CN101150385A - 一种数据传输方法及发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据传输技术，特别涉及一种多发射天线系统中的数据传输方法及发射机，用以解决现有多天线发射系统中应用自动重传技术重传数据包时，无法提高接收端分集增益的问题。本发明提出发送端在每一次重传数据包时，先调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟，改变频域选择性衰落的分布，然后根据调整后的相对传输延迟重传所述数据包，使重传后进行译码的软比特信息具有相同的能量和可靠性的分布，最终在接收端获得更高的分集增益。其中，调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟的方法可以包括调整至少一根发射天线的传输延迟时间；或者交换至少两根发射天线的传输延迟时间。

Description

一种数据传输方法及发射机

技术领域

本发明涉及数据传输技术，特别涉及一种多发射天线系统中的数据传输方法及发射机。

背景技术

近些年来，以OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)为代表的多载波传输技术受到了人们的广泛关注。而在此基础上的多天线和HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request，混合自动请求重传)等增强技术也得到了相应的研究和应用。这些技术一些共同的特点就是利用空间、频域和时间的分集技术获得接收端的编码增益。

其中，多天线中的CDD(Cyclic delay diversity，循环延迟分集)的基本原理就是通过人为制造多径，每根天线循环延迟不一样，在接收端增加了频域分集，使错误的发生随机化，最终获得编码增益，同时接收端与单天线的算法一样，具有非常简单的译码算法。在没有多径时，由于时间和频域的慢衰落，造成有些时频资源处于深衰落，造成处于深衰落中的比特错误较多，对译码性能有影响，最终也使频谱效率不高。而通过循环移位延迟之后，由于增加了频域分集，错误比特随机化，最终获得了相应的编码增益。其本质就是把空间分集转变为频域分集。

OFDM系统中时域信号式1所示：

$s\left(l\right)=\frac{1}{\sqrt{N_{\mathrm{FFT}}}}\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{FFT}}-1}{\mathrm{\Σ}}}S\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkl}/N_{\mathrm{FFT}}}---\left(1\right)$

其中，k为频域的索引；

l为时域的索引；

N_FFT为FFT点数

时域上延迟可以通过下式2频域上的相移实现：

$S\left((l-\mathrm{\δ})\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{FFT}}\right)=\frac{1}{\sqrt{N_{\mathrm{FFT}}}}\underset{k=0}{\overset{N_{\mathrm{FFT}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{e}^{-j2\mathrm{\πk\δ}/N_{\mathrm{FFT}}}S\left(k\right)e^{j2\mathrm{\πkl}/N_{\mathrm{FFT}}}---\left(2\right)$

其中，δ为延迟时间。

现有CDD方法仅考虑了发射端的处理，没有考虑到接收端的信道响应。

在综合考虑ARQ(Automatic Repeat Query，自动请求重传)和FEC(ForwardError Control，前向差错控制)优缺点的基础上，HARQ系统被提出，并成为现代移动通信系统中的关键技术之一。

如图1所示，HARQ通信系统中，发送端对数据的编码过程分为两部分：

首先利用检错码技术对发送数据进行编码，得到检错编码数据；

然后利用纠错码技术对检错编码数据进行编码，得到信道编码数据。

接收端收到信道编码数据后，对数据进行译码的过程也分为两部分：

首先利用纠错码编码规则进行纠错译码，尽量纠正其中的错误；

然后利用检错码编码故障进行检错译码。

如果校验正确，则说明纠错码已经纠正了所有错码，不需要进行重传，此时通过反馈信道通知发送端，该数据包已经正确接收，可以发送下一个数据包；如果校验失败，则说明受到的数据受到畸变比较严重，纠错码不能完全纠正所有的错码，此时通过反馈信道通知发送端，该数据包不能正确接收，需重发当前包，直至校验无错或完成最大重传次数。

HARQ与ARQ有很大的不同在于：ARQ系统中，当接收端对接收数据校验失败后，则完全丢弃该数据包，重新接收重传的数据包；而HARQ系统中，当接收端对接收数据校验失败后，并不丢弃该数据包，而是将该数据包保留，并与下次接收到的数据包根据某些准则和算法进行合并后，再进行译码。这样通过合并以前的包和重传的包，利用时间分集提高了性能。还可通过在重传时多传输一些冗余码字，增加额外编码增益。

HARQ系统综合了ARQ和FEC的优势，比ARQ系统有更强的纠错能力，同时相对于FEC系统能较好的对抗由于信道质量发生变化而对信号造成的影响。

HARQ方法利用重传可以获得相应的能量增益和时频分集，但未来系统中，由于系统延迟限制，重传间隔较短，很难获得相应的时频分集。

发明内容

本发明提供一种数据传输方法及发射机，用以解决现有多天线发射系统中应用自动重传技术重传数据包时，无法提高接收端分集增益的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种数据传输方法，发送端利用相互之间具有相对传输延迟的至少两根发射天线并行发送数据，并根据接收端的重传指示重新发送没有被正确接收的数据包，其中，发送端在每一次重传数据包时：

调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟；

根据调整后的相对传输延迟重传所述数据包。

所述方法中，接收端校验每一个接收到的数据包，如果校验正确，向发送端返回继续发送下一个数据包的正确接收指示，反之，以设定的重传次数为限向发送端返回所述重传指示。

较佳的，所述调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟的方法包括：

调整至少一根发射天线的传输延迟时间；或者

交换至少两根发射天线的传输延迟时间。

较佳的，调整其中一根发射天线传输延迟时间的方法包括：

设定基准传输延迟时间、最小传输延迟时间和调整比例，根据所述基准传输延迟时间设定发射天线的初始传输延迟时间；然后

在每一次进行调整时，调整后的传输延迟时间等于调整前的传输延迟时间乘以所述调整比例，并当所述计算结果小于所述最小传输延迟时间时，重新设定该发射天线的传输延迟时间为所述初始传输延迟时间。

较佳的，所述基准传输延迟时间参考信道估计的导频间隔设定。

较佳的，所述调整至少两根发射天线之间相对传输延迟的方法为：

预先设定至少两组各天线同时使用的传输延迟时间值，其中任何两组之间至少有一个发射天线对应的传输延迟时间不相等；

每一次重传所述数据包之前，根据设定的顺序将各发射天线的传输延迟时间值调整为下一组中的对应值。

其中，所述各天线同时使用的传输延迟时间值组的组数等于所述重传次数。并设定其中一组传输延迟时间值为初始组值，发送端在开始发送数据之前，将各发射天线的传输延迟时间初始化为所述初始组值中的对应值。还可以在每一次结束重传所述数据包之后，将各发射天线的传输延迟时间重新初始化为所述初始组值中的对应值。

较佳的，所述初始组值中各天线的传输延迟时间参考信道估计的导频的间隔设定。

一种发射机，包括：用于存储待发送数据的存储单元、至少两根具有相对传输延迟的发射天线和数据传输控制模块，所述数据传输控制模块分别连接每一根发射天线和所述存储单元；所述发射机还包括传输延迟控制模块，连接所述数据传输控制模块；

所述数据传输控制模块利用所述至少两根发射天线并行发送数据，并根据接收端的重传指示重新发送没有被正确接收的数据包，并在每一次重传数据包时，触发所述传输延迟控制模块调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟，然后根据调整后的相对传输延迟重传所述数据包。

本发明有益效果如下：

本发明技术方案在每一次重传时，通过调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟时间，使频域选择性衰落的分布不一样，重传后的软比特信息具有相同的能量和可靠性的分布，最终在接收端获得更高的分集增益；并进一步减少了重传次数，提高了系统容量。

附图说明

图1为HARQ原理示意图；

图2为本发明所述数据传输方法的主要流程示意图；

图3为实现本发明所述数据传输方法的一种发射机主要结构示意图；

图4为使用本发明所述技术方案和现有技术的仿真技术效果对比示意图。

具体实施方式

现有多天线发射系统中应用HARQ时，各发射天线采用固定的传输延迟，在进行重传时，很难在接收端获得更高的分集增益，本发明针对该问题提出发送端在每一次重传数据包时，先调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟，改变频域选择性衰落的分布，然后根据调整后的相对传输延迟重传所述数据包，使重传后进行译码的软比特信息具有相同的能量和可靠性的分布，最终在接收端获得更高的分集增益。

上述方法中，调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟的方法可以包括以下两种：

1、调整至少一根发射天线的传输延迟时间；或者

2、交换至少两根发射天线的传输延迟时间。

下面详细说明每一种具体的调整方式：

一、调整其中一根发射天线传输延迟时间的方法

设定基准传输延迟时间、最小传输延迟时间和调整比例，根据所述基准传输延迟时间设定发射天线的初始传输延迟时间；然后

在每一次进行调整时，调整后的传输延迟时间等于调整前的传输延迟时间乘以所述调整比例，并当所述计算结果小于所述最小传输延迟时间时，重新设定该发射天线的传输延迟时间为所述初始传输延迟时间。

这里，基准传输延迟时间参考信道估计的导频间隔设定。

例如两根发射天线时，根据用于信道估计的导频的间隔B_C，用公式 $B_C=\frac{1}{2T_d},$ 求出两根发射天线天间之间的相对延迟T_d＝|δ₂-δ₁|，考虑到天线本身就有时延扩展τ，而且一般来说其中一根发射天线不延迟，即δ₁＝0，则第二根发射天线的延迟即为：δ₂＝T_d-τ。然后根据前述公式2分别计算两根天线上发射的数据符号。

设定基准传输延迟时间为δ₂，每一次调整第二根发射天线的传输延迟时间，每一次的调整比例为1/2，则第一次重传时，第二根发射天线的传输延迟时间为

第二次重传时

如果计算的传输延迟时间小于设定的最小传输延迟，则将第二根发射天线的传输延迟时间重新设定为基准传输延迟时间δ₂。每一次调整后，根据前述公式2分别计算两根天线上发射的数据符号。

另外如果设计的循环延迟已经考虑到信道估计的问题，为了避免延迟对信道估计有影响，根据导频的间隔B_C，求出子载波数G，按下面公式2的方法加延迟。则任意的延迟均不会导致信道估计的不准。这时重传时每次延迟则可以有更大的变化范围。

二、交换至少两根发射天线的传输延迟时间的调整方法

例如四根发射天线，参照方法一，初始传输延迟时间可以分别设定为δ₂、

和0，然后每一次重传数据时，交换其中两根发射天线的输延迟时间，可以根据排列组合设定具体执行交换的发射天线：例如：第一次交换第一根和第二根，对应的传输延迟时间组合为δ₂、

和0；第二次交换第三根和第四根，对应的传输延迟时间组合为δ₂、0和

等。这样根据排列组合方式设定具体的交换次序，最终返回初始传输延迟时间组合δ₂、

和0，完成一个循环。

三、调整至少两根发射天线之间相对传输延迟的方法

预先设定至少两组各天线同时使用的传输延迟时间值，其中任何两组之间至少有一个发射天线对应的传输延迟时间不相等；

每一次重传所述数据包之前，根据设定的顺序将各发射天线的传输延迟时间值调整为下一组中的对应值。

其中，各天线传输延迟时间组的数量可以等于限定的重传次数，这样在最大重传次数内，接收端每一次获得不同的分集增益，可以最大提高译码的正确率。

还可以设定其中一组传输延迟时间值为初始组值，发送端在开始发送数据之前，将各发射天线的传输延迟时间初始化为所述初始组值中的对应值；并且

参照方法二，由于初始值通常参照信道估计的导频的间隔设定，其分集增益相对较高，因此每一次结束重传所述数据包之后，可以将各发射天线的传输延迟时间重新初始化为所述初始组值中的对应值。

需要说明的是，发射天线之间的相对传输延迟造成了频域选择性衰落的分布的不同，但在实际应用中并不是频选越厉害越好，跟信道估计有关。频选越大，由于导频数有限，实际信道估计不是很准。所以最佳的设计方法是根据导频的密度，设计好延迟时间。初始传输的时候使在信道估计准确的前提下，保证频选最大。

综上所述，发送端的数据传输处理流程如图2所示，主要包括如下步骤：

步骤S201、发送一个数据包；

步骤S202、接收返回的自动重传指示信息；

步骤S203、判断是否为正确接收指示ACK，如果是执行步骤S206；否则继续步骤S204；

步骤S204、调整至少两个发射天线之间的相对传输延迟；

步骤S205、重发当前数据包后返回步骤S202；

接收端如果正确译码重传的数据包，则返回正确接收指示ACK，否则根据限定的重传次数，重复要求发送端重传当前数据包，因此步骤S204和S205可能重复多次，如果重传次数到达限定次数后，发送端执行步骤S206发送下一个数据包。

步骤S206、发送下一个数据包，后返回步骤S202。

如图3所示，一种实现本发明技术方案的发射机300包括：

至少两根具有相对传输延迟的发射天线3011～301n；

存储模块302，用于存储待发送数据；

数据传输控制模块303，分别连接每一根发射天线3011～301n和存储模块302；

传输延迟控制模块304，连接所述数据传输控制模块303；

所述数据传输控制模块304利用所述至少两根发射天线3011～301n并行发送数据，并根据接收端的重传指示重新发送没有被正确接收的数据包，在每一次重传数据包时，触发所述传输延迟控制模块304调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟，然后根据调整后的相对传输延迟重传所述数据包。

传输延迟时间的具体调整方法参见前述，这里不再重复。

本发明技术方案的有益效果可以通过下面仿真参数通过验证，仿真参数如下表1所示：

表1.仿真参数

传输带宽	10MHz
		载频	3.5GHz
子帧间隔	0.625ms
		子载波间隔	10kHz
FFT点数	1024
		子帧中OFDM符号个数	6
占用子载波个数*占用符号的个数	216*3
		占用导频个数	24*3
信道估计	通过导频作信道估计
		信道编码	CC3/4
调制方式	QPSK
		信道环境	Typical Urban典型城市环境/6径
天线结构	2×1

HARQ过程	Chase合并
		功控	无

仿真结果如图4所示，其中，曲线401为不采样CDD技术的仿真结果，曲线402为两个发射天线之间的相对传输延迟为固定的54时仿真结果，曲线403为循环使用54、27、64和321调整其中一根发射天线的传输延迟时间时的仿真结果。可以看出，在相同的重传次数下，曲线403的误块率BLER最低。

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 (11)

1.一种数据传输方法，发送端利用相互之间具有相对传输延迟的至少两根发射天线并行发送数据，并根据接收端的重传指示重新发送没有被正确接收的数据包，其特征在于，发送端在每一次重传数据包时：

调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟；

根据调整后的相对传输延迟重传所述数据包。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，接收端校验每一个接收到的数据包，如果校验正确，向发送端返回继续发送下一个数据包的正确接收指示，反之，以设定的重传次数为限向发送端返回所述重传指示。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，所述调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟的方法包括：

调整至少一根发射天线的传输延迟时间；或者

交换至少两根发射天线的传输延迟时间。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法中，调整其中一根发射天线传输延迟时间的方法包括：

设定基准传输延迟时间、最小传输延迟时间和调整比例，根据所述基准传输延迟时间设定发射天线的初始传输延迟时间；然后

在每一次进行调整时，调整后的传输延迟时间等于调整前的传输延迟时间乘以所述调整比例，并当所述计算结果小于所述最小传输延迟时间时，重新设定该发射天线的传输延迟时间为所述初始传输延迟时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基准传输延迟时间参考信道估计的导频间隔设定。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中，所述调整至少两根发射天线之间相对传输延迟的方法为：

预先设定至少两组各天线同时使用的传输延迟时间值，其中任何两组之间至少有一个发射天线对应的传输延迟时间不相等；

每一次重传所述数据包之前，根据设定的顺序将各发射天线的传输延迟时间值调整为下一组中的对应值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法中，所述各天线同时使用的传输延迟时间值组的组数等于所述重传次数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法中，设定其中一组传输延迟时间值为初始组值，发送端在开始发送数据之前，将各发射天线的传输延迟时间初始化为所述初始组值中的对应值。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法中，每一次结束重传所述数据包之后，将各发射天线的传输延迟时间重新初始化为所述初始组值中的对应值。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述初始组值中各天线的传输延迟时间参考信道估计的导频的间隔设定。

11.一种发射机，包括：用于存储待发送数据的存储单元、至少两根具有相对传输延迟的发射天线和数据传输控制模块，所述数据传输控制模块分别连接每一根发射天线和所述存储单元；其特征在于，所述发射机还包括传输延迟控制模块，连接所述数据传输控制模块；

所述数据传输控制模块利用所述至少两根发射天线并行发送数据，并根据接收端的重传指示重新发送没有被正确接收的数据包，并在每一次重传数据包时，触发所述传输延迟控制模块调整至少两根发射天线之间的相对传输延迟，然后根据调整后的相对传输延迟重传所述数据包。

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