申敏，胡磊（重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065）

TD-LTE终端协议栈TTIBundling方案的实现✴

申敏，胡磊
（重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆400065）

TD-LTE系统中小区边缘终端的信道质量较差，为了达到较好的上行覆盖LTE提出了TTI Bundling技术。通过研究3GPP TD-LTE协议中物理层协议和MAC协议，归纳出TTIBunding模式在不同的上下行配比帧结构上HARQ进程相关连的授权、发送和基站反馈间的时序关系。TTIBundling实现是基于TD-LTE不同配比下的帧结构时序关系。最后以TD-LTE协议栈为基础，使用规范和描述语言（SDL）／数表结合仿真法（TTCN）实现该功能。

TD-LTE系统；上行覆盖；TTIBundling；帧结构

1 引言

作为下一代的宽带移动通信系统，LTE将小区边缘的传输性能作为系统关键的需求指标。在LTE系统中，小区边缘往往由于信道质量变差直接影响到用户体验。因此，通过将连续的TTI绑定在一起并将该资源分配给同一UE，在连续的4个上行子帧发送相同的数据块但是每次发送的冗余版本不同［1］，这样可以达到提高数据解码成功率从而提高上行覆盖范围。

当基站感知到处于小区边缘的UE已经不能再增大它的传输功率并且上行的误块率已经很大时，基站会配置对UE配置TTI Bundling功能见文献［2］。TTIBundling方式的调度［3］是网络通过发送层3消息中含有MAC专有配置信息MACmain Configu-ration中的TTIBundling标志，如果该标志为true则UE需要开启TTIBundling且该功能只能在TDD的上下行配比0、1、6下支持TTIBundling功能。TTI Bundling功能是基于TD-LTE帧结构的时序关系实现的。因此，本文主要研究在TDD模式下的3种适用TTIBundling的上下行配比帧结构，深入研究了每种配比帧结构上行发送的资源授权时刻点、数据包发送时刻点以及网络侧反馈时刻点的时序关系，并且在此基础上设计实现了TTIBundling功能。

2 TTIBundling帧结构时序关系分析

2.1 PHICH（网络反馈）与UL Grant（网络授权）的关系

关于PHICH的定义见文献［1，4］，ULGrant的定义见文献［5］。对于UL Grant可理解为一种特殊的反馈，需要根据UL Grant中所带的NDI指示判断其值是否反转来决定随后数据发送是做新传还是重传。

在正常调度方式下，一个发送了PUSCH的上行子帧，其对应的PHICH或者UL Grant这两种反馈只可能在同一个下行D子帧里收到。

TTIBundling方式调度下，TTIBundling最后一个PUSCH对应的PHICH和UL Grant特殊反馈是不可能在同一个下行D子帧里收到的，因为根据协议存在一个L帧数的offset偏移，即PHICH先于ULGrant收到，网络要给PUSCH的ULGrant反馈则只会在其对应PHICH之后的L帧偏移的某个下行D子帧上。

2.2 对于同一个HARQ，即收到PHICH也收到UL Grant时的处理原则

如表1所示，对于同一个HARQ队列［1］来说，如果同时收到其PHICH和ULGrant时（注意这里同时收到对正常调度来说是同一帧收到，但是对于TTI Bundling来说并不是同一帧收到）则应该以ULGrant优先判断，先判断UL Grant中NDI是否与该HARQ保存的NDI发生反转从而决定是新传还是重传，这时可以不必考虑PHICH上的反馈是ACK还是NACK，即通过NDI反转判定是做新传还是重传。如果PHICH指示NACK但是NDI判断是新传，这时UE按照新传处理；如果NDI判断没有反转则判定为重传，而此时PHICH是ACK则也按照重传处理。如果在没有收到ULGrant仅有PHICH，则按照PHICH的反馈信息为准；若为NACK则做非自适应重传；若为ACK则认为传输成功。

2.3 UL Grant特殊反馈或者PHICH反馈与据此发送PUSCH的时序关系

在正常调度时各种时序配比下，表2中的“n”指示的是在下行子帧n上收到ULGrant或者PHICH时，则其对应的PUSCH发送帧号为n+k，k为各种配比下n对应的k，例如TDD配比1在子帧31上收到ULGrant或者PHICH（31 mod 10为1，查表可知TDD配比1情况下子帧1对应的k值为6）。如确定需要发送PUSCH，则PUSCH发送帧号为（31+6）。

在TTIBundling调度时各种时序配比下，表2中“n”指示的是下行子帧上收到UL Grant时，则其对应的第一个PUSCH发送帧号为n+k，k即为表中各种配比下n对应的k，例如TDD配比6在子帧31上收到ULGrant（31mod 10为1，查表可知TDD配比6情况下子帧1对应的k值为7），则第一个PUSCH发送帧号为（31+7）。

2.4 TTI Bundling内最后一个PUSCH的PHICH接收子帧号与UL Grant子帧号的偏移关系

由于TTIBundling时连续4个PUSCH上行发送中最后一个PUSCH的PHICH反馈与UL Grant特殊反馈不在同一个下行子帧出现，而是PHICH在前ULGrant在其后offset偏移处的下行子帧上，而表3该偏移关系表中的“n”指示在该下行子帧上收到最后一个PUSCH的ULGrant特殊反馈，则该PUSCH对应的PHICH在（N-L+10）mod 10的子帧上，例如在TDD配比1下，在39帧上（39 mod 10=9，对应的L值为3）收到ULGrant则其PHICH在（39-3=36），即子帧6上收到PHICH反馈。这种关系是根据收到ULGrant的子帧N及对应的L值反推PHICH的子帧号为N-L。

2.5 PUSCH与据此接收PHICH时序关系

表4表明了发送PUSCH的上行子帧与据此接收其PHICH的子帧号关系。

（1）在正常调度时，各种时序配比下表中“n”指示是在上行子帧n发送了PUSCH时，则其对应的PHICH或ULGrant特殊反馈的接收子帧号为n+k；k即为表中各种配比下n对应的k，例如TDD配比1在子帧32上发送了PUSCH（32 mod 10为2，查表可知TDD配比1情况下子帧2对应的k值为4），则其对应的PHICH或UL Grant特殊反馈的接收子帧号为（32+4）。因为在正常调度是UL Grant特殊反馈与PHICH只能出现在同一下行子帧。

（2）在TTIBundling调度时各种时序配比下在表格中“n”指示的上行子帧上发送了TTIBundling内的最后一个PUSCH时，则对应的PHICH接收子帧号为n+k；k即为表格中各种配比下n对应的k，例如TDD配比6，在子帧34收到UL Grant或PHICH（34

mod 10=4，查表得知TDD配比6情况下，子帧4对应的K值为6），则对应的PHICH接收子帧号为（34+6）。

以两个HARQ队列在上下行配比1（图1）的情形下为例分析TTIBundling发送帧结构时序关系，如图2所示。

3 TTIBundling功能实现

在掌握了TTIBundling功能的授权UL Grant，发送PUSCH和反馈PHICH严格的时序关系后这里采用规范和描述语言（SDL）和C语言实现该功能编码。

TTIBundling实现原则：根据收到的PHICH及后续是否存在ULGrant信息来判定是做非自适应重传还是自适应重传或则是新传。在连续的4个上行子帧传输中后3个子帧都是根据第一个上行子帧做非自适应重传。由于发送4块相同的数据块协议栈进行一次资源分配，但是MAC-PDU的组装过程往物理层发送数据还是分4次，一次发送一个数据块（这里的数据块是相同的），但是每次MAC往物理层发送原语中除了携带相同的数据块还同时携带了不同的redundancy version（冗余版本号），冗余版本按照（0，3，2，1）依次选择循环使用。

实现中由TD-LTE协议栈中MAC层做帧号控制，在本TD-LTE终端协议架构中物理层由DSP实现，MAC通过EL1-PUSCH-SEND-REQ原语通知物理层进行PUSCH上行数据发送。在TTIBundling时连续4个上行发送虽然对于高层协议栈来说是相同的MAC PDU但是对于DSP来说每次冗余版本不一样，所以分为4个EL1-PUSCH-SEND-REQ发送给DSP物理层。

若之前DSP收到EL1-PUSCH-SEND-REQ中的TTIBundling Flag标志位1时则表明目前调度方式是TTIBundling，则此时EL1-PUSCH-SEND-REQ原语中most pusch flag若为1则DSP需要接收PHICH和后面的偏移offset的下行子帧上的上行授权ULGrant；对于most pusch flag为0则不需要接收PHICH和其后面的ULGrant。

在使用TTIBundling时对于最后一个PUSCH中的mostpusch flag标志位1时，DSP会先收到PHICH，若解析到PHICH则物理层DSP通过原语EL1-HARQ-INFO-IND上报PHICH信息，如果没有解析到PHICH则报NACK。

在TTIBundling配比0时，在因该接收PHICH的位置（在某个U上行子帧发送了PUSCH后在Kphich之后为接收其PHICH的子帧位置）即使没解析到PHICH则DSP报NACK给MAC便于协议栈MAC进行重传。

4 TTIBundling功能测试与验证

协议实现不仅仅要求功能正确完善能够互通并且要求具有良好的性能，协议的测试是一个十分重要的手段。SDL／TTCN广泛应用在协议软件的开发和测试中。在TTCN环境下根据协议规范编写测试用例，然后运用SDL／TTCN的协仿真可以生成TTCN的测试结果。在连接模式下场景下的一个TTIBundling配置及生效过程的TTCN测试用例编写如图3，其中基本过程涉及到的协议测试流程请参见文献［3］。TTCN测试用例成功编译通过并生成可执行文件，通过SDL／TTCN协仿真方式对TTIBundling功能进行测试和验证，得到的MSC跟踪结果如图4所示。由于篇幅有限，在此只截取网络重配置UE端TTIBundling功能随即UE端TTIBundling功能生效的部分过程，其完整信令交互流程符合协议规范和本文的设计。

5 结束语

本文对TD-LTE TTIBundling特点及功能进行了深入分析，在研究了LTE物理层协议和MAC层协议的前提下在TD-LTE协议栈系统里把多个协议归纳并总结出了在上下行配比0、1和6下明确的授权、发送和反馈的时序关系，使得TTIBundling功能的帧结构时序关系更加清晰明了和容易理解。最后以TD-LTE协议栈为基础在此基础上设计了MAC层的TTIBundling功能并按照设计加以实现，并且通过实验室内部仿真环境测试。今后的工作中会加强TTI Bundling功能在外场真实网络环境下的测试和验证进而完善其性能。

［1］3GPP TS 36.523-3，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）and Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRAN）；User Equipment（UE）conformance specification；Part3：Abstract Test Suites（ATS）［S］.

［2］3GPPTS 36.321，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；MediuMAccess Control（MAC）protocol specification［S］.

［3］3GPPTS 36.331，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；Radio Resource Control（RRC）；Protocol specification［S］.

［4］3GPP TS 36.211，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；Physical Channels and Modulation［S］.

［5］3GPPTR 36.213，Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）；Physical Layer Procedures［S］.

Email：shenmin＠cqcyit.com

胡磊（1982—）男，重庆人，硕士研究生，主要从事移动通信用户终端协议栈软件研究。

HU Leiwas born in Chongqing，in 1982.He is noWa graduate student.His research concerns the mobile communication user equipment protocol stack.

Email：hulei626＠yahoo.com.cn

IMplementation of TTI Bundling in TD-LTE Mode TerMinal

SHEN Min，HU Lei
（School of Communication and Information Engineering，Chongqing University of Posts and Telecommunications，Chongqing 400065，China）

The user equipment has poor channel quality at the Cell edge in TD-LTE system.In order to achieve better uplink coverage，the LTE proposed transmission froMbinding Transmission Time Interval（TTI）Technology.Through the study of3GPPTD-LTE physical layer protocol and MAC protocol，the TTIBundling patterns in different uplink and downlink frame structurewith UL grant，UL transmission and feedback on one HARQ process are summarized.Realization of the TTIBundling is based on the temporal relations in frame structure.Finally，specification and description language（SDL）／Tree and Tabular Combined Notation（TTCN）are used to realize the function.

TD-LTE system；uplink coverage；TTIBundling；frame structure

was born in Chongqing，in 1963.She

the M.S.degree in 1988.She is noWa professor and also the instructor ofgraduate students.Her research concernsmobile communication，3G communication system.

The National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China（2011ZX03001-001-02）

TN929.53

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2012.11.004

申敏（1963—），女，重庆人1988年获理学硕士学位，现为教授、硕士研究生导师，主要研究方向为移动通信、第三代移动通信系统；

1001-893X（2012）11-1725-05

2012-03-27；

2012-06-11

国家科技重大专项（2011ZX03001-001-02）