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【摘要】HARQ技術是HSDPA系統中的關鍵技術,它使得HSDPA系統獲得更高的吞吐量

和更小的時延。本文介紹了3GPP建議的所有HARQ方案,并闡述了TD-SCDMA系統中采

用的HARQ方案及其特點。隨后對TD-SCDMA終端測試儀中HARQ實體的各個功能進行了分析,并提出了設計及實現方案。

關鍵詞:TD-SCDMA;HSDPA;HARQ;無線鏈路控制

Abstract:

HARQtechniqueisoneofthekeytechniquesinHSDPAsystem.Itcanimprovethesystemtoachievehighthroughputandreducedelay.ThispaperintroducesalltheHARQschemesadvisedby3GPP,especiallytheschemeinTD-SCDMAsystem.ThenanalysesthefunctionsprovidedbyHARQentityinTD-SCDMACommunicationTestSet,andpresentstheblueprintofHARQentity.

Keywords:TD-SCDMA,HSDPA,HARQ,MediumAccessControl

1.引言

我國自主開發的3G標準TD-SCDMA即將投入商用[1],其產業鏈也逐步形成,其中

TD-SCDMA終端測試儀作為產業鏈上的一部分發揮s著重要作用。但隨著技術的不斷更新,對TD-SCDMA終端測試儀的要求也不斷提高[5],其中HSDPA技術就是一項新的挑戰。

HSDPA是3GPPR5中定義的一項增強型技術,用于進一步提高下行鏈路的數據吞吐量[3]。HSDPA適用于FDD(頻分雙工)和TDD(時分雙工)兩種雙工模式,在TDD雙工模式下運行的HSDPA系統也稱為TDD-HSDPA系統。

無線移動信道由于時變和多徑導致衰落,常具有較高的誤碼率[2]。HARQ作為HSDPA中關鍵技術,其基本原理是,通過前項糾錯(FEC)和自動重傳請求(ARQ)兩種差錯控制方法以確保服務質量(QoS)。這種混合ARQ方案(HARQ),即可以減少了FEC產生的不必要的開銷,又可以保證了一定的通過量和時延,因此被3GPPHSDPA技術采用。

本文結合TDD-HSDPA系統特性,對該系統的HARQ方案進行了研究。根據TD-SCDMA標準,對TD-SCDMA終端測試儀中的HARQ實體的各個功能進行了分析,并提出了相應的解決方案。

2.混合ARQ類型和標準ARQ協議的選擇

3GPP建議了3種基本的混合ARQ類型,I型,II型和III型。三個標準ARQ協議是SAW停等協議,GBN回退N協議和SR選擇性重傳協議。3GPP建議在TDD-HSDPA系統中采用SAW重傳協議,HARQ-II/III型混合ARQ。

2.1混合ARQ類型的選擇

三種類型的相同點是都進行FEC編碼和CRC效驗,接受端進行FEC譯碼和CRC效驗,如果分組有錯則請求重傳;不同點是HARQ-I放棄錯誤分組,重傳分組與已傳分組相同,沒有組合譯碼。HARQ-II錯誤分組不被丟棄,而與重傳分組組合進行譯碼,重傳分組和已傳分組的格式和內容可以不同。HARQ-III因為采用CPC碼(互補的打孔卷積碼),每個已傳分組與重傳分組都能進行自解碼;每次重傳可有不同的冗余產生(不同的比特打孔),也可有相同的冗余產生(相同的FEC),此時與HARQ-I的操作類似,但錯誤分組要被存儲在收端,以便與重傳分組結合。

表1給出了三種混合ARQ類型的比較。

從表1中可以看出HARQ-III型有更高的智能性,而且有更高的通過率,雖然對于UE

端存儲容量有一定的要求,但3GPP在TDD-HSDPA系統中還是選擇了HARQ-III型。

2.2標準ARQ協議的選擇

三個標準ARQ協議是SAW停等協議,GBN回退N協議和SR選擇性重傳協議,三種協議的特點分別概括如下:

SAW停等協議:發送端發送一個數據分組后等待接收端確認,如果傳輸錯誤則重傳,直到成功傳輸才繼續下一個數據分組的傳輸。

GBN回退N協議:發送端發送N個數據分組后等待接收端確認,如果某個數據分組傳輸錯誤,則其后N個數據分組都會重傳。

SR選擇性重傳協議:發送端發送N個數據分組后等待接收端確認,如果某個數據分組傳輸錯誤,則只重傳錯誤的分組。

三種ARQ基本機制中,SAW停等協議最簡單,也是對信頭要求最少的協議。協議的正確性由一比特(用來表示當前和下一個數據分組)信息就可以表述。所以,它的控制頭很小,確認頭也很小(因為無論是ACK或NACK都僅用1比特數據)。而且,因為一次只能傳送一個數據分組,所以對用戶端存儲容量的要求就很小。

所以3GPP的HSDPA信道采用SAW停等協議可以在減小信令總帶寬和用戶存儲容量方面得到明顯的改觀。但是,SAW有一個很大的缺點:不能及時得到確認信息,發端必須在發送下一個數據分組前等待上一個數據分組的確認信息。在等待期間,信道閑置而且浪費系統容量。這樣,就希望能結合SAW最小復雜度和SR有效通過率的特點,于是有了N信道停等協議,即通過設置并行停等協議的信道數N來提高通過率。它的特點是:一個連續的傳輸流在時間上分為N個子信道,即N個進程(HARQprocess),而每個進程獨立地執行停等重傳協議。

圖1N信道停等協議示意圖

Fig1SketchmapofNchannelsSAWprotocol

3.HARQ實體的功能設計

在UTRAN側每個UE有一個HARQ實體[4]。每個HARQ實體有N個HARQ進程,一

般N=4。每個HARQ進程都有一個進程號(HARQprocessidentifier),進程號用來使發端和收端的進程相匹配。HARQ實體為每一個MAC-hsPDU設置進程號,即HARQ實體選擇一個合適的進程為每個MAC-hsPDU服務。

3.1維護HARQ進程的狀態轉換

為每個HARQ進程維護狀態機是HARQ的主要工作,它保證HARQ各項功能的實現。狀態維護是通過將進程號放入不同的隊列來實現的。共有三個隊列,為空閑隊列,等待回復隊列,等待重傳隊列,分別對應空閑狀態、等待回復狀態和等待重傳狀態。當發送新的Mac-hsPDU時,HARQ為此PDU分配一個處于空閑狀態的進程,此時進程的狀態轉化為等待回復狀態,此進程的進程號被放入等待回復的隊列中,并將此進程與PDU綁定在一起。HARQ存儲PDU以備重傳。

當收到反饋信息為ACK時,解除進程與此PDU的綁定,使此進程重新進入空閑狀態。由于已正確傳輸,HARQ刪除存儲的PDU數據。當收到NACK時,保持進程與PDU的綁定,使此進程進入等待重傳狀態。

當調度決定重傳某個PDU時,HARQ在等待重傳的隊列中找到此PDU及其綁定的進程,使此進程進入等待回復狀態,此時仍保持此進程與PDU的綁定。

當調度決定放棄重傳某個PDU時,HARQ在等待重傳的隊列中找到該PDU及其綁定的進程,解除進程與PDU的綁定,使此進程進入空閑狀態。HARQ刪除存儲的PDU。

圖2HARQ進程的狀態機轉換

Fig2StatesswitchofHARQprocess

3.2發送Mac-hsPDU

圖3給出了HARQ實體發送數據的流程。每個HARQ進程(process)都有一個Newdataindicator,它被用來區分新數據和重傳數據。當傳新數據時將Newdataindicator加1,重傳舊數據時不變。

圖3HARQ發送數據流程圖

Fig3FlowcontrolofHARQsendingdata

3.3處理來自UE的反饋

接收到手機的反饋后,HARQ實體需保證對應正確的發送順序,因為手機的反饋信息不包括此PDU的進程號,所以HARQ實體默認反饋是按發送時的順序返回的。在等待回復的隊列中,PDU是按發送的順序存儲的。這樣,每次手機的反饋被認為對應于等待回復的隊列中的第一個PDU,即最早發送但還未收到回復的PDU。如圖4所示。圖5給出了HARQ

處理反饋的流程。

圖4HARQ處理反饋對應關系

Fig4CorrespondingrelationoffeedbacksinHARQ

圖5HARQ處理反饋流程

Fig5FlowcontrolofhandlingfeedbackofHARQ

4.總結

本文通過分析HARQ技術的特性,給出了TD-SCDMA終端測試中HARQ實體的設計和實現方案。此方案對HARQ技術分析透徹,很好的實現了HARQ實體所要完成的所有功能。對于實際網絡中的HARQ技術的實現有一定的參考價值。

參考文獻

李世鶴.TD-SCDMA第三代移用通信系統標準[M].北京:人民郵電出版社,2003.

彭木根,王文博.TD-SCDMA移動通信系統[M].北京:機械工業出版社,2005.

3GPPTS25.308.HighSpeedDownlinkPacketAccess(HSDPA);Overalldescription;Stage2

[S].Europe:3GPP,2007.

[4]3GPPTS25.321.MediumAccessControl(MAC)protocolspecification[S].Europe:3GPP,2007.

[5]3GPPTS34.122.TerminalConformanceSpecification;RadioTransmissionandReception[S].Europe:

3GPP,2005.