CN1983914A - 一种混合自动请求重传方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合自动请求重传方法和系统，该混合自动请求重传方法利用发送端的N个发送天线，接收端的M个接收天线发送/接收数据，每一发送天线利用L个子载波发送数据，该M、N为自然数，L为2的倍数，包括：将发送数据转换成N个数据流，且将每一数据流转换成L个子数据流，并根据发送端和接收端相同预存的子载波分配表将NL个子载波对应的分配给该N个数据流，利用N个发送天线进行发送；将该M个接收天线接收的来自发送天线的数据，通过接收端预存的子载波分配表还原原始的N个数据流，并检测是否正确接收每一数据流，且向发送端反馈应答信息；以及发送端根据该应答信息，发送新数据，或进行重传。

Description

一种混合自动请求重传方法及系统
技术领域
本发明涉及一种通信方法和系统，尤其涉及一种多载波多天线系统中采用空时频分集的HARQ方案的通信方法和系统。
背景技术
新一代移动通信可以提供的数据传输速率将高达100Mbit/s，甚至更高。其可支持的业务范围可从语音到多媒体业务，其中包括实时的流媒体业务。并且，在新一代移动通信中，数据传输速率可以根据这些业务所需的速率不同，而进行动态调整。另外，新一代通信的另一个特点是低成本。这样在有限的频谱资源上要实现高速率和大容量，就需要频谱效率极高的技术。
作为可以充分开发空间资源的多入多出(MIMO)技术，利用多个天线可以实现多发多收，从而在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量。作为一种多载波传输技术的正交频分复用(OFDM)技术，其载波之间相互正交，从而可以高效地利用频谱资源；另外，其将总带宽分割为若干个窄带子载波，可以用来有效地抵抗频率选择性衰落。因此，当今趋势是充分的将二者结合起来，以实现新一代移动通信的数据通信。
对于实现数据通信的可靠传输，现存有三种基本的差错控制方法，即，前向纠错(FEC)，自动请求重传(ARQ)以及该两者的结合-混合ARQ(HARQ)。其中混合ARQ具有最好的可靠性及吞吐量性能。
混合ARQ又可以分为三类，即，HARQ-I，HARQ-II，和HARQ-III。其中，HARQ-II和HARQ-III分别利用编码和分集合并，由此获得一定的编码和分集增益。
应理解的是，传统HARQ-III利用了重传数据间经历相互独立的信道，将多个在不同时间上接收的复本进行合并，从而获得在时间上的分集增益。但是所获得的时间上的分集增益依赖于数据重传间隔与信道相干时间的关系。当重传间隔大于相干时间时，时间上的分集增益很明显，反之则很微弱。因此，在慢衰信道下为了获得显著的时间上的分集增益，就必须使重传间隔大于相干时间。而这就会导致往返时延的增加，不利于实时业务；而在快衰信道下，时间分集增益就很显著。
对于OFDM系统，参考文献[1-2]均揭示了一种部分重传分集ARQ方案。其中，在接收端侧设置了一个接收信号的门限电平，并对每个子载波上的接收信号电平与该门限电平进行比较。如果判断接收数据出现错误，则接收电平小于门限电平的那些不可靠的子载波上的数据就被重传。重传时，可以选择部分较好的子载波来重传那些不可靠的子载波上的数据，也可以选择所有子载波来重传那些不可靠的子载波上的数据。之后，在接收端对重传数据和其之前传送的数据进行合并，从而获得时间和频率上的增益。如果只有部分子载波用于重传，那么其它的子载波可以用于传送新数据。
参考文献[3-4]均提出了一种重传改变子载波分配方式的频率分集ARQ方案。其利用了子载波间隔大于相干带宽的子载波上的信道是彼此独立的特征。其中，重传的数据以不同的方式分配到这样的子载波对上，从而克服慢衰环境下时间上信道的相关性。并且，在接收端将多个传输复本进行最大比合并，从而获得时间和频率上的分集增益。该ARQ方案的主要缺点是重传采用的子载波分配方式依赖于相干带宽，所以分配方式有限。此外，在快衰环境中，每个子载波所经历的衰落从统计上来说是类似的，因此频率分集没有在慢衰环境下那么显著。
参考文献[5]针对MIMO系统提出了一种混合ARQ方案，其将重传采用不同的格码调制与天线置换相结合，利用不同的格码调制获得映射分集，并利用天线置换来获得空间增益。该方案类似于OFDM系统，通过天线置换来克服慢衰信道在时间上的相关性。但是，其缺点主要在于，快衰环境下，天线置换获得的空间增益不是很显著。而且如果将上述的方案应用于MIMO-OFDM系统，并不能同时开发空间，频率和时间上的分集增益。
表1进一步从子载波分配方式和天线置换方式的角度显示比较了四种混合ARQ方案的特点。方案I是将chase合并(chase combining)与MIMO-OFDM系统简单结合。方案II和方案III是将应用于单天线系统下的两种混合ARQ应用到MIMO-OFDM系统的每个数据流上，即每根天线上的数据流可以采用不同的载波分配方式，而天线是固定的。方案IV相对方案H和III而言，则是每根天线上的子载波分配方式是固定的，而天线置换方式是可变的。
表1：四种混合ARQ方案的特点
  方案 名称   子载波分配方式   天线置换方式   问题
  方案I 每根天线采用chase合并HARQ   固定   固定   没有空间和频率上的分集增益
  方案II 每根天线采用部分频率ARQ   可变   固定   有限的频率上的分集增益，没有空间上的分集增益，依赖于SNR阈值，大反馈信息
  方案III 每根天线采用MRC频率分集ARQ   4种可变模式   固定   有限的频率上的分集增益，没有空间上的分集增益，—
  方案IV 采用天线置换的HARQ   固定   可变   有限的空间上的分集增益，没有频率上的分集增益，—
因此，针对MIMO-OFDM系统，有必要设计一种新的可以充分开发频率，空间和时间的资源的混合ARQ方案。
参考文献：
[1]Hiroyuki ATARASHI，Riaz ESMAILZADEH and Masao NAKAGAWA，“Partial frequency ARQ system for Multi-carrier packet communication”，IEICETRANS.COMMUN.，VOL.E78-B，No.8 AUGUST 1995
[2]Liyu Cai，Yan Wan，Pengpeng Song and Luoning Gui，“Improved HARQscheme using channel quality feedback for OFDM system”，Vehicular TechnologyConference，2004.VTC 2004-Spring.2004 IEEE 59th Volume 4，17-19 May 2004Page(s)：1869-1872 Vol.4
[3]Hiroyuki ATARASHI and Masao NAKAGAWA，“An efficient ARQscheme for Multi-carrier Modulation systems based on packet combining”，IEICETRANS.COMMUN.，VOL.E82-B，NO.5 MAY 1999
[4]Kumagai，T.，Mizoguchi，M.，Onizawa，T.，Takanashi，H.and Morikura，M.，“A maximal ratio combining frequency diversity ARQ scheme forHigh-speed OFDM systems”，Personal，Indoor and Mobile RadioCommunications，1998.The Ninth IEEE International Symposium on Volume 2，8-11 Sept.1998 Page(s)：528-532 vol.2
[5]Onggosanusi，E.N.，Dabak，A.G.，Yan Hui and Gibong Jeong，“HybridARQ transmission and combining for MIMO systems”，Communications，2003.ICC′03.IEEE International Conference on Volume 5，11-15 May 2003Page(s)：3205-3209 vol.
发明内容
本发明的第一目的是提供一种充分开发空间，时间和频率资源的混合自动请求重传方案的通信方法，其可提供更加可靠和有效的传输质量。
本发明的第二目的是提供一种充分开发空间，时间和频率资源的混合自动请求重传方案的通信系统，其可提供更加可靠和有效的传输质量。
根据本发明的第一目的，本发明提供一种混合自动请求重传方法，其利用发送端的N个发送天线，接收端的M个接收天线发送/接收数据，每一发送天线利用L个子载波发送数据，该N、M为自然数，L为2的倍数，包括：a)将发送数据转换成N个数据流，且将每一数据流转换成L个子数据流，并根据发送端和接收端相同预存的子载波分配表将NL个子载波对应的分配给该NL个子数据流，利用N个发送天线进行发送；b)将该M个接收天线接收的来自发送天线的数据，通过该预存的子载波分配表还原成步骤a)中的N个数据流，并检测是否正确接收每一数据流，且向发送端反馈应答信息，其中，该应答信息包括表示正确接收数据流的肯定应答信号/未正确接收数据流的否定应答信号、以及更新的子载波分配表，其中，根据该NL个子载波上等效信道增益和该N个数据流的差错特性，按照等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的的数据流的原则，获得更新的子载波分配表；以及c)发送端根据该应答信息发送新数据，或进行重传。
根据本发明的第二目的，本发明提供一种混合自动请求重传系统，其包括具有N个发送天线的发送器和具有M个接收天线的接收器，每一发送天线利用L个子载波发送数据，该N、M为自然数，L为2的倍数，其特征在于：该发送器将发送数据转换成N个数据流，且将每一数据流转换成L个子数据流，并根据发送器和接收器相同预存的子载波分配表将NL个子载波对应的分配给该NL个子数据流，利用N个发送天线进行发送，且该发送器根据接收器反馈的应答信息发送新数据，或进行重传；以及该接收器将该M个接收天线接收的来自发送天线的数据，通过该预存的子载波分配表还原成N个数据流，并检测是否正确接收每一数据流，且向发送端反馈应答信息，其中该应答信息包括表示正确接收数据流的肯定应答信号/未正确接收数据流的否定应答信号、以及更新的子载波分配表，其中，根据该NL个子载波上等效信道增益和该N个数据流的差错特性，按照等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的的数据流的原则，获得更新的子载波分配表。
本发明的有益效果，由于本发明分别将不同的子载波分配给不同的数据流，并且在重传过程中，将等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的的数据流的，从而本发明可充分利用空间、时间和频率上的资源，并且可获得最好的误块率，最高的吞吐效率以及最少的平均传输次数性能。从而可以为无线高速数据通信提供更加可靠和有效的传输质量。
附图说明
图1显示了依照本发明的MIMO-OFDM系统的结构框图。
图2显示了依照本发明的发送器1的结构框图。
图3显示了依照本发明的子载波分配部13的具体结构图。
图4显示了依照本发明的接收器2的结构框图。
图5显示了依照本发明的接收器2中制作分配表部23的具体结构图。
图6(a)显示了依照实施例1的发送器1和接收器2中预存的子载波分配表的实例；图6(b)显示了制作子载波分配表时，子载波分配表制作单元参考的等效信道增益函数图；图6(c)显示了接收器2中子载波分配表制作单元更新并反馈给发送器1的子载波分配表的实例。
图7(a)显示了依照本发明的实施例2的子载波分配表制作单元更新并反馈给发送器1的子载波分配表的实例；图7(b)显示了制作子载波分配表时，子载波分配表制作单元参考的等效信道增益函数图。
图8显示了不同混合ARQ方案在慢衰环境下的误块率与信噪比的关系曲线。
图9显示了不同混合ARQ方案在慢衰环境下的吞吐效率与信噪比的关系曲线。
图10显示了不同混合ARQ方案在慢衰环境下的平均传输次数与信噪比的关系曲线。
图11显示了不同混合ARQ方案在快衰环境下的误块率与信噪比的关系曲线。
图12显示了不同混合ARQ方案在快衰环境下的吞吐效率与信噪比的关系曲线。
图13显示了不同混合ARQ方案在快衰环境下的平均传输次数与信噪比的关系曲线。
具体实施方式
为了充分开发频率，空间和时间的资源，本发明提供了一种采用空时频分集混合ARQ的MIMO-OFDM系统。图1显示了依照本发明的MIMO-OFDM系统的结构框图。
如图1所示，本发明的采用空时频分集混合ARQ的MIMO-OFDM系统包括发送器1和接收器2。
该发送器1和接收器2之间的通信流程为：发送器1利用预存的子载波分配表初始发送数据A后，接收器2根据本发明提供的空时频分集混合ARQ方法向发送器1反馈应答信息，该发送器1根据该应答信息进行相应的操作。其中，接收器2反馈的应答信息包括肯定/否定应答信号(ACK/NACK)和更新的子载波分配表，ACK表示正确接收，NACK表示未正确接收，从而发送器1将根据该更新的子载波分配表对NACK对应的数据流进行重传。其中，当数据A中的部分数据流需要重传时，发送器1可只重传未正确接收的该部分数据流，同时利用空闲的子载波发送新数据A’；或者发送器1也可重传该数据A的所有数据流。
其中，本发明提供的空时频分集混合ARQ方法的主要思想是：接收端计算每个子载波上的等效信道增益，然后根据等效的信道增益对子载波进行降序排列，同时判断接收端的各个数据流的差错特性，将等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，依次类推，将等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流，并将制定好的子载波分配表反馈给发送器1。
因此，本发明的混合ARQ方法联合考虑了频率，空间和时间的资源，并可以获得较好的误块率、吞吐效率和平均传输次数性能。
下面，将结合附图对本发明的采用空时频分集混合ARQ的MIMO-OFDM系统进行具体描述。
<发送器>
图2显示了依照本发明的发送器1的结构框图。
如图2所示，该发送器1包括串并转换部11、N个并行的数据流部12、子载波分配部13、以及N个并行的发送部14。
每个数据流部12都包括循环冗余校验单元(CRC)121、编码单元122、以及调制单元123。
每个发送部14都包括反向快速傅里叶变换单元141、添加循环前缀单元142、以及天线143。
图3显示了依照本发明的子载波分配部13的具体结构图。
如图3所示，该子载波分配部13包括N个串并转换单元131、以及分配单元132。当然该N个串并转换单元131、以及分配单元132实现的功能也可在一个模块中进行。
下面，将结合图2和图3，具体说明该发送器1初始发送数据过程和重传数据过程。
<初始发送数据>
在发送器1初始发送数据过程中，串并转换部11将要发送的输入数据转换成N个并行子数据，这里，将以第n(n∈[1，N])个子数据为例进行说明，该N个子数据的处理流程都是并行且一致的。
第n个数据流部12在接收到串并转换部11输出的第n个子数据时，该
第n个数据流部12中的循环冗余校验单元121根据第n个子数据，获得循环冗余校验结果；编码单元122根据循环冗余校验单元121输出的循环冗余校验结果进行编码，获得编码结果；调制单元123根据编码单元122输出的编码结果进行调制，获得第n个数据流，并输出到子载波分配部13。应注意的是，该N个数据流部12共获得N个数据流。
该子载波分配部13中的第n个串并转换单元131根据第n个数据流部12输出的第n个数据流，进一步串并转换为L个子数据流(L为子载波数)，
该L个子数据流具有同一个CRC，从而N个串并转换单元131共形成NL个子数据流。
该子载波分配部13中的分配单元132根据预存的子载波分配表，将N个串并转换单元131输出的NL个子数据流，分别对应的输入到N个发送部14中N个反向快速傅立叶变换单元141。在本实施例中，该预存的子载波分配表表示由第n个数据流转换成的L个子数据流都由第n个发送部14中的发送天线143发送，即，第n个串并转换单元131输出的L个子数据流都输入到对应的第n个发送部14中的反向快速傅立叶变换单元141。
则在本实施例中，第n个数据流部12输出的第n个数据流被子载波分配部13所转换的L个子数据流，都由1个发送天线143在L个子载波上发送。
该第n个发送部14中的反向快速傅立叶变换单元141对输入的L个子数据流进行反向快速傅立叶变换，将频域的子数据流信号转换为时域信号。
该第n个发送部14中的第n个添加循环前缀单元142对上述反向快速傅立叶变换单元141输出的时域信号，添加循环前缀，并由发送天线143发送出去，完成初始发送数据过程。
<重传数据>
发送器1发送数据A后，接收器2反馈应答信息，该应答信息包括对每一数据流的ACK/NACK以及更新的子载波分配表，此时，发送器1根据该应答信息重传NACK对应的数据流，同时利用空闲的子载波发送新数据A’。(更新子载波分配表的内容将在后面进行描述)
具体来说，由于接收器2是对N个数据流而不是NL个子数据流进行循环冗余校验检测，所以发送器1接收的应答信息中包括的是针对每一数据流的ACK/NACK。若对应某一数据流的应答信息是NACK，则要求发送器1重传该数据流，此时发送器1的串并转换部11和数据流部12将要发送的数据A再次转换成N个数据流，重传该NACK对应的数据流，而不重传ACK对应的其余的数据流，重传该NACK对应的数据流具体过程与上述初始发送数据过程相似，在此不再复述。当然由于只利用了部分子载波发送该NACK对应的数据流，所以此时可利用空闲的子载波发送新数据A’。
但是，重传数据过程中，子载波分配部13中的分配单元132将根据更新的子载波分配表，对N个数据流分配子载波，每个数据流被分配了L个子载波。该更新的子载波分配表中的内容可能表示：第n个数据流所转换的L个子数据流被分配了不同天线的子载波，而不是都由1个天线的L个子载波上发送出去。
即第n个数据流所转换的L个子数据流在初始发送数据过程中都是由第n个发送天线的L个子载波发送，而在重传数据过程中，根据更新的子载波分配表，将不同天线的L个子载波分配给该第n个数据流，用以重传该第n个数据流。
值得注意的是，本实施例的子载波分配部13可包括一存储器(未显示)，其用于存储输入到子载波分配部13的N个数据流，用于重传。从而，在发送器1接收到来自接收器2的应答信息中对应数据流的NACK时，发送器1的子载波分配部13直接利用该存储器存储的N个数据流，对NACK对应的数据流重新分配子载波。当发送器1接收到来自接收器2的ACK时，该存储器释放其存储的内容。从而不需重复进行数据流部12的操作。
<接收器>
图4显示了依照本发明的接收器2的结构框图。
如图4所示，本发明的接收器2包括M个并行的接收部21、信号分离部22、制作分配表部23、N个并行的恢复数据部24、以及并串转换部25。
其中每个接收部21包括接收天线211、移除循环前缀单元212、快速傅里叶变换单元213。
每个恢复数据部24都包括解调单元241、最大比合并(MRC)单元242、存储器243、解码单元244、以及循环冗余校验(CRC)检测单元245。
图5显示了依照本发明的接收器2中制作分配表部23的具体结构图。
如图5所示，本发明的制作分配表部23包括恢复数据流单元231、获取单元232、以及子载波分配表制作单元233。当然该恢复数据流单元231、获取单元232、以及子载波分配表制作单元233实现的功能也可在一个模块中进行。
下面结合图4和图5，对接收器2的接收数据过程进行具体描述。
在各个并行的接收部21中，接收天线211接收信号，移除循环前缀单元212移除接收信号的循环前缀，且快速傅立叶变换单元213将该移除循环前缀单元212输出的时域信号变换为频域信号。
信号分离部22根据不同的发送天线(N)和不同的子载波频率(L)，对M个并行的接收部21输出的M个频域信号进行分离，获得NL个分离符号。
其中，假设在接收器2侧第m(m∈[1，M])个接收天线接收到的第l(l∈[1，L])个子载波的接收信号γm，l为：
r m , l = &Sigma; n = 1 N H m , n , l &CenterDot; C m , l + &eta; m , l , l = 1 , . . . , L
其中Hm，n，l是第l个子载波频率上的从第n个发送天线到第m个接收天线之间的信道矩阵(该信道矩阵可由现有技术在接收器2获得)，Cn，l是第l个子载波频率上的从第n个发送天线发送的符号，ηm，l是第l个子载波频率上的从第m个接收天线接收到的高斯白噪声。
由此，在接收器2接收到的第l个子载波频率上的N个符号可以通过垂直分层空时传输(V-BLAST)算法进行解译码，因共有L个子载波，所以重复进行L次后，来自发送器1的NL个调制符号可以在信号分离部22获得且分离(由于此过程可由现有技术获得，在此不再复述)。
制作分配表部23在接收到信号分离部22输出的NL个调制符号后，恢复数据流单元231根据子载波分配表制作单元233提供的的子载波分配表，将该NL个调制符号恢复成N个数据流并输出到获取单元232，此时该N个数据流与发送器1的N个数据流部12输出的N个数据流相同。
值得注意的是，在发送器1初始发送数据时，子载波分配表制作单元233提供的子载波分配表是发送器1和接收器2预存的相同的子载波分配表。而发送器1重传数据时，子载波分配表制作单元233提供的子载波分配表是接收器2在接收初始发送的数据时，更新并向发送器1反馈的子载波分配表，即，该接收器2在向发送器1反馈应答信息后，发送器1和接收器2中的子载波分配表相同，都为更新的子载波分配表。
获取单元232将恢复数据流单元231输出的N个数据流分别输出到N个并行的恢复数据部24，并且接收来自该N个并行的恢复数据部24反馈的数据流的解码结果；获取单元232根据该反馈，获得每一解码后的数据流的差错特性(获得数据流的差错特性的方法可由现有技术获得)，同时该获取单元232根据之前所述的信道矩阵H获得N个发送天线的所有子载波上的等效信道增益值，共NL个等效信道增益值，之后，获取单元232将该N个数据流的差错特性值和NL个等效信道增益值输出到子载波分配表制作单元233。
子载波分配表制作单元233对该NL个等效信道增益和N个数据流的差错大小分别进行排列，按照等效信道增益最大的L个子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的L个子载波分配给差错最少的数据流的原则分配子载波，从而释放了预存的子载波分配表，获得更新的子载波分配表。
<恢复数据部24>
下面将具体说明N个并行的恢复数据部24中对恢复数据流单元231输出的N个数据流的处理。
恢复数据部24对输入的数据流解调、最大比合并、解码、循环冗余校验检测，从而获得数据流的解码结果以及数据流的检测结果(循环冗余校验检测结果)，并将该数据流的解码结果反馈到制作分配表部23中的获取单元232，同时将正确接收(ACK)的数据流的解码结果传送到并串转换部25。
以第n个恢复数据部24为例，该第n个恢复数据部24中的解调单元241对接收的第n个数据流进行解调，获得第n个数据流的解调结果。
最大比合并单元242对来自解调单元241的第n个数据流的解调结果进行判断(根据数据流的preamble)，如果其为初始发送的数据流，则不作任何处理将其直接输出到存储器243、且作为合并结果输出到解码单元244；如果为重传的数据流，则将该解调后的数据流输出到存储器243的同时，对不同时刻接收到的多个复本进行合并(存储器243中存储的多个数据流)，以提高信号的能量，并也作为合并结果输出到解码单元244。
解码单元244对最大比合并单元242输出的结果(可能为未经处理的或是经合并的结果)进行解码，获得第n个数据流的解码结果，并输出到循环冗余校验检测单元245。
循环冗余校验检测单元245对解码单元244输出的第n个数据流的解码结果进行CRC检测，获得该第n个的数据流的循环冗余校验检测结果，并输出到并串转换部25，该循环冗余校验检测结果与ACK/NACK相对应。
其中，该接收器2将子载波分配表制作单元233获得的更新的子载波分配表、以及循环冗余校验检测单元245输出的数据流的循环冗余校验检测结果所对应的ACK/NACK信息，一起作为应答信息反馈给发送器1，则该应答信息包括更新的子载波分配表以及每一数据流的ACK/NACK信息。当然，子载波分配表制作单元233也可将获得的更新的子载波分配表直接反馈给发送器1。
并串转换部25对N个并行的恢复数据部24并行输出的N个解码结果进行并串转换，从而获得发送器1发送的数据。
应理解的是，接收器2反馈的应答信息的信息量大小为：N*L*log2(N)，其与子载波数和发送天线数的乘积成正比。
由此，本发明通过在重传中使用更新的子载波分配表，即将等效信道增益最大的L个子载波分配给差错最多的数据流，将等效信道增益最小的L个子载波分配给差错最少的数据流，在不同天线的不同子载波上发送数据流，从而充分开发空间、时间和频率资源，并获得较好的误块率、吞吐效率和平均传输次数性能，因此实现更加可靠和有效的传输质量。
图6(a)显示了依照实施例1的发送器1和接收器2中预存的子载波分配表的实例。图6(b)显示了制作子载波分配表时，子载波分配表制作单元参考的等效信道增益函数图。图6(c)显示了接收器2中子载波分配表制作单元更新并反馈给发送器1的子载波分配表的实例。
如图6(a)所示，假设发送天线数为2，每根天线可用2个子载波发送数据(包括数据流A和B)。即发送天线1的2个子载波发送数据流A，发送天线2的2个子载波发送数据流B。
在接收器2判断发送天线1发送的数据流A未正确接收，而发送天线2发送的数据流B被正确接收时，接收器2中子载波分配表制作单元根据图6(b)所示的函数图制作子载波分配表。
该函数图的纵坐标表示子载波的等效信道增益，横坐标表示发送天线的共4个子载波。该函数图表示了由获取单元232获得的各个子载波的等效信道增益与子载波之间的关系。此时，获取单元232获得的共2个数据流的差错大小关系为A＞B。
则子载波分配表制作单元233根据图6(b)，按照将等效信道增益最大的2个子载波分配给差错最多的数据流A，将等效信道增益最小的2个子载波分配给新数据C的原则，可制作如图6(c)所示的更新的子载波表。
应理解的是，此时发送器1也可不发送新数据C，而全部重传数据流A和数据流B。
[实施例2]
依照本发明的实施例2中的发送器1和接收器2的结构与图2、3、4、5中所揭示的结构相同。
不同之处在于，子载波分配表制作单元233采用对子载波分组的方法来分配子载波。
图7(a)显示了依照本发明的实施例2的子载波分配表制作单元233更新并反馈给发送器1的子载波分配表的实例；图7(b)显示了制作子载波分配表时，子载波分配表制作单元233参考的等效信道增益函数图。
假定系统中存在有发送天线1和2，且可利用8个子载波发送数据。在本实施例中，子载波分配表制作单元233将发送天线的相邻的4个子载波分为一组。
如图7(b)所示，子载波分配表制作单元233计算每组子载波的平均等效信道增益，每个数据流的差错特性，并将平均等效信道增益最好的子载波组分配给差错最多的数据流。
根据图7(b)，子载波分配表制作单元233将平均等效信道增益最好的发送天线2中子载波组1和发送天线1中子载波组2，分配给了差错最多的数据流A；将平均等效信道增益最差的发送天线2中子载波组2和发送天线1中子载波组1，分配给了差错最少的数据流B。
根据实施例2中的分组方案，可以得到简化的子载波分配表。其中，如果假定每根天线上的子载波分成Ng组，发送天线数为N，那么此时接收器2需要反馈的信息量为Ng*L*log2(N)。与实施例1中的反馈信息量相比，实施例2中需反馈的信息量为原来的Ng/L倍。
然而，本实施例获得的效果与实施例1相比性能有所下降。但是反馈信息量却被极大的减少了。
<修改实施例>
值得注意的是，在上述实施例中，发送器1和接收器2中预存的子载波分配表表示的内容是，由一个数据流所转换的L个子数据流都由同一天线发送。但是该预存的子载波分配表也可为系统获得的经验子载波分配表，即在多次发送数据中发送的数据能获得最佳性能时所对应的子载波分配表，其有可能表示一个数据流所转换的L个子数据流由不同天线发送。
此外，如果在某次传送数据过程中(初始发送或重传)，如果每个数据流都被正确接收，发送器1可以继续沿用该次传送数据过程中的子载波分配表来发送新的数据，也可以仍采用预存的子载波分配表来发送新的数据。
并且获取单元232计算子载波等效信道增益的过程也可在接收器2前端完成。获取单元232与子载波分配表制作单元233也可由一个模块实现。
下面，将结合图8-13说明本发明的采用空时频分集混合ARQ方法在误块率，吞吐效率和平均传输次数性能上与其它五种方案的比较。
该五种方案分别为：方案I：chase合并(chase combining)  与MIMO-OFDM系统的简单结合。方案II是参考文献[1-2]中揭示的部分频率ARQ方法。方案III是将参考文献[3-4]中揭示的最大比合并频率分集方案应用于MIMO-OFDM系统。方案IV是将参考文献[5]中揭示的天线置换方案应用于MIMO-OFDM系统中。方案V是随机分配方案(random scheme)，即在发送端随机分配子载波给发送端的数据流。其中误块率的定义为：吞吐效率定义为：单位时间单位带宽上发送的比特数。平均传输次数定义为：每个数据块在最大允许重传次数为3时，无论正确接收与否最后所需的平均传输次数。
表2显示了比较系统性能时仿真所需的参数，表三显示了仿真时所采用的18径瑞利衰落的信道模型。
表2仿真参数
  调制   QPSK-OFDM
  FFT大小   128
  子载波数目   Nc＝128
  FEC 无
  带宽   100MHz
  归一化多普勒频率   0.00128，0.128
  最大可允许重传次数   M＝3
  信道模型   18径瑞利衰落的信道模型
  发送天线数目   4
  接收天线数目   4
表318径瑞利衰落信道模型参数
    No.径     延迟(ns)     功率(dB)
    1     0     -3.3
    2     10     -3.6
    3     20     -3.9
    4     30     -4.2
    5     50     -0
    6     80     -0.9
    7     110     -1.7
    8     140     -2.6
    9     180     -1.5
    10     230     -3
    11     280     -4.4
    12     330     -5.9
    13     400     -5.3
    14     490     -7.9
    15     600     -9.4
    16     730     -13.9
    17     880     -16.3
    18     1050     -21.2
图8，图9，图10显示了不同混合ARQ方案在慢衰环境下的误块率，吞吐效率，平均传输次数与信噪比的关系曲线。
如图8所示，随着接收端的信噪比的增加，所有方案的误块率都随之下降。本发明实施例1中的混合ARQ方案获得最好的误块率性能。如果为了达到相同的误块率，本发明实施例1中的混合ARQ方案与方案三相比可以节省大概2-9dB的能量。如果利用本发明的实施例2中的方案，例如每根天线上的子载波被分成2组，16组的误块率曲线位于方案三和实施例1中的混合ARQ方案之间。因此在实际应用中，本发明的实施例2中的方案可用于在反馈信息量和误块率性能之间进行折中。
同理，图9和图10显示了本发明实施例1中的混合ARQ方案相比其它方案可获得最好的吞吐效率和最小的平均传输次数。
图11，图12，图13显示了不同混合ARQ方案在快衰环境下的误块率，吞吐效率，平均传输次数与信噪比的关系曲线。与慢衰环境类似，本发明实施例1中的混合ARQ方案相比其它方案可获得最好的误块率，最高的吞吐效率以及最少的平均传输次数性能。
由以上仿真分析可知，本发明提供的采用空时频分集混合ARQ方法相比其它方案，可获得较佳的误块率，吞吐效率，平均传输次数性能。并且本发明的实施例2中对子载波分组的技术方案，可进一步减少反馈信息量。
综上所述，根据本发明提供的采用空时频分集混合ARQ方法和系统，由于本发明分别将不同的子载波分配给不同的数据流，并且在重传过程中，将等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的的数据流的，从而本发明可充分利用空间、时间和频率上的资源，并且可获得最好的误块率，最高的吞吐效率以及最少的平均传输次数性能。从而可以为无线高速数据通信提供更加可靠和有效的传输质量。

Claims (18)

1.一种混合自动请求重传方法，其利用发送端的N个发送天线，接收端的M个接收天线发送/接收数据，每一发送天线利用L个子载波发送数据，该N、M为自然数，L为2的倍数，包括：
a)将发送数据转换成N个数据流，且将每一数据流转换成L个子数据流，并根据发送端和接收端相同预存的子载波分配表将NL个子载波对应的分配给该NL个子数据流，利用N个发送天线进行发送；
b)将该M个接收天线接收的来自发送天线的数据，通过该预存的子载波分配表还原成步骤a)中的N个数据流，并检测是否正确接收每一数据流，且向发送端反馈应答信息，其中，
该应答信息包括表示正确接收数据流的肯定应答信号/未正确接收数据流的否定应答信号、以及更新的子载波分配表，其中，根据该NL个子载波上等效信道增益和该N个数据流的差错特性，按照等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的的数据流的原则，获得更新的子载波分配表；以及
c)发送端根据该应答信息发送新数据，或进行重传。
2.如权利要求1所述的混合自动请求重传方法，其中，
在步骤c)中，在存在未正确接收的数据流的情况下，根据应答信息中的更新的子载波分配表，重传未正确接收的数据流；在正确接收所有N个数据流的情况下，根据应答信息中的更新的子载波分配表发送新数据。
3.如权利要求1所述的混合自动请求重传方法，其中，
在步骤c)中，在存在未正确接收的数据流的情况下，根据应答信息中的更新的子载波分配表，重传未正确接收的数据流；在正确接收所有N个数据流的情况下，根据上一发送数据过程中的子载波分配表发送新数据，该上一发送数据过程为初始发送数据过程或重传数据过程。
4.如权利要求2或3所述的混合自动请求重传方法，其中，该发送端和接收端相同预存的子载波分配表表示同一数据流所转换成的L个子数据流由同一发送天线的L个子载波发送，或者该发送端和接收端相同预存的子载波分配表表示同一数据流所转换成的L个子数据流由不同发送天线的L个子载波发送。
5.如权利要求4所述的混合自动请求重传方法，其中，同一发送天线中的L个子载波中，相同数目的相邻/间隔的子载波被分别划分成该子载波组。
6.如权利要求5所述的混合自动请求重传方法，其中，
在重传数据过程中，只重传未正确接收的数据流，并利用空闲的子载波发送新数据；或者重传全部该N个数据流。
7.如权利要求6所述的混合自动请求重传方法，其中，
在一次重传数据过程中，发送端重传数据和接收端恢复数据采用的子载波分配表是相同的。
8.一种混合自动请求重传系统，其包括具有N个发送天线的发送器和具有M个接收天线的接收器，每一发送天线利用L个子载波发送数据，该N、M为自然数，L为2的倍数，其特征在于：
该发送器将发送数据转换成N个数据流，且将每一数据流转换成L个子数据流，并根据发送器和接收器相同预存的子载波分配表将NL个子载波对应的分配给该NL个子数据流，利用N个发送天线进行发送，
且该发送器根据接收器反馈的应答信息发送新数据，或进行重传；以及
该接收器将该M个接收天线接收的来自发送天线的数据，通过该预存的子载波分配表还原成N个数据流，并检测是否正确接收每一数据流，且向发送端反馈应答信息，其中
该应答信息包括表示正确接收数据流的肯定应答信号/未正确接收数据流的否定应答信号、以及更新的子载波分配表，其中，根据该NL个子载波上等效信道增益和该N个数据流的差错特性，按照等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的数据流的原则，获得更新的子载波分配表。
9.如权利要求8所述的混合自动请求重传系统，其中，该发送器包括：
串并转换部，用于将发送数据转换成N个并行子数据；
N个并行的数据流部，用于对该N个并行子数据分别进行循环冗余校验、编码、调制，分别形成N个并行数据流；
子载波分配部，用于将该N个并行数据流的每一个串并转换成L个子数据流，形成共NL个子数据流，并根据子载波分配表将NL个子载波分配给该NL个子数据流；以及
N个并行的发送部，用于对该NL个子数据流进行反向快速傅立叶变换，添加循环前缀，由N个发送天线分别进行发送。
10.如权利要求9所述的混合自动请求重传系统，其中，
该子载波分配部包括N个并行的串并转换单元和一分配单元，
该串并转换单元用于将该N个并行数据流中的一个串并转换成L个子数据流，且
该分配单元根据子载波分配表将NL个子载波分配给该NL个子数据流。
11.如权利要求10所述的混合自动请求重传系统，其中，该子载波分配部根据子载波分配表，将同一数据流所转换成的L个子数据流传送到一个发送部；或者该子载波分配部根据子载波分配表，将同一数据流所转换成的L个子数据流传送到不同的发送部。
12.如权利要求11所述的混合自动请求重传系统，其中，在该子载波分配部中，
在存在未正确接收的数据流的情况下，根据应答信息中的更新的子载波分配表，重传未正确接收的数据流；在正确接收所有N个数据流的情况下，根据应答信息中的更新的子载波分配表发送新数据。
13.如权利要求11所述的混合自动请求重传系统，其中，在该子载波分配部中，
在存在未正确接收的数据流的情况下，根据应答信息中的更新的子载波分配表，重传未正确接收的数据流；在正确接收所有N个数据流的情况下，根据上一发送数据过程中的子载波分配表发送新数据，该上一发送数据过程为初始发送数据过程或重传数据过程。
14.如权利要求12或13所述的混合自动请求重传系统，其中，该接收器包括：M个并行的接收部、信号分离部、制作分配表部、N个并行的恢复数据部、以及并串转换部，
M个并行的接收部对来自该N个发送天线的数据移除循环前缀，进行快速傅立叶变换，形成频域信号；
信号分离部根据垂直分层空时传输算法，对接收部输出信号进行分离，获得NL个符号；
制作分配表部根据子载波分配表，将该NL个符号恢复成该N个数据流，且根据恢复数据部的输出，获得更新的子载波分配表，其中在初始发送数据/当前重传数据过程中，发送器发送数据流和接收器恢复数据流采用的的子载波分配表是相同的，
该制作分配表部根据NL个子载波上等效信道增益和该N个子数据流的差错特性，按照等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的数据流，等效信道增益最小的的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的数据流的原则，获得更新的子载波分配表；
N个并行的恢复数据部对制作分配表部输出的数据流解调、合并、解码、循环冗余校验检测，获得该N个数据流的解码结果以及循环冗余校验检测结果，该解码结果包括数据流的差错特性，该循环冗余校验检测结果相应于肯定/否定应答信号；以及
并串转换部，用于将该N个并行的恢复数据部输出的该N个数据流的解码结果进行并串转换，获得该发送器发送的数据，
其中，该接收器将该更新的子载波分配表、以及相应于该N个数据流的循环冗余校验检测结果的肯定/否定应答信号作为应答信息反馈给发送器。
15.如权利要求14所述的混合自动请求重传系统，其中，该制作分配表部包括恢复数据流单元、获取单元、以及子载波分配表制作单元，
该恢复数据流单元根据子载波分配表制作单元中的子载波分配表，将该NL个符号恢复成该N个数据流；
该获取单元根据恢复数据部输出的数据流的解码结果，获得该N个数据流的差错特性，且根据发送天线与接收天线之间的信道矩阵，获得NL个子载波的等效信道增益；
该子载波分配表制作单元按照等效信道增益最大的子载波分配给差错最多的的数据流，等效信道增益最小的子载波分配给差错最少的数据流的原则，或按照平均等效信道增益最大的子载波组分配给差错最多的数据流，平均等效信道增益最小的子载波组分配给差错最少的数据流的原则，获得更新的子载波分配表。
16.如权利要求15所述的混合自动请求重传系统，其中，
该恢复数据部包括解调单元、最大比合并单元、存储器、解码单元、以及循环冗余校验检测单元，其中，该N个恢复数据部与该N个数据流分别对应，
解调单元对该制作分配表部输出的数据流进行解调，获得该数据流的解调结果；
最大比合并单元对来自解调单元的数据流的解调结果进行判断，如果其为初始发送的数据流，则将其直接输出到存储器、且不作任何处理而作为合并结果输出到解码单元；如果为重传的数据流，则将该解调后的数据流输出到存储器，同时，对该存储器中的不同时刻接收到的该数据流的多个复本进行合并，并作为合并结果输出到解码单元；
解码单元对最大比合并单元输出的合并结果进行解码，获得该数据流的解码结果，并输出到循环冗余校验检测单元和该制作分配表部；
循环冗余校验检测单元对解码单元输出的该数据流的解码结果进行循环冗余校验检测，获得该数据流的循环冗余校验检测结果，并输出到该并串转换部。
17.如权利要求16所述的混合自动请求重传系统，其中，该制作分配表部将同一发送天线中的L个子载波中，相同数目的相邻/间隔的子载波分别划分成子载波组。
18.如权利要求17所述的混合自动请求重传系统，其中，该发送器在重传数据过程中，重传未正确接收的数据流，并利用空闲的子载波发送新数据；或者重传全部该N个数据流。
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