CN102843226B - 基于非对等保护的混合自动请求重传方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非对等保护的混合自动请求重传方法，涉及数字通信领域。该方法包括以下步骤：对待传输的比特信息进行LDPC编码，产生LDPC码字；对所述码字进行星座映射，将产生的星座符号经过后处理送入信道传输；在接收端进行LDPC解码，若解码正确则接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的LLR，并向发送端请求重传；根据所述比特信息在编码调制方案中的不同保护度，将LDPC编码码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议，选择其中若干比特组，以预定顺序进行重传；该方法根据不同的通信需求和应用情况可得到多种基于非对等保护的混合自动重传策略，提高了对应通信环境下的通信可靠性和吞吐率，适应多种业务模式和多种信道条件。

Description

基于非对等保护的混合自动请求重传方法

技术领域

本发明涉及数字通信技术领域，特别涉及一种基于非对等保护的混合自动请求重传方法。

背景技术

通信系统中，差错控制技术是否适宜将很大程度决定通信质量的高低。差错控制主要可以从编码调制和通信协议两个方面出发。对于电力线通信系统等信道环境复杂多变、噪声干扰恶劣的通信系统或者对数据量和吞吐率要求很高的多媒体广播通信系统来说，如何在保证低差错率的情况下有效提高吞吐率更是人们所关注的问题。

在差错控制技术中有两个主要的方法，其一是前向差错控制（FEC），它依赖于编码技术；其二是自动请求重传（ARQ），其细节由具体的通信协议决定。虽然这两种技术应用十分广泛，但两者都有自己的不足：FEC可以以较稳定的速率传输，但是一旦译码错误就无法获得正确信息，尤其在一些噪声比较强烈、条件复杂恶劣的信道中，传输的误比特率(BER)和误帧率(FER)会很快恶化；ARQ机制通过简单的方法，当接收端遇到错误就请求发送端重传所有比特，虽然可以提高传输的可信度，但是重传次数随着FER的升高而显著增多，吞吐率会受到严重影响。

因此，出现了FEC与ARQ折衷的一种协议，即混合自动请求重传（HARQ）。HARQ的FEC部分可以提高吞吐率，同时ARQ部分可以提高可信度。根据信道条件和对通信指标要求的不同，应该选择不同的HARQ策略，在前向纠错编码复杂度和重传比例数量之间作相应调整，以适应不同服务质量需求。由于HARQ协议的灵活性、稳定性和较高的通信效率，使之较广泛地用于各种实际通信系统中。

LDPC（Low Density Parity Check，低密度奇偶校验）码，是由Robert G.Gallager于1962年提出的一类基于稀疏校验矩阵的特殊线性分组码。它通常由校验矩阵H进行描述，校验矩阵H的零空间即LDPC码的码字空间，其主要特点是校验矩阵具有稀疏性。LDPC（N,K）码的H矩阵是一个（N-K）×N维的矩阵，其中，N为码字长度（简称码长），K为信息位长度，对应码率为K/N。LDPC码不仅有逼近香农限的良好性能，结构灵活，码率高时更优于其它FEC码（如Turbo码），是近年来信道编码领域的研究热点，目前已广泛应用于深空通信、光纤通信、地面及卫星数字多媒体广播等领域。LDPC码成为第四代无线移动通信系统和新一代数字电视地面广播传输系统信道编码方案的强有力竞争者，而基于LDPC码的信道编码方案已经被多个通信与广播标准所采纳，如ITU-T G.hn（国际电联电力线通信系统标准）、DVB-T2（第二代欧洲数字电视地面广播传输标准）、DVB-S2（第二代欧洲数字电视卫星传输标准）以及DTMB（中国数字电视地面广播传输标准）等。

传统HARQ方法虽然有一系列优点，然而在一些对通信质量、速率、稳定性要求较高的系统中，其效果依然无法达到要求。因此，人们对HARQ做出了进一步的发展和研究。主要的一种改进是冗余增长型IR-HARQ（incremental redundancy HARQ）。它的主要原理是将校验比特流分成几次传输，当接收端有错误出现时，就传输下一部分校验比特，直到码字正确接收。这种方法适用性强，效率有所提高。但是IR-HARQ需要有一套RC码（Rate-compatible Codes）。RC码的编解码复杂度高，而且对于LDPC码而言,目前的技术很难在不降低通信性能的前提下设计一套RC-LDPC码。因此，目前通信系统并未充分利用HARQ策略和LDPC编码的优势。如何将LDPC码和HARQ结合，实现高速可靠的通信是一个尚未解决的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种基于非对等保护的混合自动请求重传方法。该方法能够结合HARQ策略与LDPC编码的优势，并充分利用传输比特的非对等保护特性，可以适应多种复杂信道条件和多种业务模式，实现高可靠性和高速率的通信质量。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于非对等保护的混合自动请求重传方法，其包括以下步骤：

S1、发送端对待传输的比特信息进行LDPC编码，得到对应所述比特信息的码字；

S2、发送端对所述码字进行星座映射，得到码字对应的星座符号，再经过后处理送入信道传输；

S3、接收端对解调和解映射后得到的对应LDPC码字的比特LLR进行LDPC解码，若解码正确则接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的对数似然比（LLR），并向发送端请求重传；S4、根据所述比特信息在所述编码调制方案中的不同保护度，将所述码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议，选择其中若干比特组，以预定顺序进行重传；

S5、接收端将收到的重传包解调得到的比特LLR与此前存储的比特LLR中对应于重传包比特组的部分进行合并，更新存储中对应部分的比特LLR；

S6，接收端对经过更新的比特LLR再进行LDPC解码，若解码正确或达到重传次数上限则终止，否则继续向发送端请求重传并跳转到步骤S4。

优选地，在所述步骤S1中，将所述需要传输的比特信息进行LDPC编码，所述LDPC编码为非规则LDPC编码。

优选地，在所述步骤S2中，星座映射的方式为QAM或者APSK，所述QAM调制方式或者APSK调制方式为单载波调制或者OFDM调制。

优选地，在所述步骤S4中，将所述码字分为若干保护度不同的比特组的方法是，根据各比特保护度的高低，将码字的所有比特分为若干比特组，分组的组数根据实际码字各比特保护度分布情况确定，为便于重传策略的设置和灵活选取，一般为3组或3组以上。

优选地，所述比较所述码字各比特保护度高低的方法是以下三种式中的至少一种：（1）可根据不规则LDPC编码码字的各个比特参与校验方程数不同，参与校验方程数越多，相应比特保护度越高；（2）可根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，推算出映射符号对应的各个比特在信道传输中的保护度的高低；（3）可通过仿真或实验，比较各个比特保护度的高低。

优选地，在所述步骤S4中，所述预定的重传协议需要规定的内容是：(1)、将所述码字各比特分为若干比特组的分组方式和分组数；(2)、重传次数上限M(M≥1)，当解码错误时，若重传次数已达到M则接收端丢弃该码字，否则继续请求重传；(3)所述各比特组的重传顺序，其中各比特组的重传次数为n,则0≤n≤M；(4)重传的映射和调制方式，一般选择比首次传输具有更高可靠性的映射和调制方式。

优选地，在所述步骤S4中，所述重传的方法为将重传比特组直接重传或者进行再次LDPC编码，然后送入信道传输；在所述步骤S5中，将直接重传的比特LLR与第一次传输对应比特的LLR进行直接求和或加权求和合并，最后对总的比特LLR进行解码。

优选地，在所述步骤S4中，所述重传方法为将重传比特进行再次LDPC编码，然后送入信道传输；在所述步骤S5中，将经过解码的重传比特LLR与第一次传输对应比特的LLR进行直接求和或加权求和合并，最后对总的比特LLR进行解码。

本发明还提供给了一种基于非对等保护的混合自动请求重传装置，包括发送端和接收端，所述发送端包括：

LDPC编码单元，用于将需要传输的比特信息进行LDPC编码，得到对应所述比特信息的码字；

信号映射调制单元，用于将LDPC码字映射到某种预定的星座图上，并按某种预定调制方式进行调制，生成码字对应的数字信号；

数模转换发射单元，用于将所述数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，再由模拟前端发射到信道中传输；

码字比特分组存储单元，用于缓存当前传输码字的所有比特，并根据采用编码调制方案中对所述比特信息的不同保护度，将所述码字分为若干保护度不同的比特组；

重传控制单元，用于控制重传的次数上限和重传次序逻辑，能够在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议，选择所述码字比特分组存储单元中的若干比特组，以预定顺序控制发送端进行若干次重传；

所述接收端包括：

前端接收单元，用于前端接收模拟信号并进行模数转换，得到所述数字信号；

信号解映射解调制单元，用于将所述数字信号进行解调和解映射，得到发送端所码字或重传比特组对应的LLR；

LLR存储合并处理单元，用于存储码字所有比特的LLR，并能够对重传比特组的LLR与存储中对应部分的比特的LLR进行合并处理；

LDPC解码单元，用于对解调和解映射或合并得到的码字的所有比特的LLR进行LDPC解码，得到发送端传输的原始比特信息；

请求重传控制单元，用于判断是否向发送端请求重传，如果LDPC解码单元解码正确或达到重传次数上限则不请求重传，否则向发送端发送请求重传信息。

（三）有益效果

本发明的基于非对等保护的混合自动请求重传方法，可以根据不同的通信需求和应用情况得到多种基于非对等保护的混合自动重传策略，提高对应通信环境下的通信可靠性和吞吐率，能够适应多种业务模式和多种信道条件，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例所述的基于非对等保护的混合自动请求重传方法流程图。

图2是依照本发明所述装置的发送端结构示意图；

图3是依照本发明所述装置的接收端结构示意图；

图4是依照本发明一种实施方式下发送端进行64QAM星座映射的星座图；

图5是依照本发明一种实施方式下系统的吞吐率曲线；

图6是依照本发明一种实施方式下系统的吞吐率曲线；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

比特的非对等保护特性(UEP，Unequal Protection)在编码调制中是常见的。对于非规则LDPC编码，由于其校验矩阵的不规则结构和纠错机制，码字不同位置的比特参与的校验方程数量不同，受到了不同程度的保护。对于星座映射（如高阶QAM调制）中星座图上各个符号间的欧氏距离不同，映射的各个比特间的平均欧氏距离不同，所以在传输中存在不同的出错几率，保护度各不相同。但目前编码调制中各比特的非对等保护特性在各种通信系统中并没有得到充分有效的利用。

如图1所示，本发明的基于非对等保护的混合自动请求重传方法包括：

S1、发送端对待传输的比特信息进行LDPC编码，得到对应所述比特信息的码字。编码的方法为非规则LDPC编码，即对应的LDPC校验矩阵H的各列重（每一列元素中“1”的个数）不完全相同，所以得到的LDPC码的各个比特参与的校验方程数不相同，受到不同程度的保护，具有所谓“非对等保护”特性。

编码得到的LDPC码记为LDPC（N,K），则它具有（N-K）×N维的H校验矩阵，其中，N为码字长度（简称码长），K为信息位长度，对应码率为K/N。

S2、发送端对所述码字星座映射，得到码字对应的数字信号，再经过调制和数模转换后送入信道传输。

星座映射的方式为16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM、QPSK、16APSK、32APSK、64APSK或者256APSK。星座映射时，将码字各比特依次按每段M个比特分段，其中2^M为调制阶数。例如，对于64QAM映射，M＝6。

所述调制方式为OFDM调制，将星座映射后的符号（频域有效数据）进行IFFT反傅里叶变换，将各符号调制在不同子载波上，得到时域OFDM数字信号s(n)，如以下公式所示：

$s\left(n\right)=\frac{1}{\sqrt{N}}\underset{k\&Element;\mathrm{\&Omega;}}{\mathrm{\&Sigma;}}{S}_k\exp \left(\frac{j2\mathrm{\&pi;kn}}{N}\right),0\&le;n<N---\left(1\right)$

其中，N表示OFDM子载波的总数，Ω表示子载波集，k表示子载波编号，S_k表示调制在子载波k上的频域发送符号。

在发送的时域信号s(n)前加上相应保护间隔，得到时域信号帧。

此后，将数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，再通过模拟前端发送到信道传输。

S3、接收端对解调和解映射后得到的码字进行LDPC解码。

解码的方式为利用解调和解映射后得到的码字各比特的对数似然比（LLR）软信息进行迭代，如果在指定的有限次数内（例如30次）迭代成功则解码成功，否则解码失败。

若解码成功则此次接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的LLR，并向发送端发送请求重传信息(NACK信息)；

S4、发送端将所述码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议选择其中若干比特组依次进行重传。

将所述码字分为若干保护度不同的比特组，首先比较各比特保护度的高低：可根据不规则LDPC编码码字的各个比特参与校验方程数不同（码字某个比特参与的校验方程数等于其对应于校验矩阵H中某一列的列重），参与校验方程数越多，相应比特保护度越高；也可根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，推算出映射符号对应的各个比特在信道传输中的保护度的高低；还可通过仿真或实验，比较各个比特保护度的高低。然后通过综合以上几种保护度比较标准的结果，按保护度的高低分布将码字的所有比特分为若干比特组，分组的组数根据实际码字各比特保护度分布情况确定，为便于重传策略的设置和灵活选取，一般为3组或3组以上。

预定的重传协议可以根据实际信道条件、业务模式和服务质量需求来灵活选取。例如，将码字按保护度分布的高低分为3个比特组时（记为S1、S2和S3，保护度S1<S2<S3），可以选择多种重传协议，每个重传协议主要由两部分组成，一部分是重传次序，一部分是重传调制方式。具体举例如下：

重传次序部分，有以下几种选择作为示例（其中H1～H6为重传次序的代号）：

H1.重传次数上限M=1，重传次序为S1；

H2.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S2；

H3.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S2-S3；

H4.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S1；

H5.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S2；

H6.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S1；

重传调制方式部分，有以下几种选择作为示例（其中M1～M8为重传调制方式的代号）：

M1.首次传输码字和重传均用64QAM调制；

M2.首次传输码字和重传均用256QAM调制；

M3.首次传输码字用64QAM调制，重传均用QPSK调制；

M4.首次传输码字用64QAM调制，重传均用16QAM调制；

M5.首次传输码字用256QAM调制，重传均用64QAM调制；

M6.首次传输码字用256QAM调制，重传均用16QAM调制；

M7.首次传输码字用64APSK调制，重传均用16APSK调制；

M8.首次传输码字用256APSK调制，重传均用64QAM调制；

将以上两部分任意组合，就可以得到36种重传协议，例如H1/M4，H3/M5等等，实际应用时可以根据信道条件和服务质量需求灵活选取重传协议，具有很强的适应性。

S5、接收端将重传与存储的比特LLR对应合并，更新存储的比特LLR。

由于本次重传与上一次传输在接收端解调和解映射后，有两组对应的比特LLR值，其绝对值的大小分别反映了两次传输中各比特的可靠性的大小。因为两次传输的信噪比相同，所以两次传输的对应比特相当于形成了一组重复码，上一次传输的比特LLR是本次传输的先验信息。根据理论推导，两次比特LLR合并的最优方法应该是直接相加。

S6，接收端对更新LLR信息再进行LDPC解码，若解码正确或达到重传次数上限则终止，否则继续向发送端请求重传并跳转到步骤S4。

在所述步骤S4中，所述重传协议中的重传方式均为直接将首次存储的LDPC码字的某一比特组进行映射调制后发送到信道中。在实际系统中，如果需要进一步骤保证重传比特组的可靠性，还可以将待重传的比特组再次进行LDPC编码，得到LDPC码，然后送入信道传输；在所述步骤S5中，对应地将接收到的LDPC码进行解码得到的比特LLR与存储的比特LLR合并，然后对总的比特LLR进行解码。

本发明提供了一种基于非对等保护的混合自动请求重传装置，该装置包括发送端以及接收端。其中，如图2所示，发送端包括：LDPC编码单元，用于将比特信息进行LDPC编码；信号映射调制单元，用于将LDPC码字映射到星座图上并进行调制；数模转换发射单元，用于将数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，由模拟前端发射；码字比特分组存储单元，用于缓存码字的所有比特，并将码字分为若干保护度不同的比特组；重传控制单元，用于控制重传次数和次序，根据预定的重传协议进行重传；如图3所示，接收端包括：前端接收单元，用于前端接收模拟信号并进行模数转换；信号解映射解调制单元，用于将所述数字信号进行解调和解映射得到对应的比特LLR；LLR存储合并处理单元，用于存储码字所有比特的LLR，并能够对重传的比特LLR与存储的比特LLR进行合并；LDPC解码单元，用于对码字的所有比特的LLR进行解码，得到原始比特信息；请求重传控制单元，用于判断是否向发送端请求重传，如果需要则向发送端发送请求重传信息。

下面以ITU-T G.hn系统、DVB-T2系统和DTMB系统中关于LDPC码和映射调制的相关标准为业务背景，来进一步说明本发明。

实施例1

采用ITU-T G.hn系统中的码率为1/2的LDPC(8640,4320)编码方式，具体实施流程包括如下步骤：

S1、发送端对待传输的比特信息进行LDPC编码，得到对应所述比特信息的码字。编码的方法为非规则LDPC编码，对应的LDPC校验矩阵H1具有准循环的形式，包含c×t个q阶子循环矩阵(由q阶单位矩阵每行向右移动n位(0≤n≤q-1)构成)。

用简化形式将以上H1矩阵表示为如下H1_c形式：

${H1}_c=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{\mathrm{1,1}}& a_{\mathrm{1,2}}& ...& a_{1,t}\\ a_{\mathrm{2,1}}& a_{\mathrm{2,2}}& ...& a_{2,t}\\ .& .& & .\\ .& .& a_{i,j}& .\\ .& .& & .\\ a_{c,1}& a_{c,2}& ...& a_{c,t}\end{array}\right]...\left(2\right)$

其中，c=12,t=24，0≤i≤c-1,0≤j≤t-1;每个元素a_i,j表示一个q阶循环矩阵(q=360)，a_i，j=-1表示零矩阵；a_i,j=n(n>0)表示一个q阶循环矩阵，其第一行为对应单位矩阵向右平移n位。

本实施例中的H1矩阵的简化形式H1_c的具体数据见参考文献【Telecommunication standardization sector of ITU,G.9960:Unifiedhigh-speed wire-line based home networking transceivers Systemarchitecture and physical layer specification,2010】。

编码得到的LDPC码记为LDPC（8640,4320），则它具有4320×8640维的H1校验矩阵，其中，8640为码长，4320为信息位长度，对应码率为1/2。

S2、发送端对所述码字星座映射，得到码字对应的星座符号，再经过调制和后处理送入信道传输。

本实施例中，首次传输的星座映射的方式为64QAM，星座映射时，将码字各比特依次按每段M个比特分段，其中2^M＝64,M＝6。64QAM的星座映射图如图4所示。

所述调制方式为单载波调制或者OFDM调制，如果采用单载波调制，则将星座映射后的符号调制在单载波上；如果采用OFDM调制，则将星座映射后的符号（频域有效数据）进行IFFT反傅里叶变换，将各符号调制在不同子载波上，得到时域OFDM数字信号s(n)，如公式(1)所示。

此后，将数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，再通过模拟前端发送到信道传输。

S3、接收端对解调和解映射后得到的码字进行LDPC解码。

若解码成功则此次接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的LLR，并向发送端发送请求重传信息；

S4、发送端将所述码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议选择其中若干比特组依次进行重传。

将所述码字分为若干保护度不同的比特组，首先比较各比特保护度的高低，在本实施例中方法如下：

分组方法(1)：可根据不规则LDPC编码的校验矩阵H1中各列的列重来区分各比特保护度的高低。根据上述H1矩阵具体参数表1，可以得到LDPC码字各比特的保护度（参加校验方程数）有2、3和6三种。所述每个码字LDPC(8640,4320)共有8640个比特，其中各个比特的LDPC保护度分布具体如下：LDPC保护度为2的比特共3600个；LDPC保护度为3的比特共3240个；LDPC保护度为6的比特共1800个。可据此分为三个不同保护度的比特组。

分组方法(2):可根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，推算出每个星座映射符号对应的M个比特（本实施例中M=6）在信道传输中的保护度的高低。若将每个星座映射符号的6个比特记为{b5,b4,b3,b2,b1,b0}，其中b5为最高有效位，b0为最低有效位，则LDPC(8640,4320)码的8640个比特中，第n个比特（n=0,1,2，...,8639）对应于星座映射中的b_k,k=5-(n mod 6)。经过推算，本实施例的64QAM星座映射图中一共有三种保护度不同的比特{b5,b2}、{b4,b1}和{b3,b0}，其中{b5,b2}是保护度最低的，{b4,b1}次之，{b3,b0}保护度最高。可据此分为三个不同保护度的比特组。

分组方法(3):综合考虑以上两种比较标准，一共可以细分出3×3=9种保护度的比特小组，每个比特小组的比特是LDPC(8640,4320)码字的所有比特中某种LDPC保护度的比特与某种星座映射符号保护度的比特的交集。然后，通过仿真实施例1中SNR=11dB下各个比特解码的LLR数据（见表2），将保护度最低的三个比特小组（LDPC保护度为2的比特与星座映射符号中{b5,b2}比特的交集；LDPC保护度为2的比特与星座映射符号中{b4,b1}比特的交集；LDPC保护度为3的比特与星座映射符号中{b5,b2}比特的交集）划入比特组S1，同理将保护度最高的三个比特小组划入比特组3，余下保护度居中的三个比特小组划入比特组S2，得到码字所有比特的三个比特组S1、S2和S3。

表2SNR=11dB时各保护度比特的解码LLR值

预定的重传协议可以根据ITU-T G.hn的实际信道条件、业务模式和服务质量需求来灵活选取。本实施例中每个重传协议主要由两部分组成，一部分是重传次序，一部分是重传调制方式。具体说明如下：

重传次序部分，本实施例选择以下几种策略（其中H1～H6为重传次序的代号，与前文所述代号一致）：

H1.重传次数上限M=1，重传次序为S1；

H2.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S2；

H3.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S2-S3；

H4.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S1；

H5.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S2；

H6.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S1；

重传调制方式部分，本实施例选择以下两种策略（其中M1、M3为重传调制方式的代号，与前文所述代号一致）：

M1.首次传输码字和重传均用64QAM调制；

M3.首次传输码字用64QAM调制，重传均用QPSK调制（QPSK调制的星座图映射为格雷映射）；

将以上两部分任意组合，就可以得到12种重传协议，例如H1/M3，H3/M1等等。

S5、接收端将重传与存储的LLR对应合并，采用直接相加的方法，并更新存储的LLR。

S6，接收端对更新LLR信息再进行LDPC解码，若解码正确或达到重传次数上限则终止，否则继续向发送端请求重传并跳转到步骤S4。

仿真结果

对本实施例进行仿真，主要仿真参数如表3所示：

表3实施例1仿真参数

LDPC码长	8640
		LDPC码率	0.50
重传调制方式(代号)	M1或M3
		重传次序(代号)	H1,H2,H3,H4,H5,H6或H0

在实施例1中，采用M1为重传调制方式，采用H1、H2、H3、H4、H5、H6和H0为重传次序，H0表示重传整个码字的传统HARQ策略。在这样的重传调制方式和重传次序下，吞吐率(Throughput)曲线如图5所述，传输比特在误码率(BER)、误帧率(FER)和吞吐率(Throughput)等参数方面能够取得良好的技术效果。具体来说，H1～H6方法比传统HARQ（H0）方法有更低的误码率和误帧率，因而可以在同样信道条件下达到更可靠的通信效果；比传统HARQ有更高的吞吐率，有更好的频谱效率，因而可以适应多种信道环境下高速稳定数据传输的业务需求。其中，误码率为某个信噪比下仿真传输大量比特中错误比特的比率；误帧率为某个信噪比下仿真传输大量码字中错误码字(也称作误帧)的比率；吞吐率定义为净比特率(Net bitrate R)/带宽(BW)，它与平均意义上每个传输的符号携带的比特数成正比，这样定义的吞吐率反映了频谱效率的高低，便于比较不同编码调制方式的吞吐率和频谱利用率。

在实施例1中，采用M3为重传调制方式，采用H1～H6为重传次序，在这样的重传调制方式和重传次序下，吞吐率(Throughput)曲线如图6所述。本发明提出的方法H3/M3重传策略比传统HARQ有更低的误码率和误帧率，其它重传策略比传统HARQ的误码率略高，但仍可以在不同信道条件下保证较高的可靠性传输。

本实施例中体现的方法也适用于采用ITU-T G.hn系统中其它LDPC码率或码长的情形。

实施例2

采用DVB-T2系统中码率为3/5的LDPC(64800,38688)编码方式，具体实施流程包括如下步骤：

S1、发送端对待传输的比特信息进行LDPC编码，得到的LDPC码记为LDPC(64800，38688)，则它具有38688×64800维的H3校验矩阵，其中，64800为码长，38988为信息位长度，对应码率为3/5。

S2、发送端对所述码字星座映射，得到码字对应的星座符号，再经过调制和后处理送入信道传输。

本实施例中，首次传输的星座映射的方式为256QAM。所述调制方式为单载波调制或者OFDM调制。

此后，将数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，再通过模拟前端发送到信道传输。

S3、接收端对解调和解映射后得到的码字进行LDPC解码。

若解码成功则此次接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的LLR，并向发送端发送请求重传信息；

S4、发送端将所述码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议选择其中若干比特组依次进行重传。

将所述码字分为若干保护度不同的比特组，首先比较各比特保护度的高低，在本实施例中可根据不规则LDPC编码的校验矩阵H3中各列的列重来区分各比特保护度的高低；也可根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，推算出每个星座映射符号对应的M个比特（本实施例中M=8）在信道传输中的保护度的高低。综合考虑以上两种比较标准，按保护度高低分布将LDPC(68400,38688)码的68400个比特分为四个比特组S1、S2、S3和S4。

预定的重传协议可以根据DVB-T2的实际信道条件、业务模式和服务质量需求来灵活选取。本实施例中每个重传协议主要由两部分组成，一部分是重传次序，一部分是重传调制方式。具体说明如下：

重传次序部分，本实施例可选择以下几种策略（其中H1～H8为重传次序的代号，与前文所述代号一致）：

H1.重传次数上限M=1，重传次序为S1；

H2.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S2；

H3.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S2-S3；

H4.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S1；

H5.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S2；

H6.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S1；

H7.重传次数上限M=4，重传次序为S1-S2-S3-S4；

H8.重传次数上限M=4，重传次序为S1-S1-S2-S2；

重传调制方式部分，本实施例选择以下两种策略（其中M5、M6、M7为重传调制方式的代号，与前文所述代号一致）：

M5.首次传输码字用256QAM调制，重传均用64QAM调制；

M6.首次传输码字用256QAM调制，重传均用16QAM调制；

M7.首次传输码字用64APSK调制，重传均用16APSK调制；

将以上两部分任意组合，就可以得到24种重传协议，例如H6/M5，H4/M6,H3/M7等等。

S5、接收端将重传与存储的LLR对应合并，采用直接相加的方法，并更新存储的LLR。

S6，接收端对更新LLR信息再进行LDPC解码，若解码正确或达到重传次数上限则终止，否则继续向发送端请求重传并跳转到步骤S4。

本实施例中体现的方法也适用于采用DVB-T2系统中其它LDPC码率和码长的情形。

实施例3

采用DTMB系统中码率为0.4的LDPC(7493,3048)编码方式，具体实施流程包括如下步骤：

S1、发送端对待传输的比特信息进行LDPC编码，得到的LDPC码记为LDPC(7493,3048)，则它具有3048×7493维的H4校验矩阵，其中，7493为码长，3048为信息位长度，对应码率为0.4。

S2、发送端对所述码字星座映射，得到码字对应的星座符号，再经过调制和后处理送入信道传输。

本实施例中，首次传输的星座映射的方式为256QAM。所述调制方式为单载波调制。

此后，将数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，再通过模拟前端发送到信道传输。

S3、接收端对解调和解映射后得到的码字进行LDPC解码。

若解码成功则此次接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的LLR，并向发送端发送请求重传信息；

S4、发送端将所述码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议选择其中若干比特组依次进行重传。

将所述码字分为若干保护度不同的比特组，首先比较各比特保护度的高低，在本实施例中可根据不规则LDPC编码的校验矩阵H4中各列的列重来区分各比特保护度的高低；也可根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，推算出每个星座映射符号对应的M个比特（本实施例中M=8）在信道传输中的保护度的高低。综合考虑以上两种比较标准，按保护度高低分布将LDPC(7493,3048)码的7493个比特分为四个比特组S1、S2、S3和S4。

预定的重传协议可以根据DTMB的实际信道条件、业务模式和服务质量需求来灵活选取。本实施例中每个重传协议主要由两部分组成，一部分是重传次序，一部分是重传调制方式。具体说明如下：

重传次序部分，本实施例可选择以下几种策略（其中H1～H8为重传次序的代号，与前文所述代号一致）：

H1.重传次数上限M=1，重传次序为S1；

H2.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S2；

H3.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S2-S3；

H4.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S1；

H5.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S2；

H6.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S1；

H7.重传次数上限M=4，重传次序为S1-S2-S3-S4；

H8.重传次数上限M=4，重传次序为S1-S1-S2-S2；

重传调制方式部分，本实施例选择以下两种策略（其中M2、M5、M8为重传调制方式的代号，与前文所述代号一致）：

M2.首次传输和重传均用256QAM调制；

M5.首次传输码字用256QAM调制，重传均用64QAM调制；

M8.首次传输码字用256APSK调制，重传均用64QAM调制；

将以上两部分任意组合，就可以得到24种重传协议，例如H3/M2，H8/M6，H4/M8等等。

S5、接收端将重传与存储的LLR对应合并，采用直接相加的方法，并更新存储的LLR。

S6，接收端对更新LLR信息再进行LDPC解码，若解码正确或达到重传次数上限则终止，否则继续向发送端请求重传并跳转到步骤S4。

本实施例中体现的方法也适用于采用DTMB系统中其它LDPC码率的情形。

实施例4

首次传输采用DVB-T2系统中码率为3/5的LDPC(64800,38688)编码方式，重传时对重传比特组再进行一次LDPC编码，采用DVB-T2系统中码率为1/5的LDPC(16200,3240)编码方式，具体实施流程包括如下步骤：

S1、发送端对待传输比特信息进行LDPC编码，得到的LDPC码记为LDPC(64800,38688)，则它具有38688×64800维的H3校验矩阵，其中，64800为码长，38988为信息位长度，对应码率为3/5。

S2、发送端对所述码字星座映射，得到码字对应的星座符号，再经过调制和后处理送入信道传输。

本实施例中，首次传输的星座映射的方式为256QAM。所述调制方式为单载波调制或者OFDM调制。

此后，将数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，再通过模拟前端发送到信道传输。

S3、接收端对解调和解映射后得到的码字进行LDPC解码。

若解码成功则此次接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的LLR，并向发送端发送请求重传信息；

S4、发送端将所述码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议选择其中若干比特组依次进行重传。

将所述码字分为若干保护度不同的比特组，首先比较各比特保护度的高低，在本实施例中可根据不规则LDPC编码的校验矩阵H3中各列的列重来区分各比特保护度的高低；也可根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，推算出每个星座映射符号对应的M个比特（本实施例中M=8）在信道传输中的保护度的高低。综合考虑以上两种比较标准，按保护度高低分布将LDPC(68400,38688)码的68400个比特分为四个比特组S1、S2、S3和S4。

预定的重传协议可以根据DVB-T2的实际信道条件、业务模式和服务质量需求来灵活选取。重传协议主要每个重传协议主要由两部分组成，一部分是重传次序，一部分是重传调制方式。具体说明如下：

重传次序部分，本实施例可选择以下几种策略（其中H1～H8为重传次序的代号，与前文所述代号一致）：

H1.重传次数上限M=1，重传次序为S1；

H2.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S2；

H3.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S2-S3；

H4.重传次数上限M=2，重传次序为S1-S1；

H5.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S2；

H6.重传次数上限M=3，重传次序为S1-S1-S1；

H7.重传次数上限M=4，重传次序为S1-S2-S3-S4；

H8.重传次数上限M=4，重传次序为S1-S1-S2-S2；

重传调制方式部分，本实施例选择以下两种策略（其中M5、M6、M7为重传调制方式的代号，与前文所述代号一致）：

M5.首次传输码字用256QAM调制，重传均用64QAM调制；

M6.首次传输码字用256QAM调制，重传均用16QAM调制；

M7.首次传输码字用64APSK调制，重传均用16APSK调制；

将以上两部分任意组合，就可以得到24种重传协议，例如H6/M5，H4/M6,H3/M7等等。

本实施例中重传的具体方法为：将待重传比特组再进行一次LDPC编码，采用DVB-T2系统中码率为1/5的LDPC(16200,3240)编码方式，得到t个LDPC(16200,3240)码字(t≥1若重传比特组无法恰好被编码为t个LDPC(16200,3240)码，则用零填充不足的重传比特位后，再将重传比特组恰好编码为t个LDPC(16200,3240)码)，记作β₁,β₂,...,β_t，然后再选择上述某种预定的重传协议依次将β₁,β₂,...,β_t进行重传。

S5、接收端先对重传的LDPC(16200,3240)码β₁,β₂,...,β_t进行LDPC解码，然后根据重传协议的重传次序，从解码得到的所有比特LLR中截取对应于本次发送端发送的重传比特组的比特LLR，与存储的LLR对应合并，采用直接相加的方法，并更新存储的LLR。

S6、接收端对更新LLR信息再进行LDPC解码，若解码正确或达到重传次数上限则终止，否则继续向发送端请求重传并跳转到步骤S4。

本实施例中体现的方法也适用于采用DVB-T2系统中其它LDPC码率和码长的情形。

实施例5

下面提供采用本发明提到的基于非对等保护的混合自动请求重传方法的装置实施例。本装置采用的LDPC码是基于ITU-T G.hn标准的LDPC(8640,4320)码，码长为8640，码率为1/2，首次传输的星座映射为64QAM，本装置采用的具体方法与实施例1相同。

如图2所示，本实施例中所述装置的发送端应包括以下部分：

LDPC编码单元：用于将需要传输的比特信息进行LDPC编码，得到对应所述比特信息的码字；此编码单元中LDPC编码矩阵为实施例1中所述H1矩阵，编码结果为LDPC(8640,4320)，码长为8640，码率为1/2；

信号映射调制单元：用于将LDPC码字映射到64QAM星座图上，（如图4所示），并按OFDM调制方式进行调制，生成码字对应的数字信号；

数模转换发射单元：用于将所述数字信号进行上变频、取实部和数模转换等后处理，再由模拟前端发射到信道中传输；

码字比特分组存储单元：用于缓存当前传输码字的所有比特，并根据本实施例采用的编码调制方案中不规则LDPC校验矩阵对码字各比特的不同保护度，以及64QAM星座图中映射符号各比特的不同保护度，将所述码字分为三个保护度不同的比特组S1、S2和S3；

重传控制单元：用于控制重传的次数上限和重传次序逻辑，能够在收到请求重传信号后，根据本实施例预定的重传协议（详见实施例1中的重传协议部分，重传次序有H1～H6六种，重传调制方法有M1和M3两种，故一共有十二种重传协议可选），选择所述码字比特分组存储单元中的若干比特组，以预定顺序控制发送端进行重传；

如图3所示，所述接收端包括：

前端接收单元：用于前端接收模拟信号并进行模数转换等前期处理，得到所述数字信号；

信号解映射解调制单元：用于将所述数字信号进行解调和解映射，得到发送端所码字或重传比特组对应的比特LLR；

LLR存储合并处理单元：用于存储码字所有比特的LLR，并能够对重传比特组的LLR与存储中对应部分的比特的LLR进行合并处理，合并的方法是直接将对应比特LLR相加；

LDPC解码单元：用于对解调和解映射或合并得到的码字的所有比特的LLR进行LDPC解码，得到发送端传输的原始比特信息；

请求重传控制单元：用于判断是否向发送端请求重传，如果LDPC解码单元解码正确或达到重传协议规定的重传次数上限M，则不请求重传，否则向发送端发送请求重传信息。

本发明实施例所述的基于非对等保护的混合自动请求重传方法，可以根据不同的通信需求和应用情况得到多种基于非对等保护的混合自动重传策略，提高对应通信环境下的通信可靠性和吞吐率，能够适应多种业务模式和多种信道条件，具有广泛的应用前景。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims (7)

1.一种基于非对等保护的混合自动请求重传方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、发送端将待传输的比特信息进行LDPC编码，得到对应所述比特信息的码字；

S2、发送端对所述码字进行星座映射，得到码字对应的星座符号，再经过后处理送入信道传输；

S3、接收端对解调和解映射后得到的所述码字的比特对数似然比LLR进行LDPC解码，若解码正确则接收成功，否则存储解码前所述码字所有比特的LLR，并向发送端请求重传；

S4、发送端根据所述比特信息在所述编码调制方案中的不同保护度，将所述码字分为若干保护度不同的比特组，发送端在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议，选择其中若干比特组，以预定顺序进行重传；

S5、接收端将收到的重传包解调得到的比特LLR与此前存储的比特LLR中对应于重传包比特组的部分进行合并，更新存储中对应部分的比特LLR；

S6，接收端对经过更新的比特LLR再进行LDPC解码，若解码正确或达到重传次数上限则终止，否则继续向发送端请求重传并跳转到步骤S4；

在所述步骤S4中，将所述码字分为若干保护度不同的比特组的方法是，根据各比特保护度的高低，将码字的所有比特分为若干比特组；

其中，比较所述码字各比特保护度高低的方法为以下两种方式中的至少一种：根据不规则LDPC编码码字的各个比特参与校验方程数不同，参与校验方程数越多，相应比特保护度越高；根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，欧式距离越大，相应比特保护度越高。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，将所述待传输的比特信息进行LDPC编码，所述LDPC码为非规则LDPC码。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，星座映射的方式为正交幅度调制QAM或者幅相键控调制APSK，所述QAM调制方式或者APSK调制方式为单载波调制或者OFDM调制。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述预定的重传协议需要规定的内容是：分组方式、分组数、重传次数上限M、重传顺序、重传的映射和调制方式。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述重传方法为将重传比特组直接重传，然后送入信道传输；在所述步骤S5中，将直接重传的比特LLR与第一次传输对应比特的LLR进行直接求和或加权求和合并，最后对总的比特LLR进行解码。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述重传方法为将重传比特进行再次LDPC编码，然后送入信道传输；在所述步骤S5中，将经过解码的重传比特LLR与第一次传输对应比特的LLR进行直接求和或加权求和合并，最后对总的比特LLR进行解码。

7.一种基于非对等保护的混合自动请求重传装置，包括发送端和接收端，其特征在于，所述发送端包括：

LDPC编码单元：用于将需要传输的比特信息进行LDPC编码，得到对应所述比特信息的码字；

信号映射调制单元：用于将LDPC码字映射到预定的星座图上，并按预定调制方式进行调制，生成码字对应的数字信号；

数模转换发射单元：用于将所述数字信号进行数模转换，由模拟前端发射到信道中传输；

码字比特分组存储单元：用于缓存当前传输码字的所有比特，并根据采用编码调制方案中对所述比特信息的不同保护度，将所述码字分为若干保护度不同的比特组；所述将所述码字分为若干保护度不同的比特组的方法是，根据各比特保护度的高低，将码字的所有比特分为若干比特组；其中，比较所述码字各比特保护度高低的方法为以下两种方式中的至少一种：根据不规则LDPC编码码字的各个比特参与校验方程数不同，参与校验方程数越多，相应比特保护度越高；根据星座映射图不同位置的各个符号之间的欧氏距离，欧式距离越大，相应比特保护度越高；

重传控制单元：用于控制重传的次数上限和重传次序逻辑，能够在收到请求重传信号后，根据预定的重传协议，选择所述码字比特分组存储单元中的若干比特组，以预定顺序控制发送端进行重传；

所述接收端包括：

前端接收单元：用于前端接收模拟信号并进行模数转换，得到所述数字信号；

信号解映射解调制单元：用于将所述数字信号进行解调和解映射，得到发送端所码字或重传比特组对应的比特LLR；

LLR存储合并处理单元：用于存储码字所有比特的LLR，并能够对重传比特组的LLR与存储中对应部分的比特的LLR进行合并处理；

LDPC解码单元：用于对解调和解映射或合并得到的码字的所有比特的LLR进行LDPC解码，得到发送端传输的原始比特信息；

请求重传控制单元：用于判断是否向发送端请求重传，如果LDPC解码单元解码正确或达到重传次数上限则不请求重传，否则向发送端发送请求重传信息。