LTE DRX 系統模型與架構

LTE 系統所採用的省電技術 DRX(Discontinuous Reception)，當沒有資料要接 收時,使用者端會自動關閉射頻模組一段時間以節省電力。

另一方面,在行動無線通訊需求量日益增加，可是 eNB 的頻寬資源卻是非常 有限,在有限的資源下希望有更好的傳輸技術、資源分配，如果沒有好的排程演 算法或者不採用非連續接收模式技術來分配和有效管理資源的運用,則會導致系 統資源缺乏和耗電量問題狀況發生，逕而影響了 LTE 整體在高速傳輸下效能。在 LTE 系統採用的省電技術 DRX 中可分為 RRC_Connected 和 RRC_Idle 兩種自動省電 模式，其中包含三個重要的參數調整設計:



將開啟 DRX 週期，這段時間為 DRX 不活動定時器(Inactivity Timer)。

每當用戶端設備成功收到實體下鏈控制通道 PDCCH 資訊時，用戶



逕而達到省電效果，若有封包於此時傳輸，則須在此段時間過後才

依據無線電資源控制 (Radio Resource Control，RRC) 狀態將 DRX 分成兩種 模式(如圖 2-4 所示)，其一屬於淺眠，其二則屬於深睡模式。此兩種模式最大差 異在於睡眠時間長短，RRC_Connected 類目下 DRX 為「淺眠」，用戶端設備可 很快甦醒，因此後端封包核心網路毋須進行任何變更而保有該用戶之資料封包連 線；而在 RRC_Idle 目錄下的 DRX 則為「深睡」，由於用戶端設備長時間不使用 射頻傳送及接收資料，因此後端封包核心網路會將該用戶的所有資料封包連線清 除，僅保留部分控制連線。

(如圖 2-5 所示) DRX in RRC_Connected 目的讓 UE 在資料傳輸間隔過中當中 可以有效關閉 UE 端無線設備模組不但可以節省電量的消耗也可避免資料延遲問 題，DRX in RRC_Idle 當 UE 閒置一段時間沒有接收任何資料，eNB 為了有效管 理與節省資源，控制 RCC 分離 S1 與 NAS 的連結傳送，讓 UE 可以從 Connected 模式進入 Idle 模式，UE 在 Idle 模式下會不斷週期性監聽是否有資料要傳送與接 收，而在去決定是否要從 Idle 模式下轉換至 Connected 模式順利開始接收資料，

在 Idle 模式下可讓 UE 端設備可以深層的達到更省電效果。

圖 2-6、 在 LTE 標準下的 DRX 包含 RRC_Connected 及 RRC_Idle 兩種模式[30]

若演進型基地台(eNB，Evolved Node B)有分配無線端資源讓某個用戶端 設備收送控制訊息，則該用戶端設備就處於淺眠狀態。淺眠狀態下的 DRX 工 作機制，主要目的是讓用戶端設備在傳送資料的間隔中可以關閉射頻模組以 節省耗電量。其透過定時器與 DRX 週期結合的工作方式， eNB 與用戶端裝 置會保持相同的 DRX 設定，因此當有下行資料要傳送時，eNB 可準確地判斷 用戶端設備目前是否處於 DRX 及可接收資料的時間。

進入 DRX 方式有兩種，其一為用戶端設備自行進入 DRX。在淺眠中，當 用戶端設備於 Inactivity Timer 結束前沒收到任何資料就會進入 DRX 模式。其 二則是由 eNB 透過 RRC 控制訊息要求用戶端設備進入 DRX。而用戶端設備 離開 DRX 回到正常運作模式的時機有兩種，其一為在 DRX 週期的期間中正 確解讀 PDCCH 並判斷有下行資料要接收，另一則是用戶端設備有上行資料須 傳送。

當 UE 與 eNB 之間建立 RRC 連結之後就可交換控制訊息，此時 UE 便處 於 RRC_Connected 狀態，而該狀態下的 DRX 稱為主動式(Active) DRX，其特 點是 UE 在傳送資料的間隔中不連續的監控 PDCCH。例如在瀏覽網頁時，UE 在傳送資料的間隔可以關閉無線模組以節省電力，而後當 UE 發現有資料要接 收時則可迅速離開 Active DRX 以接收資料。Active DRX 所使用的基本單位為 子訊框，當用 UE 監控 PDCCH 一段時間後發現沒有接收資料的時間超過 Inactivity Timer，就會進入 DRX Cycle，並且啟動 On Duration 定時器。在 On Duration 定時器結束之前，UE 會持續監聽 PDCCH，若有封包要接收，UE 就 會離開 Active DRX 並重新設定 DRX Inactivity Timer；否則 UE 將啟動 Opportunity for DRX 定時器。在 Opportunity for DRX 這一段期間裡面，UE 不 會監聽 PDCCH(也就是說 UE 無法接受資料)，且 UE 在這段時間中可將 RF 模 組關閉以達到省電的效果。

圖 2-7、 DRX cycle 示意圖

Active mode DRX mode Active mode Duration，主要的差異是 Long DRX Cycle 有較長的 Opportunity for DRX 以達 到較高的省電程度，如果一開始就使用 Long DRX Cycle，這時如果有 eNB 有 資料要傳輸給使用者，這時會開始等待使用者 wake-up，反而會造成傳送的數 據封包遺失的機率會增加，使整體服務品質下降，所以在 DRX 系統啟動時都 會先使用 Short DRX Cycle，經過所設定連續 Short DRX Cycle 要事都沒有資料 接收，就換啟動 Long DRX Cycle 達到更好的省點效能。當使用 Short DRX Cycle 時，若目前的子訊框滿足以公式(1)，UE 就會開啟 On Duration 定時器以 監控 PDCCH。

[(SFN × 10) + subframe number]modulo(ShortDRX − Cycle)

= (drxStartOffset)modulo(shortDRX − Cycle) (1)

當使用 Long DRX Cycle 時，若目前的子訊框滿足公式(2)，UE 就會開啟

On Duration 定時器以監控 PDCCH。

[(SFN × 10) + subframe number]modulo(longDRX − Cycle)

= drxStartOffset (2)

接著當 PDCCH 指示 UE 有下行資料要接收時，UE 會重設 HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest) RTT 定時器，此動作代表若該資料接收失敗，相對 應的 HARQ 會在 HARQ RTT 定時器結束後才會發生，UE 即可利用這段時間 節省電力。