CN102142945A - 在无线通信系统中解码数据分组的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在使用混合自动重复请求技术的无线通信方案中解码数据分组的方法，并且还涉及一种用于执行这种方法的无线通信接收器。依照本发明，在无线通信接收器中结合的HARQ存储器被最小化为只保留用于有差错子分组的平均数的存储器的大小。在解码之后，对每个子分组执行差错校验，并且只把已经检测到解码差错的那些子分组的软比特存储到HARQ存储器中。正确解码的子分组被存储在独立的存储器中。这显著地降低了在接收器要求的HARQ存储器的大小，这对硅面积和功耗来说都是有益的。

Description

在无线通信系统中解码数据分组的方法

技术领域

本发明涉及一种在使用混合自动重复请求技术的无线通信方案中解码数据分组的方法，并且还涉及一种用于执行这种方法的无线通信接收器。

背景技术

在使用LTE或WiMax的无线通信系统中，应用混合自动重复请求(混合ARQ或简短HARQ)使得即使在恶劣信道条件下也能保持发送器和接收器之间的链路质量。

在混合ARQ系统中，在例如接收器通过估计循环冗余校验(CRC)和来检测数据分组的有差错接收或解码差错的情况下，通过返回否定性应答(NACK)消息来向发送器指示这种情况。在这种情况下，发送器再次编码和调制相同的数据分组并且重复先前的传输。接收器解调重复的数据分组，把新计算的软比特与来自先前传输的软比特相组合，并且开始另一解码尝试。依照这种方式，降低在接收器差错解码的概率。可以多次重复反馈和重发的交互作用，这增加了在发送器和接收器之间的链路鲁棒性。

为此，在接收器需要存储器(HARQ存储器)，用于存储接收到的信号使得稍后与重发信号组合。特别地，在软比特计算之后存储接收到的信号。接收器必须始终把完整数据分组的软比特存储在HARQ存储器中，由此，HARQ存储器的大小按照编码的数据分组的最大长度来确定。在发送器和/或接收器使用多天线布置的LTE中，并行运行包括信息反馈和重发的多个HARQ过程。由于接收器必须为每个HARQ过程提供存储器，所以明显增加了所要求的总HARQ存储器大小。

对于应用混合ARQ协议的无线通信系统，HARQ存储器是芯片大小和功耗的主要因素之一。换句话说，为LTE定义的HARQ存储器大小就硅面积和功耗而言对嵌入式接收器设计来说是非常重要的。在LTE中，已经定义了不同的接收器类别，其要求多达3,667,200个软比特的HARQ存储器大小。

因此，非常希望缩小HARQ存储器大小。芯片组销售商希望减小HARQ存储器大小以增加竞争力。

发明内容

本发明提供了一种用于在无线通信系统中解码数据分组的方法，所述无线通信系统使用混合自动重复请求(HARQ)技术。所述方法包括步骤：在接收器中提供HARQ存储器；接收所接收到的数据分组的多个解调子分组中每个的软比特；把所述解调子分组的软比特存储在所述HARQ存储器中；接收重发数据分组的多个重发解调子分组中每个的软比特；把来自最初发送的数据分组的子分组的软比特与来自重发数据分组的相应子分组的软比特相组合。与常规的标准要求相对比，依照本发明的HARQ存储器的大小M_p由

来定义，其中p_tp是数据分组差错的概率，N_cb是每数据分组的子分组的数目，并且L_cb是子分组的最大长度。本发明的方法进一步包括在存储步骤之前对每个子分组执行差错校验的步骤，所述差错校验在一个实施例中可以是循环冗余校验(CRC)。存储步骤包括在所述HARQ存储器中只存储接收到的数据分组的那些没通过差错校验的解调子分组的软比特，并且所述方法进一步包括把接收到的数据分组的那些已经通过差错校验的解调子分组的解码数据比特存储在第二存储器中。

通过在HARQ存储器中只存储那些已经检测到解码差错的子分组的软比特，可以显著地减少在接收器要求的HARQ存储器的大小。然而现有技术的HARQ处理和解码算法始终把所有子分组的软比特存储在HARQ存储器中，本发明由于未把没有解码差错的子分组的软比特存储在HARQ存储器中，所以能够显著地减小HARQ存储器大小。相反，解码的子分组被存储在分开的存储器中。由于编码涉及要处理按某倍数增加的比特，该增加系数由编码率给出，所以应当理解，存储解码的子分组比存储相同子分组的解调软比特要求更少的存储空间。例如，利用LTE SISO中常见的特征，4比特分辨率解调软比特以及由turbo编码技术引入的三分之一编码率，要求12分之一的存储器来存储子分组的解码比特来代替存储软比特。

所述方法进一步包括把在所述HARQ存储器中存储的每个子分组的软比特与来自重发数据分组的相应子分组的软比特相组合。因此在重发整个分组的情况下，只对在初始传输期间检测到解码差错的子分组把新接收到的软比特与在HARQ存储器中存储的那些软比特相组合。

组合步骤可以包括应用在传输和重发的信噪比(SNR)函数中的权重把来自第一数据分组传输的子分组的相应软比特与来自重发相同数据分组的子分组的软比特相加。因此来自呈现更好SNR的传输的软比特比来自较差信道质量的传输的软比特具有更强的权重。

本发明利用以下事实，要求最大HARQ存储器大小的最长数据分组可以被解码为各个的子分组，这些子分组包括基于解码差错的检测的各个的CRC。本发明的方法利用以子分组为基础的各个的差错检测。

在另一方面，本发明提供了一种用于无线通信的接收器，包括解码器，所述解码器使用用于解码数据分组的混合自动重复请求(HARQ)技术并且适合于执行本发明的上述解码方法。

附图说明

根据以下具体实施例的详细描述，本发明的附加特征和优点将是显而易见的，所述具体实施例只是作为例子给出并且将参考附图，其中：

图1示出了其中能够使用本发明的通信系统的模型；

图2示出了现有技术的HARQ处理和解码算法的流程图；

图3是在图1的解码器中解码差错概率的图表；

图4示出了依照本发明的HARQ处理和解码算法的流程图；

图5是依照本发明的接收器的一部分的框图；

图6示意地图示了依照LTE标准的传输块；和

图7是图示依照本发明的HARQ存储器减小对链路鲁棒性的权衡图表。

具体实施方式

图1示出了能够使用本发明的通信系统的模型，包括通过无线电信道连接的发送器1和接收器2。在发送器1中，按照一些已知的编码技术来编码(在10)由各个数据比特组成的连续数据分组。如在本领域中所知，任何编码技术使每个分组的比特成倍增加，例如在LTE中的turbo编码暗含三倍比特数。然后按照任何已知的调制方案来调制编码的数据分组，并且把调制的比特流馈送到天线以用于传输。

在接收器这一侧，解调接收到的比特流(在30)，并且接收器计算每个接收到和解调的比特的软比特(对数似然比)，其表示接收到的数据分组的可靠性量度。软比特的符号对应于解调比特是0或1的似然性。软比特的幅度是相应符号信息的可靠性的量度(在+/-7范围内，其对应于4比特分辨率)。现在(在40)解码软比特并且例如通过估计循环冗余校验(CRC)和来检查解码的数据分组的解码差错。

使用混合自动重复请求(HARQ)，即使在恶劣信道条件下也能维持发送器和接收器之间的链路质量。在这种通信方案中，HARQ存储器(50)位于接收器处并且存储接收到的数据分组的软比特。在接收器在没有解码差错不能解码数据分组的情况下，通过返回否定性应答(NACK)消息来向发送器指示这种情况。在这种情况下，发送器再次编码和调制相同的数据分组并且重复先前的传输。现在接收器可以把新接收到的软比特与在HARQ存储器50存储的那些软比特组合并且开始新的解码尝试，为此减少了解码差错的概率。

图2示出了现有技术的用于子分组的HARQ处理和解码算法的流程图，所述HARQ处理和解码算法特别应用于长期演进(LTE)移动通信标准，其中数据分组指的是传输块并且子分组指的是代码块。在第一遍(pass)，把用于解调分组的所有子分组的接收到的软比特存储(214)在HARQ存储器中，所述HARQ存储器的大小依照发送数据分组的最大的大小来确定。在步骤216，解码当前的子分组，并且在步骤240，递增子分组号，并且对每个子分组执行循环212到240，例如对于i＝0到12。一旦所有子分组已经被单独地解码(在判定块250中为“是”)，在步骤260对整个分组计算CRC校验和。这是为什么一个子分组(代码块)中的单个差错可能导致整个分组(传输块)的解码差错的原因。如果整个分组的CRC是正确的(在判定块270中为“是”)，那么在步骤280，接收器向发送器返回ACK消息(肯定应答)，否则在步骤290，发送NACK消息(否定应答)。在NACK消息的情况下，控制返回到块210以对在重发操作中接收到的每个子分组i重复获取步骤212。在步骤214，把每个重发子分组的软比特与在第一次传输中接收到的软比特组合。此组合包括计算软比特的加权和，来自呈现更好SNR(信噪比)的传输的软比特比来自呈现较差SNR的传输的软比特具有更强的权重。组合的软比特被存储在HARQ存储器中(诸如图1中的50)，并且对这些组合的软比特重复步骤216到270。

现在发明人已经认识到，即使分组差错即传输块差错的概率p_tp非常高，子分组差错即代码块差错的概率也能保持相当低。图3示出了代码块N_cb数目为13的传输块和代码块的解码差错概率的图表。如从图3中可以看出，在呈现与实践相关的从0.3到0.7的传输块差错概率p_tp的操作范围内，代码块差错的概率小于10％。

假定，解码差错概率对于所有子分组(在LTE术语中的代码块)来说都是相同的并且把此概率表示为p_cb，那么如下给出整个分组(在LTE术语中的传输块)的解码差错的概率：

$p_{\mathrm{tp}}=1-{(1-p_{\mathrm{cb}})}^{N_{\mathrm{cb}}}---\left(1\right)$

在以上等式中，每个分组的子分组的数目由N_cb来表示。

尽管利用LTE术语来详细描述本发明，然而应当理解，也可以利用每分组提供差错校验装置的其它通信方案来使用本发明。

图6图示了在LTE术语中被称为传输块的数据分组的例子，包括数目N_cb为13的代码块和在分组末尾的传输块CRC，其中在每个代码块末尾具有CRC块。按照标准，代码块CRC意在用来支持提前中止解码，这意味着一旦在代码块中检测到差错就中止解码操作。提供传输块CRC来支持数据分组差错校验，诸如在图2中的260。

本发明基于以下认识，尽管整个分组的解码失败，但已经无差错地解码了大部分子分组。依照本发明，在无线通信接收器中结合的HARQ存储器被最小化为只保留用于有差错子分组的平均数的存储器。

依照该主要思想，按照下式在统计上得到每HARQ过程M_p所要求的HARQ存储器大小：

M_p＝p_cb·N_cb·L_cb    (2)

$M_p=(1-{(1-p_{\mathrm{tp}})}^{-N_{\mathrm{cb}}})\·N_{\mathrm{cb}}\·L_{\mathrm{cb}}---\left(3\right)$

其中，L_cb是代码块的最大长度，并且其中p_tp将在一般由用户和通信提供者之间的服务质量(QoS)协议所定义的操作范围内。

图4示出了依照本发明的HARQ处理和解码算法的流程图，并且图5示出了包括解码器60的接收器的一部分的框图，解码器60适合于执行图4的组合和信道解码任务。对于每个子分组i来说，解码器首先在判定块420中检查子分组是否已经被成功地解码。如果回答为“是”，那么从独立的存储器70中加载解码的子分组，在本发明的接收器中提供存储器70以用于存储成功解码的子分组，如步骤438中所图示。否则，解码器试图把相应的软比特与来自先前传输的软比特相组合并且把它们存储在HARQ存储器50中，如在块426中所指示。

由于依照本发明的HARQ存储器的大小被减小并且可能比所要求的还小，所以在组合和存储操作之前解码器试图分配HARQ存储器。当前的子分组i的HARQ存储器分配被存储在查找表中，例如阵列变量memTb1[i]，如图4中的424所示。

在没有足够可用的HARQ存储器的情况下(在判定块422中的“否”)，解码器不能解码当前的子分组i。否则，子分组在步骤428解码，并且在步骤430进行CRC校验以发现解码差错。

如果在块432的检测中没有出现解码差错，那么在块434中，分配的HARQ存储器被释放，使得HARQ存储器的memTb1[i]可以被重新用于随后的子分组。实际上，借助图4的块424和434来实现动态存储器分配。随后在块436中，接收器把解码的子分组存储在专用子分组存储器70中。

在已经检测到子分组CRC校验失败(在判定块432中为“否”)以及解码差错的情况下，解码器继续下一子分组，如在步骤440中所指示。

重复步骤412到440，直到所有子分组已经被成功地解码。

一旦在判定块450中确定整个分组已经被解码，那么在步骤460，解码器计算分组CRC。如果在块470中确定整个分组的CRC校验和是正确的，那么在480中接收器向发送器发回ACK消息(肯定性应答)，否则(490)发送NACK消息(否定性应答)。

当把在图4中所示出的公开方法与在图2中所示出的技术现状相比较时，可以看出所公开的方法会导致稍高的重发率。如果按照本发明提出的减少HARQ存储器的大小，那么可能发生对于某些子分组来说接收器无法分配足够的HARQ存储器，这意味着不会出现解码尝试。根据定义，此情况增加了重发整个分组的概率，从而降低了在发送器和接收器之间的链路质量。

因此，所公开的方法要求在存储器减小和链路鲁棒性之间进行权衡。

传统的HARQ存储器的大小由通信系统的最大分组长度给出。因此，减小HARQ存储器大小只会影响长分组的传输，所述长分组传输只对应于高吞吐量传输情形。已经在分析上示出并且通过模拟证明了即使当显著地缩小HARQ存储器大小时就吞吐量对信噪比而言对系统性能的影响是非常有限的。

图7是图示依照本发明的HARQ存储器减小对链路鲁棒性的权衡图表。通过以每传输块75.4Mbps的最高数据率对LTE进行模拟来获得所图示的吞吐量结果，所述传输块对应于75.4Mbits的最大数据分组长度。该图表示出了即使当HARQ存储器减小到小于50％，也可以以相同的信噪比20dB来实现最大吞吐量。可以在大约高1dB的信噪比内实现大约70％的吞吐量。

在高吞吐量情形和低信噪比(SNR)的情况中所公开的方法在链路鲁棒性上呈现大幅下降，这与高重发率相互关联。只在这些情形下，所发明的接收器不能为所有子分组分配足够的HARQ存储器，如在图4的判定块422中所示。

然而，这些情形在多用户蜂窝网络中不太可能出现。链路自适应方案防止发送器增加用于高吞吐量传输的重发率。代替再三地以相同的高吞吐量重发整个分组，发送器将为重发而修改编码和调制方案以降低吞吐量并且增加在接收器处的无差错解码的概率。

因此，将只评定相对吞吐量在70％以上的高吞吐量情形来在HARQ存储器大小和链路鲁棒性之间进行权衡。

Claims (7)

1.一种在使用混合自动重复请求(HARQ)技术的无线通信系统中解码数据分组的方法，所述方法包括步骤：

在接收器中提供HARQ存储器；

接收(212，412)所接收到的数据分组的多个解调子分组中的每个的软比特；

把所述解调子分组的软比特存储在所述HARQ存储器；

接收重发数据分组的多个重发的解调子分组中的每个的软比特；

把来自最初发送的数据分组的子分组的软比特与来自重发数据分组的相应子分组的软比特相组合；

其特征在于

所述HARQ存储器的大小依照

来定义，其中p_tp是数据分组差错的概率，N_cb是每数据分组的子分组的数目，并且L_cb是子分组的最大长度；并且

所述方法进一步包括：

在存储步骤之前，对每个子分组执行(430)差错校验；并且

所述存储步骤包括：

在所述HARQ存储器中只存储(426)接收到的数据分组的那些没通过差错校验的解调的子分组的软比特；

所述方法进一步包括：

对于接收到的数据分组的那些已经通过所述差错校验的解调的子分组，把解码的数据比特存储(436)在第二存储器中。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括把在所述HARQ存储器中存储的每个子分组的软比特与来自重发的数据分组的相应子分组的软比特相组合。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述差错校验是循环冗余校验(CRC)。

4.如权利要求1到3中任何一项所述的方法，其中，所述组合步骤包括利用在传输信道和重发信道的信噪比函数中的权重把来自数据分组最初传输的子分组的相应软比特与来自相同数据分组的重传的子分组的软比特相加。

5.一种用于无线通信的接收器，所述接收器至少包括解调器和解码器以及HARQ存储器(50)，所述解码器使用混合自动重复请求(HARQ)技术来解码数据分组，其中所述解码器(60)适合于：

接收被发送数据分组的多个解调子分组中的每个的软比特；

把所述解调子分组的软比特存储在所述HARQ存储器；

接收重发数据分组的多个重发的解调子分组中的每个的软比特；

把来自最初发送的数据分组的子分组的软比特与来自重发的数据分组的相应子分组的软比特相组合；

其特征在于

所述HARQ存储器(50)具有

大小，其中p_tp是分组差错的概率，N_cb是每数据分组的子分组的数目，并且L_cb是子分组的最大长度；

所述接收器进一步包括用于解码的数据比特的第二存储器(70)；并且

所述解码器(60)进一步适合于：

在软比特存储之前对每个子分组执行差错校验；

在所述HARQ存储器中只存储接收到的数据分组的那些没通过差错校验的解调子分组的软比特；并且

对于接收到的数据分组的那些已经通过所述差错校验的解调子分组，把解码的数据比特存储在所述第二存储器(70)中。

6.如权利要求5所述的接收器，其中，所述解码器(60)进一步适合于把在所述HARQ存储器中存储的每个子分组的软比特与来自重发数据分组的相应子分组的软比特相组合。

7.如权利要求5或6所述的接收器，其中，子分组软比特的组合包括利用在传输信道和重发信道的信噪比函数中的权重把来自数据分组最初传输的子分组的相应软比特与来自相同数据分组的重发的子分组的软比特相加。

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