CN101188481B

CN101188481B - 提高多载波通信系统传输效率的方法和多载波通信系统

Info

Publication number: CN101188481B
Application number: CN2006101469430A
Authority: CN
Inventors: 吕林军; 王锐; 刘坚能
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: CN101188481A

Abstract

本发明公开了一种提高多载波通信系统传输效率的方法，其核心是：当当前数据的译码结果出现错误后，接收机根据信道信息和/或当前数据前至少一次使用的交织模式和预定义的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的预定义交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式，并将该交织模式与NACK反馈信息发送给发送机；发送机根据NACK反馈信息确定当前数据需要重发，并在发送数据前利用交织模式对重发数据进行交织处理。可见本发明对信号进行交织处理时，考虑了信道的影响从而能够选择出更好的交织模式，当利用交织模式对调制符号进行处理后能够提高传输数据被成功译码的概率，并降低数据的重传次数并提高系统的吞吐量。

Description

提高多载波通信系统传输效率的方法和多载波通信系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及混合自动重传技术。无线通信系统的SNR(Signal-to-noise ratio，信噪比)

背景技术

由于无线通信系统的误码性能决定着传输数据被成功译码的概率，因此如何获得较高的误码性能越来越受到人们的重视。目前一些厂家提出一些提高无线通信系统的误码性能的技术，如追赶合并(chase combining)技术，即I HARQ(Hybrid Automatic Request，混合自动重传)技术。该技术规定错包可以被发送端重传，并且在接收端，将被重传的错包与上次接收到的错包进行合并，然后对合并后的数据进行译码。

通过所述I HARQ技术能够提高大多数无线通信系统的误码性能，但是对于频率选择慢衰落信道下的多载波系统不是很有效，这是因为：

频率的衰落选择性会使不同的子载波具有不同的信道增益。在高信道增益下发送的符号具有较好的接收状态；在低信道增益下发送的符号具有较差的接收状态。利用所述多载波系统重传数据时，对于接收状态较好的符号，仍然放到接收状态较好的子载波上传输，这样能够提高成功译码的概率；对于接收状态差的符号，仍然放到接收状态差的子载波上传输，这样会影响重传的作用。而且，如果存在突发的干扰，在干扰子载波上的符号仍然受到干扰的擦除，甚至可以导致重传的失败，可见重传效率较低。

为了提高无线通信系统的重传效率，与本发明有关的现有技术给出了专利申请号为20040199846的一件美国专利，其主要思想是：在重传过程中，交织处理模块根据数据被重传的次数选择一个交织模式，并利用所述交织模式将调制符号中容易发生错误的高阶比特，与调制符号中不容易发生错误的低阶比特进行交换。这样，遭遇差信道条件影响的低阶比特在重传时可以利用好的子载波传输。

由现有技术可以看出，其是根据数据被重传的次数来选择交织模式的，并没有考虑信道信息对交织的影响。

发明内容

本发明提供一种提高多载波通信系统传输效率的方法和多载波通信系统，其能够能够提高传输数据被成功译码的概率，从而能够降低数据的重传次数并提高系统的吞吐量。

本发明提供一种提高多载波通信系统传输效率的方法，其包括：

当当前数据的译码结果出现错误后，接收机根据信道信息和/或当前数据前至少一次使用的交织模式和预定义的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的预定义交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式，并将所选择的交织模式与NACK反馈信息发送给发送机；

发送机根据所述NACK反馈信息确定当前数据需要重发，并在发送所述数据前，利用所述交织模式对重发数据进行交织处理。

本发明还提供一种多载波通信系统，其包括：

发送机和接收机；

所述接收机包括信道信息检测器和第一控制器；所述信道信息检测器用于检测信道信息，并将其提供给所述第一控制器；所述第一控制器，用于当当前数据的译码结果出现错误后，根据信道信息和/或当前数据前至少一次使用的交织模式和预定义的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的预定义交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式，并将所选择的交织模式与NACK反馈信息发送给所述发送机；

所述发送机，用于根据所述NACK反馈信息确定当前数据需要重发，并在发送所述数据前，利用所述交织模式对重发数据进行交织处理。

本发明还提供一种接收机，其包括：

信道信息检测器和第一控制器；

所述信道信息检测器用于检测信道信息，并将其提供给所述第一控制器；

所述第一控制器，用于当当前数据的译码结果出现错误后，根据信道信息和/或当前数据前至少一次使用的交织模式和预定义的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的预定义交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式，并将所选择的交织模式与NACK反馈信息发送给所述发送机。

本发明还提供一种发送机，其包括：

第二控制器、第二选择器和至少一个交织器；

所述第二控制器，用于根据所述接收机的第一控制器传送过来的NACK反馈信息确定当前数据需要重发，并根据所述接收机的第一控制器传送过来的交织模式，控制所述第二选择器选择出对应的交织器；所述交织模式是接收机根据信道信息和/或当前数据前至少一次使用的交织模式和预定义的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的预定义交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式；

所述交织器，用于对所述重传的数据进行交织处理。

由上述本发明提供的实施方案可以看出，当当前数据的译码结果出现错误后，接收机根据信道信息和/或当前数据前至少一次传送使用的交织模式，选择本次重发数据使用的交织模式，并将所选择的交织模式与NACK反馈信息发送给所述发送机；发送机根据所述NACK反馈信息确定当前数据需要重发，并在发送所述数据前，利用所述交织模式对重发数据进行交织处理。由于本发明对信号进行交织处理时，考虑了信道的影响，从而能够选择出更好的交织模式，当利用所述交织模式对调制符号进行处理后，能够提高传输数据被成功译码的概率，从而能够降低数据的重传次数并提高系统的吞吐量。

附图说明

图1为本发明提供的第一实施例的流程图；

图2为本发明提供的第二实施例的流程图；

图3为本发明提供的第三实施例中当使用符号级交织器时，发送机的结构原理图；

图4为本发明提供的第三实施例中当使用符号级交织器时，接收机的结构原理图；

图5为本发明提供的第三实施例中当使用比特级交织器时，发送机的结构原理图；

图6为本发明提供的第三实施例中当使用比特级交织器时，接收机的结构原理图；

图7为在没有干扰的情况下时，对分散子载波进行仿真后的仿真结果示意图；

图8为在每个子载波具有0.05概率被干扰情况下，对分散子载波进行仿真后的仿真结果示意图；

图9为在每个子载波具有0.2概率被干扰情况下，对分散子载波进行仿真后的仿真结果示意图。

具体实施方式

假定信道是慢衰落并可能有偶然的突发干扰。接收端可以获得信道信息。本发明考虑利用所述接收机根据获取到的影响多载波通信系统误码性能的信道信息，和/或当前数据本次传输前至少一次传送所使用的交织模式选择适合本次重传的调制符号的交织模式，并将所选择的交织模式反馈给发送机；所述发送机利用所述接收机所选择的交织模式对本次重传的调制符号进行交织处理。

本发明提供的第一实施例是一种提高多载波通信系统传输效率的方法，其主要思想是：。其具体实施过程如图1所示，包括如下内容：

步骤S101，发送机对第一次发送的数据进行编码调制处理后，得到相应的调制符号，存储所述调制符号，并发送出去。

步骤S102，接收机对接收到的信号进行存储，并对其进行相应的解调、解码处理，得到相应的译码结果。

步骤S103，判断译码结果是否正确，当译码结果正确时，则执行步骤S104，即返回ACK反馈信息给所述发送机；如果译码结果出现错误，并且当前数据未达到最大超时重传次数，则执行步骤S105，即返回NACK信息给发送机，同时根据信道信息，以及本次传输前至少一次传送所使用的交织模式选择一个交织模式，并将所选择的交织模式发送给发送机。

假设有M个预先定义的频率交织模式，发送机和接收机事先知道。下面举例说明接收机根据所述信道信息检测器提供给的信道信息，以及本次传输前前几次传送所使用的交织模式计算交织模式的一种算法。在这个算法中，选择一个最大化互信息的交织模式，但本发明不限制这个类型的使用算法，具体如下：

假定有K个发送符号；{h_i，1，h_i，2，…，h_i，n-1}是在前n-1次发送的第i-th符号的信道增益；h_i ^m是第i-th个符号在第m-th交织模式使用下的信道增益。这里共。注意接收机可以检测干扰，假定被干扰的子载波的符号对应的信道增益为0。因此，在n-th次发送中，对每个交织模式计算符号的互信息和，然后选择一个互信息和最大的交织模式。如公式[1]所示：

\max_{m = 1}^{M} Σ_{i = 1}^{K} \log_{2} (1 + \frac{{{| h}_{i}^{m} |}^{2} + Σ_{j = 1}^{n - 1} {{| h}_{i, j} |}^{2}}{σ_{z}^{2}} p)

........................公式[1]

其中，p是发送功率，σ_z ²是噪音功率。

当发送机与接收机之间的信道存在噪声信号n_i，j时，i时刻在子载波j的信道增益h_i，j如公式[2]所示：

Y_i，j＝X_i，j×h_i，j+n_i，j........................................公式[2]

其中，X_i，j为发送机在时刻i的第j个子载波上发送的信号；Y_i，j为接收机在时刻i的第j个子载波上发送的信号。

当发送机与接收机之间的信道还存在干扰I_i，j的时候，那么信号关系如下：

Y_i，j＝X_i，j×h_i，j+I_i，j+n_i，j....................................公式[3]

在利用公式[1]计算交织模式时，本发明还需要将被干扰子载波上的信道增益置零，也就是说，在利用公式[1]计算交织模式时，不再利用被干扰子载波上的信息，这样能够保证计算出的交织模式准确。

由公式[1]可以看出，所述接收机根据信道信息以及当前数据前几次符号使用的交织模式，和预定义的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的候选交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式。

接收机选择出交织模式后，可以使用N比特反馈所选择的交织模式，使用1比特反馈N ACK信息。N和M(预先定义的频率交织模式的个数)的关系满足：M＝2^N。

发送机接收到当前发送的数据的反馈信息后，根据不同的反馈信息进行相应的处理：

如果发送机接收到的反馈信息为ACK信息，则执行步骤S106，删除存储的符号。然后继续后续数据的传输。

如果发送机接收到的反馈信息为NACK信息，则执行步骤S107，在存储的调制符号中找出需要重传的符号，并利用接收机所选择的交织模式对所述发生错误的数据进行交织处理，最后发送出去，然后继续步骤S108。

步骤S108，所述接收机接收到所述调制符号后，对其进行解调，并利用其选择的交织模式对得到的调制符号进行解交织处理，然后存储得到的解调后的符号，并将得到的解调后的符号与存储的解调后的符号进行合并，并对合并后得到的解调后的符号进行译码处理，得到相应的译码结果。然后转入步骤S103。

本发明提供的第二实施例是对重传数据进行比特级交织处理的具体实施过程，如图2所示，包括：

步骤S201，发送机对第一次发送的数据进行编码处理后，存储得到的编码符号，然后对得到的编码符号进行调制处理，得到相应的调制符号，然后发送出去。

步骤S202，接收机对接收到的信号进行相应的解调处理，得到相应的编码符号，存储所述编码符号，并对其进行解码处理，得到相应的译码结果。

步骤S203，判断译码结果是否正确，当译码结果正确时，则执行步骤S204，即返回ACK反馈信息给所述发送机；如果译码结果出现错误，并且当前数据未达到最大超时重传次数，则执行步骤S205，即返回NACK信息给发送机，同时根据信道信息，以及本次传输前至少一次传送所使用的交织模式选择一个交织模式，并将所选择的交织模式发送给发送机。

具体根据信道信息，以及本次传输前至少一次传送所使用的交织模式选择一个交织模式的过程，与第一实施例中的相关描述雷同，这里不再详细描述。

如果发送机接收到的反馈信息为ACK信息，则执行步骤S206，删除存储的符号。然后继续后续数据的传输。

如果发送机接收到的反馈信息为NACK信息，则执行步骤S207，在存储的编码符号中找出需要重传的符号，并利用接收机所选择的交织模式对所述需要重传的数据进行交织处理，并对交织处理后得到的符号进行调制处理，最后发送出去，然后继续步骤S208。

步骤S208，所述接收机接收到所述调制符号后，对其进行解调处理，得到需要的编码符号，并利用其选择的交织模式对得到的编码符号进行解交织处理，然后存储得到的编码符号，并将得到的编码符号与存储的编码符号进行合并，并对合并后得到的编码符号进行译码处理，得到相应的译码结果。然后转入步骤S203。

本发明提供的第三实施例是一种多载波通信系统，其包括发送机和接收机。其中所述发送机的结构如图3所示，包括：编码器、调制器、第二存储设备、第二选择器、至少一个交织器、第二控制器、串并转换单元和发射天线；其中所述接收机的结构如图4所示，包括：接收天线、并串转换单元、第一选择器、至少一个交织器、第一控制器、信道信息检测器、第一存储设备、解调器和译码器。当存在信道干扰时，所述接收机还包括擦除器，用于在对数据进行译码前擦除被干扰子载波上的信息。

所述发送机第一次发送数据时，数据依次通过所述编码器、调制器处理后得到调制符号，然后利用所述第二存储设备存储所述调制符号，然后经过所述串并转换单元对其串并转化后，通过所述发射天线使用OFDM技术发送出去。

接收机的信道信息检测器周期性检测信道信息，并将其提供给所述第一控制器；所述信道信息包括信道噪音和发送符号的信道系数，也可以包括信道干扰。所述接收天线周期性地接收所述发送机发送过来的信号。

接收机通过所述接收天线接收到所述发送机发送过来的信号后，经过所述并串转换单元进行并串转换处理，然后利用所述第一存储设备存储转换后得到的调制符号，并依次通过所述解调器、译码器进行处理后，得到相应的译码结果；如果译码结果正确，则发送一个ACK反馈给发送机。如果译码结果错误，则接收机进行如下处理：

通过所述第一控制器首先检验是否达到最大超时重传次数，如果没有，则根据所述信道信息检测器提供给的信道信息，以及本次传输前至少一次传送所使用的交织模式和本次重传候选的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的候选交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式，最后把所选择的交织模式以及NACK信息反馈给发送机。

其中根据所述信道信息检测器提供给的信道信息，以及本次传输前至少一次传送所使用的交织模式选择出一个交织模式的具体过程，与第一实施例中的相关描述雷同，这里不再详细描述。

所述发送机接收到当前发送的数据的反馈信息后，根据不同的反馈信息进行相应的处理：

如果发送机接收到的反馈信息为ACK信息，则删除所述第二存储设备中存储的符号。

如果发送机接收到的反馈信息为NACK信息，则在所述第二存储设备中存储的调制符号中找出需要重传的符号，并通过所述第二控制器控制所述第二选择器选择所述接收机所选择的交织模式对应的交织器；并利用所述交织器对所述需要重传的数据进行交织处理。然后将交织处理后的数据保存在所述第一存储设备上以供下次重传。

所述串并处理单元对交织处理后得到的符号进行串并转换处理，最后通过所述发射天线使用OFDM技术发送出去。

所述接送机接收到所述调制符号后，通过所述并串转换单元对其进行并串转换处理，并通过所述第一控制单元根据其所选择出的交织模式，控制所述选择器对得到的调制符号进行解交织处理，然后存储到所述第一存储设备中，并与上次存储的调制符号进行合并，并对合并后得到的调制符号进行译码处理，得到相应的译码结果。

本发明提供的第三实施例中的交织器是一种符号级交织器，当然本发明不限于符号级的交织器，还可以为比特级交织器。

当交织器为比特级交织器时，其放置的位置与第三实施例不同：

在发送机侧，所述比特级交织器和第二存储设备放置在所述编码器与所述调制器之间。

在接收机侧，所述比特级交织器和第一存储设备放置在所述解调器和所述解码器之间。

相对应的发送机和接收机的结构分别如图5和图6所示，相应的处理过程，与第二实施例基本类似，这里不再详细说明。

本发明的实施例还提供了一种接收机，其结构如图4所示，其包括的元器件与本发明提供的第三实施例中的相关描述雷同，各个元器件之间的信号传递关系与本发明提供的第一实施例中的相关描述雷同，这里不再详细描述。

本发明的实施例还提供了另一种接收机，其结构如图6所示，其各个元器件之间的信号传递关系与本发明提供的第二实施例中的相关描述雷同，这里不再详细描述。

本发明还提供一种发送机，其结构如图3所示，其包括的元器件与本发明提供的第三实施例中的相关描述雷同，各个元器件之间的信号传递关系与本发明提供的第一实施例中的相关描述雷同，这里不再详细描述。

本发明还提供另一种发送机，其结构如图5所示，其各个元器件之间的信号传递关系与本发明提供的第二实施例中的相关描述雷同，这里不再详细描述。

本发明的实施例可以应用到慢衰落多载波系统。例如，应用到无线区域网(Wireless Regional Area Network，WRAN)中。WRAN是一个固定的点到多点的PMP网络，其频段为54到862MHz之间的UHF/VHF TV频段。在所述WRAN中，使用正交频分复用(Orthogonal Frequency Division MultipleAccess，OFDMA)技术支持多用户。对一个TV信道，2K FFT是必选的FFT模式，而1K和4K FFT是可选的。在WRAN中，有两类子信道：由相邻子载波组成的子信道；和，由分散的子载波组成的子信道。由于如下原因，本发明可以应用到分散子载波置换方案的子信道上：

1、由于子载波的分散分布，不同的子载波可以具有不同的信道增益，因此，很容易通过交织获得频率分集。

2、由于子载波的分散分布，所以干扰很难影响所有的子载波，因此可以通过对重传包的交织来对抗干扰。

3、由于子载波的分散分布，所以发送机很难获得信道上所有子载波的信道增益，但是接收机可以估计所述子载波的信道增益。因此，最好的选择是接收机来决定交织的模式。

下面使用本发明第一实施例中提供的计算方法来选择一个交织模式对分散子载波进行仿真，来说明应用本发明所产生的效果：

假定分配某一个用户的一个子信道有48个子载波。分别在如下三种情况下进行仿真：

第一种情况，“没有频率交织”：不使用任何频率交织；

第二种情况，使用“固定频率交织”：使用了频率交织，但是交织模式的选择仅由重传的次数来决定；

第三种情况，使用“自适应频率交织”：也就说使用本发明的实施例所述的方法，通过接收机选择交织模式，并通过发送机利用所述交织模式对重传的数据进行交织处理。

仿真的配置如下：

每个块的信息比特：NDBPB＝48；

编码块的长度：NCBPB＝96；

QPSK，数据率1/2，使用卷积编码；

随机产生32交织模式：包含6比特的ARQ反馈，1比特为ACK/NAK；5比特表示选择的交织模式；

最大重传次数＝4。

仿真结束后，信道中没有干扰的情况下的仿真结果如图7所示；每个子载波具有0.05概率被干扰情况下的仿真结果如图8所示；每个子载波具有0.2概率被干扰情况下的仿真结果如图9所示。

根据这些仿真结果，可以看到应用了自适应频率交织的发送机性能更好。对比固定频率交织模式，自适应频率交织方案具有至少1dB性能增益，并且，突发干扰越严重，性能增益越大。因此本发明可以用来提高多载波通信系统的重传效率，以及系统的吞吐率。

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

1.一种提高多载波通信系统传输效率的方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道信息包括：

信道噪音和发送符号的信道系数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信道信息还包括：信道干扰。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当某些子载波存在信道干扰时，所述接收机根据信道信息和/或当前数据前至少一次传送使用的交织模式，选择本次重发数据使用的交织模式的过程中，还包括：

将被干扰的子载波上的信道系数设为零。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

接收机在对本次重传数据进行译码前，将被干扰子载波上的信息擦除掉。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交织处理过程，包括：

比特级交织处理，或，符号级交织处理。

7.一种多载波通信系统，其特征在于，包括：

发送机和接收机；

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一控制器还用于：

当某些子载波存在信道干扰时，在根据信道信息和/或当前数据前至少一次传送使用的交织模式，选择重发数据时使用的交织模式时，将被干扰的子载波上的信道系数设为零。

9.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述信道信息包括：信道噪音、发送符号的信道系数和信道干扰。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接收机还包括：

擦除器，用于对重传数据进行译码前，将被干扰的子载波上的信息擦除。

11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接收机还包括：

第一选择器和至少一个交织器；

所述第一选择器根据所述第一控制器选择出的交织模式，选择出对应的交织器；所述交织器对发送机重传过来的数据进行解交织处理。

12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述发送机包括：

第二控制器、第二选择器和至少一个交织器；

所述第二控制器，用于根据所述接收机的第一控制器传送过来的所述NACK反馈信息确定当前数据需要重发，并根据所述接收机的第一控制器传送过来的交织模式，控制所述第二选择器选择出对应的交织器；

所述交织器，用于对所述重传的数据进行交织处理。

13.如权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述交织器包括：

比特级交织器，或，符号级交织器。

14.一种接收机，其特征在于，包括：

信道信息检测器和第一控制器；

15.如权利要求14所述的接收机，其特征在于，所述第一控制器还用于：

16.如权利要求14或15所述的接收机，其特征在于，所述信道信息包括：信道噪音、发送符号的信道系数和信道干扰。

17.如权利要求14所述的接收机，其特征在于，所述接收机还包括：

18.如权利要求14所述的接收机，其特征在于，所述接收机还包括：

第一选择器和至少一个交织器；

19.如权利要求18所述的接收机，其特征在于，所述交织器包括：

比特级交织器，或，符号级交织器。

20.一种发送机，其特征在于，包括：

第二控制器、第二选择器和至少一个交织器；

所述第二控制器，用于根据接收机的第一控制器传送过来的NACK反馈信息确定当前数据需要重发，并根据所述接收机的第一控制器传送过来的交织模式，控制所述第二选择器选择出对应的交织器；所述交织模式是接收机根据信道信息和/或当前数据前至少一次使用的交织模式和预定义的交织模式，计算发送符号的互信息和，并从中选出使互信息和值最大的预定义交织模式作为当前数据本次重发时使用的交织模式；

所述交织器，用于对所述重传的数据进行交织处理。

21.如权利要求20所述的发送机，其特征在于，所述交织器包括：

比特级交织器，或，符号级交织器。