CN101183918A - 一种自适应混合自动请求重传方法 - Google Patents

Abstract

一种自适应混合自动请求重传方法，本发明属于无线通信技术，目的在于将信道编码和空时编码结合起来，自适应地调节传输模式，有效地降低重传次数，提高系统的频谱效率。本发明在发送端和接收端建立传输链路，发送端准备多种传输模式，建立信噪比与各传输模式的对应表，每种传输模式对应固定的传输次数范围；并建立传输模式间的模式转移图；通过自适应地调节传输模式，从而调节信道编码方式、调制方式和空时编码方式，从而有效地降低重传次数，提高信道利用率和系统的频谱效率。并且在慢信道衰落时，通过ACK或NACK反馈，灵活地选择传输方式，降低系统的实现复杂性，提高系统的性能。

Description

一种自适应混合自动请求重传方法

技术领域

本发明属于无线通信技术，尤其涉及在多天线系统中结合空时编码调制的一种自适应混合自动请求重传方法。

背景技术

为了在时变无线信道中提高系统的传输速率和传输性能，包括3GPP和3GPP2技术建议在内的许多提案中都采用了自适应调制、信道编码及混合自动请求重传(ARQ)技术。自适应调制是根据信道条件自适应改变调制方式，如低信噪比时采用二进制相移键控(BPSK)，信噪比逐渐增加时可分别采用四进制相移键控(QPSK)或多进制正交幅度调制(MQAM)，如4QAM，16QAM，64QAM等。加入信道编码后，如Turbo码，虽然降低了数据传输速率，但它可以很大地提高数据传输的稳健性，尤其在多径和衰落的无线通信信道中。在多入多出(MIMO)系统中，自适应编码调制同样能提高数据传输速率和系统稳健性，而空时码是一种有效地对抗多经衰落的多天线技术，大致可以分为两大类：基于空间分集的空时码，常用的有空时网格码(STTC)和空时分组码(STBC)；基于空间复用的空时码，有分层空时码(BLAST)。重传合并技术充分利用已重传码字中的有用信息，并采用不同的方式对这些有用信息进行合并，从而有效地减少重传次数，系统可获得比传统自动请求重传(ARQ)更优的性能。传统的自适应混合自动请求重传技术往往通过接收端预测并反馈信道质量参数，根据此参数自适应地改变信道编码速率以及调制方式，这种方法应用在MIMO系统中，并未充分利用多天线的特性-具备分集和复用增益。目前已有人将空时码技术应用于自适应传输中，但主要是基于完整空时码阵的编码方式，这样势必会损失系统的传输效率。

发明内容

本发明提供一种自适应混合自动请求重传的方法，目的在于将信道编码和空时编码结合起来，自适应地调节传输模式，从而有效地降低重传次数，提高系统的频谱效率。

本发明的一种自适应混合自动请求重传的方法，在发送端和接收端建立数据传输链路，发送端准备多种传输模式，建立信噪比与各传输模式的对应表，对应表中的每个传输模式均包括信道编码方式、调制方式和空时编码方式，每种传输模式对应固定的传输次数范围；并建立传输模式间的模式转移图；发送端发射天线数M大于1，执行下述步骤：

(1)发送端准备新数据，将NACK数初始化为0；

(2)发送端根据模式转移图选择一种传输模式，将数据顺序进行检错编码、信道编码、调制映射，储存于发送缓存区中；

(3)发送端若收到ACK，则从缓存区中释放当前数据，转步骤(1)；否则，转步骤(4)；

(4)发送端置传输序号N＝NACK数+1；

(5)发送端判断N是否超出当前传输模式对应的次数范围，若超出，转步骤(2)；否则，进行步骤(6)；

(6)发送端判断N是否大于发送天线数M，是转步骤(7)；否则，转步骤(8)；

(7)发送端将N对发送天线数M取模，即N＝N mod M，更新N值；

(8)发送端根据当前选择的传输模式对数据进行空时编码，发送数据，包括传输序号N和当前选择的传输模式；

(9)接收端接收数据，并储存于接收缓存区中；判断N是否大于发送天线数M，是转步骤(10)；否则，转步骤(11)；

(10)接收端将N对发送天线数M取模，即N＝N mod M，更新N值，并将前N次接收数据按列组成一个矩阵，将此次的接收数据与该矩阵中的第N列进行chase合并后更新该第N列，再进行完整矩阵的解码，转步骤(12)；

(11)接收端将当前接收数据与接收缓存区中已储存的数据进行合并解码；

(12)接收端根据当前的传输模式对解码后的数据进行解调、信道解码和差错解码；若差错解码正确，接收端反馈ACK给发送端，否则，接收端反馈NACK给发送端；转步骤(3)。

所述的一种自适应混合自动请求重传的方法，所述发送端准备的多种传输模式中，所采用的信道编码方式可以包括不同编码速率的Turbo码或LDPC码；所采用的调制方式可以包括BPSK、QPSK、4QAM或16QAM；所采用的空时编码方式可以包括准正交空时码阵的列结构、垂直分层空时编码DBLAST结构或完整的空时码阵结构。

所述的一种自适应混合自动请求重传的方法，所述传输模式将数据依次按照所述准正交空时码阵的列结构进行空时编码时，传输次数达到发送天线数M时获得满分集增益；若传输次数大于发送天线数，将按1～M传输循环选择空时编码方式。

所述的一种自适应混合自动请求重传的方法，其特征在于：

所述信噪比与传输模式的对应表中，发送端在限制最大误码率(BER)的条件下，确定在每个信噪比区间频谱效率最优的传输模式，每个信噪比区间对应一种传输模式；

根据所述对应表得到每种传输模式在其对应的以及相邻的信噪比区间的传输次数范围，一旦传输次数超过当前传输模式对应的传输次数的范围，传输模式即转移为现传输次数对应的传输模式，由此制定根据传输次数改变传输模式的模式转移图。

本发明通过自适应地调节传输模式，从而调节信道编码方式、调制方式和空时编码方式，从而有效地降低重传次数，提高信道利用率和系统的频谱效率。并且在慢信道衰落时，通过ACK或NACK反馈，灵活地选择传输方式，降低系统的实现复杂性，提高系统的性能。

附图说明

图1为本发明提供的实例所制定的模式间的状态转移图；

图2为本发明的工作流程框图。

具体实施方式

本发明采用的实例为：具有4根发送天线和4根接收天线的MIMO系统，空时码采用常用的ABBA型的准正交码结构，低阶调制采用BPSK、4QAM的调制方式，高阶调制采用16QAM的调制方式。信道衰落为慢衰落信道。ABBA型码结构为：

$\left(\begin{array}{cccc}{x}_1& {-x}_2^{*}& x_3& {-x}_4^{*}\\ x_2& x_1^{*}& x_4& x_3^{*}\\ x_3& {-x}_4^{*}& x_1& {-x}_2^{*}\\ x_4& x_3^{*}& x_2& x_1^{*}\end{array}\right)$

这种空时码为M×p的矩阵结构，其中M为发送天线数，p为符号时隙数。矩阵中每列对应每个符号时隙上传输的符号矢量，每行对应每根发射天线上的传输符号。

本发明提供的实例仅仅考虑自适应改变调制方式和空时编码方式。

发送端设定四种传输模式，分别为采用BPSK调制和采用STBC+HARQ的空时编码方式的模式、采用4QAM调制和STBC+HARQ的空时编码方式的模式、采用16QAM调制和STBC+HARQ的空时编码方式的模式以及采用16QAM调制和BLAST+HARQ的空时编码方式的模式。其中，STBC+HARQ表示每次重传按照STBC码阵的一列进行空时编码，若传输次数大于发送天线数M，将按1～M传输循环选择空时编码方式。BLAST+HARQ表示每次重传按照DBLAST结构进行空时编码。限定BER≤10^-3，根据频谱效率曲线划分信噪比(SNR)区间，选择在各个区间内使频谱效率达到最优的传输模式，制定信噪比与传输模式的对应表，如表1所示。根据表1得到每种模式在自己对应的以及相邻的信噪比区间的传输次数范围，如表2所示，并绘制出模式间的状态转移图，如图1所示，N为传输次数，若N＜5，则传输模式为模式1，N＞5，则传输模式转为模式2，若2＜N≤12，状态不进行转移，若N≤2，传输模式转为3，若N＞12，则传输模式转为1，其它模式间的转移依此类推。

表1：根据信噪比区间划分来确定本实例的传输模式表

信噪比区间	(-5dB，0dB]	(0dB，12dB]	(12dB，24dB]	(24dB，30dB]
					传输模式	BPSKSTBC+HARQ	4QAMSTBC+HARQ	16QAMSTBC+HARQ	16QAMBLAST
频谱效率	(0.2，0.8]	(0.8，4]	(4，10]	(10，16]

表2：根据本实例的表1所制定的每种模式的传输次数表

本实施例的工作流程如图2所示：

(1)发送端准备新数据，将NACK数初始化为0；

(2)发送端选择一种传输模式对发送数据进行调制，储存于发送缓存区中；

(3)发送端若收到ACK，则从缓存区中释放当前数据，转步骤(2)；否则，转步骤(5)；

(4)发送端记载传输序号N＝NACK数+1；

(5)发送端判断N是否超出当前传输模式限定的次数范围，若超出，则根据图4所示的状态转移图进行转移，转步骤(3)；否则，转步骤(7)；

(6)发送端判断N是否大于4，若是，转步骤(8)；否则，转步骤(9)；

(7)发送端将N对4取模，即N＝N mod 4，更新N值；

(8)发送端根据当前选择的传输模式对数据进行空时编码，发送数据，包括传输序号N和当前选择的传输模式。空时编码的选择方法具体描述如下：

发送端若选择传输模式1、2、3，则第N次传输时(N≤4)，将数据按照码阵的第N列进行空时编码后发射，若传输次数N＞4，将按照前四次的空时编码方式进行循环，即将传输数据按照码阵的第N＝N mod 4列进行空时编码后发射；发送端若选择传输模式4，则每次传输将数据按照DBLAST结构进行调制发射。

(9)接收端接收数据，并储存于接收缓存区中；判断N是否大于发送天线数M，若是，转步骤(10)；否则，转步骤(11)；

(10)接收端将N对发送天线数M取模，即N＝N mod M，更新N值，并将前N次接收矢量按列组成一个矩阵，将此次的接收数据与该矩阵中的第N列进行chase合并后更新该第N列，再进行完整矩阵的解码，转步骤(12)；

(11)接收端将当前接收数据与已储存的数据进行合并解码。若传输采用的是1～3的传输模式，则合并解码的方法具体描述如下：

首次传输码向量 ${\stackrel{\→}{x}}_1={(x_1,x_2,x_3,x_4)}^T,$ 记信道系数矩阵记为H＝(h₁，h₂，h₃，h₄)，其中h_i为n_R(接收天线数目)维的列向量，噪声记为v，接收矢量为 ${\stackrel{\→}{r}}_1=H{\stackrel{\→}{x}}_1+v_1,$ 检测方法采用排序的串行干扰消除(OSIC)法。第二次传输码向量 ${\stackrel{\→}{x}}_2={(-x_2^{*},x_1^{*},-x_4^{*},x_3^{*})}^T,$ 接收矢量记为 ${\stackrel{\→}{r}}_2=H{\stackrel{\→}{x}}_2+v_2,$ 则

$\left(\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{r}}_1\\ {{\stackrel{\→}{r}}_2}^{*}\end{array}\right)=\begin{array}{c}\left(\begin{array}{cccc}{h}_1& h_2& h_3& h_4\\ -h_2^{*}& h_1^{*}& -h_4^{*}& h_3^{*}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4\end{array}\right)+v^{\′}\end{array}$ (1)

记 ${\stackrel{\→}{r}}^{\′}=\left({\stackrel{\→}{r}}_1{{\stackrel{\→}{r}}_2}^{*}\right),$ $H^{\′}=\left(\begin{array}{cccc}{h}_1& h_2& h_3& h_4\\ {-h}_2^{*}& h_1^{*}& {-h}_4^{*}& h_3^{*}\end{array}\right),$ (2)

则(1)式转化为 ${\stackrel{\→}{r}}^{\′}=H^{\′}\stackrel{\→}{x}+v^{\′},$

至此，可以对(2)式采取OSIC检测。

对于三次和四次的合并方式可以以此类推。

若采用传输模式4，则接收端将当前的接收矢量和已储存的数据矢量进行chase合并后，再采取OSIC检测方法检测。

(12)接收端根据当前的传输模式对解码后的数据进行解调、信道解码和差错解码；若解码正确，接收端反馈ACK给发送端；否则，接收端反馈NACK给发送端；转步骤(3)。

Claims (4)

1.一种自适应混合自动请求重传的方法，在发送端和接收端建立数据传输链路，发送端准备多种传输模式，建立信噪比与各传输模式的对应表，对应表中的每个传输模式均包括信道编码方式、调制方式和空时编码方式，每种传输模式对应固定的传输次数范围；并建立传输模式间的模式转移图；发送端发射天线数M大于1，执行下述步骤：

(1)发送端准备新数据，将NACK数初始化为0；

(2)发送端根据模式转移图选择一种传输模式，将数据顺序进行检错编码、信道编码、调制映射，储存于发送缓存区中；

(3)发送端若收到ACK，则从缓存区中释放当前数据，转步骤(1)；否则，转步骤(4)；

(4)发送端置传输序号N＝NACK数+1；

(5)发送端判断N是否超出当前传输模式对应的次数范围，若超出，转步骤(2)；否则，进行步骤(6)；

(6)发送端判断N是否大于发送天线数M，是转步骤(7)；否则，转步骤(8)；

(7)发送端将N对发送天线数M取模，即N＝N mod M，更新N值；

(8)发送端根据当前选择的传输模式对数据进行空时编码，发送数据，包括传输序号N和当前选择的传输模式；

(9)接收端接收数据，并储存于接收缓存区中；判断N是否大于发送天线数M，是转步骤(10)；否则，转步骤(11)；

(10)接收端将N对发送天线数M取模，即N＝N mod M，更新N值，并将前N次接收数据按列组成一个矩阵，将此次的接收数据与该矩阵中的第N列进行chase合并后更新该第N列，再进行完整矩阵的解码，转步骤(12)；

(11)接收端将当前接收数据与接收缓存区中已储存的数据进行合并解码；

(12)接收端根据当前的传输模式对解码后的数据进行解调、信道解码和差错解码；若差错解码正确，接收端反馈ACK给发送端，否则，接收端反馈NACK给发送端；转步骤(3)。

2.如权利要求1所述的一种自适应混合自动请求重传的方法，其特征在于，所述发送端准备的多种传输模式中，所采用的信道编码方式可以包括不同编码速率的Turbo码或LDPC码；所采用的调制方式可以包括BPSK、QPSK、4QAM或16QAM；所采用的空时编码方式可以包括准正交空时码阵的列结构、垂直分层空时编码DBLAST结构或完整的空时码阵结构。

3.如权利要求2所述的一种自适应混合自动请求重传的方法，其特征在于：所述传输模式将数据依次按照所述准正交空时码阵的列结构进行空时编码时，传输次数达到发送天线数M时获得满分集增益；若传输次数大于发送天线数，将按1～M传输循环选择空时编码方式。

4.如权利要求1、2或3所述的一种自适应混合自动请求重传的方法，其特征在于：

所述信噪比与传输模式的对应表中，发送端在限制最大误码率

(BER)的条件下，确定在每个信噪比区间频谱效率最优的传输模式，每个信噪比区间对应一种传输模式；

根据所述对应表得到每种传输模式在其对应的以及相邻的信噪比区间的传输次数范围，一旦传输次数超过当前传输模式对应的传输次数的范围，传输模式即转移为现传输次数对应的传输模式，由此制定根据传输次数改变传输模式的模式转移图。

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