CN100393012C

CN100393012C - 在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法

Info

Publication number: CN100393012C
Application number: CNB021337195A
Authority: CN
Inventors: 陈庆春; 范平志
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-09-09
Also published as: CN1444352A

Abstract

本发明公开了一种在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，其发送端的发送为并行冗余发送：纠错编码后的信道编码分组、经N个穿孔模块的穿孔处理后，生成N个穿孔编码分组；再进行数目为N的并行发送；接收端的接收为并行合并接收：在并行接收到N个穿孔编码分组后，进行解穿孔处理，即通过N个解穿孔模块，恢复出N个解穿孔编码分组；然后，执行码合并处理，即对互为冗余的N个解穿孔编码分组，执行码字符号累加合并和/或码字组合合并，恢复出合并信道编码分组，然后送纠错译码。本方法在有效利用通信系统资源基础上，通过提高分组数据传输可靠性，降低混合自动重发请求系统发送端分组数据阻塞与系统出现反复重传的概率，提高分组数据的传输效率，改善混合自动重发请求系统性能。

Description

在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法

所属技术领域

本发明涉及CDMA(码分多址)蜂窝系统中的分组数据通信，尤其是混合自动重发请求(HARQ，Hybrid Automatic Repeat reQuest)系统中，发送与接收分组数据的技术。

背景技术

在CDMA蜂窝系统中，多个用户共享相同的频带和时隙，通过所分配的扩频序列即信道码(地址码)来实现多址传输。此时系统中存在的对用户接收机的干扰通常包括以下几部分：信道噪声、用户信号多径传输引起的自干扰、小区内其它用户发送引起的多址干扰和小区间用户引起的相邻小区干扰。此外，在无线传播环境下，移动台的接收信号质量还取决于基站与移动台间的距离、路径损失、对数正态衰落和RAYLEIGH短期快衰落等因素。各种干扰的影响以及无线信道下信号的衰落，使得CDMA蜂窝系统中可靠的分组数据传输受到很大影响。作为保障分组数据可靠传输的基本技术，HARQ能有效纠正和恢复在干扰背景和衰落环境下分组数据的传输错误。

HARQ包括前向纠错(FEC，Forward Error Correction)技术与自动重发请求(ARQ，Automatic Repeat reQuest)技术两大类。FEC通过向待传输的分组数据中添加必要的纠错冗余信息，可以在一定范围内有效保护分组数据的可靠传输。在分组数据出错超出纠错编码保护范围时，单纯的FEC技术将无法保证可靠的分组数据传输。ARQ通过重传来应对分组数据接收出错。HARQ将FEC与ARQ两者有机地结合在一起：首先，FEC设法纠正分组数据在传输过程中的常见差错；如果FEC不能纠正分组数据在传输过程中出现的全部错误时，则由接收端请求发送端重传编码分组。HARQ由于同时具有了纠错与出错重传机制，可以显著改善分组数据传输可靠性，并能通过出错重传自适应信道与干扰的动态变化。

由于无线通信环境通常较为恶劣，在信道衰落和干扰状况恶化时，针对同一分组数据，HARQ可能会出现反复重传。过多的反复重传一方面会增加传输延迟，另一方面在发送端引起分组数据的传输阻塞，严重影响HARQ系统的传输性能。在现有HARQ系统中，一般采取以下方法改善系统性能：

a、选择具有强纠错能力的FEC编译码方案来改善HARQ系统性能。

具有强纠错能力的FEC编译码方案适用于信道衰落严重及干扰恶劣情况下的可靠数据通信；但在信道衰落和干扰状况改善时，具有强纠错能力的FEC编译码方案中过多的纠错冗余不利于增加HARQ系统的有效数据传输。

b、结合码合并技术，根据信道衰落和干扰状况的变化情况，通过调整出错重传编码分组格式来改善HARQ系统性能。

根据不同的信道衰落和干扰状况，HARQ系统可以通过合理选择出错重传编码分组，充分利用出错重传机制和码合并技术，在分组数据的传输可靠性与传输效率间取得合理的折衷，即：减少信道衰落和干扰恶化情况下分组数据的重复发送次数，增加信道衰落和干扰改善时的有效数据传输。

中国CN01134954号专利申请(“在自动重发请求系统中使用确认的盲型链路适配方法”，韩国LG电子株式会社，2002年6月19日；)将可变多码传输等链路自适应技术与ARQ系统结合在一起：系统根据接收端反馈的肯定应答(ACK，ACKnowledgment)或否定应答(NAK，Negative AcKnowledgment)的变化，动态调整多码传输数以自适应信道条件的变化。该专利采用多码技术的目的，并不是为了提供对应同一分组数据的多个编码分组的并行发送，而旨在提供可变数据速率的分组数据传输，即多码传输对应的是多份不同的分组数据。欧洲EP1211840号专利申请(Hybrid ARQ with parallel packett ransmission，“具有并行分组发送的混合自动重发请求”，美国朗讯科技公司，2002年6月5日)提出的“并行分组发送”，其针对的是“多信道停等ARQ协议”中不同编码分组从不同的时隙发送；在某一个指定时隙中，发送端将只发送一个编码分组。

总之，在现有HARQ的发送和接收处理方案中，发送端一次只发送对应于分组数据的一份编码分组，或出错时只重传一份编码分组；接收端在每次接收时将只能接收到对应于一个分组数据的一份编码分组，即现有HARQ系统所采用的是串行发送与串行接收的处理机制。无论选择“具有强纠错能力的FEC编译码方案”，或“结合码合并技术，根据信道衰落和干扰状况的变化情况，调整出错重传编码分组格式”，HARQ系统性能仍然受限于串行发送与串行接收处理机制，存在诸多缺陷：其一，在信道衰落加剧和干扰恶化时，为保证分组数据的传输可靠性，将可能出现过多的反复重传，进而导致发送端出现分组数据阻塞，降低系统的数据传输效率。其二，限制了码合并对HARQ系统性能的改进。无论码合并采用什么实现形式--信道码字符号累加合并和信道码字组合合并，其对HARQ系统性能改进的前提是接收端必须有足够的冗余信息；而现有HARQ的串行(单份)发送和串行(单份)接收方案只能利用时间分集--通过后续出错重传获取足够的冗余信息。其三，不能充分利用CDMA蜂窝系统中现有技术所提供的多份编码分组的并行发送与并行接收能力，如交织与多码技术和V-BLAST(Vertical Bell labs Layered Space-Timewireless architecture)发射分集技术所提供的码分集与空间分集，以进一步改进HARQ系统性能。

本发明的目的是提供一种在HARQ系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法。该方法在有效利用通信系统资源基础上，通过提高分组数据传输可靠性，降低HARQ系统发送端分组数据阻塞与系统出现反复重传的概率，提高分组数据的传输效率，改善HARQ系统性能。

发明内容

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：

一种依次由发送端的检错编码、纠错编码、发送，接收端的接收、纠错译码、差错校验，以及接收端将校验信息反馈至发送端等步骤组成的HARQ系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，其特点为：发送端的发送为并行冗余发送：纠错编码后的信道编码分组、经N个(N＞1)个穿孔模块的穿孔处理后，生成N个穿孔编码分组，再进行数目为N的并行发送；接收端的接收为并行合并接收：在并行接收到N个穿孔编码分组后，进行解穿孔处理，即通过N个解穿孔模块，恢复出N个解穿孔编码分组；然后，执行码合并处理，即对互为冗余的N个解穿孔编码分组，执行码字符号累加合并和/或码字组合合并，恢复出合并信道编码分组，并送纠错译码。

本发明的有益效果是：发送端在每次发送和出错重传时，实现了同一分组数据的多份穿孔编码分组的并行发送；接收端采用对应技术并行接收多份穿孔编码分组后，通过码合并处理，充分利用并行发送的冗余信息，在有效利用通信系统资源基础上，通过提高分组数据传输可靠性，降低HARQ系统发送端分组数据阻塞与系统出现反复重传的概率，提高分组数据的传输效率，改善HARQ系统性能。

上述并行发送和并行接收采用交织与多码技术：

发送端：并行发送数目N等于CDMA分组数据通信系统分配的正交信道码数目；通过N-1个交织模块，对N个穿孔编码分组进行交织去相关处理；再使用分组数据通信系统所分配的N个正交信道码扩频后，从不同的N个码道并行发送；

接收端：通过N个匹配接收模块并行接收数据后，用(N-1)个解交织模块，从N个正交信道的并行接收数据中恢复出N个穿孔编码分组。

在采用交织与多码技术实现并行发送与并行接收时，发送端使用(N-1)个交织模块，对N个并行发送的穿孔编码分组进行交织去相关处理，接收端使用(N-1)个解交织模块，对N个并行接收的编码分组解交织处理以恢复出N个接收穿孔编码分组后，N个接收穿孔编码分组所经历的信道衰落和信道噪声接近于互不相关，从而有利于改善码合并性能。

上述并行发送和并行接收也可采用V-BLAST发射分集技术：

发送端：并行发送数目N等于发送端发射天线数；使用CDMA分组数据通信系统分配的正交信道码扩频后，从N个发射天线并行发送N个穿孔编码分组；

接收端：使用匹配接收模块，从接收天线并行接收到的数据，由V-BLAST信号处理模块，恢复出N个穿孔编码分组。

在配置了多个发射、接收天线的V-BLAST发射分集系统中，由于多个天线被分隔得足够远，信道衰落和信道噪声对并行发送的N个穿孔编码分组的影响是相互独立的，这一性质将有利于改善码合并性能。

上述N个穿孔模块与N个解穿孔模块的穿孔模式，能自适应地接受分组数据通信系统的调整，当分组数据出错重传频度上升或下降时，相应增加或减少穿孔编码分组中的冗余信息。

这种动态调整穿孔模式的策略，可以在信道衰落加剧与干扰状况恶化时，使后续分组数据编码后生成的N个穿孔编码分组具有更多冗余，以降低HARQ系统出错重传的概率，提高分组数据传输性能；反之，减少N个编码分组的冗余信息，增加有效分组数据传输以充分利用无线信道容量。穿孔模式的动态调整，可以有效兼顾HARQ系统中分组数据的传输效率与传输可靠性。

上述码合并处理，即对互为冗余的N个解穿孔编码分组，执行码字符号累加合并和/或码字组合合并的具体方法为，对重复数据执行码字符号累加合并，而对非重复数据执行码字组合合并，生成的合并信道编码分组送纠错译码及差错校验。

经交织与多码技术或者V-BLAST发射分集技术并行发送与并行接收N个穿孔编码分组，并经过N个解穿孔模块，恢复出的N个解穿孔编码分组经历的信道衰落与信道噪声是互不相关的。理论分析和相关研究表明，在这种情况下，信道码字符号累加合并可以有效改善合并信道编码分组中码字符号的有效信干比；信道码字组合合并能有效改进合并信道编码分组的纠错性能。因此，并行接收到N个解穿孔编码分组经过码合并处理后，将显著改善分组数据的传输可靠性，进而降低发送端分组数据阻塞，以及分组数据因接收出错而引起的反复发送概率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1本发明实施例1(交织与多码技术)的结构概图

图2本发明实施例2(V-BLAST发射分集技术)的结构概图

具体实施方式

实施例1：

图1示出，一种由发送端的检错编码、纠错编码、发送，接收端的接收、纠错译码、差错校验，以及接收端将校验信息反馈至发送端等步骤组成的混合自动重发请求系统中，并行冗余发送与并行合并接收分组数据的实施方法为：

发送端的发送为并行冗余发送：发送端信源数据经检错编码、纠错编码后的信道编码分组暂存于发送端缓存器中，经N个穿孔模块的穿孔处理后，生成N个穿孔编码分组；发送端采用(N-1)个交织模块，对N个穿孔编码分组进行交织去相关处理后，使用分组数据通信系统所分配的N个正交信道码(如沃尔什(Walsh)码，正交可变扩频增益(0VSF)码)扩频后，实现从不同的N个码道并行发送N个穿孔编码分组。并行发送数目N等于CDMA分组通信系统所分配的正交信道码数目N。

接收端的接收为并行合并接收：接收信号经过N个匹配模块并行接收，并通过(N-1)个解交织模块进行解交织处理后，并行接收到N个穿孔编码分组；再通过N个解穿孔模块进行解穿孔处理，恢复出N个解穿孔编码分组；然后，执行码合并处理，即对互为冗余的N个解穿孔编码分组，执行码字符号累加合并和/或码字组合合并，恢复出合并信道编码分组，送纠错译码和差错校验；接收端将差错校验信息反馈至发送端；在差错校验正确时，得到接收端恢复数据，系统转入对新的信源分组数据的发送与接收处理。若差错校验错误时，则向发送端发出重传请求，HARQ系统重新执行该分组数据的并行冗余发送和并行合并接收。合并信道编码分组经纠错译码后差错校验正确、得到接收端恢复数据，或重复次数达到了HARQ系统限定的最大次数时，HARQ系统终止重复发送，系统转入对新的信源分组数据的并行冗余发送与并行合并接收处理。

接收端在码合并处理中，对互为冗余的N个解穿孔编码分组，执行码字符号累加合并和/或码字组合合并，即对重复数据执行码字符号累加合并，而对非重复数据执行码字组合合并；生成的合并信道编码分组送接收端缓存器，并送纠错译码及差错校验。发送端缓存器与接收端缓存器将在合并信道编码分组纠错译码后，差错校验正确或重复发送终止时清空，以便发送端和接收端转入对新的分组数据的发送与接收处理。

N个穿孔模块与N个解穿孔模块的穿孔模式，能自适应地接受分组数据通信系统的调整，当分组数据出错重传频度上升或下降时，相应增加或减少穿孔编码分组中的冗余信息。

实施例2：

图2示出，本发明实施例2的方法中，并行发送和并行接收采用V-BLAST发射分集技术。在发送端，使用分组数据通信系统分配的正交信道码扩频后，从N个发射天线并行发送N个穿孔编码分组。并行发送数目N等于发送端发射天线数N。接收端的接收为并行合并接收：使用匹配接收模块，从接收天线并行接收到的数据，由V-BLAST信号处理模块，恢复出N个穿孔编码分组。匹配接收模块数M与分组数据通信系统接收天线数M相同。

本实施例，除以上的并行发送与并行接收步骤与实施1不同以外，其余步骤与实施例1相同。

本发明选择采用实施例1或是实施例2的参考原则为：

若CDMA蜂窝分组数据通信系统使用了天线发射分集，特别是在收发端配置有多个发射天线与多个接收天线时，本发明宜采用实施例2的方法。若CDMA蜂窝分组数据通信系统能为HARQ系统分配N个正交信道码，则本发明宜采用实施例1的方法。

本发明给出了在HARQ系统统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，并行发送数目N大于1，即并行发送数目至少为两个以上时，才能实现本发明的目的。但在并行发送数目N等于1时，HARQ系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法将退化为传统HARQ系统中的串行发送与串行接收方案，故本发明与现有HARQ系统自然兼容。

在CDMA蜂窝系统分组数据通信中，HARQ系统采用本发明将不会显著增加设备的复杂性。

如果使用交织与多码技术实现并行发送与并行接收，则发送端与接收端设备复杂性将与CDMA蜂窝系统采用多码技术方案时的复杂性相当。所增加的模块仅为发送端与接收端的N个穿孔模块与N个解穿孔模块，以及(N-1)个交织模块与(N-1)个解交织模块。

如果使用V-BLAST发射分集技术实现并行发送与并行接收，则发送端与接收端设备复杂性与CDMA蜂窝系统采用V-BLAST发射分集技术方案时的复杂性相当。所增加的模块仅为N个穿孔模块与N个解穿孔模块。

需要指出，在采用交织与多码技术实现HARQ系统中穿孔编码分组的并行发送与并行接收处理时，CDMA蜂窝分组数据通信系统可以通过高层信令与控制信道，动态调整某一目标用户编码分组的并行发送数目N。即在CDMA蜂窝系统信道码资源富余时，增加分配信道码数目，并相应在发送端与接收端增加穿孔模块、交织模块与解穿孔模块、解交织模块，即可增加并行发送数目；反之可通过减少分配信道码数目，取消部分穿孔模块、交织模块与解穿孔模块、解交织模块，从而减少并行发送数目。在使用交织与多码技术实现穿孔编码分组的并行发送与并行接收时，并行发送数目N的动态调整策略将增加CDMA蜂窝系统的资源管理及设备实现的复杂性。

显然，本发明适用于现有的三类HARQ系统(I类、II类和III类)和现有的三类ARQ协议(“停等ARQ”、“退N步ARQ”和“选择重传ARQ”)。

Claims

1.一种在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，依次由发送端的检错编码、纠错编码、发送，接收端的接收、纠错译码、差错校验，以及接收端将校验信息反馈至发送端等步骤组成，其特征在于：

a、所述发送端的发送为并行冗余发送：纠错编码后的信道编码分组、经N(N＞1)个穿孔模块的穿孔处理后，生成N个穿孔编码分组；再进行数目为N的并行发送；

b、所述接收端的接收为并行合并接收：在并行接收到N个穿孔编码分组后，进行解穿孔处理，即通过N个解穿孔模块，恢复出N个解穿孔编码分组；然后，执行码合并处理，即对互为冗余的N个解穿孔编码分组，执行码字符号累加合并和/或码字组合合并，恢复出合并信道编码分组，然后送纠错译码。

2.如权利要求1所述的一种在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，其特征在于：所述并行发送和并行接收采用交织与多码技术：

a、发送端：并行发送数目N等于分组数据通信系统分配的正交信道码数目；通过N-1个交织模块，对N个穿孔编码分组进行交织去相关处理；再使用分组数据通信系统所分配的N个正交信道码扩频后，从不同的N个码道并行发送；

b、接收端：通过N个匹配接收模块并行接收数据后，用N-1个解交织模块，从N个正交信道的并行接收数据中恢复出N个穿孔编码分组。

3.如权利要求1所述的一种在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，其特征在于：所述并行发送和并行接收采用V-BLAST发射分集技术：

a、发送端：并行发送数目N等于发送端发射天线数；使用分组数据通信系统分配的正交信道码扩频后，从N个发射天线并行发送N个穿孔编码分组；

b、接收端：使用匹配接收模块从接收天线并行接收到的数据，由V-BLAST信号处理模块，恢复出N个穿孔编码分组。

4.如权利要求1所述的一种在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，其特征在于：所述N个穿孔模块与N个解穿孔模块的穿孔模式，能自适应地接受分组数据通信系统的调整，当分组数据出错重传频度上升或下降时，相应增加或减少穿孔编码分组中的冗余信息。

5.如权利要求1所述的一种在混合自动重发请求系统中并行冗余发送与并行合并接收分组数据的方法，其特征在于：所述的码合并处理，即对互为冗余的N个解穿孔编码分组，执行码字符号累加合并和/或码字组合合并的具体方法为，对重复数据执行码字符号累加合并，而对非重复数据执行码字组合合并，恢复出合并信道编码分组，然后送纠错译码及差错校验。