终端测试仪混合自动重传分析论文

【摘要】HARQ技术是HSDPA系统中的关键技术,它使得HSDPA系统获得更高的吞吐量

和更小的时延。本文介绍了3GPP建议的所有HARQ方案,并阐述了TD-SCDMA系统中采

用的HARQ方案及其特点。随后对TD-SCDMA终端测试仪中HARQ实体的各个功能进行了分析,并提出了设计及实现方案。

关键词:TD-SCDMA;HSDPA;HARQ;无线链路控制

Abstract:

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

Keywords:TD-SCDMA,HSDPA,HARQ,MediumAccessControl

1.引言

我国自主开发的3G标准TD-SCDMA即将投入商用[1],其产业链也逐步形成,其中

TD-SCDMA终端测试仪作为产业链上的一部分发挥s着重要作用。但随着技术的不断更新,对TD-SCDMA终端测试仪的要求也不断提高[5],其中HSDPA技术就是一项新的挑战。

HSDPA是3GPPR5中定义的一项增强型技术,用于进一步提高下行链路的数据吞吐量[3]。HSDPA适用于FDD(频分双工)和TDD(时分双工)两种双工模式,在TDD双工模式下运行的HSDPA系统也称为TDD-HSDPA系统。

无线移动信道由于时变和多径导致衰落,常具有较高的误码率[2]。HARQ作为HSDPA中关键技术,其基本原理是,通过前项纠错(FEC)和自动重传请求(ARQ)两种差错控制方法以确保服务质量(QoS)。这种混合ARQ方案(HARQ),即可以减少了FEC产生的不必要的开销,又可以保证了一定的通过量和时延,因此被3GPPHSDPA技术采用。

本文结合TDD-HSDPA系统特性,对该系统的HARQ方案进行了研究。根据TD-SCDMA标准,对TD-SCDMA终端测试仪中的HARQ实体的各个功能进行了分析,并提出了相应的解决方案。

2.混合ARQ类型和标准ARQ协议的选择

3GPP建议了3种基本的混合ARQ类型,I型,II型和III型。三个标准ARQ协议是SAW停等协议,GBN回退N协议和SR选择性重传协议。3GPP建议在TDD-HSDPA系统中采用SAW重传协议,HARQ-II/III型混合ARQ。

2.1混合ARQ类型的选择

三种类型的相同点是都进行FEC编码和CRC效验,接受端进行FEC译码和CRC效验,如果分组有错则请求重传;不同点是HARQ-I放弃错误分组,重传分组与已传分组相同,没有组合译码。HARQ-II错误分组不被丢弃,而与重传分组组合进行译码,重传分组和已传分组的格式和内容可以不同。HARQ-III因为采用CPC码(互补的打孔卷积码),每个已传分组与重传分组都能进行自解码;每次重传可有不同的冗余产生(不同的比特打孔),也可有相同的冗余产生(相同的FEC),此时与HARQ-I的操作类似,但错误分组要被存储在收端,以便与重传分组结合。

表1给出了三种混合ARQ类型的比较。

从表1中可以看出HARQ-III型有更高的智能性,而且有更高的通过率,虽然对于UE

端存储容量有一定的要求,但3GPP在TDD-HSDPA系统中还是选择了HARQ-III型。

2.2标准ARQ协议的选择

三个标准ARQ协议是SAW停等协议,GBN回退N协议和SR选择性重传协议,三种协议的特点分别概括如下:

SAW停等协议:发送端发送一个数据分组后等待接收端确认,如果传输错误则重传,直到成功传输才继续下一个数据分组的传输。

GBN回退N协议:发送端发送N个数据分组后等待接收端确认,如果某个数据分组传输错误,则其后N个数据分组都会重传。

SR选择性重传协议:发送端发送N个数据分组后等待接收端确认,如果某个数据分组传输错误,则只重传错误的分组。

三种ARQ基本机制中,SAW停等协议最简单,也是对信头要求最少的协议。协议的正确性由一比特(用来表示当前和下一个数据分组)信息就可以表述。所以,它的控制头很小,确认头也很小(因为无论是ACK或NACK都仅用1比特数据)。而且,因为一次只能传送一个数据分组,所以对用户端存储容量的要求就很小。

所以3GPP的HSDPA信道采用SAW停等协议可以在减小信令总带宽和用户存储容量方面得到明显的改观。但是,SAW有一个很大的缺点:不能及时得到确认信息,发端必须在发送下一个数据分组前等待上一个数据分组的确认信息。在等待期间,信道闲置而且浪费系统容量。这样,就希望能结合SAW最小复杂度和SR有效通过率的特点,于是有了N信道停等协议,即通过设置并行停等协议的信道数N来提高通过率。它的特点是:一个连续的传输流在时间上分为N个子信道,即N个进程(HARQprocess),而每个进程独立地执行停等重传协议。

图1N信道停等协议示意图

Fig1SketchmapofNchannelsSAWprotocol

3.HARQ实体的功能设计

在UTRAN侧每个UE有一个HARQ实体[4]。每个HARQ实体有N个HARQ进程,一

般N=4。每个HARQ进程都有一个进程号(HARQprocessidentifier),进程号用来使发端和收端的进程相匹配。HARQ实体为每一个MAC-hsPDU设置进程号,即HARQ实体选择一个合适的进程为每个MAC-hsPDU服务。

3.1维护HARQ进程的状态转换

为每个HARQ进程维护状态机是HARQ的主要工作,它保证HARQ各项功能的实现。状态维护是通过将进程号放入不同的队列来实现的。共有三个队列,为空闲队列,等待回复队列,等待重传队列,分别对应空闲状态、等待回复状态和等待重传状态。当发送新的Mac-hsPDU时,HARQ为此PDU分配一个处于空闲状态的进程,此时进程的状态转化为等待回复状态,此进程的进程号被放入等待回复的队列中,并将此进程与PDU绑定在一起。HARQ存储PDU以备重传。

当收到反馈信息为ACK时,解除进程与此PDU的绑定,使此进程重新进入空闲状态。由于已正确传输,HARQ删除存储的PDU数据。当收到NACK时,保持进程与PDU的绑定,使此进程进入等待重传状态。

当调度决定重传某个PDU时,HARQ在等待重传的队列中找到此PDU及其绑定的进程,使此进程进入等待回复状态,此时仍保持此进程与PDU的绑定。

当调度决定放弃重传某个PDU时,HARQ在等待重传的队列中找到该PDU及其绑定的进程,解除进程与PDU的绑定,使此进程进入空闲状态。HARQ删除存储的PDU。

图2HARQ进程的状态机转换

Fig2StatesswitchofHARQprocess

3.2发送Mac-hsPDU

图3给出了HARQ实体发送数据的流程。每个HARQ进程(process)都有一个Newdataindicator,它被用来区分新数据和重传数据。当传新数据时将Newdataindicator加1,重传旧数据时不变。

图3HARQ发送数据流程图

Fig3FlowcontrolofHARQsendingdata

3.3处理来自UE的反馈

接收到手机的反馈后,HARQ实体需保证对应正确的发送顺序,因为手机的反馈信息不包括此PDU的进程号,所以HARQ实体默认反馈是按发送时的顺序返回的。在等待回复的队列中,PDU是按发送的顺序存储的。这样,每次手机的反馈被认为对应于等待回复的队列中的第一个PDU,即最早发送但还未收到回复的PDU。如图4所示。图5给出了HARQ

处理反馈的流程。

图4HARQ处理反馈对应关系

Fig4CorrespondingrelationoffeedbacksinHARQ

图5HARQ处理反馈流程

Fig5FlowcontrolofhandlingfeedbackofHARQ

4.总结

本文通过分析HARQ技术的特性,给出了TD-SCDMA终端测试中HARQ实体的设计和实现方案。此方案对HARQ技术分析透彻,很好的实现了HARQ实体所要完成的所有功能。对于实际网络中的HARQ技术的实现有一定的参考价值。

参考文献

李世鹤.TD-SCDMA第三代移用通信系统标准[M].北京:人民邮电出版社,2003.

彭木根,王文博.TD-SCDMA移动通信系统[M].北京:机械工业出版社,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.