0 引言

    滿足LTE-A系統最大100 MHz傳輸帶寬需求的方法是在LTE系統上定義更寬的傳輸帶寬，但是由于達到100 MHz帶寬的連續頻譜很難找到，因此在LTE-A中引入了載波聚合技術^[1]。LTE-A的傳輸帶寬由多個LTE載波聚合而成，LTE-A可以看作是LTE多載波的一種延伸技術。對于采用載波聚合的UE，有一個主服務小區和一個或多個輔服務小區，下行反饋的資源只能在主服務小區中分配，輔服務小區只為用戶設備提供額外的無線資源。因為PUCCH資源較少，所有來自輔服務小區的下行反饋，包括下行HARQ反饋都只能通過主服務小區的PUCCH來傳輸。

對于TDD-LTE-A載波聚合系統，每個成員載波都有自己的上下行配置用來指定它的上下行子幀分配，如表1所示。

    本文提出了一種最大程度減少TD-LTE-A載波聚合系統下行HARQ反饋時延的改進方法^[2]。當UE分得一個輔服務小區時，eNB計算基于其對應上下行配置的新輔服務小區的下行HARQ往返時延。如果這個新的輔服務小區往返時延小于主服務小區的往返時延，eNB就將分配一個可靠的PUCCH資源給這個輔服務小區用來傳輸下行HARQ反饋，否則，這個輔服務小區的下行反饋就通過主服務小區的PUCCH傳輸，這樣就明顯減小了下行HARQ的往返時延。

1 下行HARQ反饋

    HARQ技術是將前向糾錯編碼（FEC）技術和自動重傳請求（ARQ）技術有效結合起來的一種差錯控制機制。下行HARQ流程的傳輸時序示例如圖1所示。

    UE首先通過PUCCH向 eNB 反饋上次傳輸的 ACK/NACK 信息。此ACK/NACK信息經過一定的上行傳輸延遲到達eNB，eNB對PUCCH的ACK/NACK信息進行解調和處理，并根據ACK/NACK信息和下行資源分配情況對重傳數據進行調度。然后PDSCH按照下行調度的時域位置發送重傳數據，并經過一定的下行傳輸延遲到達UE端。UE經過一定的處理延遲對下行重傳完成處理，并通過PUCCH再次反饋針對此次重傳的ACK/NACK信息。一個下行HARQ的RTTs到此結束。一般用RTTs衡量下行HARQ反饋的時延性能，本文中，RTTs定義為下行HARQ重傳的時間周期。

    通常假設，當UE或者eNB接收到上行或下行數據后，將用3 ms時間來處理接收到的數據和準備相應ACK/NACK信息的傳輸，因此，基于這種假設RTTs就能被計算出來。在LTE R-11協議中，引入了成員載波根據上下行配置進行聚合的場景，文獻[3]規定，當不同上下行配置的成員載波被聚合，成員載波的下行HARQ反饋通過PUCCH的主服務小區傳輸，因此，即使輔服務小區有用于傳輸下行HARQ反饋的上行子幀，也必須使用或等待主服務小區的上行子幀，這樣就導致了很高的時延。以上下行配置0的第一個子幀（子幀0）為例，當UE在子幀0接收到下行數據，需要3 ms（3個子幀）時間來處理接收到的數據，然后在子幀3的時隙發送ACK/NACK信息，當eNB處理完ACK/NACK信息后，子幀7的時隙到來，這是個上行子幀。eNB必須等待下一個下行子幀（子幀0）來重傳下行數據，這樣，下行HARQ的RTTs就為10 ms，這是子幀0到子幀9（下行數據能重傳之前的子幀）之間的時間周期。

    采用上面提到的方法，每個不同上下行配置的子幀的RTTs就能夠被計算出來。表2列出了每個不同上下行配置的下行HARQ反饋的RTTs，通過表2可以看出不同上下行配置的小區，其時延也不同。

    如果在LTE-A中引入聚合，則所有來自輔服務小區的下行HARQ反饋必須通過主服務小區的上行子幀來傳輸[4]，在這種情況下RTTs計算方法就略微不同。假設主服務小區采用上下行配置4，輔服務小區采用上下行配置0。以上下行配置0的第一個子幀(子幀0)為例，當UE在子幀0接收到下行數據，它需要3 ms(3個子幀)來處理接收到數據，在子幀3的時隙中，UE能夠通過輔服務小區來發送ACK/NACK消息。但是，采用上下行配置4的輔服務小區的子幀3是一個下行子幀，所以必須推遲到下一個上行子幀（下一無線幀的子幀2）來發送ACK/NACK消息。當eNB接收并處理完ACK/NACK消息后，能在子幀6（輔服務小區的特殊子幀）的時隙中進行重傳。這樣，下行HARQ 的RTTs就是16 ms，即子幀0到下一個無線幀的子幀5之間的時間間隔。

    表3給出了在不同輔服務小區上下行配置和固定主服務小區上下行配置（配置4）情況下，下行HARQ反饋的RTTs。很明顯，表3中RTTs平均值比表2中的大，原因是當不同上下行配置的成員載波被聚合，由于缺少輔服務小區的PUCCH，帶來了較高的輔服務小區下行HARQ反饋時延。因此，應該找出一種有效方法來改善下行HARQ反饋的時延性能^[5]。

2 一種改進的下行HARQ反饋方法

    針對前面描述的問題，為了減小TDD載波聚合系統的下行HARQ時延，提出了一種有效的改進方法^[6]。

    假設eNB端和UE端處理接收到的數據的時間都為3 ms，可以計算出不同上下行配置和固定輔服務小區配置（從配置0到配置6）的每個子幀的全部RTTs，最后得到了與表3相同的7個表。表3中，每種上下行配置的RTTs平均值能夠被計算出，例如，采用TDD配置0的輔服務小區的RTTs平均值等于13 ms((16+15+11+10)/4=13 ms)。與表2中采用上下行配置0的輔服務小區相比，RTTs的值變大了，因此，當主服務小區采用上下行配置4，新的輔服務小區采用上下行配置0時，eNB應該把PUCCH資源分配給輔服務小區，進行這種選擇主要考慮的因素是時延性能，基于這種方法得出了全部配置的選擇表格，見表4。需要注意的是如果在eNB或者UE端處理接收到數據的假設時間改變，表格也要做相應的改變。

    表4通過比較RTTs，得出了輔服務小區反饋或主服務小區反饋的最佳選擇方案^[7]，當分配給UE一個新的輔服務小區時，eNB首先比較主服務小區和輔服務小區的上下行配置，然后決定在主服務小區還是輔服務小區進行下行HARQ反饋。如果eNB決定在新的輔服務小區發送反饋，它將檢查UE是否有與這個新輔服務小區相同上下行配置的輔服務小區，目的是為了避免不可用的PUCCH分配，這樣就能夠幫助系統降低信號開銷。如果沒有這樣的輔服務小區，eNB將配置PUCCH，對輔服務小區來說，它是用于傳輸下行HARQ反饋的無線資源；如果存在這樣的輔服務小區，eNB就不會分配PUCCH資源。當接收到來自eNB輔服務小區配置無線資源控制的信號后，UE查找與這個新輔服務小區有相同上下行配置的現存的輔服務小區，然后，UE就在這個現存的輔服務小區的PUCCH資源上傳輸新輔服務小區的下行反饋^[8]。

    這種方法是根據eNB進行選擇，由于在輔服務小區中重新引入了PUCCH分配過程，因此信息結構需要做一些改變，引入一些新的信息單元（IEs）來指示PUCCH分配。所以需要對當前的格式做一些改變。如果用來比較上下行配置的新eNB模塊不可取^[9]，本節改進的方法也能用另一種方式來實現，決策模塊可以放到UE端，也就是說，eNB通常把PUCCH分配給新的輔服務小區，當UE接收到新的輔服務小區配置信息，它要根據表4比較這個輔服務小區和主服務小區的上下行配置。如果結果是在主服務小區反饋，UE就忽視對本輔服務小區的PUCCH分配，下行HARQ反饋將通過主服務小區傳輸；如果結果是在輔服務小區反饋，UE將自然地使用給輔服務小區配置的PUCCH，如果決策模塊放到UE端，UE應該提供額外的存儲空間來存儲比較表。除了eNB想更新本表格外，本表格不應該被改變。表5是使用本節改進的方法后主服務小區采用上下行配置4的RTTs值。

3 性能分析

    基于前面所提出的減少TDD-LTE-A載波聚合系統下行HARQ反饋RTTs值的改進方法，通過對比一般方法的RTTs值（見表3）和改進方法的相應RTTs值（見表5），發現當輔服務小區擁有的上行子幀比主服務小區多時，對采用上下行配置4的主服務小區，采用上下行配置0的輔服務小區的下行HARQ的RTTs與表3相比減少了23.1%，原因是上下行配置0比上下行配置4有更多的上行子幀。采用這種方法，這些上行子幀能夠被有效利用。例如主服務小區采用上下行配置4，輔服務小區采用上下行配置5時，主服務小區有更多的上行子幀來傳輸下行HARQ反饋。這種情況下，如果仍堅持在這個輔服務小區上傳輸下行HARQ反饋，則主服務小區的上行子幀就不能得到充分利用。因此，為了避免帶來的高時延，eNB將不會給輔服務小區分配PUCCH資源。表6是一般方法與改進方法的RTTs值比較，從表中很容易看出在不同上下行配置下的平均RTTs值。

    通過以上分析可知，本文提出的改進方法在減小下行HARQ反饋時延方面效果顯著，但同時這種方法對當前的協議標準也帶來一些影響，由于引入了eNB為輔服務小區配置PUCCH資源的新行為，因此指示輔服務小區PUCCH資源的新信息單元應該被添加到當前的規范中。

4 結論

    針對TDD-LTE-A載波聚合系統下行HARQ反饋時延較大問題，提出了一種低時延的下行HARQ反饋方法來改善傳輸性能。eNB通過比較當前輔服務小區和主服務小區的下行HARQ反饋RTTs值來決定是否分配PUCCH資源給新的輔服務小區。如果在時延方面有所改善，eNB在確認UE沒有相同上下行配置的輔服務小區后，給新輔服務小區分配PUCCH資源。另一種方法是eNB一直為輔服務小區分配PUCCH，由UE來決定是否使用PUCCH資源。分析表明這種改進方法是合理、可接受的，能明顯改善TD-LTE-Advanced系統下行HARQ反饋時延。

參考文獻

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