CN1494791A - 一种用于无线信道分组数据传输的混合arq方法 - Google Patents

一种用于无线信道分组数据传输的混合arq方法 Download PDF

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Abstract

一种用于无线信道分组数据传输的混合ARQ方法，其中包括：发端在首次传输过程中仅发送单一的Turbo乘积码码字，发端在重传过程中通过发送经Turbo－ARQ编码结构输出的截短码字来响应收端因译码失败而反馈的重传请求；收端对Turbo乘积码码字译码采用内重迭代Turbo译码，收端对重传数据译码采用经Turbo－ARQ译码结构的外重迭代Turbo译码。本发明方法中双重Turbo迭代译码的选用，提高了系统译码性能，增加了系统的可靠性和有效性。本发明方法综合利用了TPC编码与Turbo－ARQ结构的优势，使得系统在不增加很大复杂度负担的同时又能达到较好性能。

Description

一种用于无线信道分组数据传输的混合 ARQ方法 技术领域
本发明属于电通信技术之传输领域， 其涉及数字移动通信网络中 的一种差错控制方法， 其是一种利用 Turbo 乘积码 （TPC— Turbo Product Code )及 Turbo- ARQ ( Turbo— Automat ic Repeat reQues t ) 结构实现无线信道下分组数据可靠传输的混合 ARQ 方法， 具体的讲是 一种用于无线信道分组数据传输的混合 ARQ方法。 背景技术
现代移动通信在经历了第一代模拟系统和第二代数字系统（以 GSM 和窄带 CDMA为代表）之后， 为适应市场发展的要求， 由国际电信联盟 ITU ( Internat ional Telecommunicat ions Union )主导协调， 自 1996 年开始了第三代（3G ) 宽带数字系统的标准化进程。 对更高比特率数 据业务和更好的频谱利用率的迫切需求， 是推动 3G 系统发展的主要动 力， 由此， 高效可靠的数据传输日渐成为通信领域所关注的焦点课题 之一。
移动通信系统利用差错控制技术为数据传输提供一定的差错保 护， 而差错控制方案的选择通常取决于系统所需的服务质量和无线信 道。 服务质量（QoS— Qual i ty of Service ) ， 即系统向用户提供的各 种业务应满足一定的性能准则， 包括误码率 ( BER-Bi t Error Rate ) 或误帧率（FER— Frame Error Rate ) 、 最大允许延迟及用户可获得的 通信信道容量（一般以系统吞吐量表示） 。 现有 3G 系统的分组数据业 务要求误码率达到 10-6或者更好， 而在高数据速率和高速移动环境 中， 信道条件常常由于多径、 阴影、 衰落、 多址干扰等遭受严重破 坏。 因而， 必须采取有效的差错控制机制， 以实现无线信道下的高质 量数据传输。
信道编码（或称差错控制编码）是提高数据传输可靠性最有效的 方法之一， 利用编码技术实现通信系统差错控制的方式称为前向纠错
(FEC— Forward Error Correct ion) 。 FEC 方式选用具有一定纠错能力 的码， 系统可以通过调整编码速率提供有效的吞吐量， 但纠错码本身 差错保护能力的局限性使系统的可靠性受到限制。 常用的纠错码包括 分组码， 卷积码以及二者的级联形式。 1993 年， 一种可以提供近似 Shannon 界编码增益的 Turbo 码的提出 ( C. Berrou, A. Glavieux, and P. Thi t imajshima, "Near Shannon l imi t error-correct ing coding and decoding: Turbo-codes, " in Proc. ICC'93, pp. 1064- 1070, May 1993. ) ， 为信道编码理论和技术的发展拓宽了道路。 一般 意义上的 Turbo 码利用一种并行级联卷积码 （ PCCC— Para l lel Concatenated Convo lut ional Code )方案， 其成员码由两个或更多码 率为 1/2 ό々系统卷积 ( RSC— Recurs ive Sys temat ic Convolut iona l ) 码构成， Turbo 内交织器被用来连接各个成员码。 Turbo码的良好性能 特别适用于分组数据的传输， 因为数据业务可以容忍较大的由 Turbo 迭代译码和重传过程所引起的时延。 然而， 当信道条件恶化 （尤其是 处于深衰落或多址干扰等各种复杂的信道环境中） 时， 即使 1/3码率 的 Turbo码也会失效。 因此， 单纯的 FEC方式已不能再适应于 3G系统 的数据业务要求， 结合了 FEC方式和 ARQ方式的混合 ARQ技术越来越 受到广泛重视。
混合 ARQ技术， 指任何一种 FEC方式和 ARQ方式的结合形式。 其 中， ARQ方式通过重传检测到的错误数据帧来提高系统的可靠性， FEC 方式则用来纠正信道中的常见错误以减少重传次数， 增加系统吞吐 量。 现有 3G系统大都采用基于 PCCC方案的 Turbo码作为纠错码， 并 采用基于码率匹配截短 Turbo ( RCPT— Ra te Compa t i bl e Punctured Turbo )码的 Chase 组合方法及递增冗余 ( IR— Incrementa l
Redundancy ) 方法实现物理层的差错控制 ( 3G TR 25. 848 V0. 6. 0 (2000-05)； Motoro la, Performance Compar i son of Hybr id - ARQ Schemes-Addi t iona l Resul t s, TSGR1#18 (01) 0044 ) 。 Chase 组合方法 中， 发端重传具有一定初始码率的 RCPT码， 收端将接收到的重复码字 进行 Chase合并后译码。 该方法译码简单、 緩存需求小， 系统实现的 复杂性低， 但在低信噪比 （SNR— Signal Noi se Rat io ) 时系统吞吐量 较低。 IR方法则是以重传递增的冗余响应译码失败的重传请求， 收端 将重传数据与初始码字结合构成更低码率的 RCPT码， 获得更大的编码 增益。 该方法中， 递增冗余依据信道条件变化决定是否重传。 信道条件 越差， 重传次数越多， 同时要求 PCCC方案级联越多的成员码以提供足 够的冗余， 这就导致了对应译码算法和译码设备复杂性的增加。 此外， 系统收发两端的緩存需求量也将随着重传次数的增加而增大。 可见， 该方法虽然使系统性能有所改善， 但却增加了系统实现的复杂度和成 本。
现有 3G 系统所选用的 Turbo码采取 PCCC方案， 其软入软出迭代 MAP译码算法或简化算法皆是一种运算量很大的双向算法， 对应译码器 结构复杂、 成本高、 处理速度慢。 因此， 基于 RCPT码的混合 ARQ系统 性能的提高是以增加系统的复杂性为代价的。 发明内容
本发明的目的在于， 提供一种用于无线信道分组数据传输的混合 ARQ方法。 该方法将纠错能力很强的 TPC编码方案用于混合 ARQ系统改 善系统误帧率性能， 提高系统吞吐量， 同时在混合 ARQ机制中利用一 种 Turbo - ARQ结构 ( . R. Narayanan, and G. L. Stuber, A Novel ARQ Technique us ing the Turbo Coding Pr inc iple, IEEE Commun i ca t ions Le t ter, vo l . 1 , No. 2， Mar. 1997. ) ， 更大程度地 提高通信系统性能。
本发明所提出的混合 ARQ方法中， TPC编码方案的选用使系统获得 了较大的编码增益， 而 Turbo-ARQ 结构的应用使系统充分利用了每次 传输数据的有用信息， 从而在更大程度上提高通信系统性能。
本发明的技术方案为：
本发明提供了一种用于无线信道分组数据传输的混合 ARQ方 法， 其中包括:发端在首次传输过程中仅发送单一的 Turbo乘积码码 字， 发端在重传过程中通过发送经 Turbo-ARQ编码结构输出的截短码 字来响应收端因译码失败而反馈的重传请求； 收端对 Turbo乘积码码 字译码采用内重迭代 Turbo译码， 收端对重传数据译码采用经 Turbo- ARQ译码结构的外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构由两个或多个成员码并行级联构成， 其中： 用于并行级联的第一个成员码为 Turbo乘积码；
所述的 Turbo-ARQ编码结构还包括截短电路， 其中： 发端将待发 送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路 获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备重传。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可由二个 Turbo乘积码并行级联， 并 附加一个截短电路构成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编 码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并 将其储存在发端緩存中以备重传。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可由一个 Turbo乘积码与一个卷积码 并行级联， 并附加一个截短电路构成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的 截短码字， 并将其储存在发端缓存中以备重传。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可为包括交织的编码结构。 所述的 Turbo-ARQ译码结构由 Turbo乘积码译码和其他成员码译 码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留 下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入其他成员码译码做进一步译 码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码 译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ译码结构可由二个 Turbo乘积码译码构成， 其 中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验 信息经第一个 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入第二个 Turbo乘积码译码做进 一步译码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo 乘积码译码的部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ译码结构可由一个 Turbo乘积码译码和一个卷 积码译码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过 程保留下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码； 所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入卷积码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ译码结构可为包括交织和反交织的译码结构， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先 验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先脸信息经交织后再与对应的码字被送入成员码译码做进一步 译码； 所述的进一步译码输出的外部信息经反交织后又可作为所述的
Turbo乘积码译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构由两个或多个成员码并行级联构成， 其中： 用于并行级联的第一个成员码为 Turbo乘积码；
所述的 Turbo-ARQ编码结构还包括截短电路， 其中： 发端将待发 送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路 获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备重传；
所述的 Turbo-ARQ译码结构由 Turbo乘积码译码和其他成员码译 码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留 下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入成员码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可由二个 Turbo乘积码并行级联构 成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存 中以备重传；
所述的 Turbo-ARQ译码结构由二个 Turbo乘积码译码构成， 其 中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先险 信息经第一个 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入第二个 Turbo乘积码译码做进 一步译码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo 乘积码译码的部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。 所述的 Turbo-ARQ编码结构可由一个 Turbo乘积码与一个卷积码 并行级联构成， 其中. · 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码荻得所 需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并将其储存 ' 在发端緩存中以备重传；
所述的 Turbo-ARQ译码结构由一个 Turbo乘积码译码和一个卷积 码译码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程 保留下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭 K Turbo译码； 所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入卷积码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可为包括交织的编码结构；
所述的 Turbo-ARQ译码结构可为包括交织和反交织的译码结构， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先 验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先脸信息经交织后再与对应的码字被送入成员码译码做进一步 译码； 所述的进一步译码输出的外部信息经反交织后又可作为所述的 Turbo乘积码译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
所述的成员码可为分组码。
所述的成员码可为卷积码。
所述的成员码可为并行或串行级联卷积码。
所述的成员码可为级联分组码， 包括 Turbo乘积码。
所述的成员码可为分组码与卷积码的级联。
所述的混合 ARQ方法的步骤包括：
发端首次发送 Turbo乘积码码字； 收端对相应的接收码字进行译码；
经 CRC校验认为译码正确， 则接受该帧数据， 同时反馈一个 ACK 信号通知发端发送下一帧数据；
经 CRC校验认为译码失败， 则将相应的码字及其对应译码输出的 外部信息储存在收端緩存中， 并反馈给发端一个 NAK信号请求重传； 发端收到第一个 NAK信号后， 重传存储在发端緩存中的备用码 字；
收端将接收到的重传数据与收端緩存中的数据进行合并得到新的 码字；
利用 Turbo- ARQ译码器对新的码字进行糾错；
对应先前传输过程译码输出的外部信息作为本次译码尝试的先验 信息也被同时送入 Turbo-ARQ译码器；
经 CRC校验认为译码成功， 则该数据帧被接受；
经 CRC校验认为译码失败， 合并后的新码字及其对应译码输出的 外部信息将被储存在緩存中取代原有数据， 同时 K信号被反馈给发 端要求数据的再次重传；
此过程一直延续到该数据帧被正确接收。
本发明的有益效果为： 本发明提出的新型混合 ARQ 方法是基于 Turbo乘积码及 Turbo-ARQ结构给出的一种行之有效的混合 ARQ方法， 它采用 TPC编码与 Turbo-ARQ结构的结合形式， 可以提供更好的系统 性能，其中：
本发明选用单纯的 TPC码字做首次传输数据。 乘积码是一类纠错 能力强、 码构造简单的好码， 特别适用于干扰复杂的信道环境中。 采 用 Turbo迭代译码方案的乘积码即为 TPC。 系统可以通过合理地选取子 码， 以及对其进行适当地截短， 获得比较灵活的码率。 J. Hagenauer 在文献 ( J. Hanenauer, I tera t ive Decod ing of Binary Block and Convo l u t iona l Codes, IEEE Trans. On Informa tion Theory, vol . 42, No. 2, Mar. 1996. ) 中指出， 当码率大于 2/3 时， TPC方案的性 能优于 PCCC方案。 此外， TPC更适用于短帧结构。
本发明还选用一种 Turbo-ARQ结构。 这是一种综合利用 Turbo编 码和迭代译码的并行级联方案， 其成员码可以是分组码、 卷积码以及 二者的级联形式-等任何一种适用于软入软出译码算法的码。 而且， 这 种方案并没有给系统的复杂度增加很大负担。 本发明提出的 Turbo- ARQ 结构中， 第一个成员码为 TPC, 其余的成员码可以是分组码、 卷积码、 并行或串行级联卷积码、 级联分组码、 以及分组码与卷积码的级联， 成员码之间的 Turbo内交织器为可选项。
本发明译码方案选用双重 Turbo 迭代译码。 收端对于首次接收到 的 TPC 码字采取迭代译码。 本发明还可选用一种基于子码伴随式译码 的 TPC 迭代译码算法， 该方法在发明人是： 李宗旺， 徐有云， 发明名 称为： 基于子码伴随式译码的级联分组码的迭代译码方法的 PCT/CNOl/ 01289 的发明专利申请中进行了公开。 其优点是在不增加算 法复杂度的同时获取较好的译码性能， 并能支持更多类型的子码。 另 一方面， Turbo-ARQ译码器对当前重传数据与先前储存在緩存中的未能 正确译码的码字按一定方式结合（包括可能的 Chase 组合）后进行外 重迭代译码。 同时， 对应先前传输过程译码输出的外部信息被作为先 验信息应用于本次译码尝试。
本发明提出的混合 ARQ方法采用 TPC编码和 Turbo-ARQ结构相结 合的技术， 其效果为： 本发明所提的混合 ARQ 方法由于采用了 TPC编 码， 使得首次传输成功的概率有所增加。 同时其简单的码结构和译码 算法又简化了编、 译码器设备， 加快了译码处理速度。 本发明方法采用了以 TPC为第一个成员码的 Turbo-ARQ结构， 不 仅充分发挥了 TPC 的优势， 而且综合利用了每次传输数据的有用信 息， 从而使系统性能有更大程度的改善。
本发明方法中双重 Turbo 迭代译码的选用， 提高了系统译码性 能， 增加了系统的可靠性和有效性。
本发明方法综合利用了 TPC编码与 Turbo-ARQ结构的优势， 使得 系统在不增加很大复杂度负担的同时又能达到较好性能。 附图说明
图 1给出了本发明所述的 Turbo-ARQ编码结构 f匡图；
图 2给出了本发明所述的 Turbo-ARQ译码结构框图；
图 3给出了本发明混合 ARQ方法工作流程图；
图 4给出了采用本发明混合 ARQ方法的 CDMA系统框图。 具体实施方式
实施例 1
如图 1和图 2所示， 本发明提供了一种用于无线信道分组数据传 输的混合 ARQ方法， 其中包括:发端在首次传输过程中仅发送单一的 Turbo乘积码码字， 发端在重传过程中通过发送经 Turbo-ARQ编码结 构输出的截短码字来响应收端因译码失败而反馈的重传请求； 收端对 Turbo乘积码码字译码采用内重迭代 Turbo译码， 收端对重传数据译码 采用经 Turbo-ARQ译码结构的外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构由两个或多个成员码并行級联构成， 其中： 用于并行级联的第一个成员码为 Turbo乘积码； 所述的 Turbo-ARQ编码结构还包括截短电路， 其中： 发端将待发 送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路 获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备重传。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可由二个 Turbo乘积码并行级联， 并 附加一个截短电路构成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编 码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并 将其储存在发端緩存中以备重传。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可由一个 Turbo乘积码与一个卷积码 并行级联， 并附加一个截短电路构成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的 截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备重传。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可为包括交织的编码结构。
所述的 Turbo-ARQ译码结构由 Turbo乘积码译码和其他成员码译 码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留 下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入其他成员码译码做进一步译 码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码 译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ译码结构可由二个 Turbo乘积码译码构成， 其 中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验 信息经第一个 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入第二个 Turbo乘积码译码做进 一步译码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo 乘积码译码的部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。 所述的 Turbo-ARQ译码结构可由一个 Turbo乘积码译码和一个卷 积码译码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过 程保留下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码； 所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入卷积码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ译码结构可为包括交织和反交织的译码结构， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先 验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息经交织后再与对应的码字被送入成员码译码做进一步 译码； 所述的进一步译码输出的外部信息经反交织后又可作为所述的 Turbo乘积码译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构由两个或多个成员码并行级联构成， 其中： 用于并行级联的第一个成员码为 Turbo乘积码；
所述的 Turbo-ARQ编码结构还包括截短电路， 其中： 发端将待发 送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路 获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备重传；
所述的 Turbo-ARQ译码结构由 Turbo乘积码译码和其他成员码译 码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留 下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入成员码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。 所述的 Turbo-ARQ编码结构可由二个 Turbo乘积码并行级联构 成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存 中以备重传；
所述的 Turbo-ARQ译码结构由二个 Turbo乘积码译码构成， 其 中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验 信息经第一个 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入第二个 Turbo乘积码译码做进 一步译码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo 乘积码译码的部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可由一个 Turbo乘积码与一个卷积码 并行级联构成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所 需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并将其储存 在发端緩存中以备重传；
所述的 Turbo-ARQ译码结构由一个 Turbo乘积码译码和一个卷积 码译码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程 保留下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码； 所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入卷积码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
所述的 Turbo-ARQ编码结构可为包括交织的编码结构； 所述的 Turbo-ARQ译码结构可为包括交织和反交织的译码结构， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先 验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码； 所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息经交织后再与对应的码字被送入成员码译码做进一步 译码； 所述的进一步译码输出的外部信息经反交织后又可作为所 0々
Turbo乘积码译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
所述的成员码可为分组码。
所述的成员码可为卷积码。
所述的成员码可为并行或串行级联卷积码。
所述的成员码可为级联分组码， 包括 Turbo乘积码。
所述的成员码可为分组码与卷积码的级联。
如图 3所示， 本发明的工作流程为： 发端首次发送 TPC 码字 C。
(步骤 501)， 收端对相应的接收码字 C„，进行译码（步骤 502)， 若经 CRC 校验（步骤 503)认为译码正确， 则接受该帧数据， 同时反馈一个 ACK信 号通知发端发送下一帧数据（步骤 510) ; 否则， 若译码失败， 则将 C。， 及其对应译码输出的外部信息储存在收端緩存中， 并反馈给发端一个 NAK信号请求重传（步骤 504)。 发端收到第一个 NAK信号后， 重传码字 Cj (步骤 505) , 此时户 1 , 收端将接收到的 C/与收端緩存中的 G，进行 合并得到（？（步驟 506 ) ， 再利用 Turbo-ARQ译码器对（进行纠错（步 骤 507)， 对应于 G，译码输出的外部信息作为本次译码尝试的先验信息 也被同时送入 Turbo-ARQ译码器， 若经 CRC校验（步骤 508)认为译码成 功， 则该数据帧被接受（步骤 510) ; 否则， 若译码失败， 合并后的（及 其对应译码输出的外部信息将被储存在緩存中取代原有数据， 同时 K 信号被反馈给发端要求码字的第 +1次重传（步骤 509)， 此过程一直延 续到该数据帧被正确接收。
本发明提出的新型混合 ARQ方法是基于 Turbo乘积码及 Turbo-ARQ 结构给出的一种行之有效的混合 ARQ方法， 它采用 TPC编码与 Turbo- ARQ结构的结合形式， 可以提供更好的系统性能，其中： 本发明选用单纯的 TPC码字做首次传输数据。 乘积码是一类纠错 能力强、 码构造简单的好码， 特别适用于干扰复杂的信道环境中。 采 用 Tu r bo迭代译码方案的乘积码即为 TPC。 系统可以通过合理地选取子 码， 以及对其进行适当地截短， 获得比较灵活的码率。 J. Hagenauer 在文献 ( J. Hanenauer, I tera t ive Decoding of Binary Block and Convolut iona l Codes, IEEE Trans. On Informa tion Theory, vo l. 42, No. 2, Mar. 1996. ) 中指出， 当码率大于 2/3时， TPC方案的性 能优于 PCCC方案。 此外， TPC更适用于短帧结构。
本发明还选用一种 Turbo- ARQ结构。 这是一种综合利用 Turbo编 码和迭代译码的并行级联方案， 其成员码可以是分组码、 卷积码以及 二者的级联形式等任何一种适用于软入软出译码算法的码。 而且， 这 种方案并没有给系统的复杂度增加很大负担。 本发明提出的 Turbo-ARQ 结构中， 第一个成员码为 TPC, 其余的成员码可以是分组码、 卷积码、 并行或串行级联卷积码、 级联分组码、 以及分组码与卷积码的级联， 成员码之间的 Turbo内交织器为可选项。
本发明译码方案选用双重 Turbo 迭代译码。 收端对于首次接收到 的 TPC 码字采取迭代译码。 本发明还可选用一种基于子码伴随式译码 的 TPC 迭代译码算法。 其优点是在不增加算法复杂度的同时获取较好 的译码性能， 并能支持更多类型的子码。 另一方面， Turbo-ARQ译码器 对当前重传数据与先前储存在緩存中的未能正确译码的码字按一定方 式结合（包括可能的 Chase 组合）后进行外重迭代译码。 同时， 对应 先前传输过程译码输出的外部信息被作为先验信息作用于本次译码尝 试。
本发明提出的混合 ARQ方法采用 TPC编码和 Turbo-ARQ结构相结 合的技术， 其效果为： 本发明所提的混合 ARQ 方法由于采用了 TPC编 码， 使得首次传输成功的概率有所增加。 同时其筒单的码结构和译码 算法又简化了编、 译码器设备， 加快了译码处理速度。
本发明方法采用了以 TPC为第一个成 码的 Turbo- ARQ结构， 不 仅充分发挥了 TPC 的优势， 而且综合利用了每次传输数据的有用信 息， 从而使系统性能有更大程度的改善。
本发明方法中双重 Turbo 迭代译码的选用， 提高了系统译码性 能， 增加了系统的可靠性和有效性。
本发明方法综合利用了 TPC编码与 Turbo- ARQ结构的优势， 使得 系统在不增加很大复杂度负担的同时又能达到较好性能。
实施例 2
如图 4所示， 给出了采用本发明混合 ARQ方法的 CDMA系统框图。 系统发射机由 CRC编码器 10、 Turbo编码器 11、 调制器 12、 扩频 装置 13组成。 发端首先将待发送的信息比特以固定长度成帧， 然后利 用 CRC编码器 10附加用来检错的校验比特（系统应将 CRC校验比特设 计得足够长， 使得不可检错概率在系统设计允许范围可以忽略） ， 再 送入 Turbo- ARQ编码器 11按设计所需的码率进行编码。 发端首先将单 一的 TPC码字送给调制器 12 , 同时将 Turbo-ARQ编码器的输出按一定 的截短矩阵获得不同的截短码字。 经过调制后的符号在扩频装置 13 中 完成扩频， 最后经无线信道 14到达 CDMA系统接收机。
CDMA接收机包括解扩装置 15、 解调器 16、 合并器 17、 Turbo-ARQ 译码器 18、 CRC译码器 19。 在收端， 解扩装置 15与解调器 16首先对 接收码字完成解扩解调功能， 然后利用合并器 17将当前接收码字与先 前保留在緩存中的数据进行恰当的合并， 然后 Turbo-ARQ译码器 18对 合并后的数据进 码， 再利用 CRC译码器 19检错， 如译码正确， 则 接收该数据， 同时反馈一个 ACK (Acknowledge)信号通知发端； 否则， 如译码错误， 则收端将未能正确译码的码字及其译码输出的外部信息 储存在收端緩存中， 并通过反馈信道反馈一个 NAK (Nega t i ve Acknowl edge)信号请求发端数据的重传。
本发明方法在 CDMA 系统中应用的效果为： 本发明所提的混合 ARQ 方法由于采用了 TPC 编码， 使得首次传输成功的概率有所增加。 同时 其简单的码结构和译码算法又简化了编、 译码器设备， 加快了译码处 理速度。
本发明方法采用了以 TPC 为第一个成员码的 Turbo-ARQ结构.， 不 仅充分发挥了 TPC 的优势， 而且综合利用了每次传输数据的有用信 息， 从而使系统性能有更大程度的改善。
本发明方法中默重 Turbo 迭代译码的选用， 提高了系统译码性 能， 增加了系统的可靠性和有效性。
本发明方法综合利用了 TPC编码与 Turbo-ARQ结构的优势， 使得 系统在不增加很大复杂度负担的同时又能达到较好性能。
以上实施例仅用于说明本发明， 而非用于限定本发明。

Claims (1)

  1. 权 利 要 求
    1. 一种用于无线信道分组数据传输的混合 ARQ方法， 其中包括： 发端在首次传输过程中仅发送单一的 Turbo乘积码码字， 发端在重传 过程中通过发送经 Turbo-ARQ编码结构输出的截短码字来响应收端因 译码失败而反馈的重传请求； 收端对 Turbo乘积码码字译码采用内重 迭代 Turbo译码， 收端对重传数据译码采用经 Turbo-ARQ译码结构的 外重迭代 Turbo译码。
    2. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-ARQ 编码结构由两个或多个成员码并行级联构成， 其中： 用于并行级联的 第一个成员码为 Turbo乘积码；
    所述的 Turbo-ARQ编码结构还包括截短电路， 其中： 发端将待发 送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路 获得不同的截短码字 , 并将其储存在发端緩存中以备重传。
    3. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-ARQ 编码结构可由二个 Turbo乘积码并行级联， 并附加一个截短电路构 成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存 中以备重传。
    4. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-ARQ 编码结构可由一个 Turbo乘积码与一个卷积码并行级联， 并附加一个 截短电路构成， 其中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所 需的码字， 将该码字输入截短电路获得不同的截短码字， 并将其储存 在发端緩存中以备重传。
    5. 根据权利要求 2或 3或 4所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-ARQ编码结构可为包括交织的编码结构。
    6. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-ARQ 译码结构由 Turbo乘积码译码和其他成员码译码构成， 其中： 收端将 收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验信息经 Turbo 乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
    所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入其他成员码译码做进一步译 码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码 译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
    7. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-ARQ 译码结构可由二个 Turbo乘积码译码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo 乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验信息经第一个 Turbo乘积 码译码进行内重迭代 Turbo译码；
    所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入第二个 Turbo乘积码译码故进 一步译码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo 乘积码译码的部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
    8. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-ARQ 译码结构可由一个 Turbo乘积码译码和一个卷积码译码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验信息 经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
    所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入卷积码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
    9. 根据权利要求 6或 7或 8所述的方法， 其特征在于： 所述的
    Turbo-ARQ译码结构可为包括交织和反交织的译码结构， 其中： 收端 将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
    所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息经交织后再与对应的码字被送入成员码译码做进一步 译码； 所述的进一步译码输出的外部信息经反交织后又可作为所述的 Turbo乘积码译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
    10. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo- ARQ编码结构由两个或多个成员码并行级联构成， 其中： 用于并行级 联的第一个成员码为 Turbo乘积码；
    所述的 Turbo- ARQ编码结构还包括截短电路， 其中： 发端将待发 送信息帧经 Turbo- ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电路 获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备重传；
    所述的 Turbo-ARQ译码结构由 Turbo乘积码译码和其他成员码译 码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留 下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
    所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入成员码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
    11. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-
    ARQ编码结构可由二个 Turbo乘积码并行级联构成， 其中： 发端将待 发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码字输入截短电 路获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备重传；
    所述的 Turbo-ARQ译码结构由二个 Turbo乘积码译码构成， 其 中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先验 信息经第一个 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码； 所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入第二个 Turbo乘积码译码做进 一步译码； 所述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo 乘积码译码的部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
    12. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于： 所述的 Turbo-
    A Q编码结构可由一个 Turbo乘积码与一个卷积码并行级联构成， 其 中： 发端将待发送信息帧经 Turbo-ARQ编码获得所需的码字， 将该码 字输入截短电路获得不同的截短码字， 并将其储存在发端緩存中以备 重传；
    所述的 Turbo-ARQ译码结构由一个 Turbo乘积码译码和一个卷积 码译码构成， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程 保留下来的先验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码； 所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息以及对应的码字被送入卷积码译码做进一步译码； 所 述的进一步译码输出的外部信息又可作为所述的 Turbo乘积码译码的 部分先验信息进行外重迭代 Turbo译码。
    13. 根据权利要求 10或 11或 12所述的方法， 其特征在于： 所述 的 Turbo-ARQ编码结构可为包括交织的编码结构；
    所述的 Turbo-ARQ译码结构可为包括交织和反交织的译码结构， 其中： 收端将收到的 Turbo乘积码码字与先前传输过程保留下来的先 验信息经 Turbo乘积码译码进行内重迭代 Turbo译码；
    所述的内重迭代 Turbo译码输出的外部信息与先前传输过程保留 下来的先验信息经交织后再与对应的码字被送入成员码译码做进一步 译码； 所述的进一步译码输出的外部信息经反交织后又可作为所述的 Turbo乘积码译码的部分先验信息形成外重迭代 Turbo译码。
    14. 根据权利要求 2或 6或 10所述的方法， 其特征在于： 所述的 成员码可为分组码。
    15. 根据权利要求 2或 6或 10所述的方法， 其特征在于： 所述的 成员码可为卷积码。
    16. 根据权利要求 2或 6或 10所述的方法， 其特征在于： 所述的 成员码可为并行或串行级联卷积码。
    17. 根据权利要求 2或 6或 10所述的方法， 其特征在于： 所述的 成员码可为级联分组码， 包括 Turbo乘积码。
    18. 根据权利要求 2或 6或 10所述的方法， 其特征在于： 所述的 成员码可为分组码与卷积码的级联。
    19. 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述的混合 ARQ 方法的步骤包括：
    发端首次发送 Turbo乘积码码字；
    收端对相应的接收码字进行译码；
    经 CRC校验认为译码正确， 则接受该帧数据， 同时反馈一个 ACK 信号通知发端发送下一帧数据；
    经 CRC校验认为译码失败， 则将相应的码字及其对应译码输出的 外部信息储存在收端緩存中， 并反馈给发端一个 NAK信号请求重传； 发端收到第一个 NAK信号后， 重传存储在发端緩存中的备用码 字；
    收端将接收到的重传数据与收端緩存中的数据进行合并得到新的 码字；
    利用 Turbo-ARQ译码器对新的码字进行纠错；
    对应先前传输过程译码输出的外部信息作为本次译码尝试的先验 信息也被同时送入 Turbo-ARQ译码器；
    经 CRC校验认为译码成功， 则该数据帧被接受； 经 CRC校验认为译码失败， 合并后的新码字及其对应译码输出的 外部信息将被储存在緩存中取代原有数据， 同时 NAK信号被反馈给发 端要求数据的再次重传；
    此过程一直延续到该数据帧被正确接收。
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