CN103098410B - 一种用以提高混合自动重复请求(harq)吞吐量的方法和设备 - Google Patents

一种用以提高混合自动重复请求(harq)吞吐量的方法和设备 Download PDF

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Abstract

在一些实施例中，本发明包括提高混合自动重复请求(HARQ)吞吐量。在一个实施例中，通过基于在完全确认之前从下行链路装置接收的状态来提前至少一个帧清除重传缓冲器，可提高吞吐量。另一个实施例将HARQ突发分成两个组。第一组用于预期有差错的包数据单元(PDU)，而第二组用于预期被正确地接收的PDU。只有基于前向纠错(FEC)块而预期有差错的PDU被保存在重传缓冲器中。描述和声明了其它实施例。

Description

一种用以提高混合自动重复请求 (HARQ) 吞吐量的方法和设备
相关申请的交叉引用
本申请涉及Eilon Riess等人于2009年9月16日提交的、转让给共同受让人的名称为“Method And System To Increase The Throughput Of A Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) Protocol(用以提高混合自动重复请求(HARQ)协议的吞吐量的方法和系统)”的美国专利申请序列号12/561,126(律师案号P29719)，该申请的整个主题通过引用而结合在本文中。
发明领域
本发明的实施例大体涉及无线上行链路和下行链路通信，并且更具体而言，涉及用于提高用于无线网络中的混合自动重复请求消息开销中的吞吐量的方法。
背景信息
在无线网络中，混合自动重复请求(HARQ)协议用来确保无线网络有高可靠性和高数据传输效率。HARQ协议结合前向纠错(FEC)方案和自动重复请求(ARQ)方案。存在各种机制。
图1A示出现有技术的HARQ突发(burst)120的块图100。当数据在无线网络中从发送站发送到接收站时，数据以介质存取控制(MAC)包数据单元(PDU)或子包110的形式发送。发送站的MAC层连接PDU 112、114、116和118，并且发送站的物理(PHY)层对连接的PDU 112、114、116和118添加前置码(preamble)122，以形成HARQ突发120供传输。PDU 112、114、116和118被发送站的PHY层分开或分割成FEC块124、126和128。
用于站中的HARQ协议的下行链路(DL)吞吐量可受到最大极限的限制，以保证HARQ协议的吞吐量不超过站的缓冲能力。图1B示出现有技术的站中的缓冲器的存储器状态的两个情形150。当站中的缓冲器具有足够的闲置存储器空间166以存储未通过循环冗余校验的HARQ子突发170时，出现不存在存储器160溢出的第一情形。HARQ子突发170可为已经存储在站中作为HARQ子突发162和164的相同突发的重传。
为了提高用于站中的HARQ协议的吞吐量，能提高各个HARQ子突发的大小。但是，提高各个HARQ子突发的大小有缺陷，因为站可能在其缓冲器中经历更多存储器溢出。这在存在存储器180溢出的第二情形中有说明，当站中的缓冲器没有足够的闲置存储器空间186以存储未通过循环冗余校验的HARQ子突发170时，出现第二情形。因此，站中止对HARQ子突发170的存储，并且清除HARQ子突发170。
当前HARQ协议实现不允许在无线网络中提高HARQ协议的吞吐量或减少存储器溢出事件的发生次数。
当传输HARQ突发时，需要存储突发，直到已经正确地接收突发的指示从接收器到达传输器为止。在突发未被正确地接收的情况下，传输器重传存储的HARQ突发。因而，需要存储突发的时间越长(通常被称为往返行程时间(RTT))，能达到的总吞吐量就越低。
附图简述
根据本发明的以下详细描述，本发明的特征和优点将变得显而易见，其中：
图1A示出现有技术的HARQ突发的块图；
图1B示出现有技术的站中的缓冲器的存储器状态的两个情形；
图2是示出根据本发明的实施例的、经分割的PDU和FEC的块图；
图3是根据本发明的实施例的WiMax系统中的HARQ流的示意图；以及
图4示出根据本发明的实施例的、用以实现本文公开的方法的计算系统。
详细描述
本发明的实施例为涉及通过仅存储已知有差错的PDU来提高HARQ突发的吞吐量的系统和方法。本发明的另一个实施例通过管理HARQ缓冲器以利用UL MAP，以及通过基于传输的HARQ突发的已知接收状态对未知接收状态的缓冲器清除优先化方法，来缩短RTT。
说明书中对本发明的“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例来描述的特定的特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因而，在整个说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”不一定全指示同一实施例。
为了说明，阐述了具体构造和细节，以便提供本发明的详尽理解。但对本领域普通技术人员显而易见的将是，可在没有本文介绍的具体细节的情况下实践本发明的实施例。此外，可省略或简化众所周知的特征，以便不使本发明模糊不清。
在这个描述中可给出各种示例。这些示例仅描述本发明的具体实施例。本发明的范围不限于给出的示例。
在HARQ操作中，在CRC失败指示解码的HARQ突发未被正确地接收的情况下，HARQ突发的软度量被存储，即，对于各个接收到的位，若干LLR(对数似然比)位被存储。各个位的LLR典型地由若干位(6至8位)表示。因而，大小为L位的存储的HARQ突发将典型地占用存储器的L×6至L×8位。
如果HARQ突发的位中的一个或多个已经被不正确地接收，则HARQ突发失败。
接收到的HARQ突发可分割和存储成两个组：
1：已知不包含错误接收的位的位组
2：所有其余的位
然后存储组1的位，而放弃LLR表示。但是，存储组2的位的LLR。但避免必须保存来自组1的所有LLR位，对HARQ存储器的要求从：
占用的存储器= Y×LLR_Res，减少到
占用的存储器=Size(组1) + (Y-Size(组1))×LLR_Res，
其中，Y是HARQ突发的大小，而LLR_Res是表示LLR的位的数量。
在一个特定的情况下，其中，HARQ突发由较高的层PDU紧凑地构建，其中各个PDU具有其本身的CRC，则可通过标识仅携带来自通过CRC校验的PDU的位的FEC块来确定组1。所有其它FEC块将属于组2。
在现有系统中，关于商业部署的网络的标准典型地仅具有HARQ突发是否在整体上失败的指示。因而，如有必要，需要存储整个HARQ突发以及LLR扩展。仍在开发的一些标准按每个FEC块添加CRC。
根据失败/未失败来区分接收到的位且仅存储失败部分的本发明的实施例，不涉及对传输器进行任何干扰，或者对标准进行任何改变，但允许目前部署的标准使用现有硬件来产生高得多的HARQ吞吐量。
图2是示出根据本发明的实施例的、经分割的PDU和FEC的块图。HARQ突发200与包数据单元(PDU)A、B、C和D(分别为201、203、205和207)一起发送。PDU包括许多前向纠错(FEC)块1-9(分别为211、213、215、217、219、221、223、225和227)。在这个示意图中，PDU A(201)和C(205)的CRC通过，所以这些位没有差错。CRC指示已经检测到FEC块4(217)和9(227)有差错。因而，必须保存FEC块FEC4(217)和FEC9(227)供重传。
在实施例中，FEC块被分割成组A(231)和B(233)。组A包括已经通过CRC的PDU内的FEC块。在这个示例中，组A包括FEC块1、2、6和7。组B包括未通过CRC的PDU内的FEC块，例如，FEC块3、4、5、8和9。仅必须保存组B中的PDU供重传，而非整个HARQ突发。假设例如LLR_RES为8位，节省的存储器量为1-(8×5+4)/(8×9)=l-44/72。在这个示例中，节省的存储器为大约39%。
在另一个实施例中，可通过缩短存储HARQ突发的时间来提高HARQ吞吐量。这个时间可称为往返行程时间(RTT)。当传输HARQ突发时，如果突发未被正确地接收，则突发需要存储在传输器处，直到传输器接收到突发已经被接收器正确地接收的指示为止。传输器必须重传存储的HARQ突发，直到其被恰当地接收和确认为止。因而，突发需要被存储的时间(RTT)越长，整体吞吐量就越低，因为可存储在有限的存储器空间中的突发较少。
通过依赖于在实际UL传输之前一个帧已知上行链路(UL)命令(UL移动应用部分或MAP，在802.16标准或WiMax的情况下)这一属性，可实现使存储HARQ突发的实际时间从RTT缩短到RTT-1。在这种情况下，UL吞吐量可提高(RTT/RTT-1)倍。例如，当RTT=5时，则HARQ吞吐量可提高5/4=1.25倍。这个吞吐量提高可由HARQ缓冲器管理执行，从而增加HARQ吞吐量(作为示例，通过声明更高的传输HARQ吞吐量能力)。在存储器溢出的情况下，缓冲器管理将以清除已经存储的HARQ突发为代价，存储新的HARQ突发。这个清除不是任意地进行的，而是根据基于传输的HARQ突发的已知接收状态对(versus)未知接收状态的优先化方法。
当HARQ突发不需要重传时，可根据WiMax的UL MAP来设计这个状态，并且在实际UL分配之前一个帧已知该状态。现有系统未能利用这个知识。如果传输成功，可比当在现有系统中清除时提前一个帧从HARQ存储器中清除HARQ突发。如果那个帧的新的HARQ突发需要较多存储器空间，则将清除其它存储的HARQ突发。在清除已知成功的突发之后，可清除在一帧处有未知重传要求的突发。当已知HARQ突发需要重传时，则HARQ突发将保留在HARQ存储器中，而且将从HARQ缓冲器中清除在那个阶段/帧处有未知重传需要的其它突发，从而对新的HARQ突发提供空间。
如果已被清除的HARQ突发在后一帧处需要重传，移动台(MS)在相关分配发送物理零。然后故障包被外环(outer-loop)校正处理，如果存在外环校正的话(例如，ARQ或传输控制协议(TCP)环)。
图3是根据本发明的实施例的WiMax系统中的HARQ流的示意图。例如，DLl 301和DLl 302分别是帧1的下行链路(DL)和上行链路(UL)子帧。Ch. A 303a-b和Ch. B 305分别传送HARQ突发A和HARQ突发B。M A 307和M B 309分别包含对HARQ突发A和B的接收状态的指示。
在这个示例中，在DL帧5(DL 5)处发送HARQ突发A的UL MAP(M A 307)。这个帧可指示HARQ突发A在接收器处是否被正确地接收。在块320处确定是否将需要重传HARQ突发。如果需要，在块322中，从HARQ存储器中按上面讨论述的优先顺序清除突发/来自突发的信道，除了Ch. A之外。下一个帧显示Ch. B的接收。Ch. B被存储和传输。
在块324中，当已被清除的信道需要重传时，MS在分配发送物理零。故障包被ARQ环或其它差错校正协议处理。
在块320中，当UL MAP已经确定Ch. A不需要重传时，在块326中，可从HARQ存储器中清除Ch. A。如果Ch. B需要较多存储空间，则以随机顺序清除其它突发，直到达到足以存储Ch. B突发的闲置存储器空间为止。然后Ch. B被存储和传输。
在块328中，当已被清除的信道需要重传时，在分配发送物理零。故障包被ARQ环或其它差错校正协议处理。被从存储器中清除的突发需要重传的概率可为每隔几十秒一次。
图4示出根据本发明的一个实施例的、用以实现本文公开的方法的系统400。系统400包括(但不限于)台式计算机、膝上型计算机、上网本、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、服务器、工作站、蜂窝电话、移动计算装置、互联网装置或任何其它类型的计算装置。在另一个实施例中，用来实现本文公开的方法的系统400可为片上系统(SOC)系统。
处理器410具有用以执行系统400的指令的处理核412。处理核412可包括(但不限于)用来取指令的预取逻辑、用以对指令解码的解码逻辑、用以执行指令的执行逻辑等。处理器410可具有用以对系统400的指令和/或数据进行高速缓存的高速缓存存储器416。在本发明的另一个实施例中，高速缓存存储器416包括(但不限于)一级、二级和三级高速缓存存储器，或者处理器410内的高速缓存存储器的任何其它配置。
存储控制中心(MCH)414可执行使得处理器410能够访问存储器430且与存储器430通信的功能，存储器430包括易失性存储器432和/或非易失性存储器434。易失性存储器432可包括(但不限于)同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)，以及/或者任何其它类型的随机存取存储器装置。非易失性存储器434可包括(但不限于)NAND闪速存储器、相变存储器(PCM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，或者任何其它类型的非易失性存储器装置。
存储器430存储信息和待由处理器410执行的指令。在处理器410执行指令时，存储器430还可存储临时变量或其它中间信息。芯片组420可通过点对点(PtP)接口417和422与处理器410连接。芯片组420使得处理器410能够连接到系统400中的其它模块。在本发明的一个实施例中，接口417和422根据PtP通信协议(诸如Intel® QuickPath Interconnect(QPI)等)来运行。芯片组420可连接到显示装置440上，显示装置440可包括(但不限于)液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示器或任何其它形式的视觉显示装置。
另外，芯片组420连接到互连各种模块474、460、462、464和466的一个或多个总线450和455上。如果总线速度或通信协议中存在失配，总线450和455可通过总线桥472互连在一起。芯片组420与(但不限于)非易失性存储器460、大容量存储装置(一个或多个)462、键盘/鼠标464和网络接口466耦合。大容量存储装置462包括(但不限于)固态驱动器、硬盘驱动器、通用串行总线闪速存储器驱动器，或者任何其它形式的计算机数据存储介质。使用任何类型的众所周知的网络接口标准来实现网络接口466，包括(但不限于)以太网接口、通用串行总线(USB)接口、外围构件互连(PCI)高速接口、无线接口和/或任何其它适当类型的接口。无线接口(未显示)根据(但不限于)IEEE 802.11标准及其有关的族、家用插头AV(HPAV)、超宽带(UWB)、蓝牙、WiMax(IEEE 802.16)或者任何形式的无线通信协议来运行。在实施例中，包括无线接口和缓冲器的HARQ模块可驻留在芯片组420上。
虽然图4中显示的模块被描绘成系统400内的独立的块，但这些块中的一些所执行的功能可集成在单个半导体电路内，或者可使用两个或更多个独立的集成电路来实现这些功能。例如，虽然高速缓存存储器416被描绘成处理器410内的独立的块，但高速缓存存储器416可相应地结合到处理器核心412中。在本发明的另一个实施例中，系统400可包括不止一个处理器/处理核。
本文描述的技术不限于任何特定的硬件或软件配置；它们可适用于任何计算、消费电子或处理环境中。可在硬件、软件或它们两个的组合中实现技术。
为了模拟，程序代码可表示一种硬件，其使用硬件描述语言或实质上提供预计所设计的硬件如何执行的模型的另一种功能性描述语言。程序代码可为汇编语言或机器语言，或者可被编译和/或解释的数据。
此外，在本领域中通常用一种形式或另一种形式将软件说成采取动作或者导致结果。这种表达仅是陈述处理系统(其使处理器执行动作或产生结果)执行程序代码的简便方式。
可用高级过程编程语言或面向对象的编程语言实现各个程序，以与处理系统通信。但是，如果需要，可用汇编语言或机器语言实现程序。无论如何，可对语言进行编译或解释。
可使用程序指令来使编程有指令的通用或专用处理系统执行本文描述的操作。备选地，操作可由包含用于执行操作的硬接线逻辑的具体硬件构件或者由经编程的计算机构件和定制硬件构件的任何组合执行。可提供本文描述的方法作为计算机程序产品，其可包括机器可访问的介质，该介质上存储有可用来将处理系统或其它电子装置编程成执行方法的指令。
程序代码或指令可存储在例如易失性和/或非易失性存储器中，诸如存储装置和/或相关联的机器可读或机器可访问的介质，介质包括固态存储器、硬驱动器、软盘、光学存储、磁带、闪速存储器、存储棒、数字视频盘、数字多功能盘(DVD)等，以及较特殊的介质，诸如机器可访问的生物状态保存存储。机器可读的介质可包括用于存储、传输或接收呈机器可读的形式的信息的任何机制，并且介质可包括有形介质，诸如天线、光纤、通信接口等，通过有形介质可传送电力、光学、声学或其它形式的传播信号或编码程序代码的载波。程序代码可以包、串行数据、并行数据、传播信号等的形式传输，并且可以压缩格式或加密格式使用程序代码。
可在可编程的机器上执行的程序中实现程序代码，可编程的机器为诸如移动计算机或固定的计算机、个人数字助理、机顶盒、蜂窝电话和寻呼机、消费电子装置(包括DVD播放器、个人录像机、个人录像机、卫星接收器、立体声接收器、有线TV接收器)和电子其它装置，它们各自包括处理器、处理器可读的易失性和/或非易失性存储器、至少一个输入装置和/或一个或多个输出装置。程序代码可应用于使用输入装置输入的数据，以执行所描述的实施例，以及产生输出信息。输出信息可应用于一个或多个输出装置。本领域普通技术人员可理解，可用各种计算机系统配置来实践公开的主题的实施例，包括多处理器或多核处理器系统、微型计算机、大型计算机，以及实际上可嵌入到任何装置中的普遍的或微型的计算机或处理器。
也可在分布式计算环境中实践公开的主题的实施例，在分布式计算环境中，任务或任务的一部分可由通过通信网络链接的远程处理装置执行。
虽然可将操作描述成顺序过程，但操作中的一些实际上可并行地、同时和/或在分布式环境中执行，而且程序代码存储在本地和/或远处，以供单处理器或多处理器机器访问。另外，在一些实施例中，可重新布置操作的顺序，而不偏离公开的主题的精神。程序代码可由嵌入的控制器使用，或者与其结合起来使用。
虽然已经参照示例性实施例来描述了本发明，但不意于在限制意义上理解此描述。认为对与本发明的领域有关的技术人员显而易见的示例性实施例以及本发明的其它实施例的各种修改处于本发明的精神和范围之内。

Claims (16)

1.一种在无线传输装置中的计算机实现的方法，包括：
预期具有一个或多个前向纠错(FEC)块的混合自动重复请求(HARQ)子包预计是否被接收装置正确地接收；
将所述子包分组到两个组中的一个中，所述两个组包括具有检测差错的子包的第一组和没有检测差错的子包的第二组；以及
在预期重传时，仅存储落入所述第一组中的那些子包，用于重传。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，预期HARQ子包是否被正确地接收进一步包括：
基于所述子包内的各个FEC块的循环冗余校验(CRC)的结果，确定各个FEC块是否包含差错；以及
当在所述子包中的任何FEC块中都未检测到差错时，指示所述子包预计被正确地接收；以及
当在所述子包中的任何FEC块中检测到差错时，指示所述子包预计被错误地接收。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述HARQ子包至少部分地遵守电气与电子工程师协会(IEEE)802.11标准族、IEEE 802.15标准族、IEEE 802.16标准族和第三代合作伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)标准中的一个。
4.一种用以提高混合自动重复请求(HARQ)协议的吞吐量的设备，包括：
重传缓冲器；
用以检测前向纠错(FEC)块中的差错的模块；以及
与所述重传缓冲器耦合以进行以下步骤的模块：
将混合自动重复请求(HARQ)子包标识为具有带有至少一个检测差错或没有检测差错的一个或多个前向纠错(FEC)块；
使所述子包与两个组中的一个相关联，所述两个组包括在任何FEC块中有检测差错的子包的第一组，以及没有检测差错的子包的第二组，以及
仅将落入所述第一组中的那些子包存储在所述重传缓冲器中。
5.根据权利要求4所述的设备，
其中，标识HARQ子包是否具有检测差错进一步包括用以进行以下步骤的模块：
基于所述子包内的各个FEC块的循环冗余校验(CRC)的结果，确定各个FEC块是否包含差错；以及
当在所述子包中的任何FEC块中未检测到差错时，指示所述子包预计被正确地接收；以及
当在所述子包中的任何FEC块中检测到差错时，指示所述子包预计被错误地接收。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述HARQ子包至少部分地遵守电气与电子工程师协会(IEEE)802.11标准族、IEEE 802.15标准族、IEEE 802.16标准族和第三代合作伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)标准中的一个。
7.一种计算机实现的方法，包括：
通过传输装置，将具有一个或多个前向纠错(FEC)块的混合自动重复请求(HARQ)突发发送到接收装置，所述HARQ突发被作为多个帧中的多个子包而发送；
在从所述接收装置接收到对子包接收的完全接收确认的前面至少一个帧，通过所述传输装置，接收来自所述接收装置的子包差错状态；以及
当所述子包差错状态指示所述子包将被所述接收装置正确地接收时，减少所述HARQ子包存储在所述传输装置中的重传缓冲器中以便可能被重传到接收装置的时间长度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述子包差错状态是所述接收装置在完全确认之前发送的上行链路(UL)移动应用部分(MAP)消息的一部分。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
从所述缓冲器清除较旧的HARQ突发，以允许所述缓冲器中有用于新的HARQ突发的空间。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，从所述重传缓冲器中清除所述较旧的HARQ突发进一步包括：
首先，清除已知已被无误地接收的HARQ突发；
其次，清除预期被正确地接收但具有未知状态的HARQ突发；以及
继续存储已知需要重传的HARQ突发。
11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
接收指示对重传HARQ突发的请求的物理零消息；
确定所述被请求的HARQ突发是否存储在所述缓冲器中；
当所述被请求的HARQ突发未存储在所述缓冲器中时，则利用外环校正机制来恢复所述被请求的HARQ突发；以及
当所述被请求的HARQ突发存储在所述缓冲器中时，则重传所述HARQ突发。
12.一种用以提高混合自动重复请求(HARQ)协议的吞吐量的设备，包括：
重传缓冲器；
用以检测前向纠错(FEC)块中的差错的模块；以及
与所述重传缓冲器耦合以进行以下步骤的模块：
通过传输装置，将具有一个或多个前向纠错(FEC)块的混合自动重复请求(HARQ)突发发送到接收装置，所述HARQ突发被作为多个帧中的多个子包而发送；
在从所述接收装置接收到对子包接收的完全接收确认的前面至少一个帧，通过所述传输装置，接收来自所述接收装置的子包状态消息；以及
当所述子包状态消息指示所述子包将被所述接收装置正确地接收时，减少所述HARQ子包存储在所述传输装置中的重传缓冲器中以便可能被重传到接收装置的时间长度。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述子包状态消息是所述接收装置在完全确认之前发送的上行链路(UL)移动应用部分(MAP)消息的一部分。
14.根据权利要求12所述的设备，进一步包括用以进行以下步骤的模块：
从所述缓冲器清除较旧的HARQ突发，以允许所述缓冲器中有空间用于新的HARQ突发。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，从所述重传缓冲器中清除所述较旧的HARQ突发进一步包括用以进行以下步骤的模块：
首先，清除已知已被无误地接收的HARQ突发；
其次，清除预期被正确地接收但具有未知状态的HARQ突发；以及
继续存储已知需要重传的HARQ突发。
16.根据权利要求14所述的设备，进一步包括用以进行以下步骤的模块：
接收指示对重传HARQ突发的请求的物理零消息；
确定所述被请求的HARQ突发是否存储在所述缓冲器中；
当所述被请求的HARQ突发未存储在所述缓冲器中时，则利用外环校正机制来恢复所述被请求的HARQ突发；以及
当所述被请求的HARQ突发存储在所述缓冲器中时，则重传所述HARQ突发。
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