1、Semi-Persistent Scheduling（ SPS，半永久性调度）一、SPS 简介Semi-Persistent Scheduling，简称 SPS，半永久性调度，又称为半静态调度。与动态调度时每个 TTI 为 UE 分配一次无线资源不同（通过 PDCCH 指定） ，SPS 允许半静态配置无线资源，并将该资源周期性地分配给某个特定 UE。简单地说，eNodeB 在某个 TTI 使用 SPS C-RNTI 加扰的 PDCCH 指定 UE 所使用的无线资源（这里将其称为 SPS 资源） ，每过一个周期，UE 就使用该 SPS 资源来收或发数据。eNodeB 无需在该子帧（这里将其称为
2、SPS 子帧）下发 PDCCH 来指定分配的资源。由于 SPS 有“一次分配，多次使用”的特点，不需要在每个 TTI 都为 UE 下发 DCI（包括上行或下行的 DCI） ，从而降低了对应的 PDCCH 开销。SPS 灵活性稍差，但控制信令开销小，适合突发特征不明显，有保证速率要求的业务，主要用于周期性小包业务，如 VoIP。这类业务的 timing 和所需的无线资源都是可预测的。目前中兴只针对 QCI 为 1 的 VoIP 语音业务进行 SPS。协议规定只有 PCell 支持 SPS。这是因为 SPS 主要应用于低速业务，负载低，没有必要使用多个载波单元。中兴 eNodeB 支持 20ms
3、和 40ms 的半静态调度周期。当半静态调度周期配置为 20ms时，语音报文在 eNodeB 的调度时延较少，VoLTE 用户从而可以获得更高的语音质量；当半静态调度周期配置为 40ms 时，eNodeB 支持的 SPS 用户数翻倍，但语音报文在 eNodeB 的调度时延将增加，VoLTE 用户的语音质量将稍有下降。SPS 周期由 eNodeB 通过 RRC 消息传送给 UE。VoIP 业务的通话期与静默期状态由 PDCP层进行判决，判决为通话期时，激活半静态调度；判决为静默期时，释放已分配的半静态资源；当业务从静默期转为通话期时，需要重新激活半静态调度。在以下场景下，eNodeB 采用动态调
4、度作为半静态调度的补充： 半静态调度期间的 QCI1 承载上的大包，RB 资源过载时，会动态调度过载的资源。 半静态初传对应的自适用 HARQ 重传数据。 当进入静默期，释放半静态资源，对静默期的数据包采用动态调度。TDD 系统中，协议规定 TTI bundling 只支持子帧配比 0、配比 1 和配比 6，且跟半静态调度互斥。二、SPS 配置配置了 SPS 调度的 UE 才可以同时进行动态调度，所以需要区分 PDCCH 是用于动态调度还是 SPS 调度。因此，配置了 SPS 调度的 UE 有 2 个标志：一个“正常的”C-RNTI，用于动态调度，在随机接入过程中分配；另一个是 SPS C-R
5、NTI，用于 SPS 调度，通过 SPS-Config的 semiPersistSchedC-RNTI 字段配置。UE 的半静态调度是通过 IE: SPS-Config 配置的。见图 1：图 1：SPS-Config图 2：RRC 连接重配置（SPS-config 实例）三、SPS 激活/释放UE 配置了 SPS 后，还不能使用，必须使用 SPS C-RNTI 加扰的 PDCCH 进行激活。eNodeB 通过 SPS C-RNTI 加扰的 PDCCH 来激活/释放 UE 的 SPS。这里将用于指示 SPS 激活的PDCCH 所在的子帧称为“SPS 激活子帧” ，将用于指示 SPS 释放的 PD
6、CCH 所在的子帧称为“SPS 释放子帧” ，而其它周期性发送 PDSCH（虽然下行 SPS 激活子帧也携带 PDSCH，但这里不包含在内）或 PUSCH 的 SPS 相关子帧称为“SPS 子帧” 。只有满足如下条件，UE 才会验证接收到的 PDCCH 是否用于 SPS 的激活或释放： PDCCH 的 CRC 校验位使用 SPS C-RNTI 进行加扰； NDI 域设置为 0。对于 DCI format 2/2A/2B/2C 而言，支持 2 个 TB，存在 2 个 NDI 域，每个 NDI 域对应一个 TB。每个 TB 使能 SPS 是通过将对应的 NDI 域设置为 0 而独立配置的。(中兴认
7、为 SPS 只能是单流)满足了上述条件后，UE 还会根据 36.213 的 Table 9.2-1（SPS 激活）和 Table 9.2-1A（ SPS 释放）进一步验证 PDCCH 如下字段：图 3：SPS Activation/Release PDCCH Validation如果对应 DCI format 中的所有字段都按图 3 所示来设置，则验证成功，否则验证失败。图 4：SPS 激活 PDCCH 的 DCI 内容（上行 SPS 激活子帧，UL Grant info）图 5：SPS 激活 PDCCH 验证成功（上行 SPS 激活子帧）如果验证成功，UE 会将接收到的 DCI 当做一个有效
8、的 SPS 激活/ 释放来处理；如果验证失败，UE 会认为接收到的 DCI 使用了一个不匹配的 CRC。注意：DCI 中的其它字段含义没有改变，SPS 使用的无线资源（称为 SPS 资源）和 MCS等就是通过用于激活 SPS 的 DCI 来指示的。(1) 从 36.213 的 Table 9.2-1 可以看出，指示 SPS 激活的 PDCCH 中的“Resource block assignment”（用于下行）和“Resource block assignment (and hopping resource allocation)”（用于上行）字段是用于指示无线资源的，也就是说，对于下行，该
9、 PDCCH 是与对应的PDSCH 一起发送的，对于上行，该 PDCCH 还指定了 PUSCH 的资源；但从 36.213 的 Table 9.2-1A 可以看出，指示 SPS 释放的 PDCCH 中的“Resource block assignment”（用于下行）和“Resource block assignment (and hopping resource allocation)”（用于上行）字段为“全1”，即该字段是不用于指示无线资源的。简单地说：SPS 激活时可以同时传输 PDSCH 和PUSCH（有一定的 timing） ，但 SPS 释放时不能同时传输 PDSCH 和 PUSC
10、H。(2) 从 36.213 的 Table 9.2-1 可以看出，指示 SPS 激活的 PDCCH 的 5bit“Modulation and coding scheme (and redundancy version)”字段的 MSB（most significant bit，最高位）为 0，即 的取值范围为 015，而不是通常的 031。这里主要是由于 VOIP 数据包通常比较小，所以 I_TBS 没必要太大，以提高这类业务的可靠性。对于下行传输，如果接收到的 DCI 指示下行 SPS 激活，则 DCI 中的 TPC command for PUCCH 字段将指示从 4 个 PUCCH
11、资源中选择 1 个用于回复 ACK/NACK。该 4 个 PUCCH 资源是通过 SPS-ConfigDL 的 n1PUCCH-AN-PersistentList 来配置的（对于 2 天线传输，第二个天线端口的 4 个 PUCCH 资源通过 n1PUCCH-AN-PersistentListP1-r10 配置） 。图 6：TPC command for PUCCH 字段在 SPS 中的含义在激活了 SPS 后，UE 就可以周期性地使用配置的 SPS 资源来接收和发送数据。四、下行 SPS（36.321 的 5.10 节）1、下行 SPS下行半静态调度的优先级低于广播、寻呼等公共控制信息，高于用
12、户级控制信令和数据面的传输。eNodeB 在指定的半静态资源上周期发送数据，UE 在指定的半静态调度资源上周期接收数据。半静态调度激活时，根据 VoIP 数据包大小和 UE 上报的全带宽 CQI，为用户分配 MCS和 RB。半静态调度激活后，根据半静态 IBLER 测量值判决是否需要进行半静态重激活。如果配置并激活了下行 SPS，则 UE 会认为在满足下面公式的子帧里（称为 SPS 子帧）被分配了 SPS 下行资源（此时无需收到 PDCCH）：(10*SFN+subframe) = (10*SFNstart time + subframestart time) + N * semiPersis
13、tSchedIntervalDL mod 10240其中 N0（初始为 0，每过一个周期加 1） ，SFNstart time 和 subframestart time 为 UE接收到指示下行 SPS 激活的 PDCCH 的系统帧号和子帧号。 modulo 10240 是因为系统帧使用10 bit 表示，取值范围为 01023，每隔 1024 个系统帧需要做一次反转。semiPersistSchedIntervalDL 指明 UE 每隔 semiPersistSchedIntervalDL 个子帧被分配一次下行SPS 资源，即下行 SPS 周期。公式中 semiPersistSchedInte
14、rvalDL 可能不是 10 的倍数，比如 sf32，这个时候，如果恰好那个子帧不是下行咋办？Semi-persistent scheduling interval in uplink, see TS 36.321 6. Value in number of sub-frames. Value sf10 corresponds to 10 sub-frames, sf20 corresponds to 20 sub-frames and so on. For TDD, the UE shall round this parameter down to the nearest integer (
15、of 10 sub-frames), e.g. sf10 corresponds to 10 sub-frames, sf32 corresponds to 30 sub-frames, sf128 corresponds to 120 sub-frames.TDD 的会强制变成 10 的倍数。图 7：SPS 激活 PDCCH 验证成功（下行 SPS 激活子帧）图 8：SPS 激活 PDCCH 的 DCI 内容（SPS 激活子帧:8859 下发了 PDCCH 调度信息）图 9：下行 SPS（8859 激活下行 SPS 以后，在 SPS 子帧 8879、8899 等分配了下行 SPS 资源）2、
16、下行 SPS HARQ对于下行 HARQ，只有新传会使用 SPS 资源，重传需要通过 SPS C-RNIT 加扰的 PDCCH显式地分配资源，这是因为 eNodeB 支持下行 HARQ 使用异步、自适应的方式。半静态调度的 PDCCH 授权中，不包含 HARQ 进程信息，会出现下行半静态的重传数据不能确定其 HARQ 进程，导致重传与初传数据无法合并的问题。为了解决半静态调度的下行 HARQ 合并问题，协议 3GPP TS 36.321 规定，为下行半静态调度预留 HARQ 进程，预留的 HARQ process number 字段通过 RRC 信令下发给 UE。图 10：下行 HARQ pr
17、ocess number 字段（RRC 连接重配置）当 UE 接收到指示下行 SPS 激活的 PDCCH 时，其对应的 HARQ process ID 是通过下面的公式计算的（DCI 中的 HARQ process number 域被置成 0，floor 为向下取整）：HARQ process number = floor(CURRENT_TTI/(下行半静态调度的周期) mod 配置的下行半静态调度 HARQ 进程总数，而 CURRENT_TTI=(SFN * 10) + subframe number。图 12：下行 PDSCH 内容图 13：下行 PDCCH 中显式分配资源第 6 行数据
18、，初传数据，帧号为 777，子帧号为 9，floor(7779/20) mod =388 mod 3 =1第 7 行数据，重传数据，帧号为 779，子帧号为 3，图 13 看出通过 PDCCH 中显式分配资源（注意：重传数据 HRAQ 号与初传相同，这里不能用 floor（）mod 3 公式来计算 HRAQ 号）第 7 行数据是对 6 行数据重传： 图 13 可以看出 PDCCH 显式为第 7 行数据分配资源； 第 7 行数据 HRAQ 号为 1，NDI 为 1，与第 6 行数据相同； 第 7 行数据 Recombining 为 Yes； 第 7 行数据 RV 为 2，而第 6 行数据 RV
19、为 0 第 6 行 ACK/NACK 为 NACK五、上行 SPS（36.321 的 5.10 节）1、上行 SPS半静态调度激活前，需要对 VoIP 数据包采用动态调度。判断 VoIP 业务为通话期后，尝试激活半静态调度，根据语音包大小和调整后的全带 SINR（整个带宽上测量得到的SINR）得到半静态调度激活时 MCS 和 RB。在半静态调度激活后，UE 会在指定的半静态调度资源上周期发送数据，eNodeB 在指定的半静态调度资源上周期接收数据。如果配置并激活了 UL SPS，则 UE 会认为在满足下面公式的子帧里（称为 SPS 子帧）被分配了 SPS 上行资源（此时无需收到 PDCCH）：
20、(10 * SFN + subframe) = (10 * SFNstart time + subframestart time) + N * semiPersistSchedIntervalUL + Subframe_Offset * (N modulo 2) modulo 10240SFNstart time 和 subframestart time 为 UE 接收到指示上行 SPS 激活的 PDCCH 所指定的将用来发送上行数据的系统帧号和子帧号（对于 FDD，是子帧 n+4；对于 TDD 而言，与上下行配置相关。需要注意的是：这里的处理与下行略有不同） 。与下行相比，上行 SPS 增加
21、了偏移量 Subframe_Offset * (N modulo 2)，该偏移量只存在于 TDD 中。如果 SPS-ConfigUL 的 twoIntervalsConfig 字段（只存在于 TDD 中）配置为 true，则 Subframe_Offset 根据 36.321 的 Table 7.4-1 来配置；否则 Subframe_Offset 的值为 0。 （具体见上行 SPS HARQ）图 10：SPS 激活 PDCCH 的 DCI 内容（SPS 激活子帧 5063 下发了 PDCCH 调度信息）图 11：上行 SPS（SPS 子帧 5067 分配了上行 SPS 资源）2、上行 SPS
22、 HARQSPS 传输的上行 HARQ 进程，可以是同步自适应和同步非自适应的。与下行不同，上行 HARQ 使用同步的方式，因此并不需要指定 HARQ process ID。并且对上行重传而言，由于可以使用上行同步自适应或同步非自适应 HARQ 重传，可以使用 SPS 调度分配的资源，也可以使用 SPS C-RNTI 加扰的 PDCCH 重新指定资源。目前中兴默认先使用同步非自适用重传（10ms 后） ，非自适应重传时刻没有找到资源位置时, 立即使用同步自适用重传。1、非自适应重传：非自适应的 SPS 重传使用已分配的上行资源进行重传。由于是同步的过程，可能存在SPS 的重传数据与 SPS 的
23、配置传输发生冲突的情况。FDD 情形下，如下图所示，在上行传输次数*HARQ 进程传输间隔=n*SPS 传输周期时，就会发生重传数据和新数据碰撞的情况。数据 1 的第 5 次重传就会和数据包 3 的初始传输发生碰撞。这个问题在 FDD 系统中并不明显，因为 FDD 上行 HARQ 的重传间隔为 8ms，在进行了 5 次重传之后才可能发生碰撞，发生冲突的可能性较小。图 12：FDD LTE 上行 SPS HARQ 示意图TDD 时，由于不同配置下，不同位置子帧上的 HARQ RTT 时间都不相同，重传间隔大多为 10ms，数据包 0 第 2 次重传时即会和数据包 1 的初始传输发生碰撞，导致 T
24、DD 模式下，非自适应重传只能进行一次，因此，发生冲突的可能性相对较大。图 13：TDD 上行 SPS HARQ 示意图为此，TDD 中可以使用双周期的 SPS 调度方式，是否启用双周期的调度方式通过 RRC信令 SPS-ConfigUL：twoIntervalsConfig 来配置。双周期的 SPS 启用后，SPS 的周期将变为（T1，T2，T1， T2）的形式。其中T1 = SPS periodicity + subframe_offsetT2 = SPS periodicity subframe_offsetSPS Periodicity 就是在 RRC 信令中定义的 SPS 的周期。S
25、ubframe_offset 是由 TDD 的配置以及双周期 SPS 的起始点来隐式确定的。Comment U1: 没明白什么意思？重传 PUSCH怎么会和 PUCCH冲突？我的理解是 eNB调度 PUCCH时，可能与上行 SPS重传 PUSCH冲突Table 7.4-1: Subframe_Offset values双周期 SPS调度的示意图如下所示，数据 0的第 4次重传才会和数据包 2的初始传输发生碰撞：图 13：TDD 上行双周期 SPS HARQ示意图2、自适应重传：自适应的重传需要通过 PDCCH进行上行授权，由于需要重新发送 PDCCH，可以通过调度避免第 n个包的重传与第 n+
26、1个包初传发生冲突。如果 UE在分配的上行 SPS资源上，连续 implicitReleaseAfter次发送的 MAC PDU不包含 MAC SDU，则会自动释放上行 SPS并清除配置的 UL grant。在清除了 UL grant后，需要重传的 SPS数据并不受影响。注意：无论对于上行 SPS还是下行 SPS，自适应重传时使用的 SPS C-RNTI加扰的PDCCH并不会重新配置 SPS资源，也就是说，该 PDCCH只在该子帧有效。3、冲突处理：半静态调度重传冲突：对于已经激活的半静态调度的重传，需要判断： 是否和 PRACH、另一个用户的半静态调度初传、 TTI Bundling的重传冲
27、突如果发生冲突： 当采用上行同步自适应 HARQ时，可以自适应调整上行重传的 RB资源。 当采用上行同步非自适应 HARQ时，中兴变更为自适用重传，华为是取消重传。 是否和 PUCCH冲突如果发生冲突，需要重新激活半静态调度资源。半静态调度初传冲突:中兴对于已经激活半静态调度的初传,优先级高，不需要判断是否与 PUCCH、PRACH和 TTI bundling重传冲突。而华为初传数据优先级低，需要判断冲突,如果发生冲突, 需要重新激活半静态调度资源。六、SPS 调度1、 SPS-C-RNTI 使用SPS C-RNTI 不仅用于 SPS 激活过程中的 PDCCH，还用于 SPS 调度 TB 的
28、HARQ 重传的PDCCH。为了区分这两种情况，使用了 NDI 字段：如果是配置 SPS 资源（SPS 激活） ，则NDI 设置为 0，认为 NDI 翻转（新传数据，都为 0） ；如果是 HARQ 重传，则 NDI 设置为 1，认为 NDI 不会翻转（重传数据，都为 1） 。如果在 UE 收到的 PDCCH 使用 C-RNTI 加扰，并且对应的 HARQ process 前一次接收到的PDCCH 使用 SPS C-RNTI 加扰（可能是 SPS 激活，也可能是 SPS 的重传） ，则无论 NDI 域的值是 0 或 1，都认为 NDI 翻转，即新传。 （见 36.321 的 5.3.1 节和 5
29、.4.1 节）高通 QCAT 显示：如果是配置 SPS 资源（SPS 激活） ，则 NDI 翻转（新传数据，01 交替）；如果是 HARQ 重传，则 NDI 不会翻转（重传数据，与之前新传数据 NDI 相同） 。When the UE has a C-RNTI, Semi-Persistent Scheduling C-RNTI, or Temporary C-RNTI, the UE shall for each TTI during which it monitors PDCCH:- if a downlink assignment for this TTI has been receiv
30、ed on the PDCCH for the UEs C-RNTI, or Temporary C-RNTI:- if this is the first downlink assignment for this Temporary C-RNTI:- consider the NDI to have been toggled.- if the downlink assignment is for UEs C-RNTI and if the previous downlink assignment indicated to the HARQ entity of the same HARQ pr
31、ocess was either a downlink assignment received for the UEs Semi-Persistent Scheduling C-RNTI or a configured downlink assignment:- consider the NDI to have been toggled regardless of the value of the NDI.- indicate the presence of a downlink assignment and deliver the associated HARQ information to
32、 the HARQ entity for this TTI.- else, if a downlink assignment for this TTI has been received on the PDCCH for the UEs Semi-Persistent Scheduling C-RNTI:- if the NDI in the received HARQ information is 1:- consider the NDI not to have been toggled;- indicate the presence of a downlink assignment and
33、 deliver the associated HARQ information to the HARQ entity for this TTI.- else, if the NDI in the received HARQ information is 0:- if PDCCH contents indicate SPS release:- clear the configured downlink assignment (if any);- if timeAlignmentTimer is running:- indicate a positive acknowledgement for
34、the downlink SPS release to the physical layer.- else:- store the downlink assignment and the associated HARQ information as configured downlink assignment;- initialise (if not active) or re-initialise (if already active) the configured downlink assignment to start in this TTI and to recur according
35、 to rules in subclause 5.10.1;- set the HARQ Process ID to the HARQ Process ID associated with this TTI; - consider the NDI bit to have been toggled;- indicate the presence of a configured downlink assignment and deliver the stored HARQ information to the HARQ entity for this TTI.- else, if a downli
36、nk assignment for this TTI has been configured and there is no measurement gap in this TTI and this TTI is not an MBSFN subframe:- instruct the physical layer to receive, in this TTI, transport block on the DL-SCH according to the configured downlink assignment and to deliver it to the HARQ entity;-
37、 set the HARQ Process ID to the HARQ Process ID associated with this TTI; - consider the NDI bit to have been toggled;- indicate the presence of a configured downlink assignment and deliver the stored HARQ information to the HARQ entity for this TTI.2、动态调度 PDSCH 资源覆盖 SPS 资源UE 激活了 SPS 后，仍然会监听用于动态调度的
38、PDCCH。当在 SPS 子帧上检测到用于动态调度的 PDCCH 时，该 PDCCH 分配的资源会取代 SPS 调度分配的资源，即动态调度的优先级更高。但需要注意的是，动态调度的 PDCCH 只对该子帧有效，并不影响后续的 SPS 子帧。这种做法在 SPS 调度分配的资源不够时是有用的，例如 UE 进行 VoIP 的同时在浏览网页，当下载网页时，可能需要更多的资源块，这时 SPS 调度分配的资源不够用，就需要动态调度更多的资源。还有一种可能，当 SPS 资源与 PRACH 资源冲突时，使用动态调度临时分配资源以避免冲突。3、重新配置 SPS 资源UE 激活了 SPS 后，可能在之后的过程中由于
39、码率变化等原因，需要重新配置 SPS 资源。例如当 VoIP 服务的码率升高，eNodeB 需要重新下发一个新的使用 SPS C-RNTI 加扰的下行DCI 或上行 DCI（格式与 SPS Activation 的 PDCCH 相同） ，以便分配更大的 SPS 资源。重新分配的过程可以发生在任意子帧，此时 SFNstart time 和 subframestart time 也会更新，后续的SPS 子帧将使用重新分配的 SPS 资源。图 14：SPS 调度配置了 SPS 的 UE，其 PDSCH/PUSCH 何时使用 C-RNTI，或是使用 SPS C-RNTI 来加扰可参见 36.213 的
40、 7.1 节和 8.0 节。4、 SPS RB 资源过载半静态 RB 资源过载是指在半静态调度期间，出现分配的半静态 RB 资源不能完全承载VoIP 报文大小的场景。如果在半静态调度期间，触发半静态 RB 资源过载场景，RLC 层会对数据包进行分片，先通过半静态调度调度一部分数据，剩余的数据在后面 TTI 进行动态调度。七、小结eNodeB 通过 SPS-Config 为特定 UE 配置 SPS 功能，然后使用 SPS C-RNTI 加扰的PDCCH（上行/下行分别配置，NDI=0）来激活该功能并分配 SPS 资源，之后 UE 周期性地使用该 SPS 资源来接收或发送数据。如果需要重传，下行
41、HARQ 需要使用 SPS C-RNTI 加扰的PDCCH（NDI=1）来指定重传所使用的资源；上行 HARQ 可以使用之前分配的 SPS 资源，也可以需要使用 SPS C-RNTI 加扰的 PDCCH（NDI=1）来重新指定重传所使用的资源。如果需要重新分配 SPS 资源，eNodeB 会下发一个使用 SPS C-RNTI 加扰的 PDCCH（上行/下行分别配置，NDI=0）来重新激活 SPS。如果 UE 在 SPS 子帧上收到以 C-RNTI 加扰的 PDCCH，即动态调度，则该 PDCCH 分配的资源将在该 TTI 覆盖 SPS 资源。当 SPS 业务结束时，eNodeB 会下发一个使用
42、 SPS C-RNTI 加扰的 PDCCH（NDI=0）来释放 SPS。【参考资料】14G LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband的 13.2.3 节2LTE - The UMTS Long Term Evolution, 2nd Edition的 4.4.2 节3 LTE 中的半静态调度传输4 Research and Solution of Semi-persistent Scheduling Problem in LTE System5 36.213 的 7.1 节、8.0 节和 9.2 节6 36.300 的 11.1.1 节和 11.1.2 节7 36.321 的 5.3.1 节、5.4.1 节和 5.10 节8 36.331 的 SPS-Config
