如何降低TDD系统时延

对于TDD，由于上下行方向的不连续传输，HARQ timing设计比FDD复杂。具体地，HARQ timing不仅取决于不同的UL/DL配置，而且还取决于不同的特殊子帧配置。这表示HARQ timing需要针对不同TDD UL/DL配置和特殊子帧配置分别设计。TDD config.2的不同特殊子帧配置的一个示例如图1所示。假设在DwPTS长于6个符号的情况下，在特殊子帧内存在一个有效的TTI，则对于特殊子帧配置1/2/3/4/6/7/8，在每5ms周期中将有一个多于配置0/5/9的下行TTI（TTI3）。

为了继续针对每个TDD配置和特殊子帧配置的HARQ timing设计，优选调整基本设计原则，类似于Rel-8中讨论的上行HARQ timing设计。接下来，提出了三个设计原则。

原则1（覆盖优先）：在一个TTI中复用来自不同HARQ过程的ACK/NACK的数量应尽可能少。

对于ACK/NACK的健壮传输，来自不同HARQ处理的要在一个TTI中复用的ACK/NACK的数目应尽可能少。即，ACK/NACK在用于上行反馈的下行TTI之间或在用于下行反馈的上行TTI之间的分配应保持每个RTT内的负载均衡。以下行HARQ过程为例，如果将两个上行TTI（例如SF1、SF2）作为HARQ过程x和y的ACK/NACK传输的候选，那么自然地，SF1用于过程x，SF2用于过程y。因为将来自进程x和y的ACK/NACK分配到SF1中可能导致ACK/NACK覆盖不良。

原则2（时延第二）：在原则1的条件下，进一步考虑数据与其ACK/NACK传输之间的TTI数要尽可能少。

原则2的原因是最小化HARQ反馈时延。时延优先的设计可能会导致来自不同进程的大量A/N在第一个上行TTI中被复用，这与原则1相矛盾。因此，考虑时延第二原则。此外，在不同HARQ处理之间，数据传输越早，反馈应该传输越早。

原则3：数据和HARQ-ACK传输之间的timing关系应是特定于TTI索引的。

HARQ过程编号可能在每个帧周期中大于可用的DL/UL TTI，类似于Rel-8 HARQ设计，数据和HARQ-ACK传输之间的时序关系应是TTI索引特定的。无论属于哪个HARQ进程，在同一TTI索引中传输的数据都应该是在同一反馈TTI索引上的反馈。

另外，处理时间意味着UE/eNB在接收到数据之后发送A/N反馈的最大持续时间，可以考虑根据TTI的长度线性地缩小。图2给出了一个0.5ms TTI的例子，TDD config.2具有特殊的子帧config.0/5/9，假设处理时延根据TTI长度线性缩小。可以看出，TTI#14和15是HARQ过程2、3、4、5、6、7、8的候选反馈事件。根据覆盖原则（原则1）和时延原则（原则2），对于HARQ进程2、3、4、5提取TTI#14，对于HARQ进程6、7、8提取TTI#15。

另一方面，对于不同的UE能力，不同的Tx/Rx节点可能具有不同的处理时间要求。对于处理速度较快的UE，可以获得较短的反馈时延和HARQ-RTT时间，因此所经历的时延可以小于处理时间较长的UE。如果可以向eNB指示UE对于数据处理时间的能力，则eNB可以配置UE特定HARQ timing以向不同UE提供特定性能。

短TTI对时延的影响

随着sTTI长度的缩短，控制信令和RS的开销越来越大，这可能成为用户体验吞吐量和传输效率的瓶颈。如果sTTI长度为1个OS（OFDM symbol)，假设有2个CRS端口，那么对于没有CRS和有CRS的OFDM符号，每12个子载波仅剩下12RE和8个RE用于控制和数据传输。为了服务于一个具有8个CCE控制开销的UE，需要288个RE（36×8）来传输控制信息。为了简单起见，我们将一个sRB表示为具有12个子载波的频域和具有sTTI长度的时域中的调度单元，那么在没有CRS或具有CRS的情况下，应该为1OS sTTI预留24个sRB或36个sRB用于控制信道传输。当低时延传输是具有传统UE的FDM时，留给sTTI数据传输的RE是相当有限的。换句话说，对于1个OS的sTTI长度，开销太大。

一致认为在sTTI中需要引入sPDCCH，不同的sPDCCH设计可能涉及不同的控制开销，这将影响sTTI的吞吐量增益。

如Rel-11 ePDCCH设计中所讨论的，不同的资源映射方法导致不同的控制信道性能。对于UE特定的控制信道传输，在UE报告可靠信道状态信息（CSI）的情况下，频率调度增益和波束形成可以提供比传统PDCCH更好的控制信道性能。因此，sPDCCH传输的局部资源映射可以考虑提供良好的控制性能。换句话说，更好的解码性能意味着达到相同的控制信道覆盖，消耗更少的资源，这表示更低的控制开销。

然而，对于一些sTTI公共控制信息传输，不能使用UE特定频率调度和波束赋形。此外，在某些情况下，由于移动性高或信道条件差，CSI反馈不准确，或者仅使用宽带CSI反馈，从鲁棒性的角度来看，通过实现频率分集和干扰分集增益来实现sPDCCH传输的分布式资源映射是必要的。

另一个问题是如何设计sPDCCH，以便在控制开销方面实现效率和灵活性。可以考虑两种设计方案：1）固定控制开销和区域，2）动态控制开销和区域。如果考虑固定的控制开销和区域，则施加调度限制（例如：FDM中每个TTI的调度UE的数目），可以节省了用于指示控制区域的信令开销。另外，需要通过假设覆盖最差的UE来预留控制开销。如果控制开销和区域是动态的，则控制开销与调度UE的数目成比例地增加，并且可以根据调度决策在每个sTTI中改变。但如何确定动态控制区域呢？

假设有固定的控制开销，则保留的资源应确保较差的UE能够可靠地解码。为了提供与传统UE类似的覆盖性能，可能需要比传统（E）PDCCH更多的控制RE，因为部分带宽（如果具有传统UE的FDM）的分集或频率调度增益将小于全带宽。表1给出了8个cce和16个cce的控制开销需要多少sRB的示例。假设传统PDCCH有2个CRS天线端口和1个OFDM符号。每1ms子帧中的第一个sTTI可以使用传统PDCCH作为控制信息，因此表1中没有为第一个sTTI提供RB编号。可以看出，2个OS sTTI需要12或15个RB，如果低时延业务占用整个20MHz的50%带宽，则可使用50RB进行sTTI数据传输。12RB和15RB分别表示24%和30%的控制开销，在左侧RB中，PDCCH区域外的CRS开销为7.14%。

考虑到在大多数情况下，UE不需要最高的聚合级别来传输PDCCH或sPDCCH，因此对于固定的控制开销和区域方案，将固定的控制开销保留到30%是非常低效的，这仅仅是为了满足覆盖最差的UE性能要求。

对于动态控制开销设计，可以根据调度UE的数目和所需调度UE的聚合级别来改变控制开销，因此似乎有希望降低开销。然而，可能需要引入信令来通知UE动态控制区域。为了避免过多的开销和UE的盲译码复杂度，需要对具体的设计和可能涉及的开销进行深入的研究。