EDA模式在EDGE網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

引言

目前市場上的EDGE手機(jī)大部分是Type 1的手機(jī)， 這類手機(jī)不支持同時接收和發(fā)送信號。由于這一限制，采用傳統(tǒng)的動態(tài)分配（DA）模式的Type 1手機(jī)在上行方向的無線資源分配上受到很大的限制。隨著新的上行EDGE業(yè)務(wù)的發(fā)展，EDGE用戶對上行的傳輸速率提出了越來越高的要求，因此應(yīng)用新的擴(kuò)展動態(tài)分配（EDA）模式對上行業(yè)務(wù)的推廣正變得越來越有意義。

EDA模式是Alcatel-Lucent公司在分組業(yè)務(wù)方面提出的一項專利。應(yīng)用這項專利（即在EDGE 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用EDA模式），使Type 1手機(jī)在上行方向可分配最多5個時隙，且在一個無線調(diào)度周期（20 ms）內(nèi)同時在多個時隙（PDCH）上發(fā)送上行數(shù)據(jù)。這將顯著地提高應(yīng)用EDA模式的EDGE用戶上行吞吐率，在特定條件下，單個用戶的吞吐率將提高100%。另外，對整個EDGE網(wǎng)絡(luò)上行平均吞吐率也有很大提高。

本文介紹了EDA模式的基本概念，描述了一種基于EDA模式的分組調(diào)度算法，并對在EDGE網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用EDA模式對上行吞吐率的提高進(jìn)行了性能分析，突出了應(yīng)用EDA模式對EDGE上行業(yè)務(wù)發(fā)展的影響。

1  基于DA模式的分組調(diào)度

1.1 Type 1手機(jī)的限制

網(wǎng)絡(luò)端給Type 1 手機(jī)分配時隙的最多個數(shù)不僅取決于它的Multislot class類型， 還取決于手機(jī)進(jìn)行鄰小區(qū)功率測量的時隙需求，以及發(fā)送和接收之間的最小切換間隙的要求。圖1中Ttb （手機(jī)從接收切換到發(fā)送的時間）和Tra （手機(jī)從發(fā)送切換到接收的時間）反映了發(fā)送和接收之間進(jìn)行切換的間隙要求。

圖1以Multislot class 9 的手機(jī)為例。下行臨時塊流（TBF）分配在時隙0、1 和2上，上行TBF分配在時隙1 和2上。 由于Type 1 手機(jī)的限制，網(wǎng)絡(luò)端不能分配時隙0給上行的TBF， 否則Ttb將得不到保證。 同樣的，網(wǎng)絡(luò)端也不能分配時隙3給上行的TBF， 否則Tra將得不到保證。另外值得一提的是， 手機(jī)必須監(jiān)聽分配給它的上行TBF的所有時隙，去檢測是否有上行狀態(tài)標(biāo)記（USF）分配給它。

1.2 基于DA模式的分組調(diào)度

采用DA模式的上行TBF會監(jiān)聽分配給它的時隙上所有的下行數(shù)據(jù)塊。如果檢測到網(wǎng)絡(luò)端分配了USF給它，手機(jī)則會在下個調(diào)度周期的相應(yīng)時隙上發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊�；�于DA模式的分組調(diào)度如圖2所示。

圖2中，上行TBF分配在時隙0和1上。圖中摘錄了4個塊周期（BP， 20 ms無線調(diào)度周期）的調(diào)度結(jié)果。

a） BP（n）：網(wǎng)絡(luò)端將時隙0上的USF分配給這個上行TBF， 手機(jī)檢測到后，在BP（n+1）的時隙0上發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊。

b） BP（n+1）：網(wǎng)絡(luò)端將時隙0和1上的USF分配給這個上行TBF， 手機(jī)檢測到后，在BP（n+2）的時隙0和1上發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊。

c） BP（n+2）：網(wǎng)絡(luò)端將時隙1上的USF分配給了這個上行TBF， 手機(jī)檢測到后，在BP（n+3）的時隙1上發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊。

d） BP（n+3）：網(wǎng)絡(luò)端在這個BP沒有分配USF給這個上行TBF。相應(yīng)地，可以預(yù)見在BP（n+4），上行的TBF不會發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊。

2  基于EDA模式的分組調(diào)度

2.1 EDA的基本原理和調(diào)度算法

采用EDA模式的手機(jī)，在下行的時隙上一旦檢測到一個屬于它的USF， 在下一個BP，它可以在這個時隙以及分配給它的其他更高的時隙上都發(fā)送上行的數(shù)據(jù)。 這樣，它就不需要監(jiān)聽分配給它的所有上行時隙了。這使分配給它更多的上行時隙成為可能。從網(wǎng)絡(luò)端來講，對于采用EDA模式的手機(jī)（可以分配2個以上上行時隙給它），一旦一個USF分配給這個上行TBF， 那么比它高的這個上行TBF的所有時隙上的USF也必須一并分配給它，否則其他的上行TBF在相同的時隙上也發(fā)送數(shù)據(jù)時就會造成沖突。另外，考慮到Ttb和Tra的限制，任何一個BP所分配給EDA TBF的USF個數(shù)不能比其前一個BP的個數(shù)少。如果不能滿足， 則這個調(diào)度周期必須暫停分配USF給這個上行TBF。

根據(jù)上述EDA基本原理 可以看出，在對采用EDA模式的手機(jī)進(jìn)行調(diào)度前，首先要計算可以調(diào)度給它的USF個數(shù)。如果個數(shù)大于等于前一個BP，則按照時隙從右往左的順序開始調(diào)度。否則，這一BP需停止對這個TBF調(diào)度（輪空一輪）。

由于EDA TBF并不總是監(jiān)聽所有分配給它的時隙， 為了避免下行的控制消息丟失，所有的下行控制消息必須發(fā)送在分配給這個上行EDA TBF的最低的時隙上。為了保證Ttb和Tra 這一根本原則，如果在下一個BP手機(jī)要響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)端的輪詢（polling） 請求，則它等同于這個時隙上相應(yīng)的USF被分配給了這個上行EDA TBF。這一點需要在檢測是否要輪空一輪的條件中特別注意。

基于EDA模式的分組調(diào)度如圖3所示。

在圖3中，網(wǎng)絡(luò)端給采用EDA模式的上行 TBF分配了時隙0、1、2和3， 同一手機(jī)的下行TBF則分配在時隙0 和1上。 圖中摘錄了連續(xù)的幾個BP的調(diào)度結(jié)果。

a） BP（n）： 在時隙0上的下行數(shù)據(jù)塊上帶了這個上行TBF的USF。這意味著時隙1、2和3 上的USF也都分配給了這同一個上行TBF。 相應(yīng)地，在BP（n+1）， 上行TBF在時隙0、1、2和3上都發(fā)送了上行數(shù)據(jù)塊。

b） BP（n+1）：在這個調(diào)度周期，由于時隙0上的USF優(yōu)先分配給了其他的上行TBF ， 這個BP最多只能分配3個時隙給這個上行TBF。根據(jù)EDA的原理，也就是為了滿足Ttb 和Tra這一基本原則，這個BP必須輪空一輪調(diào)度。相應(yīng)地，在BP（n+2）， 上行TBF不發(fā)送上行的數(shù)據(jù)。

c） BP（n+2）： 在這個BP，時隙0上的USF同樣需要優(yōu)先分配給另一個上行TBF，而時隙1、2和3上的USF可以分配給這個上行 TBF。這樣，網(wǎng)絡(luò)端在時隙1上的下行數(shù)據(jù)塊上帶了這個上行TBF的USF，表示除了時隙1、2和3 上的USF也都分配給了這同一個上行TBF。相應(yīng)地，在BP（n+3）， 上行TBF在時隙1、2和3上都可以發(fā)送上行數(shù)據(jù)塊。

d） BP（n+3）： 和BP（n+2）的調(diào)度相同。

e） BP（n+4）： 在這個BP，只有時隙3上的USF可以分配給這個上行的TBF。這意味著分配的USF的個數(shù)將少于前一個BP。按照輪空一輪的原則，這個BP不能分配USF給這個上行的TBF。相應(yīng)地，在BP（n+5）， 上行TBF不發(fā)送上行的數(shù)據(jù)。

f） BP（n+5）： 在這個BP，只有時隙3上的USF可以分配給這個上行的TBF。另外，網(wǎng)絡(luò)端給這個上行TBF發(fā)了一個帶Polling 應(yīng)答請求的控制消息。這意味著，在BP（n+6），上行TBF可以在時隙3上發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊，同時必須在BP（n+5+3）的時隙0上發(fā)送上行的應(yīng)答消息。

g） BP（n+6）： 在這個BP，時隙1、2和3上的USF可以分配給這個上行的TBF。這樣，網(wǎng)絡(luò)端在時隙1上的下行數(shù)據(jù)塊上帶了這個上行TBF的USF，表示時隙2和3 上的USF也都分配給了這同一個上行TBF。相應(yīng)地，在BP（n+7）， 上行TBF在時隙1、2和3上都可以發(fā)送上行數(shù)據(jù)塊。

h） BP（n+7）： 和BP（n+6）的調(diào)度相同。相應(yīng)地，在BP（n+8）， 上行TBF會在時隙1、2和3上發(fā)送上行數(shù)據(jù)塊。同時由BP（n+5）可知，上行TBF會在BP（n+8）的時隙0 上發(fā)送上行的控制塊。

i） BP（n+8）： 由于這個BP，上行TBF在時隙0、1、2和3上都會發(fā)送。從Ttb的角度來看，這等同于BP（n+7），分配了4個時隙給它。所以，盡管這個BP網(wǎng)絡(luò)端也想把時隙1、2和3上的USF分配給這個上行的TBF，但為了滿足Ttb的條件，不得不輪空一輪。相應(yīng)地，在BP（n+9）， 上行TBF不發(fā)送上行數(shù)據(jù)塊。

j） BP（n+9）： 在這個BP，時隙1、2和3上的USF分配給了這個上行的TBF。這樣，可以預(yù)見在BP（n+10），上行TBF在時隙1、2和3上都可以發(fā)送上行數(shù)據(jù)塊。

2.2 EDA的分組調(diào)度算法流程圖

基于EDA的原理和分組調(diào)度的算法，調(diào)度算法的流程圖設(shè)計如圖4所示。

圖4描述了一個BP內(nèi)對采用EDA模式的上行TBF的調(diào)度過程。

3  EDA的性能分析

從上述的EDA原理和調(diào)度算法，可以看出，在EDGE網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用EDA模式，除了要看手機(jī)的Multislot class類型之外，還要考慮其他手機(jī)對EDA手機(jī)的影響。另外手機(jī)熱輻射對上行最大輸出功率的影響也值得注意（關(guān)于這兩點，本文不作深入探討）。對EDA的性能分析所做的仿真中，忽略了輸出功率對上行吞吐量的影響，并且假設(shè)網(wǎng)絡(luò)端在進(jìn)行無線資源分配的時候，將EDA和DA的上行TBF分配在不同的時隙上。其他仿真參數(shù)和業(yè)務(wù)模型參數(shù)如下：

a） Min_PDCH （GPRS/EDGE 業(yè)務(wù)可用的最小時隙個數(shù)）：4。

b） Max_PDCH（GPRS/EDGE 業(yè)務(wù)可用的最多時隙個數(shù)）：12。

c） 語音業(yè)務(wù)的負(fù)載：占15%。

d） EDA使用率：30%。

e） GPRS和EDGE業(yè)務(wù)各占分組業(yè)務(wù)的50%。

f） 下行業(yè)務(wù)占總的分組業(yè)務(wù)的70%。

仿真結(jié)果如表1所示。

仿真結(jié)果顯示，在分組用戶數(shù)少的EDGE網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用EDA模式，單個GPRS 用戶上行平均吞吐量比不應(yīng)用EDA 模式要增加8 kbit/s； 單個EDGE用戶上行平均吞吐量則比不應(yīng)用EDA 模式要增加12 kbit/s。上行的平均吞吐量總的提高超過10%。即使在分組用戶數(shù)多的EDGE網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用EDA模式，單個GPRS 用戶上行平均吞吐量增加也比不應(yīng)用EDA 模式超過5 kbit/s； 單個EDGE用戶上行平均吞吐量則比不應(yīng)用EDA 模式要超過8 kbit/s，上行的平均吞吐量總的提高也超過7%。因此應(yīng)用EDA模式無論對網(wǎng)絡(luò)運營商，還是對普通的PS用戶都有很好的意義。

對于單個EDGE用戶，以Multislot class 12 的手機(jī)為例，應(yīng)用DA模式，上行最多可以分配2個時隙;而應(yīng)用EDA模式，上行可以分配4個時隙。因此，在一定條件下，應(yīng)用EDA模式對這種手機(jī)上行吞吐率的提高可達(dá)到100%。

4  結(jié)束語

EDA模式是一種新的MAC模式，它是對DA模式的一種擴(kuò)展。應(yīng)用EDA模式，使網(wǎng)絡(luò)端可以更多地分配上行時隙給一個Type 1的手機(jī)。這可以顯著提高單個EDGE用戶的上行吞吐率（可達(dá)100%），對EDGE網(wǎng)絡(luò)的平均上行吞吐率也有很可觀的提高（較差情況下也超過7%）。應(yīng)用EDA模式不僅可以提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，降低設(shè)備運營商的成本，還可以提供給EDGE用戶更好的上行業(yè)務(wù)服務(wù)和更高的上行帶寬。

目前這一模式已被應(yīng)用在上海貝爾阿爾卡特的新的分組無線接入產(chǎn)品當(dāng)中。經(jīng)過子系統(tǒng)的測試，基于EDA模式的分組調(diào)度算法很好地契合了EDA模式對USF分配的要求。經(jīng)過系統(tǒng)級測試，在EDGE網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用EDA模式可以使其上行的平均吞吐量得到很大的提高。這一新的產(chǎn)品功能正受到越來越多歐洲運營商的關(guān)注，相信PS用戶也必將得益于這一新功能，獲得更豐富的上行EDGE服務(wù)。

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