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半静态调度SPS专题
Semi-PersistentScheduling
(SPS,半永久性调度)
一、SPS简介
Semi-PersistentScheduling,简称SPS,半永久性调度,又称为半静态调度。
与动态调度时每个TTI为UE分配一次无线资源不同(通过PDCCH指定),SPS允许半静态配置无线资源,并将该资源周期性地分配给某个特定UE。
简单地说,eNodeB在某个TTI使用SPSC-RNTI加扰的PDCCH指定UE所使用的无线资源(这里将其称为SPS资源),每过一个周期,UE就使用该SPS资源来收或发数据。
eNodeB无需在该子帧(这里将其称为SPS子帧)下发PDCCH来指定分配的资源。
由于SPS有“一次分配,多次使用”的特点,不需要在每个TTI都为UE下发DCI(包括上行或下行的DCI),从而降低了对应的PDCCH开销。
SPS灵活性稍差,但控制信令开销小,适合突发特征不明显,有保证速率要求的业务,主要用于周期性小包业务,如VoIP。
这类业务的timing和所需的无线资源都是可预测的。
目前中兴只针对QCI为1的VoIP语音业务进行SPS。
协议规定只有PCell支持SPS。
这是因为SPS主要应用于低速业务,负载低,没有必要使用多个载波单元。
中兴eNodeB支持20ms和40ms的半静态调度周期。
当半静态调度周期配置为20ms时,语音报文在eNodeB的调度时延较少,VoLTE用户从而可以获得更高的语音质量;当半静态调度周期配置为40ms时,eNodeB支持的SPS用户数翻倍,但语音报文在eNodeB的调度时延将增加,VoLTE用户的语音质量将稍有下降。
SPS周期由eNodeB通过RRC消息传送给UE。
VoIP业务的通话期与静默期状态由PDCP层进行判决,判决为通话期时,激活半静态调度;判决为静默期时,释放已分配的半静态资源;当业务从静默期转为通话期时,需要重新激活半静态调度。
在以下场景下,eNodeB采用动态调度作为半静态调度的补充:
●半静态调度期间的QCI1承载上的大包,RB资源过载时,会动态调度过载的资源。
●半静态初传对应的自适用HARQ重传数据。
●当进入静默期,释放半静态资源,对静默期的数据包采用动态调度。
TDD系统中,协议规定TTIbundling只支持子帧配比0、配比1和配比6,且跟半静态调度互斥。
二、SPS配置
配置了SPS调度的UE才可以同时进行动态调度,所以需要区分PDCCH是用于动态调度还是SPS调度。
因此,配置了SPS调度的UE有2个标志:
一个“正常的”C-RNTI,用于动态调度,在随机接入过程中分配;另一个是SPSC-RNTI,用于SPS调度,通过SPS-Config的semiPersistSchedC-RNTI字段配置。
UE的半静态调度是通过IE:
SPS-Config配置的。
见图1:
图1:
SPS-Config
图2:
RRC连接重配置(SPS-config实例)
三、SPS激活/释放
UE配置了SPS后,还不能使用,必须使用SPSC-RNTI加扰的PDCCH进行激活。
eNodeB通过SPSC-RNTI加扰的PDCCH来激活/释放UE的SPS。
这里将用于指示SPS激活的PDCCH所在的子帧称为“SPS激活子帧”,将用于指示SPS释放的PDCCH所在的子帧称为“SPS释放子帧”,而其它周期性发送PDSCH(虽然下行SPS激活子帧也携带PDSCH,但这里不包含在内)或PUSCH的SPS相关子帧称为“SPS子帧”。
只有满足如下条件,UE才会验证接收到的PDCCH是否用于SPS的激活或释放:
●PDCCH的CRC校验位使用SPSC-RNTI进行加扰;
●NDI域设置为0。
对于DCIformat2/2A/2B/2C而言,支持2个TB,存在2个NDI域,每个NDI域对应一个TB。
每个TB使能SPS是通过将对应的NDI域设置为0而独立配置的。
(中兴认为SPS只能是单流)
满足了上述条件后,UE还会根据36.213的Table9.2-1(SPS激活)和Table9.2-1A(SPS释放)进一步验证PDCCH如下字段:
图3:
SPSActivation/ReleasePDCCHValidation
如果对应DCIformat中的所有字段都按图3所示来设置,则验证成功,否则验证失败。
图4:
SPS激活PDCCH的DCI内容(上行SPS激活子帧,ULGrantinfo)
图5:
SPS激活PDCCH验证成功(上行SPS激活子帧)
如果验证成功,UE会将接收到的DCI当做一个有效的SPS激活/释放来处理;如果验证失败,UE会认为接收到的DCI使用了一个不匹配的CRC。
注意:
DCI中的其它字段含义没有改变,SPS使用的无线资源(称为SPS资源)和MCS等就是通过用于激活SPS的DCI来指示的。
(1)从36.213的Table9.2-1可以看出,指示SPS激活的PDCCH中的“Resourceblockassignment”(用于下行)和“Resourceblockassignment(andhoppingresourceallocation)”(用于上行)字段是用于指示无线资源的,也就是说,对于下行,该PDCCH是与对应的PDSCH一起发送的,对于上行,该PDCCH还指定了PUSCH的资源;但从36.213的Table9.2-1A可以看出,指示SPS释放的PDCCH中的“Resourceblockassignment”(用于下行)和“Resourceblockassignment(andhoppingresourceallocation)”(用于上行)字段为“全1”,即该字段是不用于指示无线资源的。
简单地说:
SPS激活时可以同时传输PDSCH和PUSCH(有一定的timing),但SPS释放时不能同时传输PDSCH和PUSCH。
(2)从36.213的Table9.2-1可以看出,指示SPS激活的PDCCH的5bit“Modulationandcodingscheme(andredundancyversion)”字段的MSB(mostsignificantbit,最高位)为0,即
的取值范围为0~15,而不是通常的0~31。
这里主要是由于VOIP数据包通常比较小,所以I_TBS没必要太大,以提高这类业务的可靠性。
对于下行传输,如果接收到的DCI指示下行SPS激活,则DCI中的TPCcommandforPUCCH字段将指示从4个PUCCH资源中选择1个用于回复ACK/NACK。
该4个PUCCH资源是通过SPS-ConfigDL的n1PUCCH-AN-PersistentList来配置的(对于2天线传输,第二个天线端口的4个PUCCH资源通过n1PUCCH-AN-PersistentListP1-r10配置)。
图6:
TPCcommandforPUCCH字段在SPS中的含义
在激活了SPS后,UE就可以周期性地使用配置的SPS资源来接收和发送数据。
四、下行SPS(36.321的5.10节)
1、下行SPS
下行半静态调度的优先级低于广播、寻呼等公共控制信息,高于用户级控制信令和数据面的传输。
eNodeB在指定的半静态资源上周期发送数据,UE在指定的半静态调度资源上周期接收数据。
半静态调度激活时,根据VoIP数据包大小和UE上报的全带宽CQI,为用户分配MCS和RB。
半静态调度激活后,根据半静态IBLER测量值判决是否需要进行半静态重激活。
如果配置并激活了下行SPS,则UE会认为在满足下面公式的子帧里(称为SPS子帧)被分配了SPS下行资源(此时无需收到PDCCH):
(10*SFN+subframe)=[(10*SFNstarttime+subframestarttime)+N*semiPersistSchedIntervalDL]mod10240
其中N>0(初始为0,每过一个周期加1),SFNstarttime和subframestarttime为UE接收到指示下行SPS激活的PDCCH的系统帧号和子帧号。
modulo10240是因为系统帧使用10bit表示,取值范围为0~1023,每隔1024个系统帧需要做一次反转。
semiPersistSchedIntervalDL指明UE每隔semiPersistSchedIntervalDL个子帧被分配一次下行SPS资源,即下行SPS周期。
公式中semiPersistSchedIntervalDL可能不是10的倍数,比如sf32,这个时候,如果恰好那个子帧不是下行咋办?
Semi-persistent scheduling interval in uplink, see TS 36.321 [6]. Value in number of sub-frames. Value sf10 corresponds to 10 sub-frames, sf20 corresponds to 20 sub-frames and so on. For TDD, the UE shall round this parameter down to the nearest integer (of 10 sub-frames), e.g. sf10 corresponds to 10 sub-frames, sf32 corresponds to 30 sub-frames, sf128 corresponds to 120 sub-frames.TDD的会强制变成10的倍数。
图7:
SPS激活PDCCH验证成功(下行SPS激活子帧)
图8:
SPS激活PDCCH的DCI内容(SPS激活子帧:
8859下发了PDCCH调度信息)
图9:
下行SPS(8859激活下行SPS以后,在SPS子帧8879、8899等分配了下行SPS资源)
2、下行SPSHARQ
对于下行HARQ,只有新传会使用SPS资源,重传需要通过SPSC-RNIT加扰的PDCCH显式地分配资源,这是因为eNodeB支持下行HARQ使用异步、自适应的方式。
半静态调度的PDCCH授权中,不包含HARQ进程信息,会出现下行半静态的重传数据不能确定其HARQ进程,导致重传与初传数据无法合并的问题。
为了解决半静态调度的下行HARQ合并问题,协议3GPPTS36.321规定,为下行半静态调度预留HARQ进程,预留的HARQprocessnumber字段通过RRC信令下发给UE。
图10:
下行HARQprocessnumber字段(RRC连接重配置)
当UE接收到指示下行SPS激活的PDCCH时,其对应的HARQprocessID是通过下面的公式计算的(DCI中的HARQprocessnumber域被置成0,floor为向下取整):
HARQprocessnumber=[floor(CURRENT_TTI/(下行半静态调度的周期))]mod配置的下行半静态调度HARQ进程总数,而CURRENT_TTI=[(SFN*10)+subframenumber。
图12:
下行PDSCH内容
图13:
下行PDCCH中显式分配资源
第6行数据,初传数据,帧号为777,子帧号为9,floor(7779/20)mod=388mod3=1
第7行数据,重传数据,帧号为779,子帧号为3,图13看出通过PDCCH中显式分配资源(注意:
重传数据HRAQ号与初传相同,这里不能用floor()mod3公式来计算HRAQ号)
第7行数据是对6行数据重传:
✓图13可以看出PDCCH显式为第7行数据分配资源;
✓第7行数据HRAQ号为1,NDI为1,与第6行数据相同;
✓第7行数据Recombining为Yes;
✓第7行数据RV为2,而第6行数据RV为0
✓第6行ACK/NACK为NACK
五、上行SPS(36.321的5.10节)
1、上行SPS
半静态调度激活前,需要对VoIP数据包采用动态调度。
判断VoIP业务为通话期后,尝试激活半静态调度,根据语音包大小和调整后的全带SINR(整个带宽上测量得到的SINR)得到半静态调度激活时MCS和RB。
在半静态调度激活后,UE会在指定的半静态调度资源上周期发送数据,eNodeB在指定的半静态调度资源上周期接收数据。
如果配置并激活了ULSPS,则UE会认为在满足下面公式的子帧里(称为SPS子帧)被分配了SPS上行资源(此时无需收到PDCCH):
(10*SFN+subframe)=[(10*SFNstarttime+subframestarttime)+N*semiPersistSchedIntervalUL+Subframe_Offset*(Nmodulo2)]modulo10240
SFNstarttime和subframestarttime为UE接收到指示上行SPS激活的PDCCH所指定的将用来发送上行数据的系统帧号和子帧号(对于FDD,是子帧n+4;对于TDD而言,与上下行配置相关。
需要注意的是:
这里的处理与下行略有不同)。
与下行相比,上行SPS增加了偏移量Subframe_Offset*(Nmodulo2),该偏移量只存在于TDD中。
如果SPS-ConfigUL的twoIntervalsConfig字段(只存在于TDD中)配置为true,则Subframe_Offset根据36.321的Table7.4-1来配置;否则Subframe_Offset的值为0。
(具体见上行SPSHARQ)
图10:
SPS激活PDCCH的DCI内容(SPS激活子帧5063下发了PDCCH调度信息)
图11:
上行SPS(SPS子帧5067分配了上行SPS资源)
2、上行SPSHARQ
SPS传输的上行HARQ进程,可以是同步自适应和同步非自适应的。
与下行不同,上行HARQ使用同步的方式,因此并不需要指定HARQprocessID。
并且对上行重传而言,由于可以使用上行同步自适应或同步非自适应HARQ重传,可以使用SPS调度分配的资源,也可以使用SPSC-RNTI加扰的PDCCH重新指定资源。
目前中兴默认先使用同步非自适用重传(10ms后),非自适应重传时刻没有找到资源位置时,立即使用同步自适用重传。
1、非自适应重传:
非自适应的SPS重传使用已分配的上行资源进行重传。
由于是同步的过程,可能存在SPS的重传数据与SPS的配置传输发生冲突的情况。
FDD情形下,如下图所示,在上行传输次数*HARQ进程传输间隔=n*SPS传输周期时,就会发生重传数据和新数据碰撞的情况。
数据1的第5次重传就会和数据包3的初始传输发生碰撞。
这个问题在FDD系统中并不明显,因为FDD上行HARQ的重传间隔为8ms,在进行了5次重传之后才可能发生碰撞,发生冲突的可能性较小。
图12:
FDDLTE上行SPSHARQ示意图
TDD时,由于不同配置下,不同位置子帧上的HARQRTT时间都不相同,重传间隔大多为10ms,数据包0第2次重传时即会和数据包1的初始传输发生碰撞,导致TDD模式下,非自适应重传只能进行一次,因此,发生冲突的可能性相对较大。
图13:
TDD上行SPSHARQ示意图
为此,TDD中可以使用双周期的SPS调度方式,是否启用双周期的调度方式通过RRC信令SPS-ConfigUL:
twoIntervalsConfig来配置。
双周期的SPS启用后,SPS的周期将变为(T1,T2,T1,T2…)的形式。
其中
T1=SPSperiodicity+subframe_offset
T2=SPSperiodicity–subframe_offset
SPSPeriodicity就是在RRC信令中定义的SPS的周期。
Subframe_offset是由TDD的配置以及双周期SPS的起始点来隐式确定的。
Table7.4-1:
Subframe_Offsetvalues
双周期SPS调度的示意图如下所示,数据0的第4次重传才会和数据包2的初始传输发生碰撞:
图13:
TDD上行双周期SPSHARQ示意图
2、自适应重传:
自适应的重传需要通过PDCCH进行上行授权,由于需要重新发送PDCCH,可以通过调度避免第n个包的重传与第n+1个包初传发生冲突。
如果UE在分配的上行SPS资源上,连续implicitReleaseAfter次发送的MACPDU不包含MACSDU,则会自动释放上行SPS并清除配置的ULgrant。
在清除了ULgrant后,需要重传的SPS数据并不受影响。
注意:
无论对于上行SPS还是下行SPS,自适应重传时使用的SPSC-RNTI加扰的PDCCH并不会重新配置SPS资源,也就是说,该PDCCH只在该子帧有效。
3、冲突处理:
半静态调度重传冲突:
对于已经激活的半静态调度的重传,需要判断:
●是否和PRACH、另一个用户的半静态调度初传、TTIBundling的重传冲突
如果发生冲突:
✓当采用上行同步自适应HARQ时,可以自适应调整上行重传的RB资源。
✓当采用上行同步非自适应HARQ时,中兴变更为自适用重传,华为是取消重传。
●是否和PUCCH冲突
如果发生冲突,需要重新激活半静态调度资源。
半静态调度初传冲突:
中兴对于已经激活半静态调度的初传,优先级高,不需要判断是否与PUCCH、PRACH和TTIbundling重传冲突。
而华为初传数据优先级低,需要判断冲突,如果发生冲突,需要重新激活半静态调度资源。
六、SPS调度
1、SPS-C-RNTI使用
SPSC-RNTI不仅用于SPS激活过程中的PDCCH,还用于SPS调度TB的HARQ重传的PDCCH。
为了区分这两种情况,使用了NDI字段:
如果是配置SPS资源(SPS激活),则NDI设置为0,认为NDI翻转(新传数据,都为0);如果是HARQ重传,则NDI设置为1,认为NDI不会翻转(重传数据,都为1)。
如果在UE收到的PDCCH使用C-RNTI加扰,并且对应的HARQprocess前一次接收到的PDCCH使用SPSC-RNTI加扰(可能是SPS激活,也可能是SPS的重传),则无论NDI域的值是0或1,都认为NDI翻转,即新传。
(见36.321的5.3.1节和5.4.1节)
高通QCAT显示:
如果是配置SPS资源(SPS激活),则NDI翻转(新传数据,01交替);如果是HARQ重传,则NDI不会翻转(重传数据,与之前新传数据NDI相同)。
WhentheUEhasaC-RNTI,Semi-PersistentSchedulingC-RNTI,orTemporaryC-RNTI,theUEshallforeachTTIduringwhichitmonitorsPDCCH:
-ifadownlinkassignmentforthisTTIhasbeenreceivedonthePDCCHfortheUE’sC-RNTI,orTemporaryCRNTI:
-ifthisisthefirstdownlinkassignmentforthisTemporaryC-RNTI:
-considertheNDItohavebeentoggled.
-ifthedownlinkassignmentisforUE’sC-RNTIandifthepreviousdownlinkassignmentindicatedtotheHARQentityofthesameHARQprocesswaseitheradownlinkassignmentreceivedfortheUE’sSemi-PersistentSchedulingC-RNTIoraconfigureddownlinkassignment:
-considertheNDItohavebeentoggledregardlessofthevalueoftheNDI.
-indicatethepresenceofadownlinkassignmentanddelivertheassociatedHARQinformationtotheHARQentityforthisTTI.
-else,ifadownlinkassignmentforthisTTIhasbeenreceivedonthePDCCHfortheUE’sSemi-PersistentSchedulingC-RNTI:
-iftheNDIinthereceivedHARQinformationis1:
-considertheNDInottohavebeentoggled;
-indicatethepresenceofadownlinkassignmentanddelivertheassociatedHARQinformationtotheHARQentityforthisTTI.
-else,iftheNDIinthereceivedHARQinformationis0:
-ifPDCCHcontentsindicateSPSrelease:
-cleartheconfigureddownlinkassignment(ifany);
-iftimeAlignmentTimerisrunning:
-indicateapositiveacknowledgementforthedownlinkSPSreleasetothephysicallayer.
-else:
-storethedownlinkassignmentandtheassociatedHARQinformationasconfigureddownlinkassignment;
-initialise(ifnotactive)orre-initialise(ifalreadyactive)theconfigureddownlinkassignmenttostartinthisTTIandtorecuraccordingtorulesinsubclause5.10.1;
-settheHARQProcessIDtotheHARQProcessIDassociatedwiththisTTI;
-considertheNDIbittohavebeentoggled;
-indicatethepresenceofaconfigureddownlinkassignmentanddeliverthestoredHARQinformationtotheHARQentityforthisTTI.
-else,ifadownlinkassignmentforthisTTIhasbee
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