- 相關(guān)推薦
TD-SCDMA終端測(cè)試儀HARQ實(shí)體的設(shè)計(jì)
【摘要】HARQ 技術(shù)是 HSDPA 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，它使得 HSDPA 系統(tǒng)獲得更高的吞吐量
和更小的時(shí)延。本文介紹了 3GPP 建議的所有 HARQ 方案，并闡述了 TD-SCDMA 系統(tǒng)中采
用的 HARQ 方案及其特點(diǎn)。隨后對(duì) TD-SCDMA 終端測(cè)試儀中 HARQ 實(shí)體的各個(gè)功能進(jìn)行 了分析，并提出了設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案。
關(guān)鍵詞：TD-SCDMA；HSDPA；HARQ；無(wú)線鏈路控制
Abstract:
HARQ technique is one of the key techniques in HSDPA system. It can improve the system to achieve high throughput and reduce delay. This paper introduces all the HARQ schemes advised by 3GPP, especially the scheme in TD-SCDMA system. Then analyses the functions provided by HARQ entity in TD-SCDMA Communication Test Set, and presents the blue print of HARQ entity.
Keywords: TD-SCDMA, HSDPA, HARQ, Medium Access Control
1．引言
我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的3G 標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA 即將投入商用[1] ，其產(chǎn)業(yè)鏈也逐步形成，其中
TD-SCDMA終端測(cè)試儀作為產(chǎn)業(yè)鏈上的1部分發(fā)揮s著重要作用。但隨著技術(shù)的不斷更新， 對(duì)TD-SCDMA終端測(cè)試儀的要求也不斷提高[5]，其中HSDPA技術(shù)就是1項(xiàng)新的挑戰(zhàn)。
HSDPA 是 3GPP R5 中定義的1項(xiàng)增強(qiáng)型技術(shù)，用于進(jìn)1步提高下行鏈路的數(shù)據(jù)吞吐 量[3]。HSDPA 適用于FDD（頻分雙工）和TDD（時(shí)分雙工）兩種雙工模式，在TDD雙工模 式下運(yùn)行的HSDPA系統(tǒng)也稱(chēng)為T(mén)DD-HSDPA系統(tǒng)。
無(wú)線移動(dòng)信道由于時(shí)變和多徑導(dǎo)致衰落，常具有較高的誤碼率[2]。HARQ作為HSDPA中 關(guān)鍵技術(shù)，其基本原理是，通過(guò)前項(xiàng)糾錯(cuò)（FEC）和自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）兩種差錯(cuò)控制方 法以確保服務(wù)質(zhì)量（QoS）。這種混合ARQ方案（HARQ），即可以減少了FEC產(chǎn)生的不必要 的開(kāi)銷(xiāo)，又可以保證了1定的通過(guò)量和時(shí)延，因此被3GPP HSDPA技術(shù)采用。
本文結(jié)合TDD-HSDPA系統(tǒng)特性，對(duì)該系統(tǒng)的HARQ方案進(jìn)行了研究。根據(jù)TD-SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)TD-SCDMA終端測(cè)試儀中的HARQ實(shí)體的各個(gè)功能進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解 決方案。
2．混合ARQ類(lèi)型和標(biāo)準(zhǔn)ARQ協(xié)議的選擇
3GPP 建議了 3 種基本的混合 ARQ 類(lèi)型，I 型，II 型和 III 型。3個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ARQ 協(xié)議是 SAW 停等協(xié)議,GBN 回退 N 協(xié)議和 SR 選擇性重傳協(xié)議。3GPP 建議在 TDD-HSDPA 系統(tǒng) 中采用 SAW 重傳協(xié)議，HARQ-II/III 型混合 ARQ。
2.1 混合 ARQ 類(lèi)型的選擇
3種類(lèi)型的相同點(diǎn)是都進(jìn)行 FEC 編碼和 CRC 效驗(yàn)，接受端進(jìn)行 FEC 譯碼和 CRC 效驗(yàn)， 如果分組有錯(cuò)則請(qǐng)求重傳；不同點(diǎn)是 HARQ-I 放棄錯(cuò)誤分組，重傳分組與已傳分組相同，沒(méi) 有組合譯碼。HARQ- II 錯(cuò)誤分組不被丟棄，而與重傳分組組合進(jìn)行譯碼，重傳分組和已傳 分組的格式和內(nèi)容可以不同。HARQ-III 因?yàn)椴捎?CPC 碼(互補(bǔ)的打孔卷積碼) ，每個(gè)已傳 分組與重傳分組都能進(jìn)行自解碼；每次重傳可有不同的冗余產(chǎn)生(不同的比特打孔) ，也可 有相同的冗余產(chǎn)生(相同的 FEC) ，此時(shí)與 HARQ-I 的操作類(lèi)似，但錯(cuò)誤分組要被存儲(chǔ)在收 端，以便與重傳分組結(jié)合。
表 1 給出了3種混合 ARQ 類(lèi)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(guò)率，雖然對(duì)于 UE
端存儲(chǔ)容量有1定的要求，但 3GPP 在 TDD-HSDPA 系統(tǒng)中還是選擇了 HARQ-III 型。
2.2 標(biāo)準(zhǔn) ARQ 協(xié)議的選擇
3個(gè)標(biāo)準(zhǔn) ARQ 協(xié)議是 SAW 停等協(xié)議，GBN 回退 N 協(xié)議和 SR 選擇性重傳協(xié)議，3 種協(xié)議的特點(diǎn)分別概括如下：
SAW 停等協(xié)議：發(fā)送端發(fā)送1個(gè)數(shù)據(jù)分組后等待接收端確認(rèn)，如果傳輸錯(cuò)誤則重傳， 直到成功傳輸才繼續(xù)下1個(gè)數(shù)據(jù)分組的傳輸。
GBN 回退Ｎ協(xié)議：發(fā)送端發(fā)送Ｎ個(gè)數(shù)據(jù)分組后等待接收端確認(rèn)，如果某個(gè)數(shù)據(jù)分組傳 輸錯(cuò)誤，則其后Ｎ個(gè)數(shù)據(jù)分組都會(huì)重傳。
ＳＲ選擇性重傳協(xié)議：發(fā)送端發(fā)送Ｎ個(gè)數(shù)據(jù)分組后等待接收端確認(rèn)，如果某個(gè)數(shù)據(jù)分組 傳輸錯(cuò)誤，則只重傳錯(cuò)誤的分組。
3種 ARQ 基本機(jī)制中，SAW 停等協(xié)議最簡(jiǎn)單，也是對(duì)信頭要求最少的協(xié)議。協(xié)議的 正確性由1比特(用來(lái)表示當(dāng)前和下1個(gè)數(shù)據(jù)分組) 信息就可以表述。所以，它的控制頭很 小，確認(rèn)頭也很小(因?yàn)闊o(wú)論是 ACK 或 NACK 都僅用 1 比特?cái)?shù)據(jù))。而且，因?yàn)?次只能傳 送1個(gè)數(shù)據(jù)分組，所以對(duì)用戶(hù)端存儲(chǔ)容量的要求就很小。
所以 3GPP 的 HSDPA 信道采用 SAW 停等協(xié)議可以在減小信令總帶寬和用戶(hù)存儲(chǔ)容量 方面得到明顯的改觀。但是，SAW 有1個(gè)很大的缺點(diǎn)：不能及時(shí)得到確認(rèn)信息，發(fā)端必須 在發(fā)送下1個(gè)數(shù)據(jù)分組前等待上1個(gè)數(shù)據(jù)分組的確認(rèn)信息。在等待期間，信道閑置而且浪費(fèi) 系統(tǒng)容量。這樣，就希望能結(jié)合 SAW 最小復(fù)雜度和 SR 有效通過(guò)率的特點(diǎn),于是有了 N 信 道停等協(xié)議，即通過(guò)設(shè)置并行停等協(xié)議的信道數(shù) N 來(lái)提高通過(guò)率。它的特點(diǎn)是：1個(gè)連續(xù) 的傳輸流在時(shí)間上分為 N 個(gè)子信道，即 N 個(gè)進(jìn)程（HARQ process），而每個(gè)進(jìn)程獨(dú)立地執(zhí)行 停等重傳協(xié)議。
圖 1 N 信道停等協(xié)議示意圖
Fig1 Sketch map of N channels SAW protocol
3．HARQ實(shí)體的功能設(shè)計(jì)
在 UTRAN 側(cè)每個(gè) UE 有1個(gè) HARQ 實(shí)體[4]。每個(gè) HARQ 實(shí)體有 N 個(gè) HARQ 進(jìn)程，1
般 N=4。每個(gè) HARQ 進(jìn)程都有1個(gè)進(jìn)程號(hào)（HARQ process identifier），進(jìn)程號(hào)用來(lái)使發(fā)端和 收端的進(jìn)程相匹配。HARQ 實(shí)體為每1個(gè) MAC-hs PDU 設(shè)置進(jìn)程號(hào)，即 HARQ 實(shí)體選擇1 個(gè)合適的進(jìn)程為每個(gè) MAC-hs PDU 服務(wù)。
3.1 維護(hù) HARQ 進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換
為每個(gè) HARQ 進(jìn)程維護(hù)狀態(tài)機(jī)是 HARQ 的主要工作，它保證 HARQ 各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。 狀態(tài)維護(hù)是通過(guò)將進(jìn)程號(hào)放入不同的隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。共有3個(gè)隊(duì)列，為空閑隊(duì)列，等待回復(fù) 隊(duì)列，等待重傳隊(duì)列，分別對(duì)應(yīng)空閑狀態(tài)、等待回復(fù)狀態(tài)和等待重傳狀態(tài)。 當(dāng)發(fā)送新的 Mac-hs PDU 時(shí)，HARQ 為此 PDU 分配1個(gè)處于空閑狀態(tài)的進(jìn)程，此時(shí)進(jìn) 程的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為等待回復(fù)狀態(tài)，此進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)被放入等待回復(fù)的隊(duì)列中，并將此進(jìn)程與 PDU 綁定在1起。HARQ 存儲(chǔ) PDU 以備重傳。
當(dāng)收到反饋信息為 ACK 時(shí)，解除進(jìn)程與此 PDU 的綁定，使此進(jìn)程重新進(jìn)入空閑狀態(tài)。 由于已正確傳輸，HARQ 刪除存儲(chǔ)的 PDU 數(shù)據(jù)。當(dāng)收到 NACK 時(shí)，保持進(jìn)程與 PDU 的綁 定，使此進(jìn)程進(jìn)入等待重傳狀態(tài)。
當(dāng)調(diào)度決定重傳某個(gè) PDU 時(shí)，HARQ 在等待重傳的隊(duì)列中找到此 PDU 及其綁定的進(jìn) 程，使此進(jìn)程進(jìn)入等待回復(fù)狀態(tài)，此時(shí)仍保持此進(jìn)程與 PDU 的綁定。
當(dāng)調(diào)度決定放棄重傳某個(gè) PDU 時(shí)，HARQ 在等待重傳的隊(duì)列中找到該 PDU 及其綁定 的進(jìn)程，解除進(jìn)程與 PDU 的綁定，使此進(jìn)程進(jìn)入空閑狀態(tài)。HARQ 刪除存儲(chǔ)的 PDU。
圖 2 HARQ 進(jìn)程的狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換
Fig2 States switch of HARQ process
3.2 發(fā)送 Mac-hs PDU
圖 3 給出了 HARQ 實(shí)體發(fā)送數(shù)據(jù)的流程。每個(gè) HARQ 進(jìn)程（process）都有1個(gè) New data indicator，它被用來(lái)區(qū)分新數(shù)據(jù)和重傳數(shù)據(jù)。當(dāng)傳新數(shù)據(jù)時(shí)將 New data indicator 加 1，重傳 舊數(shù)據(jù)時(shí)不變。
圖 3 HARQ 發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖
Fig3 Flow control of HARQ sending data
3.3 處理來(lái)自 UE 的反饋
接收到手機(jī)的反饋后，HARQ 實(shí)體需保證對(duì)應(yīng)正確的發(fā)送順序，因?yàn)槭謾C(jī)的反饋信息 不包括此 PDU 的進(jìn)程號(hào)，所以 HARQ 實(shí)體默認(rèn)反饋是按發(fā)送時(shí)的順序返回的。在等待回復(fù) 的隊(duì)列中，PDU 是按發(fā)送的順序存儲(chǔ)的。這樣，每次手機(jī)的反饋被認(rèn)為對(duì)應(yīng)于等待回復(fù)的隊(duì)列中的第1個(gè) PDU，即最早發(fā)送但還未收到回復(fù)的 PDU。如圖 4 所示。圖 5 給出了 HARQ
處理反饋的流程。
圖 4 HARQ 處理反饋對(duì)應(yīng)關(guān)系
Fig4 Corresponding relation of feedbacks in HARQ
圖 5 HARQ 處理反饋流程
Fig5 Flow control of handling feedback of HARQ
4．
>總結(jié)
本文通過(guò)分析 HARQ 技術(shù)的特性，給出了 TD-SCDMA 終端測(cè)試中 HARQ 實(shí)體的設(shè)計(jì) 和實(shí)現(xiàn)方案。此方案對(duì) HARQ 技術(shù)分析透徹，很好的實(shí)現(xiàn)了 HARQ 實(shí)體所要完成的所有功 能。對(duì)于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的 HARQ 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有1定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
李世鶴．TD-SCDMA 第3代移用通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)［M］． 北京：人民郵電出版社，2003．
彭木根，王文博．TD-SCDMA 移動(dòng)通信系統(tǒng)［M］． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．
3GPP TS 25.308 ． High Speed Downlink Packet Access (HSDPA); Overall description; Stage 2
［S］． Europe：3GPP，2007．
[4] 3GPP TS 25.321．Medium Access Control (MAC) protocol specification［S］． Europe：3GPP，2007．
[5] 3GPP TS 34.122．Terminal Conformance Specification; Radio Transmission and Reception［S］． Europe：
3GPP，2005．
【TD-SCDMA終端測(cè)試儀HARQ實(shí)體的設(shè)計(jì)】相關(guān)文章：
TD-SCDMA終端測(cè)試儀端口回波損耗匹配參數(shù)分析03-07
基于TD-SCDMA的MANET移動(dòng)終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)03-20
TD-SCDMA終端的HSDPA射頻一致性測(cè)試分析03-07
新型汽車(chē)制動(dòng)力測(cè)試儀表設(shè)計(jì)03-07
終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)與品牌推廣研究03-21
基于RFC2544測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)03-07
基于3GPP LTE 系統(tǒng)的HARQ 算法探究03-03
基于GPIB總線技術(shù)的TD-SCDMA通信儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)03-07