的CQI回報，當UE沒有被分到PUSCH時，則使用PUCCH去做週期性的CQI回報。當UE被分配到PUSCH時，則連同傳送DATA時，使用PUSCH回報。可以傳送的週期如下。
  2, 5, 10, 16, 20, 32, 40, 64, 80, 128, 160  ms, or Off。

如果同一個subframe裡面剛好有Aperiodic CQI及Periodic CQI則傳Aperiodic 就好

Divided By Bandwidth

Wideband feedback

UE回報所有eNodeB頻寬的狀況

eNodeB-configured sub-band feedback

此種回報，只有在Aperiodic才會有。除了UE會回報wideband的CQI，UE還會回報每一個sub-band的CQI，由於資料龐大，所以UE是回報每一個sub-band跟wideband的差距，以減低資料量。

UE-selected sub-band feedback.

此種回報是由UE除了回報wideband的CQI之外還會去選擇某一個sub-band來回報。這個sub-band是整個wideband中最好的CQI，這個稱為Best-M sub-bands。

Divided By transmssion mode

不同的transmission mode會支援不同的feedback型態

在Aperiodic下

 

Transmission mode 1     : Modes 2-0, 3-0

Transmission mode 2     : Modes 2-0, 3-0

Transmission mode 3     : Modes 2-0, 3-0

Transmission mode 4     : Modes 1-2, 2-2, 3-1

Transmission mode 5     : Mode 3-1

Transmission mode 6     : Modes 1-2, 2-2, 3-1

Transmission mode 7     : Modes 2-0, 3-0

Transmission mode 8     : Modes 1-2, 2-2, 3-1 if the UE is configured with PMI/RI reporting; modes 2-0, 3-0 if the UE is configured without PMI/RI reporting

在Periodic下

Transmission mode 1     : Modes 1-0, 2-0

Transmission mode 2     : Modes 1-0, 2-0

Transmission mode 3     : Modes 1-0, 2-0

Transmission mode 4     : Modes 1-1, 2-1

Transmission mode 5     : Modes 1-1, 2-1

Transmission mode 6     : Modes 1-1, 2-1

Transmission mode 7     : Modes 1-0, 2-0

Transmission mode 8     : Modes 1-1, 2-1 if the UE is configured with PMI/RI reporting; modes 1-0, 2-0 if the UE is configured without PMI/RI reporting

至於PMI Feedback Type下面會解釋

PMI (precoding matrix indicator)

UE用來回報自己所偏好的MIMO Precoding，什麼是Precoding，是LTE用來增進MIMO效能的一個方法，再傳送MIMO stream之前對stream進行Precoding。所以就會有一個codebook，讓EnodeB來做precoding。如果是兩支antenna，Codebook裡面有四組可以選擇，所以UE會回傳四組中的其中一組給EnodeB，讓EnodeB決定要不要更改，而四支天線的CodeBook則是有16組index可以選擇。

至於為什麼會有No PMI、single PMI、Mutiple PMI的差異。當UE分配到的Resource Block比較大時，便需要好幾個PMI才有辦法敘述目前UE偏好的CodeBook。而No PMI就是使用single stream或是不回報通道狀況時。例如SISO、Transmit Diversity、Open loop spatial mutiplexing。

RI (rank indication)

UE用來回報給EnodeB說目前UE偏好的Layer是多少，什麼是layer，Layer就是指在MIMO mutiplexing的時候，如果是兩隻antenna時，有兩個stream就是有layer=2，如果兩隻antenna只有做一個stream傳相同的東西時，就是layer=1。這表示著如果目前transmission mode雖然是MIMO mutiplexing，但是UE回傳RI是1，表示實際MIMO的效果並不好，UE就會回報給EnodeB，讓EnodeB決定要不要更改。

至於什麼是precoding跟 MIMO mutilpexing，這要解釋可能要解釋非常多，改天再寫一篇獨立的文章來解釋。

LTE: Link Adaptation,Adaptive Modulation and Coding

Link Adaptation and Modulation and Coding Scheme
我們來說說看講看所謂的Link Adaptation的概念，何謂Link Adaptation。大家都應該有一個經驗，就是無線裝置拿的離訊號越遠，傳的速度就越慢，並不是什麼基地台跟手機什麼事都沒做，自己就會速度變慢，在wifi也有，這其實這種機制ink adaptation的結果，或是Adaptive Modulation and Coding。所謂的數位通訊要可靠有兩個重點。

1. 錯誤率(Error Rate) : 代表資料傳送過去，接收到資料錯誤的比率。
2. 調變方式(Modulation):通常是指實體層調變的方式，通常有QPSK，16QAM，64QAM，一般來說，理想狀況下，越後面傳送資料的效率就越好，也就是同樣的時間64QAM傳送的資料就會比16QAM多，而16QAM又會比QPSK多。但是越後面也越容易受到環境的影響，所以對環境的需求就越嚴苛，所以當訊號較差的時候，64QAM錯誤的機會就會比16QAM大，而16QAM錯誤的機會又會比QPSK大。但是環境理想的時候，錯誤率就相差很少。顯然，訊號好的時候選64QAM會比16QAM好，訊號不好的時候選擇16QAM或QPSK好，就要看訊號差到什麼程度。
3. 碼率(Code Rate): 通常是指傳一串資料，有多少比率是真正的資料，剩下的則是拿來做偵錯碼，例如1/3 ，等於資料中三個有兩個是拿來做偵錯碼，只有一個是真正的資料。5/6則是六個中有五個是資料，一個是偵錯碼。偵錯碼的比率越高，代表越不怕傳過去是錯的，相對的資料的傳送就比較少。所以碼率越接近1表示資料傳越多，但是資料偵錯的能力也越差。

我們總結以上三項你就會得到一個結論
訊號好的時候: 調變方式 64QAM比較好，碼率越接近1越好
訊號不好的時候:調變QPSK或16QAM比較好，碼率較低比較好，至於要多低，就要看訊號有多不好。
於是乎就得到了LTE的Modulation and Coding Scheme(MCS) table，這個表，就是詳記著LTE所使用的Modulation及Code Rate。以下
這時候你又會赫然發現一件事情，傳送的裝置要能知道現在環境的狀況是有多重要的事情。但是在無線通訊中，傳送的裝置怎麼會知道目前現在的環境好不好。此時就須要接收端不斷的去反應目前空間環境的狀況。這個空間環境就叫Channel Quality。而用來表示空間環境的指標就是Channel Quality Indicator(CQI)。下次我們再來單獨提CQI的詳細介紹

LTE: Attach Procedure

LTE: Attach Procedure introduction
Attach簡單的說就是UE要進入LTE的動作
LTE的Attach是每一個使用LTE UE一定會做的程序，意指UE對LTE核心網路進行註冊及認證，若沒有進行attach是沒有辦法進行任何的資料傳輸，但是要傳輸資料，除了Attach之外還要進行EPS Bearer Activation。故伴隨而來的就是要建立EPS Bearer，下一個部分我們簡單介紹一下EPS Bearer。
EPS Bearer Introduction


什麼是EPS Bearer，EPS bearer是指乘載LTE封包的機制，網路端針對每一個不同的EPS bearer會有不同的QoS的機制，也會被導向至不同的P-GW。實際上每個EPS bearer就是對應到不同的PDN Connection。一個UE最多可以建立11個EPS bearer。為什麼要對於不同的流量要有所區隔呢? 因為要保證LTE上面一些流量的品質，例如VoLTE，不要讓其他的流量影響到VoLTE的狀況。而UE在attach時，網路會主動建立一個Defaullt EPS bearer，因為LTE是IP only 的網路，如果沒有建立EPS bearer則無法進行任何傳輸。

可以看的到EPS bearer實際上包含了Radio Bearer、S1 Bearer及 S5/S8 bearer，所以在建立完PDN之後，實際上UE到P-GW的bearer都會被建立起來。
LTE: Attach Procedure Detail


詳細的attach Procedure如下，一樣看圖說故事

1. 在RRC idle狀態的UE，要與核心網路傳輸之前必須要先進行Random Access Procedure以取得空中資源。所以UE這時向EnodeB進行Random Access Msg 1的動作，要知道Random Access，請點此。
2. EnodeB 收到Random Access之後會回應Random Access Response，讓UE知道EnodeB有收到此訊息，並告知UE 參數何時可以上傳
3. UE收到Random Access Response之後，即可開始進行RRC Connection Request
4. EnoBe收到RRC Connection Request後即會回覆UE的RRC Connection Setup，UE收到RRC Connection Setup之後，表示收到SRB1 。前面四個步驟都屬於Random Access的範疇。不知道請見此
5. UE使用SRB1向eNodeB發送RRC Connection  Setup Complete，告知EnodeB已經做好 SRB1的配置，並且夾帶Attach Request在 RRC訊息內的 "dedicatedInfoNASList "進行傳送。
6. EnodeB 收到後會將 "dedicatedInfoNASList "的訊息直接往後端MME傳送，而不做處理。
7. MME收到Attach Request之後，通常會向UE進行Authentication的步驟，確認UE是網路合法的用戶。
8. 確認UE的身分後，MME會發送Attach Accept，並主動建立Default EPS Bearer，讓UE有封包傳送能力。並告知EnodeB Initial Context Setup要做些什麼，例如說要不要加密等等行為
9. EnodeB收到 Attach Accept之後，這時EnodeB會先確認UE裝置目前的能力為何，故使用UE Capability Enquiry，例如說UE可不可以使用WCDMA、EVDO、GSM、1x的訊號等等能力，因為SIM卡可以插不同的手機!
10. UE收到後會回覆UE Capability Information來讓EnodeB知道自己UE的裝置能力
11. EnodeB收到後也會轉送給MME讓MME知道UE的能力狀況，並在MME資料上做更新
12. 若EnodeB在第八步驟收到EnodeB Initial Context Setup是需要做加密的，這時就會使用Security Mode Command與UE加密初始化的動作
13. UE確認加密訊息沒問題之後 會回覆給EnodeB Security Mode Complete 在此之後的訊息就都是加密，必須要密鑰才可以解的開。
14. 確認加密之後EnodeB將第八部的Attach Accept及Activate Default EPS Bearer。這時UE會重新配置RRC，包括重新配置SRB1，及設置SRB2及DRB等
15. UE設置完之後告知EnodeB已經設定完RRC的資源，
16. EnodeB告知MME initila Context Setup Response，表示MME所要做的事情已經做完。
17. UE在配置完之後，回傳Attach Complete，Active EPS Bearer context Accetpt給EnodeB，實際上是包在"dedicatedInfoNASList "裡面要給MME的回覆訊息。
18. EnodeB轉送UE"dedicatedInfoNASList "中的訊息給MME，至此UE就可以開始使用Default EPS bearer進行資料的傳送。

如果你看到SRB、DRB不知道是什麼的話，他是一個空中資源的調配，位於RRC層，有機會再來寫。

隨機存取，請點此。

LTE: Paging Proccess

Paging Introduction
要先了解Paging，必須先了解什麼是RRC，所謂的RRC就是Radio Resource Control，簡單的說就是UE如果要空中資源，必須要使用RRC去要空中資源，使用的是Random Access process，但是如果是網路端要透過EnodeB去找UE(有時EnodeB也會直接做Paging，例如Tracking Area Update、System Information Update等等)，就是使用Paging。實際上paging字面上的意思就是傳呼，就是類似以前的BB call，也就是去呼叫UE的意思。
Paging Eessential Knowledge
雖然Paging的動作很單純，就是這個動作乍看很單純，Paging實際上牽扯到幾件很重要的事情，必須要在講Paging之前解釋

1. Tracking Area(TA)，通常Paging的範圍是在一個Tracking Area裡面的EnodeB也就是，網路端要對UE進行Paging的時候，你要知道UE大致在哪邊，才有辦法知道paging的範圍，不然為了要paging一個UE，每次都要全台灣的EnodeB做paging，會嚴重耗費網路資源，至於Tracking Area，請參照本站Tacking Area介紹，
2. Discontinuous Reception(DRX)，這是為了UE端的省電機制，UE在有條件下面關掉射頻模組，以達到省電的目的，也就是說UE沒事會睡一下，以節省電力，定期再醒來檢查自己有沒有被老師叫到。有機會再對DRX做深入的介紹

Paging Process

1. 當網路端或EnodeB需要對UE進行資料傳送時，這時候EnodeB會對UE進行 Paging，這時EnodeB會在PDCCH中以P-RNTI夾帶Paging提醒的訊息，UE符合R-RNTI者，會解碼PDCCH中資訊，內含UE要去PDSCH的哪個位置找paging的詳細資訊。
2.當UE找到Paging的詳細資訊後，會對EnodeB進行Random Access Procedure，並進行RRC Connection。注意Paging完還是要由UE進行RRC連線，所以Paging只是一個提醒的功能，初始化RRC還是需要由UE來。
3.做完RRC後，若為網路端要傳送資料，則UE進行Attach  Request。

LTE: Random Access Backoff 機制 及 Backoff Indicator

Backoff Process Introduction

什麼是Backoff，這其實不是一個新的機制了，這個機制在乙太網路初期就已經廣泛使用了，802.11 wifi也有類似的機制，所謂的Backoff，就是在傳輸碰撞環境，當兩個競爭者碰撞到的時候會做一個退後傳送的機制，這個退後是指等待一段時間再次進行傳送。在LTE之中是會友backoff的因為當兩個UE同時要傳送時，是有可能會互相做碰撞的。這個時候就是在傳送Random Access的時候，通常有幾種狀況會造成backoff。

1. UE 送出Random Access但是沒有收到Random Access Response
2. UE送出Random Access但是收到別的UE的Random Access Response(因為剛好同時有兩個UE傳送，於是就碰撞，但是EnodeB後來僅能判斷另一個UE送出來的Random Access，所以僅回另一個UE，至於UE是怎麼判斷是自己的Random Access response，是靠RA-RNTI 去做判斷的，詳情請見另一篇EnodeB Identities in LTE的介紹。

Backoff Indicator Introdution

如果碰撞之後要怎麼處理呢，UE要進行所謂的backoff，這個backoff必須依據backoff indicator進行等待，而這個backoff是由EnodeB會利用Random Access Response去給予UE一個Backoff Indicator，而UE在這個Backoff Indicator時間內隨機選擇一個時間來傳送。對照表如下表

Backoff  index and Parameter table

3GPP 36.321 Table 7.2-1.

index	Backoff Parameter(ms)
0	0
1	10
2	20
3	30
4	40
5	60
6	80
7	120
8	160
9	240
10	320
11	480
12	960
13	Reserved
14	Reserved
15	Reserved

 

最後要注意這個Backoff indicator是optional，並非強制性的，也就是說如果UE沒有收到Backoff indicator，會有自己的timer去選擇。