WCDMA Femto RLC层ARQ机制的研究及分析

国家无线电监测中心深圳监测站 肖 鑫

一、引言

WCDMA源于欧洲和日本提出的宽带CDMA技术的融合，是基于GSM网发展出来的3G技术规范。WCDMA的载波带宽为5MHz，在室内的数据传送可达到2Mb/s，在移动空间达到每秒384kb/s。WCDMA采用最新的异步传输模式（ATM）微信元传输协议，允许在一条线路上传送300个语音呼叫，在人口密集的地区线路不容易堵塞。而且，WCDMA通过采用自适应天线和微小区技术，促进系统容量的提高。WCDMA与GSM网络有良好的兼容性和互操作性，它继承了第二代移动通信体制GSM标准化程度高和开放性好的特点，并支持高速数据传输和变速传输。

Femto又称家庭基站，是一种低发射功率、小范围覆盖、以固定宽带接入网络为回程、主要面向家庭客户应用的家庭基站设备。Femto技术作为WCDMA宏蜂窝的补充，能够使运营商以更低的代价为家庭用户提供更好的无线宽带语音及数据业务。作为一种固定移动融合的新技术和个人移动通信市场与家庭宽带通信市场的结合点，Femto将是全业务运营商提供差异化业务的重要手段。

ARQ只在WCDMA Femto RLC层AM模式使用，它是为保证层2数据正确传送所采用的一种重传机制。

二、RLC层AM实体模型

图1 确认模式RLC的数据处理过程

确认模式（AM）下，RLC的数据处理过程如图1所示。发送端的AM实体从上层收到RLC SDU，将把RLC PDU分段或级联为固定长度的RLC PDU。此固定长度是在服务建立时确定的一个半静态值，并且仅可通过RRC改变对服务的重配置。

如果RLC SDU数据的剩余部分不能完全填满一个RLC PDU，就需要在RLC头结构中添加长度指示（LI）字段，用来指示剩余SDU部分的长度。RLC PDU的剩余部分需补齐，补齐部分也需要一个LI字段，但此字段并不标示补齐的数据长度，而是使用特定的预定义LI值来标识RLC PDU剩余部分为补齐数据。LI的不同值代表不同的意义。

在进行分段或级联操作后，RLC PDU被放置在传输缓冲器和重传缓冲器中。复用功能模块决定如何发送RLC PDU到MAC中，优先级高的RLC PDU会被首先发送。RLC还需要进行RLC PDU包头信息的处理，设置RLC头中的一些控制比特。

在确认模式下，RLC还可以在其他PDU中“捎带”传输状态报告信息（Status PDU）。当应用捎带机制时，用控制信息来取代填充位，其目的是提高空中接口的数据传输效率。Status PDU可以依次包含在AMD PDU中，为了与AMD PDU中剩余空间数相匹配，捎带状态PDU的大小是可变的。

完成RLC PDU处理后，还可能需要对RLC PDU数据进行加密，加密过程只用于RLC PDU数据部分，AMD PDU头固定的前两个字节是不加密的。RLC PDU加密与否决定于呼叫流程建立时的参数配置。

AM RLC PDU分为两类：一类是AMD PDU，用于传送数据；一类是Control PDU，包括用于报告AMD PDU接收状况的Status PDU、用于实体复位的Reset PDU和Reset ACK PDU。AMD PDU包含序列号、长度指示符（LI）、扩展比特（E）、轮询检测比特（P）、数据，以及可能的填充和捎带信息。Status PDU由一系列的超字段（SUFI）组成。Reset PDU和Reset ACK PDU包含1比特的复位序列号（RSN），用于协商对等实体间同步复位。

AM实体的接收端通过某个逻辑信道从MAC层接收数据。当接收端在接收到能组合成一个完整RLC SDU数据后，将RLC头从RLC PDU中删除，并将RLC PDU重新组合成一个RLC SDU，最后将其传送到上层。

三、ARQ的工作原理

RLC层AM主要是为非实时业务而设计的，非实时业务能够容忍一定程度的时延，但要求更高的传输质量。因此，在AM中的ARQ（自动重传请求）机制是保证数据可靠传输的重要工作机制。

RLC层AM的重传机制是利用轮询控制和状态报告PDU的传输来完成的。发送方可以通过设置发送PDU头中的轮询（P）比特，要求接收方在接收到此PDU后返回状态报告，此状态报告将标示接收方接收PDUs的情况。接收方在以下三种情况下发送状态报告PDU：

⊙ 接收到的AMD PDU中，轮询比特位被设置为1。

⊙ 接收到的AMD PDU序列号不是连续的，则认为出现PDU丢包情况。

⊙ 使用了基于定时器的状态报告PDU发送策略，并且定时器已超时。

发送方收到返回的状态PDU后，将根据状态PDU所示内容，将重传缓存中被证实收到的PDUs删除，将被证实未收到的PDUs进行重传处理。

图2 状态PDU结构

如图2所示，D/C字段为1比特，0表示为控制PDU，1表示为数据PDU。状态PDU属于控制PDU。PDU类型字段为3比特，状态PDU设此字段为000。

状态PDU（STATUS PDU）可以包括多个超字段（SUFI），这些SUFI用于定位收到的PDUs和未收到的PDUs。使用哪个SUFI字段依据实际而定。SUFI包括三个子字段：SUFI的类型、长度信息和值信息。SUFI主要有以下几类：

（1）不再有数据 SUFI （NO_MORE）

NO_MORE SUFI标示了STATUS PDU的数据部分的结尾。如果STATUS PDU包含有NO_MORE SUFI，则该SUFI后的所有数据将被当做填充而被忽略。

（2）证实SUFI（ACK）

ACK SUFI由类型标示字段和序列号（LSN）组成，该SUFI用于标示序列号小于LSN的AMD PDU都已经被正确接收。此SUFI还指示了STATUS PDU的数据部分的结尾，功效如同NO_MORE SUFI。

（3）窗口尺寸SUFI（WINDOW）

WINDOW SUFI由类型标示字段和窗口尺寸（WSN）组成，在一个连接期间，允许接收方改变发送方发送窗口的大小，但是最大允许改变值由RRC配置参数给出。

（4）列表SUFI（LIST）

LIST SUFI由类型标识、列表长度字段（LENGTH）和同列表长度成对的列表组成。LENGTH字段标示列表中（SN，L）的个数，其中SN表示当前没有正确收到AMD PDU的序列号，L表示该序列号后没有正确接收到的连续AMD PDU的数目。

（5）位图SUFI（BITMAP）

BITMAP SUFI由类型标识、位图长度字段（LENGTH）、开始序列号（FSN）和位图组成。LENGTH标示位图的长度为LENGTH加1。FSN标示位图中第一个比特的序列号。位图字段指示序列号在[FSN，FSN＋(LENGTH＋1×8)－1]中的AMD PDUs的接收状态，如果某比特位为1，表明该对应序列号的AMD PDU已经正确接收，如果为0则表示没有正确接收。

（6）相关列表SUFI（RLIST）

RLIST SUFI由类型标识、列表长度字段（LENGTH）、开始序列号（FSN）和LENGTH数目的码字（CW）组成。LENGTH标示CW的数目。FSN标示第一个错误AMD PDU的序列号。CW由4比特组成，前三个比特是一个数目的一部分，最后一个比特是状态指示位。若状态指示位为0，标示数目将在下一个CW中继续。若状态指示位为1，则表示该数目被终结。由CW给出的数目标示先前错误AMD PDU序列号到下一个错误的AMD PDU序列号的间隔。若CW为0001，标示下一个CW将代表连续错误AMD PDU的数目。

（7）移动接收窗口SUFI（MRW）

MRW SUFI用于请求RLC接收方移动其接收窗口，并且可以在发送方作为SDU丢弃的一个结构，指示已丢弃SDU的数目。

（8）移动接收窗口确认SUFI（MRW_ACK）

MRW_ACK SUFI用来确认MRW SUFI的接收情况。

AM实体重传机制由上行AM处理器和下行AM处理器共同完成。上行AM处理器负责处理接收到的对等层AM数据，下行AM处理器负责处理发送到对等层AM数据。上行AM处理器接收到的数据可以分为AMD PDU和控制PDU，控制PDU又分为状态PDU、复位PDU和复位确认PDU。上行AM处理器将接收到的控制PDU通过消息队列供下行AM处理器获取。若上行AM处理器收到的AMD PDU中轮询比特位被设置为1，则组装本侧的状态PDU，同样通过消息队列供下行AM处理器获取，本侧的状态PDU将通过下行AM处理器发送给对等层。

本层实现中，可以识别出对等层发送过来的状态PDU的各种SUFI，并进行相应的更新重传队列及状态参数的处理。在上行AM处理器组装本侧状态PDU时，可选择采用各种SUFI结合的方式。当接收到的AMD PDU的序列号为连续时，运用ACK SUFI来组装状态PDU；当接收到的AMD PDU的序列号为非连续时，运用LIST SUFI，BITMAP SUFI，RLIST SUFI等来组装状态PDU，并以ACK SUFI来标示状态PDU数据部分的结尾。若一次状态报告需要使用两个以上状态PDU时，将在每个状态PDU中使用ACK SUFI字段结尾。这样可以防止当其中某个状态PDU丢失时，接收方也不会遗失正确的确认信息。

本侧轮询请求是通过设置AMD PDU的轮询比特位来实现的。设置轮询比特位的触发机制可选择基于“每个SDU的最后一个PDU”和“poll timer超时”的策略，即将每个SDU的最后一个PDU的轮询比特位置1，或轮询定时器超时后将重传轮询PDU，将其轮询比特位置1，用以请求回复当前对等层的接收状态。

为避免一个AMD PDU被无限次重传而使系统陷入死锁状态，高层将在配置业务参数时限定最大重传次数MaxDAT，当某个AMD PDU的重传次数达到MaxDAT后将激发RLC复位。

四、结束语

本文主要介绍了WCDMA Femto系统无线接口RLC层AM传输模式下的自动重传机制。WCDMA是第三代移动通信系统的三大主流标准之一，Femto技术作为WCDMA宏蜂窝的补充，能够使运营商以更低的代价为家庭用户提供更好的无线宽带语音及数据业务。WCDMA Femto系统中RLC层提供数据处理和传输功能，它保证了数据的正确传输。在AM模式下为保证数据的无差错传输，就需要使用ARQ机制。ARQ机制为系统提供了足够的可靠性。■

见www.dcw.org.cn