【摘要】HARQ 技術是 HSDPA 系統中的關鍵技術，它使得 HSDPA 系統獲得更高的吞吐量
和更小的時延。本文介紹了 3GPP 建議的所有 HARQ 方案，並闡述了 TD-SCDMA 系統中採
用的 HARQ 方案及其特點。隨後對 TD-SCDMA 終端測試儀中 HARQ 實體的各個功能進行 了分析，並提出了設計及實現方案。
關鍵詞：TD-SCDMA；HSDPA；HARQ；無線鏈路控制
Abstract:
HARQ technique is one of the key techniques in HSDPA system. It can improve the system to achieve high throughput and reduce delay. This paper introduces all the HARQ schemes advised by 3GPP, especially the scheme in TD-SCDMA system. Then analyses the functions provided by HARQ entity in TD-SCDMA Communication Test Set, and presents the blue print of HARQ entity.
Keywords: TD-SCDMA, HSDPA, HARQ, Medium Access Control
1．引言
我國自主開發的3G 標準TD-SCDMA 即將投入商用[1] ，其產業鏈也逐步形成，其中
TD-SCDMA終端測試儀作爲產業鏈上的1部分發揮s着重要作用。但隨着技術的不斷更新， 對TD-SCDMA終端測試儀的要求也不斷提高[5]，其中HSDPA技術就是1項新的挑戰。
HSDPA 是 3GPP R5 中定義的1項增強型技術，用於進1步提高下行鏈路的數據吞吐 量[3]。HSDPA 適用於FDD（頻分雙工）和TDD（時分雙工）兩種雙工模式，在TDD雙工模 式下運行的HSDPA系統也稱爲TDD-HSDPA系統。
無線移動信道由於時變和多徑導致衰落，常具有較高的誤碼率[2]。HARQ作爲HSDPA中 關鍵技術，其基本原理是，通過前項糾錯（FEC）和自動重傳請求（ARQ）兩種差錯控制方 法以確保服務質量（QoS）。這種混合ARQ方案（HARQ），即可以減少了FEC產生的不必要 的開銷，又可以保證了1定的通過量和時延，因此被3GPP HSDPA技術採用。
本文結合TDD-HSDPA系統特性，對該系統的HARQ方案進行了研究。根據TD-SCDMA 標準，對TD-SCDMA終端測試儀中的HARQ實體的各個功能進行了分析，並提出了相應的解 決方案。
2．混合ARQ類型和標準ARQ協議的.選擇
3GPP 建議了 3 種基本的混合 ARQ 類型，I 型，II 型和 III 型。3個標準 ARQ 協議是 SAW 停等協議,GBN 回退 N 協議和 SR 選擇性重傳協議。3GPP 建議在 TDD-HSDPA 系統 中採用 SAW 重傳協議，HARQ-II/III 型混合 ARQ。
2.1 混合 ARQ 類型的選擇
3種類型的相同點是都進行 FEC 編碼和 CRC 效驗，接受端進行 FEC 譯碼和 CRC 效驗， 如果分組有錯則請求重傳；不同點是 HARQ-I 放棄錯誤分組，重傳分組與已傳分組相同，沒 有組合譯碼。HARQ- II 錯誤分組不被丟棄，而與重傳分組組合進行譯碼，重傳分組和已傳 分組的格式和內容可以不同。HARQ-III 因爲採用 CPC 碼(互補的打孔卷積碼) ，每個已傳 分組與重傳分組都能進行自解碼；每次重傳可有不同的冗餘產生(不同的比特打孔) ，也可 有相同的冗餘產生(相同的 FEC) ，此時與 HARQ-I 的操作類似，但錯誤分組要被存儲在收 端，以便與重傳分組結合。
表 1 給出了3種混合 ARQ 類型的比較。
從表 1 中可以看出 HARQ-III 型有更高的智能性，而且有更高的通過率，雖然對於 UE
端存儲容量有1定的要求，但 3GPP 在 TDD-HSDPA 系統中還是選擇了 HARQ-III 型。
2.2 標準 ARQ 協議的選擇
3個標準 ARQ 協議是 SAW 停等協議，GBN 回退 N 協議和 SR 選擇性重傳協議，3 種協議的特點分別概括如下：
SAW 停等協議：發送端發送1個數據分組後等待接收端確認，如果傳輸錯誤則重傳， 直到成功傳輸才繼續下1個數據分組的傳輸。
GBN 回退Ｎ協議：發送端發送Ｎ個數據分組後等待接收端確認，如果某個數據分組傳 輸錯誤，則其後Ｎ個數據分組都會重傳。
ＳＲ選擇性重傳協議：發送端發送Ｎ個數據分組後等待接收端確認，如果某個數據分組 傳輸錯誤，則只重傳錯誤的分組。
3種 ARQ 基本機制中，SAW 停等協議最簡單，也是對信頭要求最少的協議。協議的 正確性由1比特(用來表示當前和下1個數據分組) 信息就可以表述。所以，它的控制頭很 小，確認頭也很小(因爲無論是 ACK 或 NACK 都僅用 1 比特數據)。而且，因爲1次只能傳 送1個數據分組，所以對用戶端存儲容量的要求就很小。
所以 3GPP 的 HSDPA 信道採用 SAW 停等協議可以在減小信令總帶寬和用戶存儲容量 方面得到明顯的改觀。但是，SAW 有1個很大的缺點：不能及時得到確認信息，發端必須 在發送下1個數據分組前等待上1個數據分組的確認信息。在等待期間，信道閒置而且浪費 系統容量。這樣，就希望能結合 SAW 最小複雜度和 SR 有效通過率的特點,於是有了 N 信 道停等協議，即通過設置並行停等協議的信道數 N 來提高通過率。它的特點是：1個連續 的傳輸流在時間上分爲 N 個子信道，即 N 個進程（HARQ process），而每個進程獨立地執行 停等重傳協議。
圖 1 N 信道停等協議示意圖
Fig1 Sketch map of N channels SAW protocol
3．HARQ實體的功能設計
在 UTRAN 側每個 UE 有1個 HARQ 實體[4]。每個 HARQ 實體有 N 個 HARQ 進程，1
般 N=4。每個 HARQ 進程都有1個進程號（HARQ process identifier），進程號用來使發端和 收端的進程相匹配。HARQ 實體爲每1個 MAC-hs PDU 設置進程號，即 HARQ 實體選擇1 個合適的進程爲每個 MAC-hs PDU 服務。
3.1 維護 HARQ 進程的狀態轉換
爲每個 HARQ 進程維護狀態機是 HARQ 的主要工作，它保證 HARQ 各項功能的實現。 狀態維護是通過將進程號放入不同的隊列來實現的。共有3個隊列，爲空閒隊列，等待回覆 隊列，等待重傳隊列，分別對應空閒狀態、等待回覆狀態和等待重傳狀態。 當發送新的 Mac-hs PDU 時，HARQ 爲此 PDU 分配1個處於空閒狀態的進程，此時進 程的狀態轉化爲等待回覆狀態，此進程的進程號被放入等待回覆的隊列中，並將此進程與 PDU 綁定在1起。HARQ 存儲 PDU 以備重傳。
當收到反饋信息爲 ACK 時，解除進程與此 PDU 的綁定，使此進程重新進入空閒狀態。 由於已正確傳輸，HARQ 刪除存儲的 PDU 數據。當收到 NACK 時，保持進程與 PDU 的綁 定，使此進程進入等待重傳狀態。
當調度決定重傳某個 PDU 時，HARQ 在等待重傳的隊列中找到此 PDU 及其綁定的進 程，使此進程進入等待回覆狀態，此時仍保持此進程與 PDU 的綁定。
當調度決定放棄重傳某個 PDU 時，HARQ 在等待重傳的隊列中找到該 PDU 及其綁定 的進程，解除進程與 PDU 的綁定，使此進程進入空閒狀態。HARQ 刪除存儲的 PDU。
圖 2 HARQ 進程的狀態機轉換
Fig2 States switch of HARQ process
3.2 發送 Mac-hs PDU
圖 3 給出了 HARQ 實體發送數據的流程。每個 HARQ 進程（process）都有1個 New data indicator，它被用來區分新數據和重傳數據。當傳新數據時將 New data indicator 加 1，重傳 舊數據時不變。
圖 3 HARQ 發送數據流程圖
Fig3 Flow control of HARQ sending data
3.3 處理來自 UE 的反饋
接收到手機的反饋後，HARQ 實體需保證對應正確的發送順序，因爲手機的反饋信息 不包括此 PDU 的進程號，所以 HARQ 實體默認反饋是按發送時的順序返回的。在等待回覆 的隊列中，PDU 是按發送的順序存儲的。這樣，每次手機的反饋被認爲對應於等待回覆的隊列中的第1個 PDU，即最早發送但還未收到回覆的 PDU。如圖 4 所示。圖 5 給出了 HARQ
處理反饋的流程。
圖 4 HARQ 處理反饋對應關係
Fig4 Corresponding relation of feedbacks in HARQ
圖 5 HARQ 處理反饋流程
Fig5 Flow control of handling feedback of HARQ
4．
>總結
本文通過分析 HARQ 技術的特性，給出了 TD-SCDMA 終端測試中 HARQ 實體的設計 和實現方案。此方案對 HARQ 技術分析透徹，很好的實現了 HARQ 實體所要完成的所有功 能。對於實際網絡中的 HARQ 技術的實現有1定的參考價值。
參考文獻
李世鶴．TD-SCDMA 第3代移用通信系統標準［M］． 北京：人民郵電出版社，2003．
彭木根，王文博．TD-SCDMA 移動通信系統［M］． 北京：機械工業出版社，2005．
3GPP TS 25.308 ． High Speed Downlink Packet Access (HSDPA); Overall description; Stage 2
［S］． Europe：3GPP，2007．
[4] 3GPP TS 25.321．Medium Access Control (MAC) protocol specification［S］． Europe：3GPP，2007．
[5] 3GPP TS 34.122．Terminal Conformance Specification; Radio Transmission and Reception［S］． Europe：
3GPP，2005．