CN114726485B - 一种基于时隙聚合配置的自适应harq传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，属于无线通信传输技术领域。针对现有卫星HARQ增强方法不适用信道环境变化情况、存在较大传输时延等问题，首先对时隙聚合数进行配置，发送端根据时隙聚合数进行时隙配置，向接收端发送同个码块的多个冗余版本。之后，接收端进行解码操作，统计误块率。最后，设置误块率阈值，将统计的误块率与系统设置的阈值进行比较，决定是否调制时隙聚合数。本方法充分考虑了信道环境的变化，通过自适应时隙聚合方式来适应不同的信道环境，极大的降低了卫星通信的传输反馈时延，并且保证了传输的可靠性，显著的提升了系统吞吐量。

Description

一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法
技术领域
本发明涉及一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ(Hybrid Automatic RepeatreQus，混合式自动重传请求)传输方法，属于无线通信传输技术领域。
背景技术
HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQus，混合式自动重传请求)，是一种将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合的技术。该技术是3GPP(3rd GenerationPartnership Project，第三代合作计划)5G系统的关键技术之一，能够使无线通信系统获得更好的数据传输和更高的系统吞吐量。
根据对链路质量的适应性，HARQ技术分为自适应HARQ和非自适应HARQ。其中，非自适应HARQ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HARQ是指重传数据包时可以改变使用的时频资源位置、数量和调制编码方式等。此外，HARQ按照重传时刻，可以分为同步HARQ和异步HARQ，其中，同步HARQ是指重传限定在预定义时刻，异步HARQ则指重传可以在任意时刻。
HARQ技术使用stop-and-wait protocol(停等协议)来发送数据。在停等协议中，发送端发送一个TB后就停下来等待确认信息。接收端使用1比特的信息对该TB进行肯定(ACK)或否定(NACK)的确认。但是，在每次传输后发送端就停下来等待确认，导致吞吐量很低。因此，5G系统通过使用多个并行的stop-and-wait process，当一个HARQ process在等待确认信息时，发送端可以使用另一个HARQ process来继续发送数据。
虽然通过HARQ重传，能够获得分级增益。但是，在HARQ中，发送端需要等待接收端的ACK/NACK反馈，在接收到NACK反馈的情况下需要重传数据包，这样会带来传输时延。对于卫星通信系统来说，由于卫星相对地面的距离较远，卫星基站与地面用户的传输时延相对于地面蜂窝系统更大，且卫星覆盖的范围相对地面基站大了很多。考虑到卫星通信系统与5G地面移动通信系统的融合，现有的HARQ技术在卫星通信系统中，会带来较大的传输时延问题。
由于卫星通信传输时延大，在影响吞吐量上面占有主要因素。由于HARQ传输总是伴随着重传的发生，所以，现有研究人员提出了禁用HARQ机制的建议。但是，如果完全禁用HARQ传输，数据传输可靠性将无法保证。作为一种补偿，应避免完全禁用HARQ反馈，至少应配置一个HARQ进程反馈。同时，当停用HARQ时，需要对数据传输进行增强，如通过采用时隙聚合传输，同时传输同个码块的多个冗余版本，尽可能的保证初传误块率低。
尽管现有方案能很好地保证传输的正确性，但是，这种固定的时隙聚合传输却不能很好的适应不同信道情况。在好的信道条件下仍使用固定的时隙聚合数，会导致系统的资源利用率低。
发明内容
本发明的目的是针对现有卫星HARQ增强方法不适用信道环境变化情况、存在较大传输时延等问题，创造性地提出一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，能够显著提高系统资源利用率、降低传输时延。
本发明的创新点在于：本方法充分考虑了信道环境的变化，通过自适应时隙聚合方式来适应不同的信道环境，极大的降低了卫星通信的传输反馈时延，并且保证了传输的可靠性，显著的提升了系统吞吐量。
一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，包括以下步骤：
步骤1：通过系统初始化，对时隙聚合数Num_SlotAggre的值进行配置。
该值由系统默认配置，也可以由接收端根据接收端信道条件进行配置。
步骤2：发送端根据步骤1的时隙聚合数Num_SlotAggre进行时隙配置，向接收端发送同个码块的n个冗余版本。
其中，发送端发送数据，包括以下过程：
首先，添加传输块TB CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)；
然后，进行传输块TB(Transport Block)分割，添加码块CB CRC。CB指Code Block码块。
之后，进行LDPC(Low-density Parity-check，低密度奇偶校验)编码、速率匹配和调制；
然后，进行层映射；
最后，进行预编码和OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)调制，并经天线发出去。
步骤3：接收端进行发送端的逆操作，即解码操作，统计误块率。
具体地，包括以下步骤：
首先，进行解OFDM；
然后，进行信道估计和均衡；
之后，进行解调、解速率匹配和解码；
最后，进行CRC校验。
步骤4：设置误块率阈值，将统计的误块率与系统设置的阈值进行比较，决定是否调制时隙聚合数。
若统计的误块率大于系统设置阈值，则接收端反馈Num_SlotAggre值给发送端，调整时隙聚合数，跳转到步骤2；
若统计的误块率小于系统设置阈值，则不进行调整，沿用之前的时隙聚合数。
有益效果
本发明，对比现有技术，具有以下优点：
1.本发明方法，在采用时隙聚合HARQ增强方案的前提下，考虑了自适应时隙聚合数来满足不同的信道环境，在保证传输可靠性的前提下，提升了系统资源利用率。
2.与现有的HARQ方法相比，本发明显著降低了传输时延。同时，与现有HARQ增强方法相比，本发明大幅提升了吞吐量。
附图说明
图1为本发明方法的场景示意图；
图2为本发明方法的流程描述示意图；
图3为本发明方法的信号传输示意图；
图4为本发明方法的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例
本发明应用场景如图1所示，此时卫星的功能丰富，不只具有透传功能，还具有地面基站的功能，能够对数据进行调制和编码。虽然卫星轨道上具有多颗卫星，但在此实施例中，仅考虑单星多用户的场景，其他用户的通信信号作为干扰信号处理。
如图2所示，一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方案，包括以下步骤：
步骤1：系统初始化，对Num_SlotAggre的值进行配置。该值由系统默认配置，或者接收端根据信道条件进行配置；
本实施例中，将Num_SlotAggre设置为3，在发送端发送的数据及其冗余版本，分别配置为RV0、RV2、RV1。
为保证系统的稳定性，将最大反馈次数设为2。其他不同信道条件的时隙聚合共分为四个等级，如表1所示。
表1
步骤2：发送端根据步骤1的时隙聚合数进行时隙配置，传输同个码块的n个冗余版本。
其中，发送端发送数据经过以下流程：添加TB CRC、TB分割和添加CB CRC、LDPC编码、速率匹配、调制、层映射、预编码和OFDM调制，再经过天线发出去。如图3所示。
本实施例中，根据配置的Num_SlotAggre进行数据传输，使用的LDPC码率为0.3，调制方式为QPSK(Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控)，OFDM点数为4096，发送天线数为2天线。
步骤3：接收端进行解码操作，统计误块率。
接收端的处理流程包括解OFDM、信道估计和均衡、解调、解速率匹配、解码、CRC校验；
本实施例中，接收端进行发送端的逆操作。首先进行解OFDM，然后进行信道估计和均衡，之后解调解速率匹配和解码，最后进行CRC校验。
其中，信道估计和均衡，具体采用LS(最小二乘)信道估计和MMSE(Minimum MeanSquare Error，最小化均方误差)均衡。LDPC译码，可以采用最小和译码，迭代次数为16，接收端天线数为2。
步骤4：设置误块率阈值，将统计的误块率与系统设置的阈值进行比较，决定是否调制时隙聚合数。
本实施例中，设置的误块率阈值为0.1，每进行1万次进行统计接收端误块率。若统计的误块率大于0.1，则接收端根据信道估计出的SNR值，反馈适合此信道条件的Num_SlotAggre值给发送端，发送端调整时隙聚合数，进行数据发送。
若统计的误块率小于系统设置阈值，则不进行调整沿用之前的时隙聚合数。
本实施例的仿真结果如图4所示，从图4中可以很明显的看到，自适应时隙聚合方案在不同信道环境下都能达到最大的吞吐量，同时使用最小的时隙聚合数，最大限度的提高了吞吐量。同时，自适应时隙聚合方案的反馈次数也被控制在1.3次，极大的降低了传输的反馈时延，证明了本方法的有效性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对时隙聚合数Num_SlotAggre的值进行配置；
步骤2：发送端根据步骤1的时隙聚合数Num_SlotAggre进行时隙配置，向接收端发送同个码块的n个冗余版本；
其中，发送端发送数据，包括以下过程：
首先，添加传输块TB CRC；
然后，进行传输块TB分割，添加码块CB CRC，CB指Code Block码块；
之后，进行LDPC编码、速率匹配和调制；
然后，进行层映射；
最后，进行预编码和OFDM调制，并经天线发出去；
步骤3：接收端进行发送端的逆操作，即解码操作，统计误块率，包括以下步骤：
首先，进行解OFDM；
然后，进行信道估计和均衡；
之后，进行解调、解速率匹配和解码；
最后，进行CRC校验；
步骤4：设置误块率阈值，将统计的误块率与系统设置的阈值进行比较，决定是否调制时隙聚合数；
若统计的误块率大于系统设置阈值，则接收端反馈Num_SlotAggre值给发送端，调整时隙聚合数，跳转到步骤2；
若统计的误块率小于系统设置阈值，则不进行调整，沿用之前的时隙聚合数。
2.如权利要求1所述的一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，其特征在于，步骤1中，Num_SlotAggre的值由接收端根据信道条件进行配置。
3.如权利要求1所述的一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，其特征在于，步骤1中，Num_SlotAggre的值设置为3。
4.如权利要求1所述的一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，其特征在于，步骤2中，使用的LDPC码率为0.3，OFDM点数为4096，发送天线数为2天线。
5.如权利要求1所述的一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，其特征在于，步骤3中，信道估计和均衡，具体采用最小二乘LS信道估计和MMSE均衡；LDPC译码采用最小和译码，迭代次数为16，接收端天线数为2。
6.如权利要求1所述的一种基于时隙聚合配置的自适应HARQ传输方法，其特征在于，设置误块率阈值为0.1，每进行1万次进行统计接收端误块率。
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