LTE(Long Term Evolution)項目是3G的演進，是3.9 G的全球標準，它改進并增強了3G 的空中接入技術(shù)。相比3G，LTE在系統(tǒng)帶寬、網(wǎng)絡(luò)時延、移動性方面都有了跨越式的發(fā)展。在LTE 中多用戶、小數(shù)據(jù)量的應用(例如VoIP)其數(shù)據(jù)包的大小相對比較固定，而且數(shù)據(jù)包之間的時間間隔也滿足一定的規(guī)律性，針對這種業(yè)務(wù)，LTE提出了一種全新的調(diào)度方式——半靜態(tài)調(diào)度SPS(Semi-Persistent Scheduling)，而HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)對保證傳輸質(zhì)量有著重要作用。相對于下行資源，上行資源更為寶貴。為此，首先介紹了上行調(diào)度中的半靜態(tài)技術(shù)以及其HARQ操作，著重分析了HARQ過程中造成的資源碰撞問題并提出了解決方案。

1 半靜態(tài)調(diào)度傳輸
    演進基站eNB(evolve Node B）在連接建立時就配置好半靜態(tài)調(diào)度的參數(shù)，再通過PDCCH激活半靜態(tài)調(diào)度。一旦SPS調(diào)度被激活，UE將認為在固定周期的子幀上存在固定的頻域資源進行數(shù)據(jù)的收發(fā)?？梢?，SPS調(diào)度具有一次授權(quán)、周期使用的特點，這非常適合VoIP、視頻流等IP業(yè)務(wù)的傳輸。半靜態(tài)調(diào)度傳輸，可以充分利用話音數(shù)據(jù)包周期性到達的特點，一次授權(quán)，周期使用，可以有效地節(jié)省LTE系統(tǒng)用于調(diào)度指示的PDCCH資源，從而可以在不影響通話質(zhì)量和系統(tǒng)性能的同時，支持更多的話音用戶，并且仍然為動態(tài)調(diào)度的業(yè)務(wù)保留一定的控制信息以供使用。
    完整的半靜態(tài)調(diào)度傳輸分為4個步驟：半靜態(tài)參數(shù)配置、半靜態(tài)調(diào)度激活、上下行半靜態(tài)傳輸與HARQ以及半靜態(tài)調(diào)度釋放。本文主要著重分析上行半靜態(tài)調(diào)度機制及其HARQ過程。
1.1半靜態(tài)參數(shù)配置(上行)
    網(wǎng)絡(luò)端RRC在連接建立時將參數(shù)配置給UE端的RRC層，經(jīng)UE端RRC層解析出來之后保存，同時發(fā)給底層的MAC層。上行半靜態(tài)調(diào)度的主要參數(shù)包括：
    semiPersistSchedC-RNTI
    上行半靜態(tài)配置：
    semiPersistSchedIntervalUL
    ENUMERATED{10 ms,20 ms,32 ms,40 ms,64 ms,80 ms,
        160 ms,320 ms,640 ms}
    impliciReleaseAfter
    ENUMERATED{e2,e3,e4,e8}
    twoIntervalsConfig
    ENUMERATED{true}
1.2 上行半靜態(tài)調(diào)度及HARQ過程
    第N次半靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈恢每梢杂上旅娴墓酵扑愕贸觯?br/>     (10×SFN+subframe)=[(10×SFNstart time+subframestort time)+
     N×semiPersisSchedIntervalUL]mod 102 40
    這里，SFN為上行半靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線幀號，subframe為上行半靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖訋枺琒FNstart time與subframestort time上行半靜態(tài)調(diào)度激活后第一次半靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸對應的無線幀號和子幀號，其中，N≥0,N=0對應激活后的第一次上行半靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸。
    LTE協(xié)議中規(guī)定，對于上行半靜態(tài)傳輸，數(shù)據(jù)的重傳方式可以是同步自適應HARQ或同步非自適應HARQ兩種方式，非自適應重傳用的是上一次傳輸所使用的資源和調(diào)制編碼方式。上行為同步HARQ，數(shù)據(jù)的初始傳輸以及重傳都有固定的時間間隔，所以會存在半靜態(tài)數(shù)據(jù)的非自適應重傳和周期性到達的新數(shù)據(jù)的碰撞問題，降低了資源利用率，本文以TDD(Time Division Dual)簡述存在的碰撞問題。
    對TDD上下行配置2，上行半靜態(tài)周期（semiPersistSchedIntervalUL)10 ms，如圖1所示。

    UE在子幀3收到SPS C-RNTI 擾碼的PDCCH，且DCI和NDI均符合半靜態(tài)激活條件時，在子幀7上進行半靜態(tài)調(diào)度的初始傳輸，且每隔10 ms發(fā)送一次上行數(shù)據(jù)。在子幀3上收到進程0的NACK反饋[1]，可以看到，進程1新數(shù)據(jù)的上行傳輸和進程0的重傳是在同一子幀，從而產(chǎn)生資源碰撞問題。
   由以上分析可知，對于進程0，第一次的上行重傳就產(chǎn)生碰撞，這對于系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響,對此,LTE提出了雙周期半靜態(tài)調(diào)度的解決方案。twoIntervalsConfig值置為true，且對于不同的初始上行半靜態(tài)調(diào)度起始位置，有相對應的子幀偏移(Subframe_Offset)[2]，第N次半靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈恢每梢杂上旅娴墓酵扑愕贸觯?br/>     (10×SFN+subframe)=[(10×SFNstart time+subframestort time)+
            N×semiPersisSchedIntervalUL+Subforam_Offset×
        (N mod 2)]mod10240
其中，N≥0,N=0對應激活后的第一次上行半靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸。針對上面的情況，具體的調(diào)度方式如圖2。

    由圖2可以看出，進行雙周期配置后上行半靜態(tài)調(diào)度的周期變?yōu)?semiPersistSchedIntervalUL+SubframeOffset和semiPersistSchedIntervalUL+SubframeOffset。圖2中半靜態(tài)調(diào)度的周期變?yōu)? ms和10 ms交替，且進程0的重傳次數(shù)由一次變?yōu)閮纱?，重傳次?shù)的增加對于VoIP等業(yè)務(wù)的質(zhì)量有了一定的提升。
2 問題分析及解決辦法
    在LTE系統(tǒng)中，對于TDD系統(tǒng)，一個VoIP包進行4次傳輸才基本上可以保證其傳輸質(zhì)量[3]。對于上例中所述，相對于無雙周期的上行半靜態(tài)調(diào)度，雙周期配置的調(diào)度方式數(shù)據(jù)包重傳次數(shù)增加了一倍，但是對于VoIP的業(yè)務(wù)質(zhì)量并有較大的提升。在重點研究了半靜態(tài)調(diào)度的初始調(diào)度位置和周期后，提出了以下解決方案。
2.1上行半靜態(tài)調(diào)度周期的選擇方案

　　根據(jù)1.2節(jié)的分析可以看出，選擇一個合適的半靜態(tài)周期可以相應地增加半靜態(tài)重傳的次數(shù)，對于雙周期配置，不同的上下行配置和上行半靜態(tài)初始位置，所對應的子幀偏移(Subframe_Offset)不同，第N1個半靜態(tài)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)奈恢每捎上率降玫剑?br/>     SPS initial place+(N1-1)×semiPersisSchedIntervalUL+
Subframe_Offset×(N1-1)mod2
    而某個數(shù)據(jù)的第N2次重傳的位置可由下式得到：
    Re transmission initial place+(N2-1)×Re transmissionInterval
    如果兩式相等，則可以判斷重傳是否與新數(shù)據(jù)的傳輸發(fā)生碰撞?？梢缘玫较率剑?br/>     SPS initial place+(N1-1)×semiPersisSchedIntervalUL+
Subframe_Offset×(N1-1)mod2=Re transmission interval place+
(N2-1)×Re transmissionInterval
    由于具有雙周期配置的上行半靜態(tài)調(diào)度周期是短周期和長周期的交替，故只需選擇短周期和長周期上各一個數(shù)據(jù)包的傳輸案例，就可以代表整個半靜態(tài)調(diào)度的傳輸。以第一次和第二次半靜態(tài)數(shù)據(jù)包傳輸為例，針對不同的半靜態(tài)起始位置，分析滿足上述兩次傳輸?shù)闹貍鞫紳M足至少4次傳輸?shù)膕emiPersistSchedIntervalUL。
    對于上下行配置2，上行半靜態(tài)調(diào)度初始位置7，上行半靜態(tài)調(diào)度周期20 ms，子幀偏移為-5 ms，其新數(shù)據(jù)的傳輸次數(shù)與處于長周期和短周期的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)的仿真波形如圖3所示,圖中橫坐標為新進程傳輸次數(shù)，縱坐標為重傳數(shù)據(jù)的傳輸次數(shù)。從圖3中可以看出，在SPS周期為20 ms時，處于短周期和長周期的上行進程在第4次重傳時才與新數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞，相對于上行半靜態(tài)調(diào)度周期10 ms，重傳次數(shù)增加。

    而在上行半靜態(tài)調(diào)度周期40 ms，子幀偏移為-5 ms的情況下，其新數(shù)據(jù)的傳輸次數(shù)與處于長周期和短周期的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)的仿真波形如圖4所示。

    處于長周期和短周期的進程重傳次數(shù)增加到8次，相對于上行周期20 ms，對于TDD系統(tǒng)，8次重傳已經(jīng)足以保證一個VoIP包的傳輸質(zhì)量。
    對于不同的上下行配置以及半靜態(tài)傳輸起始位置，通過2.1節(jié)中的公式仿真并進行分析，滿足處于長周期和短周期的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)至少4次的周期配置見表1。
2.2 碰撞進程延遲方案
    碰撞進程延遲方案原理：在上行半靜態(tài)周期配置較小的情況下，UE端利用2.1節(jié)中的公式進行判斷，若新數(shù)據(jù)與重傳數(shù)據(jù)發(fā)生碰撞，則延遲發(fā)送新進程到下一個半靜態(tài)發(fā)送時刻且將半靜態(tài)資源用于重傳數(shù)據(jù)的發(fā)送，這種犧牲新數(shù)據(jù)實時性的調(diào)度，保證了更多數(shù)據(jù)包的傳輸質(zhì)量，且在周期配置較小的情況下，新數(shù)據(jù)延遲時間相對較小，對新數(shù)據(jù)的傳輸影響也相對較小，同時降低了資源碰撞的概率，提高了系統(tǒng)的性能。具體調(diào)度方式見圖5。

    如圖5所示，在上行半靜態(tài)周期配置10 ms，子幀偏移值為-5 ms時，進程0的重傳數(shù)據(jù)本來與進程2的新數(shù)據(jù)在子幀7上發(fā)生碰撞，這里將新進程2延遲到下一個半靜態(tài)傳輸時刻進行傳輸，這樣雖然進程2的新數(shù)據(jù)傳輸延遲了20 ms，但是使得進程0和進程1的數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)達到4次，4次重傳已基本上可以保證一個VoIP數(shù)據(jù)包的傳輸質(zhì)量,雖然進程2數(shù)據(jù)的發(fā)送延遲了20 ms，但是這種調(diào)度提高了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)挠行?，相對于時延，數(shù)據(jù)包傳輸質(zhì)量的提高給用戶帶來更好的業(yè)務(wù)體驗。
    調(diào)度是判斷一個系統(tǒng)好壞的重要因素。本文通過對上行半靜態(tài)調(diào)度機制的深入研究，分析了上行半靜態(tài)調(diào)度碰撞的原因，針對不同上下行配置和半靜態(tài)起始傳輸位置分別配置具有針對性的上行半靜態(tài)周期，同時提出并設(shè)計了在半靜態(tài)周期較小時的資源沖突解決方案，通過分析可以看出該方案能夠有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和資源利用率。
參考文獻
[1] 3GPP TS 36.213 V9.0.1. Evolved Universal Terrestrial  Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures[S]. 2009.
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[3] 白煒.LTE 系統(tǒng)的半靜態(tài)調(diào)度傳輸解決方案[J].郵電設(shè)計技術(shù),2010(01):45-48.