CN101001133B - 一种harq合并译码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种CDMA系统中HARQ技术的合并译码方法，旨在充分利用上一次译码接收的信息并结合MRC和Turbo AQR的优点，充分挖掘信道的分集增益，提高接收性能、减少运算量。本发明译码方法包括：同时保存上一次待译码数据和上一次译码输出信息，将接收的重传数据同保存的上一次待译码数据进行最大比合并再进行权值调整，将保存的上一次译码输出信息作为DEC1的初始先验信息，并将保存的上一次译码输出信息同DEC1首次译码输出的外信息相加作为DEC2的初始先验信息，设定Turbo译码器结束迭代译码的条件，当满足预先设定的条件时结束迭代译码，形成最终的译码硬判决。

Description

一种HARQ合并译码方法

技术领域

本发明涉及到采用高速下行分组接入技术(通常简称为HSDPA)的码分多址系统(通常简称为CDMA系统)接收数据合并译码方法，主要涉及HSDPA中的混合自动重传请求(通常简称为HARQ)技术的合并译码方法，属于CDMA蜂窝移动通信中的基带信号处理技术领域。

背景技术

为了适应多媒体服务对高速数据传输日益增长的需要，第三代移动通信合作项目组(通常简称为3GPP)已经公布了一种新的高速数据传输技术-HSDPA，此技术的出现大大加强了下行链路的传输效能。作为HSDPA的关键技术之一，HARQ可以根据信道和译码纠错情况调整数据的有效传输率，在保证正确接收数据的前提下尽可能地提高信道利用率，并且，具有控制简单、终端用户使用费用增长低等优点。通常，HSDPA系统数据接收过程包括解调、物理信道解映射、解交织、解速率匹配、译码和错误检测等若干个环节。其中，解速率匹配又包括第一次解速率匹配、重传合并和第二次解速率匹配等环节。而所谓重传合并是指接收端收到重传数据后，在译码前将上一次传输的数据同重传的数据进行合并，实现分集接收，获取分集增益，以提高译码性能。重传合并通常位于第一次解速率匹配之后，而实际上也可将重传合并设置在第二次解速率匹配之后，或者译码前的其它位置。为方便表述，本发明合并译码方法以重传合并位于第一次解速率匹配之后为例对本发明方法的相关技术特征进行说明，重传合并位于其他位置的技术方案同样适用于本发明合并译码方法。

所谓的HARQ技术是前向纠错编码(通常简称为FEC)与自动请求重传(通常简称为ARQ)结合起来的一种差错控制技术。该技术通过在发送端对数据进行纠错编码，以提高接收正确率，同时接收端对译码后的数据进行错误检测，当检测出错误时则请求发送方重发数据。

为提高数据的纠错译码性能，HARQ技术往往采用Turbo码作为纠错编码。接收端的Turbo译码是通过两个译码器(译码器通常简称为DEC，并分别用DEC1和DEC2来表示两个译码器)不断交换外信息进行迭代译码。通常，某个DEC输出的外信息标志着该DEC的译码可信度，对另一个接收该外信息的DEC来说则是系统信息的先验概率(又称先验信息)。所谓迭代译码，是指Turbo译码的两个译码器相互交换信息，直至译码收敛并给出最终的判决输出，从而完成译码。显然，Turbo译码的计算量较大，不利于通讯信道有效传输率的提高。随着HARQ技术的推广应用，如何利用重传数据，加快收敛速度、减少迭代次数以获取高译码性能、降低运算量成为接收端研究的主要问题。而另一方面，不成功的接收虽然不能给出最终的完全正确的译码数据，但译码完成后DEC2输出的外信息在很大程度上反映了系统信息的分布情况及可信度，可以在重传合并译码中充分利用。

目前，通常采用最大比合并方法(简称为MRC)来获取分集增益，提高译码性能。MRC的主要技术特征是保存上一次不成功译码接收的数据(以下简称为上一次待译码数据)，在接收到重传数据后，先将重传数据与上一次待译码数据进行最大比合并，然后，将其作为待译码数据送入Turbo译码器进行译码。可选用信噪比或信道冲激响应估计功率作为合并权值，仿真表明这两种权值性能相当。仿真表明MRC可以大大提高数据传输质量，但MRC只对接收的数据进行了分集合并，而Turbo译码器的两个DEC的初始外信息(先验信息)均为零，没有利用上次不成功译码的外信息，没能充分挖掘信道的分集增益，延长了译码收敛时间，使得其性能和复杂度不能达到更好。

现有技术中的另一方法是Turbo ARQ，该方法将上一次不成功译码DEC2输出的外信息(以下简称为上一次译码输出信息)保存下来作为本轮重传译码两个DEC的初始先验信息，从而减少了Turbo译码的迭代次数。虽然Turbo ARQ加快了收敛速度从而减少了迭代次数，但是，没有对待译码数据进行分集合并，上次不成功译码的接收数据被完全抛弃，使得其对上一次接收的信息利用不够，没有充分挖掘信道的分集增益，从而实际性能改善并不明显。

发明内容

本发明提出一种CDMA系统中HARQ技术的合并译码方法，旨在充分利用上一次接收的信息并结合MRC和Turbo AQR的优点，充分挖掘信道的分集增益，提高接收性能、减少运算量。本发明合并译码方法包括：首次接收数据时，设定Turbo译码器迭代译码结束条件，当满足前述迭代译码结束条件时结束迭代译码，形成最终的译码硬判决；如果错误检测有错，则接收重传数据，同时保存上一次待译码数据和上一次译码输出信息，将接收的重传数据同保存的上一次待译码数据进行最大比合并，将保存的上一次译码输出信息作为DEC1的初始先验信息，并将保存的上一次译码输出信息同DEC1首次译码输出的外信息相加作为DEC2的初始先验信息，当满足首次接收数据时设定的迭代译码结束条件时结束迭代译码，形成最终的译码硬判决；如果错误检测有错，则按照上述步骤重传合并译码，直至给出正确译码数据或达到最大重传次数。

本发明合并译码方法所称的迭代译码结束条件是指两次迭代结果相同，或者是迭代译码次数达到预先设定的最大迭代次数，其中，预先设定的最大迭代次数的取值范围为4～8次。

本发明合并译码方法所称的上一次不成功译码的待译码数据是指上一次接收并经过最大比合并后的数据。

显然，本发明合并译码方法充分的利用了信道分集增益，控制了Turbo译码过程中的迭代次数(由于不成功译码的待译码数据以及Turbo译码器所产生的外信息都加以了充分利用，迭代次数可以设定得较少)，因此，具有更好的性能和更低的复杂度。

附图说明

图1：现有技术MRC方法的流程示意框图

图2：现有技术Turbo ARQ方法的流程示意框图

图3：本发明合并译码方法的流程示意框图

图4：本发明合并译码方法数据处理流程示意框图

图5：本发明合并译码方法与现有方法吞吐量对比曲线图

图6：本发明合并译码方法与MRC方法平均译码迭代次数对比曲线图

下面结合附图及具体实施方式对本发明合并译码方法做详细的说明。

图1是现有技术MRC方法流程示意框图，由图可知，MRC方法只是将本次重传接收的数据同上一次不成功译码的待译码数据进行最大比合并，然后形成新的待译码数据输入Turbo译码器进行译码，没有保留上一次Turbo译码器DEC2输出的外信息并加以利用。

图2是现有技术Turbo ARQ方法的流程示意框图，与MRC方法不同的是该方法将上一次Turbo译码器DEC2输出的外信息和本次重传接收的数据作为待译码数据输入Turbo译码器进行迭代译码，没有保留上一次译码的待译码数据并加以利用。

图3是本发明合并译码方法数据处理方法示意框图，由图可知，该方法将上一次不成功译码的待译码数据与本次重传接收的数据进行最大比合并后作为待译码数据输入Turbo译码器进行译码，同时，将上一次Turbo译码器DEC2输出的外信息作为本次重传接收Turbo译码器的初始外信息。另外，在Turbo进行迭代译码前，设定结束迭代译码的条件，当满足结束迭代译码的条件时，结束迭代译码，形成最终的译码硬判决。

图4为本发明合并译码方法数据处理流程示意框图。由图可见，本发明合并译码方法接收数据后，首先判断本次接收的数据是新数据还是重传数据，此时可能出现两种情况：

①接收数据是新数据

设定Turbo译码器迭代译码结束条件，直接进行Turbo译码，当满足前述迭代译码结束条件时，译码完成。译码完成后，进行错误检测，如果发现错误，则保存本次待译码数据和DEC2输出的外信息，接收重传数据；否则，结束本次HARQ过程。

②接收数据是重传数据

将本次接收的重传数据同保存的上一次不成功译码的待译码数据进行最大比合并，将经过最大比合并后的数据作为待译码数据输入Turbo进行译码，同时，将保存的上一次不成功译码DEC2输出的外信息作为DEC1的初始外信息，并将保存的上一次译码DEC2输出的外信息与DEC1第一次译码后输出的外信息相加作为DEC2第一次运行时的外信息，当满足首次接收数据时设定的迭代译码结束条件时结束迭代译码，输出译码的硬判决结果。

所谓迭代终止条件是指当本次迭代译码的硬判决结果与上次迭代译码的硬判决结果相同时，或者迭代次数达到预先设定的最大迭代次数时，即结束译码。通常，预先设定的最大迭代次数的取值范围为4～8次。

Turbo译码完成后，进行错误检测或检查重传次数是否达到最大重传次数(HARQ为了避免无休止的重传，由网络端预先设定此参数)。如果未检测到错误，则认为接收正确，结束本次HARQ过程。如果检测到错误但已达到最大重传次数，则放弃重传，结束本次HARQ过程。否则，接收新的重传数据，进行本次HARQ过程的新一轮合并译码操作。

所谓一次HARQ过程是指传输某数据信息块所经历的过程，它由一次新数据传输以及零次或多次重传构成，当终端正确接收到数据或重传次数达到最大重传次数时，该HARQ过程结束。

仿真测试结果

在TD_SCDMA系统的HSDPA上，对采用HARQ的高速下行共享信道(用于承载各用户高层数据，通常简称为HS-DSCH)的吞吐量、Turbo译码迭代次数进行仿真统计。

仿真条件：

1、最大重传次数为4，采用N＝4停等重传方式。

2、纠错码采用编码率为1/3，约束长度为4，生成矩阵为

的Turbo码，最大译码迭代次数为8。

3、QPSK调制，扩频比为16。

4、多径信道用抽头延时线模型产生，分辨率为1/8码片(chip)，衰落采用Jake’s模型，载波频率2GHz。

5、信道参数为3GPP中的PA3(步行3公里/小时)，其时延及功率如表1所示。

表1：PA3信道模型参数

上述仿真条件下本发明合并译码方法与现有技术方法吞吐量对比如图5所示，图中，横坐标表示信噪比(dB)，纵坐标表示吞吐量，曲线MRC-TCP表示本发明合并译码方法的吞吐量与信噪比的变化曲线，曲线MRC表示现有技术MRC方法的吞吐量与信噪比的变化曲线，曲线only Turbo Principle表示现有技术Turbo ARQ的吞吐量与信噪比的变化曲线。图5可知，本发明合并译码方法的吞吐量远远大于现有技术Turbo ARQ，与现有技术MRC方法相当。

图6是在上述仿真条件下，本发明合并译码方法与现有技术MRC合并译码方法平均译码迭代次数的对比曲线。图中，横坐标表示信噪比(dB)，纵坐标表示平均译码迭代次数，曲线MRC-TCP表示本发明合并译码方法的平均译码迭代次数与信噪比的变化曲线，曲线MRC表示现有技术MRC合并译码方法的平均译码迭代次数与信噪比的变化曲线。由图6可以看出，本发明合并译码方法的平均译码迭代次数明显少于现有技术MRC合并译码方法，特别是在低信噪比时更为明显。平均译码迭代次数的减少，在保证了译码性能的前提下缩短了译码时间，提高了信道的利用率。

由于本发明合并译码方法主要是针对采用HARQ技术以及Turbo编码技术的CDMA系统而提出的，所以同样适用于高速上行分组接入(通常简称为HSUPA)技术。本发明合并译码方法还可有其他多种实施例，在不背离本发明合并译码方法的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可相据本发明合并译码方法作出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明合并译码方法的权利要求保护范围。

Claims (3)

1.一种混合自动重传请求技术的合并译码方法，保存上一次不成功译码的待译码数据和上一次不成功译码DEC2输出的外信息，将重传数据与上一次不成功译码的待译码数据进行最大比合并，利用上一次译码输出信息得到本轮重传译码两个DEC的初始先验信息，其特征在于：接收到数据时，判断是否为重传数据，如果接收的数据不是重传数据，设定Turbo译码器迭代译码结束条件，直接进行Turbo译码，当满足前述迭代译码结束条件时结束迭代译码，形成译码硬判决，进行错误检测，如果检测到错误，保存上一次不成功译码的待译码数据和上一次不成功译码DEC2输出的外信息，否则，结束本次HARQ过程；如果接收的数据是重传数据，将本次接收的重传数据同保存的上一次不成功译码的待译码数据进行最大比合并，设定Turbo译码器迭代译码结束条件，将经过最大比合并后的数据作为待译码数据输入Turbo译码器进行译码，同时，将保存的上一次不成功译码DEC2输出的外信息作为DEC1的初始先验信息，并将保存的上一次不成功译码DEC2输出的外信息与DEC1第一次译码输出的外信息相加作为DEC2第一次运行时的初始先验信息，当满足迭代译码结束条件时结束迭代译码，形成译码硬判决；进行错误检测或检查重传次数是否达到最大重传次数，如果未检测到错误，则认为接收正确，结束本次HARQ过程；如果检测到有错且已达到最大重传次数，则放弃重传，结束本次HARQ过程，否则，接收新的重传数据，进行本次HARQ过程的新一轮合并译码操作。

2.根据权利要求1所述合并译码方法，其特征在于：本发明合并译码方法所称的迭代译码结束条件是指本次迭代译码的硬判决结果和上次迭代译码的硬判决结果相同，或者是迭代译码次数达到预先设定的最大迭代次数，其中，预先设定的最大迭代次数的取值范围为4～8次。

3.根据权利要求1所述合并译码方法，其特征在于：本发明合并译码方法所称的上一次不成功译码的待译码数据是指上一次接收并经过最大比合并后的数据。

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