CN102006154A - 基于选择重传的多码道混合arq方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于选择重传的多码道混合ARQ方法，将要发送的数据进行打包，一个数据包的长度就是一个码道所发送的比特数目；发送端根据接收端各个码道接收的情况来选择发送的数据包；对于新的数据包首先进行循环冗余检验编码、纠错编码和调制；接收端对于收到的数据首先进行去扰、多码道解扩，多码道解扩之后对各个码道的数据进行解调、译码和校验；接收端通过反向信道将各个码道的接收情况告诉发送端。本发明提高了系统的吞吐效率；有效的降低了系统的重传次数。

Description

基于选择重传的多码道混合ARQ方法

技术领域

本发明属于混合自动重传请求(HARQ)传输技术，特别是一种基于选择重传的多码道混合ARQ方法。

背景技术

混合自动重传请求(HARQ)是一种结合了前向纠错(FEC)和自动重传请求(ARQ)两者优点的差错控制技术，特别适合在时变信道中的数据传输。多码道技术利用各个道码之间的正交性，在同一时刻利用多个码道发送多个信息比特，这种技术特别适合高速数据业务的发展，因此基于多码道以及相关的技术得到了广泛的关注，基于多码道的混合ARQ技术就是其中的一种。

在现有的文献中所研究的基于多码道的混合ARQ技术都是当所有码道的数据都传输正确时才接收数据，也就是说多个码道中只要有一个码道的数据发生错误，就需要重传所有码道的数据，当信道条件不好的时候，这种方法的效率是很低的，因为当信道不好时，所有码道同时正确的概率较小，在很多时候时一部分码道的数据正确而另一部分码道的数据错误，在重传的时候就浪费了系统的资源，同时传输效率也较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于选择重传的多码道混合ARQ方法，为了克服传统多码道混合ARQ方法中效率较低的缺点，从而能够在时变信道实现高效快速的数据传输。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于选择重传的多码道混合ARQ方法，步骤如下：

第一步：将要发送的数据进行打包，一个数据包的长度就是一个码道所发送的比特数目；

第二步：发送端根据接收端各个码道接收的情况来选择发送的数据包，如果某码道传输正确，则选择一个新的数据包来进行发送，如果某码道上一帧传输的数据错误，则重传该数据包，首次发送的时候假设每个码道的接收都是正确的，即首次是选择N个新的数据包进行发送；

第三步：对于新的数据包首先进行循环冗余检验编码、纠错编码和调制，接着进行多码道的扩频，然后将各个码道的数据进行相加，最后加扰并存储在发送端的缓存器里；如果需要重传某数据包，则到相应的缓存器内取出该数据包所对应的数据；

第四步：接收端对于收到的数据首先进行去扰、多码道解扩，多码道解扩之后对各个码道的数据进行解调、译码和校验，如果校验和等于0，则表明该码道的数据是正确的，如果校验和不等于0表明该码道的数据是错误的；

第五步：接收端通过反向信道将各个码道的接收情况告诉发送端。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)由于该方法仅仅传输那些有错码道中的数据，因此提高了系统的吞吐效率。(2)有效的降低了系统的重传次数。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是基于选择重传的多码道混合ARQ的流程图。

图2是基于选择重传的多码道HARQ和传统的多码道HARQ平均传输次数的理论曲线。

图3是基于选择重传的多码道HARQ和传统的多码道HARQ的吞吐量的理论曲线。

图4是基于选择重传的多码道HARQ和传统的多码道HARQ的吞吐量比较(码道数＝2)。

图5是基于选择重传的多码道HARQ和传统的多码道HARQ的吞吐量比较(码道数＝6)。

图6是基于选择重传的多码道HARQ和传统的多码道HARQ的平均传输次数的性能比较(码道数＝2)。

图7是基于选择重传的多码道HARQ和传统的多码道HARQ平均传输次数的性能比较(码道数＝6)。

具体实施方式

结合图1，本发明基于选择重传的多码道HARQ方法，步骤如下：

第一步：将要发送的数据进行打包，一个数据包的长度就是一个码道所发送的比特数目。

第二步：发送端根据接收端各个码道接收的情况来选择发送的数据包。如果某码道传输正确，则选择一个新的数据包来进行发送，如果某码道上一帧传输的数据错误，则重传该数据包。首次发送的时候假设每个码道的接收都是正确的，即首次是选择N个新的数据包进行发送。

第三步：对于新的数据包首先进行循环冗余检验编码、纠错编码和调制，接着进行多码道的扩频，然后将各个码道的数据进行相加，最后加扰并存储在发送端的缓存器里。如果需要重传某数据包，则只需要到相应的缓存器内取出该数据包所对应的数据就可以了。

第四步：接收端对于收到的数据首先进行去扰、多码道解扩，多码道解扩之后对各个码道的数据进行解调、译码和校验。如果校验和等于0，则表明该码道的数据是正确的，如果校验和不等于0表明该码道的数据是错误的。

第五步：接收端通过反向信道将各个码道的接收情况告诉发送端。

实施例

在传统的多码道HARQ(MC-HARQ)中，接收端必须等到N码道的数据全部正确，才开始发送新的N个数据包，否则在每一次重传中都发送原来的N数据包。而在选择重传的多码道HARQ(SR-MC-HARQ)中，由于存在着选择重传的功能，因此新的数据包不需要等到原来的N个码道的数据包全部正确才能发送，只要该码道的数据被正确接收，那么在下次传输中就可以选择新的数据包进行发送，这样每一个数据包的平均传输次数就是以一个码道的正确与否有关。为了便于分析，首先做如下假设：

1.传输的码道数目为N。

2.每个码道传输之后的错误概率是相同的，记为p_e。

3.采用第一类混合ARQ的重传策略。

基于以上假设，下面重点分析两种方法的平均传输次数和吞吐量，首先分析传统MC-HARQ的平均传输次数和吞吐量。如果令p₁表示N个码道一次传输正确的概率，那么可得：

p₁＝(1-p_e)^N

当N个码道中某些码道的数据有错误时，发送端就需要重传刚才发送的N个码道上的数据，由于采用第一类混合ARQ的重传策略，既对于传错的码道丢弃，在接收端不合并，但是上次传输正确的码道在接收端保留，如果原先有错的码道在重传的时候都被正确接收了，那么N个码道的数据传输就成功了，至于原先正确传输的数据包在重传时的情况并不影响系统的传输，因为在前面的传输中已经将正确码道的数据存储在接收端了。由上面的分析可知，要计算重传之后的正确概率需要考虑两方面的问题：

1、N个码道中一定有一部分码道在前面的传输时是错误的，否则就没有重传的必要了。

2、重传的时候主要是考虑在前面传输中有错的码道的情况，对于那些在前面传输中正确的码道并不考虑。

如果令p₂表示N个码道经过两次传输之后正确的概率，基于上面的分析可得：

$p_2=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{C}_N^n{p}_e^n{(1-p_e)}^{N-n}{(1-p_e)}^n=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{C}_N^n{p}_e^n{(1-p_e)}^N$

N个码道经过三次传输才正确的概率为：

$p_3=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{C}_N^n{p_e}^n{(1-p_e)}^{N-n}\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_n^m{p_e}^m{(1-p_e)}^{n-m}{(1-p_e)}^m$

$=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_N^n{C}_n^m{p_e}^{n+m}{(1-p_e)}^N$

更进一步，可以得出n＞3次传输之后正确的概率为：

$p_n=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{C}_N^n{p_e}^n{(1-p_e)}^{N-n}\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_n^m{p_e}^m{(1-p_e)}^{n-m}\·\·\·{(1-p_e)}^k$

$=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\·\·\·C_N^n{C}_n^m\·\·\·{p_e}^{n+m\·\·\·}{(1-p_e)}^N$

根据上面传输次数的概率分布，可以得出在传统的多码道混合ARQ系统中，N个码道被正确接收的平均传输次数为：

$E(\mathrm{ave}\_{\mathrm{num}}_{\mathrm{MCHARQ}})=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n\×p_n$

由于p_n的表达式比较复杂，特别式当N的取值比较大时，上式得不出一个封闭得表达式，为了简单，假设码道的数目为2，这样可以得出

$p_n=(\underset{i=n-1}{\overset{2(n-1)}{\mathrm{\Σ}}}2\×{p_e}^i-{p_e}^{2(n-1)})\×{(1-p_e)}^2$

当码道数目为2时，当每个码道的错误概率为p_e的情况下可得平均传输次数为：

$E(\mathrm{ave}\_{\mathrm{num}}_{\mathrm{MCHARQ}})=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n\×(\underset{i=n-1}{\overset{2(n-1)}{\mathrm{\Σ}}}2\×{p_e}^i-{p_e}^{2(n-1)})\×{(1-p_e)}^2$

利用计算机仿真，可以得出MC-HARQ中平均传输次数的理论曲线，如图2所示。

在多码道混合ARQ系统中，定义吞吐量为平均每次传输中接收端正确接收的数据包的个数。由上面关于平均传输次数的分析可知，MC-HARQ的吞吐量为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{MCHARQ}}=N\×\frac{1}{E(\mathrm{ave}\_{\mathrm{num}}_{\mathrm{MCHARQ}})}$

当码道数为2时，吞吐量为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{MCHARQ}}=2\×\frac{1}{\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n\×(\underset{i=n-1}{\overset{2(n-1)}{\mathrm{\Σ}}}2\×{p_e}^i-{p_e}^{2(n-1)})\×{(1-p_e)}^2}$

利用计算机仿真，可以得出MC-HARQ中吞吐量的理论曲线，如图3所示。

SR-MC-HARQ的平均传输次数和吞吐量性能分析如下：

由假设可知，一个数据包第一次传输就被正确接收的概率为(1-p_e)；当第一次传输的时候没有被正确接收，由于采用第一类混合ARQ，因而重传后的正确概率为p_e ^n-1(1-p_e)。因此可得平均传输次数的概率分布为：

p(ave_num_SRMCHARQ＝n)＝p_e ^n-1(1-p_e)    n＝1，2，…

那么平均传输次数为：

$E(\mathrm{ave}\_{\mathrm{num}}_{\mathrm{SRMCHARQ}})=\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}n\×{p_e}^{n-1}(1-p_e)$

$={\left(\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{p_e}^n\right)}^{\′}\×(1-p_e)$

经化简可得：

$E(\mathrm{ave}\_{\mathrm{num}}_{\mathrm{SRMCHARQ}})=\frac{1}{1-p_e}$

图2比较了两种方案的平均传输次数。从图中可知，本文提出的SR-MC-HARQ的平均传输次数要比现有的MC-HARQ的要低，在信道条件较差的时候平均传输次数的降低更加明显。和前面一样，定义吞吐量为平均每次传输中接收端正确接收的数据包的个数。由于一次发送N个数据包，而每个数据包被正确接收时的平均传输次数为E(ave_num_SRMCHARQ)，因此可得此时的吞吐量为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{SRMCHARQ}}=\frac{N}{E(\mathrm{ave}\_{\mathrm{num}}_{\mathrm{SRMCHARQ}})}=N\×(1-\mathrm{pe})$

图3比较了两种方案的吞吐量。从图中可知，本文提出的SR-MC-HARQ的吞吐量总的来说比现有的MC-HARQ的要高，但是在信道条件很好和很差的两个极端情况下，两者的吞吐量差不多，这主要是因为当信道条件很好时，N个码道上的数据基本上一次就能被正确接收，基本不需要重传，因此有无选择重传的机制并不重要。而当信道条件很差时，N个码道上的数据基本都是错的，要传输很多次才能被正确接收，也就是说选择重传时每次都要选择接近N个码道的数据进行重传，因此在这两种极端情况下，两种方案的理论吞吐量是比较接近的。

图4和图5分别给出了码道为2和6时，两种方案的吞吐量性能比较曲线图。从图中可以看出，SR-MC-HARQ的吞吐量要明显优于现有的MC-HARQ，这和理论分析是一致的。

图6和图7分别给出了码道为2和6时，两种方案的平均传输次数性能比较曲线图。从图中可以看出，SR-MC-HARQ的平均传输次数要明显小于现有MC-HARQ的平均传输次数，而且在信噪比较低时候，这种优势更加明显。

Claims (1)

1.一种基于选择重传的多码道混合ARQ方法，其特征在于步骤如下：

第一步：将要发送的数据进行打包，一个数据包的长度就是一个码道所发送的比特数目；

第二步：发送端根据接收端各个码道接收的情况来选择发送的数据包，如果某码道传输正确，则选择一个新的数据包来进行发送，如果某码道上一帧传输的数据错误，则重传该数据包，首次发送的时候假设每个码道的接收都是正确的，即首次是选择N个新的数据包进行发送；

第三步：对于新的数据包首先进行循环冗余检验编码、纠错编码和调制，接着进行多码道的扩频，然后将各个码道的数据进行相加，最后加扰并存储在发送端的缓存器里；如果需要重传某数据包，则到相应的缓存器内取出该数据包所对应的数据；

第四步：接收端对于收到的数据首先进行去扰、多码道解扩，多码道解扩之后对各个码道的数据进行解调、译码和校验，如果校验和等于0，则表明该码道的数据是正确的，如果校验和不等于0表明该码道的数据是错误的；

第五步：接收端通过反向信道将各个码道的接收情况告诉发送端。

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