基于LTE的宽带集群(B-TrunC)系统空中接口与关键技术

徐霞艳 中国信息通信研究院工程师

网络技术——宽带专网技术专题

基于LTE的宽带集群(B-TrunC)系统空中接口与关键技术

徐霞艳 中国信息通信研究院工程师

介绍基于LTE的宽带集群（B-Trunc）系统空中接口物理层、MAC层、RRC层等协议层的主要技术增强。

宽带集群 LTE 空中接口

1 引言

集群系统具有“一呼百应”的基本特征，即当一个群组内的某个用户讲话时，其他用户都应能听到该讲话，这就是所谓的集群组呼（见图1）。为了实现组呼，集群系统需至少支持如下基本功能：

图1 集群组呼

●支持下行信道共享，也就是小区内同一组用户在接听该组呼时共享同一个下行信道，以节省空口无线资源。

●支持用户移动时的业务连续性，要求讲话方、听话方在基站/小区间移动时组呼均能持续进行。

●支持迟后进入，即在组呼通话进行当中，属于该群组但尚未接听到该组呼的终端能够及时加入组呼，例如终端开机或回到覆盖区时能够及时加入所属群组的组呼。

基于LTE的宽带集群（B-TrunC）系统在4G LTE系统基础上，对LTE空中接口进行增强以支持集群相关业务与功能。为了尽可能依托包括系统、终端芯片在内完整的LTE产业链，基于LTE的宽带集群系统的空中接口在标准化时遵循了如下原则：

●后向兼容：系统基于3GPP R9，保持对R9的后向兼容；工作频段相同时，3GPP R9和R8的终端应能在宽带集群系统中正常工作，并提供分组数据传输业务。

●开放性：系统应具备良好的互操作性，支持不同厂家设备空中接口的互操作。

●希望基于为LTE公网设计的R9终端芯片，通过修改实现集群功能，尽可能避免终端芯片的重新设计流片。

2 空中接口介绍

基于LTE宽带集群系统的空中接口主要围绕着如何实现组呼进行设计与标准化。图2是终端接收组呼的基本流程。终端首先在空口接收系统信息，获得必要的关于网络的基本配置；然后，通过监听集群寻呼信道（TPCCH），当终端所属的群组有组呼时，集群寻呼上将以组呼号码的方式指示终端；之后，终端在该群组对应的集群控制信道（TCCH）上接收关于组呼的详细配置，包括集群业务信道的详细配置参数、NAS层呼叫相关的配置参数等；获得这些配置参数后终端就可以接收集群业务信道（TTCH）了。

图2 终端接收组呼的基本流程

在无线接入层，基于LTE的宽带集群系统保持了与LTE标准相同的空口协议栈结构，但与LTE空口相比，宽带集群系统主要的区别在于：

●主要针对物理层、MAC层、RRC层进行修改或增强。

●新增部分逻辑信道、传输信道以及相应的物理层处理。

●MAC层：新的逻辑信道、传输信道及其映射、MAC PDU设计等。

●RRC层：集群引入的系统信息、配置参数的下发与上传。

下面具体介绍宽带集群系统空中接口的修改或增强。

2.1 MAC层的增强

为了支持集群组呼业务，在下行链路，引入了新的逻辑信道和传输信道。其中，新引入的逻辑信道包括TCCH（集群控制信道）、TTCH（集群业务信道）和TPCCH（集群寻呼控制信道）。TCCH是集群专用的点到多点下行信道，用于传输群组控制信息；TTCH也是集群专用的点到多点下行信道，用于传输群组下行业务数据；TPCCH是集群专用的点到多点下行公共信道，用于传输集群组呼和单呼的寻呼消息。新引入的传输信道是TPCH（集群寻呼信道），TPCH信道采用新定义的TP-RNTI（指集群寻呼无线网络临时标识）进行CRC加扰。在逻辑信道到传输信道的映射上，TCCH、TTCH逻辑信道映射到LTE的下行共享信道DL-SCH上；TPCCH逻辑信道映射到TPCH传输信道上。而在上行链路，没有引入新的逻辑信道、传输信道，仍沿用LTE既有的逻辑信道、传输信道和信道映射关系。图3是下行逻辑信道、传输信道、物理信道的映射关系（图中虚线是新增逻辑信道、传输信道的映射关系）。

宽带集群系统支持集群组呼的动态调度、半持续调度，在建立组呼时由系统分配组呼的空口临时标识G-RNTI（G-RNTI：组无线网络临时标识）和用于半持续调度的临时标识SPS G-RNTI，通过G-RNTI扰码CRC的PDCCH进行群组的动态调度。

2.2 物理层的增强

在物理层，宽带集群系统引入的TPCH传输信道映射到PDSCH物理信道上，传输信道DL-SCH承载TTCH、TCCH逻辑信道时与LTE系统一样也是映射到PDSCH物理信道上。

物理层的标准化，主要针对TPCH的接收、承载TTCH和TCCH的DL-SCH的接收以及相应的物理层控制信道处理过程。

（1）TPCH的接收

在物理层，对传输信道TPCH（集群寻呼信道）的处理与LTE既有的传输信道PCH（寻呼信道）类似：TPCH的编码方案和编码率与PCH相同；TPCH的传输信道处理过程与PCH相同；终端接收以TP-RNTI进行CRC加扰的DCI1A/1C，按照与P-RNTI相同的方式解析下行控制信息DCI1A/1C中的各字段。

与发送PCH类似，基站在发送TPCH时，在PDCCH的公共搜索空间进行调度，采用DCI格式1A或格式1C。在多天线传输方案上，当基站为单天线配置时，TPCH也采用单天线端口传输方式；当基站为多天线配置时，采用发射分集方式发送TPCH对应的PDSCH。

（2）承载TTCH和TCCH的DL-SCH的接收

图3 下行逻辑信道到传输信道的映射

由于TCCH、TTCH逻辑信道仍然映射在LTE的下行共享信道DL-SCH上，因此传输信道处理过程与LTE的DL-SCH完全相同，物理信道的编码、交织和复用也仍然采用与LTE的DL-SCH相同的方式。

基站在发送承载TTCH和TCCH的DL-SCH时，在PDCCH信道上采用下行控制信息（DCI）格式1A进行调度。对小区内的每一个组呼，基站分配一个空口临时标识G-RNTI，在进行调度时，采用G-RNTI对PDCCH的CRC进行扰码以指示PDCCH上当前调度的是哪个组呼；在传输组呼对应的PDSCH时，采用该组呼的G-RNTI进行PDSCH的扰码初始化。在多天线传输方案上，与TPCH信道相似，即基站分别为单天线配置、多天线配置时，分别采用单天线端口、发射分集方式发送对应的PDSCH。

终端接收组呼时，不支持ACK/NACK上报，即对组呼不支持HARQ过程，并且组呼信道需要考虑满足小区中心到小区边缘组内各用户的覆盖，因此在组呼信道的调制编码方式（MCS）选择上，需要根据小区的覆盖大小等情况做相对保守的选择，以保证组内各用户均能可靠接收组呼。

（3）PDCCH控制信道

为了支持链路自适应并降低终端检测复杂度，对于下行物理控制信道PDCCH，LTE标准设计了公共搜索空间、UE专用搜索空间的概念。公共搜索空间是小区内终端共用的，用于调度系统信息、寻呼、随机接入响应等的发送，也可用于调度终端专用数据的传输。UE专用搜索空间的位置与UE相关（通过UE的无线网络临时标识C-RNTI关联），终端进入RRC连接态后，用于调度UE专用数据的传输。终端根据其接收和发送数据类型与方式确定在哪个搜索空间或同时在两个搜索空间通过盲检方式来接收PDCCH。按照3GPP R9标准设计，终端对PDCCH的盲检能力要求为最多44次盲检，包括公共搜索空间12次盲检、UE专用搜索空间32次盲检。

为了支持集群组呼下行信道共享，设计如何在PDCCH信道上对组呼的TTCH、TCCH进行调度时，需要考虑PDCCH信道容量、终端的PDCCH盲检能力、单小区同时支持的组呼个数等多方面因素。

宽带集群系统进一步引入了群组专用搜索空间的概念，群组专用搜索空间的定义方式类似于UE专用搜索空间，其具体位置与无线网络临时标识G-RNTI相关。

考虑到遵循R9标准的终端芯片最大44次PDCCH盲检这一情况，对RRC连接态终端接收组呼，如果组呼TTCH、TCCH采用PDCCH公共搜索空间进行调度，对终端的PDCCH盲检能力无额外要求，即最大44次盲检能力就可满足；如果组呼TTCH、TCCH采用群组专用搜索空间进行调度，则对终端而言除了对既有公共搜索空间、UE专用搜索空间内进行盲检外，还需在群组专用搜索空间内进行盲检，盲检次数增加，超出R9标准LTE终端的能力需求。

因此，宽带集群系统在标准上允许系统采用PDCCH公共搜索空间对组呼TTCH、TCCH进行调度，考虑到一个小区同时容纳的组呼数量需求（比如150个组/小区），通过半持续调度（SPS）机制降低PDCCH开销。同时，考虑到终端芯片PDCCH盲检能力的提高，宽带集群系统在标准上也允许当一个群组内没有“低能力”终端时（群组内终端都能同时对公共搜索空间、UE专用搜索空间、群组专用搜索空间进行盲检查，即均为“高能力”终端），可以采用群组专用搜索空间进行调度，以进一步提升PDCCH容量。总之，系统根据群组内各终端的PDCCH盲检能力来相应地调整对组呼TTCH、TCCH进行调度的PDCCH信道使用方式，达到兼容R9终端芯片、同时又兼顾终端能力与系统性能提升的目的。

对终端而言，允许根据终端的工作状态（RRC空闲态、连接态）、终端PDCCH盲检能力高低来规定终端如何接收PDCCH上的调度信息，具体如表1所示。

表1 终端接收组呼的PDCCH盲检要求

2.3 RRC层的增强

宽带集群系统空口无线资源控制RRC协议层的增强包括两个方面：

（1）对LTE既有RRC流程的增强，包括：

●RRC连接建立：在建立RRC连接时，集群终端将RRCConnectionRequest消息中的IsTrunkingUser参数设置为1，以指示基站该终端为集群终端，方便基站针对集群终端在无线资源管理上进行优先处理。

●RRC连接重配置：可用于参与组呼（接收组呼或话权用户）的RRC连接态UE进行组呼的切换，即基站发送切换命令RRCConnectionReconfiguration消息给UE配置切换目标小区中接收组呼的参数，UE切换到目标区后，根据收到组呼参数配置相应的TPCCH、TTCH，建立组呼的下行承载，这样终端切换到目标小区后能够立即接收组呼。

●测量报告：RRC连接态UE发送测量报告时，如果正在参与组呼（接收组呼或话权用户），则应包含组号等参数，以指示基站UE正在参与哪个组呼，方便系统在切换时提前准备目标小区中的组呼资源。

（2）为了实现集群功能，引入了一些新的RRC流程，主要包括：

●集群系统信息：增加新的系统消息类型SystemInformationBlockTypeTrunking，主要广播小区中集群寻呼控制信道TPCCH的配置参数等集群相关系统信息。

●集群寻呼：引入新的集群寻呼TrunkingPaging过程，通知UE接收集群组呼和集群单呼业务。

●集群下行直传：引入DLTrunkingInformation-Transfer过程，用于在空口透传核心网发送给终端的集群相关非无线接入层（NAS）信令。

●组呼业务信道的配置：引入GroupCallConfig过程，通知集群组呼下行承载的配置信息，用于建立集群组呼业务。

●组呼释放：用于通知终端释放组呼相关资源。

2.4 空闲模式下UE的操作

众所周知，当LTE UE处于RRC空闲模式下时，需要按照3GPP TS 36.304规范的要求执行小区重选、PLMN重选、广播信息接收和寻呼接收等功能。对于集群终端，除了需执行这些功能外，为了支持集群业务，还需执行下列功能：

（1）如果UE没有开始接收集群业务，需按照系统的配置接收集群寻呼；当群组寻呼消息中有UE需要监听的群组时，UE需建立该群组资源和承载，进而接收该群组的集群控制信道和集群业务信道上的数据；当群组寻呼消息中有该UE的单呼，则触发RRC连接建立集群单呼承载。

（2）如果UE已开始接收集群业务，需要按照系统的配置接收集群寻呼，按照PDCCH上的调度（或配置的半持续调度）接收集群控制信道和集群业务信道；当UE在集群控制信道上收到正在监听的群组业务的释放指示，UE应释放该群组资源和承载。

从上述要求可看出，集群终端在RRC空闲态时需接收集群寻呼信道、集群控制信道和集群业务信道，相对LTE公网终端而言这是比较大的区别，需要集群终端进行针对性的设计。

为了省电，空闲模式下终端接收集群寻呼也支持非连续接收，由于一个集群组内的所有终端都需要接收集群寻呼，因此非连续接收的机制设计采用了高层静态配置的方式，即通过RRC层的集群系统信息广播寻呼周期、寻呼周期内无线帧号、子帧号来确定集群寻呼接收时机，小区内的所有集群终端在该集群寻呼接收时机监听集群寻呼。

3 结束语

本文介绍了宽带集群系统空中接口的无线接入层协议相对于LTE标准的增强，重点讨论了物理层业务信道和物理层下行控制信道PDCCH的接收机制。

1 通信行业标准YD/T 2741-2014.基于LTE技术的宽带集群通信(B-TrunC)系统接口技术要求(第一阶段)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）