一種適用於5G中LDPC碼的IR‑HARQ傳輸方法與流程

2023-05-18 18:43:21 1

本發明屬於通信技術領域，涉及一種ir-harq傳輸方法，具體涉及一種適用於5g中ldpc碼的ir-harq傳輸方法，可用於5g通信系統。

背景技術：

隨著4g進入大規模商用階段，面向未來的第五代移動通信(5g)已成為全球研發熱點。在全球工業和學術界的共同努力下，5g願景與關鍵能力需求已基本明確，國際標準制定工作也已經正式開始。自從低密度奇偶校驗(ldpc)碼的再發現以來，ldpc碼作為一種可漸近逼近信道容量的信道編碼技術，已經被3gppran1會議確定為5g中增強移動寬帶(embb)業務數據信息的長碼編碼方案。

自動重傳請求(automaticrepeatrequest，arq)通過接收端請求發送端重傳出錯的數據報文來恢復出錯的報文，以此來解決信道帶來的差錯，提高傳輸的成功率。但是自動重傳請求對於每一次錯誤的數據都是簡單的拋棄，單純依靠每一次接收的數據，往往需要過多的重傳和過長時間的等待。混合自動重傳請求(hybridautomaticrepeatrequest，harq)基於此問題做出了完善。接收端在解碼失敗的情況下，保存接收到的數據，並要求發送端重傳數據，接收端將重傳的數據和先前接收到的數據進行合併後再解碼。這樣會獲得一定的分集增益，同時減少了重傳次數，進而減少了時延。harq技術主要有兩種實現方式：軟合併技術和增量冗餘技術。軟合併(chasecombine，cc)技術將接收到的錯誤數據包和重傳的數據包合併在一起進行解碼，提高了傳輸效率。而增量冗餘(incrementalredundantcy，ir)技術第一次傳輸時發送信息比特和一部分冗餘比特，每一次重傳時發送額外的冗餘比特。如果第一次傳輸沒有成功解碼，則可以通過重傳更多冗餘比特降低信道編碼率，從而提高解碼成功率。如果加上重傳的冗餘比特仍然無法正常解碼，則進行再次重傳。隨著重傳次數的增加，冗餘比特不斷積累，信道編碼率不斷降低，從而可以獲得更好的解碼效果。

遞增冗餘混合自動請求重傳(ir-harq)技術的應用大大地增加了系統的吞吐量，同時降低了誤幀率，提高了通信傳輸的成功率。遞增冗餘混合自動請求重傳技術與5g中ldpc碼的結合可以使系統的性能得到進一步的提升。

例如，作者為minzhu,baomingbai,jinfangdou,andxiaoma發表在《chinesesciencebulletin》期刊上，檢索號為000344861500016，題目為《kitecode-basedincrementalredundancyhybridarqschemeforfast-fadingchannels》的論文，公開了一種針對5g中ldpc碼的遞增冗餘混合自動重傳請求機制通過重傳校驗位的方法，其發送過程如圖1所示，接收llr預處理過程如圖2所示：

(1)對消息序列進行編碼，並對編碼符號進行劃分，：

對消息序列進行編碼，得到待傳輸的ldpc碼的編碼符號。將該編碼符號劃分為信息比特和校驗比特，同時將信息比特劃分為長度為p的打孔信息比特和長度為k的不打孔信息比特；

(2)第一次傳輸長為n的幀，包括長度為k的不打孔信息比特和長度為n-k校驗比特，此時碼率為r。接收端將解調過後的llr1直接送入解碼器進行解碼，此時送入解碼器的長度為n，接收端根據解碼結果計算第一次傳輸幀的伴隨式是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(2)；

(3)第二次傳輸時，傳輸步驟(1)發送校驗比特之後長度為n的校驗比特，此時碼率為r/2。接收端將新接收到的n長的校驗比特的llr2，直接拼接到第一次llr1後，組成長度為2n的llr＝llr1+llr2作為軟信息送入解碼器進行解碼，接收端根據解碼結果計算第二次傳輸幀的伴隨式是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(3)；

(4)第三次傳輸時，傳輸步驟(2)發送校驗比特之後長度為n的校驗比特，此時碼率為r/3。接收端將新接收到的n長的校驗比特的llr3，直接拼接到第二次的llr1+llr2後，組成長度為3n的llr＝llr1+llr2+llr3作為軟信息送入解碼器進行解碼，接收端根據解碼結果計算第三次傳輸幀的伴隨式是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(4)；

(5)第四次傳輸時，傳輸步驟(3)發送的校驗比特之後長度為n的校驗比特，此時碼率為r/4。接收端將新接收到的n長的校驗位的llr4，直接拼接到第三次的llr1+llr2+llr3後，組成長度為4n的llr＝llr1+llr2+llr3+llr4作為軟信息送入解碼器進行解碼，接收端根據解碼結果計算第四次傳輸幀的伴隨式是否為0，若是，則傳輸成功，否則丟包。

此方法雖然利用遞增冗餘混合自動重傳請求機制對於新的校驗比特進行了重傳，並利用了前次傳輸的數據，但是每次重傳的幀只添加校驗位，並未傳輸打孔信息比特，因此，傳統傳輸方案的傳輸誤幀率較高。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種適用於5g中ldpc碼的ir-harq傳輸方法，用於解決現有技術中存在的通信誤幀率高的技術問題。

本發明的技術思路是：在重傳過程中，通過傳輸部分信息比特，減少相應數目的校驗比特，保持總比特數不變的情況下降低誤幀率。

根據上述技術思路，實現本發明目的採取的技術方案包括如下步驟：

(1)對消息序列進行編碼，並對編碼符號進行劃分：

對消息序列進行編碼，得到待傳輸的ldpc碼的編碼符號，並將該編碼符號劃分為信息比特和校驗比特，同時將信息比特劃分為長度為p的打孔信息比特和長度為k的不打孔信息比特；

(2)設定每次發送的編碼符號長度為n，每次重傳的信息比特長度為i；

(3)對ldpc碼的編碼符號進行傳輸：

(3a)發送端向接收端發送碼率為r的編碼符號，包括長度為k的不打孔信息比特和從第p+k+1位到第n+p位、長度為n-k的校驗比特，其中r∈(0，1)；

(3b)接收端將接收到的rll1值與打孔信息比特的初始rll值按位疊加，得到的結果作為軟信息送入解碼器，其中初始rll值為0；

(3c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算傳輸編碼符號伴隨式的值；

(3d)接收端判斷傳輸編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(4)；

(4)對ldpc碼的編碼符號進行第一次重傳：

(4a)發送端向接收端發送碼率r/2的編碼符號，包括步驟(3a)發送的校驗比特之後長度為n-i的校驗比特和第1位到第i位、長度為i的信息比特；

(4b)接收端將接收到的rll2值與rll1值按位疊加，得到rll3值，並將rll3值作為軟信息送入解碼器；

(4c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算第一次重傳編碼符號伴隨式的值；

(4d)接收端判斷第一次重傳編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(5)；

(5)對ldpc碼的編碼符號進行第二次重傳：

(5a)發送端向接收端發送碼率為r/3的編碼符號，包括步驟(4)傳輸的校驗比特之後長度為n-i的校驗比特和第i+1位到第2i位、長度為i的信息比特；

(5b)接收端將接收到的rll4值與rll3值按位疊加，得到rll5值，並將rll5值作為軟信息送入解碼器；

(5c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算第二次重傳編碼符號伴隨式的值；

(5d)接收端判斷第二次重傳編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(6)；

(6)對ldpc碼的編碼符號進行第三次重傳：

(6a)發送端向接收端發送碼率為r/4的編碼符號，包括步驟(5)傳輸的校驗比特之後長度為n-i的校驗比特和第2i+1位到第3i位、長度為i的信息比特；

(6b)接收端將接收到的rll6值與rll5值按位疊加，得到rll7值，並將rll7值作為軟信息送入解碼器；

(6c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算第三次重傳編碼符號伴隨式的值；

(6d)接收端判斷第三次編碼重傳編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則丟包。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：

1、本發明由於在實現對ldpc碼的編碼符號進行三次重傳的過程中，發送端向接收端發送信息比特和校驗比特，接收端對接收到的rll值進行rll預處理，結果作為軟信息送入解碼器進行解碼，避免了現有傳輸方法僅傳輸校驗比特造成的高誤幀率；同時由於接收端收到的校驗比特數減少，解碼器處理的數據量減少，提高了處理速度，從而減少了資源佔用。

2、本發明由於在對ldpc碼的編碼符號進行傳輸和三次重傳中，每次傳輸的數據幀的長度與現有ir-harq傳輸方案的傳輸幀長度相同，保證了通信的吞吐量不會降低。

附圖說明

圖1是現有ir-harq傳輸方法發送端發送過程；

圖2是現有ir-harq傳輸方法接收端llr預處理過程；

圖3是本發明的實現流程框圖；

圖4是本發明發送端發送過程；

圖5是本發明傳輸方案接收端llr預處理過程；

圖6是本發明與現有ir-harq傳輸方法通信誤幀率的仿真對比圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例，對本發明作進一步詳細說明：

參照圖3，一種適用於5g中ldpc碼的ir-harq傳輸方法，包括如下步驟：

步驟1)對消息序列進行編碼，並對編碼符號進行劃分：

對消息序列進行編碼，得到待傳輸的ldpc碼的編碼符號，其中，編碼方式不做要求。將該編碼符號劃分為信息比特和白色部分的校驗比特，同時將信息比特劃分為長度p為32的打孔信息比特和長度k為224的不打孔信息比特；

步驟2)設定每次發送的編碼符號長度n為384，每次重傳的信息比特長度i為32；

參照圖4和圖5對於傳輸和三次重傳步驟中發送和接收進行詳細的說明：

步驟3)對ldpc碼的編碼符號進行傳輸：

步驟3a)發送端向接收端發送碼率為2/3的編碼符號，包括長度為224的不打孔信息比特和從第257位到第416位、長度為160的校驗比特；

步驟3b)接收端將接收到的rll1值與打孔信息比特的初始rll值按位疊加，是指第1位到第32位為rll的值，第33位到第416位為rll1的值，得到的結果作為軟信息送入解碼器，其中初始rll值為全0；

步驟3c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算傳輸編碼符號伴隨式的值；

步驟3d)接收端判斷傳輸編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(4)；

步驟4)對ldpc碼的編碼符號進行第一次重傳：

步驟4a)發送端向接收端發送碼率為1/3的編碼符號，包括步驟(3a)發送的校驗比特之後長度為352的校驗比特和第1位到第32位、長度為32的信息比特,其中由於數值的選擇,第一次重傳時,發送的信息比特一定會包含部分或者全部打孔信息比特,可能會包含部分不打孔信息比特,都根據數值的選擇來確定；

步驟4b)由圖5可以看出，接收端將接收到的rll2值與rll1值按位疊加，得到rll3值，是指rll3值第1位到第32位為rll2的值，第33位到第416位為rll1的值，第417位到第768位為rll2的值，並將rll3值作為軟信息送入解碼器。此處，由於取值原因，rll1+rll2重疊部分的長度為0，因此該部分不存在，是原理允許範圍內的特殊情況；

步驟4c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算第一次重傳編碼符號伴隨式的值；

步驟4d)接收端判斷第一次重傳編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(5)；

步驟5)對ldpc碼的編碼符號進行第二次重傳：

步驟5a)發送端向接收端發送碼率為2/9的編碼符號，包括步驟(4)傳輸的校驗比特之後長度為352的校驗比特和第33位到第64位、長度為32的信息比特；

步驟5b)接收端將接收到的rll4值與rll3值按位疊加，得到rll5值，是指rll5值第1位到第32位為rll2的值，第33位到第64位為rll1+rll4的值，第65位到第416位為rll1的值，第417位到第768位為rll2的值,第769位到第1120位為rll4的值，並將rll5值作為軟信息送入解碼器。此處，由於取值原因，rll1+rll2重疊部分的長度為0，因此該部分不存在，是原理允許範圍內的特殊情況；

步驟5c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算第二次重傳編碼符號伴隨式的值；

步驟5d)接收端判斷第二次重傳編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則，執行步驟(6)；

步驟6)對ldpc碼的編碼符號進行第三次重傳：

步驟6a)發送端向接收端發送碼率為1/6的編碼符號，包括步驟(5)傳輸的校驗比特之後長度為352的校驗比特和第65位到第96位、長度為32的信息比特；

步驟6b)接收端將接收到的rll6值與rll5值按位疊加，得到rll7值，是指rll7值第1位到第32位為rll2的值，第33位到第64位為rll1+rll4的值，第65位到第96位為rll1+rll6的值，第97位到第416位為rll1的值，第417位到第768位為rll2的值,第769位到第1120位為rll4的值，第1121位到第1472位為rll6的值，並將rll7值作為軟信息送入解碼器。此處，由於取值原因，rll1+rll2重疊部分的長度為0，因此該部分不存在，是原理允許範圍內的特殊情況；

步驟6c)接收端對接收到的編碼符號進行解碼，並根據解碼結果計算第三次重傳編碼符號伴隨式的值；

步驟6d)接收端判斷第三次編碼重傳編碼符號伴隨式的值是否為0，若是，則傳輸成功，否則丟包。

以下結合仿真實驗，對本發明的技術效果進行說明：

1、仿真條件和內容：

利用visualstudio2013參照表1中的仿真參數，在windows7.0系統下對現有傳輸方案和本發明進行傳輸誤幀率對比仿真，其結果如圖6所示。

表1.仿真參數

2、仿真結果分析：

參照圖6，橫軸表示傳輸信道的信噪比，縱軸表示每次傳輸的誤幀率。實線表示本發明傳輸方案的誤幀率曲線，曲線表示現有ir-harq傳輸方案的誤幀率曲線，其中「×」線表示傳輸的誤幀率曲線，「*」線表示第一重傳的誤幀率曲線，「▲」線表示第二次重傳的誤幀率曲線，「·」線表示第三次重傳的誤幀率曲線。

從圖6中，可以看到，傳輸時，本發明傳輸方案的傳輸誤幀率曲線和現有ir-harq傳輸方案的傳輸誤幀率曲線基本重合，說明傳輸的信道情況基本相同。本發明傳輸方案與現有ir-harq傳輸方案的四次傳輸的數據幀長度相同，保證了吞吐量不會降低。本發明傳輸方案三次重傳的誤幀率都比ir-harq傳輸方案中三次重傳的誤幀率小。在誤幀率為10-3時，本發明傳輸方案的通信系統能獲得接近0.3db的性能增益。說明本發明傳輸方案與現有ir-harq傳輸方案相比能夠降低誤幀率，同時因為校驗比特數的減少，解碼器處理的數據量減少，提高了處理速度，從而減少了資源佔用。