d-scdma系統(tǒng)中的非連續(xù)接收技術(shù)

d-scdma系統(tǒng)中的非連續(xù)接收技術(shù)

0td-scda應(yīng)用隨著td-scdma終端處理能力的迅速增強(qiáng)和供應(yīng)功能的迅速增加，用戶(hù)擔(dān)心的終端功耗已經(jīng)成為發(fā)展sdd的瓶頸，它嚴(yán)重影響了td-scdma的商業(yè)過(guò)程，引起了社會(huì)各界的關(guān)注。TD-SCDMA終端的功耗受到無(wú)線(xiàn)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)配置、協(xié)議?？刂埔约敖K端軟硬件方案、電源管理、芯片本身的低功耗設(shè)計(jì)及其工藝特性等諸多因素的影響。本文研究了非連續(xù)接收技術(shù)及其在TD-SCDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用,分析了3GPP標(biāo)準(zhǔn)中的非連續(xù)接收方案,指出了方案中的缺陷,并提出了改進(jìn)方案,有效地延長(zhǎng)了終端的工作時(shí)間,這對(duì)于推動(dòng)TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重大的技術(shù)意義和現(xiàn)實(shí)意義。1非連續(xù)接收機(jī)制1.1安全隱患無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)非連續(xù)接收(DiscontinuousReception),以下簡(jiǎn)稱(chēng)DRX,其基本思想是移動(dòng)終端在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)期,允許終端關(guān)閉無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元,進(jìn)入休眠模式,從而降低功耗。任何通信系統(tǒng)都想以最少的功耗工作最長(zhǎng)的時(shí)間。現(xiàn)階段,DRX方式已經(jīng)成為無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)鏈路層功耗優(yōu)化的一種有效方法。在TD-SCDMA系統(tǒng)中,用戶(hù)終端在空閑模式下可以使用DRX來(lái)接收尋呼信息。在DRX模式下,用戶(hù)終端只需要在每一個(gè)DRX周期內(nèi)的尋呼時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)尋呼塊,其他時(shí)間段不需要監(jiān)聽(tīng),即在每一個(gè)DRX周期內(nèi)的尋呼時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)一個(gè)尋呼指示因子即可。1.23drx周期監(jiān)控在TD-SCDMA系統(tǒng)中,UE在空閑模式下,終端側(cè)的RRC層主要完成小區(qū)選擇、小區(qū)重選、位置登記、監(jiān)聽(tīng)尋呼信道等任務(wù)。而這些任務(wù)都不是連續(xù)發(fā)生的,而是周期性的,其中監(jiān)聽(tīng)尋呼信道最為頻繁。當(dāng)小區(qū)注冊(cè)成功且終端處于空閑模式下時(shí),可以使用DRX機(jī)制來(lái)接收尋呼信息。如圖1所示,DRX周期包含激活期和休眠期。這種DRX機(jī)制比較簡(jiǎn)單,使用單一的DRX環(huán)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn),只有在激活期才接收下行數(shù)據(jù)。在空閑模式下,UE只進(jìn)行尋呼信道的監(jiān)聽(tīng),UE只在每一個(gè)DRX周期內(nèi)的尋呼時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)尋呼塊,其他時(shí)間段不需要監(jiān)聽(tīng),即在每一個(gè)DRX周期內(nèi)的尋呼時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)一個(gè)尋呼指示因子即可。在DRX激活期結(jié)束后再次進(jìn)入休眠狀態(tài)。UE想要在空閑狀態(tài)下使用DRX周期,只需監(jiān)控每個(gè)DRX周期的尋呼時(shí)刻,就能進(jìn)行DRX周期的監(jiān)控。DRX的周期長(zhǎng)度為式中:k取自系統(tǒng)信息,其取值范圍為6~9;PBP為尋呼指示信道(PICH)的重復(fù)周期,其值取自系統(tǒng)信息。屬于UE的尋呼塊出現(xiàn)的時(shí)刻為式中:IMSI為國(guó)際移動(dòng)用戶(hù)識(shí)別;K為承載尋呼信道(PCH)的輔公共控制物理信道(SCCPCH)的數(shù)目;n為重復(fù)周期數(shù),取值為0,1,2,?;Frame_Offset為PICH偏移量,由系統(tǒng)信息給出;div表示整除;mod表示取模;max表示取較大值。在尋呼塊出現(xiàn)時(shí)刻,UE應(yīng)該監(jiān)視的尋呼指示因子為其中,NP為每一尋呼塊中尋呼指示因子的個(gè)數(shù),由系統(tǒng)信息給出;(IMSIdiv8192)為DRX索引(DRX_Index)。一個(gè)尋呼指示因子可以由4bit,8bit,16bit構(gòu)成。如果UE尋呼分組對(duì)應(yīng)的尋呼指示因子PI中的比特為全1,則說(shuō)明此次廣播的尋呼信息中包含有本UE尋呼分組的尋呼信息,則UE被要求接收緊隨其后的同一個(gè)尋呼塊內(nèi)的尋呼消息。反之,則UE不必接收其后的PCH數(shù)據(jù)塊。尋呼消息的到達(dá)時(shí)刻為式中:NPICH為PICH持續(xù)的幀數(shù),由系統(tǒng)信息廣播;NGAP為PICH的最后一幀與承載尋呼消息的第一幀之間間隔的幀數(shù),也由系統(tǒng)信息廣播。在TD-SCDMA系統(tǒng)中,PBP通常設(shè)置為128,而在這128幀當(dāng)中,只有2幀的信息是屬于本用戶(hù)的。也就是說(shuō),在空閑狀態(tài)下采用DRX方案,其耗電量相當(dāng)于持續(xù)接收方案的164,有效地降低了終端的耗電量,從而有效地延長(zhǎng)了終端的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。如果將PBP設(shè)置為256或者是512,采用DRX機(jī)制的省電效果將更佳。1.3td-scda系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)算法由1.2節(jié)可以看出,3GPP標(biāo)準(zhǔn)中的DRX機(jī)制確實(shí)能夠降低終端空閑狀態(tài)下的耗電量,從而延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間,但是仍然存在以下缺陷:1)工作狀態(tài)在TD-SCDMA系統(tǒng)中,UE只有空閑模式才可以使用DRX的方式來(lái)接收尋呼消息,而在連接模式下,是沒(méi)有使用DRX機(jī)制的。也就是說(shuō),在TD-SCDMA系統(tǒng)中,終端在連接模式下的耗電量沒(méi)有得到有效改善。2)DRX周期在TD-SCDMA系統(tǒng)中,DRX的周期長(zhǎng)度為max(2k,PBP),其中,k,PBP都是由系統(tǒng)信息給出,且在每個(gè)小區(qū)內(nèi)是固定不變的,也就是說(shuō)DRX的周期是固定不變的。而DRX的周期越長(zhǎng),省電效果更佳。綜上所述,現(xiàn)有TD-SCDMA系統(tǒng)中的DRX機(jī)制不能達(dá)到最大程度的省電。2td-scda系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)drx周期基于第1節(jié)中關(guān)于3GPP標(biāo)準(zhǔn)中DRX機(jī)制的研究與缺陷分析,筆者給出了一種改進(jìn)的DRX省電方案。目前,在TD-SCDMA系統(tǒng)中,連接模式下是沒(méi)有使用DRX機(jī)制的。筆者給出了一種基于DRX機(jī)制的省電方案,既能工作在空閑模式下,也能工作在連接模式下。這樣一來(lái),TD-SCDMA系統(tǒng)中的DRX機(jī)制有兩種情形:IDLE_DRX(空閑狀態(tài)下的DRX機(jī)制)與ACTIVI_DRX(連接狀態(tài)下的DRX機(jī)制)。UE在選擇好合適的小區(qū)后,就進(jìn)入到正常的駐留狀態(tài),在沒(méi)有收到尋呼或者高層發(fā)起的呼叫之前,UE一直處于空閑狀態(tài)。在這種情形下,UE不與任何的物理信道相連,無(wú)通信,無(wú)需數(shù)據(jù)傳輸,此時(shí)UE的主要任務(wù)是監(jiān)聽(tīng)尋呼信道。在這種情況下,只要設(shè)置了UE不連續(xù)接收尋呼的周期,不僅能夠準(zhǔn)時(shí)接收到網(wǎng)絡(luò)端的尋呼,而且能夠達(dá)到省電的要求,這就是IDLE_DRX,可以參考1.2節(jié)3GPP標(biāo)準(zhǔn)中的DRX機(jī)制介紹。在連接模式下,UE需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,故連接模式下的DRX工作機(jī)制與空閑模式下的DRX工作機(jī)制是有差異的。NodeB也會(huì)保持與UE相同的DRX工作機(jī)制,通過(guò)尋呼消息時(shí)刻了解UE是處于激活期還是休眠期,這樣能夠保證在激活期同UE傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)UE需要數(shù)據(jù)傳輸,必須處于連接模式下。在連接模式下進(jìn)行DRX,并不要求UE回到空閑狀態(tài),而直接在該狀態(tài)下進(jìn)行優(yōu)化資源配置,同樣達(dá)到省電的目的。ACTIVI_DRX是引入定時(shí)器并采用定時(shí)器與DRX周期相結(jié)合的方式達(dá)到省電的要求。在現(xiàn)有的TD-SCDMA系統(tǒng)中,連接模式下沒(méi)有使用DRX機(jī)制,也沒(méi)有定時(shí)器。在給出的連接模式下DRX機(jī)制中,引入了2個(gè)定時(shí)器:持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)器T0和去激活計(jì)時(shí)器TI。只要處于激活期,持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)器T0就一直保持開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng)有下行數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí),開(kāi)啟去激活計(jì)時(shí)器TI;當(dāng)下行數(shù)據(jù)接收完畢,關(guān)閉去激活計(jì)時(shí)器TI。ACTI-VI_DRX可以分為3種情況:1)在沒(méi)有數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)候,只使用持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)器T0,周期性的睡眠—喚醒,如圖2所示。UE每隔一個(gè)固定的周期醒來(lái)一次,打開(kāi)無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元以監(jiān)聽(tīng)下行信道的信息,周期為T(mén)DRX,其中包括激活期與休眠期。這種情況類(lèi)似于空閑模式下的DRX機(jī)制,只是二者的周期長(zhǎng)度不同。2)當(dāng)處于睡眠期內(nèi)時(shí),此時(shí)有下行數(shù)據(jù)到達(dá),這時(shí)調(diào)度不了,需要等待下一個(gè)激活期的到來(lái),如圖3所示。其中,在激活期內(nèi),持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)器T0保持開(kāi)啟狀態(tài)。3)當(dāng)處于喚醒期內(nèi)時(shí),此時(shí)有下行數(shù)據(jù)到達(dá),這時(shí)開(kāi)啟去激活計(jì)時(shí)器TI。當(dāng)下行數(shù)據(jù)接收完畢,關(guān)閉去激活計(jì)時(shí)器TI,恢復(fù)到情況1),進(jìn)行周期性的睡眠—喚醒狀態(tài)。如圖4所示。在這個(gè)過(guò)程中,當(dāng)持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)器T0溢出,則自動(dòng)關(guān)閉。通過(guò)以上分析可以看出,去激活計(jì)時(shí)器TI的開(kāi)啟象征著此時(shí)有下行數(shù)據(jù)要處理,當(dāng)下行數(shù)據(jù)接收完畢,就恢復(fù)到只有持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)器T0的狀態(tài),即周期性的睡眠—喚醒狀態(tài)。通常情況下,T0的長(zhǎng)度要大于TI。給出的TD-SCDMA系統(tǒng)中,連接狀態(tài)下的DRX機(jī)制采用定時(shí)器與DRX周期相結(jié)合的方式,每隔一段時(shí)間監(jiān)聽(tīng)尋呼信道、處理下行數(shù)據(jù),有效降低了功耗,也減少了資源浪費(fèi)。在實(shí)際應(yīng)用中,TD-SCDMA系統(tǒng)DRX參數(shù)的設(shè)置過(guò)程中會(huì)存在著一些需要權(quán)衡的因素。從節(jié)能的角度考慮,則需要配置長(zhǎng)的DRX周期。而從調(diào)度靈活性和業(yè)務(wù)QoS需求的角度考慮,則需要配置短的DRX周期。下面給出了一種動(dòng)態(tài)配置DRX周期的方法。步驟1:初始化。RRC為終端配置DRX周期。步驟2:每隔一段時(shí)間,統(tǒng)計(jì)一次終端數(shù)據(jù)包延遲。步驟3:將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包延遲與業(yè)務(wù)時(shí)延的期望值進(jìn)行對(duì)比,此時(shí)有3種可能情況。情況N,表示數(shù)據(jù)包延遲過(guò)大,不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需要;情況M,表示數(shù)據(jù)包延遲能夠滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求;情況Y,數(shù)據(jù)包延遲過(guò)小,完全滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。步驟4:根據(jù)步驟3的對(duì)比情況動(dòng)態(tài)配置DRX的周期。當(dāng)數(shù)據(jù)包延遲過(guò)大時(shí),配置較短的DRX周期;當(dāng)數(shù)據(jù)包延遲能夠滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求時(shí),保持當(dāng)前的DRX周期長(zhǎng)度不變;當(dāng)數(shù)據(jù)包延遲過(guò)小時(shí),配置較長(zhǎng)的DRX周期。步驟5:每次統(tǒng)計(jì)結(jié)束清除原有的統(tǒng)計(jì)信息,以免影響后期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。如圖5所示,DRX周期的配置過(guò)程可以用一個(gè)馬爾可夫鏈表示,假設(shè)有8個(gè)狀態(tài),狀態(tài)i(i=1,2,3,4,5,6,7,8)表示終端當(dāng)前時(shí)刻的DRX周期為64i。處于狀態(tài)i的終端,符合情況N,則進(jìn)入狀態(tài)i-1;符合情況Y,則進(jìn)入狀態(tài)i+1;符合情況M,則保持原狀態(tài)不變。其中,處于狀態(tài)1的終端符合情況N時(shí),保持原狀態(tài)不變;處于狀態(tài)8的終端符合情況Y時(shí),保持原狀態(tài)不變。3drx周期對(duì)sd-scda系統(tǒng)性能的影響下面分別對(duì)空閑模式下和連接模式下使用DRX機(jī)制后的仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。由圖6可以看出,TD-SCDMA終端在空閑模式下,是否使用DRX機(jī)制對(duì)終端功耗有很大的影響。DRX的周期越長(zhǎng),終端的功耗就越小。如圖7所示,在空閑模式下使用DRX機(jī)制對(duì)用戶(hù)滿(mǎn)意度的影響很小。DRX的周期越長(zhǎng),用戶(hù)的滿(mǎn)意度就會(huì)相對(duì)降低,但是用戶(hù)滿(mǎn)意度的值都保證在87%以上。因此,在TD-SCDMA系統(tǒng)的空閑模式下使用DRX機(jī)制可以有效降低功耗,延長(zhǎng)終端的待機(jī)時(shí)間。由圖8可以看出,TD-SCDMA終端在連接模式下,使用DRX機(jī)制可以有效降低功耗,從而延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間。隨著DRX周期長(zhǎng)度的增加,功耗值越來(lái)越小。當(dāng)然,DRX周期長(zhǎng)度的增加也會(huì)對(duì)用戶(hù)滿(mǎn)意度產(chǎn)生影響。如圖9所示。DRX的周期越長(zhǎng),用戶(hù)的滿(mǎn)意度就會(huì)相對(duì)降低,但是用戶(hù)滿(mǎn)意度的值都保證在80%以上。分析可見(jiàn),在配置了DRX機(jī)制后,用戶(hù)數(shù)量的增加會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)時(shí)延帶來(lái)進(jìn)一步的影響。如圖10所示,隨著用戶(hù)數(shù)量的增大,業(yè)務(wù)的平均時(shí)延也會(huì)越來(lái)越大。而縮短用戶(hù)的DRX周期可以降低平均時(shí)延。因此,對(duì)用戶(hù)的DRX周期的配置不能僅僅只考慮業(yè)務(wù)的時(shí)延需求,還應(yīng)該考慮網(wǎng)絡(luò)的