EDA模式在EDGE網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

引言

目前市場(chǎng)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(shí)接收和發(fā)送信號(hào)。由于這一限制，采用傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分配（DA）模式的Type 1手機(jī)在上行方向的無(wú)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(duì)上行的傳輸速率提出了越來(lái)越高的要求，因此應(yīng)用新的擴(kuò)展動(dòng)態(tài)分配（EDA）模式對(duì)上行業(yè)務(wù)的推廣正變得越來(lái)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(xiàng)專利。應(yīng)用這項(xiàng)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(gè)時(shí)隙，且在一個(gè)無(wú)線調(diào)度周期（20 ms）內(nèi)同時(shí)在多個(gè)時(shí)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(gè)用戶的吞吐率將提高100%。另外，對(duì)整個(gè)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(duì)在EDGE網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用EDA模式對(duì)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(duì)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(shí)隙的最多個(gè)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(cè)量的時(shí)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(shí)間）和Tra （手機(jī)從發(fā)送切換到接收的時(shí)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(shí)塊流（TBF）分配在時(shí)隙0、1 和2上，上行TBF分配在時(shí)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(shí)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(shí)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(tīng)分配給它的上行TBF的所有時(shí)隙，去檢測(cè)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(huì)監(jiān)聽(tīng)分配給它的時(shí)隙上所有的下行數(shù)據(jù)塊。如果檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)端分配了USF給它，手機(jī)則會(huì)在下個(gè)調(diào)度周期的相應(yīng)時(shí)隙上發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊。基于DA模式的分組調(diào)度如圖2所示。

圖2中，上行TBF分配在時(shí)隙0和1上。圖中摘錄了4個(gè)塊周期（BP， 20 ms無(wú)線調(diào)度周期）的調(diào)度結(jié)果。

a） BP（n）：網(wǎng)絡(luò)端將時(shí)隙0上的USF分配給這個(gè)上行TBF， 手機(jī)檢測(cè)到后，在BP（n+1）的時(shí)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(shí)隙0和1上的USF分配給這個(gè)上行TBF， 手機(jī)檢測(cè)到后，在BP（n+2）的時(shí)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(shí)隙1上的USF分配給了這個(gè)上行TBF， 手機(jī)檢測(cè)到后，在BP（n+3）的時(shí)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(gè)BP沒(méi)有分配USF給這個(gè)上行TBF。相應(yīng)地，可以預(yù)見(jiàn)在BP（n+4），上行的TBF不會(huì)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(shí)隙上一旦檢測(cè)到一個(gè)屬于它的USF， 在下一個(gè)BP，它可以在這個(gè)時(shí)隙以及分配給它的其他更高的時(shí)隙上都發(fā)送上行的數(shù)據(jù)。 這樣，它就不需要監(jiān)聽(tīng)分配給它的所有上行時(shí)隙了。這使分配給它更多的上行時(shí)隙成為可能。從網(wǎng)絡(luò)端來(lái)講，對(duì)于采用EDA模式的手機(jī)（可以分配2個(gè)以上上行時(shí)隙給它），一旦一個(gè)USF分配給這個(gè)上行TBF， 那么比它高的這個(gè)上行TBF的所有時(shí)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(shí)隙上也發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就會(huì)造成沖突。另外，考慮到Ttb和Tra的限制，任何一個(gè)BP所分配給EDA TBF的USF個(gè)數(shù)不能比其前一個(gè)BP的個(gè)數(shù)少。如果不能滿足， 則這個(gè)調(diào)度周期必須暫停分配USF給這個(gè)上行TBF。

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

由于EDA TBF并不總是監(jiān)聽(tīng)所有分配給它的時(shí)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(gè)上行EDA TBF的最低的時(shí)隙上。為了保證Ttb和Tra 這一根本原則，如果在下一個(gè)BP手機(jī)要響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)端的輪詢（polling） 請(qǐng)求，則它等同于這個(gè)時(shí)隙上相應(yīng)的USF被分配給了這個(gè)上行EDA TBF。這一點(diǎn)需要在檢測(cè)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(shí)隙0、1、2和3， 同一手機(jī)的下行TBF則分配在時(shí)隙0 和1上。 圖中摘錄了連續(xù)的幾個(gè)BP的調(diào)度結(jié)果。

a） BP（n）： 在時(shí)隙0上的下行數(shù)據(jù)塊上帶了這個(gè)上行TBF的USF。這意味著時(shí)隙1、2和3 上的USF也都分配給了這同一個(gè)上行TBF。 相應(yīng)地，在BP（n+1）， 上行TBF在時(shí)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(gè)調(diào)度周期，由于時(shí)隙0上的USF優(yōu)先分配給了其他的上行TBF ， 這個(gè)BP最多只能分配3個(gè)時(shí)隙給這個(gè)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(gè)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(gè)BP，時(shí)隙0上的USF同樣需要優(yōu)先分配給另一個(gè)上行TBF，而時(shí)隙1、2和3上的USF可以分配給這個(gè)上行 TBF。這樣，網(wǎng)絡(luò)端在時(shí)隙1上的下行數(shù)據(jù)塊上帶了這個(gè)上行TBF的USF，表示除了時(shí)隙1、2和3 上的USF也都分配給了這同一個(gè)上行TBF。相應(yīng)地，在BP（n+3）， 上行TBF在時(shí)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(gè)BP，只有時(shí)隙3上的USF可以分配給這個(gè)上行的TBF。這意味著分配的USF的個(gè)數(shù)將少于前一個(gè)BP。按照輪空一輪的原則，這個(gè)BP不能分配USF給這個(gè)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(gè)BP，只有時(shí)隙3上的USF可以分配給這個(gè)上行的TBF。另外，網(wǎng)絡(luò)端給這個(gè)上行TBF發(fā)了一個(gè)帶Polling 應(yīng)答請(qǐng)求的控制消息。這意味著，在BP（n+6），上行TBF可以在時(shí)隙3上發(fā)送上行的數(shù)據(jù)塊，同時(shí)必須在BP（n+5+3）的時(shí)隙0上發(fā)送上行的應(yīng)答消息。

g） BP（n+6）： 在這個(gè)BP，時(shí)隙1、2和3上的USF可以分配給這個(gè)上行的TBF。這樣，網(wǎng)絡(luò)端在時(shí)隙1上的下行數(shù)據(jù)塊上帶了這個(gè)上行TBF的USF，表示時(shí)隙2和3 上的USF也都分配給了這同一個(gè)上行TBF。相應(yīng)地，在BP（n+7）， 上行TBF在時(shí)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(huì)在時(shí)隙1、2和3上發(fā)送上行數(shù)據(jù)塊。同時(shí)由BP（n+5）可知，上行TBF會(huì)在BP（n+8）的時(shí)隙0 上發(fā)送上行的控制塊。

i） BP（n+8）： 由于這個(gè)BP，上行TBF在時(shí)隙0、1、2和3上都會(huì)發(fā)送。從Ttb的角度來(lái)看，這等同于BP（n+7），分配了4個(gè)時(shí)隙給它。所以，盡管這個(gè)BP網(wǎng)絡(luò)端也想把時(shí)隙1、2和3上的USF分配給這個(gè)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(gè)BP，時(shí)隙1、2和3上的USF分配給了這個(gè)上行的TBF。這樣，可以預(yù)見(jiàn)在BP（n+10），上行TBF在時(shí)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(jì)如圖4所示。

圖4描述了一個(gè)BP內(nèi)對(duì)采用EDA模式的上行TBF的調(diào)度過(guò)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(duì)EDA手機(jī)的影響。另外手機(jī)熱輻射對(duì)上行最大輸出功率的影響也值得注意（關(guān)于這兩點(diǎn)，本文不作深入探討）。對(duì)EDA的性能分析所做的仿真中，忽略了輸出功率對(duì)上行吞吐量的影響，并且假設(shè)網(wǎng)絡(luò)端在進(jìn)行無(wú)線資源分配的時(shí)候，將EDA和DA的上行TBF分配在不同的時(shí)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(shí)隙個(gè)數(shù)）：4。

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

c） 語(yǔ)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(gè)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(gè)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(guò)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(gè)GPRS 用戶上行平均吞吐量增加也比不應(yīng)用EDA 模式超過(guò)5 kbit/s； 單個(gè)EDGE用戶上行平均吞吐量則比不應(yīng)用EDA 模式要超過(guò)8 kbit/s，上行的平均吞吐量總的提高也超過(guò)7%。因此應(yīng)用EDA模式無(wú)論對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，還是對(duì)普通的PS用戶都有很好的意義。

對(duì)于單個(gè)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(gè)時(shí)隙;而應(yīng)用EDA模式，上行可以分配4個(gè)時(shí)隙。因此，在一定條件下，應(yīng)用EDA模式對(duì)這種手機(jī)上行吞吐率的提高可達(dá)到100%。

4  結(jié)束語(yǔ)

EDA模式是一種新的MAC模式，它是對(duì)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(shí)隙給一個(gè)Type 1的手機(jī)。這可以顯著提高單個(gè)EDGE用戶的上行吞吐率（可達(dá)100%），對(duì)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(guò)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(yùn)營(yíng)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(wú)線接入產(chǎn)品當(dāng)中。經(jīng)過(guò)子系統(tǒng)的測(cè)試，基于EDA模式的分組調(diào)度算法很好地契合了EDA模式對(duì)USF分配的要求。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)級(jí)測(cè)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(lái)越多歐洲運(yùn)營(yíng)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)。

參考文獻(xiàn)

1 3GPP 45. 002. Multiplexing and multiple access on the radio path, V6.11.0, 2005

2 3GPP 43.064. Overall description of the GPRS radio interface, V6.11.0, 2006

3 3GPP 04.60 . GPRS ; MS-BSS interface ; RLC/MAC protocol, V7.7.0，2006

4 3GPP 24.008. Core network protocols; stage 3, V6.10.0, 2005

5 3GPP 45.005. Radio Access Network; Radio transmission and reception, V6.13.0 ,2006