适用于卫星通信的HARQ使用方法与流程

适用于卫星通信的harq使用方法
技术领域
1.本发明属于卫星无线通讯技术领域，尤其涉及到卫星通信中如何合理使用harq机制。


背景技术：

2.随着卫星通信技术的快速发展，想要实现任何时间、任何地点、任何人通信的目标已经成为了可能。尤其是低轨卫星互联网星座，低轨互联网星座具有低延时，广覆盖、高速率的特征，通过星间链路以及星地网络融合的方式为全球用户提供实时、可靠的宽带服务以成为下一代无线通信技术研究的重点。由于低轨卫星通信中通信距离相对地面来说要远的很多，信道质量也相对不稳定，在信道质量比较差的情况下必然会出现误码、丢帧的情况。
3.目前针对这种情况，在无线通信技术领域普遍采用混合式自动重传请求机制harq(hybrid automatic repeat quest)来解决这一问题。harq是一种结合前向纠错编码fec(forward error correction)与自动重传请求arq(automatic repeat-quest)机制的技术。fec通过添加冗余信息，使得接收端能够纠正一部分错误，从而减少重传次数，对于fec无法纠正的错误，接收端会根据arq机制请求发送端重发数据。在无线网络当中，按块(block，就是tb)为传送数据单位的。发送端使用块中的数据计算出一个循环冗余校验crc值(cyclic redundancy check)，并随着该块一起发到接收端。接收端根据收到的数据也计算出一个crc值，与接收到的crc比较，如果二者相等，接收端就认为收到了正确的数据，发送一个ack消息；如果二者不相等，接收端就认为收到了错误数据，发送nack消息，要求重传该块。如果在规定时间内，发送端没有接收到接收端的回复，则认为发送失败，会自动重传该块。
4.在卫星无线通信技术中为保证通信质量，同样采用harq来解决这一问题。但是由于卫星通信的特殊性继续延用这一技术会带来一些新的弊端。比如在信道质量差的环境下进行星地通信，由于卫星与地面的距离比较远，导致通信过程的时延会非常大，继续使用传统harq机制，则会出现发送端接收不到或者不能及时接收到ack\nack消息的情况，从而导致发送端一直处于发送等待状态，无法发送其他数据，以至于无法进行通信。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本技术的实施例提出一种适用于卫星通信的harq使用方法，所述方法应用于星上基站，包括：实时检测与地面用户之间的信道质量，如果检测到所述信道质量降低到预定门限1以下，则停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制；所述预定义的harq1为传统harq的复用机制，沿用传统harq的数据结构，取消重传机制，其中fec添加的冗余信息替换为其他信息，发端不再接收ark/nark消息并且不再重传数据。
6.进一步的，在所述停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制后，还包括：如果检测到所述信道质量恢复到预定门限2以上，则停用所述预定义的harq1机制，切换到传统
的harq机制。
7.进一步的，在所述检测到所述信道质量降低到预定门限1以下，和所述检测到所述信道质量恢复到预定门限2以上之后，还包括：将所述信道质量情况通知所述地面用户。
8.进一步的，在所述停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制的同时，还包括：调整与所述地面用户之间的信号调制和解调方式，通过降低通信速率来保证当前信道质量下的通信质量。
9.进一步的，在所述停用所述预定义的harq1机制，切换到传统的harq机制的同时，还包括：将与所述地面用户之间的信号调制解调方式恢复到之前的方式。
10.基于相同的构思，本技术的实施例还提出一种适用于卫星通信中的harq使用方法，所述方法应用于地面用户，包括：当与星上基站之间的信道质量降低到预定门限1以下时，停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制；所述预定义的harq1为传统harq的复用机制，沿用传统harq的数据结构，取消重传机制，其中fec添加的冗余信息为其他信息，不再反馈ark/nark消息。
11.进一步的，在所述停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制后，还包括：当所述信道质量恢复到预定门限2以上时，则停用所述预定义的harq1机制，切换到传统的harq机制。
12.进一步的，所述与星上基站之间的信道质量降低到预定门限1以下，和所述信道质量恢复到预定门限2以上的信息，由所述星上基站通知给所述地面用户。
13.进一步的，在所述停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制的同时，还包括：调整与所述星上基站之间的信号调制和解调方式，通过降低通信速率来保证当前信道质量下的通信质量。
14.进一步的，在所述停用所述预定义的harq1机制，切换到传统的harq机制的同时，还包括：将与所述星上基站之间的信号调制解调方式恢复到之前的方式。
15.本技术的实施例提出方法，在不改变原有harq数据格式的情况下，使星上基站与地面用户之间在信道质量差、延时高的条件下可以正常进行通信。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为传统harq通信原理示意图；
18.图2为传统harq数据结构示意图；
19.图3为本技术实施例提出的harq1数据结构示意图；
20.图4为本技术实施例提出的harq与harq1的机制切换流程框图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本技术的一个实施例提出一种适用于卫星通信中的harq使用方法，该方法应用于星上基站，包括：实时检测与地面用户之间的信道质量，如果检测到所述信道质量降低到预定门限1以下，则停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制；其中预定义的harq1为传统harq的复用机制，沿用传统harq的数据结构，取消重传机制，其中fec添加的冗余信息替换为其他信息，发端不再接收ark/nark消息并且不再重传数据。
23.在一个可选实施例中，在停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制后，还包括：如果检测到所述信道质量恢复到预定门限2以上，则停用所述预定义的harq1机制，切换到传统的harq机制。
24.在一个可选实施例中，在检测到所述信道质量降低到预定门限1以下，和所述检测到所述信道质量恢复到预定门限2以上之后，还包括：将所述信道质量情况通知所述地面用户。
25.在一个可选实施例中，在所述停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制的同时，还包括：调整与所述地面用户之间的信号调制和解调方式，通过降低通信速率来保证当前信道质量下的通信质量。
26.在一个可选实施例中，在所述停用所述预定义的harq1机制，切换到传统的harq机制的同时，还包括：将与所述地面用户之间的信号调制解调方式恢复到之前的方式。
27.基于相同的构思，本技术的一个实施例还提出一种适用于卫星通信中的harq使用方法，该方法应用于地面用户，包括：当与星上基站之间的信道质量降低到预定门限1以下时，停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制；所述预定义的harq1为传统harq的复用机制，沿用传统harq的数据结构，取消重传机制，其中fec添加的冗余信息为其他信息，不再反馈ark/nark消息。
28.在一个可选实施例中，在所述停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制后，还包括：当所述信道质量恢复到预定门限2以上时，则停用所述预定义的harq1机制，切换到传统的harq机制。
29.在一个可选实施例中，所述与星上基站之间的信道质量降低到预定门限1以下，和所述信道质量恢复到预定门限2以上的信息，由所述星上基站通知给所述地面用户。
30.在一个可选实施例中，在所述停用传统harq机制，切换到预定义的harq1机制的同时，还包括：调整与所述星上基站之间的信号调制和解调方式，通过降低通信速率来保证当前信道质量下的通信质量。
31.在一个可选实施例中，在所述停用所述预定义的harq1机制，切换到传统的harq机制的同时，还包括：将与所述星上基站之间的信号调制解调方式恢复到之前的方式。
32.在上述各实施例中，预定门限1和预定门限2可以相等，也可以不等；二者不等时，预定门限2指示的信道质量应略高于预定门限1指示的信道质量。harq1中对应harq的fec的冗余信息部分改传其他信息，比如数据信息等。harq与harq1机制间的切换以星上基站与地面用户之间的信道质量为依据，可以由星上基站侧进行判断同时通知给地面终端，当然也可以由地面用户侧做判断通知给星上基站。
33.实施例ue与卫星基站之间的使用harq的方法数据传输
34.请参考图1和图2，为传统harq通信原理示意图和数据结构示意图。在通信质量可以保证的情况下使用harq机制会增加额外的校验信息对通信资源有一定的浪费。针对这一情况，harq1对harq做出了修改，harq1会延用harq的数据结构，但是会取消harq中的重传机制，并将fec中添加的冗余信息替换为其他需要传输信息。图3为harq1数据结构示意图，通过对比图2可以看出harq1能够有效的利用harq中冗余信息所占资源进行信息传输。本实施例中，卫星基站与地面用户约定在信号质量不理想的情况下使用harq1并调整调制、解调方法，反之使用harq，不做任何调整。卫星基站还根据信道质量选择合适的调制、解调方式，其原理是通过降低通信速率换取通信质量，从而保证卫星和地面用户之间的正常的通信。
35.卫星基站与ue在信道质量不稳定情况下，harq与harq1切换的流程请参考图4，主要包括以下步骤：步骤1：卫星基站持续的监测信道质量；步骤2：卫星基站判断信道质量是否满足通信要求，如果不满足执行步骤3，否者继续执行当前步骤；步骤3：卫星将信道质量不能满足通信要求的情况告知地面用户；步骤4：卫星基站与地面用户停止使用harq并启用约定好的harq1，并采用新的调制、解调方法用来降低调制、解调的速率。比如由四进制相移键控(qpsk)改为二进制相移键控(bpsk)；其中，harq禁用的影响之一是降低了传输可靠性。没有harq反馈，基于harq ack/nack反馈的重传将不再可能，这挑战了传输链路的可靠性。在禁用harq的情况下，可以采用降低这些链路的mcs选项的编码率的方式来保证传输的可靠性。步骤5：卫星基站判断信号质量是否满足通信需求，如果满足执行步骤6)，否则继续执行当前步骤；步骤6：卫星将信道质量能满足通信需求的情况告知地球；步骤7：卫星基站和地面用户停止使用harq1并重新启动harq，并提高调制、解调的速率。比如由二进制相移键控(bpsk)改为四进制相移键控(qpsk)；
36.本技术各实施例提出的方法中，主要包括：星上基站与地面用户提前约定一种新的harq机制称之为harq1。harq1为harq的复用机制，harq1延用之前的帧格式，但是会将harq中fec添加的冗余信息替换为其他信息；卫星基站实时监测自身与地面用户之间的信道质量，如果信道质量不够理想时卫星基站会停用当前所使用的harq并将信道质量不理想的情况通过信令的方式告知地面用户，地面用户收到信道质量不理想的信令之后会停用当前harq之后卫星基站与地面用户会启用约定好的harq1用于代替harq。同时卫星基站和地面用户会改变信号的调制、解调方式，通过降低通信速率的方式保证通信质量。当信号质量恢复到理想水平之后，相似的卫星基站和地面用户会停用harq1并将重新启用harq；同时卫星基站和地面用户会将信号的调制、解调恢复为之前的方式。采用本技术提出的方法，预定义harq1对harq进行复用，将harq中用于冗余的信息替换为其他信息，提高了资源利用率；取消重传机制，解决了在信道质量差的情况下发送端接收不到或者不能及时接收到ack\nack而导致的发送端一直处于发送等待状态的问题；同时，卫星基站可以根据信道质量的好坏在调试、解调方式上做成相应的调整，进一步保证通信的可靠性。
37.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。