CN112187419A - 一种针对卫星通信的新型harq传输方法及系统 - Google Patents

一种针对卫星通信的新型harq传输方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种针对卫星通信的新型HARQ传输方法及系统，包括：步骤M1：终端接入卫星互联网，开始进行数据传输；卫星信关站/星上载荷通过接入流程检测到卫星信关站/星上载荷到终端之间的空口链路往返传输时延Trtt；步骤M2：将检测到的空口链路往返传输时延差Trtt转换为传输时延所需要的slot数Nslot，根据slot数Nslot和卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数，计算得到当前调度slot组中的slot个数；步骤M3：使用基于slot组的调度方式进行调度，通过一次调度信令指示当前调度slot组中的多个slot中的物理资源块给终端进行数据传输；本发明采用slot组的调度方式，可以将大传输时延引起的空口资源浪费完全避免掉，充分利用空口资源，提升吞吐量。

Description

一种针对卫星通信的新型HARQ传输方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星通信和5G通信融合领域，具体地，涉及一种针对卫星通信的新型HARQ传输方法及系统，更为具体地，涉及卫星互联网实现中的一种新型的HARQ传输机制。
背景技术
全球无缝隙通信、超远距离通信、巨量设备并发通信是未来移动通信领域的研究热点，其将随着人类对空间的探索而逐渐扩展到太空高边疆、陆海远边疆以及物化虚边疆，带来人类生活和生产模式的根本性改变。当前，我国移动通信正处于4G向5G转变的发展阶段。在5G时代，无线通信、有线通信、IP网络服务等将融合成一个整体，包括移动无线网、光纤骨干网、地球静止轨道卫星在内的所有平台共同协作，来实现更有效、更高速、更安全、全方位的通信服务。各种创新应用不断涌现，包括MEO、LEO星座、无人机等，各个部分都将成为整个5G生态平台的有机组成。“互联网+”逐渐升级为“卫星+”，融合物流、金融、教育、交通、医疗和产业等社会各个领域，推动各行业智慧化、物联化、数据化与无缝化。
5G的出現，给星地融合发展提供了新的发展方向，使得星地网络逐渐走向合作。本发明考虑了最新的卫星互联网的发展，针对卫星通信链路大时间延的问题，提出了一种新型高效的HARQ传输机制，并给出了标准实现路径。
5G NR的HARQ处理主要针对地面蜂窝传输系统，适合基站到终端传输时延较低(一般空口传输时延小于1ms)的情况。在LEO卫星通信系统中，因为卫星到终端有较远的距离，会导致较大的传输时延，这样会导致HARQ RTT也会相应变长。
按照600km LEO计算，星上处理的RTT时间至少为12.16*2＝24.32ms，已经接近25ms，这个时间已经大大超过了HARQ定时器长度，会严重影响HARQ的传输效率和链路的性能。
目前标准为了解决这个问题，将终端支持的最大HARQ进程数从16扩展为64，但是这样也大大增加了基站和终端对处理能力和内存的需求。并且针对卫星传输高达25ms的长时延，单纯的增加HARQ进程数也不能完全解决问题，必须引入其它的优化方法。针对传统HARQ的问题，如图1所示，假设空口往返传输时延为8ms，空口子载波间隔为120KHz(即1ms包含8个slot)，系统支持的最大HARQ进程数为8，可以看到因为长时延的存在，在HARQ进程没有收到ACK反馈之前，大量的空口资源被白白浪费掉，而不能用于数据传输。
使用本发明的方法后，可以极大的提升卫星通信的用户数据吞吐量，最大情况可以提升16倍。
专利文献CN111224707A(申请号：201811415697.3)公开了一种卫星、终端设备、卫星通信系统和卫星通信方法，该卫星通信方法包括：第一卫星在媒体接入控制MAC层获取数据和/或信令，第一卫星为低轨卫星；在该数据和/或该信令需要进行MAC层第一处理时，该第一卫星对该数据和/或该信令进行该MAC层第一处理，该MAC层第一处理包括混合自动重传请求HARQ功能处理和随机接入RA功能处理中的至少一种。本申请的卫星通信方法，低轨卫星在MAC层获取数据和/或信令，当需要进行HARQ功能处理和/或RA功能处理时，在第一卫星进行执行HARQ功能处理和/或RA功能处理，使得兼顾低轨卫星的星上系统实现复杂度和成本的同时，可以降低卫星通信系统处理数据和/或信令的时延。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种针对卫星通信的新型HARQ传输方法及系统。
根据本发明提供的一种针对卫星通信的新型HARQ传输方法，包括：
步骤M1：终端接入卫星互联网，开始进行数据传输；卫星信关站/星上载荷通过接入流程检测到卫星信关站/星上载荷到终端之间的空口链路往返传输时延Trtt；
步骤M2：将检测到的空口链路往返传输时延差Trtt转换为传输时延所需要的slot数Nslot，根据slot数Nslot和卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数，计算得到当前调度slot组中的slot个数；
步骤M3：使用基于slot组的调度方式进行调度，通过一次调度信令指示当前调度slot组中的多个slot中的物理资源块给终端进行数据传输。
优选地，所述步骤M2包括：
Figure BDA0002687386360000031
其中，a表示子载波间隔相应的一个slot时间长度；
Figure BDA0002687386360000032
其中，b表示当前调度slot组中的slot个数；c表示卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数。
优选地，所述步骤M3包括：修改标准DCI信令，增加一个指示位，用来指示终端当前调度是否使用基于slot组的调度进行数据物理资源块的传输。
优选地，所述步骤M3包括：在物理层收到了基于slot组的调度后，对调度的数据物理资源块按照码块组的方式进行分割和组织，每个slot中的传输数据对应一个码块组。
优选地，步骤M3还包括：根据每一个码块组是否传输正确给出反馈，针对没有传输正确的码块组进行重传。
根据本发明提供的一种针对卫星通信的新型HARQ传输系统，包括：
模块M1：终端接入卫星互联网，开始进行数据传输；卫星信关站/星上载荷通过接入流程检测到卫星信关站/星上载荷到终端之间的空口链路往返传输时延Trtt；
模块M2：将检测到的空口链路往返传输时延差Trtt转换为传输时延所需要的slot数Nslot，根据slot数Nslot和卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数，计算得到当前调度slot组中的slot个数；
模块M3：使用基于slot组的调度方式进行调度，通过一次调度信令指示当前调度slot组中的多个slot中的物理资源块给终端进行数据传输。
优选地，所述模块M2包括：
Figure BDA0002687386360000033
其中，a表示子载波间隔相应的一个slot时间长度；
Figure BDA0002687386360000034
其中，b表示当前调度slot组中的slot个数；c表示卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数。
优选地，所述模块M3包括：修改标准DCI信令，增加一个指示位，用来指示终端当前调度是否使用基于slot组的调度进行数据物理资源块的传输。
优选地，所述模块M3包括：在物理层收到了基于slot组的调度后，对调度的数据物理资源块按照码块组的方式进行分割和组织，每个slot中的传输数据对应一个码块组。
优选地，模块M3还包括：根据每一个码块组是否传输正确给出反馈，针对没有传输正确的码块组进行重传。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供了一种新的针对卫星通信的HARQ传输方法，使用该方法后，可以提升用户吞吐量最大到16倍；
2、本发明可以极大减少HARQ进程的管理开销和资源开销，减少对系统资源的消耗，最好情况可以减少到原来的1/16；
3、本发明采用slot组的调度方式，可以将大传输时延引起的空口资源浪费完全避免掉，充分利用空口资源，提升吞吐量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为大时延下HARQ传输；
图2为5G NR HARQ传输时间以slot为单位；
图3为5G NR HARQ传输资源以PRB为单位；
图4为8个slot为一个组的分配示意图；
图5为一个物理资源块分割为8个编码块示意图；
图6为采用基于slot组调度时序示意图；
图7为5G的HARQ实现架构中下行HARQ实现示意图；
图8为5G的HARQ实现架构中上行HARQ实现示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本方案提出一种解决方法是使用slot group based scheduling(基于slot组的调度方法)，该方法可以将多个slot资源打包在一起，按照group的方式通过一次调度信令指示给终端，这样可以大大提高资源的使用效率，减少过多HARQ进程带来的资源管理开销，提高空口速率。
该方案可以同时作用于上行链路和下行链路。针对卫星互联网，可以同时作用于反馈链路和用户链路。
实施例1
根据本发明提供的一种针对卫星通信的新型HARQ传输方法，包括：
步骤M1：终端接入卫星互联网，开始进行数据传输；卫星信关站/星上载荷通过接入流程检测到卫星信关站/星上载荷到终端之间的空口链路往返传输时延Trtt；
步骤M2：将检测到的空口链路往返传输时延差Trtt转换为传输时延所需要的slot数Nslot，根据slot数Nslot和卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数，得到结果例如：2,4,8,16这几个数值取整，计算得到当前调度slot组中的slot个数；
具体地，所述步骤M2包括：
Figure BDA0002687386360000051
其中，a表示子载波间隔相应的slot长度；
Figure BDA0002687386360000052
其中，b表示当前调度slot组中的slot个数；c表示卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数。
比如Tr为8ms，空口子载波间隔为120KHz，一个solt的长度为0.125ms，系统支持的最大HARQ进程数为8，Nslot＝8*8＝64，然后用64除以系统支持的最大HARQ进程数，64/8＝8，即得到当前最合适的调度slot组中的slot个数为8。
步骤M3：使用基于slot组的调度方式进行调度，通过一次调度信令指示当前调度slot组中的多个slot中的物理资源块给终端进行数据传输。
传统的5G HARQ传输方式中，调度一次HARQ传输的时间粒度是slot为单位，如图1-2所示。资源分配也是以slot为单位，如图3所示。在本方法中不再采用最小slot为单位的调度方式，而是使用和当前往返传输时延最匹配的slot组的调度方式，即一次调度信令不再只调度一个slot，而是一次调度信令调度一个slot组的方式，一个slot组可能包括2,4,6,8,16个slot，如图4所示，假定8个slot一起调度的资源分配情况。此时需要修改标准DCI信令，增加一个指示位‘slot group scheduling indicator’，用来指示终端本次调度是否使用基于slot组的调度。
具体地，所述步骤M3包括：修改标准DCI信令，增加一个指示位，用来指示终端当前调度是否使用基于slot组的调度进行数据物理资源块的传输。
在物理层收到了基于slot组的调度后，会对调度的数据物理资源块(transmitblock)按照码块组的方式进行分割和组织(code block group)，每个slot中的传输数据对应一个CBG。如图5所示，将一个物理资源块分割为8个CBG,每个CBG对应在一个slot中传输。
具体地，所述步骤M3包括：在物理层收到了基于slot组的调度后，对调度的数据物理资源块按照码块组的方式进行分割和组织，每个slot中的传输数据对应一个码块组。
在进行基于slot组的调度之后，依然依赖ACK/NACK(基于CBG的反馈)进行反馈，反馈中可以针对某一个CBG是否传输正确而给出反馈，这样就可以在重传的时候只调度其中没有传输正确的CBG进行重传。
具体地，步骤M3还包括：根据每一个码块组是否传输正确给出反馈，针对没有传输正确的码块组进行重传。
因为本方法采用slot组的调度方式，可以将大传输时延引起的空口资源浪费完全避免掉，充分利用空口资源，提升吞吐量，时序图如图6所示。
实施例2
实施例2是实施例1的变化例
本发明可以在基于5G技术的卫星通信链路中实现，5G的HARQ实现架构如下：如图7-8所示，
在此架构下，MAC layer调度时，在调度信令DCI 0-1和1-1和信息中指示增加一个‘slot group scheduling indicator’标示位，指示该次调度是否为slot组的调度。0标示不是，1标示是。如果‘slot group scheduling indicator’标示为1，调度同时使用‘CBGtransmission information(CBGTI)’信息位(3GPP标准中已经存在)来标示这次slot组调度中，会用到几个slot(同时也就是几个CBG)，值得范围为2,4,6,8,16。具体选几个slot取决于测量到的空口往返时延。
物理层得到调度信令指示后，根据是否是slot组调度和slot组中slot(CBG)个数，进行HARQ组包服务，按照CBG的方式对上层数据物理资源块进行划分，然后在连续的几个slot中发送出去，每个CBG在一个slot中发送。
终端设备在收到调度信令DCI 0-1和1-1，根据是否是slot组调度和slot组中slot(CBG)个数，进行相应的接收，在所有的slot(CBG)都接收完毕后，进行CRC检测，反馈HARQ的ACK/NACK给基站。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种针对卫星通信的新型HARQ传输方法，其特征在于，包括：
步骤M1：终端接入卫星互联网，开始进行数据传输；卫星信关站/星上载荷通过接入流程检测到卫星信关站/星上载荷到终端之间的空口链路往返传输时延Trtt；
步骤M2：将检测到的空口链路往返传输时延差Trtt转换为传输时延所需要的slot数Nslot，根据slot数Nslot和卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数，计算得到当前调度slot组中的slot个数；
步骤M3：使用基于slot组的调度方式进行调度，通过一次调度信令指示当前调度slot组中的多个slot中的物理资源块给终端进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的针对卫星通信的新型HARQ传输方法，其特征在于，所述步骤M2包括：
Figure FDA0002687386350000011
其中，a表示子载波间隔相应的一个slot时间长度；
Figure FDA0002687386350000012
其中，b表示当前调度slot组中的slot个数；c表示卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数。
3.根据权利要求1所述的针对卫星通信的新型HARQ传输方法，其特征在于，所述步骤M3包括：修改标准DCI信令，增加一个指示位，用来指示终端当前调度是否使用基于slot组的调度方式进行数据物理资源块的传输。
4.根据权利要求3所述的针对卫星通信的新型HARQ传输方法，其特征在于，所述步骤M3包括：在物理层收到了基于slot组的调度后，对调度的数据物理资源块按照码块组的方式进行分割和组织，每个slot中的传输数据对应一个码块组。
5.根据权利要求4所述的针对卫星通信的新型HARQ传输方法，其特征在于，步骤M3还包括：根据每一个码块组是否传输正确给出反馈，针对没有传输正确的码块组进行重传。
6.一种针对卫星通信的新型HARQ传输系统，其特征在于，包括：
模块M1：终端接入卫星互联网，开始进行数据传输；卫星信关站/星上载荷通过接入流程检测到卫星信关站/星上载荷到终端之间的空口链路往返传输时延Trtt；
模块M2：将检测到的空口链路往返传输时延差Trtt转换为传输时延所需要的slot数Nslot，根据slot数Nslot和卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数，计算得到当前调度slot组中的slot个数；
模块M3：使用基于slot组的调度方式进行调度，通过一次调度信令指示当前调度slot组中的多个slot中的物理资源块给终端进行数据传输。
7.根据权利要求6所述的针对卫星通信的新型HARQ传输系统，其特征在于，所述模块M2包括：
Figure FDA0002687386350000021
其中，a表示子载波间隔相应的一个slot时间长度；
Figure FDA0002687386350000022
其中，b表示当前调度slot组中的slot个数；c表示卫星通信系统的基带处理部分支持的最大HAPQ进程数。
8.根据权利要求6所述的针对卫星通信的新型HARQ传输系统，其特征在于，所述模块M3包括：修改标准DCI信令，增加一个指示位，用来指示终端当前调度是否使用基于slot组的调度方式进行数据物理资源块的传输。
9.根据权利要求8所述的针对卫星通信的新型HARQ传输系统，其特征在于，所述模块M3包括：在物理层收到了基于slot组的调度后，对调度的数据物理资源块按照码块组的方式进行分割和组织，每个slot中的传输数据对应一个码块组。
10.根据权利要求9所述的针对卫星通信的新型HARQ传输系统，其特征在于，模块M3还包括：根据每一个码块组是否传输正确给出反馈，针对没有传输正确的码块组进行重传。
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