CN102833054A - 基于harq的数据重传合并方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于HARQ的数据重传合并方法及装置，该方法包括：当接收到一个数据包的第N次传输数据时，对所述数据包的N次传输数据进行合并，针对所述数据包的每个编码块执行如下操作：根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值；根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并；直至合并完所述数据包中的所有编码块的数据，得到合并后的数据包数据。在数据合并时考虑信道状况的影响，按权重进行数据合并，提高了合并数据的正确率，改善了系统性能。

Description

基于HARQ的数据重传合并方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤指一种基于混合自动重传请求(HybridAutomatic Repeat reQuest，HARQ)的数据重传合并方法及装置。

背景技术

在室外远距离的全球微波接入互操作性(World Interoperability forMicrowave Access，WiMAX)/长期演进(Long Term Evolution，LTE)技术的应用条件下，无线信道的衰落现象非常明显，因此，WiMAX/LTE技术在链路层加入了HARQ机制，来实现减少到达网络层的信息差错。HARQ技术是基于链路层的重传合并技术，将自动重传请求(Automatic Repeat request，ARQ)和前向纠错编码(Feed-forward Error Correction，FEC)结合起来的数据重传机制，克服了ARQ以及FEC各自的缺点，能够提高频谱效率，大大提高系统业务吞吐量，使用重传带来合并增益，间接扩大系统的覆盖范围。下面具体分析传统的ARQ和HARQ的吞吐量的差别：

ARQ技术的实现过程是：发送端发送一个包含k比特信息和n_p比特校验信息的数据包，在接收端若检测出该数据包错误，则丢弃该包并请求发送端重传。其中接收端接收一个数据包的平均传输数目Tr可以表示为：

$\mathrm{Tr}=1+\underset{j=1}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}P\left(R_d^j\right)$

其中，假设未被检测出的错误可以忽略，为前j个数据包合并包含错误的概率，在第j次重传中出现错误的概率在数值估计可以表示为：

$P\left(R_d^j\right)=1-\∫{[1-p\left({\mathrm{\β}}^j\right)]}^{k+n_p}f\left({\mathrm{\β}}^j\right)d{\mathrm{\β}}^j.$

其中β^j＝(H¹，L，H^j)，

为第l天线在第j次传输的信道响应，L为发送或者接收的天线数；f(β^j)为不同天线的增益函数，p(β^j)为信道译码条件下的条件比特错误率(Conditioned Bit Error Rate，CBER)。

其中，若不同次的重传其信道不相关，则：

$p\left({\mathrm{\β}}^j\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{erf}}_c\left(\sqrt{\frac{E_s}{N_0}\underset{i=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_l^i\right|}^2}\right)$

其中，若不同次的重传其信道相关，对于每次传输每根天线对应的信道响应一致，则：

$p\left({\mathrm{\β}}^j\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{erf}}_c\left(\sqrt{\frac{E_s}{N_0}j\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_l^i\right|}^2}\right)$

上述E_s为每个符号数据的平均功率。

根据上述计算得到的Tr，可以确定ARQ的吞吐量效率为：

$\mathrm{Thr}=\frac{1}{\mathrm{Tr}}\frac{k}{k+n_p}$

其中k/k+n_p为增加的校验比特而带来吞吐量损失的因子。

HARQ技术的实现过程是：在发送端对一个数据包进行循环冗余检测编码(Cyclic Redundancy Check，CRC)，使其具有一定得检错能力，然后对CRC后的数据进行FEC编码，得到具有一定纠错能力的数据。当接收端接收到数据包后，首先进行译码纠错，再经过CRC进行检错，如果检测到数据错误，则向发送端发起重传请求。但HARQ技术实现过程中，并不丢弃错误的数据包，而是在重传的数据包到来时，通过包合并来得到新的数据包。也就是说，Chase HARQ包合并的原理是保存错误的旧数据包并与重传的新数据包进行合并平均。

假设其FEC为码率R_c＝u/v，存储器为m的卷积码，接收端采用软输入Viterbi译码。如果对于不同次的重传，其信道独立，则第j次传输中数据包错误的概率为：

$p\left(D_d^j\right)\≤1-\∫{[1-P_E\left({\mathrm{\β}}^i\right)]}^{\frac{k+n_p}{u}}f\left({\mathrm{\β}}^i\right)d{\mathrm{\β}}^i$

其中，

为前j个数据包合并后检测错误的事件，P_E(βⁱ)为错误事件概率上界，且满足：

$P_E\left({\mathrm{\β}}^i\right)\≤\underset{d=d_f}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_d{P}_d\left({\mathrm{\β}}^j\right)$

其中，d_f为自由距离，a_d为距离为d时不正确的路径数。

$P_d\left({\mathrm{\β}}^j\right)=\frac{1}{2}{\mathrm{erf}}_c\left(\sqrt{\frac{{\mathrm{dE}}_s}{N_0}j\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_l^i\right|}^2}\right)$

则接收端接收一个数据包的平均传输数目Tr可以表示为

$\mathrm{Tr}=1+\underset{j=1}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}P\left(D_d^j\right)$

根据上述计算得到的Tr，可以确定ARQ的吞吐量效率为：

$\mathrm{Thr}=\frac{R_c}{\mathrm{Tr}}\frac{k}{k+n_p+\mathrm{um}}$

其中，k/k+n_p+um为增加了校验位以及归零位带来的损失因子。

从上述ARQ和HARQ两种技术的吞吐量计算公式可以看出，HARQ技术的吞吐量获得了较大的提高。

但传统Chase HARQ中，保存错误的旧数据包并与重传的新数据包进行等增益合并平均，其未考虑到信道条件对传输数据包质量的影响，而直接进行权重相同的均值合并。而实际的无线环境中，各次重传的信道条件是完全不相同的，这样就会出现某次重传包的信道条件较好，某次重传包的信道条件较差，甚至某次重传会被严重干扰之类的情况，采用直接均值合并的方式，各次接收到的数据包的合并权重相同，不能体现信道质量条件对数据包传输质量的影响，从而导致干扰较强的重传数据包在合并时，合并后的数据检测错误的概率增加，重传合并的增益大大降低，进而导致数据重传次数增加。在重传出现强干扰时，甚至有可能会导致Chase HARQ系统性能低于非Chase HARQ系统性能。

发明内容

本发明实施例提供一种基于HARQ的数据重传合并方法及装置，用以解决现有重传数据均值合并所导致的合并后数据错误概率高，重传合并增益低、影响系统性能的问题。

一种基于HARQ的数据重传合并方法，包括：

当接收到一个数据包的第N次传输数据时，对所述数据包的N次传输数据进行合并，针对所述数据包的每个编码块执行如下操作：

根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值；

根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并；

直至合并完所述数据包中的所有编码块的数据，得到合并后的数据包数据。

一种基于HARQ的数据重传合并装置，包括：接收模块、合并控制模块和数据合并模块；

所述接收模块，用于数据包的传输数据；

所述合并控制模块，当接收到一个数据包的第N次传输数据时，对所述数据包的N次传输数据进行合并，控制所述数据合并模块针对所述数据包的每个编码块执行合并操作，直至合并完所述数据包中的所有编码块的数据，得到合并后的数据包数据；

所述数据合并模块，用于针对待合并的编码块，根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值；根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的基于HARQ的数据重传合并方法及装置，在对多次重传的数据包进行数据合并时，针对每次重传数据中的各编码块根据其信干噪比确定数据合并时的加权合并权值，根据加权合并权值合并数据，使不同传输信道条件的传输数据在合并时的权重不同，对于信道条件好的数据其占的权重较大，信道条件差的数据站的权重较小，这样相当于信道条件好的情况下传输数据在合并时对合并后的数据的贡献也比较大，干扰严重的情况下传输的数据在数据合并时对合并后的数据的贡献也比较小，从而使的合并后的数据准确性大大提高，提高了合并数据的正确率，实现了合并增益的最大化，大大提高了系统性能，也无形中减少了数据重传的次数。且信干噪比估算在系统实现时的实现复杂度较小，对系统缓存要求较小，同时CINR估算粒度较整个HARQ重传数据包小，精度较高，对于HARQ合并增益的提高贡献比较明显。

附图说明

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。在附图中：

图1为现有技术中基于HARQ的数据重传合并方法流程图；

图2为本发明实施例中基于HARQ的数据重传合并装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了改善现有技术中将保存的旧数据包和重传的新数据包进行合并时，增益合并平均所导致的不能反映信道传输条件不同，导致合并数据准确性不高的问题，本发明实施例提供的基于HARQ的数据重传合并方法，在进行数据合并时，根据信道质量确定合并时的权重，实现数据包的合并，该方法流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤S11：接收一个数据包第N次重传的传输数据。

本发明方法中，在CRC校验通过前接收到的N次重传的数据包的传输数据都会被存储下来，以备后续合并时使用。

步骤S12：启动对上述数据包的N次传输数据的合并流程。

步骤S13：确定N次传输数据的各编码块的信干噪比。

也就是在对上述数据包的N次传输数据进行合并之前，还包括确定N次传输数据的各编码块的信干噪比。具体可以有两种确定方式：

方式一：当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计第N次传输数据中各编码块的信干燥比CINR，并获取此前统计并存储的前N-1次传输数据中各编码块的信干噪比。

方式二：当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计N次传输数据中各编码块的信干燥比。

方式一在接收到第N次的传输数据时可以只统计该次传输数据中各编码块的信干噪比，减少了每次数据合并时的统计工作量。方式二在接收到第N次的传输数据时可以只统计包括此次在内的此前N次的传输数据中各编码块的信干噪比，从而不需要系统存储之前的统计数据，节约了系统存储空间。

例如：第N次重传的传输数据中第m个编码块的信干噪比为其中m表示数据包的第m个FEC编码块，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，N表示第N次重传的数据包的传输数据。

步骤S14：获取N次传输数据中当前待合并的编码块的数据。

针对上述数据包的每个编码块执行下面步骤S15和步骤S16的编码块数据合并操作。

步骤S15：根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定每次传输数据中待合并编码块在数据合并时的加权合并权值。

对N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比进行归一化计算，按下列公式确定每次传输数据中待合并编码块在数据合并时的加权合并权值：

$W_m^n=\frac{{\mathrm{CINR}}_m^n}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{\mathrm{CINR}}_m^i}$

其中，表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块的信干噪比；

表示N次传输数据中第m个编码块的信干噪比之和，i∈{0，......，N}

步骤S16：根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并，得到合并后的编码块数据。

针对待合并编码块中的每个信息比特的数据，采用下列公式进行数据合并：

${\mathrm{bit}}_{\mathrm{combine}}^{k,m}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^N{W}_m^n\×{\mathrm{bit}}_n^{k,m}$

其中，

表示第m个编码块中第k个信息比特合并后的数据，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，k∈{0，......，K-1}，K为正整数

表示第n次传输的第m个编码块中第k个信息比特的数据，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值；

合并完待合并的编码块中的所有信息比特的数据后，得到合并后的编码块数据。

步骤S17：是否合并完上述数据包中所有的编码块的数据。

若是，执行步骤S19；否则，执行步骤S18。

步骤S18：确定待合并的下一个编码块。

在合并完一个编码块的数据后，开始合并下一个编码块的数据，确定待合并的下一个编码块后，返回执行步骤S14继续获取下一个待合并的编码块的数据。

步骤S19：得到合并后的数据包数据。

当步骤S11接收到一个数据包的第N次传输数据时，对数据包的N次传输数据进行合并，针对所述数据包的每个编码块执行上面的数据合并操作，直至合并完数据包中的所有编码块的数据，得到合并后的数据包数据。

优选的，本发明实施例提供的上述基于HARQ的数据重传合并方法，还包括：

步骤S20：对合并后的数据包数据进行循环冗余检测编码CRC校验，若校验不通过时，继续请求发送端重传所述数据包的数据。

当校验通过时，则不再请求重新发送该数据包的数据。

基于本发明实施例提供的上述数据重传合并方法，本发明实施例还提供一种基于HARQ的数据重传合并装置，该装置可以设在任何具有数据接收功能的网络设备中，该装置的结构如图2所示，包括：接收模块10、合并控制模块20和数据合并模块30。

接收模块10，用于数据包的传输数据。

合并控制模块20，当接收到一个数据包的第N次传输数据时，对该数据包的N次传输数据进行合并，控制数据合并模块针对所述数据包的每个编码块执行合并操作，直至合并完数据包中的所有编码块的数据，得到合并后的数据包数据。

数据合并模块30，用于针对待合并的编码块，根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值；根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并，得到合并后的编码块数据。

优选的，上述数据合并模块30，具体包括：权重确定单元301和数据合并单元302。

权重确定单元301，用于对N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比进行归一化计算，按下列公式确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值：

$W_m^n=\frac{{\mathrm{CINR}}_m^n}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{\mathrm{CINR}}_m^i}$

其中，

表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块的信干噪比；

表示N次传输数据中第m个编码块的信干噪比之和，i∈{0，......，N}。

数据合并单元302，用于根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并，得到合并后的编码块数据；具体包括：

针对待合并编码块中的每个信息比特的数据，采用下列公式进行数据合并：

${\mathrm{bit}}_{\mathrm{combine}}^{k,m}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^N{W}_m^n\×{\mathrm{bit}}_n^{k,m}$

其中，

表示第m个编码块中第k个信息比特合并后的数据，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，k∈{0，......，K-1}，K为正整数

表示第n次传输的第m个编码块中第k个信息比特的数据，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值；

合并完待合并编码块中的所有信息比特的数据后，得到合并后的编码块数据。

优选的，上述基于HARQ的数据重传合并装置，还包括：

统计模块40，用于对数据包的N次传输数据进行合并时，确定N次传输数据的各编码块的信干噪比，具体包括：当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计第N次传输数据中各编码块的信干燥比，并获取此前统计并存储的前N-1次传输数据中各编码块的信干噪比；或当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计N次传输数据中各编码块的信干燥比。

优选的，上述基于HARQ的数据重传合并装置，还包括：

校验模块50，用于得到合并后的数据包数据后，对合并后的数据包数据进行循环冗余检测编码CRC校验，若校验不通过时，继续请求发送端重传所述数据包的数据。

上述方法在对基带数据进行重传合并时根据反映信道传输条件优劣的信干噪比，确定每次传输数据在数据合并时所占的权重，即加权合并权值，对于信道条件好的数据其占的权重较大，信道条件差的数据站的权重较小，这样相当于信道条件好的情况下传输数据在合并时对合并后的数据的贡献也比较大，干扰严重的情况下传输的数据在数据合并时对合并后的数据的贡献也比较小，从而使的合并后的数据准确性大大提高，实现了合并增益的最大化，大大提高了系统性能，也无形中减少了数据重传的次数。

上述方法中使用FEC编码块的CINR作为加权合并权值，CINR估算对在系统实现时的实现复杂度较小，对系统缓存要求较小，同时CINR估算粒度较整个HARQ重传数据包小，精度较高，对于HARQ合并增益的提高贡献比较明显。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于HARQ的数据重传合并方法，其特征在于，包括：

当接收到一个数据包的第N次传输数据时，对所述数据包的N次传输数据进行合并，针对所述数据包的编码块执行如下操作：

根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值；

根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并；

直至合并完所述数据包中的所有编码块的数据，得到合并后的数据包数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值；具体包括：

对N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比进行归一化计算，按下列公式确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值：

$W_m^n=\frac{{\mathrm{CINR}}_m^n}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{\mathrm{CINR}}_m^i}$

其中，

表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块的信干噪比；

表示N次传输数据中第m个编码块的信干噪比之和，i∈{0，......，N}。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并，具体包括：

针对待合并编码块中的每个信息比特的数据，采用下列公式进行数据合并：

${\mathrm{bit}}_{\mathrm{combine}}^{k,m}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^N{W}_m^n\×{\mathrm{bit}}_n^{k,m}$

其中，表示第m个编码块中第k个信息比特合并后的数据，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，k∈{0，......，K-1}，K为正整数

表示第n次传输的第m个编码块中第k个信息比特的数据，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值；

合并完待合并编码块中的所有信息比特的数据后，得到合并后的编码块数据。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述数据包的N次传输数据进行合并之前，还包括：

当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计第N次传输数据中各编码块的信干燥比，并获取前N-1次传输数据中各编码块的信干噪比；或

当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计N次传输数据中各编码块的信干燥比。

5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，得到合并后的数据包数据后，还包括：

对合并后的数据包数据进行循环冗余检测编码CRC校验，若校验不通过时，继续请求发送端重传所述数据包的数据。

6.一种基于HARQ的数据重传合并装置，其特征在于，包括：接收模块、合并控制模块和数据合并模块；

所述接收模块，用于数据包的传输数据；

所述合并控制模块，当接收到一个数据包的第N次传输数据时，对所述数据包的N次传输数据进行合并，控制所述数据合并模块针对所述数据包的每个编码块执行合并操作，直至合并完所述数据包中的所有编码块的数据，得到合并后的数据包数据；

所述数据合并模块，用于针对待合并的编码块，根据N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比，确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值；根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据合并模块，具体包括：

权重确定单元，用于对N次传输数据中待合并的编码块的信干噪比进行归一化计算，按下列公式确定每次传输数据中所述待合并编码块在数据合并时的加权合并权值：

$W_m^n=\frac{{\mathrm{CINR}}_m^n}{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^N{\mathrm{CINR}}_m^i}$

其中，

表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块的信干噪比；

表示N次传输数据中第m个编码块的信干噪比之和，i∈{0，......，N}。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据合并模块，具体包括：

数据合并单元，用于根据确定出的加权合并权值，对N次传输数据中的待合并编码块进行数据合并，得到合并后的编码块数据；具体包括：

针对待合并编码块中的每个信息比特的数据，采用下列公式进行数据合并：

${\mathrm{bit}}_{\mathrm{combine}}^{k,m}={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^N{W}_m^n\×{\mathrm{bit}}_n^{k,m}$

其中，

表示第m个编码块中第k个信息比特合并后的数据，m∈{0，......，M-1}，M为正整数，k∈{0，......，K-1}，K为正整数

表示第n次传输的第m个编码块中第k个信息比特的数据，n∈{0，......，N}，N为正整数；

表示第n次传输数据中第m个编码块在数据合并时的加权合并权值；

合并完待合并编码块中的所有信息比特的数据后，得到合并后的编码块数据。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

统计模块，用于对所述数据包的N次传输数据进行合并时，确定N次传输数据的各编码块的信干噪比，具体包括：当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计第N次传输数据中各编码块的信干燥比，并获取此前统计并存储的前N-1次传输数据中各编码块的信干噪比；或当接收到一个数据包的第N次传输数据时，统计N次传输数据中各编码块的信干燥比。

10.如权利要求6-9任一所述的装置，其特征在于，还包括：

校验模块，用于得到合并后的数据包数据后，对合并后的数据包数据进行循环冗余检测编码CRC校验，若校验不通过时，继续请求发送端重传所述数据包的数据。

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