LTE(Long Term Evolution)項目是3G的演進，是3.9 G的全球標準，它改進并增強了3G 的空中接入技術。相比3G，LTE在系統帶寬、網絡時延、移動性方面都有了跨越式的發展。在LTE 中多用戶、小數據量的應用(例如VoIP)其數據包的大小相對比較固定，而且數據包之間的時間間隔也滿足一定的規律性，針對這種業務，LTE提出了一種全新的調度方式——半靜態調度SPS(Semi-Persistent Scheduling)，而HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)對保證傳輸質量有著重要作用。相對于下行資源，上行資源更為寶貴。為此，首先介紹了上行調度中的半靜態技術以及其HARQ操作，著重分析了HARQ過程中造成的資源碰撞問題并提出了解決方案。

1 半靜態調度傳輸
    演進基站eNB(evolve Node B）在連接建立時就配置好半靜態調度的參數，再通過PDCCH激活半靜態調度。一旦SPS調度被激活，UE將認為在固定周期的子幀上存在固定的頻域資源進行數據的收發。可見，SPS調度具有一次授權、周期使用的特點，這非常適合VoIP、視頻流等IP業務的傳輸。半靜態調度傳輸，可以充分利用話音數據包周期性到達的特點，一次授權，周期使用，可以有效地節省LTE系統用于調度指示的PDCCH資源，從而可以在不影響通話質量和系統性能的同時，支持更多的話音用戶，并且仍然為動態調度的業務保留一定的控制信息以供使用。
    完整的半靜態調度傳輸分為4個步驟：半靜態參數配置、半靜態調度激活、上下行半靜態傳輸與HARQ以及半靜態調度釋放。本文主要著重分析上行半靜態調度機制及其HARQ過程。
1.1半靜態參數配置(上行)
    網絡端RRC在連接建立時將參數配置給UE端的RRC層，經UE端RRC層解析出來之后保存，同時發給底層的MAC層。上行半靜態調度的主要參數包括：
    semiPersistSchedC-RNTI
    上行半靜態配置：
    semiPersistSchedIntervalUL
    ENUMERATED{10 ms,20 ms,32 ms,40 ms,64 ms,80 ms,
        160 ms,320 ms,640 ms}
    impliciReleaseAfter
    ENUMERATED{e2,e3,e4,e8}
    twoIntervalsConfig
    ENUMERATED{true}
1.2 上行半靜態調度及HARQ過程
    第N次半靜態數據傳輸的位置可以由下面的公式推算得出：
    (10×SFN+subframe)=[(10×SFNstart time+subframestort time)+
     N×semiPersisSchedIntervalUL]mod 102 40
    這里，SFN為上行半靜態數據傳輸的無線幀號，subframe為上行半靜態數據傳輸的子幀號，SFNstart time與subframestort time上行半靜態調度激活后第一次半靜態數據傳輸對應的無線幀號和子幀號，其中，N≥0,N=0對應激活后的第一次上行半靜態數據傳輸。
    LTE協議中規定，對于上行半靜態傳輸，數據的重傳方式可以是同步自適應HARQ或同步非自適應HARQ兩種方式，非自適應重傳用的是上一次傳輸所使用的資源和調制編碼方式。上行為同步HARQ，數據的初始傳輸以及重傳都有固定的時間間隔，所以會存在半靜態數據的非自適應重傳和周期性到達的新數據的碰撞問題，降低了資源利用率，本文以TDD(Time Division Dual)簡述存在的碰撞問題。
    對TDD上下行配置2，上行半靜態周期（semiPersistSchedIntervalUL)10 ms，如圖1所示。

    UE在子幀3收到SPS C-RNTI 擾碼的PDCCH，且DCI和NDI均符合半靜態激活條件時，在子幀7上進行半靜態調度的初始傳輸，且每隔10 ms發送一次上行數據。在子幀3上收到進程0的NACK反饋[1]，可以看到，進程1新數據的上行傳輸和進程0的重傳是在同一子幀，從而產生資源碰撞問題。
   由以上分析可知，對于進程0，第一次的上行重傳就產生碰撞，這對于系統的資源利用率和系統的穩定性有很大影響,對此,LTE提出了雙周期半靜態調度的解決方案。twoIntervalsConfig值置為true，且對于不同的初始上行半靜態調度起始位置，有相對應的子幀偏移(Subframe_Offset)[2]，第N次半靜態數據傳輸的位置可以由下面的公式推算得出：
    (10×SFN+subframe)=[(10×SFNstart time+subframestort time)+
            N×semiPersisSchedIntervalUL+Subforam_Offset×
        (N mod 2)]mod10240
其中，N≥0,N=0對應激活后的第一次上行半靜態數據傳輸。針對上面的情況，具體的調度方式如圖2。

    由圖2可以看出，進行雙周期配置后上行半靜態調度的周期變為:semiPersistSchedIntervalUL+SubframeOffset和semiPersistSchedIntervalUL+SubframeOffset。圖2中半靜態調度的周期變為5 ms和10 ms交替，且進程0的重傳次數由一次變為兩次，重傳次數的增加對于VoIP等業務的質量有了一定的提升。
2 問題分析及解決辦法
    在LTE系統中，對于TDD系統，一個VoIP包進行4次傳輸才基本上可以保證其傳輸質量[3]。對于上例中所述，相對于無雙周期的上行半靜態調度，雙周期配置的調度方式數據包重傳次數增加了一倍，但是對于VoIP的業務質量并有較大的提升。在重點研究了半靜態調度的初始調度位置和周期后，提出了以下解決方案。
2.1上行半靜態調度周期的選擇方案

　　根據1.2節的分析可以看出，選擇一個合適的半靜態周期可以相應地增加半靜態重傳的次數，對于雙周期配置，不同的上下行配置和上行半靜態初始位置，所對應的子幀偏移(Subframe_Offset)不同，第N1個半靜態數據包傳輸的位置可由下式得到：
    SPS initial place+(N1-1)×semiPersisSchedIntervalUL+
Subframe_Offset×(N1-1)mod2
    而某個數據的第N2次重傳的位置可由下式得到：
    Re transmission initial place+(N2-1)×Re transmissionInterval
    如果兩式相等，則可以判斷重傳是否與新數據的傳輸發生碰撞。可以得到下式：
    SPS initial place+(N1-1)×semiPersisSchedIntervalUL+
Subframe_Offset×(N1-1)mod2=Re transmission interval place+
(N2-1)×Re transmissionInterval
    由于具有雙周期配置的上行半靜態調度周期是短周期和長周期的交替，故只需選擇短周期和長周期上各一個數據包的傳輸案例，就可以代表整個半靜態調度的傳輸。以第一次和第二次半靜態數據包傳輸為例，針對不同的半靜態起始位置，分析滿足上述兩次傳輸的重傳都滿足至少4次傳輸的semiPersistSchedIntervalUL。
    對于上下行配置2，上行半靜態調度初始位置7，上行半靜態調度周期20 ms，子幀偏移為-5 ms，其新數據的傳輸次數與處于長周期和短周期的數據傳輸次數的仿真波形如圖3所示,圖中橫坐標為新進程傳輸次數，縱坐標為重傳數據的傳輸次數。從圖3中可以看出，在SPS周期為20 ms時，處于短周期和長周期的上行進程在第4次重傳時才與新數據發生碰撞，相對于上行半靜態調度周期10 ms，重傳次數增加。

    而在上行半靜態調度周期40 ms，子幀偏移為-5 ms的情況下，其新數據的傳輸次數與處于長周期和短周期的數據傳輸次數的仿真波形如圖4所示。

    處于長周期和短周期的進程重傳次數增加到8次，相對于上行周期20 ms，對于TDD系統，8次重傳已經足以保證一個VoIP包的傳輸質量。
    對于不同的上下行配置以及半靜態傳輸起始位置，通過2.1節中的公式仿真并進行分析，滿足處于長周期和短周期的數據傳輸次數至少4次的周期配置見表1。
2.2 碰撞進程延遲方案
    碰撞進程延遲方案原理：在上行半靜態周期配置較小的情況下，UE端利用2.1節中的公式進行判斷，若新數據與重傳數據發生碰撞，則延遲發送新進程到下一個半靜態發送時刻且將半靜態資源用于重傳數據的發送，這種犧牲新數據實時性的調度，保證了更多數據包的傳輸質量，且在周期配置較小的情況下，新數據延遲時間相對較小，對新數據的傳輸影響也相對較小，同時降低了資源碰撞的概率，提高了系統的性能。具體調度方式見圖5。

    如圖5所示，在上行半靜態周期配置10 ms，子幀偏移值為-5 ms時，進程0的重傳數據本來與進程2的新數據在子幀7上發生碰撞，這里將新進程2延遲到下一個半靜態傳輸時刻進行傳輸，這樣雖然進程2的新數據傳輸延遲了20 ms，但是使得進程0和進程1的數據傳輸次數達到4次，4次重傳已基本上可以保證一個VoIP數據包的傳輸質量,雖然進程2數據的發送延遲了20 ms，但是這種調度提高了整個系統數據包傳輸的有效性，相對于時延，數據包傳輸質量的提高給用戶帶來更好的業務體驗。
    調度是判斷一個系統好壞的重要因素。本文通過對上行半靜態調度機制的深入研究，分析了上行半靜態調度碰撞的原因，針對不同上下行配置和半靜態起始傳輸位置分別配置具有針對性的上行半靜態周期，同時提出并設計了在半靜態周期較小時的資源沖突解決方案，通過分析可以看出該方案能夠有效提高系統的穩定性和資源利用率。
參考文獻
[1] 3GPP TS 36.213 V9.0.1. Evolved Universal Terrestrial  Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures[S]. 2009.
[2] 3GPP TS 36.321 V9.1.0. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) Medium Access Control (MAC)protocol specification[S].2009.
[3] 白煒.LTE 系統的半靜態調度傳輸解決方案[J].郵電設計技術,2010(01):45-48.