一种混合自动重传请求数据突发缓冲区的分配和使用方法

摘要

本发明涉及正交频分复用系统中一种混合自动重传请求数据突发缓冲区的分配和使用方法，该方法首先将混合自动重传请求内存区域按照数据包大小分类；然后通过实时的对混合自动重传请求缓存区的使用情况进行统计，使系统能够判断出导致缓冲区拥挤或空闲的原因，从而动态的调整每类缓冲区使用的快慢。本发明通过后期的调整来改善在前期将缓冲区大小和个数固定所带来的弊端，使得缓冲区的使用能够灵活的适应系统的运行，使系统缓冲区利用率尽可能既不紧张又不浪费。

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及正交频分复用系统中混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)技术数据突发缓冲区的分配和使用方法。

背景技术

现代无线通信领域对数据传输的可靠性要求越来越高，目前很多系统普遍采用了HARQ技术，该技术将自动重传请求(Automatic Repeat Request，ARQ)技术和前向纠错编码(Forward Error Correction，FEC)技术结合起来，ARQ技术能够在接收到错误信息时自动请求发送方进行重发，从而提高传输的可靠性；而FEC技术能够在一定程度内自动纠正错误信息，不需要重传，从而提高了传输效率；HARQ技术吸收了ARQ技术和FEC技术的优点，当接收信息出错比特数在纠错能力之内时，自行修正错误；当差错严重无法纠正时，就进行重传。每次重发可以重复发送相同的信息也可以增加冗余信息比特，由于采用了多次重发，可以使HARQ技术能够较好的抵消信道条件质量的变化带来的影响，有效提高传输的效率和可靠性。

为了获得重传带来的增益，在数据接收方需要将第一次发送的信息保存到缓冲区内，在接收到重发信息时将本次重发的信息与前一次保存的信息进行有效的合并，形成新信息并保存起来，保存的形式为信号解调之后的软信息，对软信息进行合并和译码，如果译码失败，则需要继续保存缓冲区，以便再次重发进行合并，通过合并使得译码成功的概率增加，得到正确的信息。

由于对信道质量不敏感，HARQ技术在无线通信领域被广泛采用。在正交频分复用系统中HARQ技术常用于业务连接上，当某个连接上采用HARQ技术来传送数据时，系统就需要为该连接分配一定的带宽，发送方使用这些带宽发送数据，这些数据也被称为数据突发。系统需要将这些数据突发解调之后的软信息保存到缓冲区中。

实际应用中，在系统有限的内存空间中，需要为保存HARQ数据突发开辟专门的空间，而用于保存HARQ数据突发的缓冲区是很有限的，每一个数据突发需要占用一个独立的缓冲区。接收方接收到一个数据突发时，需要先将数据软信息保存到缓冲区内，然后进行译码，在这段时间内，缓冲区内的信息需要保存。如果译码成功，则这个缓冲区被释放，如果译码失败，则缓冲区内的信息还需要保存更长的时间，直到译码成功或者到达最大重传次数后释放。所以当数据量大或者用户多抑或信道条件不好的时候，缓冲区的个数需求量就较大；而当数据量小或者用户少抑或信道条件好时，较少的缓冲区就足够保存。同时由于不同的连接承载着不同的业务，所以数据突发本身的大小也是不同的，需要的缓冲区大小也不尽相同。

系统中为HARQ划分的用于缓存HARQ数据突发的内存空间通常是有限的，如果粗放式的将这块内存区域按照一定的大小等分为若干份，而且通常为了满足存储所有大小的数据突发的目的，不得不按照最大可能的数据突发大小来进行划分，而实际上，不同的连接承载着不同的业务，不同的业务数据突发的大小通常是千差万别的，如果全都按照最大的数据突发来划分则会导致严重的浪费，大量的缓冲区存放的字节数与实际可容纳的字节数相差较大，造成了浪费，而且由于HARQ内存空间是有限的，缓存块大必然导致缓存的个数少，导致了系统可缓存的HARQ数据突发有限，使系统传输效率受到影响。

发明内容

本文发明所要解决的技术问题是，提供一种HARQ数据突发缓冲区的分配和使用方法，该方法能够根据系统当前的状态对缓冲区进行管理，使缓冲区的利用保持在一个合理水平，提高系统的运行效率。

本发明是在系统为HARQ开辟的专门内存区域内进行的。

一种HARQ数据突发缓冲区的分配和使用方法，包括以下步骤：

步骤一：将HARQ内存区域按照数据包大小分类，并将每一类等分为块；

步骤二：按照HARQ协议进行HARQ连接的建立和数据突发的调度；

步骤三：对每一个HARQ连接使用HARQ缓冲区的情况进行统计，并对统计信息进行排序；

步骤四：检测HARQ缓冲区的使用情况，当检测到HARQ缓冲区的使用情况为拥挤或者空闲时，依据步骤三的统计信息对其进行调整，直至HARQ缓冲区的使用正常。

所述步骤一中，每类缓冲区的大小和被等分的个数与实际系统中各种大小的数据突发出现的概率相匹配。

所述步骤二中，在进行HARQ连接建立时，终端与基站需要完成以下基本能力的协商：该连接可用HARQ资源最大个数；HARQ数据突发的最大大小；HARQ数据突发最大重传次数。

所述步骤二中，在进行数据突发的调度时，接收方接收到HARQ数据突发时需要进行如下处理：

a、计算收到的HARQ数据突发换算成软信息后的大小，寻找足够保存该数据突发的缓冲区并保存；

b、合并后译码，若译码成功，则立即释放缓冲区；若译码失败，则执行步骤c；

c、判断是否达到最大重传次数，若是，则立即释放缓冲区；否则，保留该数据，不释放缓冲区。

所述步骤三中统计以下信息：该连接所占用的缓冲区大小；该连接所占用缓冲区的个数；该连接所占用的缓冲区已经发生重传的次数。

所述步骤四中，HARQ缓冲区的使用情况是通过与事先设置的拥挤门限和空闲门限相比较来判断是拥挤还是空闲的。

所述步骤四具体包括：

A、当系统检测到某类缓冲区使用个数达到拥挤门限时，则进行拥挤控制，此时查看统计结果，依次对导致缓冲区拥挤最严重的连接进行调整，减少此连接对缓冲区的占用，直至该类缓冲区使用个数达到事先设定的停止调整门限；

B、当系统检测某类缓冲区使用个数达到空闲门限时，则进行空闲控制，依次对导致缓冲区空闲最严重的连接进行调整，增加该连接对缓冲区的占用，直至该类缓冲区使用个数达到事先设定的停止调整门限。

所述停止调整门限的取值为拥挤门限与空闲门限的中间值。

所述步骤A中：

若拥挤是由于连接使用的HARQ资源数过多所致，则优先减少该连接实际使用的HARQ资源数，使得对缓冲区的需求量减少，降低该类缓冲区的使用率；

若拥挤是由于连接与拥挤的缓冲区匹配的数据突发太多所致，则优先改变该连接实际调度的HARQ数据突发大小，改用较空闲的缓冲区来保存数据；

若拥挤是由于连接占用的缓冲区重传次数太多，导致长时间无法释放，则优先减少该连接对应缓冲区的重传次数，使占用的缓冲区尽快释放。

所述步骤B中：

若空闲是由于连接使用的HARQ资源数过少所致，则优先增加该连接实际使用的HARQ资源数，使得对缓冲区的需求量增加，提高该类缓冲区的利用率；

若空闲是由于连接与空闲缓冲区大小匹配的数据突发过少所致，则优先改变该连接实际调度的HARQ数据突发大小，改用较空闲的缓冲区来保存数据；

若空闲是由于连接使用的缓冲区重传次数太少，而实际上误包率又很严重所致，则优先增加该连接对应缓冲区的重传次数，提高缓冲区的占用时间，提高译码成功的概率。

本发明通过实时的对HARQ缓存区的使用情况进行统计，使系统能够判断出导致缓冲区拥挤或空闲的原因，从而动态的调整每类缓冲区使用的快慢。本发明通过后期的调整来改善在前期将缓冲区大小和个数固定所带来的弊端，使得缓冲区的使用能够灵活的适应系统的运行，使系统缓冲区利用率尽可能既不紧张又不浪费。

附图说明

图1是本发明HARQ缓冲区的划分示意图；

图2是系统动态调整HARQ数据突发缓冲区使用策略的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，描述了HARQ缓冲区的划分方法示意图。本发明的关键步骤在于合理设置HARQ缓冲区以及灵活控制HARQ缓冲区的使用。

本发明采用了划分非等大小的缓冲区，首先将总的HARQ内存区域分为几大类，在本例中分为三类，一类用于存放大数据突发，即图1中的大包缓冲区，一类用于存放小数据突发，即图1中的小包缓冲区，还有一类用于存放中等大小的数据突发，即图1中的中等包缓冲区。然后再分别将每一类的缓冲区等分为若干份，使每一种缓冲区的大小和个数与实际系统中各种数据突发出现的概率相匹配。

例如有1M字节的HARQ内存区域，如果按照等分的方法，根据最大值10K字节来划分，则可划分100个缓冲区，如果按照本发明的方法，假设系统中大数据包为10k~2k，出现概率为0.1；中等数据包为2k~512字节，出现概率为0.5；小数据包为512字节以下，出现概率为0.4。这时可以这样分配：大数据量分配0.3M字节，中等数据量0.6M字节，小数据量分配0.1M字节。大数据量10K字节，可划分30个；中等数据量2K字节，可划分300个缓冲区；小数据量512字节，可划分200个缓冲区。大中小缓冲区比例分别为：0.05∶0.57∶0.38，与实际系统的0.1∶0.6∶0.4较为匹配，而总的缓冲区个数达到530个，大大提高了缓冲区的个数。

合理的分配HARQ缓冲区，能够较好的适应实际系统中的数据大小和数据流量，是系统稳定高效运行的保证，但是实际运行过程中仍然可能出现某类缓冲区拥挤不够分配或者某类缓冲区很空闲的情况，这时候可以采用本发明所述的缓冲区使用方法进行调整。本发明调整的力度是基于连接进行的，即对整个连接进行调整。在系统运行过程中，需要实时统计某个连接占用的HARQ缓冲区的个数以及占用的缓冲区大小以及所占用缓冲区重传的次数，当发现是由于该连接导致了拥挤或空闲时，需要对该连接进行控制。

如图2所示，描述了系统如何根据统计信息来动态调整HARQ数据突发缓冲区使用策略流程图，具体步骤如下：

步骤1，任何一个终端接入系统时，终端与基站之间需要完成能力协商，通过协商，获得终端和基站都可以支持的能力，以下三个参数是在本发明调整的依据：

(1)每个连接可用的HARQ资源最大个数。每个HARQ资源可用于发送一个HARQ数据突发，对应的需要占据一个缓冲区，如果这些资源不能得到释放，则该连接就不能再使用HARQ方式发送数据，只有译码成功或者达到最大重传次数才能够释放HARQ资源，才能继续发送HARQ数据突发。

(2)HARQ数据突发最大大小。由于HARQ方式需要采用软信息合并译码等操作，这个操作在基带进行，如果数据突发太大，则合并译码的复杂性就会增加，占用系统的处理时间，所以能力协商时需要对数据突发大小的最大值做出规定，每个数据突发都不能超过这个最大值。

(3)HARQ数据突发最大重传次数。最大重传次数规定了一个数据突发最大重传发送的次数，理论上是重传次数越多，译码成功的概率就越大，但如果由于重传而浪费了宝贵的缓冲区也是得不偿失的，所以适当的时候对重传次数进行调整也是必要的。

协商完这些值后，后续调整都必须在这些能力限制之内进行。

步骤2，统计各连接使用缓冲区的情况，统计的内容包括连接使用的缓冲区大小及使用的个数，以及该连接上译码成功的概率，即按照该连接使用的缓冲区的重传次数进行统计。通过统计可以得知该连接经常使用哪一类的缓冲区，使用量如何，还有该连接的信道质量如何。

这里的统计并不是从连接建立以来到当前时间的信息，而应该是最近一段时间内的信息，因为对于无线通信系统，这些统计信息可能是跳变较大的，只有统计最近一段时间的信息，才能较准确与当前系统缓冲区的使用情况相对应。

步骤3，将各连接的统计信息在整个系统内进行排序，可以得知哪个连接最容易占用这类缓冲区，哪个连接信道质量好，从而获得调整哪个连接的依据。

步骤4，检测缓冲区的使用情况，系统事先为每一类型的缓冲区设置三个门限值，一个是拥挤门限，一个是空闲门限，一个是停止调整门限。若某一类型缓冲区使用个数达到缓冲区的拥挤门限时，开始进行拥挤控制，通过控制来使得该缓冲区使用量减少；若某一类型缓冲区的使用个数达到缓冲区空闲门限时，进行空闲控制，使得该缓冲区使用量增加；这里的空闲的含义为实际还有很多数据需要调度，但缓冲区的使用率不高；若缓冲区使用个数达到停止调整门限或者未达到任何门限，则不做调整。

具体如下：当某一类型缓冲区拥挤时，开始启动缓冲区拥挤控制，此时需要确定三个问题：(1)不同的拥挤场景是哪种原因导致的；(2)这些场景处理的优先级如何；(3)不同的场景分别如何调整。

拥挤情况有可能是多种原因导致的，一种情况是：除了某类缓冲区达到拥挤门限外，其它类型的缓冲区占用率也较高，说明此时系统用户众多，相应的HARQ连接数也众多，系统对HARQ缓冲区的需求相当大，如果不进行控制，缓冲区很可能很快用完；另一种情况：只有某种缓冲区拥挤，别的类型的缓冲区较空闲，说明某种大小的数据突发出现很多，大部分数据突发都去使用这类缓冲区。还有一种情况：发生拥挤的缓冲区，这些缓冲区上的数据突发经历的重传次数都比较多，导致无法及时地释放这些缓冲区，此时也容易造成缓冲区拥挤。

拥挤由不同的原因导致，不同的原因有不同的调整策略，如果同时有多个场景出现，那么就需要确定哪种场景对系统的影响较大，然后有针对性的优先对这种场景进行调整，所以需要为这些场景设定优先级，确定先调哪个后调哪个，这一优先级与系统的类型，以及系统所处环境和承载的业务关系很大，需要根据具体的应用场合来设置。

在确定了优先级之后，就依优先级的顺序进行调整，直到不需调整为止。

(1)若各种类别的缓冲区占用率都不低，而某一类缓冲区已经达到拥挤门限，此种场景控制这些连接上可用的HARQ资源数最为有效。根据统计信息，找到对这类缓冲区使用最多的连接，减少该连接使用的HARQ资源数，也就减少了该连接对缓冲区的占用量，依次对占用量最大的那些连接进行控制，可以使缓冲区占用率降低，从而缓解该类缓冲区的拥挤情况。

(2)若除了拥挤类型的缓冲区外，其它缓冲区占用率不高，此种场景说明数据突发的大小与这类缓冲区大小正好匹配，此时需要在这些连接对应的最大数据突发大小范围内控制调度的数据突发大小。根据统计信息，找到占用此类缓冲区最多的连接，或者每次多调度一些数据使其增大数据突发大小，或者每次少调度一些数据使其减少数据突发大小，依次对占用量较大的连接进行控制，从而使较空闲的缓冲区得到利用，缓解拥挤缓冲区的负担。

(3)若此时系统误包率很严重，而拥挤的缓冲区大多数缓冲区的重传次数都较高，导致每一个缓冲区被同一个数据突发占用的时间过长，使缓冲区利用效率不高，此时应该使缓冲区的占用时间减少。根据统计信息，找到重传次数最大的缓冲区都被那些连接占用，依次对这些连接进行控制，对其使用的缓冲区减少其重传次数，使其每个缓冲区被同一个数据突发占用的时间减少，也可以缓解缓冲区的拥挤。

相反地，系统有很多数据等待调度，但缓冲区却处于空闲时，当任何一类缓冲区达到空闲门限时，就需要采取一定的措施来提高缓冲区的占用量，从而提高系统的吞吐量。和拥挤控制类似，空闲控制也需要确定是哪种场景导致了拥挤；这些场景优先级如何；针对不同的场景分别如何控制。这里综合叙述如下：

(1)若系统中很多类型的缓冲区都处于空闲状态，而此时系统的用户数很多，HARQ连接也很多，说明每个连接使用的缓冲区个数都很少，此时可以通过增加连接使用的HARQ资源数来进行调整。根据统计信息，依次对当前一段时间内占用缓冲区个数最少的连接进行控制，在不超过协商的最大可用HARQ资源数的情况下，增加连接对于HARQ资源的使用个数，从而提高占用缓冲区的数量，提高缓冲区的利用率。

(2)若某些类型缓冲区占用率较低，而有些类型的缓冲区占用率较高，说明这一类型大小的数据突发很少，此时可以让某些连接改变调度数据突发的大小。根据统计信息，依次对缓冲区占用率较高的连接进行控制，使数据突发的大小与较空闲的缓冲区相匹配。不但提高了空闲缓冲区的利用率，也很缓解其它类型缓冲区的拥挤。

(3)若系统误包率较严重，而大部分缓冲区的重传次数都不高，说明经过几次重传之后仍然不能译码成功，如果此时缓冲区较空闲，则可以增加缓冲区的重传次数，使其占用缓冲区的时间增加。根据统计信息，依次对重传次数最少的连接进行控制，在最大重传次数的范围内，增加重传次数，除了增加缓冲区的占用时间外，更重要的是提高重传次数能够提高译码的成功率，使系统误包率下降，提高系统的性能。

上面描述了当缓冲区出现拥挤或空闲时的处理策略，通过这些策略的使用，可能导致拥挤缓冲区变成空闲缓冲区，或者空闲缓冲区变成拥挤缓冲区，当任何一种调整达到停止门限门限时，则停止调整，这个停止门限通常设置为拥挤门限和空闲门限的中间值为宜。

通过本发明所述的HARQ内存缓冲区的分配和使用策略，可以使系统有限的内存区域得到充分的利用，提高系统的运行效率；同时通过对处于缓冲区占用率最高或最低的连接的控制，可以使系统中各连接得到较公平的调度机会。

上面给出的仅仅是本发明的一个实例，列出了几种典型场景，并对这些场景的控制策略进行了说明，并不表示本发明的覆盖范围仅限于此，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。