LTE物理层介绍_传输调度
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传输调度
葛午未
内容
• 概述 • HARQ • 半静态调度
概述
• 上行调度过程
概述
• 下行调度过程
概述
• 共享资源调度传输
频 率 吞吐量 User 1 公平性 User 2
User 3
信道质量
User 4
业务QoS水平
User 5 干扰水平
时间 用户队列 影响因素 调度结果
概述
• 资源分配方式0：
HARQ——上行时序
• FDD
ACK/NAK @ eNodeB 0 nAN data @ eNodeB 0 TRX
Tp
Tp TTX
data @ UE
0
ACK/NAK @ UE TRTT=Nproc· sf T
t=0
HARQ——上行TDD时序
• TDD HARQ进程数
DL/UL allocation 5ms periodicity 1DL+DwPTS: 3UL 2DL+DwPTS : 2UL 3DL+DwPTS : 1UL Process number 7 4 2
TPC command for scheduled PUSCH Cyclic shift DM RS Modulation and coding scheme and redundancy version HARQ process number DCI format 0 set to ’00‘ set to ‘000’ MSB is set to ‘0’ DCI format 1/ N/A N/A N/A DCI format 2/ N/A N/A N/A
TYPE1 DL N RB N RB / P log 2 ( P) 1 个bits的bitmap表明
概述
• 资源分配方式1：
例如，系统带宽为36RB。
概述
• 资源分配方式2： 资源指示消息RIV由“起点RB的位置RB start ”和 “逻辑序号连续的RB的长度 LCRBs ”共同确定。
HARQ——下行时序
• FDD
t=0
TRTT=Nproc· sf T Tsf
t ReTX
data @ eNodeB
0
1
ACK/NAK @ eNodeB
0
1 TTX
Tp TRX
Tp
ACK/NAK @ UE
0
1
2
nAN
data @ UE
0
HARQ——下行时序
• TDD
0 T/R
RTT = 10 * Tsf
10ms periodicity
3DL+2DwPTS : 5UL
6DL+2DwPTS : 3UL
6ห้องสมุดไป่ตู้
3
7DL+DwPTS : 2UL
8DL+DwPTS : 1UL
2
1
半静态调度
• 半静态调度
频 率 半静态调度
20ms
20ms
时间
半静态调度
• 步骤一：半静态调度激活
在业务建立初期，将由RRC配置相关的半静态调度参数，如半静态传 输时间间隔，半静态调度小区无线网络标识（SPS-C-RNTI），上行传输 功率等。 UE除了接收到SPS-C-RNTI掩码的PDCCH以外，还需要检查PDCCH 中固定的比特位是否设置为预先规定好的值。
对所有RB进行分 System Bandwidth 组，若干连续RB构成 ≤10 RBG(Resource Block 11 – 26 Group)，以RBG为代 27 – 63 为采用bitmap方式指 64 – 110 示。每个RBG包含的 RB数P由系统带宽决定。
RBG Size (P) 1 2 3 4
1 2 3 4
Nproc = 6
0 1 2 3 4 0
TP 3*Tsf - 2*TP
0 T 0 R 1 2 3 1 2 3
TP
5*Tsf
4
0
1
2
3
4
4
0
1
2
3
4
RTT = 12 * Tsf
0 T/R 1 2 3 4
Nproc = 8
0 1 2 3 4 0 1 2
TP 6*Tsf - 2*TP
0 T 0 R 1 2 3 4 0 1 2 1 2 3 4 0 1 2
概述
• 资源分配方式2：
HARQ——介绍
• LTE中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选 择重传以及终端对物理层重传数据合并。
• 通过RV参数来选择虚拟缓存中不同编码比特的传送。 不同RV参数配置支持：
▫ CC（Chase Combining）（重复发送相同的数据）
▫ FIR（Full Incremental Redundancy）（优先发送校验 比特）
• 不同次重传，尽可能采用不同的r参数，使得打孔图 样尽可能错开，保证不同编码比特传送更为平均。
HARQ——介绍
• CC重传方式
HARQ——介绍
• IR重传方式
HARQ——介绍
• 同步HARQ：每个HARQ进程的时域位置被限制 在预定义好的位置，这样可以根据HARQ进程所 在的子帧编号得到该HARQ进程的编号。同步 HARQ不需要额外的信令指示HARQ进程号。 • 异步HARQ：不限制HARQ进程的时域位置，一 个HARQ进程可以在任何子帧。异步HARQ可以 灵活的分配HARQ资源，但需要额外的信令指示 每个HARQ进程所在的子帧。
N/A
FDD: set to ‘000’ TDD: set to ‘0000’
FDD: set to ‘000’ TDD: set to ‘0000’
半静态调度
• 步骤二：半静态调度的HARQ过程
FDD:
新数据和重传 数据发生碰撞
1 1
8ms 20ms 新数据 重传数据
1
1
2
1
8ms
2
1
3
时间
20ms
DRX
• On-duration timer: 在DRX模式下，每个DRX周期内，UE所需要 监听的PDCCH的子帧数目，在其余的时间内，UE就可以关闭其接收 机。 • DRX Inactivity Timer: 在UE成功地解码指示UL或DL初始传输的 PDCCH后，所连续监听的非活动的PDCCH的子帧数目，也就是说,必 须在此时间之内，没有监听到与UE相关的PDCCH，UE才能进入到 DRX状态。 • HARQ RTT Timer：UE等待DL HARQ重传之前所需要的最少的子 帧数目。对于FDD来讲,HARQ RTT Timer是8个子帧的数目。对于 TDD来讲，其大小为：从HARQ传输到对应的PHICH反馈时刻后推4 个子帧之后的第一个下行子帧时刻。 • drx-Retransmission Timer：UE在等待HARQ重传时所需要监听 的最大的PDCCH的子帧数目。理论上，对于每个非广播的HARQ进 程可以定义不同的drx-Retransmission Timer和HARQ RTT Timer。 在HARQ RTT Timer过时之后，启动drx-Retransmission Timer。
HARQ——介绍
• 自适应HARQ：可以根据无线信道条件，自适应的调 整每次重传采用的资源块（RB）、调制方式、传输 块大小、重传周期等参数。可看作HARQ和自适应调 度、自适应调制和编码的结合，可以提高系统在时变 信道中的频谱效率，但会大大提高HARQ流程的复杂 度，并需要在每次重传时都发送传输格式信令，大大 增加了信令开销。 • 非自适应HARQ：对各次重传均用预定义好的传输格 式，收发两端都预先知道各次重传的资源数量、位置、 调制方式等资源，避免了额外的信令开销。
CK A
接收
进程1 新包1 等待 进程1 新包2
N
CK A
等待 进程1 重传包2
HARQ——介绍
• 对于SaW HARQ，一次传输发出后，要等待RTT时间 才能决定下一次传输是新数据还是旧数据的重传。 • 并发HARQ进程可以不浪费RTT等待时间。 • RTT越大，需要越多的并行HARQ进程数量以填满 RTT 。 • FDD：RTT包括下行信号传输时间TP，下行信号接收 时间Tsf，下行信号处理时间TRX，上行ACK/NACK传 输时间TP，上行ACK/NACK接收时间TTX，上行 ACK/NACK处理时间TRX，即RTT = 2*TP + 2*Tsf + TRX + TTX • FDD：进程数等于RTT中包含的下行子帧数目，即 Nproc = RTT / Tsf
DRX(非连续接收)
• IDLE DRX：当UE处于IDLE状态下的非连续性接收，由 于处于IDLE状态时，已经没有RRC连接以及用户的专有 资源，因此这个主要是监听呼叫信道与广播信道，只要定 义好固定的周期，就可以达到非连续接收的目的。但是 UE要监听用户数据信道，则必须从IDLE状态先进入连接 状态。 • ACTIVE DRX：UE处在RRC-CONNECTED状态下的 DRX， 可以优化系统资源配置，更重要的是可以节约手 机功率，而不需要通过让手机进入到RRC_IDLE 模式来 达到这个目的，例如一些非实时应用，像web浏览，即时 通信等，总是存在一段时间，手机不需要不停的监听下行 数据以及相关处理，那么DRX就可以应用到这样的情况， 另外由于这个状态下依然存在RRC连接，因此UE要转到 支持状态的速度非常快。
HARQ——介绍
• “停-等”（Stop-and-Wait，SaW）HARQ
对于某个HARQ进程，在等到ACK/NACK反馈之前，此进程暂时中止， 待接收到ACK/NACK后，在根据是ACK还是NACK决定发送新的数据还是 进行旧数据的重传。
发送
进程1 新包1
等待
进程1 新包2
等待
进程1 重传包2
概述
• 资源分配方式1：
所有资源以RBG为单位，分为P个RBG子集(RBG Subset)，每个subset内以RB为单位，采用bitmap进行 指示。 部取哪个PRB）;
log 2 P 个bits表明分配的RBG子集（每个RBG内
1bit表明资源分配的是否偏移（是从最前面开始算， 还是从偏移一定位置以整个频率资源的最后一个RBG为 结束，即最后边界对齐）; 多个RBG的bitmap。
0 T 0 R 1 2 3 1 2 3
TP
4
0
1
2
3
4
4
0
1
2
3
4
n+7
0 T/R 1 2 3 4 0 1 2 3 4
TP 6*Tsf - 2*TP
0 T 0 R 1 2 3 4 0 1 2 1 2 3 4 0 1 2
TP
3
4
3
4
HARQ——下行时序
• TDD HARQ进程数
DL/UL allocation Process number
HARQ——上行同步非自适应
• eNodeB通过PHICH(物理HARQ指示信道)向UE 反馈上次传输的ACK/NACK信息，经过一定的延 迟到达UE • UE对PHICH的ACK/NACK信息进行解调和处理， 并根据ACK/NACK信息在预定义的时域位置通过 PUSCH发送重传数据，并经过一定的上行传输延 迟到达eNodeB端 • eNodeB经过一定的处理延迟对上行重传完成处理， 并通过PHICH再次反馈针对此次的重传信息 • 结束一个上行HARQ RTT传输。
HARQ——下行异步自适应
• UE通过PUCCH向eNodeB反馈上次传输的 ACK/NACK信息。经过一定的延迟到达eNodeB。 • eNodeB对PUCCH的ACK/NACK信息进行解调和 处理，并根据ACK/NACK信息和下行资源分配情 况对重传数据进行调度。 • PDSCH按照下行调度的时域位置发送重传数据， 并经过一定的下行传输延迟到达UE端。 • UE经过一定的处理延迟对下行重传完成处理，并 通过PUCCH再次反馈ACK/NACK信息。 • 结束一个下行HARQ RTT流程。
5ms periodicity
1DL+DwPTS : 3UL 2DL+DwPTS : 2UL 3DL+DwPTS : 1UL
4 7 10 6 9 12 15
10ms periodicity
3DL+2DwPT : 5UL 6DL+DwPTS : 3UL 7DL+DwPTS : 2UL 8DL+DwPTS : 1UL
半静态调度
TDD——上行
1
10ms
1
2
Delta
1
2
3
时间
10ms 20ms 新数据 重传数据 20ms
半静态调度
TDD——下行
进程X ACK 进程X 进程Y NACK 进程Y 进程X
20ms 半静态新数据 半静态重传数据
20ms 动态数据
时间
半静态调度
• 步骤三：半静态调度资源释放
eNodeB需要通过以SPS-C-RNTI掩码的PDCCH指 示UE进行上行/下行半静态调度资源的释放。并且对 PDCCH的格式做出了相应的规定，以达到更加可靠的 释放的效果。 同时，由于上行半静态调度传输释放失败的后果相 对更加严重，LTE系统还为上行半静态调度资源的释放 规定了一种隐式的规则，即eNodeB通过RRC信令配置 一个UE发送不包含任何数据的次数n，如果eNodeB对 其半静态调度资源的显式释放UE没有收到，但是其已 经连续进行了n次不包含任何数据的传输，则UE会自动 释放半静态调度配置的资源，停止半静态调度数据的发 送。
TP
3 *Tsf
3
4
3
4
HARQ——下行时序
• ACK/NACK定时：对于子帧n中的数据传输，其ACK/NACK在 n+k子帧中传输，对于FDD，k=4。对于TDD，k>3， ACK/NACK的定时与时隙比例、子帧位置有关。
n+4
0 T/R 1 2 3 4 0 1 2 3 4
TP 3*Tsf - 2*TP
葛午未
内容
• 概述 • HARQ • 半静态调度
概述
• 上行调度过程
概述
• 下行调度过程
概述
• 共享资源调度传输
频 率 吞吐量 User 1 公平性 User 2
User 3
信道质量
User 4
业务QoS水平
User 5 干扰水平
时间 用户队列 影响因素 调度结果
概述
• 资源分配方式0：
HARQ——上行时序
• FDD
ACK/NAK @ eNodeB 0 nAN data @ eNodeB 0 TRX
Tp
Tp TTX
data @ UE
0
ACK/NAK @ UE TRTT=Nproc· sf T
t=0
HARQ——上行TDD时序
• TDD HARQ进程数
DL/UL allocation 5ms periodicity 1DL+DwPTS: 3UL 2DL+DwPTS : 2UL 3DL+DwPTS : 1UL Process number 7 4 2
TPC command for scheduled PUSCH Cyclic shift DM RS Modulation and coding scheme and redundancy version HARQ process number DCI format 0 set to ’00‘ set to ‘000’ MSB is set to ‘0’ DCI format 1/ N/A N/A N/A DCI format 2/ N/A N/A N/A
TYPE1 DL N RB N RB / P log 2 ( P) 1 个bits的bitmap表明
概述
• 资源分配方式1：
例如，系统带宽为36RB。
概述
• 资源分配方式2： 资源指示消息RIV由“起点RB的位置RB start ”和 “逻辑序号连续的RB的长度 LCRBs ”共同确定。
HARQ——下行时序
• FDD
t=0
TRTT=Nproc· sf T Tsf
t ReTX
data @ eNodeB
0
1
ACK/NAK @ eNodeB
0
1 TTX
Tp TRX
Tp
ACK/NAK @ UE
0
1
2
nAN
data @ UE
0
HARQ——下行时序
• TDD
0 T/R
RTT = 10 * Tsf
10ms periodicity
3DL+2DwPTS : 5UL
6DL+2DwPTS : 3UL
6ห้องสมุดไป่ตู้
3
7DL+DwPTS : 2UL
8DL+DwPTS : 1UL
2
1
半静态调度
• 半静态调度
频 率 半静态调度
20ms
20ms
时间
半静态调度
• 步骤一：半静态调度激活
在业务建立初期，将由RRC配置相关的半静态调度参数，如半静态传 输时间间隔，半静态调度小区无线网络标识（SPS-C-RNTI），上行传输 功率等。 UE除了接收到SPS-C-RNTI掩码的PDCCH以外，还需要检查PDCCH 中固定的比特位是否设置为预先规定好的值。
对所有RB进行分 System Bandwidth 组，若干连续RB构成 ≤10 RBG(Resource Block 11 – 26 Group)，以RBG为代 27 – 63 为采用bitmap方式指 64 – 110 示。每个RBG包含的 RB数P由系统带宽决定。
RBG Size (P) 1 2 3 4
1 2 3 4
Nproc = 6
0 1 2 3 4 0
TP 3*Tsf - 2*TP
0 T 0 R 1 2 3 1 2 3
TP
5*Tsf
4
0
1
2
3
4
4
0
1
2
3
4
RTT = 12 * Tsf
0 T/R 1 2 3 4
Nproc = 8
0 1 2 3 4 0 1 2
TP 6*Tsf - 2*TP
0 T 0 R 1 2 3 4 0 1 2 1 2 3 4 0 1 2
概述
• 资源分配方式2：
HARQ——介绍
• LTE中HARQ技术主要是系统端对编码数据比特的选 择重传以及终端对物理层重传数据合并。
• 通过RV参数来选择虚拟缓存中不同编码比特的传送。 不同RV参数配置支持：
▫ CC（Chase Combining）（重复发送相同的数据）
▫ FIR（Full Incremental Redundancy）（优先发送校验 比特）
• 不同次重传，尽可能采用不同的r参数，使得打孔图 样尽可能错开，保证不同编码比特传送更为平均。
HARQ——介绍
• CC重传方式
HARQ——介绍
• IR重传方式
HARQ——介绍
• 同步HARQ：每个HARQ进程的时域位置被限制 在预定义好的位置，这样可以根据HARQ进程所 在的子帧编号得到该HARQ进程的编号。同步 HARQ不需要额外的信令指示HARQ进程号。 • 异步HARQ：不限制HARQ进程的时域位置，一 个HARQ进程可以在任何子帧。异步HARQ可以 灵活的分配HARQ资源，但需要额外的信令指示 每个HARQ进程所在的子帧。
N/A
FDD: set to ‘000’ TDD: set to ‘0000’
FDD: set to ‘000’ TDD: set to ‘0000’
半静态调度
• 步骤二：半静态调度的HARQ过程
FDD:
新数据和重传 数据发生碰撞
1 1
8ms 20ms 新数据 重传数据
1
1
2
1
8ms
2
1
3
时间
20ms
DRX
• On-duration timer: 在DRX模式下，每个DRX周期内，UE所需要 监听的PDCCH的子帧数目，在其余的时间内，UE就可以关闭其接收 机。 • DRX Inactivity Timer: 在UE成功地解码指示UL或DL初始传输的 PDCCH后，所连续监听的非活动的PDCCH的子帧数目，也就是说,必 须在此时间之内，没有监听到与UE相关的PDCCH，UE才能进入到 DRX状态。 • HARQ RTT Timer：UE等待DL HARQ重传之前所需要的最少的子 帧数目。对于FDD来讲,HARQ RTT Timer是8个子帧的数目。对于 TDD来讲，其大小为：从HARQ传输到对应的PHICH反馈时刻后推4 个子帧之后的第一个下行子帧时刻。 • drx-Retransmission Timer：UE在等待HARQ重传时所需要监听 的最大的PDCCH的子帧数目。理论上，对于每个非广播的HARQ进 程可以定义不同的drx-Retransmission Timer和HARQ RTT Timer。 在HARQ RTT Timer过时之后，启动drx-Retransmission Timer。
HARQ——介绍
• 自适应HARQ：可以根据无线信道条件，自适应的调 整每次重传采用的资源块（RB）、调制方式、传输 块大小、重传周期等参数。可看作HARQ和自适应调 度、自适应调制和编码的结合，可以提高系统在时变 信道中的频谱效率，但会大大提高HARQ流程的复杂 度，并需要在每次重传时都发送传输格式信令，大大 增加了信令开销。 • 非自适应HARQ：对各次重传均用预定义好的传输格 式，收发两端都预先知道各次重传的资源数量、位置、 调制方式等资源，避免了额外的信令开销。
CK A
接收
进程1 新包1 等待 进程1 新包2
N
CK A
等待 进程1 重传包2
HARQ——介绍
• 对于SaW HARQ，一次传输发出后，要等待RTT时间 才能决定下一次传输是新数据还是旧数据的重传。 • 并发HARQ进程可以不浪费RTT等待时间。 • RTT越大，需要越多的并行HARQ进程数量以填满 RTT 。 • FDD：RTT包括下行信号传输时间TP，下行信号接收 时间Tsf，下行信号处理时间TRX，上行ACK/NACK传 输时间TP，上行ACK/NACK接收时间TTX，上行 ACK/NACK处理时间TRX，即RTT = 2*TP + 2*Tsf + TRX + TTX • FDD：进程数等于RTT中包含的下行子帧数目，即 Nproc = RTT / Tsf
DRX(非连续接收)
• IDLE DRX：当UE处于IDLE状态下的非连续性接收，由 于处于IDLE状态时，已经没有RRC连接以及用户的专有 资源，因此这个主要是监听呼叫信道与广播信道，只要定 义好固定的周期，就可以达到非连续接收的目的。但是 UE要监听用户数据信道，则必须从IDLE状态先进入连接 状态。 • ACTIVE DRX：UE处在RRC-CONNECTED状态下的 DRX， 可以优化系统资源配置，更重要的是可以节约手 机功率，而不需要通过让手机进入到RRC_IDLE 模式来 达到这个目的，例如一些非实时应用，像web浏览，即时 通信等，总是存在一段时间，手机不需要不停的监听下行 数据以及相关处理，那么DRX就可以应用到这样的情况， 另外由于这个状态下依然存在RRC连接，因此UE要转到 支持状态的速度非常快。
HARQ——介绍
• “停-等”（Stop-and-Wait，SaW）HARQ
对于某个HARQ进程，在等到ACK/NACK反馈之前，此进程暂时中止， 待接收到ACK/NACK后，在根据是ACK还是NACK决定发送新的数据还是 进行旧数据的重传。
发送
进程1 新包1
等待
进程1 新包2
等待
进程1 重传包2
概述
• 资源分配方式1：
所有资源以RBG为单位，分为P个RBG子集(RBG Subset)，每个subset内以RB为单位，采用bitmap进行 指示。 部取哪个PRB）;
log 2 P 个bits表明分配的RBG子集（每个RBG内
1bit表明资源分配的是否偏移（是从最前面开始算， 还是从偏移一定位置以整个频率资源的最后一个RBG为 结束，即最后边界对齐）; 多个RBG的bitmap。
0 T 0 R 1 2 3 1 2 3
TP
4
0
1
2
3
4
4
0
1
2
3
4
n+7
0 T/R 1 2 3 4 0 1 2 3 4
TP 6*Tsf - 2*TP
0 T 0 R 1 2 3 4 0 1 2 1 2 3 4 0 1 2
TP
3
4
3
4
HARQ——下行时序
• TDD HARQ进程数
DL/UL allocation Process number
HARQ——上行同步非自适应
• eNodeB通过PHICH(物理HARQ指示信道)向UE 反馈上次传输的ACK/NACK信息，经过一定的延 迟到达UE • UE对PHICH的ACK/NACK信息进行解调和处理， 并根据ACK/NACK信息在预定义的时域位置通过 PUSCH发送重传数据，并经过一定的上行传输延 迟到达eNodeB端 • eNodeB经过一定的处理延迟对上行重传完成处理， 并通过PHICH再次反馈针对此次的重传信息 • 结束一个上行HARQ RTT传输。
HARQ——下行异步自适应
• UE通过PUCCH向eNodeB反馈上次传输的 ACK/NACK信息。经过一定的延迟到达eNodeB。 • eNodeB对PUCCH的ACK/NACK信息进行解调和 处理，并根据ACK/NACK信息和下行资源分配情 况对重传数据进行调度。 • PDSCH按照下行调度的时域位置发送重传数据， 并经过一定的下行传输延迟到达UE端。 • UE经过一定的处理延迟对下行重传完成处理，并 通过PUCCH再次反馈ACK/NACK信息。 • 结束一个下行HARQ RTT流程。
5ms periodicity
1DL+DwPTS : 3UL 2DL+DwPTS : 2UL 3DL+DwPTS : 1UL
4 7 10 6 9 12 15
10ms periodicity
3DL+2DwPT : 5UL 6DL+DwPTS : 3UL 7DL+DwPTS : 2UL 8DL+DwPTS : 1UL
半静态调度
TDD——上行
1
10ms
1
2
Delta
1
2
3
时间
10ms 20ms 新数据 重传数据 20ms
半静态调度
TDD——下行
进程X ACK 进程X 进程Y NACK 进程Y 进程X
20ms 半静态新数据 半静态重传数据
20ms 动态数据
时间
半静态调度
• 步骤三：半静态调度资源释放
eNodeB需要通过以SPS-C-RNTI掩码的PDCCH指 示UE进行上行/下行半静态调度资源的释放。并且对 PDCCH的格式做出了相应的规定，以达到更加可靠的 释放的效果。 同时，由于上行半静态调度传输释放失败的后果相 对更加严重，LTE系统还为上行半静态调度资源的释放 规定了一种隐式的规则，即eNodeB通过RRC信令配置 一个UE发送不包含任何数据的次数n，如果eNodeB对 其半静态调度资源的显式释放UE没有收到，但是其已 经连续进行了n次不包含任何数据的传输，则UE会自动 释放半静态调度配置的资源，停止半静态调度数据的发 送。
TP
3 *Tsf
3
4
3
4
HARQ——下行时序
• ACK/NACK定时：对于子帧n中的数据传输，其ACK/NACK在 n+k子帧中传输，对于FDD，k=4。对于TDD，k>3， ACK/NACK的定时与时隙比例、子帧位置有关。
n+4
0 T/R 1 2 3 4 0 1 2 3 4
TP 3*Tsf - 2*TP