0 引言

    滿足LTE-A系統(tǒng)最大100 MHz傳輸帶寬需求的方法是在LTE系統(tǒng)上定義更寬的傳輸帶寬，但是由于達(dá)到100 MHz帶寬的連續(xù)頻譜很難找到，因此在LTE-A中引入了載波聚合技術(shù)^[1]。LTE-A的傳輸帶寬由多個(gè)LTE載波聚合而成，LTE-A可以看作是LTE多載波的一種延伸技術(shù)。對(duì)于采用載波聚合的UE，有一個(gè)主服務(wù)小區(qū)和一個(gè)或多個(gè)輔服務(wù)小區(qū)，下行反饋的資源只能在主服務(wù)小區(qū)中分配，輔服務(wù)小區(qū)只為用戶設(shè)備提供額外的無線資源。因?yàn)镻UCCH資源較少，所有來自輔服務(wù)小區(qū)的下行反饋，包括下行HARQ反饋都只能通過主服務(wù)小區(qū)的PUCCH來傳輸。

對(duì)于TDD-LTE-A載波聚合系統(tǒng)，每個(gè)成員載波都有自己的上下行配置用來指定它的上下行子幀分配，如表1所示。

    本文提出了一種最大程度減少TD-LTE-A載波聚合系統(tǒng)下行HARQ反饋時(shí)延的改進(jìn)方法^[2]。當(dāng)UE分得一個(gè)輔服務(wù)小區(qū)時(shí)，eNB計(jì)算基于其對(duì)應(yīng)上下行配置的新輔服務(wù)小區(qū)的下行HARQ往返時(shí)延。如果這個(gè)新的輔服務(wù)小區(qū)往返時(shí)延小于主服務(wù)小區(qū)的往返時(shí)延，eNB就將分配一個(gè)可靠的PUCCH資源給這個(gè)輔服務(wù)小區(qū)用來傳輸下行HARQ反饋，否則，這個(gè)輔服務(wù)小區(qū)的下行反饋就通過主服務(wù)小區(qū)的PUCCH傳輸，這樣就明顯減小了下行HARQ的往返時(shí)延。

1 下行HARQ反饋

    HARQ技術(shù)是將前向糾錯(cuò)編碼（FEC）技術(shù)和自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）技術(shù)有效結(jié)合起來的一種差錯(cuò)控制機(jī)制。下行HARQ流程的傳輸時(shí)序示例如圖1所示。

    UE首先通過PUCCH向 eNB 反饋上次傳輸?shù)?ACK/NACK 信息。此ACK/NACK信息經(jīng)過一定的上行傳輸延遲到達(dá)eNB，eNB對(duì)PUCCH的ACK/NACK信息進(jìn)行解調(diào)和處理，并根據(jù)ACK/NACK信息和下行資源分配情況對(duì)重傳數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)度。然后PDSCH按照下行調(diào)度的時(shí)域位置發(fā)送重傳數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一定的下行傳輸延遲到達(dá)UE端。UE經(jīng)過一定的處理延遲對(duì)下行重傳完成處理，并通過PUCCH再次反饋針對(duì)此次重傳的ACK/NACK信息。一個(gè)下行HARQ的RTTs到此結(jié)束。一般用RTTs衡量下行HARQ反饋的時(shí)延性能，本文中，RTTs定義為下行HARQ重傳的時(shí)間周期。

    通常假設(shè)，當(dāng)UE或者eNB接收到上行或下行數(shù)據(jù)后，將用3 ms時(shí)間來處理接收到的數(shù)據(jù)和準(zhǔn)備相應(yīng)ACK/NACK信息的傳輸，因此，基于這種假設(shè)RTTs就能被計(jì)算出來。在LTE R-11協(xié)議中，引入了成員載波根據(jù)上下行配置進(jìn)行聚合的場(chǎng)景，文獻(xiàn)[3]規(guī)定，當(dāng)不同上下行配置的成員載波被聚合，成員載波的下行HARQ反饋通過PUCCH的主服務(wù)小區(qū)傳輸，因此，即使輔服務(wù)小區(qū)有用于傳輸下行HARQ反饋的上行子幀，也必須使用或等待主服務(wù)小區(qū)的上行子幀，這樣就導(dǎo)致了很高的時(shí)延。以上下行配置0的第一個(gè)子幀（子幀0）為例，當(dāng)UE在子幀0接收到下行數(shù)據(jù)，需要3 ms（3個(gè)子幀）時(shí)間來處理接收到的數(shù)據(jù)，然后在子幀3的時(shí)隙發(fā)送ACK/NACK信息，當(dāng)eNB處理完ACK/NACK信息后，子幀7的時(shí)隙到來，這是個(gè)上行子幀。eNB必須等待下一個(gè)下行子幀（子幀0）來重傳下行數(shù)據(jù)，這樣，下行HARQ的RTTs就為10 ms，這是子幀0到子幀9（下行數(shù)據(jù)能重傳之前的子幀）之間的時(shí)間周期。

    采用上面提到的方法，每個(gè)不同上下行配置的子幀的RTTs就能夠被計(jì)算出來。表2列出了每個(gè)不同上下行配置的下行HARQ反饋的RTTs，通過表2可以看出不同上下行配置的小區(qū)，其時(shí)延也不同。

    如果在LTE-A中引入聚合，則所有來自輔服務(wù)小區(qū)的下行HARQ反饋必須通過主服務(wù)小區(qū)的上行子幀來傳輸[4]，在這種情況下RTTs計(jì)算方法就略微不同。假設(shè)主服務(wù)小區(qū)采用上下行配置4，輔服務(wù)小區(qū)采用上下行配置0。以上下行配置0的第一個(gè)子幀(子幀0)為例，當(dāng)UE在子幀0接收到下行數(shù)據(jù)，它需要3 ms(3個(gè)子幀)來處理接收到數(shù)據(jù)，在子幀3的時(shí)隙中，UE能夠通過輔服務(wù)小區(qū)來發(fā)送ACK/NACK消息。但是，采用上下行配置4的輔服務(wù)小區(qū)的子幀3是一個(gè)下行子幀，所以必須推遲到下一個(gè)上行子幀（下一無線幀的子幀2）來發(fā)送ACK/NACK消息。當(dāng)eNB接收并處理完ACK/NACK消息后，能在子幀6（輔服務(wù)小區(qū)的特殊子幀）的時(shí)隙中進(jìn)行重傳。這樣，下行HARQ 的RTTs就是16 ms，即子幀0到下一個(gè)無線幀的子幀5之間的時(shí)間間隔。

    表3給出了在不同輔服務(wù)小區(qū)上下行配置和固定主服務(wù)小區(qū)上下行配置（配置4）情況下，下行HARQ反饋的RTTs。很明顯，表3中RTTs平均值比表2中的大，原因是當(dāng)不同上下行配置的成員載波被聚合，由于缺少輔服務(wù)小區(qū)的PUCCH，帶來了較高的輔服務(wù)小區(qū)下行HARQ反饋時(shí)延。因此，應(yīng)該找出一種有效方法來改善下行HARQ反饋的時(shí)延性能^[5]。

2 一種改進(jìn)的下行HARQ反饋方法

    針對(duì)前面描述的問題，為了減小TDD載波聚合系統(tǒng)的下行HARQ時(shí)延，提出了一種有效的改進(jìn)方法^[6]。

    假設(shè)eNB端和UE端處理接收到的數(shù)據(jù)的時(shí)間都為3 ms，可以計(jì)算出不同上下行配置和固定輔服務(wù)小區(qū)配置（從配置0到配置6）的每個(gè)子幀的全部RTTs，最后得到了與表3相同的7個(gè)表。表3中，每種上下行配置的RTTs平均值能夠被計(jì)算出，例如，采用TDD配置0的輔服務(wù)小區(qū)的RTTs平均值等于13 ms((16+15+11+10)/4=13 ms)。與表2中采用上下行配置0的輔服務(wù)小區(qū)相比，RTTs的值變大了，因此，當(dāng)主服務(wù)小區(qū)采用上下行配置4，新的輔服務(wù)小區(qū)采用上下行配置0時(shí)，eNB應(yīng)該把PUCCH資源分配給輔服務(wù)小區(qū)，進(jìn)行這種選擇主要考慮的因素是時(shí)延性能，基于這種方法得出了全部配置的選擇表格，見表4。需要注意的是如果在eNB或者UE端處理接收到數(shù)據(jù)的假設(shè)時(shí)間改變，表格也要做相應(yīng)的改變。

    表4通過比較RTTs，得出了輔服務(wù)小區(qū)反饋或主服務(wù)小區(qū)反饋的最佳選擇方案^[7]，當(dāng)分配給UE一個(gè)新的輔服務(wù)小區(qū)時(shí)，eNB首先比較主服務(wù)小區(qū)和輔服務(wù)小區(qū)的上下行配置，然后決定在主服務(wù)小區(qū)還是輔服務(wù)小區(qū)進(jìn)行下行HARQ反饋。如果eNB決定在新的輔服務(wù)小區(qū)發(fā)送反饋，它將檢查UE是否有與這個(gè)新輔服務(wù)小區(qū)相同上下行配置的輔服務(wù)小區(qū)，目的是為了避免不可用的PUCCH分配，這樣就能夠幫助系統(tǒng)降低信號(hào)開銷。如果沒有這樣的輔服務(wù)小區(qū)，eNB將配置PUCCH，對(duì)輔服務(wù)小區(qū)來說，它是用于傳輸下行HARQ反饋的無線資源；如果存在這樣的輔服務(wù)小區(qū)，eNB就不會(huì)分配PUCCH資源。當(dāng)接收到來自eNB輔服務(wù)小區(qū)配置無線資源控制的信號(hào)后，UE查找與這個(gè)新輔服務(wù)小區(qū)有相同上下行配置的現(xiàn)存的輔服務(wù)小區(qū)，然后，UE就在這個(gè)現(xiàn)存的輔服務(wù)小區(qū)的PUCCH資源上傳輸新輔服務(wù)小區(qū)的下行反饋^[8]。

    這種方法是根據(jù)eNB進(jìn)行選擇，由于在輔服務(wù)小區(qū)中重新引入了PUCCH分配過程，因此信息結(jié)構(gòu)需要做一些改變，引入一些新的信息單元（IEs）來指示PUCCH分配。所以需要對(duì)當(dāng)前的格式做一些改變。如果用來比較上下行配置的新eNB模塊不可取^[9]，本節(jié)改進(jìn)的方法也能用另一種方式來實(shí)現(xiàn)，決策模塊可以放到UE端，也就是說，eNB通常把PUCCH分配給新的輔服務(wù)小區(qū)，當(dāng)UE接收到新的輔服務(wù)小區(qū)配置信息，它要根據(jù)表4比較這個(gè)輔服務(wù)小區(qū)和主服務(wù)小區(qū)的上下行配置。如果結(jié)果是在主服務(wù)小區(qū)反饋，UE就忽視對(duì)本輔服務(wù)小區(qū)的PUCCH分配，下行HARQ反饋將通過主服務(wù)小區(qū)傳輸；如果結(jié)果是在輔服務(wù)小區(qū)反饋，UE將自然地使用給輔服務(wù)小區(qū)配置的PUCCH，如果決策模塊放到UE端，UE應(yīng)該提供額外的存儲(chǔ)空間來存儲(chǔ)比較表。除了eNB想更新本表格外，本表格不應(yīng)該被改變。表5是使用本節(jié)改進(jìn)的方法后主服務(wù)小區(qū)采用上下行配置4的RTTs值。

3 性能分析

    基于前面所提出的減少TDD-LTE-A載波聚合系統(tǒng)下行HARQ反饋RTTs值的改進(jìn)方法，通過對(duì)比一般方法的RTTs值（見表3）和改進(jìn)方法的相應(yīng)RTTs值（見表5），發(fā)現(xiàn)當(dāng)輔服務(wù)小區(qū)擁有的上行子幀比主服務(wù)小區(qū)多時(shí)，對(duì)采用上下行配置4的主服務(wù)小區(qū)，采用上下行配置0的輔服務(wù)小區(qū)的下行HARQ的RTTs與表3相比減少了23.1%，原因是上下行配置0比上下行配置4有更多的上行子幀。采用這種方法，這些上行子幀能夠被有效利用。例如主服務(wù)小區(qū)采用上下行配置4，輔服務(wù)小區(qū)采用上下行配置5時(shí)，主服務(wù)小區(qū)有更多的上行子幀來傳輸下行HARQ反饋。這種情況下，如果仍堅(jiān)持在這個(gè)輔服務(wù)小區(qū)上傳輸下行HARQ反饋，則主服務(wù)小區(qū)的上行子幀就不能得到充分利用。因此，為了避免帶來的高時(shí)延，eNB將不會(huì)給輔服務(wù)小區(qū)分配PUCCH資源。表6是一般方法與改進(jìn)方法的RTTs值比較，從表中很容易看出在不同上下行配置下的平均RTTs值。

    通過以上分析可知，本文提出的改進(jìn)方法在減小下行HARQ反饋時(shí)延方面效果顯著，但同時(shí)這種方法對(duì)當(dāng)前的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也帶來一些影響，由于引入了eNB為輔服務(wù)小區(qū)配置PUCCH資源的新行為，因此指示輔服務(wù)小區(qū)PUCCH資源的新信息單元應(yīng)該被添加到當(dāng)前的規(guī)范中。

4 結(jié)論

    針對(duì)TDD-LTE-A載波聚合系統(tǒng)下行HARQ反饋時(shí)延較大問題，提出了一種低時(shí)延的下行HARQ反饋方法來改善傳輸性能。eNB通過比較當(dāng)前輔服務(wù)小區(qū)和主服務(wù)小區(qū)的下行HARQ反饋RTTs值來決定是否分配PUCCH資源給新的輔服務(wù)小區(qū)。如果在時(shí)延方面有所改善，eNB在確認(rèn)UE沒有相同上下行配置的輔服務(wù)小區(qū)后，給新輔服務(wù)小區(qū)分配PUCCH資源。另一種方法是eNB一直為輔服務(wù)小區(qū)分配PUCCH，由UE來決定是否使用PUCCH資源。分析表明這種改進(jìn)方法是合理、可接受的，能明顯改善TD-LTE-Advanced系統(tǒng)下行HARQ反饋時(shí)延。

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