专利名称：高速下行分组接入协议栈的实现方法和基站的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速下行分组接入(High Speed Downlink Packet Access, HSDPA)技术，尤其涉及一种高速下行^^IL接入协i械的实现方法和絲。
背景技术：
为了满足用户对高速分组数据业务的日益增长的需求，3GPP在 TD-SCDMA版本5 (Release5 )规范中引入了 HSDPA技术。HSDPA 通过采用自适应调制编码(Adaptive Modulation and Coding, AMC )、 混合自动重传请求(Hybrid Automatic R印eat reQuest， HARQ )和快 速小区选择(Fast Cell Selection, FCS )技术，引入高阶调制(例如， 16QAM)，在基站(NodeB)中增加了 一个MAC-hs实体，用于数据的 快速调度，以便获得比版本4 (Release 4)更高的用户峰值速率和小区 数据吞吐率。
本质上，HSDPA是一些无线增强:技术的集合，是3GPP Release5 无线接入网络(Radio Access Network, RAN)的一个重要特性。利用 HSDPA技术可以在3G现有技术的基础上使下行数据峰值速率有很大 的提高。与Release4版本时分同步码分多址(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access, TD-SCDMA)系统相比， 引入HSDPA技术主要是通过修改空中接口来增强系统性能，主要操作 在用户设备(User Equipment, UE )、 Node B的物理层(LI)和MAC 层(L2)，而无线链路控制(Radio Link Control, RLC )和分组数据汇 聚协i义(Packet Data Convergence Protocol, PDCP )基本不需改动。 无论是在UE侧还是Node B侧，在MAC层增加了 MAC-hs实体，与 高速下行链路共享信道(High Speed Downlink Shared Channel, HS-DSCH)相关的操作都在MAC-hs实体完成。MAC-hs实体除了具有流控制和优先级处理功能外，还需要完成HARQ协议的相关操作，包括 调度、重传、重排等。另外无线资源控制(Radio Resource Control, RRC )和Node B应用部分(Node B Application Part, NBAP )协议需 要提供相应流程支持。基本原理都是通过引入高速下行共享信道HS-DSCH增强空中接口，并在通用移动电信系统(UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN)中增加相应的功能实体。从底层来看 主要通过引入AMC、 HARQ等链路自适应技术和快速调度、MAC-hs 协议等关键技术来实现更高的数据吞吐量，降低时延和提高峰值速率。 图1示出现有技术中MAC-hs在协议栈的位置。如图1所示， MAC-hs实体11属于MAC层，位于MAC-d实体12的下方，位于物 理层的上方。MAC-hs也位于RRC 13的下方。MAC层与物理层之间 通过驱动相连，MAC-hs实体与物理层通过原语(primitive)进行信息 交互。
在UTRAN侧MAC-hs实体负责完成HSDPA对应的所有功能。在 UTRAN侧的MAC-hs实体位于MAC-d实体的下方，物理层的上方。 MAC-hs实体将具有相同优先级的MAC-d协议数据单元(Protocol Data Unit, PDU)复用成一个MAC-hs PDU,再加上MAC-hs PDU的 数据包头，形成一个完整的MAC-hs PDU，通过MAC-hs实体与物理 层之间的传输信道HS-DSCH发送给物理层。同时MAC-hs实体和物理 层之间通过原语来完成控制信息的交互，在上行方向物理层通过物理信 道HS-SICH从UE端将反馈信息传输到网络侧，然后物理层通过原语 的形式将控制信息上报给MAC-hs实体，MAC-hs实体根据这些控制信 息完成MAC-hs PDU的形成和调度;在下行方向，MAC-hs实体将传输 信道HS-DSCH中要发送的MAC-hs PDU的相关控制信息通过原语传 递给物理层，物理层再将这些控制信息通过物理信道HS-SCCH发送给 UE侧。
图2示出现有技术中UTRAU侧MAC-hs实体的结构示意图。如图 2所示，MAC-hs实体包括优先级队列分配模块21、 HARQ实体22、 TFRC选择才莫块23。但是，MAC-hs实体和物理层之间的时延较长，影响了系统的运行 效率。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种HSDPA协议栈的实现方 法，能够减少时延，提高系统运行效率。
本发明提供一种HSDPA协议栈的实现方法，包括在物理层中实 现MAC-hs实体；MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他 模块的通信。
进一步，该方法还包括MAC-hs实体通过驱动转发机制实现与 MAC层的通信。
进一步，该方法还包括在DSP上实现包括MAC-hs实体的物理 层；在计算机设备上实现MAC层。MAC-hs实体通过驱动緩冲区和 MAC层交换原语。
进一步，MAC-hs实体包括调度/优先级处理模块，用于根据 HARQ实体和数据流的优先级来管理HS-DSCH的资源；根据相关上行 信令信道的状态报告是传新数据还是重传；为传输的新数据设置优先级 识别和传输序号；HARQ实体，用于处理和HARQ相关的任务，负责 处理ACK或NACK、数据队列优先级的设置、传输数据块的编号设 置、HARQ进程的标识；TFRC选择模块，用于管理在HS-DSCH上数 据的传输，选择合适的传输格式与资源。
本发明提供的HSDPA协议栈的实现方法，在物理层中实现MAC-hs 实体，MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他模块的通 信，减少了 MAC-hs实体和物理层之间由于驱动导致的时延，提高了系 统的运行效率。
本发明要解决的另 一个技术问题是提供一种基站，能够减少时延， 提高系统运行效率。
本发明提供一种基站，包括计算机设备和数字信号处理器，其中在 数据信号处理器上实现包括MAC-hs实体的物理层，MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他模块的通信。
进一步，该基站在计算机设备上实现MAC层；MAC-hs实体通过 驱动转发机制实现与MAC层的通信。
进一步，MAC-hs实体包括调度/优先级处理模块，用于根据 HARQ实体和数据流的优先级来管理HS-DSCH的资源；根据相关上行 信令信道的状态报告是传新数据还是重传；为传输的新数据设置优先级 识别和传输序号；HARQ实体，用于处理和HARQ相关的任务，负责 处理ACK或NACK、数据队列优先级的设置、传输数据块的编号设 置、HARQ进程的标识；TFRC选择模块，用于管理在HS-DSCH上数 据的传输，选择合适的传输格式与资源。
本发明提供的基站，在DSP上实现包括MAC-hs实体的物理层， MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他模块的通信，减少 了 MAC-hs实体和物理层之间由于驱动导致的时延，提高了系统的运行 效率。
图1示出现有技术中MAC-hs在协议栈的位置；
图2示出现有技术中UTRAU侧MAC-hs实体的结构示意图3示出本发明的MAC-hs在协议栈的位置；
图4示出本发明的MAC-hs实体的结构示意图5示出本发明的HSDPA协议栈的实现方法的一个实施例的流程
图6示出本发明的HSDPA协议栈的实现方法的另一个实施例的流 程图7示出现有技术的架构下HSDPA各信道数据间时序关系； 图8示出本发明的架构下HSDPA各信道数据间时序关系。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。
本发明的基本思想是，将HSDPA低层协议栈中的关键模块MAC-hs实体从MAC层移植到物理层实现，应用新的接口机制，从而减少 MAC-hs实体和原物理层模块之间的时延，提高系统的运行效率。
图3示出本发明的MAC-hs在协议栈的位置。如图3所示，在本发 明的架构下，MAC-hs实体31是物理层中的一个模块，与物理层其他 模块34—起在数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)芯片中 实现。MAC-hs实体31和物理层其他;f莫块34在接口信息交换上，采用 共享循环緩冲器(buffer)的方式(例如共享DSP中寄存器)，方便地 进行数据的访问和操作，实现零时延的优势。在本发明的架构下， MAC层与物理层之间通过驱动相连，负责数据传递；MAC-hs实体31 与MAC层的多个才莫块，例如MAC-d实体32和RRC 33,通过原语进 行信息交互。原语是由若干多机器指令构成的完成某种特定功能的一段 程序，运用抽象的方法来表示层间信息的控制，具有不可分割性，其作 用是为了实现层间的通信和控制。
图4示出本发明的MAC-hs实体的结构示意图。如图4所示， MAC-hs实体40包括调度/优先级处理才莫块401、 HARQ实体402和传 输格式与资源结合(Transport Format and Resource Combination, TFRC)选择^f莫块403。其中调度/优先级处理;f莫块401包括优先级队列 分配单元4011、优先级队列緩冲器4012和调度单元4013。调JL/优先级 处理模块401用于根据HARQ实体和数据流的优先级来管理HS-DSCH 的资源；根据相关的上行信令信道的状态，报告是传新数据还是重传； 为传输的新数据设置优先级识别(Queue ID )和传输序号 (Transmission sequence number, TSN )。 HARQ实体402用于处理和 HARQ相关的所有任务，如负责处理ACK或NACK;数据队列优先 级(Queue ID)的设置、传输数据块的编号(TFN )设置、HARQ进 程的标识(HARQ Process Identifier )。 TFRC选择模块403用于管理在 HS-DSCH上数据的传输，选择合适的传输格式与资源。对于优先级队 列緩冲器4012，用于存储具有相同优先级的MAC-d数据流；优先级队列分配单元4011 ，用于将MAC- d流根据数据的优先级分配到对应的优 先级队列緩冲器4012;调度单元4013，用于根据优先级决定在传输时 间间隔内，HS-DSCH是发送新的数据块还是发送等待重传的数据块。 该单元遍历重传队列，若重传队列不空，则找出重传队列中具有最高优 先级的等待重传PDU;若重传队列为空，说明没有需要重传的PDU， 则发送新的PDU。
下面参考图4介绍各个模块在上下行过程中相互配合的具体流程。 在下行过程中，调度/优先级处理模块401根据终端上报的信息来决定 进行重传或者新的传输。若发送新的数据，则完成MAC-d PDU的不同 优先级的队列划分和Queue ID分配。对于选定的优先级队列，HARQ 实体403为相应队列的新数据添加TSN和Queue ID,形成MAC-hs PDU，存储到緩冲区并发送给终端等待回复；若重传，则指示HARQ 实体403对重传队列中相应的MAC-hs PDU进行重传。在上行过程 中，HARQ实体403接受ACK/NACK信息，并将信息报告给调JL/优 先级处理模块401。调t优先级处理模块401接收信息，决定是否进行 重传或者新的传输。
图5示出本发明的HSDPA协议栈的实现方法的一个实施例的流程
图。如图5所示，在步骤502，在物理层中实现MAC-hs实体的功能。
将MAC-hs层从MAC层移植到物理层。在步骤504， MAC-hs实体通 过共享内存的方式实现与物理层中其他相关模块的通信。
图6示出本发明的HSDPA协议栈的实现方法的另一个实施例的流程图。
如图6所示，在步骤602，在DSP上实现物理层，该物理层包括 MAC-hs实体对应的功能模块。
在步骤604，在计算机设备(例如，PC)上实现MAC层。
在步骤606， MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他 相关模块的通信。
在步骤608， MAC-hs实体通过驱动转发机制实现与MAC层的通 信。MAC-hs实体通过驱动緩冲区和MAC层交换原语。进一步，根据本发明HSDPA协议栈的实现方法，可以在DSP中实现 MAC-hs模块代码的优化。DSP开发工具能够同时支持C语言和汇编 语言，并且具有软件流7jC技术。汇编语言比机器语言易于读写、调试和 修改，同时具有机器语言全部优点，目标代码简短，占用内存少，执行 速度快，是高效的程序设计语言，更适合低层操作。可以在部分模块上 使用汇编语言来实现，以便进一步优化系统，提高运行效率。另外，可 以在物理层上打开优化功能，更加节省时钟消耗。对于在DSP上实现 的MAC-hs实体，在编写和调试DSP程序时，对模块中性能影响比较 大的程序段用线性汇编编写，并使用汇编优化器优化该段代码，以便使 代码获得最好的性能。在DSP开发工具中能够充分实现MAC-hs实体 代码的优化，具体的优化措施包括但不限于对HARQ实体部分采用 线性汇编完成；使用intrinsics替换复杂的C语言，例如C6416编译器 提供了许多intrinsics，可以快速优化C代码；对短字节的数据使用宽 长度的存储器访问，如使用字访问两个short类型数据，将两个short 类型数据分别放在32位寄存器的高16位和低16位字段；改进C语言 循环程序，使之更有利于软件流水技术优化，开启汇编优化器选项，编 译器能从程序中收集信息，尝试对程序循环实现软件流水。
通过结合或者单独使用上述方法，可以有效解决由时延引起的系统 不稳定问题，限制二层的时延，减小数据丢失和由于HS-DSCH重传 而引起的拥塞，更好地适应信道的快速变化，更大可能地匹配不同无 线信道条件下的数据速率，提高体系统的可靠性和稳定性。
需要指出的是，本发明的方法和架构不仅适用于TD-SCDMA网 络，同样适用于WCDMA网络。本领域的技术人员可以根据本发明的 教导完成在WCDMA等网络中的实现。
图7示出现有技术的架构下HSDPA各信道数据间时序关系。在现 有才支术的架构下，MAC-hs实体和物理层之间通过驱动相连，由于驱动 的存在产生了时延。如图7所示，MAC层在第1个子帧发出HS-SCCH的数据包，经过驱动，至少产生一个子帧的时延，物理层最快在 第2个子帧收到；UE在第3个子帧接收物理层处理后的HS-SCCH数据，而下行HS-DSCH与HS-SCCH信道之间的时间间隔是1个子帧， 即从UE下行到上行的处理需要2个子帧的时延；间隔一个子帧后， UE侧回复响应，因此，完成一个完整地HS-DSCH与HS-SCCH的下 行发和收到确认至少需要7个子帧的时延。当MAC的处理周期是8个 子帧时，所能忍受驱动带来的时延只有1个子帧的时间。同时，两个层 实体完成一次通信过程时，需要请求(REQUEST )、指示 (INDICATION )、响应(RESPONSE),确认(CONFIRM)四种原 语类型，这种"请求-确认"模式影响了 HSDPA业务的工作效率。 MAC层是在PC中实现的，由于操作系统自身的特点，在实现MAC-hs时，会更消耗更多的时钟周期。考虑到HSDPA兼容支持MAC的处 理周期是4个子帧的情况，以及驱动存在1到4个子帧随机概率时延不 稳定性，可以把MAC-hs实体处理放到DSP中实现，从而消除了驱动 时延的影响。
图8示出本发明的架构下HSDPA各信道数据间时序关系。如图8 所示，MAC-hs实体在第1个子帧发出HS-SCCH的数据包，物理层其 他模块在第1个子帧就能收到；UE在第2个子帧接收到物理层处理后 的HS-SCCH数据；下行HS-DSCH与HS-SCCH信道之间的时间间隔 是1个子帧，即从UE下行到上行的处理需要2个子帧的时延；间隔一 个子帧后，在第5帧UE侧回复响应HS-SICH，在第5帧内该HS-SICH到达物理层以及MAC-hs实体，因此，完成一个完整地HS-DSCH 与HS-SCCH的下行发和收到确认只需要5个子帧的时延。物理 层是在DSP中实现的，DSP是实时处理系统，将之前由协议栈内部实 现的MAC-hs放到DSP内部实现，有利于提高运行效率；同时，可以 保证协议栈和物理层的独立性。
本发明提供的HSDPA ^^协i力战的优化实现方案，可以^!^"技术，方便添 加HSDPA功能，拓展性好，解决了时延问题，提高了运行效率，实I5^高的吞吐 量。才Mt本发明的方法，可以有效解决由时延引起的不稳定问题，限制二层的时 延，减小数据丟失和由于HS"DSCH重传而引起的拥塞，更好iik^应信道的快速变 化，更大可育^L匹配不同无线信道M下的数^it率，提高体系统的可靠性科t定性。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的 或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技 术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理 和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适 于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
权利要求
1. 一种高速下行分组接入HSDPA协议栈的实现方法，其特征在于，包括在物理层中实现MAC-hs实体；所述MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他模块的通信。
2. 根据权利要求1所述的HSDPA协议栈的实现方法，其特征在 于，还包括所述MAC-hs实体通过驱动转发机制实现与MAC层的通信。
3. 根据权利要求1或2所述的HSDPA协议栈的实现方法，其特 征在于，还包括在数字信号处理器上实现包括所述MAC-hs实体的物理层； 在计算机设备上实现所述MAC层。
4. 根据权利要求2所述的HSDPA协议栈的实现方法，其特征在 于，所述MAC-hs实体通过驱动转发机制实现与MAC层的通信包括所述MAC-hs实体通过驱动緩冲区和所述MAC层交换原语。
5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的HSDPA协议栈的实现 方法，其特征在于，所述MAC-hs实体包括调度/优先级处理模块，用于根据混合自动重传请求HARQ实体和 数据流的优先级来管理HS-DSCH的资源；根据相关上行信令信道的状 态报告来决定是传新数据还是重传；为传输的新数据设置优先级识别和 传输序号；HARQ实体，用于处理和HARQ相关的任务，负责处理ACK或 NACK、传输数据块的编号设置、HARQ进程的标识；传输格式与资源结合选择模块，用于管理在HS-DSCH上数据的传 输，选择合适的传输格式与资源。
6. 根据权利要求5所述的HSDPA协议栈的实现方法，其特征在 于，还包括采用线性汇编实现所述HARQ实体。
7. —种基站，包括计算机设备和数字信号处理器，其特征在于， 在所述数据信号处理器上实现包括MAC-hs实体的物理层；其中，所述MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他模 块的通信。
8. 根据权利要求7所述的基站，其特征在于，在所述计算机设备 实现MAC层；所述MAC-hs实体通过驱动转发机制实现与所述MAC 层的通信。
9. 根据权利要求7或8所述的基站，其特征在于，所述MAC-hs 实体包括调JL/优先级处理才莫块，用于根据HARQ实体和数据流的优先级来 管理HS-DSCH的资源;根据相关上行信令信道的状态报告来决定是传 新数据还是重传；为传输的新数据设置优先级识别和传输序号；HARQ实体，用于处理和HARQ相关的任务，负责处理ACK或 NACK、传输数据块的编号设置、HARQ进程的标识；传输格式与资源结合选择模块，用于管理在HS-DSCH上数据的传 输，选择合适的传输格式与资源。
10. 根据权利要求9所述的基站，其特征在于，所述调度/优先级 处理模块包括优先级队列緩冲器，用于存储具有相同优先级的MAC- d数据流； 优先级队列分配单元，用于将MAC-d流才艮据数据的优先级分配到对应的所述优先级队列緩冲器；调度单元，用于根据优先级决定在传输时间间隔内，HS-DSCH是发送新的数据块还是发送等待重传的数据块。
全文摘要
本发明公开一种HSDPA协议栈的实现方法和基站。该实现方法包括在物理层中实现MAC-hs实体；该MAC-hs实体通过共享内存方式实现与物理层中其他相关模块的通信。通过本发明的HSDPA协议栈的实现方法和基站，解决了时延问题，提高了运行效率，实现较高的吞吐量。根据本发明的方法，可以有效解决由时延引起的不稳定问题，限制二层的时延，减小数据丢失和由于HS-DSCH重传而引起的拥塞，更好地适应信道的快速变化，更大可能地匹配不同无线信道条件下的数据速率，提高系统的可靠性和稳定性。
文档编号H04W80/00GK101442399SQ20081024084
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者恬 唐, 唐晓晟, 军 姜, 平 张, 治 张, 李亦农, 钢 邓, 楠 马 申请人:北京星河亮点通信软件有限责任公司;北京邮电大学