CN101047482A - 一种基于译码可靠度的混合自动重传请求方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于译码可靠度的混合自动重传请求方法，包括：当接收端译码失败后，执行下列步骤：采用长度为L的滑动窗从首码位开始滑动，分别统计出每一个窗内码位的对数似然值LLR绝对值之和或平均值；将统计出的所述和值或平均值最小的一个滑动窗、或者所述和或平均值较小的多个滑动窗的索引信息或滑动窗的位置索引信息发送给发射端；所述发射端根据接收端发送的一个或多个滑动窗的索引信息或滑动窗的位置索引信息选择对应码位的比特重传。本发明能减少采用基于译码可靠度的混合自动重传请求方案时反向重传请求信息量。

Description

一种基于译码可靠度的混合自动重传请求方法

技术领域

本发明涉及通信系统，尤其涉及一种基于译码可靠度的混合自动重传请求(Reliability-based Hybrid Automatic Repeat Request，RB-HARQ)方法。

背景技术

在通信系统中，为了提高系统的可靠传输，采用前向纠错(Forward ErrorCorrection，FEC)编码和自动重传请求(Automatic Repeat Request，ARQ)两种方案。FEC方案由于传输机制简单，系统延迟小而普遍用于实时要求较高的场合；而ARQ方案用于传输精度高而实时性要求低的场合。而将两者结合起来即混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat Request，HARQ)能取得较好的传输性能。根据HARQ中前向纠错码在接收端合并的方式，HARQ主要有以下两种：Chase合并(Chase Combining)和增量冗余型(IncrementalRedundancy，IR)HARQ。Chase合并中，发射端每次重传使用相同的FEC编码数据分组，接收端存储错误的分组，接收端的解码器根据接收到的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)加权组合这些发送分组的拷贝。这样，获得了时间分集增益。增量冗余型HARQ考虑了无线传播信道的时变特性。在首次传输数据块时没有或带有少量的冗余。如果传输失败，则进行重传。重传的数据块不是首次所传数据块的复制，而是增加了其中的冗余部分。在接收端将两次收到的数据块进行合并，编码速率会有所降低而提高了编码增益。

Chase合并与增量冗余HARQ都是从前向纠错码在接收端的合并方式的角度进行考虑，而J.M.Shea在分析软输入输出(SISO)译码系统的基础上，提出了一种基于译码可靠度的混合自动重传请求(RB-HARQ)方案，参见文献J.M.Shea，“Reliability-based hybrid ARQ”，IEEE Electronic Letters，vol.38，PP.644-645，Jun 2002。在SISO译码系统中，译码器计算信息比特的对数似然比(Log-Likelihood Ratio，LLR)，如下式(1)：

$L\left({\mathrm{\μ}}_k\right)=$ $\log \left(\frac{p({\mathrm{\μ}}_k=+1|r)}{p({\mathrm{\μ}}_k=-1|r)}\right)---\left(1\right)$

式中r为接收码字，μ_k表示发送码字的第k个码位。

仿真结果表明，具有较小|LLR|值(LLR绝对值)的码位译码出错的概率较大，具有较小的可靠度；具有较大|LLR|值的码位译码出错的概率较小，具有较大的可靠度。

在RB-HARQ方案中，如果接收端译码失败，将会选择L个具有最低|LLR|的码位，并反馈这L个码位的位置信息给发射端请求重传。具体L值由系统设定。如果接收端译码正确，发送确认信息ACK给发射端。

虽然RB-HARQ方案可以使系统传输性能得到提高，但是因为当译码出错时需要重传|LLR|最小的L个码位的位置信息，而实际上，L个码位的位置信息的总信息量是很大的，这也是RB-HARQ方案在实际应用中会遇到的一个主要障碍。例如，对于一个码长为1000比特的编码系统，将约需要10个比特的索引来表示每个码位的位置信息。如果接收端需要向发射端请求30个比特的重传(即L＝30)，则接收端需要向发射端传送30个码位的位置信息，这样重传请求分组数据约需要300比特，反向重传请求分组的冗余量约为30％。由此可见，基于可靠度的RB-HARQ方案虽然提高了前向信道的通道利用率，但是反向重传请求的信息量很大，这就限制了RB-HARQ在实际通信系统中的应用。

发明内容

本发明提供一种基于译码可靠度的混合自动重传请求方法，用以解决现有技术RB-HARQ方案反向重传请求信息量大的问题。

本发明方法包括：当接收端译码失败后，执行下列步骤：

A、采用长度为L的滑动窗按滑动间隔从首码位开始滑动，分别统计出每一个窗内码位的对数似然值LLR绝对值之和或平均值；

B、将统计出的所述和值或平均值最小的一个滑动窗、或者所述和或平均值较小的多个滑动窗的索引信息或滑动窗的位置索引信息发送给发射端；

C、所述发射端根据接收端发送的所述一个或多个滑动窗的索引信息或滑动窗的位置索引信息选择对应码位的比特重传。

所述步骤A中，在统计每一个窗内码位的LLR绝对值之和或平均值时，进行下列处理：

设定一个LLR门限值；

将窗内每一个码位的LLR绝对值与设定的门限值进行比较；当码位的LLR绝对值大于所述门限值时，将该码位的LLR绝对值置换为所述门限值或置换为大于所述门限值的一个预设的固定值；当码位的LLR绝对值小于等于所述门限值时，保持码位的LLR绝对值不变；

将窗内各码位对应的LLR绝对值进行累加，得到所述和值；利用得到的和值除以窗内码位个数，得到所述平均值。

所述步骤B中，接收端将所述滑动窗内的第一码位索引信息发送给发射端；或者

接收端将所述滑动窗内的第一码位和最后码位的码位索引信息发送给发射端。

所述滑动窗的长度L为1/4码长，滑动窗滑动间隔为L、1/2L或3/5L。

根据本发明的上述方法，在所述步骤A之前还包括：

接收端判断重传次数是否达到预设值，若否，执行所述步骤A-C；

若重传次数达到预设值，向发射端返回非确认消息NACK，结束重传。

所述滑动窗的索引信息按照滑动窗从首码位滑动到末码位的顺序依设定的规律变化；发射端接收到接收端发送的滑动窗索引信息后，根据设定的滑动窗长度、滑动窗的滑动间隔和滑动窗索引信息的变化规律确定出对应的码位比特进行重传。

所述滑动窗的索引信息采用多个比特位的二进制数按从大到小或从小到大的规律变化。

所述比特位数根据所述滑动窗从首码位开始按照设定滑动间隔依次滑动到末码位时需要的滑动窗个数确定。

根据本发明的上述方法，预先在发射端存储长度为L的滑动窗的索引信息和码位的对应关系；发射端接收到接收端发送的滑动窗索引信息后，根据存储的所述对应关系选择对应码位的比特重传。

本发明技术方案带来的有益效果如下：

(1)本发明采用滑动窗机制，当接收端译码失败后，采用长度为L的滑动窗从首码位开始滑动，通过统计出每一个窗内码位的|LLR|之和或平均值；将|LLR|之和或平均值最小的一个滑动窗、或较小的多个滑动窗的位置索引信息或滑动窗索引信息发送给发射端；由发射端根据位置索引信息或滑动窗索引信息选择对应码位的比特重传。由于本发明仅需向发射端传送滑动窗的位置索引信息或滑动窗索引信息，不需要向发射端发送需要重传的每一个码位的位置信息，大大减少了反向重传请求信息量。

(2)由于本发明选择的滑动窗是|LLR|之和或平均值最小或较小的的滑动窗，这样，该滑动窗内各码位的|LLR|较小的概率会比较大；而根据RB-HARQ方案，码位的|LLR|较小，则该码位译码出错的概率较大；因此，本发明重传这些译码出错概率大的码位比特，满足重传要求。

附图说明

图1为数据包发送流程图；

图2为本发明自动重传请求方法实施例一流程图；

图3为本发明自动重传请求方法实施例二流程图；

图4(a)为滑动窗长度为1/4码长、滑动窗滑动间隔为L的滑动窗排列示意图；

图4(b)为滑动窗长度为1/4码长、滑动窗滑动间隔为1/2L的滑动窗排列示意图；

图4(c)为滑动窗长度为1/4码长、滑动窗滑动间隔为3/5L的滑动窗排列示意图。

具体实施方式

发射端向接收端发送分组数据包(packet)的具体流程实例如图1所示，包括如下具体步骤：

步骤S11、发射端选择一个待发送的新的分组数据包，并在该数据包中加入循环冗余码校验(CRC)信息进行信道编码；

步骤S12、将接收端重传次数置0；

步骤S13、发射端将编码后的整个分组数据包或需要重传的比特发送给接收端；

当该分组数据包第一次传输时，发送整个分组数据包；当收到接收端的重传请求后，仅发送需要重传的相应码位的比特信息；

步骤S14、接收端对接收的编码数据进行译码；

步骤S15、接收端对译码后的数据进行CRC校验，并判断CRC校验是否成功；如果CRC校验成功，执行步骤S16；否则，执行步骤S17；

步骤S16、接收端向发射端返回确认消息ACK，转至步骤S11；

步骤S17、接收端将重传次数加1；

步骤S18、接收端判断重传次数是否达到预设值；如果重传次数没有达到预设值，则执行步骤S19，否则执行步骤S20；

步骤S19、接收端选择重传码位，并通知给发射端；转至步骤S13；

步骤S20、接收端向发射端返回非确认消息NACK，转至步骤S11。

本发明对上述步骤S19中如何选择重传码位并通知给发射端的方法进行改变。根据前述对现有技术的RB-HARQ方案描述可知，现有技术中，当译码错误需要重传时，接收端需要将|LLR|最小的L个码位的位置信息发送给发射端，从而使得反向重传请求信息量较大；为此，本发明提供一种反向重传请求信息量小的RB-HARQ方法。下面结合附图用具体实施例对本发明方法进行详细描述。

实施例一：

接收端向发射端发送滑动窗的位置索引信息，发射端根据滑动窗的位置索引信息选择对应码位的比特重传。

参见图2，本发明实施例一包括如下步骤：

步骤S21、采用长度为L的滑动窗从首码位开始滑动，分别统计出每一个窗内码位的|LLR|之和或平均值；

步骤S22、将统计出的|LLR|和值或平均值最小的一个滑动窗、或者和值或平均值较小的多个滑动窗的位置索引信息发送给发射端；

步骤S23、发射端根据接收端发送的位置索引信息选择对应码位的比特重传。

具体实施方法如下：

在发射端预先设置滑动窗的长度为L，当接收端译码失败后，采用长度为L的滑动窗从首码位开始滑动，并统计窗内各码位的|LLR|之和LLR_Sum或平均值 LLR_Sum；

${(\mathrm{LLR}\_\mathrm{Sum})}_j=\underset{j}{\overset{j+L-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{LLR}}_j\right|$

${\left(\stackrel{\‾}{\mathrm{LLR}\_\mathrm{Sum}}\right)}_j=\frac{1}{L}\underset{j}{\overset{j+L-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{LLR}}_j\right|$

(LLR_Sum)_j表示第j个滑动窗内|LLR|之和，L为滑动窗的长度， (LLR_Sum)j表示第j个滑动窗内的|LLR|的平均值；

选择具有最小LLR_Sum值或最小 (LLR_Sum)值的滑动窗W，并将该窗内的第一码位与最后码位的码位索引信息传送给发射端，发射端根据接收端发送的码位索引信息选择相应码位的比特进行重传。

在计算滑动窗内的|LLR|值之和或者平均值之前，可以先对各码位的|LLR|值做些处理，该处理可以用一个函数Function来表示，即

LLR＝Function(LLR)

函数Function可以表示如下：

其中LLR_Threshold为设定的码位的对数似然值LLR的门限值。

上述处理过程为：将窗内各码位的|LLR|与设定的门限值进行比较；当码位的|LLR|大于设定的门限值LLR_Threshold时，将该码位的|LLR|置换为门限值LLR_Threshold；当码位的|LLR|小于等于所述门限值时，保持码位的|LLR|不变；

另外，当码位的|LLR|大于门限值LLR_Threshold时，也可以将该码位的|LLR|置换为大于该门限值的一个预设的固定值。

在上述实施例一中，由于滑动窗长度L对发射端和接收端来说都是已知的(L值可预先由系统设定)，因此可以只选择具有最小LLR_Sum值或最小(LLR_Sum)值的滑动窗内的第一码位的索引信息传送给发射端，发射端根据滑动窗内第一码位的索引信息以及L值来选择相对应的比特进行重传。

在上述实施例一中，还可以选择若干个具有较小LLR_Sum值或 (LLR_Sum)值的滑动窗，并将这些滑动窗内的第一码位索引信息或第一码位和最后码位的码位索引信息传送给发射端，发射端根据这些码位索引信息选择相对应的比特进行重传。

在上述实施例一中，滑动窗的设定长度L可为1/4码长，滑动窗滑动间隔可为L、1/2L或3/5L。

实施例二：

接收端向发射端发送滑动窗的索引信息，发射端根据滑动窗的索引信息选择对应重传比特进行重传。

在该实施例二中，又分为两种情况：

第一种情况：滑动窗的索引信息不按规律变化，对每一个滑动窗可以随意指定一个对应的索引信息。

参见图3，本发明实施例二第一种情况下的步骤流程：

步骤S31、采用长度为L的滑动窗从首码位开始滑动，分别统计出每一个窗内码位的|LLR|之和或平均值；

步骤S32、将统计出的和值或平均值最小的一个滑动窗的索引信息、或者和值或平均值较小的多个滑动窗的索引信息发送给发射端；

步骤S33、发射端根据接收端发送的滑动窗的索引信息及预先存储的滑动窗索引信息和码位的对应关系，确定出对应的码位比特进行重传。

在图3所示流程中，是假设滑动窗的索引信息没有按照滑动窗从首码位滑动到末码位的顺序依设定的规律变化，因此，在这种情况下，需要预先在发射端存储长度为L的每一个滑动窗的索引信息和码位的对应关系；当发射端接收到接收端发送的滑动窗索引信息后，根据存储的对应关系确定出对应的码位比特进行重传。

第二种情况：滑动窗的索引信息按设定的规律变化。即：

滑动窗的索引信息按照滑动窗从首码位滑动到末码位的顺序依设定的规律变化；这样，发射端接收到接收端发送的滑动窗索引信息后，可以根据设定的滑动窗长度、滑动窗的滑动间隔和滑动窗索引信息的变化规律确定出对应的码位比特进行重传。

例如：滑动窗的索引信息可以采用多个比特位的二进制数按从大到小或从小到大的规律变化。具体比特位数根据滑动窗从首码位开始按照设定滑动间隔依次滑动到末码位时需要的滑动窗个数确定。

下面对滑动窗的索引信息采用多个比特位的二进制数按规律变化进行举例说明。

参见图4(a)，当滑动窗滑动间隔为L时，为了便于阐述，不妨令L为整个码长的1/4，那么整个码长就可分为4个滑动窗，每个滑动窗长度为L，因此4个滑动窗可以用索引1、2、3、4分别表示，这样表示每个滑动窗索引只需2个比特的二进制数，即用00、01、10和11来分别表示4个滑动窗的索引信息。这时，在选择重传码位时，只需选择4个滑动窗中具有最小LLR_Sum值或 (LLR_Sum)值的滑动窗，并将该滑动窗的索引信息传送给发射端，发射端可以根据设定的滑动窗长度L、滑动窗的滑动间隔L和滑动窗索引信息的变化规律(从大到小排列或从小到大排列)确定出对应的码位比特进行重传。

参见图4(b)，当滑动窗滑动间隔为1/2L时，仍然令L为整个码长的1/4，那么整个码长就可分为7个滑动窗，每个滑动窗长度为L，因此7个滑动窗可以用索引1、2、3、4、5、6、7分别表示，这样表示每个滑动窗索引只需3个比特的二进制数，例如用000、001、010、011、100、101、110来分别表示7个滑动窗的索引信息。这时，在选择重传码位时，只需选择7个滑动窗中具有最小LLR_Sum值或 (LLR_Sum)值的滑动窗，并将该滑动窗的索引信息传送给发射端，发射端可以根据设定的滑动窗长度L、滑动窗的滑动间隔1/2L和滑动窗索引信息的变化规律(从大到小排列或从小到大排列)确定出对应的码位比特进行重传。

参见图4(c)，当滑动窗滑动间隔为3/5L时，仍然令L为整个码长的1/4，那么整个码长就可分为6个滑动窗，每个滑动窗长度为L，因此6个滑动窗可以用索引1、2、3、4、5、6、分别表示，这样表示每个滑动窗索引只需3个比特的二进制数，例如用000、001、010、011、100、101、来分别表示6个滑动窗的索引信息。这时，在选择重传码位时，只需选择6个滑动窗中具有最小LLR_Sum值或 (LLR_Sum)值的滑动窗，并将该滑动窗的索引信息传送给发射端，发射端可以根据设定的滑动窗长度L、滑动窗的滑动间隔3/5L和滑动窗索引信息的变化规律(从大到小排列或从小到大排列)确定出对应的码位比特进行重传。

综上所述，本发明采用滑动窗机制，当接收端译码失败后，采用长度为L的滑动窗从首码位开始滑动，通过统计出每一个窗内码位的|LLR|之和或平均值；将|LLR|之和或平均值最小的一个滑动窗、或较小的多个滑动窗的位置索引信息或滑动窗索引信息发送给发射端；由发射端根据位置索引信息或滑动窗索引信息选择对应码位的比特重传。由于本发明仅需向发射端传送滑动窗的位置索引信息或滑动窗索引信息，不需要向发射端发送需要重传的每一个码位的位置信息，大大减少了反向重传请求信息量。

由于本发明选择的滑动窗是|LLR|之和或平均值最小或较小的的滑动窗，这样，该滑动窗内各码位的|LLR|较小的概率会比较大；而根据RB-HARQ方案，码位的|LLR|较小，则该码位译码出错的概率较大；因此，本发明重传这些译码出错概率大的码位比特，满足重传要求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1、一种基于译码可靠度的混合自动重传请求方法，其特征在于，包括：当接收端译码失败后，执行下列步骤：

A、采用长度为L的滑动窗按滑动间隔从首码位开始滑动，分别统计出每一个窗内码位的对数似然值LLR绝对值之和或平均值；

B、将统计出的所述和值或平均值最小的一个滑动窗、或者所述和或平均值较小的多个滑动窗的索引信息或滑动窗的位置索引信息发送给发射端；

C、所述发射端根据接收端发送的所述一个或多个滑动窗的索引信息或滑动窗的位置索引信息选择对应码位的比特重传。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，在统计每一个窗内码位的LLR绝对值之和或平均值时，进行下列处理：

设定一个LLR门限值；

将窗内每一个码位的LLR绝对值与设定的门限值进行比较；当码位的LLR绝对值大于所述门限值时，将该码位的LLR绝对值置换为所述门限值或置换为大于所述门限值的一个预设的固定值；当码位的LLR绝对值小于等于所述门限值时，保持码位的LLR绝对值不变；

将窗内各码位对应的LLR绝对值进行累加，得到所述和值；利用得到的和值除以窗内码位个数，得到所述平均值。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，接收端将所述滑动窗内的第一码位索引信息发送给发射端；或者

接收端将所述滑动窗内的第一码位和最后码位的码位索引信息发送给发射端。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑动窗的长度L为1/4码长，滑动窗滑动间隔为L、1/2L或3/5L。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A之前还包括：

接收端判断重传次数是否达到预设值，若否，执行所述步骤A-C；

若重传次数达到预设值，向发射端返回非确认消息NACK，结束重传。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑动窗的索引信息按照滑动窗从首码位滑动到末码位的顺序依设定的规律变化；发射端接收到接收端发送的滑动窗索引信息后，根据设定的滑动窗长度、滑动窗的滑动间隔和滑动窗索引信息的变化规律确定出对应的码位比特进行重传。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述滑动窗的索引信息采用多个比特位的二进制数按从大到小或从小到大的规律变化。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述比特位数根据所述滑动窗从首码位开始按照设定滑动间隔依次滑动到末码位时需要的滑动窗个数确定。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，预先在发射端存储长度为L的滑动窗的索引信息和码位的对应关系；发射端接收到接收端发送的滑动窗索引信息后，根据存储的所述对应关系选择对应码位的比特重传。

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