CN103369692A - 一种lte系统的业务面时序实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LTE系统的业务面时序实现方法，包括如下步骤：A、基站在进行媒体接入控制层调度前，判断按照默认的上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL，是否存在同一子帧同时处理下行调度和上行调度，若是，执行步骤B，否则退出本流程；B、针对各子帧分别调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL。本发明方案可以降低单位子帧内的硬件处理量需求。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种LTE系统的业务面时序实现方法。
背景技术
LTE系统采用无线帧结构，无线帧长度为10ms，分为10个长度为1ms的子帧作为数据调度和传输的单位(即传输时间间隔(TTI))。
对于TDD LTE系统，采用类型2帧结构，一个无线帧由两个5ms的半帧组成，上、下行配置支持5ms和10ms两种转换周期，图1给出了5ms转换周期下的类型2帧结构，在此种转换周期配置下，每个半帧内有一个特殊子帧，而在10ms转换周期配置下，只有第一个半帧有特殊子帧。特殊子帧包含3个域：下行导频时隙(DwPTS)，保护间隔(GP)和上行导频时隙(UpPTS)，其中，DwPTS和UpPTS的功能与时分同步码分多址(TD-SCDMA)类似，可分别用于下行/上行数据传输以及随机接入过程，其中GP作为上下行之间的保护间隔。DwPTS、GP和UpPTS的总长度为30720·Ts＝1ms，其中DwPTS和UpPTS的长度与配置有关，由表1给出。由于大多数配置下，DwPTS的长度远大于UpPTS，因此特殊子帧多被作为下行子帧进行下行授权的发送和下行数据的传输，UpPTS可用于随机接入等过程。
TD-LTE系统可以充分发挥TDD系统灵活分配上、下行时间资源的特点，支持7种不同的上、下行时间分配比例，在实际使用时，网络可根据业务量的特性及需求灵活地选择系统配置。表2给出了TD-LTE系统中可能的上、下行配置，其中“D”表示下行子帧，“U”表示上行子帧，“S”表示特殊子帧。由表2可见，UL/DL配置0的上、下行子帧比例最大，为3∶2；UL/DL配置5的上、下行子帧比例最小，为1∶9。
表1
表2
上、下行子帧的数据传输所用的频域资源位置指示、传输格式指示、功控信息以及跳频方案等均是通过下行子帧内的物理下行控制信道(PDCCH)为UE指示。上行子帧i内将进行数据传输的UE，会在下行子帧(i-KPUSCH)检测到来自eNB的PDCCH调度授权，而下行子帧(i-KPUSCH)同时也对本子帧的下行数据传输进行调度授权，因此，该子帧将同时进行上、下行子帧的调度授权。不同UL/DL配置下的物理上行共享信道(PUSCH)的KPUSCH取值见表3。
表3
TD-LTE系统的上、下行混合自动重传请求(HARQ)进程个数与上行/下行配置有关，其中下行最大进程个数由表4给出。以上行/下行配置1为例，HARQ进程的最大值为7表示：当UE的某个下行进程的数据传输的上行ACK/NACK反馈未到达eNB之前，调度器可以调度该UE的另外6个进程进行数据传输。根据3gpp协议规定的上行ACK/NACK反馈时延，UL/DL配置1的下行传输与其相应的下行重传之间有7个下行子帧可用于下行调度，因此7个下行进程能够保证UE有足够的进程进行连续的下行数据传输。
| TDD上行/下行配置 | HARQ进程的最大值 |
| 0 | 4 |
| 1 | 7 |
| 2 | 10 |
| 3 | 9 |
| 4 | 12 |
| 5 | 15 |
| 6 | 6 |
表4
从上述UL/DL配比方案和调度授权的指示方式可以看出，在下行子帧j，eNB通过PDCCH发送的授权消息中可能同时包含当前子帧(即子帧j)的下行资源调度授权，以及子帧(j+KPUSCH)的上行资源调度授权。为了给基带处理预留时间，上、下行调度处理与发送调度授权之间需要留有时间余量，假设上、下行调度处理与调度授权发送之间的时间余量分别用TUL和TDL表示，则下行调度处理时刻为子帧(j-TDL)，上行调度处理时刻为子帧(j-TUL)。
在现有的基站媒体接入控制(MAC)层实现设计中，TUL和TDL的大小是依据系统硬件处理能力进行配置：TUL的取值取决于基带对上行调度授权的封装时间，对于所有上行子帧的调度，其时间余量TUL取值均相同；TDL的取值取决于基带对下行数据包的处理及下行调度授权的封装时间，对于所有下行子帧的调度，其时间余量TDL均相同。这样的HARQ时序设计将导致某些子帧内出现上、下行调度冲突现象，即该子帧需要同时完成一个上行子帧和一个下行子帧的资源调度。
图2给出了调度冲突的示意，其中TUL和TDL的取值分别为1和2，即上、下行调度与授权发送之间的间隔分别为1ms和2ms。标有“D0”向下的箭头表示下行子帧0的PDCCH授权及PDSCH数据发送时刻，标有“A/N 0，1”向上的箭头表示子帧0，1下行数据的上行ACK/NACK反馈时刻，标有“Re0”向下的箭头表示下行子帧0的重传授权PDCCH及重传数据的发送时刻，标有“U/Re7”向下的箭头表示上行子帧7新数据传输的PDCCH授权，以及上行子帧7重传授权和PHICH的发送时刻；“Re1/D4”表示子帧4的下行调度、子帧1的下行重传调度的处理时间，标有“R8/U8”的方框表示子帧8的上行新数据传输及重传调度的处理时间，标有“Re1”以及“D4”的方框表示子帧1的下行重传调度、子帧4的下行调度的处理时间。其他图例参照以上说明。
对于子帧4(j＝4)，此时将发送子帧j+KPUSCH(由表3可知KPUSCH等于4)，即子帧8的上行调度授权，该上行调度处理在子帧j-TUL＝3(TUL＝1)时进行；对于子帧5(j＝5)，此时将发送当前下行子帧的调度授权，该下行调度处理在子帧j-TDL＝3(TDL＝2)时进行。由此可见，子帧3需要同时处理子帧5的下行调度和子帧8的上行调度。
这样的实现方案带来的问题是，一个子帧内调度处理开销与硬件处理能力之间的矛盾：在发生上、下行调度冲突的子帧，需要在1ms内完成最大20MHz带宽的下行资源和20MHz带宽的上行资源的调度处理流程，且资源分配对象是400个激活用户。基站MAC调度器需要在1ms内完成所有用户的优先级计算、排序，在上、下行各20MHz带宽，总共40MHz带宽内遍历每个UE的各频段信道质量并选择最优频带，考虑半静态调度的资源规划，跳频资源的规划和分配等工作，巨大的处理量对硬件处能力带来挑战。
随着TD-LTE向TD-LTE-Advanced的演进，系统带宽将扩大到100MHz，支持8×4天线，承载的用户数与LTE系统比起来也将成倍增长，这些演进将对系统硬件处理能力提出更高的要求。在1ms内处理100MHz带宽的上行资源和100MHz带宽的下行资源调度，支持上千个激活用户，这样系统需求使硬件处理能力成为系统功能完善、容量及性能提升的瓶颈。
发明内容
本发明提供了一种LTE系统的业务面时序实现方法，可以降低单位子帧内的硬件处理量需求。
本发明实施例提供的一种LTE系统的业务面时序实现方法，包括如下步骤：
A、基站在进行媒体接入控制层调度前，判断按照默认的上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL，是否存在同一子帧同时处理下行调度和上行调度，若是，执行步骤B，否则退出本流程；
B、针对各子帧分别调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL；
C、判断是否可以实现上、下行子帧的调度处理流程在不同子帧上完成，若是结束本流程。
较佳地，步骤B所述调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL为增加TUL或TDL的时间长度，则需要保证上行的重传信息或下行的重传信息能够在调整后的上行重传调度或下行重传调度的处理时刻之前到达MAC调度器。
较佳地，步骤B所述调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL为减小TUL或TDL的时间长度，则所述调整后的上行调度时间余量TUL′和下行调度时间余量TDL′需要大于硬件处理的最短时间。
较佳地，步骤B之后进一步包括：
C、判断是否可以实现上、下行子帧的调度处理流程在不同子帧上完成，若是，结束本流程，否则执行步骤D；
D、通过延长下行混合自动重传请求进程的往返时延，实现同一子帧仅处理上行调度或仅处理下行调度。
现有技术中，时间余量TUL和TDL的取值通常是固定的，即对于任何一个上行子帧的调度处理时间余量都是相同的，对于任何一个下行子帧的调度处理时间余量也都是相同的，这样的HARQ时序设计将导致某些子帧内出现上、下行调度冲突现象，即该子帧需要同时完成一个上行子帧和一个下行子帧的资源调度。而本发明方案为了避免一个子帧内的处理冲突，可以使不同子帧的上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL彼此不同，从而达到错开上下行调度处理的目的，进而降低单位子帧内的硬件处理量需求。在某些应用场景中，可能还要结合延长RTT来实现错开上下行调度处理的目的。
附图说明
图1为5ms转换周期下TDD LTE系统的类型2帧结构示意图；
图2为现有技术中的基站MAC调度冲突的示意图；
图3为本发明实施例提供的LTE系统的业务面时序实现方法流程图；
图4为本发明实施例一针对UL/DL配置1场景提供的时序调整示意图；
图5为本发明实施例二针对UL/DL配置5场景提供的时序调整示意图；
具体实施方式
本发明利用TDD系统的上、下行频域资源不在同一子帧内存在的特点，通过为不同的UL/DL配比分别设计上、下行业务面的处理时序，将eNB的MAC层上、下调度处理流程分配在不同的子帧进行，从而达到降低单位子帧处理复杂度的目的，为TD-LTE系统向TD-LTE-Advanced演进和进一步产业化提供硬件保障。此外，该处理时序的设计可使系统实现中各子帧处理量的平均化，避免出现子帧间处理能力的过剩和饿死同时存在的现象。
为使本发明技术方案的技术原理、特点以及技术效果更加清楚，以下结合具体实施例对本发明方案进行详细阐述。
本发明实施例提供的LTE系统的业务面时序实现方法流程如图3所示，包括如下步骤：
步骤301：基站在进行MAC调度前，判断按照默认的上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL，是否存在同一子帧同时处理下行调度和上行调度，若是，执行步骤302，否则退出本发明流程；
步骤302：针对各子帧分别调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL。
上行调度时间余量TUL为MAC层进行上行调度处理的时刻与发送上行调度授权信息的时刻之间的时间间隔。下行调度时间余量TDL为MAC层进行下行调度处理的时刻与发送下行调度授权信息的时刻之间的时间间隔。
将同一子帧发生冲突的上、下行调度处理进行时间调整：可以对二者均进行处理时间调整，也可以只调整其中某一个的处理时间；可能由于上述调整带来另一子帧的处理冲突，则需要对此冲突子帧也进行时间调整。具体调整的方法可根据具体情况灵活处理，但需遵循以下原则：
1.如果将处理时刻向后调整，即缩短上行调度时间余量TUL或下行调度时间余量TDL的时间长度，则需要保证调整后的上行调度时间余量TUL′和下行调度时间余量TDL′均需要大于硬件处理的最短时间，即在缩短后的TUL′或TDL′的时间内能够处理完上行或下行调度，保证准时下发调度授权信息；
2.如果将处理时刻向前调整，即增加TUL或TDL的时间长度，则需要保证上行的重传信息或下行的重传信息能够在调整后的上行重传调度或下行重传调度的处理时刻之前到达MAC调度器，用于调度处理。
步骤303：判断是否可以实现上、下行子帧的调度处理流程在不同子帧上完成，若是结束本流程，否则继续执行步骤304。
所述调整后的上行调度时间余量TUL′和下行调度时间余量TDL′满足大于硬件处理的最短时间的条件。
步骤304：通过延长下行HARQ进程的RTT时间，实现同一子帧仅处理上行调度或仅处理下行调度。
通过延长RTT实现分时调度只有在步骤302通过调整时间余量无法实现分时调度的情况下才会采用，具体地说，如果将重传调度的处理时刻向前调整，即增加TUL或TDL的时间长度实现上下行处理在不同的子帧，但上行的重传信息或下行的重传信息无法在调整后的上行重传调度或下行重传调度的处理时刻之前到达MAC调度器。此时需要将重传调度处理时间向后调整，即采用延长RTT的方法实现分时调度。调整的大小可根据具体情况灵活处理，但需遵循以下原则：
1.向后调整的时间长度尽可能短；
2.调整后不再发生处理冲突，即调整后的上行重传处理时刻不需要同时进行下行调度处理，或调整后的下行重传处理时刻不需要同时进行上行调度处理。
本发明实施例中假定基站硬件处理时间与现有技术相同，在此前提下，在UL/DL配比0-6中，配比0，1，2能够直接通过时序调整，将上、下行调度分配在不同子帧分别处理；UL/DL配比3-6均无法直接进行时序调整，但通过延长某些下行HARQ进程的往返时延(RTT，Round-Trip Time)时间长度，可以实现上、下行分时调度。这样会使UE的HARQ进程在某个子帧暂时挂起，从而一个UE不能在多个子帧内连续得到调度。但一个UE在连续的下行子帧中，不能调度的子帧比例较低，具体比例值取决于硬件处理时间，本实施例中假设该比例为1/16至1/4，并且实际商用的系统中承载的用户数将远大于1，当一个UE暂时无可用HARQ进程时，eNB仍可以调度其他UE，因此，该发明在降低硬件处理量的同时，对系统性能无明显影响。
●实施例一：直接实现分时调度的场景
以UL/DL配置1场景为例，说明本发明实施例一的业务面时序处理设计方案。但本发明不仅限于该场景，还适用于UL/DL配比0和2。
本发明实施例一中，在调度处理时刻和授权发送时刻之间，留给基带处理的上、下行调度时间余量TUL和TDL不再仅根据硬件处理能力配置为固定值，而是对于不同的上行子帧，TUL的取值会有所不同，同样，对于不同的下行子帧，TDL的取值也会不同。但是TUL和TDL的取值仍需要考虑硬件处理能力，其大小应大于硬件处理的最短时间要求。
以UL/DL配置1场景为例，如图4所示为本发明实施例一提供的时序调整示意图，其中，标有“R8/U8”的带阴影方框表示调整位置后的子帧8的上行新数据传输及重传调度的处理时间，标有“Re1”以及“D4”的带阴影方框表示调整位置后的子帧1的下行重传调度、子帧4的下行调度的处理时间。其他图例参照图2的说明。
按照本发明的设计，上、下时间余量的取值分别为：
对于上行子帧3和8的新数据传输及重传，时间余量TUL＝2；
对于上行子帧2和7的新数据传输及重传，时间余量TUL＝1；
对于下行子帧4和9的新数据传输，时间余量TDL＝3；
对于下行子帧0，1，5和6的新数据传输，时间余量TDL＝2；
对于下行子帧1和6的重传，时间余量TDL＝3；
对于下行子帧0，4，5和9的重传，时间余量TDL＝2。
调整后的处理时序为：
子帧0：UL子帧7的调度处理；
子帧1：DL子帧4的调度处理；
子帧2：UL子帧8的调度处理；
子帧3：DL子帧5的调度处理；
子帧4：DL子帧6的调度处理；
子帧5：UL子帧2的调度处理；
子帧6：DL子帧9的调度处理；
子帧7：UL子帧3的调度处理；
子帧8：DL子帧0的调度处理；
子帧9：DL子帧1的调度处理。
由图4可见，按照上述时间余量配置后，不再出现某个子帧同时处理上行和下行资源调度的情况，同时，由子帧1和子帧6的重传调度处理时间提前1个子帧进行，与现有方案相比，只需将调度结果多存储1ms，并不会对UE的HARQ进程带来影响。因此，该方案可有效实现上、下行调度分时处理，降低瞬时运算量，各子帧处理复杂度平均化的目的。
●实施例二：通过延长RTT实现分时调度的场景
以UL/DL配置5场景为例，说明本发明实施例二的业务面时序处理设计方案。但本发明不仅限于该场景。
与上述UL/DL配置1场景相似，在UL/DL配置5场景中，本发明留给基带处理的上、下行调度时间余量TUL和TDL也会对于不同的子帧配置不同取值，但是TUL和TDL的配置仍需要考虑硬件处理能力，其大小应大于硬件处理的最短时间要求。
如图5所示为本发明实施例二针对UL/DL配置5场景提供的时序调整示意图。子帧下方第一排的标有“Re0”的向下箭头表示没有进行调整前，下行子帧0的重传授权PDCCH及重传数据的发送时刻，子帧下方第二排的标有“Re0”的向下箭头表示调整位置后，下行子帧0的重传授权PDCCH及重传数据的发送时刻。标有“R2/U12”的向下箭头表示上行子帧12新数据传输的PDCCH授权，以及上行子帧2重传授权和PHICH的发送时刻。标有“Re0”的方框表示子帧0的下行重传调度的处理时间，标有“D5”的方框表示子帧5的下行调度的处理时间，标有“D5”的带阴影方框表示子帧5的下行调度的处理时间，标有“R2/U12”的方框表示子帧12的上行新数据传输及子帧2重传调度的处理时间。
如图5所示，子帧0下行传输数据的ACK/NACK将在子帧12反馈给eNB，eNB的基带对ACK/NACK进行处理，然后将结果上报给MAC用于调度。如果采用UL/DL配比1场景的方法，为避免子帧3的重传调度与上行子帧22的调度冲突，而将子帧0，1，3的重传调度提前一个子帧进行，则前提是eNB的基带必须在1ms内完成处理流程并将ACK/NACK结果在子帧14之前上报MAC。如果硬件处理能力无法保证该要求，则需要采用与UL/DL配比1场景不同的TUL和TDL配置方案。下面给出UL/DL配置5场景下，当ACK/NACK无法及时到达MAC，上、下时间余量的取值：
■对于上行子帧2的新数据传输和重传，时间余量TUL＝1
■对于下行子帧3～9的新数据传输，时间余量TDL＝3
■对于下行子帧0和1的新数据传输，时间余量TDL＝2
■对于下行子帧0，1和5～9的重传，时间余量TDL＝3
■对于下行子帧3，4的重传，时间余量TDL＝2
经过调整后的处理时序为：
子帧0：DL子帧3的调度处理；
子帧1：DL子帧4的调度处理；
子帧2：DL子帧5的调度处理；
子帧3：DL子帧6的调度处理；
子帧4：DL子帧7的调度处理；
子帧5：DL子帧8的调度处理；
子帧6：DL子帧9的调度处理；
子帧7：UL子帧2的调度处理；
子帧8：DL子帧0的调度处理；
子帧9：DL子帧1的调度处理。
由图5可见，按照上述时间余量配置后，不会出现某个子帧同时处理上行和下行资源调度的情况，从而实现上、下行调度分时处理，降低瞬时运算量，各子帧处理量平均化的目的。
与实施例一的直接实现分时调度的UL/DL配置1场景相比，实施例二需要把子帧3，4和5的重传调度处理推迟1个子帧进行，这样处理的代价是，为避免下行重传冲突，每个下行子帧的重传都将向后推迟1个下行子帧，从而使该场景的下行HARQ进程RTT时间延长，导致UE可能牺牲一些调度机会。现将对此详细说明：
以子帧4的下行调度为例，其初次传输位于子帧4，其重传时刻推迟到子帧21。在子帧4至子帧21之间共有16个DL子帧，而配置5场景的下行HARQ进程数为15，表明对于一个UE而言，在16个DL子帧中有1个将由于HARQ进程尚未释放而无法得到调度。极限情况下，当系统仅存在一个UE时，DL资源中因没有进程而无法调度的比例为1/16。而由于实际系统中承载的用户数远大于1，当一个UE暂时无可用HARQ进程时，eNB仍可以调度其他UE，因此本发明在降低硬件处理量的同时，对实际的系统性能无明显影响。
本发明方案适用的通信系统包括但不限于TDD LTE/LTE-Advanced系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (4)
1.一种LTE系统的业务面时序实现方法，包括如下步骤：
A、基站在进行媒体接入控制层调度前，判断按照默认的上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL，是否存在同一子帧同时处理下行调度和上行调度，若是，执行步骤B，否则退出本流程；
B、针对各子帧分别调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL为增加TUL或TDL的时间长度，则需要保证上行的重传信息或下行的重传信息能够在调整后的上行重传调度或下行重传调度的处理时刻之前到达MAC调度器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述调整其上行调度时间余量TUL和下行调度时间余量TDL为减小TUL或TDL的时间长度，则所述调整后的上行调度时间余量TUL′和下行调度时间余量TDL′需要大于硬件处理的最短时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B之后进一步包括：
C、判断是否可以实现上、下行子帧的调度处理流程在不同子帧上完成，若是，结束本流程，否则执行步骤D；
D、通过延长下行混合自动重传请求进程的往返时延，实现同一子帧仅处理上行调度或仅处理下行调度。
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