CN102694636A - 采用喷泉码的harq技术的发送、接收方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了采用喷泉码的HARQ技术的发送、接收方法及系统。发送模块包括以下部分：一个发送数据喷泉编码器，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；一个第一CRC编码器，与发送数据喷泉编码器输出相连，并进行CRC编码；一个第一调制器，与第一CRC编码器输出相连，并进行信号调制，输出送入信道；一个反馈重传数据喷泉码编码，受重传请求单元控制，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；一个第二CRC编码器，与反馈重传数据喷泉编码器输出相连，并进行CRC编码；一个第二调制器，与第二CRC编码器输出相连，并进行信号调制，输出送入信道。还公开了相应的接收模块、系统及方法。本发明旨在提高传输效率和传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种采用喷泉码的HARQ技术的发送、接收方法及系统。
背景技术
随着对高速无线业务多媒体业务需求的不断增加和无线频谱资源日趋紧张，探索高效率的移动通信系统越来越重要，而HARQ（混合自动重传）技术能够很好的补偿无线移动信道时变和多径衰落对信号传输的影响，3G及其增强技术(HSDPA、HSUPA)大都采用了物理层技术HARQ技术，对于未来的超3G和4G的研究中，HARQ技术也是重要的候选技术之一。
现有的HARQ技术，主要采用的前向纠错码有分组码、卷积码、Turbo码以及LDPC码等。而喷泉码作为近几年新提出的信道编码，可以用作为前向纠错码使用。相比与传统的物理层信道编码，喷泉码更加灵活。物理层的信道编码仅能纠正点到点链路上因误码带来的错误，对链路层或由于碰撞拥塞导致的丢包则无能为力，因此无法为具体业务提供全面的端到端的可靠保障。数字喷泉码恰好可以有效解决上述问题，在传输层或应用层采用时，因碰撞或网络拥塞而导致的丢包可以被喷泉码所恢复。它与TCP协议一样，可以针对有较高可靠度需求的具体业务单独采用。喷泉码兼有传统信道编码和自动请求重传机制的优点，可以有针对性地为数据业务提供一种具有良好扩展性的端到端的可靠解决方案。
现用的HARQ技术有三种基本类型，第一种类型为传统的HARQ方案，即它的性能主要依赖于采用的前向纠错码的纠错能力，该类型的HARQ方案发送数据包和反馈重传发送的数据包内容是一样的，在译码端对传输错误的数据包进行简单的丢弃操作，该方案的操作简单、但是过分依赖于FEC的纠错能力，而没有充分用到错误数据包中的一些有用信息。第二种类型为增量冗余方案。要求重传的数据通常与第一次传输的有所不同，携带新的冗余信息来帮助译码，第一次译码失败时，并不会直接丢弃错误的数据包，而是再传输附加冗余信息，这些重传的数据包只包含新的冗余信息。这些冗余信息与第一次传输的信息进行合并译码，这样能大大提高纠错能力。如果当所有的设定的冗余信息种类都发送之后，仍然不能正确译码，那么将第一次发送的信息重新发送，并将这次的信息与所有的冗余信息合并后解码。第三种类型是对第二种的改进，该类型要求每次重传的数据信息是可以自行解码的。对于每次发送的数据包采用互补删除方式，各个数据包既可以单独译码，也可以合成一个具有更大冗余信息的编码包进行合并译码。
这三种基本类型中，第一种简单单译码译码效果不理想，往往需要发送多次重传，第二、三中译码效果比较理想，但是其译码方式复杂。所以这三种基本的HARQ类型存在这一些问题：比如带宽利用率、传输时延、传输效果等等。
发明内容
本发明的目的在于将喷泉码中的Raptor码作为一种前向纠错码用在HARQ技术中去，根据现用的HARQ技术的三种类型，结合三种的优缺点，提出一种适合于前向纠错码为喷泉码的HARQ的编译码方式。旨在提高HARQ技术的传输时延、传输效果、吞吐率等性能指标。
为了达到以上目的，本发明公开了一种采用喷泉码的HARQ技术的发送模块，包括以下部分：
一个发送数据喷泉编码器，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；
一个第一CRC编码器，与发送数据喷泉编码器输出相连，并进行CRC编码；
一个第一调制器，与第一CRC编码器输出相连，并进行信号调制，输出送入信道；
一个反馈重传数据喷泉码编码，受重传请求单元控制，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；
一个第二CRC编码器，与反馈重传数据喷泉编码器输出相连，并进行CRC编码；
一个第二调制器，与第二CRC编码器输出相连，并进行信号调制，输出送入信道。
进一步，作为一种优选，发送数据喷泉码编码器和反馈重传数据喷泉码编码器均采用Raptor编码。
本发明还公开了一种采用喷泉码的HARQ技术的接收模块，包括以下部分：
一个解调器，用于对接收信号进行解调，以获得与编码端结构相同的信号；
一个接收数据缓冲区，与解调器输出相连，用来暂时存储经过解调器输出的数据，由于接收到的无误码数据块不足以保证成功解码全部数据块，所以这个模块用来存储这些数据块，保证反馈重传时这些数据不丢失；
一个译码器，与接收数据缓冲区输出相连，首先进行CRC解码，然后进行喷泉码解码；
一个CRC校验器，与译码器输出相连，并进行CRC校验；
一个重传请求器，与CRC校验器输出相连，当接收到的正确数据块成功解码全部数据块时，则译码成功，该过程结束；当接收到的正确数据块不足以保证成功解码全部数据块时，则接收端请求发送下一个重传分组，这个请求反馈到反馈重传数据喷泉码编码器控制器，来控制信道编码器中的反馈重传数据喷泉码变换，然后加CRC编码模块，进行新的编码；反复执行这个过程，直到初始数据分组正确接收或者达到预先设定的最大重传次数，结束该过程。
本发明还公开了一种采用喷泉码的HARQ技术的通信系统，包括：
一种喷泉码的HARQ技术的发送模块；
信道；
一种喷泉码的HARQ技术的接收模块。
本发明还公开了一种采用喷泉码的HARQ技术的发送方法，包括以下步骤：
对于初始传输数据采用喷泉码编码，再进行CRC编码，再经过调制后送入信道；
根据反馈重传请求，对于反馈重传数据进行喷泉码编码，再进行CRC编码，再经过调制后送入信道。
进一步，作为一种优选，初始传输数据的喷泉码编码，首先选择一个合适的LDPC编码方案作为Raptor的外编码；然后选择一个确定的度分布，对原始数据进行模二和运算得到初始传输数据。
进一步，作为一种优选，反馈重传数据的喷泉码编码，首先要保证原始数据中的每个数据块必须进行至少一次异或操作；还要求得到的每个反馈重传数据块都不能由其他的反馈重传数据块表示。
本发明还公开了一种喷泉码的HARQ技术的接收方法，包括以下步骤：
先进行解调，再进行CRC解码和喷泉解码，解码后的数据暂存接收数据缓冲区，当接收到的正确数据块成功解码全部数据块时，则译码成功，该过程结束；当接收到的正确数据块不足以保证成功解码全部数据块时，则接收端请求发送下一个重传分组，这个请求反馈到反馈重传数据喷泉码编码器控制器，来控制信道编码器中的反馈重传数据喷泉码变换，然后加CRC编码模块，进行新的编码；反复执行这个过程，直到初始数据分组正确接收或者达到预先设定的最大重传次数，结束该过程。
进一步，作为一种优选，如果正确译码，则之前放在接收端数据缓冲区中的数据包直接丢弃，如果译码失败，则把所有存放在接收端的数据缓冲区的数据取出来进行对比，根据出现的概率情况来判决输出数据。
本发明和现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过采用喷泉码作为前向纠错码，其性能的优良性保证每次传输的可靠性，所以需要的反馈重传次数要少，提高了传输的效率。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1是本发明实施例基于喷泉码的HARQ方法的系统框图；
图2是初始数据包的喷泉码变换方式示意图；
图3是反馈重传数据包的喷泉码编码方式示意图；
图4是基于喷泉码的HARQ方法的译码方式示意图；
图5是基于Raptor码的HARQ和基于LDPC码的HARQ的误码率性能对比表；
图6是基于Raptor码的HARQ和基于LDPC码的HARQ的吞吐量性能对比表；
图7是基于Raptor码的HARQ和基于LDPC码的HARQ的平均重传次数对比表。
具体实施方式
参照图1至图7对本发明的实施例进行说明。
为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，采用喷泉码的HARQ技术的发送模块1，包括以下部分：
一个发送数据喷泉编码器11，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；
一个第一CRC编码器12，与发送数据喷泉编码器11输出相连，并进行CRC编码；
一个第一调制器13，与第一CRC编码器12输出相连，并进行信号调制，输出送入信道3；
一个反馈重传数据喷泉码编码14，受重传请求单元25控制，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；
一个第二CRC编码器15，与反馈重传数据喷泉编码器14输出相连，并进行CRC编码；
一个第二调制器16，与第二CRC编码器15输出相连，并进行信号调制，输出送入信道3。
其中，发送数据喷泉编码器11采用Raptor编码。
如图1所示，一种采用喷泉码的HARQ技术的接收模块2，包括以下部分：
一个解调器21，用于对接收信号进行解调，以获得与编码端结构相同的信号；
一个接收数据缓冲区22，与解调器21输出相连，用来暂时存储经过解调器21输出的数据，由于接收到的无误码数据块不足以保证成功解码全部数据块，所以这个模块用来存储这些数据块，保证反馈重传时这些数据不丢失；
一个译码器23，与接收数据缓冲区22输出相连，首先进行CRC解码，然后进行喷泉码解码；
一个CRC校验器24，与译码器23输出相连，并进行CRC校验；
一个重传请求器25，与CRC校验器24输出相连，当接收到的正确数据块成功解码全部数据块时，则译码成功，该过程结束；当接收到的正确数据块不足以保证成功解码全部数据块时，则接收端请求发送下一个重传分组，这个请求反馈到反馈重传数据喷泉码编码器14控制器，来控制信道编码器中的反馈重传数据喷泉码变换，然后加CRC编码模块，进行新的编码；反复执行这个过程，直到初始数据分组正确接收或者达到预先设定的最大重传次数，结束该过程。
如图1所示，一种采用喷泉码的HARQ技术的通信系统，包括：
一种喷泉码的HARQ技术的发送模块1；
信道3；
一种喷泉码的HARQ技术的接收模块2。
如图2所示，对于一个原始数据流，我们首先对其进行分组，分成k个初始数据包，即初始数据变为：S(1),S(2),S(3),...S(k)，然后根据初始数据喷泉码编码方式得出编码数据包M(1),M(2),M(3),...M(k)。由Raptor编码后的数据包源源不断地生成进入到信道中去，假设Raptor的译码开销为i，这时规定一个编码数据包的传输上限k×(1+i)。
对于反馈重传数据，如图3所示进行编码，与图2的编码有所不同，这里要求反馈重传数据必须保证原始数据的每个数据块至少进行一次异或操作，还要求得到的每个反馈重传数据块都不能由其他的反馈重传数据块表示。
图4是基于喷泉码的HARQ方法的译码方式示意图，说明了多次反馈重传译码过程。
图5是基于Raptor码的HARQ和基于LDPC码的HARQ的误码率性能对比表，图6是基于Raptor码的HARQ和基于LDPC码的HARQ的吞吐量性能对比表，图7是基于Raptor码的HARQ和基于LDPC码的HARQ的平均重传次数对比表。图5-7采用的仿真环境为：Raptor码采用的外编码为5/6的LDPC码。这里设定的最大反馈重传次数为5，高斯信道下的信噪比范围为1-6dB(其中图1为了仿真效果LDPC码的HARQ采用的是1-12dB)。充分显示了喷泉码的HARQ技术的可靠性和传输效率。
其中本发明的信道采用的是高斯信道，另外该专利的信道采用删除等也同样适用，只要更改生成初始数据包的喷泉码编码和反馈重传数据包的喷泉码编码的度分布即可，总体思路和方法是一样的。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.采用喷泉码的HARQ技术的发送模块，其特征在于，包括以下部分：
一个发送数据喷泉编码器，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；
一个第一CRC编码器，与发送数据喷泉编码器输出相连，并进行CRC编码；
一个第一调制器，与第一CRC编码器输出相连，并进行信号调制，输出送入信道；
一个反馈重传数据喷泉码编码，受重传请求单元控制，接收待发送数据流，并进行喷泉编码；
一个第二CRC编码器，与反馈重传数据喷泉编码器输出相连，并进行CRC编码；
一个第二调制器，与第二CRC编码器输出相连，并进行信号调制，输出送入信道。
2.根据权利要求1所述的采用喷泉码的HARQ技术的发送模块，其特征在于，所述发送数据喷泉码编码器和反馈重传数据喷泉码编码器均采用Raptor编码。
3.采用喷泉码的HARQ技术的接收模块，其特征在于，包括以下部分：
一个解调器，用于对接收信号进行解调，以获得与编码端结构相同的信号；
一个接收数据缓冲区，与解调器输出相连，用来暂时存储经过解调器输出的数据，由于接收到的无误码数据块不足以保证成功解码全部数据块，所以这个模块用来存储这些数据块，保证反馈重传时这些数据不丢失；
一个译码器，与接收数据缓冲区输出相连，首先进行CRC解码，然后进行喷泉码解码；
一个CRC校验器，与译码器输出相连，并进行CRC校验；
一个重传请求器，与CRC校验器输出相连，当接收到的正确数据块成功解码全部数据块时，则译码成功，该过程结束；当接收到的正确数据块不足以保证成功解码全部数据块时，则接收端请求发送下一个重传分组，这个请求反馈到反馈重传数据喷泉码编码器控制器，来控制信道编码器中的反馈重传数据喷泉码变换，然后加CRC编码模块，进行新的编码；反复执行这个过程，直到初始数据分组正确接收或者达到预先设定的最大重传次数，结束该过程。
4.一种采用喷泉码的HARQ技术的通信系统，其特征在于，包括：
如权利要求1或2所述的喷泉码的HARQ技术的发送模块；
信道；
如权利要求3所述的喷泉码的HARQ技术的接收模块。
5.采用喷泉码的HARQ技术的发送方法，其特征在于，包括以下步骤：
对于初始传输数据采用喷泉码编码，再进行CRC编码，再经过调制后送入信道；
根据反馈重传请求，对于反馈重传数据进行喷泉码编码，再进行CRC编码，再经过调制后送入信道。
6.根据权利要求5所述的采用喷泉码的HARQ技术的发送方法，其特征在于，所述初始传输数据的喷泉码编码，首先选择一个合适的LDPC编码方案作为Raptor的外编码；然后选择一个确定的度分布，对原始数据进行模二和运算得到初始传输数据。
7.根据权利要求5所述的采用喷泉码的HARQ技术的发送方法，其特征在于，所述反馈重传数据的喷泉码编码，首先要保证原始数据中的每个数据块必须进行至少一次异或操作；还要求得到的每个反馈重传数据块都不能由其他的反馈重传数据块表示。
8.喷泉码的HARQ技术的接收方法，其特征在于，包括以下步骤：先进行解调，再进行CRC解码和喷泉解码，解码后的数据暂存接收数据缓冲区，当接收到的正确数据块成功解码全部数据块时，则译码成功，该过程结束；当接收到的正确数据块不足以保证成功解码全部数据块时，则接收端请求发送下一个重传分组，这个请求反馈到反馈重传数据喷泉码编码器控制器，来控制信道编码器中的反馈重传数据喷泉码变换，然后加CRC编码模块，进行新的编码；反复执行这个过程，直到初始数据分组正确接收或者达到预先设定的最大重传次数，结束该过程。
9.根据权利要求8所述的采用喷泉码的HARQ技术的接收方法，其特征在于，如果正确译码，则之前放在接收端数据缓冲区中的数据包直接丢弃，如果译码失败，则把所有存放在接收端的数据缓冲区的数据取出来进行对比，根据出现的概率情况来判决输出数据。
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