CN1917418A - 可变子载波映射的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种可变子载波映射的方法，发送端对自动重传请求的每次传输采用不同的比特交织方式；发送端将调制符号调制到各个子载波上发送。本发明实现同一HARQ过程的各次传输中的相同比特在不同的子载波上传输，从而增加了频率分集的效果，改善了因为某些比特始终在同一个经历深度衰落的子载波上传输而导致HARQ传输失败的几率。从而可以减少HARQ的平均重传次数，缩短平均传输时延，进而达到增大系统吞吐量的目标。

Description

可变子载波映射的设备和方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统中数据传输，特别涉及可变子载波映射的设备和方法。

背景技术

与目前的3G系统相比，下一代演进的移动通信系统将提供更短的传输时延(包括接入，空口传输，网络处理与网络传输所占用的时间)、更高的用户上、下行数据传输速率、更高的频谱利用率、更大的系统覆盖范围，并同时尽可能降低网络运营商的建网成本和运营维护的成本。为满足上述需求，AMC，HARQ，OFDM(A)多址(包括Localized OFDM和Distributed OFDM)、SC-FDMA是目前下一代移动通信系统正在评估并有可能采用的技术方案。对于上、下行数据业务采用混合自动重复请求(HARQ)的传输机制，利用重复的数据传输，可以得到时间分集与合并增益，将可以有效地增加系统的吞吐速率。

OFDM(正交频分复用)是一种特殊的多载波调制/复用技术。其发射机/接收机框图如图1所示。单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率的码流在一组频谱相互重叠但保持正交的子载波上同时发送。OFDM技术具有以下优点：

1)抗频率选择性衰落和窄带干扰的能力强。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能导致整条链路不可用，但对于多载波系统，只会有一小部分载波受影响。OFDM把用户信息流串/并转换为多个低速率的信息流在多个子载波上同时发送，每个子载波上的信号时间比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，使OFDM对窄带干扰和信道快衰落的抵抗力更强。同时，通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用，增强了对窄带干扰和信道快衰的抵抗力。

2)频率利用率高。OFDM采用相互重叠但保持正交的子载波作为子信道，而不是传统的利用保护频带分离子信道的方式，提高了频率利用效率。

3)适合高速数据传输。OFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪音背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候，采用效率高的调制方式。当信道条件差的时候，采用抗干扰能力强的调制方式。再有，OFDM加载算法的采用，使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此，OFDM技术非常适合高速数据传输。

4)抗码间干扰(ISI)能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，OFDM由于采用了循环前缀，对抗码间干扰的能力很强。

OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能导致整条链路不可用，但在多载波系统中，只会有一小部分载波受影响。

5)OFDM技术调制/解调可通过基带IFFT/FFT变换实现，而IFFT/FFT有成熟的快速计算方法，可以方便的在DSP芯片和硬件结构中实现。OFDM在具有上述优点的同时，还存在以下缺点：

1)对频偏和相位噪声比较敏感，容易带来衰耗；

2)峰值平均功率的比值(PAPR)较大，会导致射频放大器的功率效率比较低；

由于多载波系统的PAPR较高，考虑到移动终端的发射功率、体积、待机时间和小区覆盖等问题，下一代移动通信系统的上行接入很有可能采用单载波频分多址技术(SC-FDMA)。SC-FDMA仍采用多个子载波发送信号，但SC-FDMA与多载波系统所不同的是：在多载波系统中每个子载波传输一个单一的调制符号；在SC-FDMA中，每个子载波上传输全部调制符号的信息。可通过时域方式或频域方式产生SC-FDMA信号。其发射机/接收机(频域实现方式)结构如图2所示。

HARQ(混合自动重复请求)是一种链路自适应技术，将前向纠错编码(FEC)和自动重传请求(ARQ)相结合。FEC提高了传输的可靠性，但当信道情况较好时，由于过多纠错比特，反而降低了吞吐量。ARQ在误码率不是很高的情况下可以得到理想的吞吐量，但会引额外的重传延时，考虑将FEC和ARQ相结合就形成了混合ARQ。在发送的每个数据包中含有纠错和检错的校验比特。如果接收包中的出错比特数目在纠错能力之内，则错误被自行纠正；当差错严重，已超出FEC的纠错能力时，则让发端重发。HARQ能够自动地适应信道条件的变化，根据信道条件对数据速率进行较精细的调整。

为充分利用系统资源并减小信令和缓存的开销，系统将采用N等&停HARQ传输机制，其原理如图3所示。N等&停HARQ在一个信道上连续传输N个HARQ过程的数据包，当前向链路传输某个HARQ过程的数据包时，反向链路用于传输其他HARQ过程的应答信息。通过采用N等&停HARQ，前向数据链路能够连续传输数据，系统资源被充分利用，但要求接收端缓存能够存储N个数据包的信息。

N等&停HARQ分为两种：

1)N等&停同步HARQ：HARQ过程只能在指定的时刻发起重传

      t＝m+k×N (k＝1，2，…，n_max)     (1)

其中，t为重传TTI；m为初始传输的TTI；n_max为HARQ的最大重传次数；N为HARQ过程的数目。

2)N等&停异步HARQ：HARQ过程可在接收该HARQ过程的上一数据包的应答信息后的任一时刻(TTI)发起重传。

                     t≥m+N    (2)

其中：t为重传TTI；m为传输上一数据包的TTI；N为HARQ过程的数目。

为满足时延的要求，下一代移动通信系统将采用更短的传输时间间隔(简称TTI)。三种可能的TTI长度分别是0.5ms、0.625ms和0.667ms。N等&停HARQ以TTI为基本时间间隔。对于N等&停同步HARQ，同一数据包的重传间隔为N·TTI，对于N等&停异步HARQ，同一数据包的重传间隔为k·N·TTI(1＜k＜n_max)，其中n_max为HARQ过程的最大重传次数。当N·TTI大于信道的相干时间，可以认为一个HARQ过程的重传数据包和N个TTI时间前该HARQ过程传输的数据包所经历的信道衰落是不同的。当N·TTI小于信道的相干时间，一个HARQ过程的重传数据包和N个TTI时间前该HARQ过程传输的数据包所经历的信道衰落是相似的。虽然增大N可以使得N·TTI大于信道的相干时间，但由于下一代移动通信系统所采用的TTI较短，这种做法是不适宜的。因为N的增大将导致接收缓存的增大(N个HARQ过程对应N个用于软合并的缓存)。同时N的增大将导致平均时延的加大(平均时延＝HARQ平均重传次数×N×TTI)。

综上所述，下一代移动通信系统采用HARQ传输机制时存在的一个问题是：

同一HARQ过程相邻传输的数据包所经历的信道衰落是相似的。HARQ传输数据包所采用的某个子载波在一次传输中经历深度衰落，在重传过程中该子载波仍将经历深度衰落。

发明内容

本发明针对采用HARQ机制的多载波通信系统，提出了一种在数据传输(包括初始传输和重传)时，可以改变数据比特与子载波映射关系的方法。

按照本发明的一方面，一种可变子载波映射的方法，包括步骤：

发送端对自动重传请求的每次传输采用不同的比特交织方式；

发送端将调制符号调制到各个子载波上发送。

按照本发明的另一方面，另一种可变子载波映射的方法，包括步骤：

发送端对自动重传请求的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射方式；

发送端将调制符号调制到各个子载波上发送。

一个HARQ过程的各次传输中采用不同的比特交织器或者采用不同的调制符号与子载波映射方法，实现同一HARQ过程的各次传输中的相同比特在不同的子载波上传输，从而增加了频率分集的效果，改善了因为某些比特始终在同一个经历深度衰落的子载波上传输而导致HARQ传输失败的几率。从而可以减少HARQ的平均重传次数，缩短平均传输时延，进而达到增大系统吞吐量的目标。

附图说明

图1是OFDM发射机/接收机框图；

图2是SC-FDMA发射机/接收机(频域实现)框图；

图3是N等&停HARQ原理示意图；

图4是交织方式可变的发射设备；

图5是解交织方式可变的接收设备；

图6是调制符号与子载波映射关系可变的发射设备；

图7是调制符号与子载波映射关系可变的接收设备；

图8是方案1、2应用于SC-FDMA的发射机/接收机框图；

图9是方案1、2应用于有多个有交织器的系统；

图10是子载波频域分布示意图；

图11是方案3应用于SC-FDMA的发射机/接收机框图(方式一)；

图12是方案3应用于SC-FDMA的发射机/接收机框图(方式二)；

图13是采用多个子频带，多个可变的比特交织器时发送设备的结构图；

图14是采用多个子频带，多个可变的调制符号交织器时发送设备的结构图；

图15是采用SMP调制，一个可变的交织器发送数据时发送设备的结构图；

图16是采用SMP调制，一个可变的调制符号交织器时发送设备的结构图；

图17.采用可靠性高的调制符号发送高优先级的数据比特

具体实施方式

本发明针对采用HARQ的多载波通信系统，提出了一种可变子载波映射机制的传输方法。将同一HARQ过程的各次传输中的相同比特映射到不同的子载波上传输，从而获得频率上的分集，减小因为某些比特始终在同一个经历深度衰落的子载波上传输而导致HARQ传输失败的几率。

本发明给出了三个方案：方案1：HARQ过程的各次传输采用不同的比特交织方式，比特交织器保持比特与调制符号的映射关系不变，调制符号与子载波的映射关系在传输过程中保持不变。方案2：HARQ过程的各次传输采用不同的比特交织方式，比特交织器可以改变比特与调制符号的映射关系，调制符号与子载波的映射关系在传输过程中保持不变。方案3：HARQ过程的各次传输采用不同的调制符号与子载波的映射关系，而比特交织方式在传输过程中保持不变。

方案1

HARQ过程的各次传输采用不同的比特交织方式，比特交织器保持比特与调制符号的映射关系不变，调制符号与子载波的映射关系在传输过程中保持不变。通过采用不同的比特交织方式，使得同一HARQ过程的各次传输中相同的比特在不同的子载波上传输，从而达到频率分集的效果。减小因为某些比特始终在同一个经历深度衰落的子载波上传输而导致HARQ传输失败的几率。每次传输所采用的比特交织方式是Node-B和用户终端(简称UE)默认的，不需要增加额外的信令负担。所采用比特交织方式的数目与HARQ的最大传输次数相等。

传输过程中所采用的比特交织方式保持比特与调制符号的映射关系不变，例如：比特a、b、c、d在初始传输时映射到同一个符号，重传时，经过比特交织后，a、b、c、d始终映射到一个符号中，比特交织器所改变的仅是a、b、c、d所映射调制符号的序号。

同一比特在传输过程中所采用子载波的间隔越大，则频率分集的效果越明显。给定传输过程中的比特交织方式后，根据同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔，划分比特位置的优先级。同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔较大的为高优先级，用于传输高优先级的数据比特，例如：系统位，相同的校验位。同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔较小的为低优先级，用于传输低优先级的数据比特，例如：剩余校验位。

方案1通过以下步骤实现：

一.设定传输过程中的比特交织方式

根据HARQ过程的最大传输次数，设定每次传输所采用的比特交织方式，调制符号与子载波的映射关系保持不变。重传时，比特交织器保持比特与调制符号的映射关系不变。

二.设定比特位置的优先级

根据传输过程中同一比特所采用子载波的平均间隔划分比特位置的优先级。同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔较大的为高优先级，平均间隔较小的为低优先级。其余比特位置为较高优先级。子载波平均间隔的定义如下：

$\mathrm{AVI}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_{\max }-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{i,j}}{C_{n_{\max }}^2}---\left(3\right)$

其中，AVI为传输过程中所采用子载波的平均间隔；n_max为HARQ过程的最大传输次数；D_i，j为HARQ过程的同一比特的第i次传输与第j次传输所采用子载波的间隔；C_nmax ²为n_max中任取2个数的组合的数目。

三.划分数据比特的优先级

根据所采用的HARQ机制(Chase合并HARQ、部分增加冗余HARQ、完全增加冗余HARQ)划分数据比特的优先级。

Chase合并HARQ：系统位为高优先级，校验位为较高优先级部分增加冗余HARQ：系统位为高优先级，相同校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。

完全增加冗余HARQ：系统位为高优先级，相同校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。

四.比特传输

高优先级比特位置优先传输高优先级的数据比特。较高优先级的比特位置优先传输高优先级和较高优先级的数据比特。低优先级的比特位置用于传输剩余的数据比特。具体实施时，可将高优先级的数据比特依次安排在高优先级的比特位置传输，将较高优先级的数据比特依次安排在剩余的高优先级比特位置和较高优先级的比特位置传输，将低优先级的数据比特依次安排在剩余的比特位置传输。

方案2

HARQ过程的各次传输采用不同的比特交织方式，比特交织器可以改变比特与调制符号的映射关系，调制符号与子载波的映射关系在传输过程中保持不变。通过采用不同的比特交织方式，使得同一HARQ过程的各次传输中相同的比特在不同的子载波上传输，从而达到频率分集的效果。减小因为某些比特始终在同一个经历深度衰落的子载波上传输而导致HARQ传输失败的几率。每次传输所采用的比特交织方式是Node-B和UE默认的，不需要增加额外的信令负担。所采用的比特交织方式的数目与HARQ的最大传输次数相等。

传输过程中所采用的比特交织方式可以改变比特与调制符号的映射关系，例如：比特a、b、c、d在初始传输时映射到同一个符号，重传时，经过比特交织后，a、b、c、d可以映射到两个或两个以上的符号中去。

同一比特在传输过程中所采用子载波间隔较大，则频率分集的效果越明显。给定传输过程中的比特交织方式后，根据同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔，划分比特位置的优先级。同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔较大的为高优先级，用于传输高优先级的数据比特，例如：系统位，相同的校验位。同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔较小的为低优先级，用于传输低优先级的数据比特，例如：剩余校验位。

方案2通过以下步骤实现：

一.设定传输过程中比特交织方式

根据HARQ过程的最大传输次数，设定每次传输所采用的比特交织方式，调制符号与子载波的映射关系保持不变。重传时，比特交织器可以改变比特与调制符号的映射关系。

二.设定比特位置的优先级

根据传输过程中同一比特所采用子载波的平均间隔划分比特位置的优先级。同一比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔较大的为高优先级，平均间隔较小的为低优先级。其余比特位置为较高优先级。

子载波平均间隔的定义同方案1。

三.划分数据比特的优先级

根据所采用的HARQ机制(Chase合并HARQ、部分增加冗余HARQ、完全增加冗余HARQ)划分数据比特的优先级。

Chase合并HARQ：系统位为高优先级，校验位为较高优先级

部分增加冗余HARQ：系统位为高优先级，相同校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。

完全增加冗余HARQ：系统位为高优先级，相同校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。

四.比特传输

高优先级比特位置优先传输高优先级的数据比特。较高优先级的比特位置优先传输高优先级和较高优先级的数据比特。低优先级的比特位置用于传输剩余的数据比特。具体实施时，可将高优先级的数据比特依次安排在高优先级的比特位置传输，将较高优先级的数据比特依次安排在剩余的高优先级比特位置和较高优先级的比特位置传输，将低优先级的数据比特依次安排在剩余的比特位置传输。

方案3

HARQ过程的各次传输采用不同的调制符号与子载波映射关系，而比特交织方式保持不变。通过采用不同的调制符号与子载波映射关系，使得同一HARQ过程的各次传输中相同的比特在不同的子载波上传输，从而达到频率分集的效果。减小因为某些比特始终在同一个经历深度衰落的子载波上传输而导致HARQ传输失败的几率。每次传输所采用的调制符号与子载波映射关系是Node-B和UE默认的，不需要增加额外的信令负担。所采用的调制符号与子载波映射关系的数目与HARQ的最大传输次数相等。

同一调制符号在传输过程中所采用子载波间隔较大，则频率分集的效果越明显。给定调制符号与子载波映射关系后，根据同一调制符号在传输过程中所采用子载波的平均间隔，划分调制符号的优先级。同一符号在传输过程中所采用子载波的平均间隔较大的为高优先级，用于传输高优先级的数据比特，例如：系统位，相同的校验位。同一符号在传输过程中所采用子载波的平均间隔较小的为低优先级，用于传输低优先级的数据比特，例如：剩余校验位。

方案3通过以下步骤实现：

一.设定传输过程中的调制符号与子载波映射关系

根据HARQ过程的最大传输次数，设定每次传输所采用的调制符号与子载波映射关系，比特交织方式保持不变。

二.设定调制符号位置的优先级

根据传输过程中同一调制符号所采用子载波的平均间隔划分调制符号位置的优先级。同一调制符号在传输过程中所采用子载波的平均间隔较大的为高优先级，平均间隔较小的为低优先级。其余调制符号位置为较高优先级。

子载波平均间隔的定义如下：

$\mathrm{AVI}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n_{\max }-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=i+1}{\overset{n_{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{i,j}}{C_{n_{\max }}^2}---\left(4\right)$

其中，AVI为传输过程中所采用子载波的平均间隔；n_max为HARQ过程的最大传输次数；D_i，j为HARQ过程的同一调制符号的第i次传输与第j次传输所采用子载波的间隔；C_nmax ²为n_max中任取2个数的组合的数目。

三.划分数据比特的优先级

根据所采用的HARQ机制(Chase合并HARQ、部分增加冗余HARQ、完全增加冗余HARQ)划分数据比特的优先级。Chase合并HARQ：系统位为高优先级，校验位为较高优先级部分增加冗余HARQ：系统位为高优先级，相同校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。

完全增加冗余HARQ：系统位为高优先级，相同校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。

四.比特传输

高优先级调制符号位置优先传输高优先级的数据比特。较高优先级的调制符号位置优先传输高优先级和较高优先级的数据比特。低优先级的调制符号位置用于传输剩余的数据比特。具体实施时，可将高优先级的数据比特依次安排在高优先级的调制符号位置传输，将较高优先级的数据比特依次安排在剩余的高优先级调制符号位置和较高优先级的调制符号位置传输，将低优先级的数据比特依次安排在剩余的调制符号位置传输。

本发明给出了两种可变子载波映射的发送设备和接收设备。

1)交织方式可变的发送设备

如图4所示，该设备由下述功能模块组成：HARQ、比特位置优先级划分、比特排序、可变交织器、调制、调制符号与子载波映射、发射装置。其中：HARQ模块根据接收方反馈的应答信息，输出各次传输的数据比特。比特位置优先级划分模块根据传输过程中所采用的比特交织方式，划分比特位置的优先级，同一比特在传输过程中所采用的子载波间隔较大的为高优先级，间隔较小的为低优先级。比特排序模块完成数据比特优先级的划分和传输。根据所采用的HARQ机制、HARQ每次传输所采用的打孔方式，划分数据比特的优先级，系统位为高优先级，传输过程中相同的校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。该模块结合比特位置优先级划分模块的输入，将高优先级的数据比特依次在高优先级的比特位置上发送，将较高优先级的数据比特依次在剩余的高优先级比特位置和较高优先级的比特位置上发送。低优先级的数据比特在剩余的比特位置上发送。可变交织器模块完成对数据比特的交织，并针对HARQ的每次传输采用不同的交织方式。在传输过程中比特与调制符号的映射关系可以变化也可以保持不变。

调制模块完成对数据比特的调制，输出调制符号。调制符号与子载波映射模块将输入的调制符号映射到子载波上，通过发射装置发送。

2)解交织方式可变的接收设备

如图5所示，该设备由下述功能模块组成：接收装置、调制符号与子载波映射、解调、可变解交织器、比特位置优先级划分、比特解序、HARQ。其中：调制符号与子载波映射模块获得各个子载波上传输的调制符号。解调模块完成对调制符号的解调，输出数据比特。可变解交织器完成对数据比特的解交织，并针对HARQ的每次传输采用不同的解交织方式。比特位置优先级划分模块根据传输过程中所采用的比特解交织方式，划分比特位置的优先级。同一比特在传输过程中所采用的子载波间隔较大的为高优先级，间隔较小的为低优先级。比特解序模块根据所采用的HARQ机制，HARQ每次传输所采用的打孔方式，确定系统位、相同校验位和剩余校验位的数目，结合比特位置优先级划分模块的输入，从相应的比特位置顺序读取相应数目的数据比特。HARQ模块对各次传输的数据包进行软合并和译码，根据译码结果产生应答信息。

3)调制符号与子载波映射关系可变的发送设备

如图6所示，该设备由下述功能模块组成：HARQ、比特位置优先级划分、比特排序、交织器、调制、可变调制符号与子载波映射、发射装置。其中：HARQ模块根据接收方反馈的应答信息，输出各次传输的数据比特。调制符号位置优先级划分模块根据传输过程中所采用的调制符号与子载波的映射关系，划分调制符号位置的优先级，同一调制符号在传输过程中所采用的子载波间隔较大的为高优先级，间隔较小的为低优先级。比特排序模块完成数据比特优先级的划分和传输。根据所采用的HARQ机制、HARQ每次传输所采用的打孔方式，划分数据比特的优先级，系统位为高优先级，传输过程中相同的校验位为较高优先级，剩余校验位为低优先级。结合调制符号位置优先级划分模块的输入，将高优先级的数据比特依次在高优先级的调制符号位置上发送，将较高优先级的数据比特依次在剩余的高优先级调制符号位置和较高优先级的调制符号位置上发送。低优先级的数据比特在剩余的调制符号位置上发送。交织器模块完成对数据比特的交织。调制模块完成对数据比特的调制，输出调制符号。可变调制符号与子载波映射模块针对HARQ的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射关系，将输入的数据比特映射到子载波上，通过发射装置发送。

4)调制符号与子载波映射关系可变的接收设备

如图7所示，该设备由下述功能模块组成：接收装置、可变调制符号与子载波映射、解调、解交织器、比特位置优先级划分、比特解序、HARQ。其中：可变调制符号与子载波映射模块针对HARQ的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射关系，获得各个子载波上传输的调制符号。解调模块完成对调制符号的解调，输出数据比特。

解交织模块完成对数据比特的解交织。调制符号位置优先级划分模块根据传输过程中所采用的调制符号与子载波的映射关系，划分调制符号位置的优先级。同一调制符号在传输过程中所采用的子载波间隔较大的为高优先级，较小的为低优先级。比特解序模块根据所采用的HARQ机制，HARQ每次传输所采用的打孔方式，确定系统位、相同校验位和剩余校验位的数目，结合调制符号位置优先级划分模块的输入，从相应的调制符号位置顺序读取相应数目的数据比特。HARQ模块对各次传输的数据包进行软合并和译码，根据译码结果产生应答信息。

实施例1.

HARQ的各次传输采用不同的比特交织方式，比特交织方式保持比特与调制符号的映射关系不变。

HARQ传输数据包所包含的比特数目为N：

                  N＝m×n    (5)

其中，m为每个调制符号包含的比特数；n为HARQ传输数据包所包含的调制符号的个数。采用块交织方式，给定块交织器列的数目为n_C，根据HARQ传输数据包所包含的比特数目确定块交织器行的数目为：

其中：n_R为块交织器行的数目；n_C为块交织器列的数目；n为HARQ传输数据包所包含的比特数目。

采用如下方式将数据比特按行输入比特交织器：数据比特序列为X_i(i＝0，1，2，…N-1)，将X₀，X_m，X_2m，…，X_(nC-1)m依次放入比特交织器的第一行，将X₁，X_m+1，X_2m+1，…，X_(nC-1)m+1依次放入比特交织器的第二行。以此类推将X_m-1，X_2m-1，X_3m-1，…，X_nCm-1依次放入比特交织器的第m行。将X_nCm，X_(nC+1)m，X_(nC+2)m，…，X_(2nC-1)m依次放入比特交织器的第m+1行。给定X_i，可根据下述公式计算其在块交织器中的位置：

其中，i为比特序号；C_i为数据比特X_i放入比特交织器后所在的列；R_i为数据比特X_i放入比特交织器后所在的行。

将数据比特按上述规则全部放入块交织器后，按照给定的模式进行列置换，HARQ过程的各次传输采用不同的列置换模式。给定交织器的列数n_C，HARQ的最大传输次数n_max，采用如下算法确定HARQ第j(0≤j＜n_max)次传输所采用的列置换模式：

算法1：

for i＝0 to n_C-1

if第i列没有被置换过

  k＝mod(i+PInt，n_C)

   if第k列没有被置换过

    将第i列与第k列置换

  else

      将第i列与k+1至n_C中第一个没有被置换且不等于i的列置换

    end if

  end if

end for最后从比特交织器中按列读出数据比特。

上述方法可应用于多载波通信系统，也可应用于SC-FDMA，其发射机/接收机框图如图8所示。采用上述方法实现可变交织器，将其引入发射机。可变交织器输出至调制器。

上述方法同样可应用于发射机有多个交织器的情况，其发射机/接收机框图如图9所示。采用上述方法实现多个可变的交织器，它们的列置换模式可以是相同的也可以是不同的，引入发射机，它们输出至调制器。

假定n_C＝8，HARQ的最大传输次数为3，采用上述算法获得HARQ各次传输所采用的列置换模式如表1所示：

表1.HARQ各次传输所采用的列置换模式

HARQ传输	列置换模式
		初始传输	0，1，2，3，4，5，6，7
一次重传	2，3，0，1，6，7，4，5
		二次重传	4，5，6，7，0，1，2，3

假定HARQ的最大传输次数为3，所传输的数据包包含10个调制符号，对应40个数据比特(16-QAM)，在传输过程中，比特与调制符号的映射关系保持不变，调制符号与子载波的映射关系保持不变。设定块比特交织器的列数C＝8，HARQ各次传输所采用的列置换模式如表1所示。

传输过程中上述40个数据比特经列置换后在交织器中的位置分别如表2、3、4所示。

表2.经列置换后数据比特在比特交织器中的位置(初始传输)

表3.经列置换后数据比特在比特交织器中的位置(一次重传)

表4.经列置换后数据比特在比特交织器中的位置(二次重传)

上述40个数据比特在传输过程中所采用的子载波如表5所示。

表5.传输过程中数据比特所采用的子载波

比特序号				子载波序号
								初始传输	一次重传	二次重传	子载波平均间隔
				0	1	2	3					1	3	5	8/3
4	5	6	7					3	5	7	8/3
				8	9	10	11					5	1	9	16/3

12	13	14	15	6	2	10	16/3
								16	17	18	19	7	9	1	16/3
20	21	22	23	8	10	2	16/3
								24	25	26	27	9	7	3	12/3
28	29	30	31	10	8	4	12/3
								32	33	34	35	2	4	6	8/3
36	37	38	39	4	6	8	8/3

如表1所示，序号为8～31的比特在传输过程中所采用子载波的平均间隔较大，将获得较大的频率增益，为高优先级比特位置用于传输高优先级的数据比特。序号为0～7，32～39的比特在传输过程中所采用自载波的平均间隔较小，为低优先级比特位置。

针对所采用的HARQ机制，有以下的比特传输方法：

1)Chase合并HARQ

将系统位在比特位置17～40中依次传输，剩余比特位置用于传输校验位。

2)部分增加冗余HARQ

将系统位在比特位置17～40中依次传输。接下来，将相同校验位在17～40的剩余位置和比特位置1～16中依次传输。最后，将不同校验位在剩余的比特位置依次传输。

3)完全增加冗余HARQ

将系统位在比特位置17～40中依次传输。接下来，将相同校验位在17～40的剩余位置和比特位置1～16中依次传输。最后，将不同校验位在剩余的比特位置依次传输。

实施例2.

HARQ的各次传输采用不同的比特交织方式，比特交织方式可以改变比特与调制符号的映射关系。

HARQ传输数据包所包含的比特数目为N：

                 N＝m×n    (9)

其中，m为每个调制符号包含的比特数；n为HARQ传输数据包所包含的调制符号的个数。

采用块交织方式，给定块交织器列的数目为C，根据HARQ传输数据包所包含的比特数目确定块交织器行的数目为：

其中：R为块交织器行的数目；C为块交织器列的数目；N为HARQ传输数据包所包含的比特数目。

将数据比特按行依次输入比特交织器，数据比特序列为X_i(i＝0，1，2，…N-1)。给定X_i，则其在比特交织器中的位置如下：

             C_i＝mod(i，C)    (11)

其中，C_i为数据比特X_i放入比特交织器后所在的列；R_i为数据比特X_i放入比特交织器后所在的行。

将数据比特按上述规则全部放入块交织器后，按照给定的模式进行列置换，HARQ过程的各次传输采用不同的列置换模式。给定交织器的列数n_C，HARQ的最大传输次数n_max，采用如下算法确定HARQ第j(0≤j＜n_max)次传输所采用的列置换模式：

算法1：

    for i＝0 to n_C-1

    if第i列没有被置换过

      k＝mod(i+PInt，n_C)

      if第k列没有被置换过

    将第i列与第k列置换

  else

      将第i列与k+1至n_C中第一个没有被置换且不等于i的列置换

    end if

  end if

end for最后从比特交织器中按列读出数据比特。

上述方法可应用于多载波通信系统，也可应用于SC-FDMA，其发射机/接收机框图如图8所示。采用上述方法实现可变交织器，将其引入发射机。可变交织器输出至调制器。

上述方法同样可应用于发射机有多个交织器的情况，其发射机/接收机框图如图9所示。采用上述方法实现多个可变的交织器，它们的列置换模式可以是相同的也可以是不同的，引入发射机，它们输出至调制器。

假定HARQ的最大传输次数为3，所传输的数据包包含10个调制符号，对应40个数据比特(16-QAM)，在传输过程中比特与调制符号的映射关系可变，调制符号与子载波的映射关系保持不变。设定块比特交织器的列数C＝8，HARQ各次传输所采用的列置换模式如表1所示。传输过程中上述40个数据比特经列置换后在交织器中的位置分别如表6、7、8所示。

表6.经列置换后数据比特在比特交织器中的位置(初始传输)

2	16	1	17	2	18	4	19	5	20	6	21	7	22	9	23	10
																	3	24	1	25	3	26	4	27	5	28	6	29	8	30	9	31	10
4	32	2	33	3	34	4	35	5	36	7	37	8	38	9	39	10

表7.经列置换后数据比特在比特交织器中的位置(一次重传)

表8.经列置换后数据比特在比特交织器中的位置(二次重传)

上述40个数据比特在传输过程中所采用的子载波如表9所示。

表9.传输过程中数据比特所采用的子载波

比特序号	子载波序号			子载波平均间隔
					初始传输	一次重传	二次重传
	0	1	3					6	10/3
1				2	4	7	10/3
	2	3	1					8	14/3
3				4	2	9	14/3
	4	6	8					1	14/3
5				7	9	2	14/3
	6	8	6					3	10/3
7				9	7	4	10/3
	8	1	3					6	10/3
9				2	5	7	10/3
	10	3	1					8	14/3
11				5	2	10	16/3
	12	6	8					1	14/3
13				7	10	2	16/3
	14	8	6					3	10/3
15				10	7	5	10/3
	16	1	4					6	10/3
17				2	5	7	10/3
	18	4	1					9	16/3
19				5	2	10	16/3

20	6	9	1	16/3
					21	7	10	2	16/3
22	9	6	4	10/3
					23	10	7	5	10/3
24	1	4	6	10/3
					25	3	5	8	10/3
26	4	1	9	16/3
					27	5	3	10	14/3
28	6	9	1	16/3
					29	8	10	3	14/3
30	9	6	4	10/3
					31	10	8	5	10/3
32	2	4	7	10/3
					33	3	5	8	10/3
34	4	2	9	14/3
					35	5	3	10	14/3
36	7	9	2	14/3
					37	8	10	3	14/3
38	9	7	4	10/3
					39	10	8	5	10/3

如表2所示，比特位置2～5、10～13、18～21、26～29、34～37为高优先级，优先传输高优先级的数据比特。比特位置0、1、6～9、14～17、22～25、30～33、38、39为低优先级，用于传输剩余的数据比特。

实施例3.

给定HARQ传输数据包所包含调制符号的个数n_d，对应n_s个子载波，n_d＝n_s。这n_s个子载波在频域上可能是连续的，可能是离散的，可能是部分连续部分离散的，如图10所示。HARQ的最大传输次数n_max。采用如下算法确定HARQ第j(0≤j＜n_max)次传输时，每个调制符号所对应的子载波：

其中：k(0≤k＜n_s)为子载波的顺序编号；i(0≤i＜n_d)为调制符号的顺序编号；n_d为HARQ传输数据包所包含调制符号的个数；n_s为HARQ数据传输所采用子载波的个数；n_max为HARQ的最大传输次数；j(0≤j＜n_max)为HARQ的传输次数。

上述方法同样可应用于SC-FDMA，其发射机/接收机框图，并且存在两种应用方式。

方式一：

如图11所示，采用上述方法实现可变子载波映射模块，将其引入发射机。Pre-FFT模块输出至可变子载波映射模块，可变子载波映射模块输出至IFFT模块。

方式二：

如图12所示，采用上述方法实现可变子载波映射模块，将其引入发射机。QAM调制模块输出至可变子载波映射模块，可变子载波映射模块输出至Pre-FFT模块。

假定HARQ的最大传输次数为3，所传输的数据包包含12个符号，对应12个子载波，1～12是子载波的顺序编号，这12个子载波在频域上可以是连续的也可以是离散的，甚至是变化的(跳频)。传输过程中比特交织方式保持不变，所采用的调制符号与子载波映射关系如图4所示。上述12个符号在传输过程中所采用的子载波如表3所示。

表10.HARQ过程各次传输的符号→子载波映射关系

调制符号序号	子载波序号			子载波平均间隔
					初始传输	一次重传	二次重传
	0	0	4					8	16/3
1				1	5	9	16/3
	2	2	6					10	16/3
3				3	7	11	16/3
	4	4	8					0	16/3
5				5	9	1	16/3
	6	6	10					2	16/3
7				7	11	3	16/3
	8	8	0					4	16/3
9				9	1	5	16/3
	10	10	2					6	16/3
11				11	3	7	16/3

实施例4

发送端采用多个子频带(sub-band)发送数据，利用信道条件较好的子频带发送优先级较高的比特，如：系统比特；利用信道条件较差的子频带发送优先级较低的比特，如：校验比特。同时，为获得频率分集的增益，在发送端/接收端采用一个(或针对各个优先级的数据流采用多个)可变的比特交织器/解交织器。混合自动重传请求传输过程中比特优先级的划分可以是不变的，也可以是变化的

假定数据划分为两个优先级，采用两个可变比特交织器，利用三个子频带发送数据，发送设备的结构如图13所示。通过采用可变的比特交织器，在传输过程中，系统位在所分配的子频带内采用不同的子载波发送；校验位在所分配的子频带内采用不同的子载波发送。

实施例5

发送端采用多个sub-band发送数据，利用信道条件较好的子频带发送优先级较高的比特，如：系统比特；利用信道条件较差的子频带发送优先级较低的比特，如：校验比特。在发送端/接收端针对各个优先级的数据流采用多个可变的调制符号与子载波映射器(可变调制符号交织器)。混合自动重传请求传输过程中比特优先级的划分可以是不变的，也可以是变化的假定数据划分为两个优先级，采用两个可变的调制符号交织器，利用三个子频带发送数据，发送设备的结构如图14所示。对系统位调制符号序列采用可变的调制符号交织器，实现传输过程中，同一个系统位比特在相应子频带内的不同的子载波上传输。对校验位调制符号序列采用可变的调制符号交织器，实现传输过程中，同一个校验位在相应子频带内的不同的子载波上传输。

实施例6

发送端采用基于数据比特优先级的调制符号映射(Symbol Mapping basedon Priority，SMP)。根据所采用的调制方式，将高优先级的数据比特(如：系统比特)映射到可靠性高的比特位置，将低优先级的数据比特(如：校验比特)映射到可靠性低的比特位置。同时，为获得频率分集的增益，发送端采用一个(或针对各个优先级的数据流采用多个)可变的比特交织器。混合自动重传请求传输过程中比特优先级的划分可以是不变的，也可以是变化的假定数据划分为两个优先级，采用两个可变的比特交织器，发送设备的结构如图15所示。通过采用可变的比特交织器，传输过程中，同一个系统位比特映射到不同调制符号的高可靠位置，利用不同的子载波发送；同一个校验位比特映射到不同调制符号的低可靠位置，利用不同的子载波发送。

实施例7

发送端采用基于数据比特优先级的调制符号映射(Symbol Mapping basedon Priority，SMP)。根据所采用的调制方式，将高优先级的数据比特(如：系统比特)映射到可靠性高的比特位置，将低优先级的数据比特(如：校验比特)映射到可靠性低的比特位置。同时，为获得频率分集的增益，发送端采用一个可变的调制符号交织器。混合自动重传请求传输过程中比特优先级的划分可以是不变的，也可以是变化的。

假定数据划分为两个优先级，采用一个可变的调制符号交织器，发送设备的结构如图16所示。通过采用可变的调制符号交织器，传输过程中，同一个系统位比特映射到同一个调制符号的高可靠位置，利用不同的子载波发送；同一个校验位比特映射到同一个调制符号的低可靠位置，利用不同的子载波发送。

实施例8

对于SC-FDMA，数据块中某些位置的调制符号可以通过与循环前缀(Cyclic Prefix，CP)合并获得性能上的增益(该部分调制符号与CP内容相同)，这些调制符号正确解调的几率较高。发送端可以将优先级较高的数据比特映射到这些调制符号。同时为获得频率分集的增益发送端采用多个可变的比特交织器。混合自动重传请求传输过程中比特优先级的划分可以是不变的，也可以是变化的

假定发送数据划分为两个优先级，采用两个可变的比特交织器，发送设备的结构如图17所示。其中，调制模块完成对数据的调制并将包含系统位的调制符号调整到指定的位置。通过采用可变的比特交织器结合调制模块，传输过程中，同一个系统位比特映射到不同的高可靠调制符号，利用不同的子载波发送；同一个校验位比特映射到不同的调制符号，利用不同的子载波发送。

本发明针对采用HARQ的多载波通信系统，提出了一种可变子载波映射机制的传输方法。并给出了具体的实现方法和规则。本发明具有下述效果：

1)传输过程中所采用的比特交织方式是基站和用户终端默认的，无需引入额外的信令开销，不会因物理层信令传输错误而降低发明所引入的性能增益。

2)传输过程中所采用的调制符号与子载波的映射关系是基站和用户终端默认的，无需引入额外的信令开销，不会因物理层信令传输错误而降低发明所引入的性能增益。

3)HARQ传输过程中的相同的比特在不同的子载波上发送，从而达到频率分集的效果。降低了因为某些比特始终在经历深度衰落的子载波上发送而导致HARQ传输失败的几率。减小HARQ的平均传输次数，降低平均时延，增大系统的吞吐量。

4)HARQ传输过程中采用不同的比特交织方式，比特与调制符号的映射关系可以保持不变，也可以变化，具有很高的灵活性。

5)根据传输过程中所采用子载波的平均间隔划分比特位置的优先级，用于不同优先级的数据比特的传输。高优先级的数据比特在传输过程中将获得更大的频率分集，以减小HARQ的平均传输次数，降低平均时延，增大系统的吞吐量。

6)根据传输过程中所采用子载波的平均间隔划分调制符号位置的优先级，用于不同优先级的数据比特的传输。高优先级的数据比特在传输过程中将获得更大的频率分集，以减小HARQ的平均传输次数，降低平均时延，增大系统的吞吐量。

7)本发明有较广的应用范围，可应用于子载波连续划分，离散划分或跳变的多载波通信系统。可适用于各种HARQ机制，对于SC-FDMA单载波通信系统也适用。

Claims (31)

1.一种可变子载波映射的方法，包括步骤：

发送端对自动重传请求的每次传输采用不同的比特交织方式；

发送端将调制符号调制到各个子载波上发送。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

混合自动重传请求的各次传输采用不同的比特交织方式。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

重传时，比特交织器保持比特与调制符号的映射关系不变。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：

重传时，比特交织器改变比特与调制符号的映射关系。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

根据传输过程中所采用的比特交织方式，设定比特位置的优先级。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于：

同一比特在传输过程中采用的子载波的平均间隔较大的为高优先级，平均间隔较小的为低优先级，其余比特位置为较高优先级。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于：

高优先级比特位置优先传输高优先级的数据比特，较高优先级的比特位置优先传输高优先级和较高优先级的数据比特，低优先级的比特位置用于传输剩余的数据比特。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述子载波在频域上是连续分布、离散分布或者部分连续部分离散分布。

9.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

对不同优先等级的数据比特分别采用多个可变的比特交织器。

10.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

对于不同的子频带分别采用多个可变的比特交织器。

11.按权利要求1所述的方法，其特征在于：

在自动重传请求传输过程中比特优先级的划分可以是变化的。

12.按权利要求1所述的方法，其特征在于：根据下列公式确定交织器的行数：

其中：n_R为块交织器行的数目；n_C为块交织器列的数目；n为HARQ传输数据包所包含的比特数目；m为每个调制符号包含的比特数。

13.按权利要求1所述的方法，其特征在于：根据下列公式确定比特输入交织器后所在的列：

其中，i为比特序号；m为每个调制符号包含的比特数；n_C为块交织器列的数目；C_i为数据比特X_i放入比特交织器后所在的列。

14.按权利要求1所述的方法，其特征在于：根据下列公式确定比特输入交织器后所在的行：

其中，i为比特序号；m为每个调制符号包含的比特数；n_C为块交织器列的数目；R_i为数据比特X_i放入比特交织器后所在的行。

15.一种可变子载波映射的方法，包括步骤：

发送端对自动重传请求的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射方式；

发送端将调制符号调制到各个子载波上发送。

16.按权利要求15所述的方法，其特征在于还包括：

混合自动重传请求的各次传输采用不同的调制符号与子载波映射方式。

17.按权利要求15所述的方法，其特征在于：

根据传输过程中所采用的调制符号与子载波映射方式，设定调制符号位置的优先级。

18.按权利要求17所述的方法，其特征在于：

同一调制符号在传输过程中采用的子载波的平均间隔较大的为高优先级，同一调制符号在传输过程中采用子载波的平均间隔较小的为最低优先级。

19.按权利要求18所述的方法，其特征在于：

高优先级的调制符号位置优先传输高优先级的数据比特；

较高优先级的调制符号位置优先传输高优先级和较高优先级的数据比特；

低优先级的调制符号位置用于传输剩余的数据比特。

20.按权利要求15所述的方法，其特征在于：

所述子载波在频域上是连续分布、离散分布或者部分连续部分离散分布。

21.按权利要求15所述的方法，其特征在于还包括：

对于不同优先等级的数据比特分别采用多个可变的调制符号交织器。

22.按权利要求15所述的方法，其特征在于：

对于不同的子频带分别采用多个可变的调制符号交织器。

23.按权利要求15所述的方法，其特征在于还包括：

在自动重传请求传输过程中比特优先级的划分可以是变化的。

24.一种可变子载波映射的设备，包括：

HARQ模块，根据接收方反馈的应答信息，输出各次传输的数据比特；

比特位置优先级划分模块，根据传输过程中所采用的比特交织方式，划分比特位置的优先级；

比特排序模块，完成数据比特优先级的划分和传输；

可变交织器模块，完成对数据比特的交织，并针对HARQ的每次传输采用不同的交织方式；

调制模块，完成对数据比特的调制，输出调制信号；

调制符号与子载波映射模块，将输入的调制符号映射到子载波上，

并通过发送装置发送出去。

25.按权利要求24所述的设备，其特征在于：

所述可变交织器模块针对混合自动重复请求的每次传输采用不同的交织方式。

26.一种可变子载波映射的设备，包括：

接收装置，通过空中接口接收发射设备发送的无线信号；

调制符号与子载波映射模块，用于获得各个子载波上传输的调制符号；

解调模块，完成对调制符号的解调，输出数据比特；

可变解交织器，完成对数据比特的解交织，并针对HARQ的每次传输采用不同的解交织方式；

比特解序模块，根据所采用的HARQ机制，HARQ每次传输所采用的

打孔方式，确定系统位、相同校验位和剩余校验位的数目，结合比特位置优先级划分模块的输入，从相应的比特位置顺序读取相应数目的数据比特；

HARQ模块，对各次传输的数据包进行软合并和译码，根据译码结果产生应答信息。

27.按权利要求26所述的设备，其特征在于：

所述可变解交织器模块针对混合自动重传请求的每次传输采用不同的解交织方式。

28.一种可变子载波映射的设备，包括：

HARQ模块，根据接收方反馈的应答信息，输出各次传输的数据比特；

调制符号位置优先级划分模块，根据传输过程中所采用的调制符号与子载波的映射关系，划分调制符号位置的优先级；

比特排序模块，完成数据比特优先级的划分和传输；

交织器模块，完成对数据比特的交织；

调制模块，完成对数据比特的调制，并输出调制信号；

可变调制符号与子载波映射模块，针对HARQ的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射关系，将输入的数据比特映射到子载波上，并通过发射装置发送。

29.按权利要求28所述的设备，其特征在于：

所述的可变调制符号与子载波映射模块针对混合自动重传请求的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射方式。

30.一种可变子载波映射的设备，包括：

接收装置，通过空中接口接收发射设备发送的无线信号；

可变调制符号与子载波映射模块，针对HARQ的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射关系，获得各个子载波上传输的调制符号；

解调模块，完成对调制符号的解调，输出数据比特；

解交织模块，完成对数据比特的解交织；

调制符号位置优先级划分模块，根据传输过程中所采用的调制符号与子载波的映射关系，划分调制符号位置的优先级；

比特解序模块，根据所采用的HARQ机制，HARQ每次传输所采用的打孔方式，确定系统位、相同校验位和剩余校验位的数目，结合调制符号位置优先级划分模块的输入，从相应的调制符号位置顺序读取相应数目的数据比特；

HARQ模块，对各次传输的数据包进行软合并和译码，根据译码结果产生应答信息。

31.按权利要求30所述的设备，其特征在于：

所述的可变调制符号与子载波映射模块针对混合自动重传请求的每次传输采用不同的调制符号与子载波映射方式。

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