CN101547080B - 多进程harq天线模式自适应切换的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多进程混合自动重传请求(HARQ)天线模式自适应切换方法，包括如下步骤：确定要发送数据块的HARQ进程，判断所述HARQ进程的当前传输时间间隔TTI是发送新数据块还是重传数据块，若是发送新数据块，则进行天线模式的自适应切换，用所述自适应切换所选的天线模式发送新数据块；若是重传数据块，则使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。本发明还公开了一种实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置。本发明方案可以在较低的应用复杂度的情况下，实现多进程的HARQ传输，保证数据传输的连续性和传输效率。

Description

多进程HARQ天线模式自适应切换的方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种多进程混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ)天线模式自适应切换的方法和装置。

背景技术

多天线技术相对于单天线技术来说，可以进一步提高系统的数据传输速率和传输质量，因此将在未来的无线通信系统中得到广泛应用。目前常见的多天线技术包括空间复用技术(Spatial Multiplexing，SM)、发射分集技术(Transmit Diversity，TD)以及波束赋形技术(Beam-Forming，BF)。这几种多天线技术的适宜应用场景与要解决的问题是不同的。SM适用于信噪比较高、空间相关性较小的环境，提供高的频谱利用率；TD适用于信道质量较差的环境，利用分集技术将相同的信息在不同的空间链路发送，对抗信道的深衰落，提供高的可靠性；BF适用于信道质量差、干扰严重的环境，将主波束对准期待用户，提高信号接收信噪比，改善通信质量，降低干扰。

多天线系统通常会采用自适应的天线模式切换技术，根据实时的信道环境，自适应地切换各种多天线技术，以匹配信道，获得最佳性能折中。比如在相关性较小、信噪比较高的信道环境中使用SM获得高的频谱利用率，在相关性较大、信噪比较低的信道环境中使用TD或者BF提供高的通信可靠性。

HARQ技术将前向纠错(Froward Error Correction，FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合，若通过FEC编码的数据块在接收端经译码后校验出错，则发送端重传该数据块，并且接收端把初次传输和重传的数据块进行合并，从而获得时间分集增益和合并增益，提高系统性能。目前第三代合作伙伴项目(3GPP)标准中规定了通信系统常用的是N信道停等(N Channel-Stopand Wait，N-SAW)HARQ机制，即N个子信道发送不同的HARQ进程，保证发送端的连续数据发射，提高传输有效性，每个子信道都相当于一个SAW HARQ。N-SAW HARQ机制可以保留停等(SAW)的优点，同时提高了传输效率，对缓存的要求较低。

在实际应用中，需要考虑到天线模式自适应切换技术与HARQ相结合后的可能出现的技术问题，比如在重传数据块的传输时间间隔(TTI)内同时进行天线模式切换的实现方案；对于多进程的HARQ机制，该怎样解决传输不同进程时天线模式切换技术的应用等。

现有的HARQ下多天线模式自适应切换的处理方法主要有如下两种：

方法一：假设在重传时保持天线模式不变，则通常采用的是单进程的HARQ机制，直到在这个固定的天线模式下各个数据流上出错的数据块都已经正确接收或者达到最大重传次数，而在下一个TTI内所有数据流都要发送新数据块时，才考虑使用相应的切换准则来根据信道条件切换天线模式。这种方法的缺点是很难使系统保持数据的连续发送，传输效率低。

方法二：假设重传时也可以进行天线模式切换，比如初始传输是在TD模式的单数据流上，在重传的TTI内信道环境较好，切换至SM模式，则将重传的数据块放于SM模式的某个数据流上传输，其它的数据流发送新数据块；反之，由SM模式切换至TD模式也可类似处理。若采用这种方法，在多个HARQ进程传输时，一旦有的进程数据块出错，而且在重传时又发生了天线模式切换，则需要处理初始传输和重传使用不同天线模式时带来的变化，比如在重传时切换天线模式后的数据块传输格式(包括传输块大小(TBS)、调制方式等)的确定、控制信令的设计以指示传输数据块是否为重传、重传的HARQ进程号、所采用的天线模式等，这些都会给系统带来很大的实现复杂度，而且这些复杂度代价所换取的性能优势也不会很明显。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出一种多进程HARQ条件下天线模式自适应切换的方法和装置，可以在较低的应用复杂度的情况下实现天线模式的自适应切换，能够使系统保持连续地数据传输，提高传输效率。

本发明实施例提出的多进程HARQ条件下天线模式自适应切换的方法包括如下步骤：

确定要发送数据块的HARQ进程，判断所述HARQ进程的当前传输时间间隔TTI是发送新数据块还是重传数据块，若是发送新数据块，则进行天线模式的自适应切换，用所述自适应切换所选的天线模式发送新数据块；若是重传数据块，则使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。

本发明实施例提出的实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置包括：

进程确定模块，用于确定要发送数据块的HARQ进程；

判断模块，用于判断所述进程确定模块所确定的HARQ进程的当前TTI是发送新数据块还是重传数据块；

天线模式切换模块，用于进行天线模式的自适应切换，选择最优的天线模式；

发送模块，用于当判断模块的判断结果为发送新数据块时，采用天线模式切换模块选择的天线模式，在所述进程确定模块确定的HARQ进程发送新数据块；当判断模块的判断结果为重传数据块时，在所述进程确定模块确定的HARQ进程，使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。

从以上技术方案可以看出，在多进程HARQ条件下对新数据块和重传数据块采用不同的方式处理，对于新数据块则应用天线模式的自适应切换，对于重传数据块则采用首次传输该数据块的天线模式，这样就在较低的应用复杂度的情况下，实现了多进程的HARQ传输，保证数据传输的连续性和传输效率。

附图说明

图1为本发明实施例实现多进程HARQ下天线模式自适应切换的处理流程图；

图2为本发明实施例由UE进行天线模式切换的流程图；

图3为本发明实施例由基站进行天线模式切换的流程图；

图4为本发明实施例的数据包传输与重传过程的具体示例示意图；

图5为本发明实施例的实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置的模块示意图。

具体实施方式

本发明实施例提出一种在多进程HARQ下天线模式自适应切换的处理方法，对于某个数据块出错的进程，在重传数据块的TTI内保持天线模式不变；对于其它未出错的进程，则进行天线模式的自适应切换。由于该方案采用多进程发送数据，可以保持数据的连续发送，保证较高的传输效率；在数据块的重传过程中保持天线模式不变，又可以降低复杂度。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的详细阐述。

考虑一种较为简单的情况，设Node B和UE均为2个天线，下行最多并行发送两个数据流，采用单流模式和双流模式区分多天线模式，其中的单流模式包括TD和BF，双流模式是SM。还假设N-SAW HARQ机制中的N取值要能够满足发射端的连续传输。具体实施流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤101：初始传输过程。

首先确定要发送数据块的HARQ进程，确定HARQ进程的方式可以分为同步或异步。若是同步方式，则是根据预先设置的时序关系确定当前发送数据块的HARQ进程；若是异步方式，则可以根据各个HARQ进程的发送情况进行调度，确定当前发送数据块的HARQ进程。以同步方式为例，在初次传输时，在连续的N个TTI内传输N个HARQ进程，由于是初始传输，因此每个进程的数据块均为新块。此时在每个TTI内均考虑天线模式的切换，切换的依据是：利用天线模式切换准则，在当前TTI内比较各种天线模式的传输能力优劣，如比较香农(Shannon)容量、空时接收码字的欧几里得(Euclidean)距离等，选择出较优的天线模式，然后在下个TTI内切换至选择出的较优天线模式去传输新块。

比如，在第i个TTI内传输第i个HARQ进程的新数据块，同时进行天线模式的选择，选择出匹配当前信道条件的最优天线模式，然后在第i+1个TTI内切换至该最优天线模式，用于传输第i+1个HARQ进程的新数据块，其中，i≤N-1。

自适应天线模式切换一般以Shannon容量、误块率、最小Euclidean距离、检测后信噪比(SNR)结合空间信道特征值作为信道质量信息反馈给发射端。以SM和TD这两种天线模式的自适应切换为例，可能的方案简述如下：

方案一：根据Shannon容量准则来进行天线模式的自适应切换。

如果C_SM＜C_TD，则选择TD模式；

如果C_SM≥C_TD，则选择SM模式。

其中C为各个天线模式根据其检测后有效SNR计算得到的Shannon容量，对于双流模式来说，其Shannon容量为两个数据流的容量之和。

方案二：根据误块率最低准则来进行天线模式的自适应切换。

如果P_e ^SM＜P_e ^TD，则选择SM模式；

如果P_e ^SM≥P_e ^TD，则选择TD模式。

其中P_e为误块率，对于双流模式来说，其误块率为两个数据流的误块率之和。

方案三：根据最大化最小Euclidean距离准则来进行天线模式的自适应切换。

如果 $d_{\min ,\mathrm{td}}^R<d_{\min ,\mathrm{sm}}^R,$ 则选择SM模式；

如果 $d_{\min ,\mathrm{td}}^R\&GreaterEqual;d_{\min ,\mathrm{sm}}^R,$ 则选择TD模式。

其中d_min ^R为接收端空时码字的最小Euclidean距离。对于双流模式，d_min ^R为两个数据流中的码字的最小Euclidean距离。

方案四：根据Demmel条件数准则来进行天线模式的自适应切换。

如果 ${\mathrm{\&kappa;}}_D\&le;\frac{d_{\min ,\mathrm{sm}}^T}{d_{\min ,\mathrm{td}}^T},$ 则选择SM模式；

如果 ${\mathrm{\&kappa;}}_D>\frac{d_{\min ,\mathrm{sm}}^T}{d_{\min ,\mathrm{td}}^T},$ 则选择TD模式。

其中k_D为Demmel条件数，d_min ^T为发射端空时码字的最小Euclidean距离。对于双流模式，d_min ^T为两个数据流中的码字的最小Euclidean距离。

所述天线模式切换的具体处理过程可以在UE侧或基站侧进行，其中，在UE侧进行天线模式切换的流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤201：根据预先设置的天线模式切换准则，UE对各个天线模式的所述天线模式切换准则相关的衡量指标进行计算。所述天线模式切换准则可以是上述方案一至方案四中的任意一种，所述衡量指标可以是Shannon容量、误块率或最小Euclidean距离等。

步骤202：UE比较各种天线模式的衡量指标，选择最优的天线模式。

步骤203：UE通过上行控制信道将所选的天线模式通知给Node B。

步骤204：Node B得知UE所推荐的天线模式，并结合一些其它的因素，来最终确定所选用的天线模式，并在下次发送数据时进行天线模式切换。

在基站侧进行天线模式切换的流程如图3所示，包括如下步骤：

步骤301：根据预先设置的天线模式切换准则，基站对各个天线模式的所述天线模式切换准则相关的衡量指标进行计算。所述天线模式切换准则可以是上述方案一至方案四中的任意一种，所述衡量指标可以是Shannon容量、误块率或最小Euclidean距离等。

步骤302：基站比较各种天线模式的衡量指标，选择最优的天线模式，并在下次发送数据时进行天线模式切换。

步骤102：发送端采用同步方式或异步方式确定要发送数据块的HARQ进程，判断所述HARQ进程的当前TTI内发送新数据块还是重传数据块，若是发送新数据块则转至步骤103，若是重传数据块则转至步骤104。

判断发送新数据块还是重传数据块的依据是控制信令。例如高速下行分组接入(High Speed Downlink PacketAccess，HSDPA)系统中，基站(Node B)作为发送方，UE作为接收方，UE接收到基站发送来的数据后进行检测，并判断是否接收正确。如果接收错误，就通过上行的高速共享信息信道(HS-SICH，Shared Information Channel for HS-DSCH)反馈NACK信令，如果接收正确，就反馈ACK信令。如果基站判断上次传输该HARQ进程的数据块时接收到的反馈信令全部为ACK信令，则发送新的数据块；否则，进一步判断是否重传次数达到预设的最大值，若是，则将重传次数归零，并发送新数据块；若重传次数未达到最大值，则重传该HARQ进程上一次所发送的数据块，并对重传次数进行计数。通常，判断接收正确的具体做法是判断所接收的数据块的循环冗余校验(CRC)是否正确，当然，也可以采用其它等效的判断方式。

步骤103：待传输的进程为传输新数据块时的处理过程。

这种情况指的是上次传输该进程时的反馈信令中均为ACK(单流则为ACK，双流则2个ACK)或者达到了最大重传次数，则与步骤101中的初始传输相类似，根据该进程前一个TTI内的天线模式切换准则的比较结果进行天线模式切换，然后使用切换到的天线模式去发射该进程的新数据块。该步骤执行完毕后返回步骤102。

步骤104：待传输的进程为重传数据块的处理过程。

这种情况指的是在上次传输该进程时的反馈信令中有NACK(单流则为NACK，双流则有1个或2个NACK)，则无论天线模式比较的结果如何，都强行切换至该进程初始传输这个数据块时的天线模式来重传该数据块，也就是说对于这个HARQ进程来说，其重传的数据块要保持与初次传输该数据块时相同的天线模式。其中，若该数据块初次传输时为单流，则重传时仍切换至单流模式；若初次传输时为双流，而且重传可能会发生在双流中的某一个流或者全部两个流，则重传时仍切换至双流模式，且在出错的流上重传，没出错的流发送该进程的新数据块。该步骤执行完毕后返回步骤102。

图4示出了本发明实施例方案的数据包传输与重传过程的一个具体示例。其中，HARQ进程数为4。发送端依次在各个HARQ进程发送数据块。其中，在TTI1至TTI4发送的数据块为首次发送的新数据块，发送端根据上一个TTI的衡量指标计算结果进行天线模式的切换。从TTI3开始，发送端收到来自接收端的控制信令ACK(用字母A表示)或NACK(用字母N表示)。TTI3时接收端的ACK表示HARQ进程1发送的数据块1被成功接收，则在TTI5，发送端收到该ACK信令，首先根据TT4的衡量指标计算结果选择最优天线模式，并用所选的天线模式在HARQ进程1继续发送新数据块即数据块5；TTI4时接收端的NACK表示进程2发送的数据块失败，则在TTI6，发送端收到该NACK信令，采用TTI2的天线模式重新发送数据块2。对于后续的数据块发送或重发过程依此类推。

在实际应用中，若不希望多天线模式的切换过于频繁而增加系统的运行复杂度和时延，那么可以预先设置控制时长。在控制时长内保持固定的天线模式，仅是自适应调制编码(Adaptive Modulation and Coding，AMC)的调制编码方案(Modulation and Coding Scheme，MCS)选择；直到控制时长结束时，再转至图1中的步骤102，并根据该步骤的判断结果执行步骤103或步骤104；然后再进入下一个控制时长，并依此类推。

详细地说，设定每n个TTI进行一次天线模式切换。在这n个TTI内各个HARQ进程的新数据块和重传数据块都保持当前的天线模式不变。在第n+1个TTI时考虑切换，比如在这个TTI时应当传送第m个HARQ进程，那么利用两个限定条件来决定是否进行天线模式切换，一个条件是利用天线模式切换准则(如最大Shannon容量准则等)使用前n个TTI的时间内长时计算出的衡量指标去选择出在第n+1个TTI内应该采用的最优天线模式；另一个条件是要考察第n+1个TTI内第m个HARQ进程是否传输新数据块，如果是新数据块，则可以切换至最优的天线模式来传输该新决，如果是重传的数据块，则强制使用这第m个HARQ进程初始传输这个数据块时的天线模式。然后在接下来的n个TTI内各个HARQ进程的新数据块和重传数据块都保持当前的天线模式不变，到第2n+1个TTI再考虑切换并依此类推。

可见，长时切换可以在避免系统频繁进行天线模式切换的同时，保证了多进程HARQ机制下的传输效率，降低实现复杂度。

图5示出了本发明实施例的实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置的模块组成，包括：

进程确定模块501，用于确定要发送数据块的HARQ进程；

天线模式切换模块502，用于进行天线模式的自适应切换，选择最优的天线模式；

判断模块503，用于判断所述进程确定模块501所确定的HARQ进程的当前TTI是发送新数据块还是重传数据块；

发送模块504，用于当判断模块503的判断结果为发送新数据块时，采用天线模式切换模块502选择的天线模式，在所述进程确定模块501确定的HARQ进程发送新数据块；当判断模块503的判断结果为重传数据块时，在所述进程确定模块501确定的HARQ进程，使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。

较佳地，所述判断模块503包括：

反馈信令判断单元505，用于接收反馈信令，并判断所述反馈信令是否全为ACK；

重传次数计数与判断单元506，用于在重传数据块时对重传次数计数，并判断重传次数是否达到最大值，若达到最大值则将重传次数归零；

当反馈信令判断单元505判断收到反馈信令全为ACK，或所述重传次数计数与判断单元506判断重传次数达到最大值时，则判断模块503向发送模块504输出的判断结果为发送新数据块；当反馈信令判断单元505判断收到的信令不全为ACK，且所述重传次数计数与判断单元506判断重传次数未达最大值时，则判断模块503向发送模块504输出的判断结果为重传数据块。

较佳地，所述发送模块504进一步包括：

天线模式记录单元507，用于记录每个HARQ进程在首次传输特定数据块时采用的天线模式。举例来说，若某个HARQ进程首次传输数据块1采用SM模式，则天线模式记录单元507中记录的天线模式为SM模式；若接下来重传该数据块1，则天线模式记录单元507中记录的天线模式不变，仍为SM模式。

则所述发送模块504在重传数据块时，采用所述天线模式记录单元507所记录的所述待重传的数据块在被首次传输时的天线模式，来重传所述数据块。

所述装置还可以进一步包括；

控制时长模块508，用于对预先设置长度的控制时长进行计时，当控制时长结束时则向所述发送模块504发送指示信号；

则所述发送模块504用于在没有收到来自控制时长模块508的指示信号时，采用所述天线模式记录单元507所记录的天线模式发送或重发数据块；在收到来自控制时长的指示信号时，则执行上述发送模块504的相关功能。具体地说，当判断模块503的判断结果为发送新数据块时，发送模块504采用天线模式切换模块502选择的天线模式，在所述进程确定模块确定的HARQ进程发送新数据块；当判断模块503的判断结果为重传数据块时，在所述进程确定模块501确定的HARQ进程，使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。

所述装置可置于基站中，用于控制基站的天线模式自适应切换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种多进程混合自动重传请求HARQ天线模式自适应切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定要发送数据块的HARQ进程，判断所述HARQ进程的当前传输时间间隔TTI是发送新数据块还是重传数据块，若是发送新数据块，则进行天线模式的自适应切换，用所述自适应切换所选的天线模式发送新数据块；若是重传数据块，则使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。

2.根据权利要求1所述的多进程HARQ天线模式自适应切换方法，其特征在于，该方法进一步包括：在初始传输时进行天线模式的自适应切换，用所述自适应切换所选的天线模式发送新数据块。

3.根据权利要求1所述的多进程HARQ天线模式自适应切换方法，其特征在于，所述判断所述HARQ进程的当前传输时间间隔TTI是发送新数据块还是重传数据块包括：

判断上次传输该HARQ进程的数据块时的反馈信令是否全为ACK信令，若是，则发送新数据块；否则，进一步判断是否重传次数达到预设的最大值，若是，则将重传次数归零，判断结果为发送新数据块；若重传次数未达到最大值，则判断结果为重传该HARQ进程上一次所发送的数据块，并对重传次数进行计数。

4.根据权利要求1所述的多进程HARQ天线模式自适应切换方法，其特征在于，所述使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块包括：

若该进程的该数据块首次传输时为单流模式，则重传时仍切换至单流模式；若初次传输时为双流模式，而且重传可能会发生在双流中的某一个流或者全部两个流，则重传时仍切换至双流模式，且在出错的流上重传，没出错的流发送该进程的新数据块。

5.根据权利要求4所述的多进程HARQ天线模式自适应切换方法，其特征在于，所述没出错的流发送该进程的新数据块包括：

进行天线模式的自适应切换，用所述自适应切换所选的天线模式发送新数据块。

6.根据权利要求1所述的多进程HARQ天线模式自适应切换方法，其特征在于，所述判断所述HARQ进程的当前传输时间间隔TTI是发送新数据块还是重传数据块的步骤之前，进一步包括：

判断控制时长是否结束，若当前处于控制时长内，则采用在控制时长之前选定的天线模式传输或重传所述HARQ进程的数据块；

若控制时长结束，则执行所述判断所述HARQ进程的当前传输时间间隔TTI是发送新数据块还是重传数据块的步骤及其后续步骤。

7.根据权利要求1至6任一项所述的多进程HARQ天线模式自适应切换方法，其特征在于，所述进行天线模式的自适应切换包括：

根据预先设置的天线模式切换准则，对各个天线模式的所述天线模式切换准则相关的衡量指标进行计算；

比较各种天线模式的衡量指标，选择最优的天线模式。

8.一种实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置，其特征在于，包括：

进程确定模块，用于确定要发送数据块的HARQ进程；

判断模块，用于判断所述进程确定模块所确定的HARQ进程的当前TTI是发送新数据块还是重传数据块；

天线模式切换模块，用于进行天线模式的自适应切换，选择最优的天线模式；

发送模块，用于当判断模块的判断结果为发送新数据块时，采用天线模式切换模块选择的天线模式，在所述进程确定模块确定的HARQ进程发送新数据块；当判断模块的判断结果为重传数据块时，在所述进程确定模块确定的HARQ进程，使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。

9.根据权利要求8所述的实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置，其特征在于，所述判断模块包括：

反馈信令判断单元，用于接收反馈信令，并判断所述反馈信令是否全为ACK；

重传次数计数与判断单元，用于在重传数据块时对重传次数计数，并判断重传次数是否达到最大值，若达到最大值则将重传次数归零；

当反馈信令判断单元判断收到反馈信令全为ACK，或所述重传次数计数与判断单元判断重传次数达到最大值时，则判断模块的判断结果为发送新数据块；当反馈信令判断单元判断收到的信令不全为ACK，且所述重传次数计数与判断单元判断重传次数未达最大值时，则判断模块的判断结果为重传数据块。

10.根据权利要求8所述的实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置，其特征在于，所述发送模块进一步包括：

天线模式记录单元，用于记录每个HARQ进程在首次传输特定数据块时采用的天线模式；

则所述发送模块在重传数据块时，采用所述天线模式记录单元所记录的待重传的所述数据块在被首次传输时的天线模式，来重传所述数据块。

11.根据权利要求10所述的实现多进程HARQ天线模式自适应切换的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

控制时长模块，用于对预先设置长度的控制时长进行计时，当控制时长结束时则向所述发送模块发送指示信号；

则所述发送模块用于在没有收到来自控制时长模块的指示信号时，采用所述天线模式记录单元所记录的天线模式发送或重发数据块；在收到来自控制时长的指示信号时，当判断模块的判断结果为发送新数据块时，采用天线模式切换模块选择的天线模式，在所述进程确定模块确定的HARQ进程发送新数据块；当判断模块的判断结果为重传数据块时，在所述进程确定模块确定的HARQ进程，使用首次传输该数据块的天线模式重传数据块。

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