基于LTE的寬帶集群(B-TrunC)系統空中接口與關鍵技術

徐霞艷 中國信息通信研究院工程師

網絡技術——寬帶專網技術專題

基于LTE的寬帶集群(B-TrunC)系統空中接口與關鍵技術

徐霞艷 中國信息通信研究院工程師

介紹基于LTE的寬帶集群（B-Trunc）系統空中接口物理層、MAC層、RRC層等協議層的主要技術增強。

寬帶集群 LTE 空中接口

1 引言

集群系統具有“一呼百應”的基本特征，即當一個群組內的某個用戶講話時，其他用戶都應能聽到該講話，這就是所謂的集群組呼（見圖1）。為了實現組呼，集群系統需至少支持如下基本功能：

圖1 集群組呼

●支持下行信道共享，也就是小區內同一組用戶在接聽該組呼時共享同一個下行信道，以節省空口無線資源。

●支持用戶移動時的業務連續性，要求講話方、聽話方在基站/小區間移動時組呼均能持續進行。

●支持遲后進入，即在組呼通話進行當中，屬于該群組但尚未接聽到該組呼的終端能夠及時加入組呼，例如終端開機或回到覆蓋區時能夠及時加入所屬群組的組呼。

基于LTE的寬帶集群（B-TrunC）系統在4G LTE系統基礎上，對LTE空中接口進行增強以支持集群相關業務與功能。為了盡可能依托包括系統、終端芯片在內完整的LTE產業鏈，基于LTE的寬帶集群系統的空中接口在標準化時遵循了如下原則：

●后向兼容：系統基于3GPP R9，保持對R9的后向兼容；工作頻段相同時，3GPP R9和R8的終端應能在寬帶集群系統中正常工作，并提供分組數據傳輸業務。

●開放性：系統應具備良好的互操作性，支持不同廠家設備空中接口的互操作。

●希望基于為LTE公網設計的R9終端芯片，通過修改實現集群功能，盡可能避免終端芯片的重新設計流片。

2 空中接口介紹

基于LTE寬帶集群系統的空中接口主要圍繞著如何實現組呼進行設計與標準化。圖2是終端接收組呼的基本流程。終端首先在空口接收系統信息，獲得必要的關于網絡的基本配置；然后，通過監聽集群尋呼信道（TPCCH），當終端所屬的群組有組呼時，集群尋呼上將以組呼號碼的方式指示終端；之后，終端在該群組對應的集群控制信道（TCCH）上接收關于組呼的詳細配置，包括集群業務信道的詳細配置參數、NAS層呼叫相關的配置參數等；獲得這些配置參數后終端就可以接收集群業務信道（TTCH）了。

圖2 終端接收組呼的基本流程

在無線接入層，基于LTE的寬帶集群系統保持了與LTE標準相同的空口協議棧結構，但與LTE空口相比，寬帶集群系統主要的區別在于：

●主要針對物理層、MAC層、RRC層進行修改或增強。

●新增部分邏輯信道、傳輸信道以及相應的物理層處理。

●MAC層：新的邏輯信道、傳輸信道及其映射、MAC PDU設計等。

●RRC層：集群引入的系統信息、配置參數的下發與上傳。

下面具體介紹寬帶集群系統空中接口的修改或增強。

2.1 MAC層的增強

為了支持集群組呼業務，在下行鏈路，引入了新的邏輯信道和傳輸信道。其中，新引入的邏輯信道包括TCCH（集群控制信道）、TTCH（集群業務信道）和TPCCH（集群尋呼控制信道）。TCCH是集群專用的點到多點下行信道，用于傳輸群組控制信息；TTCH也是集群專用的點到多點下行信道，用于傳輸群組下行業務數據；TPCCH是集群專用的點到多點下行公共信道，用于傳輸集群組呼和單呼的尋呼消息。新引入的傳輸信道是TPCH（集群尋呼信道），TPCH信道采用新定義的TP-RNTI（指集群尋呼無線網絡臨時標識）進行CRC加擾。在邏輯信道到傳輸信道的映射上，TCCH、TTCH邏輯信道映射到LTE的下行共享信道DL-SCH上；TPCCH邏輯信道映射到TPCH傳輸信道上。而在上行鏈路，沒有引入新的邏輯信道、傳輸信道，仍沿用LTE既有的邏輯信道、傳輸信道和信道映射關系。圖3是下行邏輯信道、傳輸信道、物理信道的映射關系（圖中虛線是新增邏輯信道、傳輸信道的映射關系）。

寬帶集群系統支持集群組呼的動態調度、半持續調度，在建立組呼時由系統分配組呼的空口臨時標識G-RNTI（G-RNTI：組無線網絡臨時標識）和用于半持續調度的臨時標識SPS G-RNTI，通過G-RNTI擾碼CRC的PDCCH進行群組的動態調度。

2.2 物理層的增強

在物理層，寬帶集群系統引入的TPCH傳輸信道映射到PDSCH物理信道上，傳輸信道DL-SCH承載TTCH、TCCH邏輯信道時與LTE系統一樣也是映射到PDSCH物理信道上。

物理層的標準化，主要針對TPCH的接收、承載TTCH和TCCH的DL-SCH的接收以及相應的物理層控制信道處理過程。

（1）TPCH的接收

在物理層，對傳輸信道TPCH（集群尋呼信道）的處理與LTE既有的傳輸信道PCH（尋呼信道）類似：TPCH的編碼方案和編碼率與PCH相同；TPCH的傳輸信道處理過程與PCH相同；終端接收以TP-RNTI進行CRC加擾的DCI1A/1C，按照與P-RNTI相同的方式解析下行控制信息DCI1A/1C中的各字段。

與發送PCH類似，基站在發送TPCH時，在PDCCH的公共搜索空間進行調度，采用DCI格式1A或格式1C。在多天線傳輸方案上，當基站為單天線配置時，TPCH也采用單天線端口傳輸方式；當基站為多天線配置時，采用發射分集方式發送TPCH對應的PDSCH。

（2）承載TTCH和TCCH的DL-SCH的接收

圖3 下行邏輯信道到傳輸信道的映射

由于TCCH、TTCH邏輯信道仍然映射在LTE的下行共享信道DL-SCH上，因此傳輸信道處理過程與LTE的DL-SCH完全相同，物理信道的編碼、交織和復用也仍然采用與LTE的DL-SCH相同的方式。

基站在發送承載TTCH和TCCH的DL-SCH時，在PDCCH信道上采用下行控制信息（DCI）格式1A進行調度。對小區內的每一個組呼，基站分配一個空口臨時標識G-RNTI，在進行調度時，采用G-RNTI對PDCCH的CRC進行擾碼以指示PDCCH上當前調度的是哪個組呼；在傳輸組呼對應的PDSCH時，采用該組呼的G-RNTI進行PDSCH的擾碼初始化。在多天線傳輸方案上，與TPCH信道相似，即基站分別為單天線配置、多天線配置時，分別采用單天線端口、發射分集方式發送對應的PDSCH。

終端接收組呼時，不支持ACK/NACK上報，即對組呼不支持HARQ過程，并且組呼信道需要考慮滿足小區中心到小區邊緣組內各用戶的覆蓋，因此在組呼信道的調制編碼方式（MCS）選擇上，需要根據小區的覆蓋大小等情況做相對保守的選擇，以保證組內各用戶均能可靠接收組呼。

（3）PDCCH控制信道

為了支持鏈路自適應并降低終端檢測復雜度，對于下行物理控制信道PDCCH，LTE標準設計了公共搜索空間、UE專用搜索空間的概念。公共搜索空間是小區內終端共用的，用于調度系統信息、尋呼、隨機接入響應等的發送，也可用于調度終端專用數據的傳輸。UE專用搜索空間的位置與UE相關（通過UE的無線網絡臨時標識C-RNTI關聯），終端進入RRC連接態后，用于調度UE專用數據的傳輸。終端根據其接收和發送數據類型與方式確定在哪個搜索空間或同時在兩個搜索空間通過盲檢方式來接收PDCCH。按照3GPP R9標準設計，終端對PDCCH的盲檢能力要求為最多44次盲檢，包括公共搜索空間12次盲檢、UE專用搜索空間32次盲檢。

為了支持集群組呼下行信道共享，設計如何在PDCCH信道上對組呼的TTCH、TCCH進行調度時，需要考慮PDCCH信道容量、終端的PDCCH盲檢能力、單小區同時支持的組呼個數等多方面因素。

寬帶集群系統進一步引入了群組專用搜索空間的概念，群組專用搜索空間的定義方式類似于UE專用搜索空間，其具體位置與無線網絡臨時標識G-RNTI相關。

考慮到遵循R9標準的終端芯片最大44次PDCCH盲檢這一情況，對RRC連接態終端接收組呼，如果組呼TTCH、TCCH采用PDCCH公共搜索空間進行調度，對終端的PDCCH盲檢能力無額外要求，即最大44次盲檢能力就可滿足；如果組呼TTCH、TCCH采用群組專用搜索空間進行調度，則對終端而言除了對既有公共搜索空間、UE專用搜索空間內進行盲檢外，還需在群組專用搜索空間內進行盲檢，盲檢次數增加，超出R9標準LTE終端的能力需求。

因此，寬帶集群系統在標準上允許系統采用PDCCH公共搜索空間對組呼TTCH、TCCH進行調度，考慮到一個小區同時容納的組呼數量需求（比如150個組/小區），通過半持續調度（SPS）機制降低PDCCH開銷。同時，考慮到終端芯片PDCCH盲檢能力的提高，寬帶集群系統在標準上也允許當一個群組內沒有“低能力”終端時（群組內終端都能同時對公共搜索空間、UE專用搜索空間、群組專用搜索空間進行盲檢查，即均為“高能力”終端），可以采用群組專用搜索空間進行調度，以進一步提升PDCCH容量。總之，系統根據群組內各終端的PDCCH盲檢能力來相應地調整對組呼TTCH、TCCH進行調度的PDCCH信道使用方式，達到兼容R9終端芯片、同時又兼顧終端能力與系統性能提升的目的。

對終端而言，允許根據終端的工作狀態（RRC空閑態、連接態）、終端PDCCH盲檢能力高低來規定終端如何接收PDCCH上的調度信息，具體如表1所示。

表1 終端接收組呼的PDCCH盲檢要求

2.3 RRC層的增強

寬帶集群系統空口無線資源控制RRC協議層的增強包括兩個方面：

（1）對LTE既有RRC流程的增強，包括：

●RRC連接建立：在建立RRC連接時，集群終端將RRCConnectionRequest消息中的IsTrunkingUser參數設置為1，以指示基站該終端為集群終端，方便基站針對集群終端在無線資源管理上進行優先處理。

●RRC連接重配置：可用于參與組呼（接收組呼或話權用戶）的RRC連接態UE進行組呼的切換，即基站發送切換命令RRCConnectionReconfiguration消息給UE配置切換目標小區中接收組呼的參數，UE切換到目標區后，根據收到組呼參數配置相應的TPCCH、TTCH，建立組呼的下行承載，這樣終端切換到目標小區后能夠立即接收組呼。

●測量報告：RRC連接態UE發送測量報告時，如果正在參與組呼（接收組呼或話權用戶），則應包含組號等參數，以指示基站UE正在參與哪個組呼，方便系統在切換時提前準備目標小區中的組呼資源。

（2）為了實現集群功能，引入了一些新的RRC流程，主要包括：

●集群系統信息：增加新的系統消息類型SystemInformationBlockTypeTrunking，主要廣播小區中集群尋呼控制信道TPCCH的配置參數等集群相關系統信息。

●集群尋呼：引入新的集群尋呼TrunkingPaging過程，通知UE接收集群組呼和集群單呼業務。

●集群下行直傳：引入DLTrunkingInformation-Transfer過程，用于在空口透傳核心網發送給終端的集群相關非無線接入層（NAS）信令。

●組呼業務信道的配置：引入GroupCallConfig過程，通知集群組呼下行承載的配置信息，用于建立集群組呼業務。

●組呼釋放：用于通知終端釋放組呼相關資源。

2.4 空閑模式下UE的操作

眾所周知，當LTE UE處于RRC空閑模式下時，需要按照3GPP TS 36.304規范的要求執行小區重選、PLMN重選、廣播信息接收和尋呼接收等功能。對于集群終端，除了需執行這些功能外，為了支持集群業務，還需執行下列功能：

（1）如果UE沒有開始接收集群業務，需按照系統的配置接收集群尋呼；當群組尋呼消息中有UE需要監聽的群組時，UE需建立該群組資源和承載，進而接收該群組的集群控制信道和集群業務信道上的數據；當群組尋呼消息中有該UE的單呼，則觸發RRC連接建立集群單呼承載。

（2）如果UE已開始接收集群業務，需要按照系統的配置接收集群尋呼，按照PDCCH上的調度（或配置的半持續調度）接收集群控制信道和集群業務信道；當UE在集群控制信道上收到正在監聽的群組業務的釋放指示，UE應釋放該群組資源和承載。

從上述要求可看出，集群終端在RRC空閑態時需接收集群尋呼信道、集群控制信道和集群業務信道，相對LTE公網終端而言這是比較大的區別，需要集群終端進行針對性的設計。

為了省電，空閑模式下終端接收集群尋呼也支持非連續接收，由于一個集群組內的所有終端都需要接收集群尋呼，因此非連續接收的機制設計采用了高層靜態配置的方式，即通過RRC層的集群系統信息廣播尋呼周期、尋呼周期內無線幀號、子幀號來確定集群尋呼接收時機，小區內的所有集群終端在該集群尋呼接收時機監聽集群尋呼。

3 結束語

本文介紹了寬帶集群系統空中接口的無線接入層協議相對于LTE標準的增強，重點討論了物理層業務信道和物理層下行控制信道PDCCH的接收機制。

1 通信行業標準YD/T 2741-2014.基于LTE技術的寬帶集群通信(B-TrunC)系統接口技術要求(第一階段)空中接口

Radio Interface and Key Technology of LTE Based Broadband Trunking Communication(B-TrunC)System

The improvements of PHY,AC and RRC protocols of LTE based Broadband Trunking Communication (B-TrunC)system are introduced.

Broadband Trunking Communication(B-TrunC),LTE,radio interface

2014-12-25）