張剛，劉是梟，姜煒，胡恒

?

動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)HARQ時(shí)序沖突的解決方案

張剛，劉是梟，姜煒，胡恒

（重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶 400065）

動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)的引入不僅能夠很好地解決突發(fā)性業(yè)務(wù)需求增長較快的問題，還能提升小區(qū)通信系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。在動(dòng)態(tài)TDD系統(tǒng)中，無線幀配置可以通過系統(tǒng)中的負(fù)載量來改變。但是一些子幀可能會(huì)在重配后改變傳輸方向，導(dǎo)致一些HARQ進(jìn)程出現(xiàn)時(shí)序沖突，影響系統(tǒng)性能。為了解決動(dòng)態(tài)TDD系統(tǒng)中的HARQ時(shí)序沖突問題，提出了一種基于過渡無線幀的混合自動(dòng)重傳方案。當(dāng)重配周期到來時(shí)，在重配點(diǎn)后增加一個(gè)過渡無線幀，使得HARQ時(shí)序以一種較簡單、時(shí)序沖突較少的方式過渡到重配后的無線幀。在LTE系統(tǒng)仿真平臺(tái)上建立HARQ模型進(jìn)行性能驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，所提方案能有效地提升系統(tǒng)資源利用率，并給系統(tǒng)平均吞吐量帶來增益。

動(dòng)態(tài)TDD；混合自動(dòng)重傳；過渡無線幀；時(shí)序沖突

1 引言

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（heterogeneous network，HetNet）中的微基站具有發(fā)射功率小、服務(wù)范圍小、部署靈活等特點(diǎn)，能夠提升人口密集區(qū)域和宏小區(qū)邊緣的用戶體驗(yàn)[1]。不僅如此，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中還能夠借助非授權(quán)頻譜資源來提升系統(tǒng)容量[2]。但是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中上下行業(yè)務(wù)具有很強(qiáng)的突發(fā)性，傳統(tǒng)的靜態(tài)配置上下行子幀的方式已經(jīng)不適合使用在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，否則將會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)。因此，第三代合作項(xiàng)目（Third Generation Partner Project，3GPP）深入討論了在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)的可行性[3]，通過快速改變子幀傳輸方向來適應(yīng)小區(qū)中業(yè)務(wù)的需求，進(jìn)而提升資源利用率和系統(tǒng)容量。目前5G通信系統(tǒng)正在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中，主要的應(yīng)用場景有增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、低時(shí)延高可靠性通信以及大規(guī)模機(jī)器通信[4]。未來，5G能夠覆蓋的場景將更加多元化、復(fù)雜化，動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)憑借其先天的優(yōu)勢也能更好地服務(wù)于5G用戶。

動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)的引入會(huì)帶來一些新的問題，其中包括子幀交叉干擾問題。參考文獻(xiàn)[5]通過檢測每個(gè)基站和每個(gè)終端所受干擾的來源，將相互干擾較為嚴(yán)重的基站或者終端分在一個(gè)簇中，使用相同的無線幀配置，這樣就能降低子幀交叉干擾的程度。此外，還包括在子幀重配點(diǎn)前后混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（hybrid automatic repeat request，HARQ）時(shí)序沖突的問題。跨越重配點(diǎn)的HARQ進(jìn)程可能會(huì)因?yàn)樽訋瑐鬏敺较虻母淖兌鵁o法發(fā)送上下行數(shù)據(jù)確認(rèn)信息（ACK/NACK），導(dǎo)致時(shí)序沖突。參考文獻(xiàn)[6]利用重配點(diǎn)前后無線幀配置中上下行子幀交/并集的關(guān)系來確定跨越重配點(diǎn)的時(shí)序。基于時(shí)序調(diào)整的方案是將發(fā)生混亂的時(shí)序向后延時(shí)到最近的一個(gè)可用子幀；而基于進(jìn)程縮減的方案是在重配點(diǎn)來臨時(shí)刻強(qiáng)制丟棄未傳輸成功的HARQ進(jìn)程，被丟棄的用戶數(shù)據(jù)交由高層的ARQ（automatic repeat request）機(jī)制進(jìn)行重傳，這樣就不會(huì)存在跨越重配點(diǎn)的時(shí)序，避免了沖突[7]。

針對(duì)動(dòng)態(tài)TDD系統(tǒng)中HARQ時(shí)序沖突的問題，提出了一種基于過渡無線幀的方案。在相關(guān)的學(xué)術(shù)領(lǐng)域中，過渡無線幀也有廣泛的應(yīng)用。比如在聲學(xué)中，過渡無線幀可以在低碼率編碼情況下用來合成語音[8]；在圖像處理時(shí)，過渡無線幀可以用于鏡頭邊界檢測技術(shù)[9]。而在本文中，在重配點(diǎn)后增加一段過渡無線幀，使得重配點(diǎn)前的HARQ時(shí)序以較簡單、時(shí)序沖突較少的方式過渡到重配點(diǎn)后的HARQ時(shí)序。從仿真結(jié)果來看，該方案會(huì)給系統(tǒng)上下行平均吞吐量帶來增益。

2 HARQ時(shí)序

2.1 TD-LTE系統(tǒng)中的HARQ時(shí)序

在傳統(tǒng)的TD-LTE系統(tǒng)中，支持7種固定的上下行子幀配置：DSUUUDSUUU、DSUUDDSUUD、DSUDDDSUDD、DSUUUDDDDD、DSUUDDDDDD、DSUDDDDDDD、DSUUUDSUUD[10]。這7種子幀配置有各自對(duì)應(yīng)的HARQ時(shí)序。其中，字母‘D’代表下行子幀，‘U’代表上行子幀，‘S’代表轉(zhuǎn)換特殊子幀。3GPP標(biāo)準(zhǔn)TS36.213中規(guī)定下行采用異步HARQ，接收端預(yù)先不知道重傳發(fā)生的時(shí)刻，因此在異步HARQ中需要有信令指示當(dāng)前傳輸?shù)腍ARQ進(jìn)程號(hào)；上行采用同步HARQ，HARQ進(jìn)程的傳輸和重傳發(fā)生具有固定的時(shí)序關(guān)系。

3GPP協(xié)議TS36.213的第7章中規(guī)定了下行HARQ時(shí)序，見表1[11]。表1單元格中的數(shù)字設(shè)為，其中代表：如果下行數(shù)據(jù)在子幀號(hào)為的子幀中傳輸并且，則其對(duì)應(yīng)的ACK/NACK信息將會(huì)在子幀號(hào)為的子幀中反饋；如果9<+20，則在當(dāng)前無線幀之后的第一個(gè)無線幀中子幀號(hào)為（是求余符號(hào)）的子幀中反饋ACK/NACK信息；如果，則在當(dāng)前無線幀之后的第二個(gè)無線幀中子幀號(hào)為的子幀中反饋ACK/NACK信息。表2給出了3GPP協(xié)議TS36.213中第9章的上行HARQ時(shí)序，其中單元格中的數(shù)字設(shè)為，分別代表：如果上行數(shù)據(jù)在子幀號(hào)為的子幀上傳輸，則相應(yīng)的調(diào)度信令在子幀號(hào)為的子幀中傳輸，上行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的ACK/NACK信息在子幀號(hào)為的子幀中傳輸，同步重傳子幀的子幀號(hào)是。若，則在前一個(gè)無線幀中子幀號(hào)為的子幀中傳輸調(diào)度信令；若出現(xiàn)9<+2<20、9<+3<20、或的情況，則與下行處理方式一致。

表1 TD-LTE下行HARQ時(shí)序配置

2.2 動(dòng)態(tài)TDD的HARQ時(shí)序沖突

動(dòng)態(tài)TDD下行HARQ時(shí)序沖突實(shí)例如圖1所示。根據(jù)表1中配置#3的下行時(shí)序規(guī)則，9號(hào)子幀發(fā)送的下行數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的ACK/NACK反饋應(yīng)當(dāng)在下一個(gè)無線幀的4號(hào)子幀上傳輸，但是從圖1中可以看出，重配后的無線幀是配置#4，4號(hào)子幀的傳輸方向相對(duì)于重配前發(fā)生了改變，不能傳輸相應(yīng)的ACK/NACK反饋，因此導(dǎo)致了時(shí)序沖突。

上行HARQ進(jìn)程同樣存在時(shí)序沖突，如圖2所示。根據(jù)表2中配置#1和配置#2的上行時(shí)序規(guī)則，重配后配置#1中2號(hào)上行子幀應(yīng)該收到上一個(gè)無線幀6號(hào)子幀發(fā)來的調(diào)度信令，但是配置#2中的6號(hào)子幀不會(huì)發(fā)送調(diào)度信令，反而配置#1中的2號(hào)子幀收到了重配前配置#2中8號(hào)子幀發(fā)來的調(diào)度信令UL grant 3，所以它能順利傳輸上行數(shù)據(jù)。重配后配置#1中的3號(hào)子幀傳輸方向相對(duì)于重配前發(fā)生了改變，根據(jù)表2中配置#1的時(shí)序規(guī)則，3號(hào)上行子幀應(yīng)該收到上一個(gè)無線幀9號(hào)子幀發(fā)送的調(diào)度信令，但是配置#2中的9號(hào)子幀不會(huì)發(fā)送調(diào)度信令，導(dǎo)致配置#1中的3號(hào)子幀不能傳輸上行數(shù)據(jù)，造成了資源浪費(fèi)。而根據(jù)表2中配置#2的時(shí)序規(guī)則，7號(hào)子幀傳輸?shù)纳闲袛?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的ACK/NACK信息應(yīng)該在下一個(gè)無線幀的3號(hào)子幀反饋，而重配后配置#1的3號(hào)子幀傳輸方向相對(duì)于重配前發(fā)生了改變，不能進(jìn)行ACK/NACK反饋，造成了上行時(shí)序沖突。

表2 TD-LTE上行HARQ時(shí)序配置

圖2 動(dòng)態(tài)TDD 上行HARQ 時(shí)序沖突

3 基于過渡無線幀的方案

過渡無線幀是指始于重配點(diǎn)的一個(gè)無線幀，位于重配點(diǎn)前后兩個(gè)無線幀之間。過渡無線幀能使HARQ時(shí)序以一種較簡單、時(shí)序沖突較少的方式過渡到重配后的無線幀，從而獲得更大的中長期系統(tǒng)整體增益。

3.1 過渡無線幀的選擇

由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中上下行業(yè)務(wù)量的變化速度非?？欤嘏浜蟮臒o線幀可能是任何一種配置。所以過渡無線幀應(yīng)該盡量適應(yīng)所有的重配情況，重配點(diǎn)之前的無線幀到過渡無線幀以及過渡無線幀到重配后的無線幀應(yīng)盡量不出現(xiàn)或者較少出現(xiàn)HARQ時(shí)序沖突問題。

上下行HARQ時(shí)序沖突統(tǒng)計(jì)見表3。由表3可知，上行的時(shí)序沖突情況要少于下行的時(shí)序沖突，只有從配置#1或者配置#2重配到其他配置時(shí)才可能存在HARQ進(jìn)程時(shí)序沖突。下行的時(shí)序沖突比較多，但是任何一種配置在重配時(shí)刻重配到配置#0和配置#6時(shí)都不會(huì)發(fā)生沖突。從配置#0過渡到其他任何一種配置同樣也不會(huì)存在時(shí)序沖突。雖然從配置#6過渡到其他配置可能發(fā)生沖突，但是從表1配置#6的時(shí)序規(guī)則中可以找到，發(fā)生沖突的僅有9號(hào)子幀，所以只需要修改小部分的時(shí)序即可。在統(tǒng)計(jì)的上行時(shí)序沖突信息中，配置#0和配置#6重配到任何一種配置同樣不會(huì)出現(xiàn)時(shí)序沖突的情況。雖然配置#1和配置#2重配到配置#0或者配置#6存在時(shí)序沖突的情況，但是從表2的時(shí)序信息中可以看出，發(fā)生時(shí)序沖突的是配置#1的8號(hào)子幀以及配置#2的7號(hào)子幀，所以同樣需要修改小部分的時(shí)序即可。所以理論上分析過渡無線幀的最佳對(duì)象是配置#0和配置#6。

表3 上下行HARQ時(shí)序沖突統(tǒng)計(jì)

3.2 詳細(xì)方案

由于過渡無線幀的存在，HARQ進(jìn)程的時(shí)序在重配時(shí)刻就要經(jīng)歷兩個(gè)過渡時(shí)段：一個(gè)是從重配前到過渡無線幀的時(shí)段，另一個(gè)是從過渡無線幀到重配后的時(shí)段。而在非重配點(diǎn)時(shí)刻，上下行HARQ時(shí)序依然使用TD-LTE系統(tǒng)中的時(shí)序規(guī)則操作。

（1）重配點(diǎn)前后的上下行反饋時(shí)序

兩個(gè)時(shí)段的上下行時(shí)序應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)。

?? 重配點(diǎn)前的上下行HARQ時(shí)序應(yīng)按照重配前的無線幀在TD-LTE系統(tǒng)中定義的時(shí)序操作。

?? 從重配點(diǎn)前無線幀跨越到過渡無線幀的上下行HARQ時(shí)序，按照重配點(diǎn)前無線幀在TD-LTE系統(tǒng)中定義的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行操作；由于過渡無線幀中的子幀傳輸方向發(fā)生改變而發(fā)生時(shí)序沖突時(shí)，則將發(fā)生沖突的時(shí)序調(diào)整到最近一個(gè)符合條件的子幀上。

?? 過渡無線幀中的上下行HARQ時(shí)序按照過渡無線幀在TD-LTE系統(tǒng)中定義的時(shí)序操作。

?? 從過渡無線幀跨越到重配后無線幀的上下行HARQ時(shí)序，按照過渡無線幀在TD-LTE系統(tǒng)中定義的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行操作；由于重配后無線幀的子幀傳輸方向發(fā)生改變而發(fā)生時(shí)序沖突時(shí)，則將發(fā)生沖突的時(shí)序調(diào)整到最近一個(gè)符合條件的子幀上。

?? 重配后無線幀中的上下行HARQ時(shí)序按照重配后子幀配置在TD-LTE系統(tǒng)中定義的時(shí)序操作。

基于過渡無線幀的下行HARQ反饋時(shí)序?qū)嵗鐖D3所示。實(shí)例中是配置#1重配到配置#2，過渡無線幀是配置#0。根據(jù)表1中配置#1的下行時(shí)序，配置#1中9號(hào)子幀發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的ACK/NACK反饋信息應(yīng)該在過渡無線幀的3號(hào)子幀上發(fā)送，過渡無線幀的3號(hào)子幀的傳輸方向是上行，所以不會(huì)發(fā)生時(shí)序沖突。根據(jù)表1中有關(guān)配置#0的下行時(shí)序，過渡無線幀的1號(hào)子幀所傳輸?shù)南滦袛?shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的ACK/NACK反饋信息應(yīng)該在過渡無線幀的7號(hào)子幀上傳輸；過渡無線幀的6號(hào)子幀所發(fā)送的下行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的ACK/NACK反饋信息將在無線幀2的2號(hào)子幀上發(fā)送。

（2）重配點(diǎn)前后上下行最大支持的進(jìn)程數(shù)

TD-LTE系統(tǒng)中的7種無線幀配置都有上下行最大支持的進(jìn)程數(shù)。當(dāng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)TDD重配后，上下行最大支持的進(jìn)程數(shù)可能增加或者減少。在從重配點(diǎn)前到過渡無線幀的時(shí)段中，如果重配前無線幀配置支持的最大HARQ進(jìn)程數(shù)大于過渡無線幀所支持的最大進(jìn)程數(shù)，則需要丟棄一些HARQ進(jìn)程，強(qiáng)制反饋ACK信息，而實(shí)際上沒有傳輸成功的進(jìn)程就會(huì)交由高層進(jìn)行ARQ重傳；如果重配前無線幀配置支持的最大HARQ進(jìn)程數(shù)小于過渡無線幀所支持的最大進(jìn)程數(shù)，則不做改變。

由于過渡無線幀的存在，一些沒有被丟棄并且未完成傳輸?shù)腍ARQ進(jìn)程又多了一次傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)，大大增加了傳輸成功的概率。而從過渡無線幀跨越到重配后的配置時(shí)，如果過渡無線幀所支持的最大進(jìn)程數(shù)小于重配后無線幀配置支持的最大HARQ進(jìn)程數(shù)，則需要在重配后的無線幀開啟若干個(gè)新的HARQ進(jìn)程；若過渡無線幀所支持的最大進(jìn)程數(shù)大于重配后子幀配置的最大HARQ進(jìn)程數(shù)，則需要將多余的進(jìn)程強(qiáng)制反饋接收成功，而實(shí)際上沒有傳輸成功的進(jìn)程則交由高層進(jìn)行ARQ重傳。

利用上行HARQ時(shí)序列舉了一個(gè)實(shí)例，如圖4所示。在TD-LTE系統(tǒng)中，配置#1、配置#0和配置#5支持的最大上行HARQ進(jìn)程數(shù)分別是4、7和1。在圖4的實(shí)例中，在重配前到過渡無線幀的時(shí)段中，配置#1最大支持的上行HARQ進(jìn)程數(shù)小于過渡無線幀所支持的最大上行HARQ進(jìn)程數(shù)，所以進(jìn)程數(shù)不做改變，進(jìn)程1到進(jìn)程4都得到了更多一次的傳輸機(jī)會(huì)；而從過渡無線幀跨越到重配后的無線幀時(shí)段，配置#5最大支持的上行HARQ進(jìn)程數(shù)小于過渡無線幀所支持的最大上行HARQ進(jìn)程數(shù)，所以進(jìn)程2、進(jìn)程3和進(jìn)程4都強(qiáng)制反饋接收成功，只有進(jìn)程1繼續(xù)操作在無線幀2上。

（3）重配點(diǎn)前后上行調(diào)度信令

如果在兩個(gè)時(shí)段出現(xiàn)了圖2中上行資源浪費(fèi)的情況，則需要增加若干個(gè)上行調(diào)度信令時(shí)序到最近符合要求的下行子幀。由于配置#0是上行資源最多的一種配置，所以它的上行調(diào)度信令充足，從過渡無線幀跨越到任何一種配置都不會(huì)出現(xiàn)上行資源浪費(fèi)的情況，圖5中上行調(diào)度信令時(shí)序?qū)嵗那闆r也是如此。根據(jù)表2中配置#2的時(shí)序規(guī)則，配置#2的2號(hào)上行子幀應(yīng)該收到上一個(gè)無線幀8號(hào)子幀發(fā)送的調(diào)度信令，但是過渡無線幀中8號(hào)子幀的傳輸方向是上行，不能發(fā)送調(diào)度信令。但是根據(jù)表2中配置#0的時(shí)序規(guī)則，6號(hào)子幀會(huì)為下一個(gè)無線幀中2號(hào)上行子幀發(fā)送調(diào)度信令UL grant 4，所以配置#2中的2號(hào)上行子幀仍然可以發(fā)送上行數(shù)據(jù)。而重配點(diǎn)前的配置#5只會(huì)在8號(hào)子幀發(fā)送調(diào)度信令UL grant 1，用來調(diào)度過渡無線幀中的2號(hào)上行子幀。而過渡無線幀中的3號(hào)子幀理應(yīng)收到重配前配置#5中6號(hào)子幀發(fā)送的調(diào)度信令，但是根據(jù)表2中配置#5的時(shí)序規(guī)則，6號(hào)子幀不會(huì)發(fā)送調(diào)度信令，這樣就造成了過渡無線幀3號(hào)上行子幀的資源浪費(fèi)。所以新增一個(gè)調(diào)度信令時(shí)序，由重配點(diǎn)前配置#5的9號(hào)子幀發(fā)送調(diào)度信令UL grant 2，用來調(diào)度過渡無線幀中的3號(hào)子幀。

4 仿真模型與結(jié)果分析

4.1 仿真模型

由于動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)大多被應(yīng)用在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的微小區(qū)中，所以借鑒3GPP協(xié)議中微基站的撒點(diǎn)方式、相應(yīng)的路徑損耗和陰影衰落的計(jì)算方式建立仿真模型[12,13]。模型的主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是：在一個(gè)宏基站所覆蓋的3個(gè)扇區(qū)內(nèi)以簇的方式進(jìn)行微基站撒點(diǎn)，在每個(gè)扇區(qū)的簇中隨機(jī)生成8個(gè)微基站；每一個(gè)簇中又需要隨機(jī)生成20個(gè)終端。仿真中的系統(tǒng)帶寬設(shè)置為20 MHz，信道模型為加性高斯白噪聲信道模型，調(diào)度方式采用公平調(diào)度算法，而業(yè)務(wù)模型為FTP 3模型，一個(gè)數(shù)據(jù)分組的大小為0.5 MB。

在完成基本的網(wǎng)絡(luò)模型后搭建動(dòng)態(tài)TDD模式下的HARQ模塊。每種配置在重配點(diǎn)未到來時(shí)按照協(xié)議中的HARQ時(shí)序運(yùn)行，在重配點(diǎn)過后立刻變換時(shí)序。每一次HARQ進(jìn)程數(shù)據(jù)傳輸成功，反饋“1”；否則，反饋“0”。判定數(shù)據(jù)是否傳輸成功通過接收端的接收信噪比計(jì)算得到。另外，每一個(gè)HARQ進(jìn)程的最大重傳次數(shù)為4次[14]。動(dòng)態(tài)TDD的重配周期有很多種選擇，最常見是10 ms、40 ms、200 ms以及640 ms[15]。本文仿真中用到的重配周期為40 ms。最后，將基于時(shí)序調(diào)整的方案、基于進(jìn)程縮減的方案以及基于過渡無線幀的方案都添加到仿真中，對(duì)比3種解決方案的優(yōu)劣性。

4.2 仿真結(jié)果分析

由于HARQ進(jìn)程的時(shí)序沖突以及上行資源浪費(fèi)總是發(fā)生在重配點(diǎn)前后，它們的存在會(huì)影響系統(tǒng)的吞吐量，所以在仿真中主要統(tǒng)計(jì)無處理、基于時(shí)序調(diào)整方案、基于進(jìn)程縮減方案以及基于過渡無線幀方案4種情況下的系統(tǒng)上下行平均吞吐量。在搭建仿真模型時(shí)，當(dāng)一個(gè)HARQ進(jìn)程在重配點(diǎn)時(shí)段發(fā)生沖突時(shí)，則將此次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)置為傳輸失敗。由于仿真主要集中在物理層，因而在搭建基于進(jìn)程縮減方案的模塊時(shí)，沒有高層ARQ的過程，將強(qiáng)制結(jié)束的HARQ進(jìn)程記為傳輸成功。仿真中用到的過渡無線幀為配置#0，相應(yīng)的仿真結(jié)果如圖6所示。其中橫坐標(biāo)表示每個(gè)手機(jī)終端每秒產(chǎn)生的業(yè)務(wù)量，代表的是網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載量；縱坐標(biāo)表示系統(tǒng)的平均吞吐量。

從圖6看，當(dāng)采用基于時(shí)序調(diào)整方案和基于過渡無線幀方案時(shí)，系統(tǒng)的上下行平均吞吐量在低負(fù)載時(shí)有明顯增益；但當(dāng)采用基于進(jìn)程縮減方案后，系統(tǒng)的上下行平均吞吐量出現(xiàn)了下降。隨著系統(tǒng)中負(fù)載量的增長，4種情況下的系統(tǒng)上下行平均吞吐量變化都呈現(xiàn)下降趨勢，數(shù)值差距也越來越小。在高負(fù)載的情況下，3種解決方案下的系統(tǒng)平均吞吐量與無處理時(shí)的數(shù)據(jù)差別不大。

當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)載量較低時(shí)，信道狀況較好，HARQ進(jìn)程的數(shù)據(jù)傳輸成功率很大，而且每個(gè)進(jìn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，業(yè)務(wù)傳輸所用的總時(shí)間較短。當(dāng)采用基于時(shí)序調(diào)整方案和基于過渡無線幀方案時(shí)，重配點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生時(shí)序沖突，相對(duì)于無處理時(shí)的情況能夠縮短一些業(yè)務(wù)傳輸?shù)目倳r(shí)間，這對(duì)最終系統(tǒng)平均吞吐量的結(jié)果影響是很大的，因此采用這兩種方案在低負(fù)載時(shí)會(huì)有明顯的增益。但是當(dāng)采用基于進(jìn)程縮減的方案時(shí)，在重配點(diǎn)來臨之前會(huì)強(qiáng)行停止相應(yīng)的HARQ進(jìn)程，導(dǎo)致并沒有跨越重配點(diǎn)的時(shí)序，一些重配后的子幀不會(huì)反饋ACK/NACK信息，這樣就造成了資源浪費(fèi)，還會(huì)增加業(yè)務(wù)傳輸?shù)目倳r(shí)間，并對(duì)吞吐量產(chǎn)生影響。雖然無處理時(shí)會(huì)存在時(shí)序沖突，但是也可能存在不產(chǎn)生沖突時(shí)序的情況，在總的業(yè)務(wù)傳輸時(shí)間上是優(yōu)于基于進(jìn)程縮減方案的，所以在低負(fù)載時(shí)基于進(jìn)程縮減的方案相對(duì)于無處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)增益。

當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)載量不斷上升時(shí)，網(wǎng)絡(luò)變得越來越擁擠，信道狀況變差，每一次HARQ進(jìn)程傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量減少，導(dǎo)致一個(gè)數(shù)據(jù)分組的傳輸時(shí)間越來越大。在這樣的背景下，重配點(diǎn)前后是否存在HARQ時(shí)序沖突、資源是否浪費(fèi)對(duì)業(yè)務(wù)傳輸總時(shí)間的影響變得很小，對(duì)系統(tǒng)平均吞吐量的影響也很小。所以在中高負(fù)載時(shí)，4種情況下系統(tǒng)吞吐量的差距就越來越小，漸漸地趨于一致。

基于時(shí)序調(diào)整方案雖然思路簡單，并且在仿真結(jié)果上與本文提出的基于過渡無線幀方案相似，但是在實(shí)現(xiàn)過程中需要對(duì)每一種重配關(guān)系預(yù)先定義重配的時(shí)序，在TD-LTE系統(tǒng)中有7種無線幀配置，重配點(diǎn)前后的組合就有49種，因此需要預(yù)定義49種重配時(shí)序，這樣會(huì)帶來較高的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和信令開銷；而基于進(jìn)程縮減方案雖然避免了大量地修改HARQ時(shí)序，卻在重配點(diǎn)強(qiáng)制停止了很多HARQ進(jìn)程，交由上層進(jìn)行ARQ重傳，這樣帶來的后果就是重配點(diǎn)后的一些子幀不會(huì)反饋相應(yīng)的ACK/NACK信息，造成了資源浪費(fèi)，增大了業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)間，帶來了較大的傳輸時(shí)延，降低了用戶體驗(yàn)[5]。這些劣勢也在仿真結(jié)果中得到了體現(xiàn)，基于進(jìn)程縮減方案下的系統(tǒng)平均吞吐量基本都比無處理時(shí)的情況差，只有當(dāng)負(fù)載量較高時(shí)才幾乎持平。

5 結(jié)束語

在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)能夠?qū)π^(qū)系統(tǒng)容量、資源利用率和用戶體驗(yàn)產(chǎn)生積極的影響。針對(duì)動(dòng)態(tài)TDD技術(shù)下無線幀重配時(shí)刻存在的HARQ進(jìn)程時(shí)序沖突問題，提出了一種基于過渡無線幀的解決方案。在無線幀重配點(diǎn)之后立即插入一個(gè)過渡無線幀，使得跨越重配點(diǎn)的HARQ進(jìn)程時(shí)序平穩(wěn)地過渡到重配之后的無線幀。并將基于時(shí)序調(diào)整方案和基于進(jìn)程縮減方案作為參考進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果表明，在低負(fù)載時(shí)，基于過渡無線幀方案和基于時(shí)序調(diào)整方案會(huì)給系統(tǒng)平均吞吐量帶來明顯增益，兩者的增益幅度相差不大；基于進(jìn)程縮減方案在性能上要略差，給系統(tǒng)平均吞吐量帶了負(fù)增益；隨著負(fù)載量的增大，3種方案對(duì)于系統(tǒng)吞吐量的影響變得越來越小，基于過渡無線幀方案和基于時(shí)序調(diào)整方案所帶來的增益也變得越來越小，最后，4種情況下的系統(tǒng)平均吞吐量趨于一致?；谶^渡無線幀方案除了在仿真結(jié)果上相比基于時(shí)序調(diào)整方案和基于進(jìn)程縮減方案具有明顯優(yōu)勢外，現(xiàn)實(shí)中的實(shí)現(xiàn)也更為簡單，所帶來的信令開銷也更小。

[1] DING M, LóPEZ-PéREZ D, XUE R, et al. Small cell dynamic TDD transmissions in heterogeneous networks[C]//IEEE International Conference on Communications(ICC), June 10-14, Sydney, Australia. New Jersey: IEEE Press, 2014: 4881-4887.

[2] 趙思聰, 黃磊, 申濱, 等. LTE-U: 未來移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展的助推劑[J]. 電信科學(xué), 2016, 32(4): 114-125.

ZHAO S C, HUANG L, SHEN B, et al. LTE-U: the propellant for development of future mobile communication system[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(4): 114-125.

[3] 3GPP. Further enhancements to LTE TDD for DL-UL interference management and traffic adaption: TR36.828, v11.0.0[S]. 2012.

[4] 陳曉貝, 魏克軍. 全球5G研究動(dòng)態(tài)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展[J]. 電信科學(xué), 2015, 31(5): 16-19.

CHEN X B, WEI K J. Global research and standardization progress of 5G[J]. Telecommunications Science, 2015, 31(5): 16-19.

[5] SUN F, ZHAO Y, SUN H. Centralized cell cluster interference mitigation for dynamic TDD DL/UL configuration with traffic adaptation for htn networks[C]//IEEE Vehicular Technology Conference (VTC Fall), September 6-9, Boston, USA. New Jersey: IEEE Press, 2015: 1-5.

[6] 付婷. TDD-LTE/LTE-A系統(tǒng)上下行干擾管理和業(yè)務(wù)自適應(yīng)增強(qiáng)研究[D]. 北京: 北京郵電大學(xué), 2013.

FU T. Research of UL-DL interference management and business enhance adaptively in TDD-LTE/LTE-A system[D]. Beijing: Beijing University of Posts and Telecommunications, 2013.

[7] 3GPP. Discussion on timing issues with dynamic TDD UL-DL configuration: R1-122510, TSG RAN1#69 [S]. 2012.

[8] 肖東, 莫福源, 陳庚, 等. 低碼率語音編碼中過渡無線幀對(duì)合成語音的影響[J]. 應(yīng)用聲學(xué), 2016, 35(1): 77-83.

XIAO D, MO F Y, CHEN G, et al. Effects of transition frame on synthesized speech in low bit rate speech coding[J]. Applied Acoustics, 2016, 35(1): 77-83.

[9] MOHANTA P P, SAHA S K, CHANDA B. A model-based shot boundary detection technique using frame transition parameters[J]. IEEE Transactions on Multimedia, 2012, 14(1): 223-233.

[10] 3GPP. Physical channels and modulation(release 13): TS36.211, v13.1.0[S]. 2015.

[11] 3GPP. Physical layer procedures(release 13): TS36.213, v13.1.1[S]. 2015.

[12] 3GPP. Study on licensed-assisted access to unlicensed spectrum(release 13): TS36.889, v13.0.0 [S]. 2015.

[13] 3GPP. Further advancements for E-UTRA physical layer aspects(release 9): TS36.814, v9.0.0 [S]. 2010.

[14] 3GPP. Medium access control(MAC)protocol specification(release 13): TS36.321, v13.1.0[S]. 2015.

[15] 李原草, 高月紅, 張欣. 動(dòng)態(tài)TDD在LTE異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的性能分析[J]. 移動(dòng)通信, 2013(8): 175-178.

LI Y C, GAO Y H, ZHANG X. Performance analysis of dynamic TDD under LTE heterogeneous network[J]. Journal of Mobile Communications, 2013(8): 175-178.

Solution of HARQ timing collision in dynamic TDD technology

ZHANG Gang, LIU Shixiao, JIANG Wei, HU Heng

School of Communication Engineering, Chongqing University of Posts & Telecommunications, Chongqing 400065, China

Dynamic TDD system was introduced to satisfy the increasing business requirement and improve the system performance. In the dynamic TDD system, the frame configuration can be changed based on the traffic load. Since some subframes may change their transmission direction after reconfiguration, some HARQ process will become useless. In order to solve the collision problem of HARQ timing in dynamic TDD system, hybrid automatic retransmission scheme based on transitional radio frame was proposed. A radio frame will be added after the reconfiguration point. HARQ timing can transit to the reconfigured frame in a simple way with few collisions. Performance evaluation was provided to show the effectiveness of the scheme. Using the proposed scheme can bring benefits to the system average throughput and improve the system resource utilization rate.

dynamic TDD, hybrid automatic retransmission, transitional radio frame, timing sequence collision

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017078

2016?12?19；

2017?03?21

張剛（1976?），男，重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院副教授、碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榛煦绫Ｃ芡ㄐ藕臀⑷跣盘?hào)檢測。

劉是梟（1992?），男，重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院碩士生，主要研究方向?yàn)長TE-Advanced Pro/5G LAA技術(shù)、HARQ技術(shù)。

姜煒（1992?），男，重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院碩士生，主要研究方向?yàn)長TE-Advanced Pro/5G LAA技術(shù)、干擾協(xié)調(diào)技術(shù)。

胡恒（1992?），男，重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院碩士生，主要研究方向?yàn)?G中的V2X技術(shù)以及D2D技術(shù)。