CN104796238B - 一种基于自适应harq的重传资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法，包括以下步骤：S1、获取一个传输时间间隔内重传用户的调度队列；S2、计算各个重传用户的调度优先级；S3、选取具有最高调度优先级的重传用户进行调度；S4、计算该重传用户的信道质量变化情况；S5、根据信道质量变化情况调整该重传用户的物理资源块数量以及调制编码方式；S6、重复步骤S3‑S5，直到当前传输时间间隔内的资源分配完毕或者等待分配重传资源的用户数为0。本发明采用时域‑频域联合调度方式，平衡了各重传用户之间的公平性，并提高了数据传输的正确性，降低了块误码率，减少了每个数据包的重传次数，从而减少了使用在重传上的资源，提高了系统的吞吐量。

Description

一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法的设计。

背景技术

HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest)，中文译名为混合式自动重传请求，是一种结合了FEC(Forward Error Correction，向前纠错)与ARQ(Automatic RepeatreQuest，自动重传请求)方法的技术。该技术是3GPP(3rd Generation PartnershipProject，第三代合作伙伴计划)的LTE(Long Term Evolution，长期演进)系统的关键技术之一，能够使无线移动通信系统获得更好的数据传输稳定性和更高的系统吞吐量。

LTE系统中HARQ技术根据对链路质量的适应性，分为非自适应HARQ和自适应HARQ。非自适应是指重传数据包时使用的资源位置和数量、调制编码方式等都与第一次传输相同，自适应则是指重传数据包时可以改变使用的资源位置和数量、调制编码方式等。此外，HARQ按照重传时刻可分为同步HARQ和异步HARQ。同步HARQ是指重传限定在预定义时刻，异步HARQ则指重传可以在任何时刻。

作为LTE系统的关键技术之一，HARQ重传是必须实现的过程，这同时要求资源调度器能够为需要重新传输的数据分配资源，然而目前关于LTE系统资源调度的研究中很少提及重传资源分配问题。

现有的重传资源分配方法主要是基于同步非自适应HARQ，使用半持续调度方式或静态调度方式，预定义重传资源，使用相同的传输格式，可以节省信令开销，但是只能较好地支持周期性、有效载荷小的业务，例如VoIP。此外，有的重传资源分配方法中特定地划分重传资源块来实现自动重传，造成了一定的资源浪费，不能很好地进行动态资源分配。

异步自适应HARQ虽然相对复杂，但能使调度更灵活，可以很好地适应信道质量的变化，获得稳定的通信质量，满足各类业务的服务质量需求。因此，设计针对自适应HARQ相应的重传资源分配方法是必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中重传资源分配方法只能较好地支持周期性、有效载荷小的业务，不能很好地进行动态资源分配的问题，提出了一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法。

本发明的技术方案为：本发明提供的一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法，基于以下两个前提条件：

(1)本发明仅针对非空间复用的情况，在不进行空间复用时，一个TTI(TransportTime Interval，传输时间间隔)内一个用户的数据传输最多只有一个TB(TransportBlock，数据传输块)，因此可以认为同一个用户的重传数据和非重传数据不能在同一个TTI内传输；

(2)便于调整MCS(Modulation and Coding Scheme，调制编码方式)，资源分配的粒度至少是一个PRB(Physical Resource Block，物理资源块)。

本发明提供了一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法，包括以下步骤：

S1、获取一个传输时间间隔内重传用户的调度队列；

S2、根据调度队列中各重传用户对应HARQ进程的相关信息计算各个重传用户的调度优先级；

S3、选取具有最高调度优先级的重传用户进行调度；

S4、计算该重传用户的信道质量变化情况；

S5、根据信道质量变化情况调整该重传用户的物理资源块数量以及调制编码方式；

S6、重复步骤S3-S5，直到当前传输时间间隔内的资源分配完毕或者等待分配重传资源的用户数为0。

进一步地，步骤S2具体为：

根据公式(1)计算各个重传用户的调度优先级：

其中，Pt表示重传用户的调度优先级；N_PRB表示重传用户上次传输所占用的物理资源块个数；N_TX表示物理资源块已被传输的次数；T_W表示HARQ进程等待调度的时间；T_O表示HARQ进程超时的时间；α是常数因子，与HARQ进程数和超时时间有关。

进一步地，步骤S3具体为：

根据步骤S2计算得到的调度优先级Pt，利用公式(2)选取具有最高调度优先级的重传用户作为当前的调度用户，用i(t)表示，并对其进行调度：

i(t)＝argmax_j＝1,2,...n(Pt_j) (2)

其中n为等待分配重传资源的重传用户个数。

进一步地，步骤S4具体为：

根据公式(3)计算该重传用户的信道质量变化情况：

其中，Cqc表示该重传用户的信道质量变化值；Cc表示该重传用户所占用物理资源块的当前信道质量指示信息；Cp表示该重传用户上一次传输时的信道质量指示信息；N_PRB表示该重传用户上次传输所占用的物理资源块个数，j′表示该重传用户上次传输所占用的物理资源块的序号，j′＝1,2,3，...，N_PRB。

进一步地，步骤S5具体为：

若Cqc≥0，则认为该重传用户的信道质量没有变差，对该重传用户分配与上一次传输时相同数量的物理资源块，并使用与上一次传输时相同的调制编码方式；

若Cqc<0，则认为该重传用户的信道质量变差，选择另外信道质量较好的物理资源块，并增加物理资源块的个数，同时减小调制编码方式的索引值，保持数据传输块大小不变。

本发明的有益效果是：本发明采用时域-频域联合调度方式，在时域调度计算调度优先级时，综合考虑需重传TB的已重传次数、等待调度的时间以及所需要的物理资源块个数，平衡重传用户之间的公平性；再通过频域调度，根据重传用户相应的信道质量变化信息，调整重传物理资源块的调制编码方式，降低块误码率，减少每个数据包的重传次数，从而减少使用在重传上的资源，提高系统的吞吐量。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法流程图。

图2为本发明步骤S5中调整MCS的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

本发明提供的一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法基于以下两个前提条件：

(1)本发明仅针对非空间复用的情况，在不进行空间复用时，一个TTI(TransportTime Interval，传输时间间隔)内一个用户的数据传输最多只有一个TB(TransportBlock，数据传输块)，因此可以认为同一个用户的重传数据和非重传数据不能在同一个TTI内传输；

(2)便于调整MCS(Modulation and Coding Scheme，调制编码方式)，资源分配的粒度至少是一个PRB(Physical Resource Block，物理资源块)。

如图1所示，本发明提供了一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法，包括以下步骤：

S1、获取一个TTI内重传用户的调度队列；

在某个TTI内，基站侧处理各个HARQ进程的反馈信息，若接收到NACK(Negative-Acknowledgement，否定应答)的HARQ进程，表示该进程负责的TB需要重新传输，该进程对应的用户称为重传用户。在处理完该TTI的所有HARQ反馈信息后，可以获得重传用户调度队列，其中包括当前TTI接收到NACK的重传用户以及上一个调度周期未被分配重传资源的重传用户。

S2、根据调度队列中各重传用户对应HARQ进程的相关信息计算各个重传用户的调度优先级；

其中，调度队列中各重传用户对应HARQ进程的相关信息包括需重传TB的已重传次数、等待调度的时间以及所需要的物理资源块个数等。根据公式(1)计算各个重传用户的调度优先级：

其中，Pt表示重传用户的调度优先级；N_PRB表示重传用户上次传输所占用的物理资源块个数；N_TX表示物理资源块已被传输的次数；T_W表示HARQ进程等待调度的时间；T_O表示HARQ进程超时的时间；α是常数因子，与HARQ进程数和超时时间有关；T_W与T_O皆以TTI为单位。

一般资源调度算法的设计中会考虑到优先调度信道质量好的用户来提高系统吞吐量，因此在首次传输时信道质量越好的用户可以获得更多的物理资源块，基于同样的考虑，进行重传资源分配时也将重传用户使用的物理资源块个数作为优先级衡量因素之一。在HARQ技术中，每个TB的最大重传次数是限定的，重新传输与上一次传输的时间间隔也是有一定的限制的，为了避免等待超时造成丢包，便将N_TX与Tw纳入优先级衡量因素之中。

To的值一般设置为一次传输的时延(Tc)以及等待重传资源分配的最大等待时间(Two)之和。一次传输的时延是指HARQ进程发送一个TB到成功接收对应的ACK(Acknowledgement，确认应答)所需要的传输时间，具体的取值与系统的硬件处理能力以及信号的传播时延有关。考虑到HARQ快速重传的意义，Two的取值一般不会超过一个帧长，即10ms(一个TTI为1ms)，Tw则具体指相应地HARQ进程接收到NACK之后等待分配重传资源的时间。α主要调节时延因子在优先级计算中的权重，建议取值为To的1/2。

S3、选取具有最高调度优先级的重传用户进行调度；

根据步骤S2计算得到的调度优先级Pt，利用公式(2)选取具有最高调度优先级的重传用户作为当前的调度用户，用i(t)表示，并对其进行调度：

i(t)＝argmax_j＝1,2,...n(Pt_j) (2)

其中n为等待分配重传资源的重传用户个数。

S4、计算该重传用户的信道质量变化情况；

根据公式(3)计算该重传用户的信道质量变化情况：

其中，Cqc表示该重传用户的信道质量变化值；Cc表示该重传用户所占用物理资源块的当前CQI(Channel Quality Indicator，信道质量指示信息)；Cp表示该重传用户上一次传输时的CQI；N_PRB表示该重传用户上次传输所占用的物理资源块个数，j′表示该重传用户上次传输所占用的物理资源块的序号，j′＝1,2,3，...，N_PRB。

根据该重传用户所占用的各个物理资源块对应的CQI前后的差值，以求和的形式体现整个TB对应的信道质量变化的平均程度。用户上报CQI的周期越频繁、频域精确度越高，则信道质量变化信息越有效。

S5、根据信道质量变化情况调整该重传用户的物理资源块数量以及调制编码方式；

(1)若Cqc≥0，则认为该重传用户的信道质量没有变差，对该重传用户使用与上一次传输时相同的MCS，并统计该重传用户相同位置(上次传输时使用的物理资源块的位置)已被占用的物理资源块个数N。

这里如果N＝0，则为该用户分配相同位置的N个物理资源块，然后更新相关信息并将该重传用户从当前调度队列中移除。

如果N>0，则将相同位置未被占用的N个物理资源块分配给该重传用户。如果符合条件的物理资源块不够，则将该重传用户加入到下一个TTI的调度队列中；如果符合条件的物理资源块足够，则更新相关信息并将该重传用户从当前调度队列中移除。

这里的相关信息指HARQ进程状态信息、资源使用情况等。

(2)若Cqc<0，则认为该重传用户的信道质量变差，选择另外信道质量较好的物理资源块，并增加物理资源块的个数，同时减小MCS的索引值，保持TB大小不变。

这里MCS调整方式的设计，是考虑到在信道质量较好的情况下，提高MCS虽然可以提高资源利用率，但是同时降低了对信噪比的容忍度，提高了传输出错的概率，而减小MCS的索引值可以使得传输块的出错概率更低，减少重传次数，从而减少重传占用的资源，提高系统的吞吐量。

由于HARQ软合并机制的设计，合并解码要求每次传输的TBS(Transport BlockSize，传输块大小)一致，因此步骤S5中调整MCS的同时需要调整分配的物理资源块个数。这里根据标准协议文档中规定的MCS-N_PRB-TBS对应表来对MCS与物理资源块个数进行调整。

表中竖列I_MCS表示与MCS对应的索引值，TBS是根据该TB所占用的PRB个数以及对应的MCS得到的。

该步骤中，调整MCS的具体方法如图2所示，包括以下步骤：

A1、获取该重传用户上一次传输使用的MCS(Mc)、物理资源块个数(Nc)以及当前调度队列中系统的物理资源块个数(Ns)

A2、初始化N＝Nc+1；

A3、判定N与Ns的大小关系；

若N>Ns，则调整结束；

若N≤Ns，则进入步骤A4；

A4、初始化I_MCS＝Mc-1；

A5、判定I_MCS的正负值；

若I_MCS≥0，则进入步骤A6；

若I_MCS<0，则N值加1后返回步骤A3；

A6、判定TBS值是否与上次传输时相等；

若相等则调整结束；

若不相等则I_MCS值减1后返回步骤A5。

下面根据标准协议文档中规定的MCS-N_PRB-TBS对应表，以一个具体实施例对调整MCS的方法作进一步说明：

A1、获取该重传用户上一次传输使用的Mc＝10，Nc＝2，Ns＝7；

A2、初始化N＝Nc+1＝3；

A3、N<Ns，则进入步骤A4；

A4、初始化I_MCS＝Mc-1＝9；

A5、I_MCS>0，则进入步骤A6；

A6、由表中可得，上次传输时TBS＝328，当I_MCS＝9，N＝3时，TBS≠328，则I_MCS值减1后返回步骤A5；

A5、I_MCS>0，则进入步骤A6；

A6、由表中可得，上次传输时TBS＝328，当I_MCS＝8，N＝3时，TBS≠328，则I_MCS值减1后返回步骤A5；

A5、I_MCS>0，则进入步骤A6；

A6、由表中可得，上次传输时TBS＝328，当I_MCS＝7，N＝3时，TBS＝328，则调整结束，使用索引值为7的MCS进行重传，使用3个PRB。

在重传时，由于信道质量变差，如果仍然采用原MCS进行重传，传输出错的概率较大，如果降低MCS进行重传，则可以增强对信噪比的容忍度，从而降低传输出错的概率。从表中加粗标注的内容可以看出，保持一致的TBS，(MCS,N_PRB)有多种组合，MCS越低需要的资源块个数越多。如果调整MCS为4，虽然稳定性更好，但是需要的物理资源块较多，造成了一定的资源浪费。因此，采用上述方法调整MCS原则是使得MCS小于上次传输的MCS，但使用的物理资源块个数最少。

如果符合条件的物理资源块不够，则将该重传用户加入到下一个TTI的调度队列中；如果符合条件的物理资源块足够，则更新相关信息并将该重传用户从当前调度队列中移除。

这里的相关信息指HARQ进程状态信息、资源使用情况等。

S6、重复步骤S3-S5，直到当前传输时间间隔内的资源分配完毕或者等待分配重传资源的用户数为0。

如果资源分配完毕但是等待调度的重传用户数大于0，则将等待调度的重传用户加入到下一个TTI的调度队列中。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于自适应HARQ的重传资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取一个传输时间间隔内重传用户的调度队列；

S2、根据调度队列中各重传用户对应HARQ进程的相关信息计算各个重传用户的调度优先级；

S3、选取具有最高调度优先级的重传用户进行调度；

S4、计算该重传用户的信道质量变化情况；具体为：

根据公式(3)计算该重传用户的信道质量变化情况：

其中，Cqc表示该重传用户的信道质量变化值；Cc表示该重传用户所占用物理资源块的当前信道质量指示信息；Cp表示该重传用户上一次传输时的信道质量指示信息；N_PRB表示该重传用户上次传输所占用的物理资源块个数，j′表示该重传用户上次传输所占用的物理资源块的序号，j′＝1,2,3，...，N_PRB；

S5、根据信道质量变化情况调整该重传用户的物理资源块数量以及调制编码方式；步骤S5具体为：

若Cqc≥0，则认为该重传用户的信道质量没有变差，对该重传用户分配与上一次传输时相同数量的物理资源块，并使用与上一次传输时相同的调制编码方式；

若Cqc<0，则认为该重传用户的信道质量变差，选择另外信道质量较好的物理资源块，并增加物理资源块的个数，同时减小调制编码方式的索引值，保持数据传输块大小不变；

S6、重复步骤S3-S5，直到当前传输时间间隔内的资源分配完毕或者等待分配重传资源的用户数为0。

2.根据权利要求1所述的基于自适应HARQ的重传资源分配方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

根据公式(1)计算各个重传用户的调度优先级：

其中，Pt表示重传用户的调度优先级；N_PRB表示重传用户上次传输所占用的物理资源块个数；N_TX表示物理资源块已被传输的次数；T_W表示HARQ进程等待调度的时间；T_O表示HARQ进程超时的时间；α是常数因子，与HARQ进程数和超时时间有关。

3.根据权利要求2所述的基于自适应HARQ的重传资源分配方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

根据步骤S2计算得到的调度优先级Pt，利用公式(2)选取具有最高调度优先级的重传用户作为当前的调度用户，用i(t)表示，并对其进行调度：

i(t)＝argmax_j＝1,2,...n(Pt_j) (2)

其中n为等待分配重传资源的重传用户个数。