基于终端反馈的联合混合自动请求重传和调度算法的方法转让专利
申请号 : CN200610144167.0
文献号 : CN1972177B
文献日 : 2010-04-21
发明人 : 彭木根 , 王文博
申请人 : 北京邮电大学
摘要 :
本发明提出了一种基于终端反馈的联合H-ARQ和无线调度算法的方法，该方法能更有效的保证业务传输的时延，提高系统性能和用户的满意率。其改进主要在于：移动终端不仅把本次传输正确与否等信息反馈给基站，还把目前移动终端的缓存大小等状态信息量化后反馈给基站；基站收到量化后的反馈信息后，联合业务服务质量，缓冲器的业务量，共同确定资源分配的优先级，进行资源调度。终端反馈的量化信息通过使用确认/非确认信息的冗余反馈给基站，简化了上行反馈信息传输的设计。本方法在H-ARQ和调度算法联合使用时性能较好，单独一种算法也能获得较好的性能增益。本方法适用于HSDPA系统，也适用其他下行链路分组数据传输。
权利要求 :
1.一种基于终端反馈的联合混合自动请求重传和调度算法的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，第一步，终端接收来自基站传输的分组数据包；
第二步，终端在把本次传输正确与否的信息反馈给基站的同时，还需要把目前终端的缓存大小、重传分组包状态的状态信息反馈给基站；
第三步，为了减少上传反馈的信息量，终端对以上状态信息进行量化，终端区分对待正确传输和需要重传两种情形，根据业务缓存大小、业务QoS以及解码时长，量化成几个调度优先级信息，表征业务调度的缓急；
第四步，终端通过上行控制信道将量化后的调度优先级信息反馈给基站；
第五步，基站接收到终端反馈的调度优先级信息后，确定调度的优先级，再进行无线资源的调度；
第六步，基站根据业务本身服务质量属性、业务在基站缓冲器的大小以及无线传输信道状况进行资源调度的同时，还根据从终端反馈回来的调度优先级信息，确定资源分配的优先级，联合进行资源调度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
终端反馈的调度优先级信息和确认/非确认信息一起传输，是通过减少确认/非确认的冗余校验比特信息来传输终端反馈的调度优先级信息，以减少对目前协议的修改。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
终端上行反馈信息的方式有两种，显示和隐式，显式表征减少传输确认/非确认所占用的比特数，以传输上行反馈信息，而隐式则指让确认/非确认和上行反馈信息一起进行联合编码。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
对于传输正确和需要重传两种情形来说，其对基站的反馈信息有所不同，前者主要反馈目前终端缓存中已经解码的数据信息，而后者还需要包括未能正确解码的最长等待时间信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
调度算法根据发送端的业务信息，结合考虑终端反馈的信息，可以优先调度那些传输时延非常敏感的业务，减少混合自动请求重传技术带来的时延，从而增加调度算法的白适应特性。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
上行链路反馈信息还包括终端类型和终端的处理能力信息，以增强基站的自适应处理能力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
重传分组包1的调度优先级是根据业务的服务质量、接收端的已解码数据量和重传数据包最长等待时间信息联合确定的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
对于不同等级的多业务，通过增加业务服务质量的表征因子，来确定重传的优先级。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于终端反馈的处理流程如下，首先，基站根据带反馈机制的H-ARQ和调度算法进行业务调度，如果对某终端的某业务是首次调度，则采用不带反馈机制的H-ARQ和调度算法；
其次，终端接收到分组数据包后，判决数据包是否正确接收；
再次，如果数据包接收正确，则终端根据缓冲大小和业务的服务质量估计到达接收端进行解码时长，然后根据到达接收端进行解码的时刻，确定调度优先级因子，再后对调度优先级因子进行量化，并且和混合自动请求重传信息一起反馈给基站；如果数据包接收不正确，则移动台根据等待分组数据包、缓存大小、业务的Qos、终端业务源的播放速率、终端解码花费的时间、以及错误包最长等待时间估计到达接收端进行解码时长，然后结合目前重传包将要丢弃的时间长度，联合确定调度优先级因子，再后对调度优先级因子进行量化，并且和非确认信息一起反馈给基站；
最后，基站根据反馈回来的调度优先级因子，结合发送端缓冲大小，业务的服务质量，无线状态信息联合确定调度的优先级；至此循环结束，开始下一个循环。
说明书 :
技术领域
该发明专利属于无线通信领域，不仅适合于目前WCDMA和TD-SCDMA系统的高速下行分组接入(HSDPA)技术，也适合各种以分组数据调度为基础的下一代无线移动通信系统，例如下一代移动通信系统，宽带无线城域网等。
背景技术
第三代及其未来移动通信系统的主要特征是存在大量非实时性的分组数据业务，因为不同用户有不同传输速率要求，同时不同用户会有不同的服务质量(QoS)要求，所以必须保证用户的公平性和传输业务的QoS。
在传统的自适应处理技术中，一般采用改变调制和编码的方式(即自适应编码调制技术，AMC)进行无线信道粗适应，用混合自动请求重传(Hybrid-ARQ，H-ARQ)进行无线信道的细调整，无线调度算法通过分配不同的无线资源以保证不同业务的QoS。
H-ARQ是最常用的一种无线链路错误检测机制，主要分为如下3种形式：
1.停止等待(Stop-and-Wait，SAW)
2.后退N(Go-back N，GBN)
3.选择性重发(Selective Repeat，SR)
SAW是最简单的重传机制，发送端发送一数据块后等待，如果收到确认(ACK)信息表明数据正确，否则重发。GBN发送端顺序的发送数据块，如果收到一个非确认(NACK)的消息，表示相应的块有错误，那么重新发此块以及后面的一系列数据块。SR相对于前两种有更高的效率，发送端连续的发送，如果收到NACK的反馈后，仅重传出错的那一个数据块。接收端有足够大的缓存，等数据块都被正确接收后，拼装后交给上层，缺点就是需要接收端有足够大的缓存来存储，否则一旦造成缓存溢出，部分数据就会丢失。
H-ARQ还有同步和异步机制的区别，同步模式指重传的数据包只能发生在第一次传输的固定间隔后。如果某个数据包失败，那么只有固定间隔之后才能重传，CDMA2000 1x EV-DO就采用了这种重传方式。
为了更好的提高重传的效率，提出了异步模式IR，发送端可以自己选择重传时刻，重传的间隔发生在整数倍之后。如果第一次传输在第i个时隙(slot)出错，那么重传可以发生在以后的第i+jN个slot，N是指第N个帧后。
全异步模式重传每个数据块可以在任何时候完成，数据块A在传送过程中出错了，它在后面的任意一个时隙中传输。这种机制被用于多用户N通道异步停等模式下，可以完分挖掘信道传输的能力。在这种模式下，发送端和接收端的每一个数据块必须有一个数据标识符来标示并且传送给接收者，这样接收端可以通过标示来对数据按照发送的顺序排序。
从物理层来看，每个数据块并没有时延上的不同，所以重传时只是依据接收来的NACK请求顺序进行的，尤其在多用户异步H-ARQ，每个用户的信道状况差异很大，导致在物理层相邻的数据块的相对于上层有很大的时延差异。
高速下行链路分组(HSDPA)技术采用N通道停止等待H-ARQ方式，即在一个传输物理信道上同时并列进行N个H-ARQ进程(N的个数最大为8)，每个下行链路H-ARQ进程发送完数据包等待反馈消息的，在WCDMA和TD-SCDMA系统HSDPA方案中，数据包经过调度器送入物理信道HS-PDSCH。
在移动分组数据通信系统中，调度算法非常重要。调度算法主要关注两点：系统吞吐量和用户公平性。调度算法是数据业务的一个特点，目的是充分利用信道的时变特性，得到多用户分级增益，以提高系统的吞吐量。用户公平性和吞吐量是一对矛盾，对于公平性而言，最好情况是所有用户得到的被服务的机会一致，但这样的调度算法由于没有考虑到用户的实际信道状况，往往得到的吞吐量很低，没有充分获得多用户分集增益，反之，如果想获得最大的系统吞吐量最好是一直服务信道质量最好的几个用户，但导致的结果是信道质量差的用户永远得不到服务，导致很差的用户公平性，好的调度算法需要在这两者之间获得好的折中。
传统的调度算法主要有轮循调度(Round Robin)、最大C/I调度(Max C/I)，前者保证了用户间的绝对公平性但没有考虑到各个用户的信道状况，后者充分利用了用户的信道状况，使系统的资源总是给信道质量最好的用户使用，从而使系统的总吞吐量达到最高，但是由于系统资源只给信道质量好的用户使用，所以完全不能保证用户间的公平性，为了同时兼顾用户的公平性和系统的吞吐量，提出了很多相应的改进算法，高通公司于2000年提出了正比公平调度算法或称比例公平调度算法(Proportional Fairness Scheduling，PFS)。
最大C/I算法只考虑调度信道质量最好的用户，使系统资源一直给这些用户服务，使得信道质量好的用户一直得到服务，等到该用户信道质量变差后再选择信道质量更好的用户传输，系统永远为信道质量最好的用户服务，因此该算法可以充分利用多用户分集的效果。
在考虑公平性时，一般都把Round Robin算法作为衡量的标准，该算法是简单和容易实现的。该算法的基本思想是：循环的调用每个用户，就被调度的概率而言，对K个用户，一次循环中每个用户就被调度的概率都等于1/K，也就是说，每个用户以相同的概率占有可分配的时隙和功率。Round Robin算法认为不同用户的传输优先级是同等的，因而实现了用户间的最佳公平性。该算法不考虑用户以前被调度的情况，属于没有记忆的调度算法。
上述两种调度算法，得到的分别是系统吞吐量和用户公平性的上限，但在实际系统中均不可以实用，为了能在吞吐量和用户公平性之间获得较好的折衷，后来提出了PFS调度算法。在此算法中，每个用户被分配一个相应的优先级；任意时刻，小区中优先级最大的用户接受服务。优先级表示为：δj(t)＝DRCj(t)/Rj(t)。假设有N个用户，Rj(t)是在时隙t用户j的平均传输速率，DRCj(t)是在时隙t用户j的当前请求传输速率。被选中的用户为：若某一用户此时刻没有数据要传输，则DRCj(t)＝0。
一般来说，在发送端，以上各种资源调度算法和混合重传机制不考虑接收端的处理能力。如果数据发送错误，进行重传时，发送端根据NACK信息不知道重传包是否需要立马重传的，比如对于高端用户而言，由于缓冲器大，缓冲了大量数据，那么其重传的包可以缓一点发送；而对于缓存器不大或者需要重传的包马上需要一起进行解码的情形，重传包需要尽快发送出去。但是目前的协议并不支持这些，很有可能造成大量的实时重传包无法在规定时间内正确传到接收端造成包丢弃。
导致不同业务甚至同一种业务不同用户间需要设置不同的调度优先级，原因之一在于每个用户所处的无线信道不同，另外，每个业务所基于的终端处理能力不一样。在发送端，实际上并不知道接收端缓存器中的缓存大小，也不知道接收终端的处理能力，所以非常有必要对那些重传的包进行时间汇报，在发送非确认(NACK)时，联合业务的QoS要求以及最晚需要到达接收端的时间长度，确定一个重传包优先级因子。对于不需要重传的数据包来说，如果能够让移动台周期性反馈UE的缓存等信息，对调度算法来说也非常有意义，可以更好的保证业务的QoS和业务传输的自适应性。
在传统的自适应处理技术中，一般采用改变调制和编码的方式(即自适应编码调制技术，AMC)进行无线信道粗适应，用混合自动请求重传(Hybrid-ARQ，H-ARQ)进行无线信道的细调整，无线调度算法通过分配不同的无线资源以保证不同业务的QoS。
H-ARQ是最常用的一种无线链路错误检测机制，主要分为如下3种形式：
1.停止等待(Stop-and-Wait，SAW)
2.后退N(Go-back N，GBN)
3.选择性重发(Selective Repeat，SR)
SAW是最简单的重传机制，发送端发送一数据块后等待，如果收到确认(ACK)信息表明数据正确，否则重发。GBN发送端顺序的发送数据块，如果收到一个非确认(NACK)的消息，表示相应的块有错误，那么重新发此块以及后面的一系列数据块。SR相对于前两种有更高的效率，发送端连续的发送，如果收到NACK的反馈后，仅重传出错的那一个数据块。接收端有足够大的缓存，等数据块都被正确接收后，拼装后交给上层，缺点就是需要接收端有足够大的缓存来存储，否则一旦造成缓存溢出，部分数据就会丢失。
H-ARQ还有同步和异步机制的区别，同步模式指重传的数据包只能发生在第一次传输的固定间隔后。如果某个数据包失败，那么只有固定间隔之后才能重传，CDMA2000 1x EV-DO就采用了这种重传方式。
为了更好的提高重传的效率，提出了异步模式IR，发送端可以自己选择重传时刻，重传的间隔发生在整数倍之后。如果第一次传输在第i个时隙(slot)出错，那么重传可以发生在以后的第i+jN个slot，N是指第N个帧后。
全异步模式重传每个数据块可以在任何时候完成，数据块A在传送过程中出错了，它在后面的任意一个时隙中传输。这种机制被用于多用户N通道异步停等模式下，可以完分挖掘信道传输的能力。在这种模式下，发送端和接收端的每一个数据块必须有一个数据标识符来标示并且传送给接收者，这样接收端可以通过标示来对数据按照发送的顺序排序。
从物理层来看，每个数据块并没有时延上的不同，所以重传时只是依据接收来的NACK请求顺序进行的，尤其在多用户异步H-ARQ，每个用户的信道状况差异很大，导致在物理层相邻的数据块的相对于上层有很大的时延差异。
高速下行链路分组(HSDPA)技术采用N通道停止等待H-ARQ方式，即在一个传输物理信道上同时并列进行N个H-ARQ进程(N的个数最大为8)，每个下行链路H-ARQ进程发送完数据包等待反馈消息的，在WCDMA和TD-SCDMA系统HSDPA方案中，数据包经过调度器送入物理信道HS-PDSCH。
在移动分组数据通信系统中，调度算法非常重要。调度算法主要关注两点：系统吞吐量和用户公平性。调度算法是数据业务的一个特点，目的是充分利用信道的时变特性，得到多用户分级增益，以提高系统的吞吐量。用户公平性和吞吐量是一对矛盾，对于公平性而言，最好情况是所有用户得到的被服务的机会一致，但这样的调度算法由于没有考虑到用户的实际信道状况，往往得到的吞吐量很低，没有充分获得多用户分集增益，反之，如果想获得最大的系统吞吐量最好是一直服务信道质量最好的几个用户，但导致的结果是信道质量差的用户永远得不到服务，导致很差的用户公平性，好的调度算法需要在这两者之间获得好的折中。
传统的调度算法主要有轮循调度(Round Robin)、最大C/I调度(Max C/I)，前者保证了用户间的绝对公平性但没有考虑到各个用户的信道状况，后者充分利用了用户的信道状况，使系统的资源总是给信道质量最好的用户使用，从而使系统的总吞吐量达到最高，但是由于系统资源只给信道质量好的用户使用，所以完全不能保证用户间的公平性，为了同时兼顾用户的公平性和系统的吞吐量，提出了很多相应的改进算法，高通公司于2000年提出了正比公平调度算法或称比例公平调度算法(Proportional Fairness Scheduling，PFS)。
最大C/I算法只考虑调度信道质量最好的用户，使系统资源一直给这些用户服务，使得信道质量好的用户一直得到服务，等到该用户信道质量变差后再选择信道质量更好的用户传输，系统永远为信道质量最好的用户服务，因此该算法可以充分利用多用户分集的效果。
在考虑公平性时，一般都把Round Robin算法作为衡量的标准，该算法是简单和容易实现的。该算法的基本思想是：循环的调用每个用户，就被调度的概率而言，对K个用户，一次循环中每个用户就被调度的概率都等于1/K，也就是说，每个用户以相同的概率占有可分配的时隙和功率。Round Robin算法认为不同用户的传输优先级是同等的，因而实现了用户间的最佳公平性。该算法不考虑用户以前被调度的情况，属于没有记忆的调度算法。
上述两种调度算法，得到的分别是系统吞吐量和用户公平性的上限，但在实际系统中均不可以实用，为了能在吞吐量和用户公平性之间获得较好的折衷，后来提出了PFS调度算法。在此算法中，每个用户被分配一个相应的优先级；任意时刻，小区中优先级最大的用户接受服务。优先级表示为：δj(t)＝DRCj(t)/Rj(t)。假设有N个用户，Rj(t)是在时隙t用户j的平均传输速率，DRCj(t)是在时隙t用户j的当前请求传输速率。被选中的用户为：若某一用户此时刻没有数据要传输，则DRCj(t)＝0。
一般来说，在发送端，以上各种资源调度算法和混合重传机制不考虑接收端的处理能力。如果数据发送错误，进行重传时，发送端根据NACK信息不知道重传包是否需要立马重传的，比如对于高端用户而言，由于缓冲器大，缓冲了大量数据，那么其重传的包可以缓一点发送；而对于缓存器不大或者需要重传的包马上需要一起进行解码的情形，重传包需要尽快发送出去。但是目前的协议并不支持这些，很有可能造成大量的实时重传包无法在规定时间内正确传到接收端造成包丢弃。
导致不同业务甚至同一种业务不同用户间需要设置不同的调度优先级，原因之一在于每个用户所处的无线信道不同，另外，每个业务所基于的终端处理能力不一样。在发送端，实际上并不知道接收端缓存器中的缓存大小，也不知道接收终端的处理能力，所以非常有必要对那些重传的包进行时间汇报，在发送非确认(NACK)时，联合业务的QoS要求以及最晚需要到达接收端的时间长度，确定一个重传包优先级因子。对于不需要重传的数据包来说，如果能够让移动台周期性反馈UE的缓存等信息，对调度算法来说也非常有意义，可以更好的保证业务的QoS和业务传输的自适应性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合多业务的基于终端反馈的联合混合自动请求重传和调度算法的方法，通过该方法建立自适应的公平高效的调度方案，来适应各种以分组数据调度为基础的下一代无线移动通信系统。
本发明的技术方案在于，该基于终端反馈的联合混合自动请求重传和调度算法的方法是：终端接收来自基站传输的分组数据包；终端在把本次传输正确与否等信息反馈给基站的同时，还把目前终端的缓存大小、重传分组包状态终端状态信息反馈给基站；终端根据业务缓存大小终端状态信息，区分对待传输正确和需要重传两种情形，估计业务调度的缓急，通过量化分成几个调度优先级别；终端通过上行控制信道将调度优先级信息反馈给基站；基站接收终端反馈的信息；基站在根据业务本身服务质量属性、业务在基站缓冲器的大小以及无线传输信道状况进行资源调度的同时，还根据从终端反馈回来的缓存器大小量化信息，确定资源分配的优先级，联合进行资源调度。
其中新增的量化后的终端反馈信息和确认/非确认(ACK/NACK)信息一起传输，是通过减少ACK/NACK的冗余校验比特信息来传输新增的反馈信息，以减少对目前协议的修改；终端上行反馈信息的方式有两种，显示和隐式。对于传输正确和需要重传两种情形来说，其对基站的反馈不同，前者主要反馈目前终端缓存中已经解码的数据信息量，而后者还需要包括未能正确解码的最长等待时间信息；调度算法根据发送端的信息，结合考虑终端反馈的信息，可以优先调度那些传输时延非常敏感的业务，以增加调度算法的自适应特性；上行链路反馈信息还可以包括终端类型和终端的处理能力信息，以增强基站的自适应处理能力；重传分组包的调度优先级是根据业务的服务质量、接收端的已解码数据量和重传数据包最长等待时间信息确定的；对于不同等级的多业务，通过增加业务QoS的表征因子，来确定重传的优先级。
本发明的有益效果主要有：
1.由于混合重传会带来业务的时延，把业务的缓存大小等状态信息量一起反馈给基站进行资源调度，能更高效的保证传输业务的QoS，控制传输的时延，分配合适的资源大小。
2.目前传输的NACK和ACK等信息占用的比特资源较多，冗余量较大，终端的缓存器大小等信息量化后，可以和NACK和ACK信息一起传输，并不会对原有的NACK和ACK信息的性能有较大的影响。
3.通过增加了终端的上行链路反馈，提出了一种增强链路传输自适应性的先进机制，有效减少了H-ARQ对一些实时性业务传输的影响。
4.提出了一种先进的资源调度算法，是对原来无线调度算法的增强和改进。资源调度时，在目前已有的调度算法基础上，优先级的确定还要考虑终端的缓冲大小以及重传包最长可等待时长等信息，从而增加调度算法的自适应特性，特别适合具有时延要求的业务。
5.为了减少H-ARQ带来的传输时延的影响，考虑了接收端的处理能力和业务传输特性对重传包的影响，通过上报终端的缓存等信息给出调度决策，联合重传包本身的QoS，进行资源调度，这对具有严格时延要求的业务来说，能保证业务的传输时延。
6.对目前的协议不需要改动，相关信息的反馈在目前的ACK/NACK上进行，充分利用ACK/NACK的冗余；即对传统ACK/NACK进行编码，从而承载重传优先等级信息。
7.具有很好的扩展性，不只是可应用于HSDPA，也可应用于HSUPA，还可以应用于其他无线分组数据通信系统，能有效解决H-ARQ重传时延的问题。
8.对传输时延敏感的业务更加有效，同时能使得终端更加多样化，不受缓存、处理速度等限制。
本发明的技术方案在于，该基于终端反馈的联合混合自动请求重传和调度算法的方法是：终端接收来自基站传输的分组数据包；终端在把本次传输正确与否等信息反馈给基站的同时，还把目前终端的缓存大小、重传分组包状态终端状态信息反馈给基站；终端根据业务缓存大小终端状态信息，区分对待传输正确和需要重传两种情形，估计业务调度的缓急，通过量化分成几个调度优先级别；终端通过上行控制信道将调度优先级信息反馈给基站；基站接收终端反馈的信息；基站在根据业务本身服务质量属性、业务在基站缓冲器的大小以及无线传输信道状况进行资源调度的同时，还根据从终端反馈回来的缓存器大小量化信息，确定资源分配的优先级，联合进行资源调度。
其中新增的量化后的终端反馈信息和确认/非确认(ACK/NACK)信息一起传输，是通过减少ACK/NACK的冗余校验比特信息来传输新增的反馈信息，以减少对目前协议的修改；终端上行反馈信息的方式有两种，显示和隐式。对于传输正确和需要重传两种情形来说，其对基站的反馈不同，前者主要反馈目前终端缓存中已经解码的数据信息量，而后者还需要包括未能正确解码的最长等待时间信息；调度算法根据发送端的信息，结合考虑终端反馈的信息，可以优先调度那些传输时延非常敏感的业务，以增加调度算法的自适应特性；上行链路反馈信息还可以包括终端类型和终端的处理能力信息，以增强基站的自适应处理能力；重传分组包的调度优先级是根据业务的服务质量、接收端的已解码数据量和重传数据包最长等待时间信息确定的；对于不同等级的多业务，通过增加业务QoS的表征因子，来确定重传的优先级。
本发明的有益效果主要有：
1.由于混合重传会带来业务的时延，把业务的缓存大小等状态信息量一起反馈给基站进行资源调度，能更高效的保证传输业务的QoS，控制传输的时延，分配合适的资源大小。
2.目前传输的NACK和ACK等信息占用的比特资源较多，冗余量较大，终端的缓存器大小等信息量化后，可以和NACK和ACK信息一起传输，并不会对原有的NACK和ACK信息的性能有较大的影响。
3.通过增加了终端的上行链路反馈，提出了一种增强链路传输自适应性的先进机制，有效减少了H-ARQ对一些实时性业务传输的影响。
4.提出了一种先进的资源调度算法，是对原来无线调度算法的增强和改进。资源调度时，在目前已有的调度算法基础上，优先级的确定还要考虑终端的缓冲大小以及重传包最长可等待时长等信息，从而增加调度算法的自适应特性，特别适合具有时延要求的业务。
5.为了减少H-ARQ带来的传输时延的影响，考虑了接收端的处理能力和业务传输特性对重传包的影响，通过上报终端的缓存等信息给出调度决策，联合重传包本身的QoS，进行资源调度，这对具有严格时延要求的业务来说，能保证业务的传输时延。
6.对目前的协议不需要改动，相关信息的反馈在目前的ACK/NACK上进行，充分利用ACK/NACK的冗余；即对传统ACK/NACK进行编码，从而承载重传优先等级信息。
7.具有很好的扩展性，不只是可应用于HSDPA，也可应用于HSUPA，还可以应用于其他无线分组数据通信系统，能有效解决H-ARQ重传时延的问题。
8.对传输时延敏感的业务更加有效，同时能使得终端更加多样化，不受缓存、处理速度等限制。
附图说明
图1：传统H-ARQ和调度算法与带反馈机制的H-ARQ和调度算法实施中累计丢包率对比图
图2：传统H-ARQ和调度算法与带反馈机制的H-ARQ和调度算法实施中端到端时延对比图
图3：基于终端反馈的处理流程图
图2：传统H-ARQ和调度算法与带反馈机制的H-ARQ和调度算法实施中端到端时延对比图
图3：基于终端反馈的处理流程图
具体实施方式
图1和图2反映了本发明的方法提出的算法性能和传统方法的算法性能的对比。其中”旧算法”表示采用传统H-ARQ和调度算法的系统性能，而”新算法”表示采用了本发明的方法提出的带反馈机制的H-ARQ和调度算法的系统性能。以下实施结果是在视频流较多的情况下取得的，即系统主要传输有实时性要求的分组数据业务。
从图1可以看出基于反馈机制的H-ARQ和调度算法能有效地减小累计的丢包率，实施时长越长，效果就越明显。
图2给出了传统H-ARQ和调度算法与带反馈机制的H-ARQ和调度算法实施中端到端的时延实施结果，端到端的时延统计是数据包发送时间的平均值和接收时间平均值的差值，从图2中可以看出本发明能显著减小时延，提高系统性能。
图3是本发明中基于终端反馈的处理流程图。对于传输正确的业务，移动终端根据缓冲大小和业务的QoS，估计到达接收端进行解码时长Δti，n，然后量化后反馈给基站，以进行资源调度。对于传输错误的业务，需要重传，由于终端要等待传输错误的包正确到达后，才能一起解码，所以此时要根据终端的缓存大小，已经正确传输业务量等联合确定到达接收端进行解码时长Δti，n，之后根据重传业务的QoS联合确定调度的优先级。
如果终端识别此次传输正确，则根据缓存大小以及业务的QoS等，计算最晚需要数据到达接收端进行解码的时长Δti，n：
Δti，n＝Di，n/vi-Tp (1)
其中Di，n表示第i用户在第n时刻已经解码成功的缓存器数据的大小，vi是指终端业务源的播放速率，Tp是终端解码花费的时间。用户i的第m种业务在第n时刻进行调度时，其优先级可以表示为：
ηmi(n)＝Δti，n-1 (2)
如果终端识别此次传输错误，需要重传，则向基站发送NACK信息，重传包优先级因子确定关键在于确定最晚需要数据到达接收端进行解码的时长为Δti，n，那么时间小的优先级就大，为了减少总的帧缺失率，就优先传送那些优先级高的。对于重传的数据块来说，为了能正确解出数据包，且不影响后面数据的收发，所以有一个最长的等待时间，过了该时间，则丢弃该错误的包，不再进行重传，所以在确定重传的调度优先级时需要考虑该因素，定义在第n时刻错误包最长等待时间为twim(n)。即在Δti，n-1基础上加上twim(n)的影响，即：
ηmi(n)＝twim(n)+λ*Δti，n-1 (3)
其中λ是权重因子。对于终端来说，对ηmi(n)进行量化，通过和NACK一起发送给发送端。
在基站端根据公式(2)或者(3)进行资源调度队列的优先级确定，由于从移动终端汇报给基站的移动终端状态信息需要是离散的，所以公式(2)和(3)也需要离散化，即对ηmi进行离散ηmi。
在基站端，根据接收到的反馈信息ηmi，联合进行资源调度。下面以PFS调度算法为例，增强后的调度算法为：
其中rmi为业务m在时刻i的请求传输速率，而tmi为业务m在时刻i之前的平均传输速率，ηmi由UE上报，QoSmi由Node B根据目前UE传输的业务来确定，参数χ1和χ2是加权因子。具有最大化δmi意味着具有最高优先级。
对于其他调度算法，如轮循调度(Round Robin)和最大C/I调度算法来说，只要采用和上面改进算法类似的操作，即增加反馈信息ηmi的考虑。
传统的H-ARQ重传策略没有考虑每个数据块的时延的特性，特别是对于传输实时数据的时候不同用户的物理层数据块有不同的时延要求。在基于多用户N通道停等H-ARQ方式中，通过使用基于终端反馈的联合自动请求重传和调度算法的改进方法，依据每个数据块重传等待时间长短来决定其重传的先后顺序，从而在无线实时分组传输方面有效降低端到端的时延和丢包率。
下面通过理论分析的方法简单阐述采用基于终端反馈的联合自动请求重传和调度算法具有更好的QoS保障：假设一个数据包的长度为S，L为物理帧的长度，每个包被拆分成长度相同的N个物理帧，则N＝[S/L]，假设包存储的缓存的长度足够长(不会发生缓存超过限度的情况)，那么根据信道状况不同，每个物理帧所需重传的次数也不同，但每帧的最大允许重传次数为M，超过最大次数就从缓存中丢弃，这样由于丢弃的帧导致整个数据包出错，假设Pe为信道误帧率，那么每帧正确接收的平均概率为：
由于只有每个帧都被正确接收才能保证整个数据包被正确接收，否则该数据包就会被丢弃，所以误包率为：
Pr＝1-PN (6)
平均传输时间为：
其中Tr为传输每帧的往返时延。那么链路层的重传时延应该就是所有N个帧的时延的总和：
Q＝TN (8)
当每个帧到达接收端时候，需要等待其余的帧到达才能解码，这样每个物理帧的等待时间为μ1μ2LμN，可以用所有的物理帧的平均等待时延来近似代替每个数据帧的等待时间，平均的等待时间为那么每个数据帧端到端的时延D可以看成重传时延和等待时延的和，因此：
D＝Q+μ (9)
在基于本提案的H-ARQ中，经过基于终端反馈的联合自动请求重传和调度算法重新排序后，每个数据块等待时间相当于经过了一个变换，因此变换后的等待时间为μ′1μ′2Lμ′N，那么基于本提案的H-ARQ的平均等待时间为：很显然，μ′＜μ，又因为总的重传时延Q基本不变，所以基于本提案的H-ARQ端到端的时延为D′＝Q+μ′，所以D′＜D。如果需要传输数据量比较大的情况下，由于对时延要求比较高，所以基于本提案的H-ARQ效果会更明显，于是经过上述的理论分析，我们可以看出经过本提案的异步H-ARQ可以有效减少端到端的时延。
对于误包率Pr一部分是由重传错误造成的，另外一部分是超时导致错误，可以看出超时错误出现概率和包的平均等待时间Δ成正比，经过基于优先级的H-ARQ，可以减少平均等待时间，降低由于超时导致的误包率，因此基于优先级的H-ARQ的丢包率Pr也可以有效得降低。
下面以TD-SCDMA HSDPA为例阐述协议可能的修改：
HS-DSCH共享信息信道(HS-SICH)是HSDPA专用的上行控制信道，也是一个物理信道。它用于反馈相关的上行信息。主要包括ACK/NACK和信道质量指示(CQI)。CQI包括推荐调制格式(RMF)和推荐传输块大小(RTBS)。
ACK/NACK是用于支持H-ARQ的反馈信息。信息比特为1比特。从仿真可以得知，ACK/NACK比特位的重要性非常高，如果发生错误将对系统影响很大。这样，ACK/NACK需要有可靠度很高的编码来保证其性能。采用的方案是大量重复的方法，考虑到目前采用36bit信息重复，可以基于此不变，
CQI是另一个非常重要的反馈信息，用于指示当前信道质量。信道估计在UE端完成，可以通过测量PCCPCH的RSCP/ISCP来进行信道估计。根据估计结果，UE按照已知的HS-PDSCH资源分配状态选取合适的CQI进行反馈。CQI同样需要有很高的可靠度，因为Node B根据CQI决定下一次发送的传输格式。CQI的编码可以分为RTBS和RMF。RTBS采用类似TFCI的R-M编码，RMF可以采用简单的重复编码来完成。
表1 上行信令参数
如前所述，上面算法优先级的确定分两部分实现，在Node B进行调度优先级的计算和确定，而在UE端只是需要把ηmi反馈给Node B。假设对ηmi量化成T级(既有T个可选值，并且T＝2N，N＝1，2，…)考虑到目前在TD-SCDMA HSDPA系统中传输ACK/NACK使用的是36重复比特信息，其他信息比特的传输如表2所示。
表2 HS-SICH信道配置
信息字段 比特长度 推荐的调制方式 1(16) 推荐的传输块的大小 6(32) ACK/NACK 1(36) 总输出比特 84
显然，用36个比特信息来传输1位ACK/NACK有效信息，有很大的信息冗余。比如推荐的传输块是用32比特来承载6位的有效信息，所以用12位比特信息来承载1位的ACK/NACK信息，而剩余的24位比特信息用来承载调度优先级因子，一般来说N建议使用4。
为了实现反馈信息的传输，有两种方案：
方案一：可以把用于专门传输ACK/NACK的36位bit信息预留20bit专门用于传输反馈信息；
方案二：通过对36位ACK/NACK传输信息进行编码，里面潜在包含调度优先级因子等信息。例如一种具体的编码方案可以如下所示：
原先的方案：
ACK：发送端传输36个连续的1，接收端收到至少18个1，则解为ACK信息；
NACK：发送端传输36个连续的0，接收端收到至少18个0，则解为NACK信息；
考虑到当接收到正确的信息后，一般不会发送ACK进行确认，所以收到的ACK/NACK一般是NACK信息，为了能识别出从接收端反馈回来的调度优先级信息，修改的方案如下：
新的方案：
ACK：发送端传输36个连续的1，接收端收到至少24个连续的1，则解为ACK信息；
NACK：发送端发送1/N的1，接收端估计1的比率，当得到1的比率不到0.5，则表明是NACK，并且根据比率大小确定其调度优先级等级。具体方案为：
当1的比率约为1/2时，表明是NACK并且具有最低优先级；
当1的比率约为1/2*(1-1/N)＝时，表明是NACK并且具有第二低优先级；
当1的比率约为1/2*(1-2/N)＝时，表明是NACK并且具有第三低优先级；
。。。。。
当1的比率约为1/2*1/N＝时，表明是NACK并且具有最高优先级。
以上方案并不会损坏原先NACK和ACK传输的链路性能，同时能承载重传时的优先等级信息。
需要说明的是本发明的具体实施方式是以TD-SCDMA系统的HSDPA为基础的，并不代表本发明局限于此。本发明可以推广到其他移动通信分组系统，例如HSUPA，以OFDM为基础的后3G移动通信系统，或者WiMAX等宽带无线通信系统。
从图1可以看出基于反馈机制的H-ARQ和调度算法能有效地减小累计的丢包率，实施时长越长，效果就越明显。
图2给出了传统H-ARQ和调度算法与带反馈机制的H-ARQ和调度算法实施中端到端的时延实施结果，端到端的时延统计是数据包发送时间的平均值和接收时间平均值的差值，从图2中可以看出本发明能显著减小时延，提高系统性能。
图3是本发明中基于终端反馈的处理流程图。对于传输正确的业务，移动终端根据缓冲大小和业务的QoS，估计到达接收端进行解码时长Δti，n，然后量化后反馈给基站，以进行资源调度。对于传输错误的业务，需要重传，由于终端要等待传输错误的包正确到达后，才能一起解码，所以此时要根据终端的缓存大小，已经正确传输业务量等联合确定到达接收端进行解码时长Δti，n，之后根据重传业务的QoS联合确定调度的优先级。
如果终端识别此次传输正确，则根据缓存大小以及业务的QoS等，计算最晚需要数据到达接收端进行解码的时长Δti，n：
Δti，n＝Di，n/vi-Tp (1)
其中Di，n表示第i用户在第n时刻已经解码成功的缓存器数据的大小，vi是指终端业务源的播放速率，Tp是终端解码花费的时间。用户i的第m种业务在第n时刻进行调度时，其优先级可以表示为：
ηmi(n)＝Δti，n-1 (2)
如果终端识别此次传输错误，需要重传，则向基站发送NACK信息，重传包优先级因子确定关键在于确定最晚需要数据到达接收端进行解码的时长为Δti，n，那么时间小的优先级就大，为了减少总的帧缺失率，就优先传送那些优先级高的。对于重传的数据块来说，为了能正确解出数据包，且不影响后面数据的收发，所以有一个最长的等待时间，过了该时间，则丢弃该错误的包，不再进行重传，所以在确定重传的调度优先级时需要考虑该因素，定义在第n时刻错误包最长等待时间为twim(n)。即在Δti，n-1基础上加上twim(n)的影响，即：
ηmi(n)＝twim(n)+λ*Δti，n-1 (3)
其中λ是权重因子。对于终端来说，对ηmi(n)进行量化，通过和NACK一起发送给发送端。
在基站端根据公式(2)或者(3)进行资源调度队列的优先级确定，由于从移动终端汇报给基站的移动终端状态信息需要是离散的，所以公式(2)和(3)也需要离散化，即对ηmi进行离散ηmi。
在基站端，根据接收到的反馈信息ηmi，联合进行资源调度。下面以PFS调度算法为例，增强后的调度算法为：
其中rmi为业务m在时刻i的请求传输速率，而tmi为业务m在时刻i之前的平均传输速率，ηmi由UE上报，QoSmi由Node B根据目前UE传输的业务来确定，参数χ1和χ2是加权因子。具有最大化δmi意味着具有最高优先级。
对于其他调度算法，如轮循调度(Round Robin)和最大C/I调度算法来说，只要采用和上面改进算法类似的操作，即增加反馈信息ηmi的考虑。
传统的H-ARQ重传策略没有考虑每个数据块的时延的特性，特别是对于传输实时数据的时候不同用户的物理层数据块有不同的时延要求。在基于多用户N通道停等H-ARQ方式中，通过使用基于终端反馈的联合自动请求重传和调度算法的改进方法，依据每个数据块重传等待时间长短来决定其重传的先后顺序，从而在无线实时分组传输方面有效降低端到端的时延和丢包率。
下面通过理论分析的方法简单阐述采用基于终端反馈的联合自动请求重传和调度算法具有更好的QoS保障：假设一个数据包的长度为S，L为物理帧的长度，每个包被拆分成长度相同的N个物理帧，则N＝[S/L]，假设包存储的缓存的长度足够长(不会发生缓存超过限度的情况)，那么根据信道状况不同，每个物理帧所需重传的次数也不同，但每帧的最大允许重传次数为M，超过最大次数就从缓存中丢弃，这样由于丢弃的帧导致整个数据包出错，假设Pe为信道误帧率，那么每帧正确接收的平均概率为：
由于只有每个帧都被正确接收才能保证整个数据包被正确接收，否则该数据包就会被丢弃，所以误包率为：
Pr＝1-PN (6)
平均传输时间为：
其中Tr为传输每帧的往返时延。那么链路层的重传时延应该就是所有N个帧的时延的总和：
Q＝TN (8)
当每个帧到达接收端时候，需要等待其余的帧到达才能解码，这样每个物理帧的等待时间为μ1μ2LμN，可以用所有的物理帧的平均等待时延来近似代替每个数据帧的等待时间，平均的等待时间为那么每个数据帧端到端的时延D可以看成重传时延和等待时延的和，因此：
D＝Q+μ (9)
在基于本提案的H-ARQ中，经过基于终端反馈的联合自动请求重传和调度算法重新排序后，每个数据块等待时间相当于经过了一个变换，因此变换后的等待时间为μ′1μ′2Lμ′N，那么基于本提案的H-ARQ的平均等待时间为：很显然，μ′＜μ，又因为总的重传时延Q基本不变，所以基于本提案的H-ARQ端到端的时延为D′＝Q+μ′，所以D′＜D。如果需要传输数据量比较大的情况下，由于对时延要求比较高，所以基于本提案的H-ARQ效果会更明显，于是经过上述的理论分析，我们可以看出经过本提案的异步H-ARQ可以有效减少端到端的时延。
对于误包率Pr一部分是由重传错误造成的，另外一部分是超时导致错误，可以看出超时错误出现概率和包的平均等待时间Δ成正比，经过基于优先级的H-ARQ，可以减少平均等待时间，降低由于超时导致的误包率，因此基于优先级的H-ARQ的丢包率Pr也可以有效得降低。
下面以TD-SCDMA HSDPA为例阐述协议可能的修改：
HS-DSCH共享信息信道(HS-SICH)是HSDPA专用的上行控制信道，也是一个物理信道。它用于反馈相关的上行信息。主要包括ACK/NACK和信道质量指示(CQI)。CQI包括推荐调制格式(RMF)和推荐传输块大小(RTBS)。
ACK/NACK是用于支持H-ARQ的反馈信息。信息比特为1比特。从仿真可以得知，ACK/NACK比特位的重要性非常高，如果发生错误将对系统影响很大。这样，ACK/NACK需要有可靠度很高的编码来保证其性能。采用的方案是大量重复的方法，考虑到目前采用36bit信息重复，可以基于此不变，
CQI是另一个非常重要的反馈信息，用于指示当前信道质量。信道估计在UE端完成，可以通过测量PCCPCH的RSCP/ISCP来进行信道估计。根据估计结果，UE按照已知的HS-PDSCH资源分配状态选取合适的CQI进行反馈。CQI同样需要有很高的可靠度，因为Node B根据CQI决定下一次发送的传输格式。CQI的编码可以分为RTBS和RMF。RTBS采用类似TFCI的R-M编码，RMF可以采用简单的重复编码来完成。
表1 上行信令参数
如前所述，上面算法优先级的确定分两部分实现，在Node B进行调度优先级的计算和确定，而在UE端只是需要把ηmi反馈给Node B。假设对ηmi量化成T级(既有T个可选值，并且T＝2N，N＝1，2，…)考虑到目前在TD-SCDMA HSDPA系统中传输ACK/NACK使用的是36重复比特信息，其他信息比特的传输如表2所示。
表2 HS-SICH信道配置
信息字段 比特长度 推荐的调制方式 1(16) 推荐的传输块的大小 6(32) ACK/NACK 1(36) 总输出比特 84
显然，用36个比特信息来传输1位ACK/NACK有效信息，有很大的信息冗余。比如推荐的传输块是用32比特来承载6位的有效信息，所以用12位比特信息来承载1位的ACK/NACK信息，而剩余的24位比特信息用来承载调度优先级因子，一般来说N建议使用4。
为了实现反馈信息的传输，有两种方案：
方案一：可以把用于专门传输ACK/NACK的36位bit信息预留20bit专门用于传输反馈信息；
方案二：通过对36位ACK/NACK传输信息进行编码，里面潜在包含调度优先级因子等信息。例如一种具体的编码方案可以如下所示：
原先的方案：
ACK：发送端传输36个连续的1，接收端收到至少18个1，则解为ACK信息；
NACK：发送端传输36个连续的0，接收端收到至少18个0，则解为NACK信息；
考虑到当接收到正确的信息后，一般不会发送ACK进行确认，所以收到的ACK/NACK一般是NACK信息，为了能识别出从接收端反馈回来的调度优先级信息，修改的方案如下：
新的方案：
ACK：发送端传输36个连续的1，接收端收到至少24个连续的1，则解为ACK信息；
NACK：发送端发送1/N的1，接收端估计1的比率，当得到1的比率不到0.5，则表明是NACK，并且根据比率大小确定其调度优先级等级。具体方案为：
当1的比率约为1/2时，表明是NACK并且具有最低优先级；
当1的比率约为1/2*(1-1/N)＝时，表明是NACK并且具有第二低优先级；
当1的比率约为1/2*(1-2/N)＝时，表明是NACK并且具有第三低优先级；
。。。。。
当1的比率约为1/2*1/N＝时，表明是NACK并且具有最高优先级。
以上方案并不会损坏原先NACK和ACK传输的链路性能，同时能承载重传时的优先等级信息。
需要说明的是本发明的具体实施方式是以TD-SCDMA系统的HSDPA为基础的，并不代表本发明局限于此。本发明可以推广到其他移动通信分组系统，例如HSUPA，以OFDM为基础的后3G移动通信系统，或者WiMAX等宽带无线通信系统。