一種具有新型編解碼器結構的自適應harq方案的製作方法

2023-10-11 07:40:54 2

專利名稱：一種具有新型編解碼器結構的自適應harq方案的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統的混合自動重傳請求(HARQ: Hybrid Automatic Repeat-reQuest)方案。
背景技術：
無線通信系統的飛速發展對數據的傳輸速率與可靠性提出了更高的要求，下一代無線通信要求高速分組數據業務要求誤碼率達到io-6或更低，因此具有一定糾錯能力的糾錯碼被用來提供一定範圍內的差錯保護。從GSM系統、基於IS-95的窄帶CDMA系統到W-CDMA系統,巻積編 碼一直作為一種有效的前向糾錯碼得到廣泛的應用。1988年JoachimHagenauer 首次提出了碼率匹配打孔巻積碼(RCPC碼)的概念。所謂RCPC碼就是將巻 積碼編碼後的碼字經過一個刪除矩陣，得到需要的碼率。刪除矩陣的不同，能 夠得到不同碼率的碼字。這樣，就能夠實現調整碼率的要求。RCPC碼很好地 解決了碼率可變的問題。不過由於巻積碼本身的糾錯能力不強，在巻積碼基礎 上刪除的RCPC碼並沒有得到大規模的應用。直到1993年，法國人C. Berrou等人提出了 Turbo碼的並行級聯巻積碼具 有接近Shannon極限優異性能，但是其級聯方式使得Turbo碼的碼率降低，這 對於帶寬資源緊張的無線通信系統來說不合適。為了使Turbo碼能夠更好的適 用於無線通信中，人們利用RCPC碼的思想，改造Turbo碼形成了碼率匹配截 短Turbo碼(RCPT碼)，使它也能夠根據信道狀況調整碼率。RCPT碼在Turbo 碼的基礎上，增加了一個刪除矩陣。這個刪除矩陣能夠根據需要而變化，產生 不同碼率的碼字。這樣，RCPT碼既能夠得到比較好的糾錯能力，也能夠調整3碼率適應信道的變化，因此，RCPT碼在無線通信中的應用越來越廣泛。RCPC 碼和RCPT在結構上有相似之處，但是在編碼器結構，解碼方式還有很大的區 別。Turbo碼由兩路循環遞歸系統巻積碼編碼器通過一個交織器並行級聯而成， 其解碼採用基於符號錯誤概率最小準則的最大後驗概率算法(MAP)。其解碼碼器中的交織器相同。兩級解碼器間由交織或解交織結構相互隔離，可多次迭 代在兩級解碼器間相互傳遞有效信息流，不斷增大MAP算法的判決可靠性。 當迭代循環到一定程度時即可進行解碼硬判輸出。而巻積碼的解碼之需要一路 的MAP解碼即可。RCPT碼雖然有很好的抗誤碼性能，但是也可能因為刪除的比特太多或信 道條件由於深衰落、多徑幹擾而惡化而使誤碼率達不到要求，因而必須引入有 效的差錯控制技術，以實現高速數據的可靠通信，進而保證服務質量的要求。 因此，結合了前向糾錯編碼(FEC)和自動重複請求(ARQ)機制的混合自動 重傳請求(HARQ)技術引起了大家的關注。目前，HARQ技術在WCDMA、 cdma2000、 TD-SCDMA等第三代移動通信系統中被廣泛採用。HARQ與傳統ARQ技術區別是接收端解碼錯誤時並不丟棄錯誤數據塊， 而是與重傳數據進行合併解碼，從而獲得更高的解碼可靠性和系統通過率。 3GPP建議了 3種基本的HARQ類型I型HARQ中，發射機重傳時發送相同 的數據塊，所需的接收端緩存較小,採用Chase合併多次重傳數據幀；II型HARQ 中，重傳時，發送端將只發送新的校驗比特，通常我們也稱這種方案為全遞增 冗餘(IR)方案；III型HARQ中，重傳時既發送信息比特，也發送校驗比特， 重傳數據幀能進行自解碼。II型，III型HARQ都可以通過使用RCPC碼或RCPT 碼很方便地實現。發明內容本發明提出一種具有新型編解碼器結構的自適應HARQ方案。本方案可根 據業務對時延敏感性的要求和反饋信息，自適應選擇不同的打孔方式和編碼方 式，由於混合編解碼器的結構特點，實現自適應編解碼過程簡單。此發明在保 證通信系統吞吐量的前提下，節約了硬體實現的資源，降低了成本。 該發明根據時延^:感性，發送新幀採取兩種不同的機制 如果針對非時延敏感系統，則本發明發送新幀的傳輸模式為未編碼模式。 發送端採用本發明4I:出的編碼器進行編碼，該編碼器可以支持未編碼，巻積碼 和Turbo碼。首先發送端以未編碼方式發送，在接收端接收數據後解調出軟信 息，因為這時是未編碼的信息，所以軟信息可以直接判決。判決後的信息通過 CRC檢測，若檢測無誤，則發送ACK，發送端繼續發送新幀；若檢測有誤，則 發送端編碼器的第 一路遞歸巻積碼編碼器工作，發送端以遞增冗餘的方式發送 巻積編碼後的部分校驗位，接收端解碼器的第一路MAP巻積碼解碼器工作， 如果檢測正確，則發送端發送新幀。如果檢測仍有誤，則發送端繼續發送巻積 碼的校驗位。若巻積碼的校驗位發送完畢，接收端仍然得不到正確的數據幀信 息，則編碼器的第二路編碼器工作，仍以遞增冗餘的方式發送Turbo碼解碼所 需的另 一路校驗位，接收端將接收到的此路校驗信息和之前發送的第 一路校驗 信息合併起來，解碼器的兩路MAP解碼器同時工作，實現Turbo碼的串行迭代 MAP解碼器解碼。如果Turbo碼的校驗位發送完畢仍然無法正確解碼，那麼發 送端以III型HARQ的方式發送巻積碼或Turbo碼，如果仍然不能正確解碼， 那麼發送方式以上述的遞增冗餘巻積碼或Turbo碼的方式發送。如果針對時延敏感的系統，新幀的第一次傳輸模式由發送前的若干數據幀 的平均傳輸模式總數對應的傳輸方式來決定，後續操作過程與非時延敏感系統 相同。本發明的有益效果在於，編碼器和解碼器分別由兩路遞歸巻積碼編碼器和兩路MAP巻積碼編碼器構成，其資源與一套Turbo編解碼器相當，但同時實現 了巻積碼和Turbo碼的功能，從而節約了自適應編碼器硬體所需的資源，降低 了成本。在本發明的自適應編解碼方案中，若選擇Turbo碼，發送端只需讓第 二路巻積碼工作，發送相應的校驗位，接收端也只需將接收的第二路校驗位和 先前接收到第一路校驗位合併即可做Turbo碼解碼，從而減少了巻積碼分量編 解碼器工作量，也就是簡化了自適應編碼和解碼的處理。本發明所提出的這種 HARQ機制可以很好的適用於時延敏感和不敏感的數據業務傳輸，在時延敏感 的系統中可以利用先前傳送的數據幀的平均傳輸模式值估計信道信息，自適應 選擇此次的傳輸模式值降低了重傳次數與時延；在時延不敏感的系統中第一次 傳輸總是選擇最d、的傳輸模式值可以最大化吞吐量，減少冗餘信息的傳輸。


圖1示出了本發明提出的新型編碼器結構圖。圖2示出了本發明提出的新型解碼器結構圖。圖3示出了本發明提出的自適應HARQ方案的系統框圖。圖4示出了本發明提出的自適應HARQ方案的流程圖。圖5示出了本發明編碼的冗餘傳輸方式圖。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例對本發明進行詳細闡述。圖1示出了本發明提出的新型編碼器結構圖。該編碼器可以同時支持未編 碼，巻積碼和Turbo碼。在本發明中，Step代表傳輸模式，Step=l表示未編碼 模式，Step:2 N(這裡我們設N-4)表示巻積碼模式，Step=5~M (這裡我們設M =8)表示Turbo碼模式。如果發送新幀，由當前的Step控制編碼方式,刪除矩陣為P = /| + 2二5 ( / 表示當前的傳iNH莫式值，屍,代表傳輸模式為/的刪除矩陣，見圖5)。如果當前模式Step-l,那麼編碼控制器則直接控制Z,進入第一路，將Z,直接傳遞給復用 器，實現未編碼模式；如果當前模式Step二2 N,那麼編碼控制器就控制《進入 第一，第二3各，在第二路實現遞歸系統巻積碼編碼，編碼後的巻積碼經過刪除 矩陣戶實現RCPC碼，然後刪除後的第二路編碼產生的校驗位^送入復用器， 實現所需的巻積碼方式；如果當前Step二5 M,那麼編碼控制器就控制《進入第 一，第二，第三路，在第二路實現遞歸系統巻積碼編碼，在第三路先進行交織 後再進行遞歸系統巻積碼編碼，經過刪除矩陣戶實現RCPT碼，這樣三路數據
x,.,y，z,進入復用器進行復用。
如果重傳數據幀，由於接收端已經有了信息位或部分校驗位，那麼發送方 就不需要進行完整的編碼了 ，只需要根據Step的控制完成相應的編碼和刪除就 可以實現要求的編碼方式，巻積碼或Turbo碼，所以編碼控制器的控制方式與 發送新幀不同。如果當前Step=2~ N時，編碼控制器則控制《進入第二^各遞歸 系統巻積碼編碼，然後將編碼後的校驗位《按此時的傳輸模式值對應的刪除矩 陣刪除後送入復用器，復用器將校驗位送入發射機以全遞增冗餘的方式發送； 如果當前Step=5~M時，編碼控制器則控制《進入第三路先交織在送入遞歸系 統巻積碼編碼，然後將編碼後的校驗位^按此時的傳輸模式值對應的刪除矩陣 的刪除後送入復用器，復用器將校驗位送入發射機以遞增冗餘的方式發送。
這裡，《對應信息比特，《對應第二路巻積碼編碼後的校驗位，Z,對應第 三路交織後的巻積碼編碼後的校驗位。
圖2示出了本發明提出的新型解碼器結構圖。與我們設計的新型編碼器結 構對應，如果是未編碼，則直接輸出；如果是巻積編碼就輸入第一路MAP譯 碼器解碼；如果是Turbo編碼，就按照傳統Turbo解碼的兩路MAP解碼器進行 迭代解碼。
圖3示出了本發明提出的自適應HARQ方案的系統框圖。該發明系統以單 天線為例，都卜勒頻移為90Hz，調製方式為BPSK。系統對時延敏感性的要求有兩種不同的機制，如果針對時延敏感的系統，則本發明發送新幀的傳輸模式 為新幀傳輸前的相干時間內數據幀數的平均傳輸模式數，如果針對非時延敏感
系統，則本發明發送新幀以Step=l的方式發送。
發送數據首先經過CRC編碼，編碼後的數據再經過本發明提出的新型編碼 器，該編碼器可以支持未編碼，巻積碼和Turbo碼，發送端由傳輸模式值Step 決定的編碼方式進行編碼，編碼後的數據先存儲在存儲器中以備重傳時使用， 然後，將發送數據經過調製後送往發射機，設定發送天線數和接收天線數都為 1。本發明也可以運用到多天線系統中。
接收端接收信號後先解調得到軟信息，軟信息根據當前Step的值選擇相適 應的解碼方式，如果Step-l，採用的是未編碼的系統，那麼軟信息可以直接判決; 如果Step:2 N，採用的是巻積碼的系統，那麼軟信息就進入一路MAP解碼器， 進行巻積碼解碼；如果Step-5 M,採用的是Turbo碼系統，那麼軟信息就進入 Turbo碼的串行迭代MAP解碼器，進行迭代解碼。解碼後的信息通過CRC檢 測，如檢測無誤，則發送ACK,發送端繼續發送新幀，如一全測有誤，則更新傳 輸模式(即Step增大一個)，向發送端發送NACK。發送端根據反饋的信息， 相應更新Step值，選擇相對應的編碼方式，並以全遞增冗餘的方式發送編碼後 的部分校驗位，接收端接收到部分校驗位與先前接收的校驗位合併後以Turbo 碼的串行迭代MAP解碼器解碼，如果檢測正確，則發送端發送新幀，如果檢 測有誤，則發送端則繼續更新傳輸模式(即Step增大一個)發送校驗位直到該 編碼方式的41驗位發送完畢，如仍然檢測有誤，則發送端本發明提出的新型編 碼器則更新後的Step決定的編碼，仍以全遞增冗餘的方式發送校驗位，接收端 接收到這部分校驗位與先前接收的校驗位合併後以Turbo碼的串行迭代MAP 解碼器解碼。如果所有的校驗位發送完畢仍然無法正確解碼，那麼發送端以m 型HARQ的方式發送1/2的巻積碼或Turbo碼，如果仍然不能正確解碼，那麼 發送方式以上述的遞增冗餘巻積碼或Turbo碼的方式發送。圖4示出了本發明提出的自適應HARQ方案的流程圖。該流程說明本發明 的具體實施過程，從301開始，發送端開始發送新數據，在303中判斷是否屬 於時延敏感系統，本發明對時延敏感和不敏感系統有不同的應對方式，如果針 對時延敏感系統，那麼在305中發送新幀的Step值，L設為前P幀的平均Step 值(P的值大致接近相干時間內中可以發送的數據幀數)，這樣可以有效地調整 當前幀的編碼方式，減少因重傳引起的時延；如果針對非時延^:感系統，那麼 在307發送新幀是以Step值設為1，即為未編碼方式發送。發送端釆用本發明 提出的新型編碼器，該編碼器可以支持未編碼，巻積碼和Turbo碼，接收端接 收信號後解調出軟信息值，在309中判斷Step值。如果編碼方式是未編碼，那 麼在315對解調後的軟信息直接判決，如果編碼方式是巻積碼，那麼在317巻 積解碼器中對解調後的軟信息進行MAP解碼；如果編碼方式是Turbo編碼，那 麼在313Turbo解碼器中對解調後的軟信息進行迭代MAP解碼。解碼後的數據 在319通過CRC檢測，如檢測無誤，則發送ACK,發送端從303開始繼續發 送新幀，如檢測有誤，則根據設定在321中判斷所有的校驗比特是否都已經被 重傳(Step〈M表示所有的校驗比特還沒有重傳完畢，反之則表示所有的校驗比 特都已經重傳完畢了 )。如果校驗比特沒有傳輸完，那麼在323中就設定需要重 傳的校驗比特，以全遞增冗餘的方式進行重傳，在327中合併重傳的校驗比特， 降低了碼速率後可以提高碼的糾錯能力；如果校驗比特已經傳輸完畢，那麼在 329中重傳的方式變為以可以自解碼的m型HARQ的方式重傳，重傳的信息包 括信息位和校驗位，接收端在331中將接收端存儲的數據信息和重傳的數據信 息作Chase合併後再解碼。
圖5示出了本發明的刪除矩陣示意圖。本發明所設置的冗餘傳輸方式中， N=4， M=8，不同的Step對應不同的編碼方式和刪除方式。圖中的刪除矩陣是
以3個比特為單位，以12個比特(義;，if,z;,;^,"2,z,2,;^,]f，zZ，j^,;j71,《)為周期, l代表保留該位，0代表刪除該位。如圖，Step=l時表示保留x;，x,2,x,3,;r,4，映
9射為未編碼系統，不包含校驗位，Step=2~4時表示對新型編碼器第二路的校驗 位進行刪除和保留，Step=5 8表示對新型編碼器第三路的校驗位進行刪除和保 留，其對應的編碼速率也如圖所示。圖中的冗餘傳輸方式在發送新幀和重傳是 有區別的，如果是傳輸新幀，刪除矩陣就是屍=《+ 2];=,(《為Step/對應的 刪除矩陣)，如Step-3時，對應的刪除矩陣為(110110110100),表示保留的是 J^，C^",lf，《,]f,X,4,即為4/7的巻積碼；如果是重傳，那麼Step控制編碼 器的方式如圖1的說明，Step=2~4，只對第二路編碼後的校驗位進行刪除，接 收端合併後實現了不同速率的巻積碼，Step二5 8，對第三路編碼後的校驗位進行 刪除，接收端合併後實現了不同速率的Turbo碼。
權利要求
1、一種具有新型編解碼器結構的自適應HARQ方案，其特徵在於，根據當前雙向信道的反饋信息和業務對時延敏感的要求，發射機僅利用一套編碼器自適應選擇卷積碼和Turbo碼等編碼方式以及打孔方式，而接收機也僅利用一套解碼器實現了相應碼率的解碼功能。
2、 根據權利要求1所述的自適應HARQ方案的編碼器，其特徵在於，其編 碼器由兩路遞歸巻積碼編碼器組成，實現了巻積碼和Turbo碼作為可選前向糾錯 碼:。
3、 根據權利要求1所述的自適應HARQ方案的解碼器，其特徵在於，其譯 碼器由兩^各MAPi,碼器組成，可以支持巻積碼^澤碼和Turbo碼:澤碼，巻積碼系統 只需要解碼器中第 一路分量MAP解碼器解碼，Turbo碼系統則利用兩路MAP譯 碼器進行串行迭代解碼。
4、 根據權利要求l所述的自適應HARQ方案，其特徵在於，如果發射機接 收到肯定應答(ACK)信號，則繼續發送新幀；如果發射機接收到否定應答(NACK)信號，則先以全遞增冗餘方式重傳，直到所有的校驗比特傳輸完畢， 若仍然不能正確if碼，則以m型HARQ方式重傳直到超過重傳門限為止。
5、 根據權利要求4所述的全遞增冗餘重傳方式，其特徵在於，發射機首先 重傳的是巻積碼的校驗比特，如果不能糾錯，則繼續重傳Turbo碼需要的校驗比 特，而且每增加一次重傳次數，傳輸模式數(Step)增加一個，發射機記錄當 前的傳輸模式數。
6、 根據權利要求4所述的發送新幀方案，其特徵在於，根據數據業務是否 對時延敏感，發射機採取不同方式發送新幀如果對時延不敏感，那麼新幀的 傳輸方式是以未編碼方式發送；如果對時延敏感，那麼新幀的傳輸模式是在該 幀傳輸前的若干發送數據幀的平均傳輸模式數。
全文摘要
公開了一種具有新型編解碼器結構的自適應混合自動重傳請求(HARQ)方法。該編碼器利用兩路遞歸卷積碼編碼器實現了卷積碼和Turbo碼的可選前向糾錯碼編碼功能，該解碼器則由兩路最大後驗概率(MAP)卷積碼解碼器實現了自適應解碼功能。本方法可根據業務對時延敏感性的要求和反饋信息，自適應選擇卷積碼和Turbo碼等編碼方式以及不同的打孔方式，簡化了自適應編碼和解碼的處理，由於編解碼器的結構特點，節約了硬體資源和解碼時間。
文檔編號H04L1/16GK101505213SQ20091007640
公開日2009年8月12日 申請日期2009年1月7日 優先權日2009年1月7日
發明者劉元安, 劉凱明, 剛 謝, 鄧潘亮 申請人:北京郵電大學