TD?LTE上行HARQ技术设计与实现

摘 要： 为了应对新兴无线宽带技术的竞争以及满足更高的峰值速率，3GPP提出了长期演进LTE。混合自动请求重传（HARQ）技术是保证无线通信系统高速率传输和高服务质量的关键技术之一。通过介绍TD?LTE上行HARQ过程，设计上行HARQ过程的具体实现流程并以TDD UL/DL Configuration 2为例说明自适应重传和非自适应重传的过程以及在下行信道PHICH上ACK/NACK的反馈情况。

关键词： TD?LTE； HARQ； TDD； 上行

中图分类号： TN92?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0019?03

Design and implementation of up?link HARQ technology in TD?LTE system

REN Hu?qiang， CHEN Guo?ping

（Laboratory of Theory and New Technology of Electrical Engineering， Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065， China）

Abstract： In response to the competition with emerging wireless broadband technology and to meet higher peak rate， long term evolution is presented. Hybrid automatic retransmission request （HARQ） technology is one of the key technologies to ensure the high rate and high quality service of wireless communication system transmission. With the introduction of TD?LTE uplink HARQ process， the concrete realization of uplink HARQ process is designed， and the TDD UL/DL Configuration 2 is taken as an example to explain the adaptive and non?adaptive retransmission process and the ACK/NACKs feedback in downlink channel of PHICH.

Keywords： TD?LTE； HARQ； TDD； uplink

0 引 言

在现代无线通信系统中，数据传输的有效性和可靠性是衡量一个系统的重要指标[1]。特别对于LTE系统要求高速率、高服务质量以及高灵活性需要中，HARQ技术更体现出其重要性。HARQ技术基于ARQ技术的改进之上，采用有效的差错控制等技术来保障数据传输的可靠性[1]。

1 HARQ技术介绍

1.1 同步和异步HARQ

同步HARQ和异步HARQ是HARQ传输的两种机制。下面以TDD UL/DL Configuration2的重传为例进行说明，其配置表见表1。同步HARQ是指一个HARQ进程的重传发生在固定的时刻，根据表1得知，TDD配置2在子帧3收到基站下发的DCI后在子帧7进行上行数据的传输，由表2得知子帧7是上行时隙。当基站收到数据或数据解码失败后，经过6个时隙后返回NACK，即终端需在帧[n+1]中的子帧3时刻进行重传。由此可见，同步HARQ机制中，对于同一个进程而言数据的新传和重传发生在已知的时刻。因此不需要额外的信令开销来标示HARQ进程的序号，此时的HARQ进程的序号可以从子帧号获得[2]。异步HARQ是指一个HARQ进程的传输或重传可以在任何时隙中传输。同上，终端在接收到返回的NACK后，不需要在帧[n+1]中的子帧3时刻进行重传，而是在收到NACK之后的任何一个空闲时隙中均可进行传输。接收端不知道传输的发生时刻，因此HARQ进程的处理序号需要连同数据一起发送[1]，从而花费更多的信令开销。

表1为LTE TDD的7种配置，根据上下行时隙配比的不同来区分不同的业务。每一种配置对应不同数量的进程数，Frame n下的0～9表示第n帧的时隙，由表1可知每帧包含10个时隙。每个时隙中对应的数表示HARQ进程新传发生的时刻或重传时时隙的偏移量。

表2是TDD UL/DL Configuration2的时隙结构，第一行的数字代表的是时隙，第二行的字母表示上行或下行时隙。其中D表示下行时隙，U表示上行时隙，S表示导频时隙，即可以用来传输上行业务，也可以用来传输下行业务。

表1 TDD UL/DL配置表

[TDD UL/DL Configuration＼&进

程

数＼&Frame n＼&0＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&9＼&0＼&7＼&4＼&6＼&＼&＼&＼&4＼&6＼&＼&＼&＼&1＼&4＼&＼&6＼&＼&＼&4＼&＼&6＼&＼&＼&4＼&2＼&2＼&＼&＼&＼&4＼&＼&＼&＼&＼&4＼&＼&3＼&3＼&4＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&4＼&4＼&4＼&2＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&4＼&4＼&5＼&1＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&4＼&＼&6＼&6＼&7＼&7＼&＼&＼&＼&7＼&7＼&＼&＼&5＼&]

表2 配置2的时隙表

[0＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&9＼&0＼&1＼&2＼&3＼&4＼&5＼&6＼&7＼&8＼&9＼&0＼&1＼&2＼&3＼&D＼&S＼&U＼&D＼&D＼&D＼&S＼&U＼&D＼&D＼&D＼&S＼&U＼&D＼&D＼&D＼&S＼&U＼&D＼&D＼&D＼&S＼&U＼&D＼&]

1.2 自适应和非自适应HARQ

根据重传时的数据包格式的特征是否发生变化可将HARQ分为非自适应和自适应两种。其中传输的数据特征包括资源块的分配、调制方式、传输块的长度、传输的持续时间[3]。自适应HARQ传输是指在每一次重传过程中，发送端可以根据实际的信道状态信息改变部分的传输参数，因此在每次传输的过程中包含传输参数的控制信令信息要一并发送。可改变的传输参数包括调制方式、资源单元的分配和传输的持续时间等[3]。在非自适应HARQ系统中，这些传输参数相对于接收端而言都是预先已知的，因此包含传输参数的控制信令信息在非自适应系统中是不需要被传输的[3]。

2 上行HARQ过程

根据3GPP协议，UE在完成RA过程之后与基站建立连接，从而进行数据的传输。UE与基站在建立连接之后的信令流程如下：

（1） 基站发送DCI给UE。

（2） 如果UE成功接收到基站发送的DCI，则UE根据DCI格式中的NDI参数选择进行新传或重传数据；如果UE没有收到基站发送的DCI，则UE选择进行重传；

（3） 基站接收UE发送的数据并进行解码。如果基站成功解码UE发送的数据，则反馈ACK给UE；如果解码错误，则反馈NACK给UE[4]。

2.1 上行HARQ处理流程

基站MAC接收模块收到通过PUSCH传输的上行数据后通过上行HARQ进行处理[5]。处理流程如图1所示。

图1 上行HARQ处理流程图

2.2 基站接收ACK/NACK消息流程

基站MAC层接收模块收到PUSCH或PUCCH上的ACK/NACK消息数据通过下行HARQ处理[5]。处理流程如图2所示。

图2 基站接收ACK/NACK消息流程图

2.3 上行HARQ时隙流程

下面以TDD UL/DL Configuration 2为例，根据具体时隙对HARQ新传、自适应HARQ重传和非自适应HARQ重传进行分析。

首先UE在接收到DCI0（NDI为0）后第一次发送数据，基站反馈NACK；在UE收到NACK之后进行非自适应重传，基站反馈NACK并重新发送DCI0（NDI为0），UE进行自适应重传，基站反馈ACK并发送DCI0（NDI为1），当UE接收到的NDI为1时跟上次传输的NDI（为0）进行对比发现NDI的值进行了翻转，从而认为UE发生一次新传，基站反馈ACK。此时，UE实现了新传、非自适应重传跟自适应重传。具体如表3所示[4，6]。

根据表3可知，基站在（0，3）时刻发送一个DCI0（NDI为0）给UE一个有效的上行授权，然后UE在（0，7）时刻第一次传输一个数据，基站在（1，1）时刻没有收到UE传输的数据，反馈一个NACK；然后UE在（1，5）时刻进行非自适应的重传，基站在（1，9）时刻又反馈一个NACK并同时发送一个DCI0（NDI为0），UE在（2，3）时刻进行自适应重传，基站在（2，7）时刻收到数据传输并反馈ACK并同时发送一个DCI0（NDI为1）来发送一次新传，则UE在（3，1）进行新数据传输，基站在（3，5）成功接收数据则反馈ACK[6]。

表3 上行HARQ时隙流程表

[（0，0）＼&（0，1）＼&（0，2）＼& （0，3）＼&（0，4）＼&（0，5）＼&（0，6）＼& （0，7）＼&（0，8）＼& （0，9）＼&＼&＼&＼& ＼&＼&＼&＼& ＼&＼&＼&＼&＼&＼& D（0）＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&（1，0）＼&（1，1）＼&（1，2）＼& （1，3）＼&（1，4）＼&（1，5）＼&（1，6）＼& （1，7）＼&（1，8）＼& （1，9）＼&＼& ＼&＼&＼&＼& ＼&＼&＼&＼& ＼&＼& N＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼& N/D（0）＼&（2，0）＼&（2，1）＼&（2，2）＼& （2，3）＼&（2，4）＼&（2，5）＼&（2，6）＼& （2，7）＼&（2，8）＼& （2，9）＼&＼&＼&＼& ＼&＼&＼&＼& ＼&＼&＼&＼&＼&＼& D（0）＼&＼&＼&＼& A/D（1）＼&＼&＼&（3，0）＼&（3，1）＼&（3，2）＼& （3，3）＼&（3，4）＼&（3，5）＼&（3，6）＼& （3，7）＼&（3，8）＼& （3，9）＼&＼& ＼&＼&＼&＼& ＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼& A＼&＼&＼&＼&＼&]

注：表中[A]表示收到ACK，[N]表示收到NACK；[D（0）]表示基站发送的是DCI0（NDI为0），[D（1）]表示发送的是DCI0（NDI为1）；[（a，b）]表示数据发送或接收的时刻。其中[a]表示系统帧，其范围为[0，1 023]；[b]表示子帧，其范围为[0，9] [5]。

3 小 结

无线系统中干扰是无法避免的，这使得无线信道环境有时候会变得很差。所以数据在重传的过程中，可以根据信道环境质量的好坏自适应地改变重传的传输方式，称为基于IR类型的异步自适应HARQ方案。这种方案可以根据时变信道环境的特性有效地分配资源，但是具有灵活性的同时也带来了更多的系统复杂性[3]。在每次重传过程中包含传输参数的控制信令信息必须与数据包一起发送，这样就会造成额外的信令开销，而同步HARQ在每次重传过程中的重传包格式、重传时刻都是预先已知的，因此不需要额外的信令信息[3]。

3.1 同步HARQ的优点

（1） 从同步HARQ中得知，该机制不需要传输HARQ进程号等，故而花费较小的信令开销。

（2） 同步HARQ不需要额外的调度，这使得在非自适应系统中接收端操作复杂度降低。

（3） 由于同步HARQ控制信道的信令信息在重传时与初始传输是相同的，这样就可以在接收端进行软信息合并从而提高控制信道的性能，提高了控制信道的可靠性[3]。

3.2 异步HARQ的优点

（1） 虽然异步HARQ花费更多的信令开销，但是如果采用完全自适应的HARQ技术，同时在资源分配时可以采用离散、连续的子载波分配方式，这将大大的提高系统调度的灵活性[1]。

（2） 异步HARQ通过ACK Bunding&Multipluxing可支持一个子帧的多个HARQ进程。

（3） 异步HARQ使得重传调度的灵活性提高。

4 结 语

本文通过对TDD模式 HARQ技术理论的介绍，重点从HARQ技术的协议入手，详细的分析了上行HARQ新传、自适应HARQ重传以及非自适应HARQ重传的整个过程。通过对上行HARQ流程的研究，得出同步HARQ和异步HARQ各自的优点和缺点，使得在工程中能够根据各自特点得以应用。

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