EC-GSM-IoT技术特性解析

### EC - GSM - IoT技术特性解析 #### 1. HARQ机制 在通信过程中，接收端的RLC/MAC头部设计得比相应的数据块更具鲁棒性。这意味着在接收时，即便数据部分出现错误，头部仍能被正确接收。一旦这种情况发生，接收端能够知晓传输块的块序列号（Block Sequence Number），并将数据块的估计比特（软比特）存储在其软比特缓冲区中。为了将软比特正确存储在相应位置，接收端还需要了解调制与编码策略（MCS）和冗余版本（PS），这些信息通过RLC/MAC头部的编码和打孔方案指示字段进行传达。 不同的MCS码率会使用不同数量的PS（2个或3个），PS的数量取决于覆盖编码器所有比特所需的冗余版本数量。例如，当接收完三个PS后，MCS的码率R = 1，此时需要三个PS来覆盖编码器的所有比特，并且编码比特流中每隔三位的比特会被添加到相应的PS中。 只要接收到RLC/MAC头部，接收端就能对传输的比特进行估计并放入软比特缓冲区。若部分比特没有软比特信息，虽然仍可对块进行解码，但这些比特位置不会为整体解码过程增添额外信息。 以下是接收端的工作流程示例： 1. 第一次和第二次传输时，头部被正确接收，但数据无法解码。 2. 第三次传输（发射端使用PS2）时，头部和数据均无法解码，因此无法为后续解码尝试提供额外信息。 3. 第四次传输再次使用PS0，发射端会循环使用PS，此时与PS0相关的软比特幅度会增加，接收端对其正确值更有把握，从而能够正确解码数据块。 ##### 1.1 EC - GSM - IoT的下行链路HARQ EC - GSM - IoT下行链路HARQ操作原则与EGPRS基本相同，但有一个重要区别。为了降低设备在软缓冲区内存方面的复杂度，EC - GSM - IoT的RLC协议栈仅支持16个块的RLC窗口大小（EGPRS为1024个块）。尽管设备无需为RLC窗口中的每个RLC块存储软比特，但这仍显著降低了设备对软缓冲区容量的要求。 下行链路HARQ的复杂度进一步降低体现在对GMSK调制的MCS所使用的PS数量的减少。模拟结果表明，将MCS - 1和MCS - 2的PS数量从两个减少到一个，对性能没有明显影响。这是因为这些MCS的码率相对较低，且RLC/MAC头部性能与RLC数据性能较为接近，增量冗余所能带来的增益会受到RLC/MAC头部性能的限制。然而，对于MCS - 3和MCS - 4，码率相对较高，仅使用追逐合并（每次重传包含相同比特）与使用三个冗余版本的增量冗余相比，链路性能损失可达4 - 5 dB。若将PS数量限制为两个而非三个，软缓冲区内存需求可降低33%，且性能下降有限。 不同PS数量在不同MCS中的使用情况如下表所示： | MCS | EGPRS | EC - GSM - IoT | | ---- | ---- | ---- | | MCS - 1 | 2 | 1 | | MCS - 2 | 2 | 1 | | MCS - 3 | 3 | 2 | | MCS - 4 | 3 | 2 | ##### 1.2 EC - GSM - IoT的上行链路HARQ 与EGPRS相比，EC - GSM - IoT的上行链路HARQ设计存在更显著的差异。在典型的HARQ操作中，为使HARQ高效工作，接收端需要对RLC/MAC头部进行解码。但对于EC - GSM - IoT，由于使用了FUA（相关内容可参考前文），此要求不再适用。基站不再从RLC/MAC头部获取BSN、MCS和PS信息，而是由基站控制器（BSC）提供这些信息。 BSC会向设备发送Ack/Nack信息，并分配FUA所需的资源，因此它清楚会有多少块被传输以及通过哪些物理资源进行传输。此外，设备在传输分配的块时需遵循特定顺序，例如重传（Nacked块）需优先于新传输，新传输需按顺序进行。所以，在基站进行软缓冲时，不再需要通过空中接口接收并正确解码RLC/MAC头部。 不过，在将解码后的数据块传递到上层之前，仍需对RLC/MAC头部进行解码，以验证从BSC接收的信息，并获取头部中与HARQ操作无关的其余信息。对于MCS - 1和MCS - 2，由于只支持一个PS，接收端还可对RLC/MAC头部进行软合并以提高其性能。 以下是EC - GSM - IoT上行链路HARQ的工作流程： ```mermaid graph LR A[第一次传输] --> B{数据是否解码成功} B -- 否 --> C[第二次传输] C --> D{数据是否解码成功} D -- 否 --> E[第三次传输<br>信息从BSC获取] E --> F{是否有软比特信息} F -- 否 --> G[第四次传输<br>使用PS0] G --> H{数据是否解码成功} H -- 是 --> I[数据解码完成] ``` #### 2. 链路自适应 链路自适应是网络调整下行链路传输的MCS，或指示设备调整其上行链路MCS的手段。对于EC - GSM - IoT，链路自适应还涉及到信道编码（CC）的调整。 为了让网络决定合适的下行链路MCS，设备需要持续测量（并可能报告）在EC - PDTCH和EC - PACCH块上的C值，这些块的TFI值需与分配给设备的值匹配。C值会随时间进行过滤，它可以基于信号电平（RLA_EC）或信干噪比（SINR，SLA），具体由网络在EC SI中指示。通过设备报告的C值，网络能够了解接收设备所经历的信号电平或SINR水平。 除了信号电平或SINR估计，设备还会报告下行链路中所有分配信道（TS）上解调突发的原始比特错误率概率的均值（MEAN_BEP）和标准差（CV_BEP）。若使用盲重传，MEAN_BEP和CV_BEP会在合并盲重传后计算。估计标准差的目的是了解信道的变化情况，多样性大的信道使用低码率的MCS更有利，而标准差低的信道则更适合高码率的MCS。 网络会根据需要请求用于更新下行链路链路自适应的信道质量报告，即网络可以决定报告的请求时间和频率。在设备端，信道质量报告可与上行链路EC - PACCH上发送的Ack/Nack报告进行复用。 基站的上行链路链路自适应实现由具体实施决定，规范中没有测量要求，但可以合理推测基站也会进行类似设备的估计。 一个高效的链路自适应实现应充分利用所有可