LTE中DRX功能研究与实现

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内容摘要：非连续接收DRX（Discontinuous reception）是在LTE中引入的一种新的省电工作机制，使UE在没有数据传输时不需要进入空闲模式，仍保持与基站的同步状态。本文针对3GPP最新发布的LTE R8标准研究了LTE中的DRX工作机制，首先先容了空闲模式下接收系统消息与寻呼消息的DRX工作机制，然后就RRC连接状态下的DRX工作进行研究。本文还给出了一种可应用于RRC连接状态下实现的DRX工作方案。最后还就DRX的工作方式及设计方案进行总结。

正文
0 引言

作为3G的长期演进，LTE能够提供高速率的上下行数据传输。由于在LTE中数据传输量较大，数据传输对接收天线的功耗要求较高，天线在接收数据的时候要尽可能在有数据的时候监视PDCCH，接收下行数据或上行授权，在没有数据的时候尽可能处于睡眠状态。如在浏览网页时有可能在短时间内打开其他网页，为此需要在短时间内进行睡眠，然后在一定的定时关系之后监视PDCCH。

1 DRX功能描述

在TD-SCDMA中首先使用了DRX算法，但这种算法比较简单，使用单一的DRX环进行运转，只有在激活期才接收下行数据和上行授权，LTE中在空闲模式下采用的根据寻呼周期进行DRX环循环。在RRC连接状态下，采用的是多种定时器配合运作来保证下行数据与上行授权的接收。LTE中的大数据量的通信势必造成耗电量的急剧增加，从而使得电池的供应不足或造成因为耗电量加大造成的散热量加大而导致系统运转故障。而DRX功能的利用降低了LTE系统中的耗电量。

LTE中的DRX功能控制实体位于协议栈的MAC层，其主要功能是控制向物理层发送指令，通知物理层在特定的时间监视PDCCH，其余时间不会开启接收天线，处于睡眠状态。

2空闲模式下的DRX功能机制[1]

目前LTE中空闲模式下对PDCCH的监视功能采用DRX方式，从而降低了功耗，空闲模式下的DRX工作机制固定，采用固定的周期，并在寻呼时刻（PO）到来时启动监视PDCCH的功能，进入空闲模式下的激活期（Onduration Timer），在激活期需要全面监视PDCCH，在DRX激活期过去之后再次进入睡眠状态，PF（Paging Frame）表示含有一个或者多个PO的无线帧；若使用DRX，那么UE仅监控每个DRX周期的PO。

在UE开机后将会按照默认的DRX周期配置进行周期循环。在寻呼时刻到来时将用P-RNTI对PDCCH进行扰码以便解出上面的数据。

3 RRC连接状态下的DRX工作机制[3]

在RRC连接状态下的DRX工作机制，采用的是定时器与DRX环结合的工作方式，且eNB也会保持与UE保持相同的DRX工作方式，并实时了解UE是处于激活期还是睡眠期，因此保证在激活期传递数据，而在睡眠期不会进行数据传输

在RRC连接状态下所涉及的省电方式可以归为一下三种：

1短DRX环循环。如果在UE自身配置中包含有短DRX环及短DRX环定时器，则按照短DRX环进行运行，在短DRX环定时器超时后将会进入长DRX周期运行状态。2长DRX环循环。在激活期之后或短DRX环定时器超时后进入长DRX环运行阶段。3收到DRX命令之后将会马上进入睡眠状态，进行DRX环的循环运转时期。

3.1 DRX激活期

当UE配置了DRX的功能，就会在激活期监视PDCCH。若在RRC_CONNECTED状态，配置了DRX功能，UE则使用DRX的操作规范，不连续监视PDCCH；否则，UE将连续的监视PDCCH。

若配置了DRX环，激活时间包括:

1 onDurationTimer（持续时间定时器）,drx-InactivityTimer（DRX静止定时器）, drx-RetransmissionTimer（DRX重传定时器），mac-ContentionResolutionTimer（竞争解决定时器），四种定时器运行期间将会开启接收天线监视PDCCH。2 在PUCCH上已经发送了SR，此时处于等待状态，需要监视PDCCH，目的是获取传输上行数据的上行授权。在获取了新的上行授权之后将会通知DRX按照固定的DRX流程运行，进入drx-InactivityTimer运行阶段。

3 在上行HARQ进程中含有发送失败的上行数据时，重传时需要接收上行授权或上行反馈时需要保持醒来状态。在接收上行重传授权或反馈时，需要设置一个反馈定时器（FEEDBACK Timer），目的是在定时器超时后接收反馈或授权。

3.2 RRC连接模式下的DRX工作原理

1进入竞争解决定时器后需要全面监视PDCCH，在获取上行数据之后马上开启DRX静止定时器，在DRX静止定时器超时后进入DRX短环定时器运行阶段。在DRX短环定时器运行时当子帧号满足下述条件时：

[(SFN * 10) + 子帧号] mod (短DRX环长) = (drxStartOffset) mod (短DRX环长)，进入Onduration Timer运行阶段开始监视PDCCH。

长DRX环运行时进入Onduration Timer激活期的条件与短DRX环不同，下面给出长DRX环运行时进入激活期的条件：

[(SFN * 10) + 子帧数] mod (长DRX周期) = drxStartOffset；其中drxStartOffset是指在一个DRX环中的第几个子帧开启Onduration Timer，进入激活期。

2在DRX环进入Onduration Timer激活期之后将会监视PDCCH，此时如果收到下行新数据或上行新授权将会开启DRX静止定时器，并在此期间监视所有的下行子帧。如果收到的是下行数据则将会开启对应的HARQ进程的HARQ RTT定时器，这个定时器的作用是保证在其运行期间，此HARQ进程将不会接收其他数据，从而不再监视其他PDCCH，降低功耗。

在收到新的数据块A后马上进行解码，并开启对应的HARQ进程的HARQ RTT定时器，由于数据块A解码失败，因此在HARQ RTT超时之后需要开启DRX重传定时器进行监视PDCCH。此外在收到数据块A之后需要判断是否是新数据，在判断是新数据且检出的MAC PDU中没有包含DRX命令控制元后，马上开启DRX静止定时器，此定时器属于全局定时器，在此定时器运行期间将会连续监视下行子帧。

3 在发送完毕上行数据之后将会根据固定的K值关系接收上行反馈[2]。

在LTE中发送上行数据的子帧位置与接收此上行数据反馈的下行子帧的时隙关系是固定的，用KPHICH表示发送上行数据的子帧与接收对应该上行子帧的反馈的下行子帧之间的差值[4]。发送上行数据的子帧号为N在不同的TDD配置下，接收上行反馈的位置为N+KPHICH。

在Onduration Timer中收到上行授权之后将会进入Inactivity Timer运行的阶段，在DRX Inactivity Timer超时之后进入短DRX环运行时期，在应该接收上行反馈的下行子帧处强制醒来，但并不影响短DRX环的运行。4收到DRX命令控制元后的操作

在PDCCH上检测到DRX命令控制元之后需要马上停止对应激活期的定时器如onDurationTimer，drx-InactivityTimer，并马上进入短DRX环定时器运行阶段。在接收DRX命令控制元的时隙有可能处于Onduration Timer或Inactivity Timer运行之下，在收到DRX命令之后将会马上通知DRX进程停止这两个定时器并进入短DRX环运行阶段。

3.3 RRC连接状态下的DRX工作机制[3]

在RRC连接状态下DRX工作机制中较为复杂的是Inactivity Timer运行时及短DRX环定时器运行时UE的运转状态，其余定时器运行时只需要判断是处于激活期还是睡眠状态即可，Inactivity Timer运行时及短DRX环定时器运行时，有可能同时存在多种定时器运行的情况，如在短DRX环定时器运行时有可能存在上行数据的反馈需要接收，下面分别Inactivity Timer与短DRX环定时器运行时UE的DRX工作机制进行研究。

3.3.1 DRX Inactivity Timer运行时UE的DRX工作机制

在DRX Inactivity Timer运行时只能将下行子帧计算在内，并需要连续监视PDCCH子帧，在发现了新的下行数据或上行授权之后将会重新启动此定时器。在这个定时器运行时同时还存在HARQ RTT(HARQ Round Timer )定时器或HARQ RT(HARQ Retransmit Timer)重传定时器，因此这种定时器运行时需要考虑多种情况同时存在的可能。

RTT即HARQ RoundTimer在启动了DRX 静止定时器（DRX Inactivity Timer）之后将会将下行子帧计算在内，在下行子帧到来时首先判断是否含有数据，如果有下行数据则马上开启HARQ RTT定时器，如果是新数据则还需要开启DRX Inactivity Timer。在MAC PDU中如果含有DRX命令控制元则马上进入短DRX环定时器运行状态。

3.3.2 DRX环运行时DRX工作机制[6-7]

短DRX环定时器运行时包含多个短DRX环，在DRX Inactivity Timer超时之后将会马上开启短DRX环定时器，短DRX环定时器超时之后进入长DRX环运行状态。因为短DRX环与长DRX环下UE的工作机制是相同的，只是省电的比例不同，在长DRX环中需要监视的下行子帧所占的整个DRX环的比例较少，下面先容短DRX环运行时DRX工作机制。

在启动短DRX环定时器后将会进行子帧递加，并且每次子帧到来时将会触发规划信号，针对每个子帧判断短DRX环定时器是否超时，如果超时则会进入长DRX环运行阶段，否则判断是否满足短DRX环内的Onduration Timer启动的条件，如果满足则启动Onduration Timer，否则判断在睡眠状态下是否存在HARQ RTT，如果存在则在判断是否超时及对应此HARQ RTT的HARQ进程存在解码失败的情况时开启HARQ RT（HARQ重传定时器），在HARQ RTT运行时是不监视PDCCH的，但如果在这个定时器运行时还有其他HARQ进程的HARQ RT定时器运行则会监视PDCCH，此外还需要判断上行HARQ进程中接收反馈的子帧号是否到来，如果到来则也需要监视PDCCH接收上行反馈。

根据上下行子帧配比判断是上行子帧还是下行子帧，如果是下行子帧则将HARQ RT，Onduration Timer加1.如果是上行子帧则这两个定时器不会增加。

4 DRX运行机制总结

在LTE中各种定时器是由RRC层配置的，在发起RRC连接建立或重建之后将会通过MAC主配置将MAC层需要的各种参数配置下来，然后马上进入短DRX环或长DRX环运行阶段。在进行激活期的定时器的计时中需要注意的是HARQ重传定时器，DRX Inactivity Timer，Onduration Timer，只能计算下行子帧的时隙，上行子帧的时隙则不会包含在内[5]。在实现的时候将所有的下行子帧的标识位置为1，在进行定时器运行时需要此子帧标志位是1还是0。此外如果没有配置短DRX环定时器则在DRX Inactivity Timer超时后直接进入长DRX环运行阶段。

5结束语

LTE是当前3GPP 最重要的研究工作之一，实现下行100 Mbit / s上行50 Mbit/s数据速率，获得了更高的频谱利用率，更优化的信令流程和更短的信令时延，基于IP承载的更简单网络结构，更强大的QOS 管理机制等[8-10]。目前LTE标准已经基本稳定。LTE中的DRX功能对于降低UE端的功耗，增加UE能源利用率有着重要意义，是移动通信系统中省电方式的重要改变。在接下来的研究和开发工作中，大家将进一步优化并改进DRX的工作机制，并进行相关测试，应用于下一代移动通信系统中。