CN107332647B

CN107332647B - 一种Raptor码的高效HARQ方法

Info

Publication number: CN107332647B
Application number: CN201710437706.8A
Authority: CN
Inventors: 王一歌; 吴桂龙
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2037-06-12
Also published as: CN107332647A

Abstract

本发明公开了一种Raptor码的高效HARQ方法，首先执行重传一样的编码数据包的操作并保存第一次接收的数据包，当第一次重传仍译码失败，当信道条件较好时，将对两次接收数据包的译码结果进行异或操作，将异或之后为1的各位置序列反馈到发送端；发送端在第二次重传时，采取第二种HARQ方法，但所增加的冗余是以高概率由原始数据包中接收端反馈回来的特定位置，以低概率由原始数据包中其他位置来生成的，当信道条件较差时，发送端在第二次重传中将简单地发送增量冗余。当重传次数超过一定的设定次数时，将转换成第三种HARQ方法进行重传，此时重传的数据包可自行译码。

Description

一种Raptor码的高效HARQ方法

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，具体涉及一种Raptor码的高效HARQ方法。

背景技术

信道编码是数字信息传输技术中的一个重要的研究领域，其中喷泉码以其可变码率的灵活特性受到了研究者们的重视，并得到了一定的应用。而后来提出的Raptor码加入了预编码，使得这种级联的喷泉码的性能得到了更进一步的发挥，目前Raptor码是一种应用较为广泛的喷泉码。Raptor码一般采用FEC技术，而当在信道条件较差的情况下，单纯采用FEC技术很难达到较低的误码率和误块率，从而有学者提出了Raptor码的HARQ技术，以解决FEC技术自身的缺陷。

HARQ技术是一种将FEC技术和ARQ技术结合使用的一种新的技术，现用的HARQ技术基本分为三种类型，第一种类型为简单的HARQ技术，即在FEC纠错能力之外直接采用ARQ，故每次重传的数据包内容是一样的，同时对译码错误的数据包进行丢弃操作；第二种类型为一种增量冗余方法，即每一次重传的数据都是新的冗余信息，而每次重传的冗余信息都会结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码，从而可一定程度上减少了重传次数，但每次重传的数据无法自行解码，故假如第一次接收的信息受到较为严重的损坏，则会严重影响后续重传译码；第三种类型与第二种类型类似，但要保证每次重传的数据信息是可以自行解码的，同时对重传数据加入一定的约束，如互补、增强等等，或在接收端加入一定的有用信息提取，有利于生成有效的重传数据，第三种类型的HARQ在性能上明显优于第一第二种HARQ，但其算法复杂度也明显增大。各种方法针对的应用场景均有所不同，性能和计算复杂度上也不同，各有各的优点和缺点。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种Raptor码的高效HARQ方法。

该方法针对现有三种类型HARQ技术的优缺点，在利用第一种简单的HARQ的基础上，同时有效地结合了第二种、第三种HARQ，加上一定简单有效的约束，使得新的HARQ机制在性能提升的同时，编译码复杂度不会太高，是Raptor码的一种高效HARQ方法。

本发明采用如下技术方案：

一种Raptor码的高效HARQ方法，包括如下步骤：

S1数据发送端将原始数据包进行Raptor编码生成编码数据包Packet_1，接着向接收端发送数据包，如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；

如果译码失败，则返回C_ACK＝0，同时保存本次接收的数据包及译码结果数据，发送端接收到C_ACK＝0后继续向接收端发送Packet_1，设置阈值T1并进入S2；

S2如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；

如果译码失败，则先保存接收的数据包及译码结果数据，阈值T1减一，如果信道条件较差，则只返回C_ACK＝0；

而如果信道条件较好，将对两次译码失败的接收数据包的译码结果数据进行异或操作，将异或之后为1的各位置序列反馈到发送端，同时返回C_ACK＝0；如果T1＝0，则设置阈值T2并进入步骤5，否则，进入S3；

S3发送端如果只接收到C_ACK，则对原始数据包进行编码生成一定量的冗余数据发送到接收端；发送端如果同时接收到C_ACK和位置序列，则所生成的冗余是以高概率由原始数据包中接收端反馈回来的特定位置，以低概率由原始数据包中其他位置来生成的；

S4接收端将利用接收得到冗余数据结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码，进入S2；

S5：发送端对原始数据包进行重新编码生成编码数据包Packet_2发送到接收端；

S6：接收端将既可利用接收到的数据包自行译码，也可结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码，如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；如果译码失败，则先保存接收的数据包，阈值T2减一，返回C_ACK＝0；如果T2＝0，结束本次数据包的传输进程并提示译码失败，否则，进入S5，所述T1及T2为自然数。

当信噪比高于5dB时，信道条件较好，否则信道条件差。

本发明的工作原理：

本发明的工作原理：所提出的一种Raptor码的高效HARQ方法是现有的三种HARQ类型的有效结合，首先在基本原理上是可行的。而本发明对现有HARQ的结合方法中加入了对前后两次接收数据包的译码结果数据进行简单的异或操作，异或之后为1的各位置序列表示译码判决不确定性大的比特位，说明对该比特位的译码信息量不足，所以在下一次重发的编码数据包中以高概率对这些比特位进行冗余编码，以加入足够的信息，有利于这些比特位的成功译码；同时，异或之后为0的各位置序列表示两次都译码正确或两次都译码错误的比特位，对于两次都译码错误的比特位，说明两次的编码数据包中这些比特位的译码信息量是明显不足的，但这些比特位在较好的信道下数量很少，所以本发明的HARQ方法中在信道条件较好情况下以低概率对这些比特位进行冗余编码。

另一方面，为减少整体算法的计算复杂度，在发送端第二次重传时，采取第二种HARQ方法，只发送增量冗余，既简化了编译码复杂度，又符合喷泉码的特性；在第二种HARQ方法无法成功译码后再采取第三种HARQ方法来尝试译码，但一般情况下在大多数数据包都能在运用到第二种HARQ方法时成功译码，故整体上本发明的复杂度比现有HARQ方法要低。

本发明的有益效果：

(1)该Raptor码的高效HARQ方法是对现有HARQ方法的有效结合，同时符合喷泉码本身的特性，其性能优于现有HARQ方法。

(2)该发明相比于现有HARQ方法增加了简单的约束条件，即对译码结果数据异或操作并加以利用，整体上计算复杂度低于现有HARQ方法。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明的具体系统框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本发明属于数字信息传输技术领域，一种Raptor码的高效HARQ方法，现对该方法的具体实施方式进行说明。

如图1所示，是本发明Raptor码的高效HARQ方法的具体实施方式，如图2是本发明所提出的HARQ方法的具体系统框图，包括了Raptor编码器、高斯信道、Raptor译码器、存储器、信道估计模块等等，主要是对原始数据包、编码数据包、接收数据包和译码数据包进行处理。

下面我们将结合图1和图2对Raptor码的高效HARQ方法的具体实施方式进行说明：

步骤1：数据发送端将原始数据包(如00000000)进行Raptor编码生成编码数据包Packet_1，接着向数据接收端发送数据包，如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；如果译码失败，则返回C_ACK＝0，同时保存本次接收的数据包及译码结果数据(如00000110)，发送端接收到C_ACK＝0后继续向接收端发送Packet_1，设置阈值T1＝3并进入步骤2；

步骤2：接收端对信道条件进行估计，如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；如果译码失败，则先保存接收的数据包及译码结果数据(如00001001)，阈值T1减一，如果信道条件较差，则只返回C_ACK＝0，而如果信道条件较好，将对两次接收数据包的译码结果数据进行异或操作(00000110⊕00001001＝00001111)，将异或之后为1的各位置序列(比特位4、5、6、7)反馈到发送端，同时返回C_ACK＝0；如果T1＝0，则设置阈值T2＝3并进入步骤5，否则，进入步骤3；

步骤3：发送端如果只接收到接收到C_ACK，则对原始数据包进行编码生成一定量的冗余数据发送到接收端；发送端如果同时接收到C_ACK和位置序列，则所生成的冗余是以高概率由原始数据包中接收端反馈回来的特定位置，以低概率由原始数据包中其他位置来生成的；

步骤4：接收端将利用接收得到冗余数据结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码，进入步骤2。

步骤5：发送端对原始数据包进行重新编码生成编码数据包Packet_2发送到接收端；

步骤6：接收端将既可利用接收到的数据包自行译码，也可结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码，如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；如果译码失败，则先保存接收的数据包，阈值T2减一，返回C_ACK＝0；如果T2＝0，结束本次数据包的传输进程并提示译码失败，否则，进入步骤5；

所述的阈值T1和阈值T2是自行设置的，不同的阈值对系统性能和复杂度有一定的影响。

在图2的算法实现的具体系统框图中，总体上包括了数据发送端、数据接收端和高斯信道三个部分。数据发送端中原始数据包通过Raptor编码器生成编码数据包，数据接收端包括了信道估计模块，接收数据包通过Raptor译码器生成译码数据包，同时存取器可保存接收数据包或译码数据包中的相关数据，用于Raptor译码器进行译码。

现有技术可知在一般情况下，简单地采用第一种HARQ方法，即重传一样的编码数据包，能够使得误码率降低一定幅度，而第一种HARQ技术的机制在实现上是较为简单的，故在本发明所提出的高效HARQ方法中首先会执行简单地重传一样的编码数据包的操作。同时第一次接收的数据包仍然会被保存起来，用于后续的译码操作。当第一次重传仍无法译码正确后，在信道条件较好的前提下，我们将对前两次的接收数据包的译码结果进行一定的操作，提取一定的有用信息反馈到发送端，在本发明中将对两次接收数据包的译码结果进行异或操作，将异或之后为1的各位置序列反馈到发送端；为了提高效率，发送端在第二次重传时，采取第二种HARQ方法，但所增加的冗余是以高概率由原始数据包中接收端反馈回来的特定位置，以低概率由原始数据包中其他位置来生成的，此时重传的数据包较小，不可自行译码。而在信道条件较差的前提下，发送端在第二次重传中将简单地发送增量冗余。当重传次数超过一定的设定次数时，所提出的高效HARQ方法将转换成第三种HARQ方法进行重传，此时重传的数据包可自行译码。在所提出的方法的整个译码过程中，每次重传都可结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种Raptor码的高效HARQ方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：数据发送端将原始数据包进行Raptor编码生成编码数据包Packet_1，接着向接收端发送数据包，如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；

S2：如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；

S3：发送端如果只接收到C_ACK，则对原始数据包进行编码生成一定量的冗余数据发送到接收端；发送端如果同时接收到C_ACK和位置序列，以高概率对原始数据包中接收端反馈回来的特定位置进行冗余编码，以低概率对原始数据包中其他位置进行冗余编码；

S4：接收端将利用接收得到冗余数据结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码，进入S2；

S6：接收端将既可利用接收到的数据包自行译码，也可结合之前译码错误后所保存的数据包来进行合并译码，如果接收端译码成功，则向发送端返回标志信息C_ACK＝1，结束本次数据包的传输进程；如果译码失败，则先保存接收的数据包，阈值T2减一，返回C_ACK＝0；如果T2＝0，结束本次数据包的传输进程并提示译码失败，否则，进入S5，所述T1及T2为自然数；

在S2中，如果信道条件较好，将对两次译码失败的接收数据包的译码结果数据进行异或操作，将异或之后为1的各位置序列反馈到发送端，表示译码判决不确定性大的比特位，说明对该比特位的译码信息量不足，所以在下一次重发的编码数据包中以高概率对这些比特位进行冗余编码；同时，异或之后为0的各位置序列表示两次都译码正确或两次都译码错误的比特位；因此S3中在信道条件较好情况下是以低概率对这些比特位进行冗余编码；

当信噪比高于5dB时，信道条件较好，否则信道条件差。