4G LTE、Small Cell、5G基礎筆記
基礎知識：
1.一個基地台涵蓋的範圍：一個cell
2.傳輸時分配子載波用
a.FDMA：頻率分割多重存取(透過guard band防止干擾)，將基礎訊號轉換成不同載波再疊加成複合訊號。
b.TDMA：時間分割多重存取(將頻段切割成多個slot，每個slot 0.5ms)，多種訊號來源可以共存在同一線路。
c.CDMA：分碼多重存取，透過正交編碼，再同一環境裡使用不同語碼溝通，達到並存。
3.1G：類比通訊系統(FDMA)、2G：GSM(TDMA、CDMA)、3G：WCDMA(電信交換網路的技術加入)、4G：全IP網路(CDMA+TDMA)，資料傳輸基本單位為1RB(12 subcarriers * 7 OFDMA Symbol個RE)
4.傳輸時對頻道的利用方式
a.FDD：頻率利用是上下行同時出現，一人占用一半
b.TDD：頻率利用是上下行輪流出現，再下行轉上行時有一個GP保護時間
LTE架構：
1.特點：All-IP，分離Control plane、User plane，希望在BS邊緣一樣有良好的服務品質，支援高速移動(TA list)，降低耗電(DRX省電)
2.UE跟eNB溝通用LTE-Uu，eNB適用X2介面，兩者使用RRC溝通。流程是UE傳NAS給ePC(NAS負責移動管理、用戶認證)->UE傳RRC給eNB(RRC負責無限資源管理){layer3結束}->UE傳PDCP給eNB(PDCP負責壓縮標頭和加密傳輸)->UE傳RLC給eNB(RLC負責ARQ、HARQ重傳等工作)->UE傳MAC給eNB(負責Qos排程){layer2結束}->UE傳PHY給eNB(負責將訊號轉換成實體發送訊號，像是MIMO、OFDMA)
ARQ：利用CRC判斷收到的資料有無遺失，正確發出ACK，錯誤發出NACK->重傳。
HARQ：偵測到錯誤封包後，FEC來修復封包
HARQ+soft combining：接收到錯誤封包後，會把它保存在一個buffer裡，並與持續接收到的重傳封包進行合併，從而得到一個比單獨解碼更可靠的封包，然後合併後的封包在進行解碼，如果還是錯誤才會要求重傳，避免錯誤封包可能隱藏的正確資訊被丟棄。
如何測量small cell的表現：time to trigger
需要測量的參數是：周遭small cell的訊號強度
3.E-UTRAN跟ePC溝通是利用S1介面，跟MME(ePC管理員)溝通是用S1-MME介面(負責傳送Control Plane)，跟S-GW是使用S1-U介面(負責傳送User Plane)
元件功能：
SAE與GPRS的不同點：為全IP網路、架構更簡單、支援多重異質性網路的互通(組成為EPC)
MME：負責管理核心網路，負責UE註冊、處理control plane訊息、安全金鑰的管理
S-GW：負責eNB之間換手、以及負責3GPP架構的相容轉換
PDN-GW：處理User plane外部連線，負責LTE與非3GPP的相容轉換和連接Internet
HSS：為用戶相關信息的中央資料庫、用戶認證
ANDSF：協助UE發現在其附近的接入網路、提供連接規則
ePDG：讓UE透過非3GPP的接入網(像是Wifi AP)連接到ePC
PCRF：提供計費策略和QoS保障技術、提供不同用戶差異化服務
5.UE所在的位置稱為Tracking Area，當變更，進行TAU(避免免高速移動時的快速轉換造成負擔，LTE新增TA list預先儲存數個TA)
6.OFDM：使用大量間隔很小的正交次載波進行傳送、LTE上傳使用：SC-FDMA(在傳統的OFDMA上多一個DFT轉換，特徵是輸出單載頻發射訊號)、LTE下載使用：OFDMA：是一種多重接取的技術，可以自行選擇條件較好的subchannel進行傳輸
7.MIMO：系統通道流量公式為C=MBlog(1+S/N)->C為無線通道流量、M為天線數量、B為訊號頻寬、S/N為雜訊比。提高頻譜利用率的方式：1.Spatial multiplexing(空間複用)：高速率資料流分割成數個低速率資料流傳送。2.Beamforming(波束成型)：多跟天線產生一具指向性的波束，將能量集中在要傳輸的方向，增加訊號品質。3.Spatial diversity(空間分集)：相同資料重複發送，增加傳輸品質。MIMO優點是不需加頻寬、功率耗損就能增加資料吞吐量、傳送距離
8.Scheduling：目的是控制如何分配頻寬資源給不同使用者。下載主要以Centralized為主要考量，因為資源集中於eNB、上行主要以distributed為考量，因為是分散的使用者做傳輸。
排程方式：
a.Max C/I：公式為K=arg maxi Ri，只選擇當前CQI最好的使用者做傳輸。優點是非常高的throughput、缺點是不公平，uplink常用
b.RR：輪流用，優點是公平，缺點是沒效率
c.PF：公式為K=arg maxi Ri/-Ri，以往傳輸速率較低的使用者有比較高的機率進行傳輸，下載常用
9.LTE通訊問題：遮蔽物，不同延遲訊號的重疊，透過reference signal偵測頻道狀況，CIS的用途是提供資訊讓基地台選擇適合的頻率傳輸。
10.carrier aggregation（載波聚合）：用來整合不同頻段的頻寬，讓資料傳輸更有效率，可以達到傳輸資料量最大化以及可自由選擇適合的頻道傳輸。可以將不同頻段的carrier合在一起傳送，增加bandwidth。在Release 12中最多可聚合5個carrier，單個carrier最多可用20MHz，所以最大總共有100MHz的理論值。到Release 13時可聚合的carrier增加至32個以提供越來越大量的高速網路使用需求，無論component carriers所在頻段是否相同(intra-band、inter-band)、component carriers間頻率是否連續(contiguous、non-contiguous)，皆可聚合。方式有三種：頻帶內連續、頻帶內非連續、頻帶間非連續。
11.Attach
LTE中預設FFR(frequency reuse factor)為1，代表所有相鄰eNB皆可使用相同頻段的channels傳送 => 在cell edge若有2 UEs在同一時間分別收到來自不同eNB的相同RB(相鄰eNB都使用相同頻率的channel傳)，則會造成干擾 => low throughput
-how ICIC works?
將eNB分為center及edge部分：
.center因距BS較近故使用low Tx power，又因較不易受到相鄰eNB干擾故可使用所有可用頻段的channels來傳。
.edge因距BS較遠故使用high Tx power，但因edge容易受到相鄰eNB的干擾，故在傳送前eNB會先利用X2介面與相鄰eNB協調，確保在eNB傳送資料給edge的UE時相鄰的eNB不會同時使用相同頻率的channel傳送。
-why eICIC?
在LTE-A由於Hetnet架構中small cell的配置，因Tx power macro cell > small cell且UE傾向選擇連向Tx power較大的BS，造成small cell服務範圍小，故small cell為了從macro cell offload更多traffic而採用CRE的技術(在UE選擇要連哪個BS並作Tx power的比較時，於small cell端加上一bias值)以增加服務範圍。但在CRE額外擴展的範圍中由於實際收到的power仍是macro cell > small cell，因此該範圍中的UE會受到嚴重干擾。
13.實現LTE的核心技術
載波聚合CA、基站間干擾之協調(eICIC)、多天線技術(MIMO)、AMC(Adaptive Modulation and Coding)、
Multiple access scheme(OFDMA, SC-FDMA)、All IP
14.為什麼LTE下載用OFDMA，上傳用SC-FDMA?
對於上行與下行考量的點不一樣，因而影響傳輸時使用的技術。下行考量的點是要讓頻譜效益越高越好，所以會利用OFDMA讓多台裝置(multiple access)可使用不同的頻段(frequency division)傳輸且不會互相影響(orthogonal)。
在上行的部分則是考慮裝置不能花費太多power，否則上傳資料一下子就快沒電讓使用者動不動就要充電，就不太優。所以裝置在上行時會把多個連續的resource block合起來變為一個載波(single carrier)來傳輸。
15.AMC(adaptive modulation and coding)優點
使用AMC可以根據傳輸通道的訊號品質強弱更改調變(modulation)與編碼(coding)的方式，隨著訊號品質越好單一個編碼可以表示bit數就越多，能夠提升頻譜的使用效率。
16.何謂CoMP
避免cell edge的干擾、提高system throughput。 分為數種：
-CS/CB(在一次傳送過程中一個UE所需資料只能由一個schedule好的eNB傳 => 只有該eNB擁有該UE需要的資源)
–CS(coordinated scheduling)：
將network分為多個CoMP clusters，每個cluster中所有eNBs做協調後決定由哪個eNB傳送資料給哪個UE。
–CB(beamforming)：
藉由調整特定天線的Tx power使power集中在特定方向(為了達到所需SINR值)或降低特定方向的power(為了省電 or 避免干擾)。
-JP(joint processing)
在一次傳送過程中一個UE所需資料可能由多個eNBs提供 => 參與協調的所有eNBs都有該UE需要的資源
–JT(joint transmission)
同一時間可由多個eNBs同時傳送相同RBs(for傳輸品質)或不同RBs(for傳輸效率)給一個UE。
–DPS(dynamic point selection)
同一時間只能由一個eNB傳送給一個UE，但在傳送過程中可能因為channel狀態(e.g. SINR值)改變而改由其他eNB繼續傳送資料給該UE => 動態選擇eNB作傳送。
5G：
1.SDN：大腦為Controller，優點是軟體化後可依使用者需求，控制封包傳輸方向，將control plane和forwarding plane分開，讓底層硬體只做傳輸的動作(SDN的特色是修改了傳統網路架構的控制模式，將網路分為控制層（Control Plane）與資料層（Data Plane），將網路的管理權限交由控制層的控制器（Controller）軟體負責，採用集中控管的方式。)
2.C-RAN：把eNB的RRH和RCC分開，簡化網路配置，讓eNB分成跟user連線的RRH（天線）以及負責接資料的RCC
3.NFV：將傳統上由特殊硬體的功能虛擬成軟體可以實現的功能，優點是可快速部屬且簡化網路設備，打破網路功能必須存在硬體設備的必然關係，變成以軟體實現
4.何謂5G：第五代移動通訊技術，頻譜覆蓋率和效率比4G高，延遲比LTE低，採用28GHz毫米波通訊，採用MIMO等技術
5.5G的挑戰：海量數據的回傳、需要跨越不同的頻譜頻段
IOT：
LoRAWAN的 Class
1.Bi-directional end-devices 終端雙向通訊（class A）
低功耗，先發送後接收，發送和接收交替進行。終端只有再發送數據後才能接收處理伺服器發送來的數據，發送數據不受接收數據的限制。收發比=1：1
2.Bi-directional end-devices with scheduled receive slots 具有接收時隙的終端雙向通訊（class B）
同樣是先發送後接收，不同的是每次發送後按照一定時間間隔啟動接收窗口，接收多條數據。時間間隔從gateway獲取，以便伺服器知曉終端接收消息的時刻。收發比=1：N
3.Bi-directional end-devices with maximal receive slots 最大接收時隙的終端雙向通訊（class C）
打開接收窗口的時間間隔很小，幾乎不間斷的接收消息(除了傳輸資料時會關閉接收窗口)。比A和B更耗能，但和伺服器交互的延遲低，但也最為耗電。
-為什麼class C要有rx1、rx2參數?
因為如果只有一個參數，無喘息空間，透過兩個參數的切換，可擁有睡眠時間
-為何兩參數間要有間隔空間?
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