CN116388937A - 一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法。在5G系统中，没有上行空分复用时，一个HARQ进程调度一个传输块，每个DCI反馈一个传输块的重传信息，存在吞吐率低、信令交互次数高的弊端。本发明在传统HARQ方法基础上，提出了一种滑动窗HARQ方法，为一个HARQ进程配置多个窗口调度传输块。并且添加了一种新的DCI格式，可利用一个DCI配置多个窗口内传输块的重传信息。本发明同时将Raptor码与滑动窗HARQ结合，利用部分窗口传输冗余传输块。接收端只需要正确解码一定窗口数量的传输块，便可以恢复出全部窗口的传输块。如此，既提高了吞吐率，降低了信令交互次数，也降低了误块率。

Description

一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法
技术领域
本发明涉及一种基于Raptor码(快速旋风码)的上行滑动窗HARQ(混合自动重传请求)方法，该方法可用于5G无线通信系统中。
背景技术
HARQ作为5G的关键技术，近年来受到了充分关注。在无线通信中，数据传输往往受到信道的影响，信道质量不佳时会导致数据包的丢失和错误，影响数据传输的可靠性和效率。HARQ通过自适应重传机制，在数据包丢失或错误时进行重传，可以显著提高数据传输的可靠性和效率。
在5G上行PUSCH(物理上行共享信道)传输过程中，gNB(下一代基站)侧最多支持16个HARQ进程。而在没有上行空分复用时，一个HARQ进程只支持调度一个传输块，并且通过DCI(下行控制信息)只能反馈此传输块的重传信息。当需要传输一定数量的数据包时，一次调度一个传输块的机制导致了gNB需要频繁的通过DCI调度PUSCH，增加了网络的开销，并且影响了网络的性能和吞吐率。此外在一些信道质量差的场景下，传输块难以被正确接收导致误块率增加，重传次数的限制也可能进一步导致传输块无法正确传输。因此本发明在5GHARQ机制的基础上进行改进，提出了一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，通过一个HARQ进程调度多个传输块的方法减少信令交互的开销并提高吞吐率，进一步引入Raptor编码来降低低信噪比下的误块率。本发明适用于5G无线通信系统。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的主要技术问题，就是避免上述背景技术中出现的不足之处，而提供一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法。
技术方案：本发明在5G HARQ机制的基础上提出了一种适用于5G无线通信系统的基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：gNB在接收到UE调度请求后，为其分配一个HARQ进程，配置其窗口长度N、所有窗口的NDI(新数据指示)以及RV(冗余版本)。根据HARQ进程的参数配置相应的DCI，并通过PDCCH(物理下行控制信道)发送给UE(用户端)。
步骤2：UE通过解码PDCCH获得DCI，进一步得到为其分配的PUSCH时频资源、HARQ进程号、窗口长度N、Raptor编码信源符号数量K、Raptor编码信源各个窗口的NDI以及RV。
步骤3：UE根据前K个窗口的NDI以及RV配置好新的或指定冗余版本的传输块数据t[0:K-1]。然后将这K个传输块作为Raptor编码的K个信源符号进行编码，生成N个编码符号e[0:N-1]，将最后N-K个冗余编码符号c[K:N-1]作为剩余窗口的传输块数据。
步骤4：UE对各个窗口的传输块数据进行LDPC(低密度奇偶校验)编码，然后配置在指定时频资源上的PUSCH发送给gNB。
步骤5：gNB接收到各个窗口对应的PUSCH后，对其传输块先进行LDPC解码，统计正确解码的传输块个数N'，得到接收到的编码符号e'[0:N'-1]，并且记录其窗口索引到ESIs(编码符号标识)中。其中ESIs为Raptor码的编码符号标识，指示正确解码的数据块所对应编码符号的索引。
步骤6：当N'≥K时进一步进行Raptor解码，使用失活译码算法，恢复出所有的信源符号t[0:K-1]，进而得到前K个窗口的所发送的传输块。当N'＜K时无法进行Raptor解码，此时当有信源传输块解码成功时，将冗余窗口的NDI反置，RV置0以指示传输新的冗余传输块，否则根据各个窗口的解码情况配置好NDI以及RV。
步骤7：gNB根据HARQ进程的参数配置相应的DCI，并通过PDCCH发送给UE。
有益效果：本发明的优点在于，在5G HARQ机制的基础上，提出了一种适用于5G无线通信系统的基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，通过为一个HARQ进程配置多个窗口调度传输块，并且添加一种新的DCI格式，实现了一次调度多个传输块，配置多个窗口的重传信息。同时在传输块数据处理上引入了Raptor编码，使得gNB端在正确接收到一定窗口数量的传输块数据时可以通过Raptor解码恢复出全部的信源传输块。如此，既可以提高吞吐率、降低信令交互次数，也可以降低误块率。
附图说明
图1是本发明的UE侧设计流程图。
图2是本发明的gNB侧设计流程图。
图3是本发明的滑动窗HARQ机制的一种示例。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明的UE侧设计流程图，本发明的一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法在UE侧包含如下步骤：
步骤1：UE通过解码PDCCH获得DCI，进一步得到为其分配的PUSCH时频资源、HARQ进程号、窗口长度N、Raptor编码信源符号数量K、各个窗口的NDI以及RV。
步骤2：UE根据前K个窗口的NDI以及RV配置好新的或指定冗余版本的传输块数据t[0:K-1]。然后将这K个传输块作为Raptor编码的K个信源符号进行编码。首先在t[0:K-1]的前面添加(S+H)个全零符号，得到编码输入符号向量d[0:L-1]。其中L＝S+H+K。
d[0:L-1]＝[zT [0:S+H+1]tT [0:K-1]]T
将d[0:L-1]与预编码器的编码矩阵A的逆矩阵相乘得到中间符号向量c[0:L-1]，
c[0:L-1]＝A-1 [L×L]·d[0:L-1]
其中编码矩阵A如下所示
Figure BDA0004201060680000031
再将LT编码矩阵GLT与中间符号向量c[0:L-1]相乘，得到编码数据符号e[0:N-1]
e[0:N-1]＝GLT[1:N]·c[0:L-1]
将最后N-K个冗余编码符号c[K:N-1]作为剩余窗口的传输块数据。
步骤3：UE对各个窗口的传输块数据进行LDPC编码，然后配置在指定时频资源上的PUSCH发送给gNB。
图2为本发明的gNB侧设计流程图，本发明的一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法在gNB侧包含如下步骤：
步骤1：gNB接收到各个窗口对应的PUSCH后，对其传输块先进行LDPC解码，统计正确解码的传输块个数N'，得到接收到的编码符号e'[0:N'-1]，并且记录其窗口索引到ESIs中。其中ESIs为Raptor码的编码符号标识，指示正确解码的数据块所对应编码符号的索引。
步骤2：当N'≥K时进一步进行Raptor解码。先在e'[0:N'-1]的前面添加(S+H)个全零符号，得到解码输入符号向量d'[0:L-1]。
d'[0:L-1]＝[zT [0:S+H+1]e'T [0:K-1]]T
通过参数ESIs、K以及N'确定预编码器解码器矩阵A'以及LT编码矩阵GLT。将A'的逆矩阵与d'[0:L-1]相乘得到中间符号向量c'[0:L-1]。
c'[0:L-1]＝A'-1 [L×L]·d'[0:L-1]
然后将LT编码矩阵GLT与c'[0:L-1]相乘得到信源符号t。
t[0:K-1]＝GLT[1:K]·c'[0:L-1]
进而得到前K个窗口的所发送的传输块。当N'＜K时无法进行Raptor解码，此时当有信源传输块解码成功时，将冗余窗口的NDI反置，RV置0以指示传输新的冗余传输块，否则根据各个窗口的解码情况配置好NDI以及RV。
步骤3：gNB根据HARQ进程的参数配置相应的DCI，并通过PDCCH发送给UE。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，其特征在于：包括如下步骤：
在gNB侧一个上行HARQ进程调度多个窗口的传输块传输，并通过一个DCI反馈所有窗口数据的重传信息；
在UE侧通过解码DCI得到一个HARQ进程内多个窗口的调度信息，并在对应时频资源处进行PUSCH传输；
UE侧对先对传输块进行Raptor编码，利用部分窗口传输Raptor码信源传输块，剩余窗口传输Raptor码冗余传输块；
UE侧对所有窗口的传输块进行LDPC编码；
在gNB侧进行LDPC解码和Raptor解码，通过LDPC解码成功解码一定窗口数量的传输块以进一步通过Raptor解码恢复出全部的信源传输块数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，其特征在于：
在一个HARQ进程中配置多个窗口，当窗口内传输块经过LDPC解码和Raptor解码失败时，此窗口的数据需要重传，通过DCI中RV(i)来指示UE侧此窗口传输块的重传冗余版本；当窗口内传输块解码成功时，此窗口可以用来传输新的数据，通过DCI中NDI(i)反置，RV(i)置0来指示UE侧此窗口为新数据传输；其中i为窗口的索引。
3.根据权利要求2所述的一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，其特征在于：
在DCI中新增部分参数来反馈全部窗口的重传信息：2bits参数Window length指示一个HARQ进程调度的窗口长度，00、01、10、11分别代表长度为1、2、4、8；Nbits参数New dataindicator指示每个窗口是否为新数据传输；2*Nbits参数Redundancy version指示每个窗口传输块的冗余版本；2bits参数Symbol length指示Raptor编码信源符号数量，00、01、10、11分别代表数量为1、2、3、4；其中N为窗口长度。
4.根据权利要求1所述的一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，其特征在于：Raptor编码步骤如下：
UE侧采用R10 Raptor编码，将前K个窗口内的传输块作为编码的信源符号，编码生成N个编码符号，将最后N-K个冗余编码符号作为剩余窗口的传输块；其中K为Raptor编码的信源符号数量。
5.根据权利要求1所述的一种基于Raptor码的上行滑动窗HARQ方法，其特征在于：Raptor解码步骤如下：
gNB侧首先对每个窗口内传输块进行LDPC解码，当累计成功解码的传输块数量达到K时，进行Raptor解码，采用失活译码恢复出解码错误的传输块；如前K个窗口中有信源传输块解码成功或者通过Raptor解码恢复出了全部的传输块，都需要将最后N-K窗口通过DCI指示传输新的Raptor码冗余块。
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