TD-LTE終端協(xié)議棧TTIBundling方案的實現(xiàn)?

申敏，胡磊（重慶郵電大學通信與信息工程學院，重慶400065）

TD-LTE終端協(xié)議棧TTIBundling方案的實現(xiàn)?

申敏，胡磊
（重慶郵電大學通信與信息工程學院，重慶400065）

TD-LTE系統(tǒng)中小區(qū)邊緣終端的信道質(zhì)量較差，為了達到較好的上行覆蓋LTE提出了TTI Bundling技術。通過研究3GPP TD-LTE協(xié)議中物理層協(xié)議和MAC協(xié)議，歸納出TTIBunding模式在不同的上下行配比幀結構上HARQ進程相關連的授權、發(fā)送和基站反饋間的時序關系。TTIBundling實現(xiàn)是基于TD-LTE不同配比下的幀結構時序關系。最后以TD-LTE協(xié)議棧為基礎，使用規(guī)范和描述語言（SDL）／數(shù)表結合仿真法（TTCN）實現(xiàn)該功能。

TD-LTE系統(tǒng)；上行覆蓋；TTIBundling；幀結構

1 引言

作為下一代的寬帶移動通信系統(tǒng)，LTE將小區(qū)邊緣的傳輸性能作為系統(tǒng)關鍵的需求指標。在LTE系統(tǒng)中，小區(qū)邊緣往往由于信道質(zhì)量變差直接影響到用戶體驗。因此，通過將連續(xù)的TTI綁定在一起并將該資源分配給同一UE，在連續(xù)的4個上行子幀發(fā)送相同的數(shù)據(jù)塊但是每次發(fā)送的冗余版本不同［1］，這樣可以達到提高數(shù)據(jù)解碼成功率從而提高上行覆蓋范圍。

當基站感知到處于小區(qū)邊緣的UE已經(jīng)不能再增大它的傳輸功率并且上行的誤塊率已經(jīng)很大時，基站會配置對UE配置TTI Bundling功能見文獻［2］。TTIBundling方式的調(diào)度［3］是網(wǎng)絡通過發(fā)送層3消息中含有MAC專有配置信息MACmain Configu-ration中的TTIBundling標志，如果該標志為true則UE需要開啟TTIBundling且該功能只能在TDD的上下行配比0、1、6下支持TTIBundling功能。TTI Bundling功能是基于TD-LTE幀結構的時序關系實現(xiàn)的。因此，本文主要研究在TDD模式下的3種適用TTIBundling的上下行配比幀結構，深入研究了每種配比幀結構上行發(fā)送的資源授權時刻點、數(shù)據(jù)包發(fā)送時刻點以及網(wǎng)絡側反饋時刻點的時序關系，并且在此基礎上設計實現(xiàn)了TTIBundling功能。

2 TTIBundling幀結構時序關系分析

2.1 PHICH（網(wǎng)絡反饋）與UL Grant（網(wǎng)絡授權）的關系

關于PHICH的定義見文獻［1，4］，ULGrant的定義見文獻［5］。對于UL Grant可理解為一種特殊的反饋，需要根據(jù)UL Grant中所帶的NDI指示判斷其值是否反轉來決定隨后數(shù)據(jù)發(fā)送是做新傳還是重傳。

在正常調(diào)度方式下，一個發(fā)送了PUSCH的上行子幀，其對應的PHICH或者UL Grant這兩種反饋只可能在同一個下行D子幀里收到。

TTIBundling方式調(diào)度下，TTIBundling最后一個PUSCH對應的PHICH和UL Grant特殊反饋是不可能在同一個下行D子幀里收到的，因為根據(jù)協(xié)議存在一個L幀數(shù)的offset偏移，即PHICH先于ULGrant收到，網(wǎng)絡要給PUSCH的ULGrant反饋則只會在其對應PHICH之后的L幀偏移的某個下行D子幀上。

2.2 對于同一個HARQ，即收到PHICH也收到UL Grant時的處理原則

如表1所示，對于同一個HARQ隊列［1］來說，如果同時收到其PHICH和ULGrant時（注意這里同時收到對正常調(diào)度來說是同一幀收到，但是對于TTI Bundling來說并不是同一幀收到）則應該以ULGrant優(yōu)先判斷，先判斷UL Grant中NDI是否與該HARQ保存的NDI發(fā)生反轉從而決定是新傳還是重傳，這時可以不必考慮PHICH上的反饋是ACK還是NACK，即通過NDI反轉判定是做新傳還是重傳。如果PHICH指示NACK但是NDI判斷是新傳，這時UE按照新傳處理；如果NDI判斷沒有反轉則判定為重傳，而此時PHICH是ACK則也按照重傳處理。如果在沒有收到ULGrant僅有PHICH，則按照PHICH的反饋信息為準；若為NACK則做非自適應重傳；若為ACK則認為傳輸成功。

2.3 UL Grant特殊反饋或者PHICH反饋與據(jù)此發(fā)送PUSCH的時序關系

在正常調(diào)度時各種時序配比下，表2中的“n”指示的是在下行子幀n上收到ULGrant或者PHICH時，則其對應的PUSCH發(fā)送幀號為n+k，k為各種配比下n對應的k，例如TDD配比1在子幀31上收到ULGrant或者PHICH（31 mod 10為1，查表可知TDD配比1情況下子幀1對應的k值為6）。如確定需要發(fā)送PUSCH，則PUSCH發(fā)送幀號為（31+6）。

在TTIBundling調(diào)度時各種時序配比下，表2中“n”指示的是下行子幀上收到UL Grant時，則其對應的第一個PUSCH發(fā)送幀號為n+k，k即為表中各種配比下n對應的k，例如TDD配比6在子幀31上收到ULGrant（31mod 10為1，查表可知TDD配比6情況下子幀1對應的k值為7），則第一個PUSCH發(fā)送幀號為（31+7）。

2.4 TTI Bundling內(nèi)最后一個PUSCH的PHICH接收子幀號與UL Grant子幀號的偏移關系

由于TTIBundling時連續(xù)4個PUSCH上行發(fā)送中最后一個PUSCH的PHICH反饋與UL Grant特殊反饋不在同一個下行子幀出現(xiàn)，而是PHICH在前ULGrant在其后offset偏移處的下行子幀上，而表3該偏移關系表中的“n”指示在該下行子幀上收到最后一個PUSCH的ULGrant特殊反饋，則該PUSCH對應的PHICH在（N-L+10）mod 10的子幀上，例如在TDD配比1下，在39幀上（39 mod 10=9，對應的L值為3）收到ULGrant則其PHICH在（39-3=36），即子幀6上收到PHICH反饋。這種關系是根據(jù)收到ULGrant的子幀N及對應的L值反推PHICH的子幀號為N-L。

2.5 PUSCH與據(jù)此接收PHICH時序關系

表4表明了發(fā)送PUSCH的上行子幀與據(jù)此接收其PHICH的子幀號關系。

（1）在正常調(diào)度時，各種時序配比下表中“n”指示是在上行子幀n發(fā)送了PUSCH時，則其對應的PHICH或ULGrant特殊反饋的接收子幀號為n+k；k即為表中各種配比下n對應的k，例如TDD配比1在子幀32上發(fā)送了PUSCH（32 mod 10為2，查表可知TDD配比1情況下子幀2對應的k值為4），則其對應的PHICH或UL Grant特殊反饋的接收子幀號為（32+4）。因為在正常調(diào)度是UL Grant特殊反饋與PHICH只能出現(xiàn)在同一下行子幀。

（2）在TTIBundling調(diào)度時各種時序配比下在表格中“n”指示的上行子幀上發(fā)送了TTIBundling內(nèi)的最后一個PUSCH時，則對應的PHICH接收子幀號為n+k；k即為表格中各種配比下n對應的k，例如TDD配比6，在子幀34收到UL Grant或PHICH（34

mod 10=4，查表得知TDD配比6情況下，子幀4對應的K值為6），則對應的PHICH接收子幀號為（34+6）。

以兩個HARQ隊列在上下行配比1（圖1）的情形下為例分析TTIBundling發(fā)送幀結構時序關系，如圖2所示。

3 TTIBundling功能實現(xiàn)

在掌握了TTIBundling功能的授權UL Grant，發(fā)送PUSCH和反饋PHICH嚴格的時序關系后這里采用規(guī)范和描述語言（SDL）和C語言實現(xiàn)該功能編碼。

TTIBundling實現(xiàn)原則：根據(jù)收到的PHICH及后續(xù)是否存在ULGrant信息來判定是做非自適應重傳還是自適應重傳或則是新傳。在連續(xù)的4個上行子幀傳輸中后3個子幀都是根據(jù)第一個上行子幀做非自適應重傳。由于發(fā)送4塊相同的數(shù)據(jù)塊協(xié)議棧進行一次資源分配，但是MAC-PDU的組裝過程往物理層發(fā)送數(shù)據(jù)還是分4次，一次發(fā)送一個數(shù)據(jù)塊（這里的數(shù)據(jù)塊是相同的），但是每次MAC往物理層發(fā)送原語中除了攜帶相同的數(shù)據(jù)塊還同時攜帶了不同的redundancy version（冗余版本號），冗余版本按照（0，3，2，1）依次選擇循環(huán)使用。

實現(xiàn)中由TD-LTE協(xié)議棧中MAC層做幀號控制，在本TD-LTE終端協(xié)議架構中物理層由DSP實現(xiàn)，MAC通過EL1-PUSCH-SEND-REQ原語通知物理層進行PUSCH上行數(shù)據(jù)發(fā)送。在TTIBundling時連續(xù)4個上行發(fā)送雖然對于高層協(xié)議棧來說是相同的MAC PDU但是對于DSP來說每次冗余版本不一樣，所以分為4個EL1-PUSCH-SEND-REQ發(fā)送給DSP物理層。

若之前DSP收到EL1-PUSCH-SEND-REQ中的TTIBundling Flag標志位1時則表明目前調(diào)度方式是TTIBundling，則此時EL1-PUSCH-SEND-REQ原語中most pusch flag若為1則DSP需要接收PHICH和后面的偏移offset的下行子幀上的上行授權ULGrant；對于most pusch flag為0則不需要接收PHICH和其后面的ULGrant。

在使用TTIBundling時對于最后一個PUSCH中的mostpusch flag標志位1時，DSP會先收到PHICH，若解析到PHICH則物理層DSP通過原語EL1-HARQ-INFO-IND上報PHICH信息，如果沒有解析到PHICH則報NACK。

在TTIBundling配比0時，在因該接收PHICH的位置（在某個U上行子幀發(fā)送了PUSCH后在Kphich之后為接收其PHICH的子幀位置）即使沒解析到PHICH則DSP報NACK給MAC便于協(xié)議棧MAC進行重傳。

4 TTIBundling功能測試與驗證

協(xié)議實現(xiàn)不僅僅要求功能正確完善能夠互通并且要求具有良好的性能，協(xié)議的測試是一個十分重要的手段。SDL／TTCN廣泛應用在協(xié)議軟件的開發(fā)和測試中。在TTCN環(huán)境下根據(jù)協(xié)議規(guī)范編寫測試用例，然后運用SDL／TTCN的協(xié)仿真可以生成TTCN的測試結果。在連接模式下場景下的一個TTIBundling配置及生效過程的TTCN測試用例編寫如圖3，其中基本過程涉及到的協(xié)議測試流程請參見文獻［3］。TTCN測試用例成功編譯通過并生成可執(zhí)行文件，通過SDL／TTCN協(xié)仿真方式對TTIBundling功能進行測試和驗證，得到的MSC跟蹤結果如圖4所示。由于篇幅有限，在此只截取網(wǎng)絡重配置UE端TTIBundling功能隨即UE端TTIBundling功能生效的部分過程，其完整信令交互流程符合協(xié)議規(guī)范和本文的設計。

5 結束語

本文對TD-LTE TTIBundling特點及功能進行了深入分析，在研究了LTE物理層協(xié)議和MAC層協(xié)議的前提下在TD-LTE協(xié)議棧系統(tǒng)里把多個協(xié)議歸納并總結出了在上下行配比0、1和6下明確的授權、發(fā)送和反饋的時序關系，使得TTIBundling功能的幀結構時序關系更加清晰明了和容易理解。最后以TD-LTE協(xié)議棧為基礎在此基礎上設計了MAC層的TTIBundling功能并按照設計加以實現(xiàn)，并且通過實驗室內(nèi)部仿真環(huán)境測試。今后的工作中會加強TTI Bundling功能在外場真實網(wǎng)絡環(huán)境下的測試和驗證進而完善其性能。

［1］3GPP TS 36.523-3，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）and Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRAN）；User Equipment（UE）conformance specification；Part3：Abstract Test Suites（ATS）［S］.

［2］3GPPTS 36.321，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；MediuMAccess Control（MAC）protocol specification［S］.

［3］3GPPTS 36.331，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；Radio Resource Control（RRC）；Protocol specification［S］.

［4］3GPP TS 36.211，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；Physical Channels and Modulation［S］.

［5］3GPPTR 36.213，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；Physical Layer Procedures［S］.

Email：shenmin＠cqcyit.com

胡磊（1982—）男，重慶人，碩士研究生，主要從事移動通信用戶終端協(xié)議棧軟件研究。

HU Leiwas born in Chongqing，in 1982.He is noWa graduate student.His research concerns the mobile communication user equipment protocol stack.

Email：hulei626＠yahoo.com.cn

IMplementation of TTI Bundling in TD-LTE Mode TerMinal

SHEN Min，HU Lei
（School of Communication and Information Engineering，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

The user equipment has poor channel quality at the Cell edge in TD-LTE system.In order to achieve better uplink coverage，the LTE proposed transmission froMbinding Transmission Time Interval（TTI）Technology.Through the study of3GPPTD-LTE physical layer protocol and MAC protocol，the TTIBundling patterns in different uplink and downlink frame structurewith UL grant，UL transmission and feedback on one HARQ process are summarized.Realization of the TTIBundling is based on the temporal relations in frame structure.Finally，specification and description language（SDL）／Tree and Tabular Combined Notation（TTCN）are used to realize the function.

TD-LTE system；uplink coverage；TTIBundling；frame structure

was born in Chongqing，in 1963.She

the M.S.degree in 1988.She is noWa professor and also the instructor ofgraduate students.Her research concernsmobile communication，3G communication system.

The National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China（2011ZX03001-001-02）

TN929.53

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.11.004

申敏（1963—），女，重慶人1988年獲理學碩士學位，現(xiàn)為教授、碩士研究生導師，主要研究方向為移動通信、第三代移動通信系統(tǒng)；

1001-893X（2012）11-1725-05

2012-03-27；

2012-06-11

國家科技重大專項（2011ZX03001-001-02）