CN107181576B - 一种适用于5g中ldpc码的ir-harq传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种适用于5G中LDPC码的IR‑HARQ传输方法,用于解决现有技术中存在的通信误帧率高的技术问题,实现步骤为:对消息序列进行编码,并对编码符号进行划分;设定每次发送的编码符号长度为N,每次重传的信息比特长度为I;对LDPC码编码符号的不打孔信息比特和校验比特进行传输;对LDPC码编码符号的第1位到第I位信息比特和校验比特进行第一次重传;对第I+1位到第2I位信息比特和校验比特进行第二次重传;对第2I+1位到第3I位信息比特和校验比特进行第三次重传,其中重传的校验比特是紧接前次校验比特后的N‑I位。本发明在保证通信吞吐量的同时,降低了传输的误帧率和资源占用,可用于5G传输系统。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域,涉及一种IR-HARQ传输方法,具体涉及一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,可用于5G通信系统。
背景技术
随着4G进入大规模商用阶段,面向未来的第五代移动通信(5G)已成为全球研发热点。在全球工业和学术界的共同努力下,5G愿景与关键能力需求已基本明确,国际标准制定工作也已经正式开始。自从低密度奇偶校验(LDPC)码的再发现以来,LDPC码作为一种可渐近逼近信道容量的信道编码技术,已经被3GPP RAN1会议确定为5G中增强移动宽带(eMBB)业务数据信息的长码编码方案。
自动重传请求(Automatic Repeat reQuest,ARQ)通过接收端请求发送端重传出错的数据报文来恢复出错的报文,以此来解决信道带来的差错,提高传输的成功率。但是自动重传请求对于每一次错误的数据都是简单的抛弃,单纯依靠每一次接收的数据,往往需要过多的重传和过长时间的等待。混合自动重传请求(Hybrid Automatic RepeatRequest,HARQ)基于此问题做出了完善。接收端在译码失败的情况下,保存接收到的数据,并要求发送端重传数据,接收端将重传的数据和先前接收到的数据进行合并后再解码。这样会获得一定的分集增益,同时减少了重传次数,进而减少了时延。HARQ技术主要有两种实现方式:软合并技术和增量冗余技术。软合并(Chase Combine,CC)技术将接收到的错误数据包和重传的数据包合并在一起进行译码,提高了传输效率。而增量冗余(IncrementalRedundantcy,IR)技术第一次传输时发送信息比特和一部分冗余比特,每一次重传时发送额外的冗余比特。如果第一次传输没有成功译码,则可以通过重传更多冗余比特降低信道编码率,从而提高解码成功率。如果加上重传的冗余比特仍然无法正常解码,则进行再次重传。随着重传次数的增加,冗余比特不断积累,信道编码率不断降低,从而可以获得更好的解码效果。
递增冗余混合自动请求重传(IR-HARQ)技术的应用大大地增加了系统的吞吐量,同时降低了误帧率,提高了通信传输的成功率。递增冗余混合自动请求重传技术与5G中LDPC码的结合可以使系统的性能得到进一步的提升。
例如,作者为Min Zhu,Baoming Bai,Jinfang Dou,and Xiao Ma发表在《ChineseScience Bulletin》期刊上,检索号为000344861500016,题目为《Kite code-basedincremental redundancy hybrid ARQ scheme for fast-fading channels》的论文,公开了一种针对5G中LDPC码的递增冗余混合自动重传请求机制通过重传校验位的方法,其发送过程如图1所示,接收LLR预处理过程如图2所示:
(1)对消息序列进行编码,并对编码符号进行划分,:
对消息序列进行编码,得到待传输的LDPC码的编码符号。将该编码符号划分为信息比特和校验比特,同时将信息比特划分为长度为P的打孔信息比特和长度为K的不打孔信息比特;
(2)第一次传输长为N的帧,包括长度为K的不打孔信息比特和长度为N-K校验比特,此时码率为R。接收端将解调过后的LLR1直接送入译码器进行译码,此时送入译码器的长度为N,接收端根据译码结果计算第一次传输帧的伴随式是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(2);
(3)第二次传输时,传输步骤(1)发送校验比特之后长度为N的校验比特,此时码率为R/2。接收端将新接收到的N长的校验比特的LLR2,直接拼接到第一次LLR1后,组成长度为2N的LLR=LLR1+LLR2作为软信息送入译码器进行译码,接收端根据译码结果计算第二次传输帧的伴随式是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(3);
(4)第三次传输时,传输步骤(2)发送校验比特之后长度为N的校验比特,此时码率为R/3。接收端将新接收到的N长的校验比特的LLR3,直接拼接到第二次的LLR1+LLR2后,组成长度为3N的LLR=LLR1+LLR2+LLR3作为软信息送入译码器进行译码,接收端根据译码结果计算第三次传输帧的伴随式是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(4);
(5)第四次传输时,传输步骤(3)发送的校验比特之后长度为N的校验比特,此时码率为R/4。接收端将新接收到的N长的校验位的LLR4,直接拼接到第三次的LLR1+LLR2+LLR3后,组成长度为4N的LLR=LLR1+LLR2+LLR3+LLR4作为软信息送入译码器进行译码,接收端根据译码结果计算第四次传输帧的伴随式是否为0,若是,则传输成功,否则丢包。
此方法虽然利用递增冗余混合自动重传请求机制对于新的校验比特进行了重传,并利用了前次传输的数据,但是每次重传的帧只添加校验位,并未传输打孔信息比特,因此,传统传输方案的传输误帧率较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷,提出了一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,用于解决现有技术中存在的通信误帧率高的技术问题。
本发明的技术思路是:在重传过程中,通过传输部分信息比特,减少相应数目的校验比特,保持总比特数不变的情况下降低误帧率。
根据上述技术思路,实现本发明目的采取的技术方案包括如下步骤:
(1)对消息序列进行编码,并对编码符号进行划分:
对消息序列进行编码,得到待传输的LDPC码的编码符号,并将该编码符号划分为信息比特和校验比特,同时将信息比特划分为长度为P的打孔信息比特和长度为K的不打孔信息比特;
(2)设定每次发送的编码符号长度为N,每次重传的信息比特长度为I;
(3)对LDPC码的编码符号进行传输:
(3a)发送端向接收端发送码率为R的编码符号,包括长度为K的不打孔信息比特和从第P+K+1位到第N+P位、长度为N-K的校验比特,其中R∈(0,1);
(3b)接收端将接收到的RLL1值与打孔信息比特的初始RLL值按位叠加,得到的结果作为软信息送入译码器,其中初始RLL值为0;
(3c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算传输编码符号伴随式的值;
(3d)接收端判断传输编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(4);
(4)对LDPC码的编码符号进行第一次重传:
(4a)发送端向接收端发送码率R/2的编码符号,包括步骤(3a)发送的校验比特之后长度为N-I的校验比特和第1位到第I位、长度为I的信息比特;
(4b)接收端将接收到的RLL2值与RLL1值按位叠加,得到RLL3值,并将RLL3值作为软信息送入译码器;
(4c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第一次重传编码符号伴随式的值;
(4d)接收端判断第一次重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(5);
(5)对LDPC码的编码符号进行第二次重传:
(5a)发送端向接收端发送码率为R/3的编码符号,包括步骤(4)传输的校验比特之后长度为N-I的校验比特和第I+1位到第2I位、长度为I的信息比特;
(5b)接收端将接收到的RLL4值与RLL3值按位叠加,得到RLL5值,并将RLL5值作为软信息送入译码器;
(5c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第二次重传编码符号伴随式的值;
(5d)接收端判断第二次重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(6);
(6)对LDPC码的编码符号进行第三次重传:
(6a)发送端向接收端发送码率为R/4的编码符号,包括步骤(5)传输的校验比特之后长度为N-I的校验比特和第2I+1位到第3I位、长度为I的信息比特;
(6b)接收端将接收到的RLL6值与RLL5值按位叠加,得到RLL7值,并将RLL7值作为软信息送入译码器;
(6c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第三次重传编码符号伴随式的值;
(6d)接收端判断第三次编码重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则丢包。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1、本发明由于在实现对LDPC码的编码符号进行三次重传的过程中,发送端向接收端发送信息比特和校验比特,接收端对接收到的RLL值进行RLL预处理,结果作为软信息送入译码器进行译码,避免了现有传输方法仅传输校验比特造成的高误帧率;同时由于接收端收到的校验比特数减少,译码器处理的数据量减少,提高了处理速度,从而减少了资源占用。
2、本发明由于在对LDPC码的编码符号进行传输和三次重传中,每次传输的数据帧的长度与现有IR-HARQ传输方案的传输帧长度相同,保证了通信的吞吐量不会降低。
附图说明
图1是现有IR-HARQ传输方法发送端发送过程;
图2是现有IR-HARQ传输方法接收端LLR预处理过程;
图3是本发明的实现流程框图;
图4是本发明发送端发送过程;
图5是本发明传输方案接收端LLR预处理过程;
图6是本发明与现有IR-HARQ传输方法通信误帧率的仿真对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明作进一步详细说明:
参照图3,一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,包括如下步骤:
步骤1)对消息序列进行编码,并对编码符号进行划分:
对消息序列进行编码,得到待传输的LDPC码的编码符号,其中,编码方式不做要求。将该编码符号划分为信息比特和白色部分的校验比特,同时将信息比特划分为长度P为32的打孔信息比特和长度K为224的不打孔信息比特;
步骤2)设定每次发送的编码符号长度N为384,每次重传的信息比特长度I为32;
参照图4和图5对于传输和三次重传步骤中发送和接收进行详细的说明:
步骤3)对LDPC码的编码符号进行传输:
步骤3a)发送端向接收端发送码率为2/3的编码符号,包括长度为224的不打孔信息比特和从第257位到第416位、长度为160的校验比特;
步骤3b)接收端将接收到的RLL1值与打孔信息比特的初始RLL值按位叠加,是指第1位到第32位为RLL的值,第33位到第416位为RLL1的值,得到的结果作为软信息送入译码器,其中初始RLL值为全0;
步骤3c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算传输编码符号伴随式的值;
步骤3d)接收端判断传输编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(4);
步骤4)对LDPC码的编码符号进行第一次重传:
步骤4a)发送端向接收端发送码率为1/3的编码符号,包括步骤(3a)发送的校验比特之后长度为352的校验比特和第1位到第32位、长度为32的信息比特,其中由于数值的选择,第一次重传时,发送的信息比特一定会包含部分或者全部打孔信息比特,可能会包含部分不打孔信息比特,都根据数值的选择来确定;
步骤4b)由图5可以看出,接收端将接收到的RLL2值与RLL1值按位叠加,得到RLL3值,是指RLL3值第1位到第32位为RLL2的值,第33位到第416位为RLL1的值,第417位到第768位为RLL2的值,并将RLL3值作为软信息送入译码器。此处,由于取值原因,RLL1+RLL2重叠部分的长度为0,因此该部分不存在,是原理允许范围内的特殊情况;
步骤4c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第一次重传编码符号伴随式的值;
步骤4d)接收端判断第一次重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(5);
步骤5)对LDPC码的编码符号进行第二次重传:
步骤5a)发送端向接收端发送码率为2/9的编码符号,包括步骤(4)传输的校验比特之后长度为352的校验比特和第33位到第64位、长度为32的信息比特;
步骤5b)接收端将接收到的RLL4值与RLL3值按位叠加,得到RLL5值,是指RLL5值第1位到第32位为RLL2的值,第33位到第64位为RLL1+RLL4的值,第65位到第416位为RLL1的值,第417位到第768位为RLL2的值,第769位到第1120位为RLL4的值,并将RLL5值作为软信息送入译码器。此处,由于取值原因,RLL1+RLL2重叠部分的长度为0,因此该部分不存在,是原理允许范围内的特殊情况;
步骤5c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第二次重传编码符号伴随式的值;
步骤5d)接收端判断第二次重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(6);
步骤6)对LDPC码的编码符号进行第三次重传:
步骤6a)发送端向接收端发送码率为1/6的编码符号,包括步骤(5)传输的校验比特之后长度为352的校验比特和第65位到第96位、长度为32的信息比特;
步骤6b)接收端将接收到的RLL6值与RLL5值按位叠加,得到RLL7值,是指RLL7值第1位到第32位为RLL2的值,第33位到第64位为RLL1+RLL4的值,第65位到第96位为RLL1+RLL6的值,第97位到第416位为RLL1的值,第417位到第768位为RLL2的值,第769位到第1120位为RLL4的值,第1121位到第1472位为RLL6的值,并将RLL7值作为软信息送入译码器。此处,由于取值原因,RLL1+RLL2重叠部分的长度为0,因此该部分不存在,是原理允许范围内的特殊情况;
步骤6c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第三次重传编码符号伴随式的值;
步骤6d)接收端判断第三次编码重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则丢包。
以下结合仿真实验,对本发明的技术效果进行说明:
1、仿真条件和内容:
利用Visual Studio 2013参照表1中的仿真参数,在windows 7.0系统下对现有传输方案和本发明进行传输误帧率对比仿真,其结果如图6所示。
表1.仿真参数
2、仿真结果分析:
参照图6,横轴表示传输信道的信噪比,纵轴表示每次传输的误帧率。实线表示本发明传输方案的误帧率曲线,曲线表示现有IR-HARQ传输方案的误帧率曲线,其中“×”线表示传输的误帧率曲线,“*”线表示第一重传的误帧率曲线,“▲”线表示第二次重传的误帧率曲线,“·”线表示第三次重传的误帧率曲线。
从图6中,可以看到,传输时,本发明传输方案的传输误帧率曲线和现有IR-HARQ传输方案的传输误帧率曲线基本重合,说明传输的信道情况基本相同。本发明传输方案与现有IR-HARQ传输方案的四次传输的数据帧长度相同,保证了吞吐量不会降低。本发明传输方案三次重传的误帧率都比IR-HARQ传输方案中三次重传的误帧率小。在误帧率为10-3时,本发明传输方案的通信系统能获得接近0.3dB的性能增益。说明本发明传输方案与现有IR-HARQ传输方案相比能够降低误帧率,同时因为校验比特数的减少,译码器处理的数据量减少,提高了处理速度,从而减少了资源占用。
Claims (5)
1.一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)对消息序列进行编码,并对编码符号进行划分:
对消息序列进行编码,得到待传输的LDPC码的编码符号,并将该编码符号划分为信息比特和校验比特,同时将信息比特划分为长度为P的打孔信息比特和长度为K的不打孔信息比特;
(2)设定每次发送的编码符号长度为N,每次重传的信息比特长度为I;
(3)对LDPC码的编码符号进行传输:
(3a)发送端向接收端发送码率为R的编码符号,包括长度为K的不打孔信息比特和从第P+K+1位到第N+P位、长度为N-K的校验比特,其中R∈(0,1);
(3b)接收端将接收到的LLR1值与打孔信息比特的初始LLR值按位叠加,得到的结果作为软信息送入译码器,其中初始LLR值为0;
(3c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算传输编码符号伴随式的值;
(3d)接收端判断传输编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(4);
(4)对LDPC码的编码符号进行第一次重传:
(4a)发送端向接收端发送码率R/2的编码符号,包括步骤(3a)发送的校验比特之后长度为N-I的校验比特和第1位到第I位、长度为I的信息比特,其中所发送的信息比特一定包含打孔信息比特,打孔信息比特的长度根据需求选定;
(4b)接收端将接收到的LLR2值与LLR1值按位叠加,得到LLR3值,并将LLR3值作为软信息送入译码器;
(4c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第一次重传编码符号伴随式的值;
(4d)接收端判断第一次重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(5);
(5)对LDPC码的编码符号进行第二次重传:
(5a)发送端向接收端发送码率为R/3的编码符号,包括步骤(4)传输的校验比特之后长度为N-I的校验比特和第I+1位到第2I位、长度为I的信息比特;
(5b)接收端将接收到的LLR4值与LLR3值按位叠加,得到LLR5值,并将LLR5值作为软信息送入译码器;
(5c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第二次重传编码符号伴随式的值;
(5d)接收端判断第二次重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则,执行步骤(6);
(6)对LDPC码的编码符号进行第三次重传:
(6a)发送端向接收端发送码率为R/4的编码符号,包括步骤(5)传输的校验比特之后长度为N-I的校验比特和第2I+1位到第3I位、长度为I的信息比特;
(6b)接收端将接收到的LLR6值与LLR5值按位叠加,得到LLR7值,并将LLR7值作为软信息送入译码器;
(6c)接收端对接收到的编码符号进行译码,并根据译码结果计算第三次重传编码符号伴随式的值;
(6d)接收端判断第三次编码重传编码符号伴随式的值是否为0,若是,则传输成功,否则丢包。
2.根据权利要求1所述的一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,其特征在于:步骤(3b)中所述的接收端将接收到的LLR1值与打孔信息比特的初始LLR值按位叠加,是指第1位到第P位为LLR的值,第P+1位到第N+P位为LLR1的值。
3.根据权利要求1所述的一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,其特征在于:步骤(4b)中所述的接收端将接收到的LLR2值与LLR1值按位叠加,得到LLR3值,是指LLR3值第1位到第P位为LLR2的值,第P+1位到第I位为LLR1+LLR2的值,第I+1位到第N+P位为LLR1的值,第N+P+1位到第P+2N-I位为LLR2的值。
4.根据权利要求1所述的一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,其特征在于:步骤(5b)中所述的接收端将接收到的LLR4值与LLR3值按位叠加,得到LLR5值,是指LLR5值第1位到第P位为LLR2的值,第P+1位到第I位为LLR1+LLR2的值,第I+1位到第2I位为LLR1+RLL4的值,第2I+1位到第N+P位为LLR1的值,第N+P+1位到第P+2N-I位为LLR2的值,第P+2N-I+1位到第P+3N-2I位为LLR4的值。
5.根据权利要求1所述的一种适用于5G中LDPC码的IR-HARQ传输方法,其特征在于:步骤(6b)中所述的接收端将接收到的LLR6值与LLR5值按位叠加,得到LLR7值,是指LLR7值第1位到第P位为LLR2的值,第P+1位到第I位为LLR1+LLR2的值,第I+1位到第2I位为LLR1+RLL4的值,第2I+1位到第3I位为LLR1+RLL6的值,第3I+1位到第N+P位为LLR1的值,第N+P+1位到第P+2N-I位为LLR2的值,第P+2N-I+1位到第P+3N-2I位为LLR4的值,第P+3N-2I+1位到第P+4N-3I位为LLR6的值。
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CN107181576A (zh) | 2017-09-19 |
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