CN1838583A - 多入多出通信系统中执行数据重传的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种在多入多出通信系统中执行数据重传的方法，包括以下步骤：发送端存储从接收端产生和反馈的数据帧的ACK/NACK信息；根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率；按照传输效率，选择具有高传输效率的数据子流重传需要重传的出错数据。

Description

多入多出通信系统中执行数据重传的方法和设备
技术领域
本发明涉及移动通信系统中的多天线传输技术，具体地，涉及一种在多入多出通信系统中执行数据重传的方法和设备，能够提高数据传输的效率。
背景技术
目前，随着理论和技术的发展，移动通信中出现了许多新技术和新应用，象OFDM、MIMO等。这些新技术能够大大提高移动通信系统的性能，满足人们对无线多媒体和高速率数据传输的要求。多入多出(MIMO)技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。MIMO技术指得是数据的发送和接收都采用了多根天线。研究表明，利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。MIMO系统的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。而在同样条件下，在接收端或发射端采用多天线或天线阵列的普通智能天线系统，其容量仅随天线数的对数增加而增加。相对而言，MIMO技术对于提高无线通信系统的容量具有极大的潜力，是新一代移动通信系统采用的关键技术。
数据业务对传输的差错率要求很高，如误帧率为0.1％，在恶劣的无线信道环境中要达到这样的高性能要求采用信道编码和纠错技术，目前比较常用的一种技术是混合请求重发(HARQ)技术。该技术结合了自动请求重传(ARQ)技术和前向纠错(FEC)技术来检测和纠正错误。目前有三种混合请求重传技术：第一类，接收端丢弃无法正确接收的分组，并通过返回信道来通知发送端重发原分组的拷贝，新收到的分组独立地进行解码。第二类，接收端不丢弃错误的分组，而是与重传的信息相结合进行解码。第三类，重发的信息可以与以前传输的分组相结合，但是重发的分组包括正确接收数据所需要的全部信息。
使用HARQ进行信道的纠错时，首先发送端将编码后的信息发送给接收端，接收端收到信息后对信息进行纠错解码。如果可以正确接收数据，则信息被接收端接收，同时给发送端发一个ACK确认信息；如果错误无法纠正，则接收端给发送端发送NACK信息，要求发送端重发数据，然后接收端再根据接收的重发数据进行解码。
如何在MIMO系统中利用HARQ技术来提高系统传输的可靠性，提高系统的吞吐量，是比较重要的一个研究课题。在一般的MIMO系统中，如果某个数据子流上的数据出错，则发送端对出错的数据重新进行编码、调制，然后通过原有天线重新发送数据。也可以根据接收端反馈回来的不同天线的SINR值选择与原来不同的天线重传数据。选择不同的天线进行数据的重传可以提高数据传输的效率。
MIMO系统中通过反馈的SINR值来选择天线进行数据的重传可以提高数据传输的效率，但是，这种方法需要接收端将各传输信道的SINR值反馈回发送端，浪费了传输资源，而且得到的SINR值也会有误差，从而影响了判断的准确性。
如何有效地在MIMO系统中使用HARQ技术，节省传输资源，提高数据传输的效率，是本发明想要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在MIMO系统中的数据重传的方法和设备，能够提高数据传输的效率。
为了实现上述目的，根据本发明，提出了一种在多入多出通信系统中执行数据重传的方法，包括以下步骤：发送端存储从接收端产生和反馈的数据帧的ACK/NACK信息；根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率；按照传输效率，选择具有高传输效率的数据子流重传需要重传的出错数据。
优选地，所述发送端存储从接收端产生和反馈的数据帧的ACK/NACK信息的步骤包括：当发送端接收到接收端反馈来的新的各数据子流的ACK/NACK信息后，删除各缓存器中最低有效位中的ACK/NACK信息；将其他有效位中的ACK/NACK信息向低位移位；并且将所述新的各数据子流的ACK/NACK信息保存在各数据子流的缓存器的最高有效位中。
优选地，所述根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率的步骤包括计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据的数值，所述数值对应于传输效率。
优选地，所述根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率的步骤包括：对缓存器中所存储的各位依次进行加权，并且计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据各位加权后的数值，所述数值对应于传输效率。
优选地，所述对缓冲器中所存储的各位进行加权的步骤包括对缓冲器中的高位赋予高权重。
优选地，所述按照传输效率选择具有高传输效率的数据子流重传需要重传的出错数据的步骤包括：当对效率最低的数据子流上的数据重传时，在传输效率最高的数据子流上传输，当对传输效率次低的数据子流上的数据重传时，在传输效率次高的数据子流上传输，依此类推。
根据本发明，还提出了一种在多入多出通信系统中执行数据重传的设备，在接收端，所述设备包括：反馈信息处理模块，产生并反馈数据帧的ACK/NACK信息。在发送端，所述设备包括：缓存器，存储从接收端产生和反馈的数据帧的ACK/NACK信息；天线选择器，根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率；并且按照传输效率来选择具有高传输效率的数据子流重传需要重传的出错数据。
优选地，所述缓存器在接收到接收端反馈来的新的各数据子流的ACK/NACK信息后，删除各缓存器中最低有效位中的ACK/NACK信息；将其他有效位中的ACK/NACK信息向低位移位；并且将所述新的各数据子流的ACK/NACK信息保存在各数据子流的缓存器的最高有效位中。
优选地，所述天线选择器计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据的数值，所述数值对应于传输效率。
优选地，所述天线选择器对缓存器中所存储的各位依次进行加权，并且计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据各位加权后的数值，所述数值对应于传输效率。
优选地，所述天线选择器对缓冲器中的高位赋予高权重。
优选地，所述天线选择器当对效率最低的数据子流上的数据重传时，选择传输效率最高的天线对其进行传输，当对传输效率次低的数据子流上的数据重传时，选择传输效率次高的天线对其进行传输，依此类推。
附图说明
通过参考以下结合附图所采用的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的、优点和特征将变得显而易见，其中：
图1为示出了传统的MIMO+HARQ系统的结构示意图；
图2A为示出了根据本发明实施例的MIMO系统发送端的结构示意图；
图2B为示出了根据本发明实施例的MIMO系统接收端的结构示意图；
图3为示出了根据本发明实施例的MIMO系统发送端的重传处理的流程图；
图4为示出了本发明实施例的缓存器的结构图；
图5为示出了根据本发明实施例的发送端各数据子流缓存器的数据的示意图；
图6为示出了根据本发明实施例的发送端根据缓存器中的数据来确定重传天线的处理的流程图。
具体实施方式
一般的MIMO系统中，如果某个数据子流上的数据出错，则发送端对出错的数据重新进行编码，调制，然后通过原有天线重新发送数据。也可以根据接收端反馈回来的不同天线的SINR值选择与原来不同的天线重传数据。选择不同的天线进行数据的重传可以提高数据传输的效率。
根据各天线的SINR值来选择重传的天线会增加系统的复杂度和反馈的信息量。而在使用了HARQ的MIMO系统中，接收端接收到数据以后，会通过反馈信道反馈ACK/NACK确认信息，发送端接收到接收端反馈的ACK/NACK信息后，就可以知道接收端是否正确接收了该数据。如果确认信息为ACK，则说明接收到的数据正确，发送端继续发送下面的数据；如果确认消息为NACK，说明接收到的数据不正确，发送端需要重发该数据。所以ACK/NACK信息能够反映出各数据子流的数据传输质量，根据各数据子流的数据传输质量，可以选择重传的天线。
本发明利用了ACK/NACK反馈信息来估计MIMO系统中各数据子流的数据传输质量，根据各数据子流的数据传输质量选择重传数据时所使用的天线。
具体来说，在本发明中，在MIMO系统里，每个数据子流都配备一个缓存器，缓存器中保存了本次数据传输之前的N次数据传输的ACK/NACK确认信息。这些确认信息可以反映出各数据子流的传输效率，从而可以将各数据子流按照传输效率进行排序。在利用确认信息来得到数据子流的传输效率时，一种方法可以按时间的由近及远依次比较各数据子流缓存器中保存的确认信息，另一种方法也可以对缓存器中的N个反馈信息进行加权，通过计算来得出传输效率的相对表示值。
在第一种方法中，由于每个数据子流的缓存器中保存了本次数据传输前的N次数据传输的ACK/NACK确认信息，因此在进行传输效率的排序时，首先比较最近一次数据传输的效率，即比较最近一次各数据子流的反馈信息，反馈信息为ACK的数据子流效率要高于反馈信息为NACK的数据子流。如果根据此次比较的结果有两个以上的数据子流的效率相同则比较上一次的确认信息，如果比较后还有两个以上的数据子流的效率相同则继续比较再上一次的反馈信息。如此进行下去，直到将各数据子流按传输效率排出顺序或者比较完N次反馈信息。如果比较完N次反馈信息后仍然有两个以上的数据子流的结果完全相同，则对这些结果相同的数据子流间的次序可以随意指定。如果有数据需要重传，则根据由反馈信息得出的数据子流的传输效率来选择相应的天线进行数据的重传，在传输效率较低的数据子流上传输的数据重传时可以安排在数据传输效率较高的数据子流上进行传输。
在第二种方法中，如果某个数据子流接收到的确认信息为连续的NACK，则对这些NACK信息赋予不同的权重，然后通过计算，得到一个表示数据传输效率的相对数值，对这些数值进行比较排序，就可以得到各数据子流传输效率的次序表示，重传数据时就可以据此来选择天线。如果没有重传，则此方法和第一种方法的结果是一样的。
在一般的MIMO系统中，各数据子流的调制和编码是通过接收端反馈的SINR信息来进行的，如果同样采用ACK/NACK反馈信息来分析信道的情况，则同样可以减少反馈信息的传输。
下面将参考附图来解释本发明。
图1为示出了传统的MIMO+HARQ系统的结构示意图。
如图1所示，在发送端，所述结构包括串并变换模块101、CRC编码模块102、编码和调制模块103、天线104。待发送的数据首先经过串并变换模块101分成nT个数据子流，每个数据子流对应一个发送天线。在发送之前，使这些数据子流通过CRC编码模块102、编码和调制103进行循环冗余校验编码、以及编码与调制。然后将调制后的数据在nT个天线104上进行传送。反馈信道111反馈的信息指示数据的接收状况和传输信道情况，发送端根据反馈的接收情况决定是否重传数据，根据传输信道的情况可以选择相应的天线重传数据。
在接收端，所述结构包括天线105、信道估计模块106、MIMO检测模块107、CRC校验模块108、并串变换模块109和反馈信息处理模块110。首先由nR个接收天线105将空间全部信号接收下来，然后由信道估计模块106根据该接收信号中的导频信号或采用其他方法进行信道估计，估计出当前的信道特性矩阵H(对于MIMO系统来说，其信道特性可以用一个矩阵来描述)。最后，MIMO检测模块107根据信道特性矩阵H对各个发送数据子流进行检测，得到各数据子流的等效SINR值。检测后的数据进入CRC校验模块108进行循环冗余校验，在反馈信息处理模块110中根据能否正确解码的信息生成反馈信息。将解码的结果和信道信息通过反馈信道111送给发送端。正确接收的数据经过并串变换模块109恢复为原始数据。
图2A为根据本发明实施例的MIMO系统发送端的结构示意图。
在图2A中，与图1A所示的结构相比，在图2A所示的结构中，增加了缓存器202，插入在串并变换模块201和天线选择器203之间。将待发送的数据首先经过串并变换模块201分成nT个数据子流，每个数据子流对应一个发送天线。将通过反馈信道207反馈回来的发送数据的确认信息保存在缓存器202中。如果反馈回来的数据确认信息中有否定的确认信息，则各数据子流的缓存器根据反馈信息计算各数据子流所对应的信道的质量情况，然后在天线选择器203中选择相应的天线用于数据的重传。如果接收到的反馈信息都是肯定信息，则不需进行天线选择。以上过程执行完后，就可以在CRC编码模块204与编码和调制模块205中对新数据子流或重传数据子流进行循环冗余校验编码、以及编码和调制。然后将调制后的数据在nT个天线206上进行传送。
图2B为示出了根据本发明实施例的MIMO系统接收端的结构示意图。
图2B与传统的MIMO系统相比，就是不用传送经过MIMO检测后得到的各数据子流等效的SINR值，而是仅仅传送解码后的数据确认信息。这样就大大减少了反馈的信息量，节省了无线资源。
图3为示出了根据本发明实施例的MIMO系统发送端的重传处理的流程图；
如图3所示，当接收到反馈信息时(步骤301)，将反馈信息保存在缓存器中，同时删除缓存器中最老的反馈信息(步骤302)。然后判断接收到的确认信息是ACK还是NACK(步骤303)。如果接收的数据子流的反馈信息都是ACK，则传输新的数据(步骤304)。如果接收的反馈信息中有NACK，则根据缓存器中保存的反馈信息来得出各数据子流的传输效率(步骤305)，然后根据得到的各数据子流的传输效率选择重传的天线(步骤306)。选择天线时，如果n个数据子流出错，则选择n个信道最好的天线重传数据，将出错的数据中信道条件最差的放在信道条件最好的天线上进行重传，次差的出错数据放在信道条件次好的天线上进行重传……。这里的信道情况是根据上面所说的反馈信息得来的。选择完天线后，就可以重传出错的数据和新的数据(步骤307)。
图4为示出了本发明实施例的缓存器的结构图。
在每个数据子流的缓存中，保存了本次传输之前的N次传输的确认信息。确认信息比特按照时间上由近及远的顺序依次存放。如图4所示，其中bn-1为最高位，表示最新接收的反馈信息；b0为最低位，表示最旧的反馈信息。缓存器中保存多次传输的反馈信息可以使信道的估计更加准确。
图5为示出了根据本发明实施例的发送端各数据子流缓存器的数据的示意图。
在图5中，假设有四个数据子流，即四根天线，每个数据子流上的缓存器中保存了前五次的确认信息，其中0表示ACK，1表示NACK。第一个数据子流的缓存器中的内容由高位到低位分别为00100，第二个数据子流的缓存器中的内容为01110，第三个缓存器的内容为10001，第四个缓存器的内容为00100。
首先采用由远及近挨个比较反馈信息的方法来得出各数据子流的传输效率。四个数据子流最近一次的确认信息分别为0、0、1、0，根据这次的确认信息，可以得知第三根天线传输的数据出错，效率最差，需要重传出错的数据。然后再比较其它三个数据子流倒数第二次的确认信息，分别为0、1、0，根据这次的确认信息，可知第二个数据子流传输效率次差，第一个和第四个数据子流的确认信息一样，所以可以继续比较上一次的确认信息，这样一直比较下去，比较完五次确认信息后，第一个和第四个数据子流的五次确认信息完全相同，所以这两个数据子流的次序可以随意确定。例如可以确定第一个数据子流的传输效率排列为第一，则全部数据子流按传输效率由高到低排列，其顺序为第一个数据子流、第四个数据子流、第二个数据子流、第三个数据子流。
另外可以采用对反馈信息进行加权来计算传输子流效率的方法。可以计算各缓存器中的数值，计算时，新的反馈信息的权值要高于旧的反馈信息的权值，重传数据的确认信息的权值要高于第一次传输数据的确认信息的权值。数值越小代表相应的数据子流的效率越高。例如，按照图4的表示，如果没有重传的情况，即没有连续的1的情况下，可以把bm(0≤m≤n-1)的权值设定为2m。如果有重传的情况，即有连续的1存在，则第k个连续的1的权值为在原有的权值基础上乘以2k-1。这样的话，第一个数据子流的相对传输效率可以表示为：0*24+0*23+1*22+0*21+0*20＝4；第二个数据子流的相对传输效率可以表示为：0*24+1*23+1*22*21+1*21*22+0*20＝24；第三个数据子流的相对传输效率可以表示为：1*24+0*23+0*22+0*21+1*20＝17；第四个数据子流的相对传输效率可以表示为：0*24+0*23+1*22+0*21+0*20＝4。所以四个缓存器中的数值分别为4，24，17，4。按效率由高到低，分别为第一个数据子流，第四个数据子流，第三个数据子流，第四个数据子流。
这两种计算数据子流传输效率的结果不同，其中，第一种方法更适用于信道变化比较平坦的情况，而第二种方法则更适用于信道变化较快的情形。
图6为示出了根据本发明实施例的发送端根据缓存器中的数据来确定重传天线的处理的流程图。
在图6中，过程启动(步骤601)，然后接收到新的反馈信息(步骤602)。反馈信息中如果收到ACK，则用0表示，如果收到NACK，则用1表示(步骤603)。然后删除缓存器中最早的反馈信息，在本实施例中是位于缓存器的最低位的比特(步骤604)。然后将缓存器中其他的反馈信息比特从高位向低位顺序移一位(步骤605)，这些过程完成后，在缓存器中的最高位保存收到的最新的反馈信息(步骤606)。然后判断接收的反馈信息中是否有NACK(步骤607)，如果收到的反馈信息都是ACK，则过程结束(步骤612)。如果收到的反馈信息中包含有NACK，则首先选择一种计算数据子流传输效率的方法(步骤608)，然后根据选定的方法利用缓存器中的确认消息来得到各数据子流的传输效率(步骤609)，然后按照传输效率对各数据子流进行排序(步骤610)。然后选择传输效率高的天线重传出错的数据(步骤611)。最后，过程结束(步骤612)。例如，如果有四个数据子流，每个数据子流配置的缓存器可以保存3次传输的确认信息，某个时刻，这四个数据子流的缓存器中的信息(从高位到低位)分别为：000，101，001，100。其中，第二个和第四个数据子流的最高位为1，说明这两个数据子流的数据出错，需要重传。重传需要选择信道性能好的天线。为此，可以根据确认信息得出各个数据子流的传输效率。按照由高到低位依次比较确认信息的方法，可以将传输子流的传输效率由好到差排列为：第一个数据子流、第三个数据子流、第四个数据子流、第二个数据子流。所以重传数据时，就要将原来的第二个数据子流的数据放在原先传送第一个数据子流的天线上传送，原来的第四个数据子流的数据放在原先传送第三个数据子流的天线上传送。这样可以提高重传的数据的准确性，从而能够提高数据传输的效率。
尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (12)

1.一种在多入多出通信系统中执行数据重传的方法，包括以下步骤：
发送端存储从接收端产生和反馈的数据帧的ACK/NACK信息；
根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率；
按照传输效率，选择具有高传输效率的数据子流重传需要重传的出错数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发送端存储从接收端产生和反馈的数据帧的ACK/NACK信息的步骤包括：当发送端接收到接收端反馈来的新的各数据子流的ACK/NACK信息后，删除各缓存器中最低有效位中的ACK/NACK信息；将其他有效位中的ACK/NACK信息向低位移位；并且将所述新的各数据子流的ACK/NACK信息保存在各数据子流的缓存器的最高有效位中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率的步骤包括计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据的数值，所述数值对应于传输效率。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率的步骤包括：对缓存器中所存储的各位依次进行加权，并且计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据各位加权后的数值，所述数值对应于传输效率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述对缓冲器中所存储的各位进行加权的步骤包括对缓冲器中的高位赋予高权重。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述按照传输效率选择具有高传输效率的数据子流重传需要重传的出错数据的步骤包括：当对效率最低的数据子流上的数据重传时，在传输效率最高的数据子流上传输，当对传输效率次低的数据子流上的数据重传时，在传输效率次高的数据子流上传输，依此类推。
7.一种在多入多出通信系统中执行数据重传的设备，
在接收端，所述设备包括：
反馈信息处理模块，产生并反馈数据帧的ACK/NACK信息；以及
在发送端，所述设备包括：
缓存器，存储从接收端产生和反馈的数据帧的ACK/NACK信息；
天线选择器，根据所存储的反馈信息确定各数据子流的传输效率；并且按照传输效率来选择具有高传输效率的数据子流重传需要重传的出错数据。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于：所述缓存器在接收到接收端反馈来的新的各数据子流的ACK/NACK信息后，删除各缓存器中最低有效位中的ACK/NACK信息；将其他有效位中的ACK/NACK信息向低位移位；并且将所述新的各数据子流的ACK/NACK信息保存在各数据子流的缓存器的最高有效位中。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述天线选择器计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据的数值，所述数值对应于传输效率。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述天线选择器对缓存器中所存储的各位依次进行加权，并且计算出与各数据子流相对应的缓存器中的二进制数据各位加权后的数值，所述数值对应于传输效率。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述天线选择器对缓冲器中的高位赋予高权重。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述天线选择器当对效率最低的数据子流上的数据重传时，选择传输效率最高的天线对其进行传输，当对传输效率次低的数据子流上的数据重传时，选择传输效率次高的天线对其进行传输，依此类推。
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