WCDMA Femto RLC層ARQ機(jī)制的研究及分析

國家無線電監(jiān)測中心深圳監(jiān)測站 肖 鑫

一、引言

WCDMA源于歐洲和日本提出的寬帶CDMA技術(shù)的融合，是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術(shù)規(guī)范。WCDMA的載波帶寬為5MHz，在室內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送可達(dá)到2Mb/s，在移動空間達(dá)到每秒384kb/s。WCDMA采用最新的異步傳輸模式（ATM）微信元傳輸協(xié)議，允許在一條線路上傳送300個語音呼叫，在人口密集的地區(qū)線路不容易堵塞。而且，WCDMA通過采用自適應(yīng)天線和微小區(qū)技術(shù)，促進(jìn)系統(tǒng)容量的提高。WCDMA與GSM網(wǎng)絡(luò)有良好的兼容性和互操作性，它繼承了第二代移動通信體制GSM標(biāo)準(zhǔn)化程度高和開放性好的特點，并支持高速數(shù)據(jù)傳輸和變速傳輸。

Femto又稱家庭基站，是一種低發(fā)射功率、小范圍覆蓋、以固定寬帶接入網(wǎng)絡(luò)為回程、主要面向家庭客戶應(yīng)用的家庭基站設(shè)備。Femto技術(shù)作為WCDMA宏蜂窩的補(bǔ)充，能夠使運營商以更低的代價為家庭用戶提供更好的無線寬帶語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。作為一種固定移動融合的新技術(shù)和個人移動通信市場與家庭寬帶通信市場的結(jié)合點，F(xiàn)emto將是全業(yè)務(wù)運營商提供差異化業(yè)務(wù)的重要手段。

ARQ只在WCDMA Femto RLC層AM模式使用，它是為保證層2數(shù)據(jù)正確傳送所采用的一種重傳機(jī)制。

二、RLC層AM實體模型

圖1 確認(rèn)模式RLC的數(shù)據(jù)處理過程

確認(rèn)模式（AM）下，RLC的數(shù)據(jù)處理過程如圖1所示。發(fā)送端的AM實體從上層收到RLC SDU，將把RLC PDU分段或級聯(lián)為固定長度的RLC PDU。此固定長度是在服務(wù)建立時確定的一個半靜態(tài)值，并且僅可通過RRC改變對服務(wù)的重配置。

如果RLC SDU數(shù)據(jù)的剩余部分不能完全填滿一個RLC PDU，就需要在RLC頭結(jié)構(gòu)中添加長度指示（LI）字段，用來指示剩余SDU部分的長度。RLC PDU的剩余部分需補(bǔ)齊，補(bǔ)齊部分也需要一個LI字段，但此字段并不標(biāo)示補(bǔ)齊的數(shù)據(jù)長度，而是使用特定的預(yù)定義LI值來標(biāo)識RLC PDU剩余部分為補(bǔ)齊數(shù)據(jù)。LI的不同值代表不同的意義。

在進(jìn)行分段或級聯(lián)操作后，RLC PDU被放置在傳輸緩沖器和重傳緩沖器中。復(fù)用功能模塊決定如何發(fā)送RLC PDU到MAC中，優(yōu)先級高的RLC PDU會被首先發(fā)送。RLC還需要進(jìn)行RLC PDU包頭信息的處理，設(shè)置RLC頭中的一些控制比特。

在確認(rèn)模式下，RLC還可以在其他PDU中“捎帶”傳輸狀態(tài)報告信息（Status PDU）。當(dāng)應(yīng)用捎帶機(jī)制時，用控制信息來取代填充位，其目的是提高空中接口的數(shù)據(jù)傳輸效率。Status PDU可以依次包含在AMD PDU中，為了與AMD PDU中剩余空間數(shù)相匹配，捎帶狀態(tài)PDU的大小是可變的。

完成RLC PDU處理后，還可能需要對RLC PDU數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，加密過程只用于RLC PDU數(shù)據(jù)部分，AMD PDU頭固定的前兩個字節(jié)是不加密的。RLC PDU加密與否決定于呼叫流程建立時的參數(shù)配置。

AM RLC PDU分為兩類：一類是AMD PDU，用于傳送數(shù)據(jù)；一類是Control PDU，包括用于報告AMD PDU接收狀況的Status PDU、用于實體復(fù)位的Reset PDU和Reset ACK PDU。AMD PDU包含序列號、長度指示符（LI）、擴(kuò)展比特（E）、輪詢檢測比特（P）、數(shù)據(jù)，以及可能的填充和捎帶信息。Status PDU由一系列的超字段（SUFI）組成。Reset PDU和Reset ACK PDU包含1比特的復(fù)位序列號（RSN），用于協(xié)商對等實體間同步復(fù)位。

AM實體的接收端通過某個邏輯信道從MAC層接收數(shù)據(jù)。當(dāng)接收端在接收到能組合成一個完整RLC SDU數(shù)據(jù)后，將RLC頭從RLC PDU中刪除，并將RLC PDU重新組合成一個RLC SDU，最后將其傳送到上層。

三、ARQ的工作原理

RLC層AM主要是為非實時業(yè)務(wù)而設(shè)計的，非實時業(yè)務(wù)能夠容忍一定程度的時延，但要求更高的傳輸質(zhì)量。因此，在AM中的ARQ（自動重傳請求）機(jī)制是保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)闹匾ぷ鳈C(jī)制。

RLC層AM的重傳機(jī)制是利用輪詢控制和狀態(tài)報告PDU的傳輸來完成的。發(fā)送方可以通過設(shè)置發(fā)送PDU頭中的輪詢（P）比特，要求接收方在接收到此PDU后返回狀態(tài)報告，此狀態(tài)報告將標(biāo)示接收方接收PDUs的情況。接收方在以下三種情況下發(fā)送狀態(tài)報告PDU：

⊙ 接收到的AMD PDU中，輪詢比特位被設(shè)置為1。

⊙ 接收到的AMD PDU序列號不是連續(xù)的，則認(rèn)為出現(xiàn)PDU丟包情況。

⊙ 使用了基于定時器的狀態(tài)報告PDU發(fā)送策略，并且定時器已超時。

發(fā)送方收到返回的狀態(tài)PDU后，將根據(jù)狀態(tài)PDU所示內(nèi)容，將重傳緩存中被證實收到的PDUs刪除，將被證實未收到的PDUs進(jìn)行重傳處理。

圖2 狀態(tài)PDU結(jié)構(gòu)

如圖2所示，D/C字段為1比特，0表示為控制PDU，1表示為數(shù)據(jù)PDU。狀態(tài)PDU屬于控制PDU。PDU類型字段為3比特，狀態(tài)PDU設(shè)此字段為000。

狀態(tài)PDU（STATUS PDU）可以包括多個超字段（SUFI），這些SUFI用于定位收到的PDUs和未收到的PDUs。使用哪個SUFI字段依據(jù)實際而定。SUFI包括三個子字段：SUFI的類型、長度信息和值信息。SUFI主要有以下幾類：

（1）不再有數(shù)據(jù) SUFI （NO_MORE）

NO_MORE SUFI標(biāo)示了STATUS PDU的數(shù)據(jù)部分的結(jié)尾。如果STATUS PDU包含有NO_MORE SUFI，則該SUFI后的所有數(shù)據(jù)將被當(dāng)做填充而被忽略。

（2）證實SUFI（ACK）

ACK SUFI由類型標(biāo)示字段和序列號（LSN）組成，該SUFI用于標(biāo)示序列號小于LSN的AMD PDU都已經(jīng)被正確接收。此SUFI還指示了STATUS PDU的數(shù)據(jù)部分的結(jié)尾，功效如同NO_MORE SUFI。

（3）窗口尺寸SUFI（WINDOW）

WINDOW SUFI由類型標(biāo)示字段和窗口尺寸（WSN）組成，在一個連接期間，允許接收方改變發(fā)送方發(fā)送窗口的大小，但是最大允許改變值由RRC配置參數(shù)給出。

（4）列表SUFI（LIST）

LIST SUFI由類型標(biāo)識、列表長度字段（LENGTH）和同列表長度成對的列表組成。LENGTH字段標(biāo)示列表中（SN，L）的個數(shù)，其中SN表示當(dāng)前沒有正確收到AMD PDU的序列號，L表示該序列號后沒有正確接收到的連續(xù)AMD PDU的數(shù)目。

（5）位圖SUFI（BITMAP）

BITMAP SUFI由類型標(biāo)識、位圖長度字段（LENGTH）、開始序列號（FSN）和位圖組成。LENGTH標(biāo)示位圖的長度為LENGTH加1。FSN標(biāo)示位圖中第一個比特的序列號。位圖字段指示序列號在[FSN，F(xiàn)SN＋(LENGTH＋1×8)－1]中的AMD PDUs的接收狀態(tài)，如果某比特位為1，表明該對應(yīng)序列號的AMD PDU已經(jīng)正確接收，如果為0則表示沒有正確接收。

（6）相關(guān)列表SUFI（RLIST）

RLIST SUFI由類型標(biāo)識、列表長度字段（LENGTH）、開始序列號（FSN）和LENGTH數(shù)目的碼字（CW）組成。LENGTH標(biāo)示CW的數(shù)目。FSN標(biāo)示第一個錯誤AMD PDU的序列號。CW由4比特組成，前三個比特是一個數(shù)目的一部分，最后一個比特是狀態(tài)指示位。若狀態(tài)指示位為0，標(biāo)示數(shù)目將在下一個CW中繼續(xù)。若狀態(tài)指示位為1，則表示該數(shù)目被終結(jié)。由CW給出的數(shù)目標(biāo)示先前錯誤AMD PDU序列號到下一個錯誤的AMD PDU序列號的間隔。若CW為0001，標(biāo)示下一個CW將代表連續(xù)錯誤AMD PDU的數(shù)目。

（7）移動接收窗口SUFI（MRW）

MRW SUFI用于請求RLC接收方移動其接收窗口，并且可以在發(fā)送方作為SDU丟棄的一個結(jié)構(gòu)，指示已丟棄SDU的數(shù)目。

（8）移動接收窗口確認(rèn)SUFI（MRW_ACK）

MRW_ACK SUFI用來確認(rèn)MRW SUFI的接收情況。

AM實體重傳機(jī)制由上行AM處理器和下行AM處理器共同完成。上行AM處理器負(fù)責(zé)處理接收到的對等層AM數(shù)據(jù)，下行AM處理器負(fù)責(zé)處理發(fā)送到對等層AM數(shù)據(jù)。上行AM處理器接收到的數(shù)據(jù)可以分為AMD PDU和控制PDU，控制PDU又分為狀態(tài)PDU、復(fù)位PDU和復(fù)位確認(rèn)PDU。上行AM處理器將接收到的控制PDU通過消息隊列供下行AM處理器獲取。若上行AM處理器收到的AMD PDU中輪詢比特位被設(shè)置為1，則組裝本側(cè)的狀態(tài)PDU，同樣通過消息隊列供下行AM處理器獲取，本側(cè)的狀態(tài)PDU將通過下行AM處理器發(fā)送給對等層。

本層實現(xiàn)中，可以識別出對等層發(fā)送過來的狀態(tài)PDU的各種SUFI，并進(jìn)行相應(yīng)的更新重傳隊列及狀態(tài)參數(shù)的處理。在上行AM處理器組裝本側(cè)狀態(tài)PDU時，可選擇采用各種SUFI結(jié)合的方式。當(dāng)接收到的AMD PDU的序列號為連續(xù)時，運用ACK SUFI來組裝狀態(tài)PDU；當(dāng)接收到的AMD PDU的序列號為非連續(xù)時，運用LIST SUFI，BITMAP SUFI，RLIST SUFI等來組裝狀態(tài)PDU，并以ACK SUFI來標(biāo)示狀態(tài)PDU數(shù)據(jù)部分的結(jié)尾。若一次狀態(tài)報告需要使用兩個以上狀態(tài)PDU時，將在每個狀態(tài)PDU中使用ACK SUFI字段結(jié)尾。這樣可以防止當(dāng)其中某個狀態(tài)PDU丟失時，接收方也不會遺失正確的確認(rèn)信息。

本側(cè)輪詢請求是通過設(shè)置AMD PDU的輪詢比特位來實現(xiàn)的。設(shè)置輪詢比特位的觸發(fā)機(jī)制可選擇基于“每個SDU的最后一個PDU”和“poll timer超時”的策略，即將每個SDU的最后一個PDU的輪詢比特位置1，或輪詢定時器超時后將重傳輪詢PDU，將其輪詢比特位置1，用以請求回復(fù)當(dāng)前對等層的接收狀態(tài)。

為避免一個AMD PDU被無限次重傳而使系統(tǒng)陷入死鎖狀態(tài)，高層將在配置業(yè)務(wù)參數(shù)時限定最大重傳次數(shù)MaxDAT，當(dāng)某個AMD PDU的重傳次數(shù)達(dá)到MaxDAT后將激發(fā)RLC復(fù)位。

四、結(jié)束語

本文主要介紹了WCDMA Femto系統(tǒng)無線接口RLC層AM傳輸模式下的自動重傳機(jī)制。WCDMA是第三代移動通信系統(tǒng)的三大主流標(biāo)準(zhǔn)之一，F(xiàn)emto技術(shù)作為WCDMA宏蜂窩的補(bǔ)充，能夠使運營商以更低的代價為家庭用戶提供更好的無線寬帶語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。WCDMA Femto系統(tǒng)中RLC層提供數(shù)據(jù)處理和傳輸功能，它保證了數(shù)據(jù)的正確傳輸。在AM模式下為保證數(shù)據(jù)的無差錯傳輸，就需要使用ARQ機(jī)制。ARQ機(jī)制為系統(tǒng)提供了足夠的可靠性?！?/p>

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