國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系

國立高雄第一科技大學電腦與通訊工程系

教育部行動寬頻尖端技術人才培育計畫小細胞基站聯盟中心計畫

EPC 核心網路系統設計實驗二

LTE Handover 實驗

教育部行動寬頻尖端技術人才培育計畫 小細胞基站聯盟中心計畫 EPC 實驗教材 1

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目錄1. LTE-Small cell 架構2. 軟硬體3. 開機流程4. LTE Handover

I. 換手流程II. Measurement Report

III. Handover Event

IV. ITRI handover

V. ITRI LTE-Small cell 設定VI. Priority handover

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1. LTE-Small cell架構、軟硬體、開機流程LTE 基本實驗架構建置如圖 1-1 所示。無線接取的部分，我們將使用

兩至四支手機，分別使用不同的 Traffic 模式，手機由 eNB1 或eNB2 進行系統接取。

圖 1 - 1 實驗架構Traffic Type

(1) Video ConferencingSkype 是一個提供即時影音、資料、訊息傳輸的軟體，Skype

可以根據網路狀況調整影像品質的 Adaptive Video Coding 功能，並且提供多點視訊的功能，讓多人同時進行視訊會議。

(2) Voice over IP (VoIP)Linphone 是一個提供免費網路電話的軟體，使用者透過 SIP

協 定 與 Linphone 的 Server 聯 繫 詢 問 對 方 通 話 端 的 資 訊 ， 再 以RTSP 協定將聲音壓縮，利用 IP Packet 進行傳輸。

(3) Video Streaming

VLC 是一個可提供影音串流以及伺服器功能的軟體，影片的來源可以是光碟、檔案、網路串流或鏡頭擷取的即時影像。在串流方面可以使用 RTP、UDP Protocol 來進行串流，也可以調整編碼、解碼、play-out buffer size、解析度等參數，在影音串流傳輸方面功能可說是十分的完整。

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國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系(4) TCP-based

Web browsing 是多數人使用智慧型手機都會使用的功能，像這種有文字訊息的資料型態，必須採用 TCP 協定傳輸，因為文字訊息是不能有 bit error 的，而 TCP 協定具偵測錯誤並有重傳機制，我們利用開啟 Web 來產生我們實驗所需要的 traffic。

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2. 軟硬體需求I. 硬體

Table 2 - 1硬體規格名稱 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) 2 LTE 基地台連接 EPC

UE HTC Desire D728 4 連接 eNodeB

II. 軟體Table 2 - 2軟體工具

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 產生影音串流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

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3. 開機流程開機流程參閱實驗項目一的步驟。

4. LTE Handover

I. 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，如圖 4-1 所示。

圖 4 - 1 X2-Handover 流程圖另外一種為 S1-Handover，如圖 4-2 所示，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請 MME 協助換手這是跟 X2-Handover 比較不一樣的地方。

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圖 4 - 2 S1-Handover 流程圖

II. Measurement Report

S-eNB 決定要不要讓 UE 換手都是根據 UE 量測自己周遭 eNB 的訊號強度並回傳給 S-eNB 由 S-eNB 做決定，而回傳訊號強度的Message 稱為 Measurement report，而回報的值並不是直接 dB 值回傳而是由一個代號，每個代號都代表著一個訊號強度的範圍，如表 4-1 所示。

Table 4- 1 SRP Measurement Report Mapping

RSRP代號 代表的訊號強度範圍 單位RSRP_00 RSRP←140 dBmRSRP_01 −140≤RSRP←139 dBmRSRP_02 −139≤RSRP←138 dBm

… … …RSRP_96 −45≤ RSRP← 44 dBmRSRP_97 RSRP←140 dBm

III. Handover Event

在 3GPP 的規範中有定義五種是否要換手的事件，分別用不同的代號代表著不同的換手條件，如表 4-2 所示。

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Table 4-2 Hdover EventEvent 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.

IV. ITRI handover

圖 4-3 為 ITRI 的換手流程，ITRI 的換手方式是採用 X2-Handover，換手決定都是由 RRM 傳出訊號給 T-eNB ，而 UE 的訊號同步則是由 RRM 傳 Message 給 RRC，告訴 RRC 請跟 UE 做同步。

圖 4 - 3 ITRI Handover 流程圖我們的 Handover 決策是採用 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 必須大於 55，如下公式。

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國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系Neighbor→rsrp>Srsrp+5∧¿Neighbor→rsrp>55

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在連上第一台Small cell (IP Address 為 10.101.131.6)，如圖 4-4。

圖 4 - 4 MME顯示目前UE 的情況(1)

當 UE從第一台 Small cell (IP Address 為 10.101.131.6)換手到第二台 Small cell (IP Address 為 10.101.131.17)時，可以從第一台 Small cell的終端機視窗看到 UE 換手的訊息出現，如圖 4-5。

圖 4 - 5 第一台 Small cell 的 RRC和 RRM 視窗再從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 10.101.131.17)，如圖 4-6。

圖 4 - 6 MME顯示目前UE 的情況(2)

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UE 換手到第二台 Small cell (IP Address 為 10.101.131.17)，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 4-7。

圖 4 - 7 第二台 Small cell 的 RRC和 RRM 視窗

V. ITRI LTE-Small cell 設定 TM (Transmission Mode) & MCS (Modulation and Coding Scheme)

目前 ITRI Transmission Mode 有 TM2和 TM3，TM2 為兩支天線會打相同的訊號避免 bit error，而 TM3 會打不同的訊號來提升UEs的 Throughput，設定 MCS則可以固定 Small cell 的 modulation 。固定 MCS，其中 TM (2~3)/DL (0~28)/UL (0~20)，如圖 4-8 所示，我們設定 Small cell 為 TM3、DL MCS 28和UL MCS20。

圖 4 - 8 設定固定 TM&MCS

Small cell 的 DL AMC和UL AMC，AMC 會根據 UE 回報的 CQI做動態的調整，如圖 4-9 所示。

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圖 4 - 9 開啟 AMC 機制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 4-10 所示，切換成 UMAC 自行排頻寬模式。在圖 4-11，在此模式下，設定參數-u (1 = 10ms 給一次UL grant，2 = 20ms 給一次UL grant，4 = 40ms 給一次UL grant)。

圖 4 - 10 切換成 UMAC 自行排頻寬模式

圖 4 - 11 設定 40ms 給一次UL grant

要復原成開機預設之USCH 自行排頻寬方式，如圖 4-12 所示。

圖 4 - 12 USCH 自行排頻寬

Handover Event在 enbd_v2.5.162019/src/rrc 目錄底下 rrc_db.c 可以設定每個不同的

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國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系Handover Event 的 threshold，修改完後重新 Compiler，並放入Small cell 中去執行，如圖 4-13。

圖 4 - 13 A3 Event

Handover Decision在 enbd_v2.5.162019/src/rrm 目錄底下 rrm.c 可以修改自己想的換手條件，目前是預設有三種條件，第一種是 Neighbor eNB 的 RSRP要大於 40 或 Serving eNB 的 RSRP 小於 35，第二個是 Neighbor eNB 的 RSRP 要大於 60 或 Serving eNB 的 RSRP 小於 45，第三種條件是 Neighbor eNB 的 RSRP 要大於 Serving eNB加 5 且 Neighbor eNB 的 RSRP 大於 55，如圖 4-14 所示。

圖 4 - 14 三種不同換手條件

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國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系 DRX

在 TD-LTE 系統預設 DRX 功能為開啟的，但如果要關閉 DRX 功能 ， 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 Compiler ， 並放入Small cell 中去執行，如圖 4-15 所示。

圖 4 - 15 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，在 connection.c 的 function conn_bearer_stat_timeout()中註解或移除掉 rrc_cell_conn_inactive_release(bc->conn);如圖 4-16所示，移除完後即可重新編譯並執行。

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圖 4 - 16 關閉 30秒 release

VI. Priority handover

Priority handover 是考慮目前網路上常被使用的四種不同 Traffic，分析其特性並決定出每個 Traffic 的重要性，改變原本 LTE只考慮RSRP 的換手機制，在換手機制加入考慮到 UE 目前使用的 Traffic 來決定要如何換手，在我們的實驗環境有四種使用不同 Traffic 的 UE 要同時換手時，我們會根據 Traffic 的重要性來依序做換手。

Video conference 是屬於 live streaming 的一種，例如像現場直播棒球比賽，比賽現場透過攝影機做及時影音壓縮並且透過網路傳送，而且要非常及時的送給要觀看的使用者，如果比賽現場與網路直播有秒的差距就不符合 live streaming 的特性，因此我們定義 Video conference為這四種 Traffic最為重要的。

VoIP屬於 live streaming 的一種，從說話端講話後，聲音透過手機教育部行動寬頻尖端技術人才培育計畫 小細胞基站聯盟中心計畫 EPC 實驗教材 14

國立高雄第一科技大學 電腦與通訊工程系將聲音藉由 TCP/IP送給對方，到對方聽到聲音不能太久的時間，但比起Video conference，VoIP只需要傳聲音，data rate 比較低，所以我們定義 VoIP 的重要性比 Video conference低，因此定義為第二重要Traffic。

Video streaming，在目前的 Video streaming 都會先播放 5秒以上的廣告，這是為了要先 Buffer，等到 Buffer 到一定的 frame 數才會開始播放，由於有 Buffer 到一定的 frame 後才播放，後面的 packet就比較有多的容忍時間，因此沒有像 live streaming那麼緊急，因為我們定義為第三重要的 Traffic。

TCP-based，對於這種資料型態，例如 FTP、E-mail…等，人們不會在乎我甚麼時候才會收到，因此比較沒有具有即時性，因此我們定義 TCP-based 為第四個重要的 Traffic。

我們在 ITRI 的 Small cell 來實作 Priority handover，當 UEs 同時回報 Measurement report 時，RRC 回報 Measurement report 給 RRM 的順序是不一定的，因此我們在 HO Decision 進行修改，重新排序每個 UE發出HO request 的順序來達成我們的目的，如圖 4-17 所示。

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圖 4 - 17 Priority handover 時序圖

我 們 會 在 eNB 的 RRM 上 記 錄 發 出 每 個 UE 的RRC_HO_INFO_REQ 的時間和收到 RRC_CON_REL_DFM 的時間，並分析當多個使用不同 Traffic 的 UE 要同時換手時，ITRI 的每個 UE Handover 開始時間與結束時間與 Priority handover 的差異。

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