CN103098411B - 用于为harq联合而存储的度量的连续改进的技术的方法、设备及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供一种方法，其高效地存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量，并且实现节省通信系统中的存储缓冲器，该方法包括使用度量的非线性量化，以及管理所有HARQ信道的聚合缓冲器。

Description

用于为 HARQ 联合而存储的度量的连续改进的技术的方法、设备及系统
背景技术
无线网络现在在社会中普遍且极为重要。通过利用各不相同的技术，无线网络可传输和接收信息。混合自动重传请求(HARQ)改善如4G技术WiMAX和LTE的通信系统的频谱效率，但本发明不限于这些特定的无线通信技术。HARQ的接收器实现需要大量存储器，因为它需要以软比特(soft bit)形式存储接收到的信息。软比特在本文中也称为比特的度量(metric)，其表示接收到的比特的可靠性，并且通常被评价为这个比特的LLR(对数似然比)。
目前，HARQ缓冲器中的度量以每度量8或6比特的形式保存，并且未从缓冲器中撤出解码成功的FEC块。因此，无线通信行业中强烈需要改进(refine)保存在HARQ缓冲器中的度量，以便利用典型的缓冲器占用率，以及与度量的高效表示和聚合缓冲器的高效管理结合起来工作。
附图说明
在说明书的结论部分中特别指出和明确要求保护被视为本发明的主题。但是，关于本发明的操作的组织和方法，以及本发明的目标、特征和优点，通过参照以下与附图一起阅读的详细描述，可最佳地理解本发明，其中：
图1示出根据本发明的实施例的框图；以及
图2提供根据本发明的实施例的、采用连续改进和公共比例因子的度量的表示。
将理解的是，为了简洁且清楚地说明，不一定按比例绘制图中示出的要素。例如，为了清楚，一些要素的尺寸相对于其它要素有所放大。另外，在认为合适的情况下，在图中重复参考标号，以指示对应的或相似的要素。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供本发明的详尽理解。但本领域技术人员将理解是，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，未详细描述众所周知的方法、过程、构件和电路，以便不使本发明模糊不清。
虽然本发明的实施例在这方面不受限制，但利用诸如例如“处理”、“计算”、“推算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等术语的论述可表示计算机、计算平台、计算系统，或者其它电子计算装置的操作(一个或多个)和/或过程(一个或多个)，它们将被表示为计算机的寄存器和/或存储器内的物理(例如，电子)量的数据操纵和/或转换成类似地被表示为计算机的寄存器和/或存储器或其它信息存储介质(其可存储用以执行操作和/或过程的指令)内的物理量的其它数据。
虽然本发明的实施例在这方面不受限制，但如本文所用，术语复数个”和“多个”可包括例如“多个”或“两个或更多个”。术语“复数个”或“多个”在整个说明书中可用来描述两个或更多个构件、装置、元件、单元、参数等。例如，“多个站”可包括两个或更多个站。
本发明的实施例提供保存在HARQ缓冲器中的度量的改进，以便利用典型的缓冲器占用率(occupancy)，以及与度量的高效表示和聚合缓冲器的高效管理结合起来工作。本发明的实施例进一步提供连续改进、公共比例因子、奇数个量化级别以及从存储器中撤出解码成功的FEC块。
在本文中可描述本发明的实施例，以用于下行链路接收器，诸如(但不限于)移动台(MS)实现。但是，本发明也可以类似的方式适用于上行链路的情况。在下游或下行链路的情况下，一般地命名的发送器在本文中可在系统级互换地被称为基站(BS)或高级节点B(eNB)或接入点(AP)。在这个下行链路的情况下，上述接收器在本文中可在系统级互换地被称为移动台(MS)或用户站(SS)或用户设备(UE)或站(STA)。
另外，术语BS、eNB和AP在概念上可互换，这取决于正在使用的无线协议，在本文中参照BS也可看作是参照eNB或AP中的任一个。类似地，在本文中参照MS或SS也可看作是参照UE或STA中的任一个。
为了完全避免缓冲器溢出的可能性，根据以下，吞吐量(throughput)(比特每秒)受到HARQ缓冲器大小和往返时间(RTT)的限制：
其中，BufferSize是MS能够存储的软比特的数量，R是传输码率，而RTT是以秒为单位的(最小)往返时间。传统的HARQ协议，例如在802.16e和LTE中使用的那些(但不限于这些协议)，根据这个公式限制最大吞吐量。这是最坏情况的约束：即使在最大吞吐量传输的情况下，HARQ缓冲器的大部分典型地未被使用，因为仅在未能接收到RTT内的所有信息时，才需要整个缓冲器。802.16m采取不同的方法，其中，基站(BS)处的调度器不根据MS声明的缓冲器大小限制对MS的吞吐量，但能在有罕见的溢出风险的情况下过度利用缓冲器。为了参考，对于UE类别-4装置，LTE缓冲器大小为1.8 M软比特，而对于UE类别5-装置，LTE缓冲器大小为3.7 M软比特。传统实现每度量使用8比特，这对类别-4装置产生1.8兆字节的缓冲器大小。如果实现为内部芯片上SRAM，这个存储的代价非常高，而使用芯片外DRAM则对存储器需要高吞吐量。
因而，本发明的实施例减少用来保存各个度量(软比特)的比特的数量。通过利用本发明，可仅需要2.5比特每度量，使得LTE类别-4的所需存储器大小为1.8 M*2.5/8=571 K字节。现在转到图1，大体被示为100的是根据本发明的实施例的框图，并且包括解调器110、瞬时缓冲器120、CTC解码器130和HARQ缓冲器140。
通过使用以下步骤，本文提供度量在HARQ缓冲器140中的高效存储：
1. 对度量2进行非线性量化。
2. 使HARQ缓冲器中的度量表示与当前传输的解码分离。
3. 管理所有HARQ信道的聚合缓冲器。
4. 从存储缓冲器中释放解码成功的FEC块，仅保存解码的(硬决策)比特。
5. 连续地改进HARQ缓冲器中的度量。
6. 对一组度量使用表示它们的“平均”量级的公共比例因子。
7. 对每个度量使用奇数个量化级别，以及对少数度量进行分组用于高效表示。
度量的非线性量化是在应付衰落信道、多个码率、高阶调制(例如64-QAM)和噪声水平的不确定性时，用于表示度量的众所周知的方法。一般惯例是统一地量化度量的对数(其本身是LLR)，而非度量本身。
使HARQ缓冲器中的度量表示与当前传输的解码分离导致第一传输的性能要求比重传的性能要求更严格。HARQ重传的小损失会导致整个频谱效率(或错误的可能性)有微不足道的损失，因为：(1)重传的可能性低，典型地低于30%；(2)当使用非自适应HARQ时，成功地对重传解码所需的SNR显著地低于原始传输的SNR，所以损失是可容许的；(3)即使在自适应HARQ的情况下，由于必须限制整体延迟，所以重传的错误可能性必须足够低。因此，原始传输比重传需要更精确的度量表示，而且能以小的性能损失为代价更高效地表示存储在大的HARQ缓冲器中的度量。
对所有HARQ信道的聚合缓冲器的管理可结合到本发明的实施例中。典型地，作为N-信道停止等待(stop and wait)协议来管理HARQ。初步的实现对各个HARQ信道使用单独的缓冲器。通过在本文的实施例中使用缓冲器聚合(即，所有HARQ信道的公共缓冲器)，实现对缓冲器的较好利用；因为即使一些信道需要完全存储，不同信道中的错误典型地不完全相互关联，而且聚合缓冲器通常未被完全占用。
本发明的实施例可从存储缓冲器中释放解码成功的FEC块，仅保存解码的(硬决策)比特。例如(但不以限制的方式)，802.16m和LTE对各个FEC块添加CRC，这允许即使在整个突发(burst)的解码失败时，也标识各个FEC块的成功解码。在每个FEC块没有CRC的情况下，可通过检查CTC解码器的收敛来标识成功的解码。
由于软比特的所需存储器大小是硬决策解码的比特的存储器大小的bpm/R倍(其中，bpm表示每度量的比特数，而R是码率)，这实现显著地节省缓冲器使用。
如图2中作为200示出的那样，本发明的实施例可连续地改进HARQ缓冲器中的度量。HARQ缓冲器应当允许存储大量度量，而在几乎所有实际情形中，HARQ缓冲器的大部分都未被使用。这暗示使用可变的度量表示，其中，当缓冲器占用率低时，使用较低效的表示，而当缓冲器占用率高时，使用较高效的表示(其被压缩，有一些性能损失)。结合聚合缓冲器管理，以及释放解码成功的FEC块，缓冲器占用率高的可能性低，并且因而，小的性能降低是可容许的。
通过连续地改进度量(即，将度量表示分成几部分)，其中，第一部分包含最重要的信息(例如“最高有效位”)210、230、250和270，而第二部分则包含用以改进第一部分的额外信息(“最低有效位”)220、240、260和280，本发明的实施例提供可变的表示的实现。这实现存储两个部分，只要缓冲器未被完全占用即可，而且当需要存储额外的度量时，新度量的最高有效部分取代已经存储的度量的最低有效部分。
假设两个部分具有相等的大小，当缓冲器占用率高达软比特的最大数量的时，我们拥有全部性能保证，而且仅在超过这个水平时才有小的实现损失。此外，当超过这个阈值，以及用新的最高有效部分代替最低有效部分时，选择取代哪个度量使得损失最大程度地减小是可行的。
本发明的一些实施例可对一组度量使用表示它们的“平均”量级的公共比例因子。在正常条件下，每个度量3至4比特对良好的解码器性能应当是足够的。但是，存在实际系统通常需要每度量更多比特的一些原因：
1. 衰落信道和高阶QAM；
2. 多种码率，介于～1/12(速率½重复6)和～5/6之间；
3. HARQ改变各个重传中的码率；以及
4. 未确切地了解噪声和干扰水平，并且因此度量被错误地缩放。
由于以上原因，度量的表示需要更高的动态范围。但是，这些原因中的大部分对于缓冲器中的大组的度量是普遍的。因此，我们能用公共比例因子，根据度量的“平均”量级来表示一组度量，以及然后将它们量化(quantize)成较少的比特。对此的另一种看待方式是，当存在大度量时，小度量就不那么重要，所以量化级别应当适于组中较大的度量。
本发明的一些实施例可另外每个度量使用奇数个量化级别，以及对少数度量进行分组用于高效表示。量化级别的期望属性包括零度量和大约为零的对称。因此，需要奇数个量化级别。例如，对每个度量使用3比特允许有7个量化级别，以及导致Log2(8/7)=.2比特的浪费。更完善的表示可将若干个度量保存在一起。将3个度量保存在一起(其中3个度量中的各个具有5个量化级)需要53=125级别，这能节约7比特，仅浪费Log2(128/125)=.03比特。
本发明的又一个实施例提供一种无线通信系统，该无线通信系统包括基站(BS)和移动台(MS)，移动台可操作来在无线通信系统中与BS通信，以及通过使用度量的非线性量化、管理所有HARQ信道的聚合缓冲器以及连续地改进HARQ缓冲器中的度量，移动台能够高效地存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量，以及实现节省存储缓冲器。
本发明的又一个实施例可提供一种编码有计算机可执行指令的计算机可读介质，当计算机可执行指令被访问时，其使机器执行操作，包括通过使用度量的非线性量化、管理所有HARQ信道的聚合缓冲器以及连续地改进HARQ缓冲器中的度量，高效地存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量，以及实现节省通信系统中的存储缓冲器。
虽然已经在本文中示出和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员可想到许多修改、替换、改变和等效物。因此要理解的是，所附权利要求意于覆盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。

Claims (20)

1.一种高效地存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量并且实现节省通信系统中的存储缓冲器的方法，包括：
使用所述度量的非线性量化；以及
管理用于所有HARQ信道的聚合缓冲器，其中所述所有HARQ信道共享一个公共缓冲器。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括连续地改进所述HARQ缓冲器中的度量。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使所述HARQ缓冲器中的度量表示与当前传输的解码分离。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从存储缓冲器中释放解码成功的前向纠错(FEC)块，以及仅保存解码的比特。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对一组度量使用表示它们的平均量级的公共比例因子。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对每个度量使用奇数个量化级别，以及对度量进行分组用于高效表示。
7.一种高效地存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量并且实现节省通信系统中的存储缓冲器的设备，包括：
用于使用所述度量的非线性量化的装置；以及
用于管理用于所有HARQ信道的聚合缓冲器的装置，其中所述所有HARQ信道共享一个公共缓冲器。
8.根据权利要求7所述的设备，进一步包括用于连续地改进所述HARQ缓冲器中的度量的装置。
9.根据权利要求7所述的设备，进一步包括用于使所述HARQ缓冲器中的度量表示与当前传输的解码分离的装置。
10.根据权利要求7所述的设备，进一步包括用于从存储缓冲器中释放解码成功的前向纠错(FEC)块，以及仅保存解码的比特的装置。
11.根据权利要求7所述的设备，进一步包括用于对一组度量使用表示它们的平均量级的公共比例因子的装置。
12.根据权利要求7所述的设备，进一步包括用于对每个度量使用奇数个量化级别，以及对度量进行分组用于高效表示的装置。
13.一种存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量的设备，包括：
移动台(MS)，通过使用所述度量的非线性量化，以及管理所有HARQ信道的聚合缓冲器，所述移动台可操作来用于在无线网络中通信，以及能够高效地存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量，以及实现节省存储缓冲器，其中所述所有HARQ信道共享一个公共缓冲器。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述MS进一步能够连续地改进所述HARQ缓冲器中的度量。
15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述MS进一步能够使所述HARQ缓冲器中的度量表示与当前传输的解码分离。
16.根据权利要求13所述的设备，其中，所述MS进一步能够从存储缓冲器中释放解码成功的前向纠错(FEC)块，以及仅保存解码的比特。
17.根据权利要求13所述的设备，其中，所述MS进一步能够对一组度量使用表示它们的平均量级的公共比例因子。
18.根据权利要求13所述的设备，其中，所述MS进一步能够对每个度量使用奇数个量化级别，以及对度量进行分组用于高效表示。
19.一种无线通信系统，包括：
基站(BS)；以及
移动台(MS)，通过使用度量的非线性量化，以及管理所有HARQ信道的聚合缓冲器，所述移动台可操作来在所述无线通信系统中与所述BS通信，以及能够高效地存储用于混合自动重传请求(HARQ)联合的度量，以及实现节省存储缓冲器，其中所述所有HARQ信道共享一个公共缓冲器。
20.根据权利要求19所述的无线通信系统，其中，所述MS进一步能够连续地改进所述HARQ缓冲器中的度量。
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