前言

在802.16e中，基地台拥有无线资源的控制权，将这些资源做适当分配的流程一般称之为排程。排程的结果会在每个讯框透过DL-MAP及UL-MAP告知其下的用户端（SS/MS），其中DL-MAP描述SS/MS如何接收BS的资料，而UL-MAP描述SS /MS如何传送资料给BS。在802.16e的资料连线上，这两个讯息扮演着举足轻重的地位。

排程在BS的运作是一个相当重要的任务。在实作上我们主要以排程模组来负责此任务。本文首先会介绍实作上BS排程的方式，接着会介绍在实作上如何在排程中支援MIMO/MBS/HARQ。

排程

排程的目的及顺序

排程的主要目的是组出DL-MAP和UL-MAP，由于DL-MAP和UL-MAP中是以burst来描述资源配置，因此排程的目标也可以视为将各个burst的大小从frame中切割出来；亦即分配DL及UL资源。此外DL方向的资料是由BS传送给SS/MS，因此在BS排程的过程中，也要产生DL方向的PDU。

因为每个frame都必须包含MAP，所以我们利用PHY层提供的frame boundary trigger，来定期执行分配DL及UL资源的任务。在我们的排程顺序上，先排程UL，组出UL-MAP，通知PHY正确接收burst的位置；再排程DL，组出待传送的PDU，设定PHY正确传送burst的位置，并将PDU传送给PHY；最后组出DL-MAP。值得注意的是，DL-MAP描述的是当下frame的DL bursts，UL-MAP描述的是下一个frame的UL bursts，而排程的工作必须在MAP传送之前，所以排程执行序，实际上是分配下一个frame的DL resources，下一个的下一个frame的UL resources。

Burst的目的及属性

Burst之所以会存在，是起因于资料传输的需求。在DL方向，资料传输的需求是源于BS手上有想传送给SS/MS的资料，若burst所携带资料是给所有SS/MS接收，则属于broadcast类型；若burst所携带资料是属于multicast connection，则属于multicast类型；若此burst所携带资料是只传送给某个SS/MS接收，则属于unicast类型。 burst与其资料的联结关系可参见图一所示。在UL方向的burst方面，若除掉MIMO中的资源共用，则全属于unicast类型。资料传输的需求则是源于SSMS向BS索取资料传输的空间,这方面的关系可参见图二所示。

《图一 DL排程示意图》

《图二 UL排程示意图》

connection为基础的管理排程

排程优先顺序

由图一及图二可知，大多数的资源是透过connection来管理，所以我们以connection为基础来做排程。在DL方向，broadcast类别会最先被服务，次之为multicast类别，之后则是unicast类别。在UL方向，CDMA code触发的频宽需求会先被服务，之后则是unicast类别。在排程unicast类型的connection时，目前实作上使用scheduling type来订定排程优先顺序，如图三所示。而拥有相同排程优先度connection的不同SS/MSs，则使用Round-robin排程服务之。

《图三 Unicast connection排程优先级流程示意图》

排程资料分配

为了能顺利排程每个SS/MS的各条unicast connection，在排程方面的SS/MS资料结​​构如图四所示。每次connection排程时，首先会从资料库中取得该connection相关资讯，之后会检查已经被分配给此SS/MS的burst中、未被使用的部分是否能满足此次connection排程。若无法满足，则再分配新的资源给此SS/MS的burst，并更新该burst的资源使用情形。最后组织MAP时，则以此SS/MS被分配的slots数（allocated slots）为基础来描述bursts。

《图四 排程用数据结构》

MIMO

MIMO及STC技术简介

广泛应用在通讯设备的多重输入多重输出（MIMO）系统，是指使用多根天线传送讯号并且使用多根天线接收讯号的系统。在MIMO系统中，常使用空时码（Space Time Coding；STC）讯号处理技术。而STC技术依目的可分为两类，一种是用于提高接收准确度，主要是利用空间分集（Space Diversity）的技巧；而另一种用于提高传输速度，主要是利用空间多工（Space Multiplexing ）的技巧。

BS或SS/MS可依当下传输通道的好坏，选择使用空间分集或者空间多工。例如，处于衰减严重的通道时，为提高接收准确度，可选择空间分集；反之，若讯号强度非常良好，则可选择空间多工技术以提高传输速度。

WiMAX技术应用STTD的矩阵列

在WiMAX技术文件中，使用空间多集常被称为空时传送多集（Space Time Transmit Diversity；STTD）。看似依字面表示传送多集的STTD，实际上使用在WiMAX系统中的多集技术，还包括接收多集（Receiver Diversity）。另外，由于STC习惯把经由不同天线传送出去的讯符（symbol），表示成矩阵中位于不同列中的元素，所以技术文件中，常将两根天线的空间多集技术称为使用矩阵A （ Matrix A），此为使用空时码中著名的Alamouti Scheme。而使用空间多工技术亦常被称为使用矩阵B（Matr​​ix B）。使用三根天线以上的STC矩阵，通称为矩阵C（Matr​​ix C）。

支援MIMO的排程

针对一个支援MIMO系统的SS/MS，BS可选择替该SS/MS排程空时多集或者空时多工，该SS/MS亦可提出要求使用何种技术。在此，我们分为DL、UL两个方向来说明如何替支援空时码的SS/MS排程。

DL排程

由排程介绍可知，排程时以connection为基础进行排程，以slot为基本单位，分配DL subframe给该connection所属的SS/MS。然而，对于支援STC的SS/MS，BS针对每个SS/MS，决定使用的STC后（决定STC的机制不在排程范畴），分配DL subframe的动作需要因应STC的不同而有所改变。主要是因为每个slot所能负载的资料量会随着使用的STC改变。例如，使用2根天线矩阵B STC的SS/MS，每个slot的负载资料量，是使用传统单根天线且调变、编码方式相同SS/MS的2倍。另外，为了支援STC，BS组出的DL-MAP必须能描述出使用STC的区间（STC zone），及位于该区间的bursts。 WiMAX规格书中提供多种描述使用STC burst的方法，在此介绍两种较常用的方法。

STC/DL Zone Switch IE搭配一般DL-MAP IE

STC/DL Zone Switch IE除了描述一般区间的特性，如Permutation、Use All SC indicator、DL_PermBase、PRBS_ID、AMC type外，还有描述STC区间的参数STC、Matrix Indicator、Midamble presence、2/3 antenna select、 Dedicated Pilots。在DL-MAP中使用STC/DL Zone Switch IE，会将区间切换至STC区间，其后使用一般的DL-MAP IE描述的bursts，在下一个STC/DL Zone Switch IE出现之前，都属于该STC zone 。举例来说，STC/DL Zone Switch IE 中的STC＝1（2/3 antenna），Matrix Indicator＝0（Matr​​ix A）、2/3 select＝0（using 2 antenna），而在此STC/DL Zone Switch IE之后出现的一般DL-MAP IE描述的bursts，都代表示其传送方式为两根天线Matrix A。

因为传送bursts所属STC的特性完全依赖STC/DL Zone Switch IE来描述，所以想要在同一个DL subframe中传送给使用不同的空时参数的SS/MS，必须利用STC/DL Zone Switch IE切割出不同的STC zone，所以还有另一种较为简便的方式来支援此种情形。

STC/DL Zone Switch IE搭配MIMO DL Basic IE

MIMO DL Basic IE可以描述多个矩形的burst，每个burst可有自己的Matrix_Indicator（Matr​​ix A or Matrix B）。若以MIMO DL Basic IE描述的burst所属STC参数与STC/DL Zone Switch IE不同时，则以MIMO DL Basic IE为准。由上可知，此时STC/DL Zone Switch IE主要用来描述接下来的STC zone使用几根天线做为传送依据，除了天线数以外的STC参数，则由MIMO DL Basic IE描述，此方法可让使用矩阵A、B的bursts在同一个STC zone传送。

UL排程

如同DL的STC，排程UL subframe时，每个slot可负载的资料量因STC不同而不同，此部分与DL subfram的因应方式相同。不同于DL subfram使用空时技术，UL subframe不需要分配出STC zone。在此将UL subframe排程STC bursts的方法分成两类来介绍。

合作的SS/MSs

此类型将同一块UL区块分配给两个不同的SS/MSs，而此二SS/MSs必须使用不同的pilot pattern，来让BS估测来自不同SS/MS的通道响应，再以讯号处理技术解调出各别的资料。在BS决定某两个SS/MS使用合作的空时技术时（决定机制不在排程的范畴），排程时会将此二SS/MS一起排程。

举例来说，当BS决定SS/MSs（代号A、B）使用合作空时机制、排程A的connection时，分配N slots给A，同时隐含N slots也被分配给B；当排程B的connection时，若B要求的UL资料量小于N slots，则不需再多分配资源给B。若大于N slots，假设不够M slots，则会再分配M slots给B，且隐含A也被多分配M slots。依此类推，最终A、B会被分配到相同的资源。为了描述合作的SS/MSs，BS在UL-MAP中必须使用MIMO UL Basic IE，并设定其Collaborative_SM_Indication为1，并且一个使用pilot patter A、另一使用 pilot patter B。 （pilot patter请参阅WiMAX规格书）。

使用HTC的SMS

排程UL使用STC的SS/MS，与排程DL使用STC的方法类似。如同合作的SS/MS，BS在UL-MAP中加入MIMO UL Basic IE来描述使用STC的SS/MS，不同的地方在于此IE中的Collaborative_SM Indication设定为0，而其MIMO_Control（STTD or SM）参数，则由使用该SS/MS使用的STC来决定。

支援MIMO排程的资料结构

为了支援MIMO排程，在每个SS/MS的资料结构中加入DL及UL STC parameters，如图五所示。若两SS/MS使用Collaborative UL技术，则UL STC parameters中的collaborative SM enable＝1，且其clbSS/MSPariIndex指向collaborative resource array中的同一index，做为合作排程的依据。全域参数UL collaborative resource array如图六所示。

《图五 DL/UL STC参数示意图》

《图六 UL collaborative resource array示意图》

HARQ

HARQ技术简介

HARQ是综合PHY与MAC层的能力来实现的重传机制。 PHY层在HARQ中所负责的是暂存可能需要重传的资料、以及执行为了实现HARQ所做的编码及解码动作。这些编码解码的动作包含用于错误侦测的CRC、用于ACK/NACK的HARQ ACK channel、以及用于incremental redundancy之用的sub-packet。而MAC层在HARQ中所负责的是对HARQ支援能力的沟通、以及HARQ相关的排程动作。

HARQ 排程流程

HARQ channel为核心

在MAC层的HARQ排程动作方面，是以HARQ channel为核心来运作，所谓的HARQ channel可以被视为在HARQ运作中携带资料与控制讯息的通道。在DL-MAP以及UL-MAP中描述的是HARQ channel的资源配置，因此在资源配置上HARQ channel与普通排程中的burst地位类似。 ACK/NACK是针对一个HARQ channel中的资料是否送达，重传的动作则是将一个HARQ channel中携带的资料再传输一次，由此可见HARQ的排程流程是围绕着HARQ channel来进行。

HARQ channel归属架构

在HARQ channel的归属方面，每个支援HARQ的SS/MS会拥有一到多个HARQ channel可供使用，拥有的HARQ channel数目是在进入网路时的能力协商过程中所沟通的，而之后在connection建立的过程中，会协定connection是否支援HARQ的能力，若支援则会分配一到多个HARQ channel给该connection使用。

ACK/NACK

在ACK/NACK方面，UCD中会定义HARQ ACK delay for DL​​ burst，指出SS/MS应该在收到DL HARQ burst之后的第几个frame传送ACK/NACK给BS。在DCD中则会定义HARQ ACK delay for UL burst，指出BS应该在收到UL HARQ burst之后的第几个frame传送ACK/NACK给SS/MS，但BS传送ACK/NACK给SS/MS的行为则是可被省略。

DL排程

HARQ channel为中心

图七为DL HARQ排程的大致流程。在排程第一次传送的DL HARQ资源时与普通的DL排程差别，在于各个connection的PDU是透过HARQ channel来传输，因此配置资源给burst的动作，要改成配置资源给该connection可以使用的HARQ channel。在搜寻可用的HARQ channel实作上，会先寻找本frame中已被其他connection使用的HARQ channel，这是为了减少一个frame中使用到的HARQ channel数量。

HARQ channel和burst的平衡关系

此外DL-MAP在描述HARQ channel时，会将多个HARQ channel汇集到一个HARQ burst之中来做描述，描述顺序上是先描述HARQ burst，再描述其中的各个HARQ channel。 HARQ burst可被视为较大的资源容器，在资源配置上是以一个矩形的区间被描述，而包含于其中的各个HARQ channel，是依照被描述的顺序使用HARQ burst中的资源，因此各个HARQ channel所使用的资源总和，是不能超过HARQ burst所被配置的资源量。在排程实作上，一个HARQ channel被用来排程之后，便会链结到HARQ burst之内，在配置资源给HARQ channel的同时，也会同时增加该HARQ burst所使用的资源量。

《图七 DL HARQ排程示意图》

链结传输特性

在一个HARQ channel被排程之后，会与其他在同一个frame被排程的HARQ channel链结在一起。在该frame之后HARQ ACK delay for DL​​ burst的那个frame，在UL区间会配置一个HARQ ACK region，以供拥有链结中那些HARQ channel的SS/MS传送ACK/NACK。若是接收到ACK，则会将收到ACK的HARQ channel从链结中移除。当ACK的接收时间点过了之后，还留在链结中的HARQ channel就会被视为必须被重传。

在目前的实现上，处理unicast排程时，需要被重传的HARQ channel会先被服务，之后才会如前所述的以scheduling type区分各connection的优先度来服务。

UL排程

图八为UL HARQ排程的大致流程，在HARQ channel与HARQ burst的方面与DL HARQ相当类似，差别点在于UL-MAP中并不描述HARQ burst所占用的资源量。这是因为在配置UL频宽时并没有矩形配置的限制，因此实作上不需要记录HARQ burst所使用的资源量。

《图八 UL HARQ排程示意图》

亦具备链结传输特性

在一个HARQ channel被排程之后，会与其他在同一个frame被排程的HARQ channel链结在一起。当BS成功接收到HARQ channel的资料，就会将该HARQ channel从链结中移除。当接收资料的时间点过了之后，还留在链结中的HARQ channel就会被视为必须被重传。

在目前的实现上，处理unicast排程时，需要被重传的HARQ channel会先被服务，之后才会如前所述的以scheduling type区分各connection的优先度来服务。

MBS

当服务流是横跨多个SS/MS时，BS可与SS/MS建立MBS（Multicast and Broadcast Service）。以MBS的范围而言，可分为单一BS传播范围内的MBS（Single-BS MBS）及多个BS传播范围内的MBS（Multiple-BS MBS）。 MBS属于multicast类型，所以会在broadcast类型connections之后排程之，先排程Multiple -BS MBS，再排程Single-BS MBS。以下分别介绍支援Single-BS MBS及Multiple-BS MBS的排程方法。

Single BS MBS

Single-BS MBS指MBS的范围局限在单一BS中，只要MS离开此BS，则该MBS资讯即不再适用，必须重新建立MBS。因为MBS是属于跨SS/MS的资料，所以必须建立全域的single-BS MBS list，用来储存属于single-BS MBS的排程资料，其中每个node中的connection parameters为此MBS的连线参数，burst information为排程时的资源分配情形，basic cid list则记录此MBS的传播对象SS/MS为何，multiple BS MBS burst ptr指向multiple BS MBS专属的资料库，在single-BS MBS将此pointer指向NULL。

《图九 Single-BS MBS排程数据结构示意图》

排程Single BS MBS模式

除了使用single-BS MBS专属的资料库外，排程MBS的方式与排程unitcast型态connection的方式雷同。在DL-MAP中描述single-BS MBS的方法有两种：一般的DL_MAP_IE或MBS_MAP_IE。不管使用哪一个IE，传送给多个MS的burst，只需要使用一个IE即可描述MBS burst。在MBS_MAP_IE之中，将Macro diversity enhanced设定为0，即可用以描述single-BS MBS，在此IE在资源描述上比一般DL_MAP_IE多描述MBS Zone identifier，但因single-BS MBS只局限在一个BS cell范围内，所以MBS Zone identifier在此并非重要的栏位。

Multiple-BS MBS简介

Multiple-BS MBS指MBS的范围可跨越多个BS。 SS/MS建立MBS后，当SS/MS离开原本注册的BS进入另一个BS时，只要BS所属的MBS zone identifier相同，则SS/MS不需要重新建立该MBS，即可接收MBS data。在介绍支援Multiple-BS MBS的排程之前，需要先了解几个Multiple-BS MBS相关的DL-MAP IE及meSS/MSage。

MBS_MAP_IE

在介绍single-BS MBS时MBS_MAP_IE曾被提过，不同的是用于Multiple- BS时，Macro diversity enhanced必须设定为1，接着描述MBS zone的symbol offset及该MBS zone的起点是否有MBS_MAP meSS/MSage ，若有则描述其调变及编码方式。由此IE可知，BS必须在DL subframe规划出属于multiple-BS MBS的传送区域（MBS zone），每个MBS zone使用MBS zone identifier辨识之。

MBS_MAP meSS/MSage

MBS_MAP meSS/MSage的传送位置必须在MBS zone的第一个data region，而MBS zone的起点由MBS_MAP_IE描述，所以MBS_MAP meSS/MSage的传送位置、调变、编码方式，皆描述于MBS_MAP_IE中。 MBS_MAP meSS/MSage用来描述MBS data的传送时间及位置，在MBS_MAP meSS/MSage中，使用MBS_DATA IE描述MBS data region。

MBS_DATA_IE

MBS DATA_IE主要用来描述MBS burs出现的时间及位置（symbol offset及subchannel offset），根据此IE的MBS Burst Frame Offset参数，MBS burst实际上是在2～5个frame后传送，并且此IE描述下一次MBS_MAP meSS/MSage出现的frame offset及symbol offset。

排程Multiple-BS MBS模式

连接MBS zone讯息

为了能排程多个MBS zone，我们建立一个MBS zone info array。初始化时，array中的每个元素都指向NULL。 BS与SS/MS建立m​​ultiple-BS MBS时，BS会比对是否有相同的MBS zone id位于资料库中。若有，则将此MBS资讯加入属于具有相同MBS zone id的MBS zone information中的MBS list；若无，则BS会动态配置MBS zone information，并且寻找array中原本指向NULL的元素指向此动态配置的MBS zone information。

frame排程传送次序

因为MBS_DATA_IE中描述2～5 frame后的MBS burst，所以排程完MBS burst后，并不能在当下的frame传送出去。因此在MBS information中的multiple-BS MBS burst ptr，指向排程MBS burst的资讯，排程结果的参数会被保留住，等待真正需要传送的frame到达时，BS依此资讯设定PHY传送所需的参数，帮助PHY正确传送MBS bursts。

同时因为此frame传送的MBS burst是在2～5个frame前就被排程好，所以每个frame开始排程DL subframe之前，必须检查是否有待传的MBS burst必须在此frame传送出去。若有，必须分配资源给那些bursts，剩余的资源才能继续排程其它DL connection。 MBS burst结构中的frame offset counter，是用来倒数排程MBS burst后经过的frame数，每个frame经过此计数器都会被减1，减为0即代表此frame必须将该MBS burst传送出去。

MBS_MAP meSS/MESSage资料库

每个MBS zone都有一个纪录MBS_MAP meSS/MSage的资料库，sched记录是否被排程，burst information为排程时的资源使用情况，num of symbol、num of subchannl指被分配的资源，symbol offset、 next symbol offset分别代表当下与接下来出现的MBS_MAP meSS/MSage的位置。若当下frame有需要传送的MBS bursts或有排程出MBS ​​bursts，则必须传送MBS_MAP meSS/MSage（sched会被设为1）。若当下frame有需要传送的MBS bursts或者有MBS_MAP meSS/MSage需要传送，则DL_MAP中必须包含MBS MAP IE。依上述方法，即能排程并且组出支援Multiple-BS MBS的DL_MAP及MBS_MAP meSS/MSage。

《图十 multiple BS MBS数据库示意图》

结语

在802.16e中，MIMO被引入作为提升传输率或提升传输品质的方法，HARQ被引入作为更快速的重传机制，MBS被引入作为规范multicast频宽配置的方法，由于篇幅关系，仅对上述部份做初步介绍，有兴趣的读者可以参考802.16e相关书籍。