专利名称：通信系统中的数据重传方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种在通信系统中重传数据的方法。
背景技术：
在现有的移动通信中，由于恶劣的无线信道环境，导致了无线信道的不可靠和时变的特性，这就要求必须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。目前常用的HARQ技术一般是递增冗余(IR)的方法，即重传时，仅传原始数据的一部分，然后在接收端进行合并。
在接收端将重传数据与原始数据合并的方法有多种，例如等增益合并(EGC)，最大比合并(MRC)，最小均方误差合并(MMSEC)等等。等增益合并技术简单地将各支路信号包络以相等的权重相加而得到一个输出，因此该技术不会对信道畸变做出任何的纠正。采用最小均方误差合并的方法时，数据信号的估计值的误差必须和接收信号的基带部分正交。当信号较弱时，增益也变小，以避免噪声的放大，当信号较强时，增益值与信号包络的倒数成正比。最大比合并的目标是以使输出信号信干噪比最大的方法对各个分集支路进行加权。采用最大比合并时，合并的每组数据的增益正比于信号的幅度，合并之后信号的信噪比等于合并之前各支路的信噪比之和，因此是比较好的一种合并方式。
随着通信产业的发展，许多新技术应运而生。例如OFDM(正交频分复用)系统，DFT-SOFDM(离散傅立叶变换-扩展正交频分复用)等。OFDM技术是目前研究较多的一种技术，它以其较高的频谱利用率、良好的抗多径衰落和抗干扰性能，成为未来高速移动通信的主要候选技术之一。图1为传统的结合HARQ技术的OFDM系统结构图。
在传统的OFDM系统中，数据首先经过编码101，调制102，串并变换103。如果存在重传，而且采用了IR的重传技术，即重传时只选择部分数据重传，则重传数据一般取自IFFT变换105之前，即重传频域中的数据，重传数据的选择可以根据反馈信息108来进行，也可以不根据反馈信息而是按照预先的设置来选择重传的子载波。选择完重传数据后，进行IFFT变换105，加CP 106，并串变换107，然后进行传输。接收端接收到数据后，先进行串并变换109，去除循环前缀(CP)210，然后是FFT变换211。如果是重传的数据，则在FFT变换后，在频域进行数据的合并212。然后进行相应的并串变换213，最后进行解调214和解码215。这种在频域重传的方法只能改善重传部分数据的性能，没有重传的数据的性能没有得到改善。
OFDM系统具有很多优点，但是它存在着峰值平均功率比(PAPR)较大的缺点。这个问题在移动通信上行链路系统中更加严重，因此，上行传输的研究目前集中在SC-FDMA(单载波-频分多址)系统，DFT-SOFDM就属于其中的一种。
图2给出了传统的结合HARQ技术的DFT-SOFDM系统结构。图2中，数据首先经过串并变换201，如果有重传的要求，而且重传采用的是IR重传的方法，则可以根据反馈信息208选择重传的数据202，亦可以根据事先的设置来进行重传数据的选择。然后进行N点的DFT变换203，由于DFT变换和后面将要进行的IDFT变换的点数不一样，因此DFT变换后的数据需要进行数据映射204，映射到M点的IDFT变换的输入端205。数据经过IDFT变换后，再加上循环前缀CP 206，然后进行并串变换207。
数据经过信道后，在接收端进行和发送端相反的过程。先进行串并变换209，然后去掉循环前缀210，接着进行DFT变换211，数据映射212，然后进行IDFT变换213。如果是重传数据，则需要与原始数据进行合并214，最后进行并串变换215。
图3为传统的DFT-SOFDM系统的重传流程图。在图3中，首先判断接收的数据是否是重传数据301，如果是，则根据反馈信息选择相应的凿孔矩阵对时域的数据进行选择302，然后进行N点的DFT变换303，接着进行子载波的映射304和M点的IDFT变换305。数据经过传输后306，先进行M点的DFT变换307，然后进行子载波映射308，接着进行N点的IDFT变换309。如果是重传数据310，则和原始数据进行合并311。之后，数据经过解调和解码，判断是否正确312。如果数据被正确接收，则该过程结束；否则，判断是否超过最大重传次数313，没有超过则继续重传，超过则过程结束。
在DFT-SOFDM系统中，数据经过DFT和IDFT变换后，不会产生PAPR问题，因此是移动通信中上行传输技术的一种良好的方法。
由上面的介绍可知，在传统的OFDM或DFT-SOFDM系统中，如果该系统是在时域传输数据的(即传输的数据是时域的数据)，则重传时仍然在时域进行重传数据；如果该通信系统是在频域传输数据的，则重传时仍然在频域进行重传。这种重传方法在接收端进行合并后，只能提高重传部分数据的性能，而未重传部分数据的性能并不能得到改善。为了更好地提高重传后数据的性能，本发明提出了一种新的、用在通信系统中的重传方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种在通信系统中进行重传的方法。通过频域或时域的重传，可以提高系统的吞吐量。
根据本发明，提出了一种用在通信系统中的数据重传方法，包括所述通信系统最初在时域或频域传输原始数据；当需要重传数据时，如果最初在时域传输原始数据，则在频域进行数据重传；如果最初在频域传输原始数据，则在时域进行数据重传。
下面将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述，其中图1为传统的结合HARQ技术的OFDM系统结构图。
图2示出了传统的结合HARQ技术的DFT-SOFDM系统的结构图。
图3为传统的DFT-SOFDM系统的重传流程图。
图4为根据本发明实施例的DFT-SOFDM系统的结构图。
图5为根据本发明实施例的DFT-SOFDM系统中重传的流程6为选择子载波的三种方法的示意图。
图7为根据矩阵来进行子载波选择的方法的示意图。
图8为重传时子载波自适应选择传输的流程图。
图9为根据本方面实施例的仿真结果。
图10为根据本发明实施例的OFDM系统的结构图。
图11为根据本发明实施例的OFDM系统的重传流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作具体说明。应该指出，所描述的实施例仅是为了说明的目的，而不是对本发明范围的限制。所描述的各种数值并非用于限定本发明，这些数值可以根据本领域普通技术人员的需要进行任何适当的修改。在本说明书中，以OFDM系统和DFT-SOFDM系统为例，描述本发明。但应当清楚的是，本发明可以应用于以频域或时域传输数据并可能发生重传的任何通信系统。
本发明的原理如下目前的通信系统有的是在时域传输数据的，例如DFT-SOFDM系统，有的是在频域传输数据的，例如OFDM系统。对于这些系统，重传时可以选择不同域的数据进行重传。例如，对于DFT-SOFDM系统，重传可以选择频域的数据进行，而对于OFDM系统，重传可以选择时域中的数据进行。采用这种重传方法的目的是为了在重传时能够尽量多地传输数据的信息。
在DFT-SOFDM系统中，原始的数据是时域上的数据，经过DFT变换后，时域的数据转换到频域。假设原始时域的数据为x(n)，n＝O，1，2…，N-1，经过DFT变换后得到频域上的数据X(k)，k＝0，1，2，…，N-1，其转换过程如下面的表达式(1)所示
X(k)=Σn=0N-1x(n)e-j2πnk/N,k=0,1,2,...,N-1---(1)]]>由上式可以看出，每个X(k)中都包含了x(n)，n＝O，1，2，…，N-1的内容，即经过DFT变换后得到的频域中的每个子载波都包含了时域中所有数据子流的数据信息。如果重传的是时域中的部分数据内容，即重传了部分的x(n)，n＝a，…，b，a，b∈(0，1，2，...N-1)，则在接收端进行合并后，只能提高重传的这部分x(n)，n＝a，…，b，a，b∈(0，1，2，...N-1)数据的差错性能。而如果是在频域重传，即使重传时只传输了频域中的部分子载波，但由于每个子载波都包含了时域中所有数据子流的数据信息，因此，在接收端进行数据的合并后，可以提高所有传输数据的差错性能，从而提高系统的吞吐量。
OFDM系统的情况和DFT-SOFDM系统相似，在OFDM系统中，原始数据是频域上的数据，然后经过IFFT变换到时域上，然后进行传输。如果重传时传输的数据是IFFT变换前的部分数据(频域上的数据)，则在接收端进行数据合并后仅仅能提高重传部分数据的性能，而非重传部分数据的性能得不到改善。而在本发明中，重传的数据是IFFT变换后的部分数据(时域上的数据)，虽然重传的仅仅是部分数据，但是这部分数据却包含了全部原始数据的信息，也就是说，在接收端进行数据合并后提高了所有数据的性能，而不是仅仅提高了一部分数据的性能。这是因为，经过IFFT变换后的每个子载波都包含了IFFT变换前的所有数据的信息。假设频域的数据为X(k)，k＝0，1，2，…N-1，经过IFFT变换后，得到时域的数据x(n)，n＝0，1，2…N-1如下面的式(2)所示x(n)=1NΣk=0N-1X(k)ej2πnk/N,n=0,1,2,...,N-1---(2)]]>由上式可以看出，每个x(n)中都包含了X(k)，k＝0，1，2，…，N-1的内容，即时域中的每个数据子流都包含了频域中所有子载波的信息。因此，这种方法可以更好地提高系统的吞吐量。
本发明中子载波的选择方法可以采用按序选择，随机选择，等间隔选择等方法。按序选择的方法在第一次重传时，按照顺序选择部分子载波重传，第二次重传时，再按照顺序选择部分子载波重传。等间隔选择的方法在第一次重传时，等间隔地选取部分子载波重传，第二次重传时，再等间隔地选取另外一部分子载波重传。随机选取的方法在重传时随机地选取部分子载波传输。
子载波的选择过程中，每次重传的子载波数目可以不同，可以随着重传次数的增加而递减。子载波的选择可以根据信道条件自适应地进行，也可以根据事先确定的标准来进行选择。
自适应选择子载波的情况下，可以预先设置一组凿孔矩阵，每组矩阵对应于一定的信道条件。每组矩阵中又包括了多次重传情况下的凿孔矩阵。根据信道条件和重传次数，就可以选出合适的凿孔矩阵应用于重传的数据，就可以选择出相应的子载波进行重传。
实施例1实施例1是将本发明应用于DFT-SOFDM系统中的实例。
图4为本发明中DFT-SOFDM系统的结构图。在图4中，子载波选择装置403放在了DFT变换装置的后边，这样就可以在频域实现数据的重传。同时，接收端的数据合并装置413也放在了IDFT装置前面，数据在频域合并后，再经过IDFT变换转换到时域。
图5为本发明中DFT-SOFDM系统中重传的流程图。在图5中，数据首先进行N点的DFT变换501，如果是重传数据502，则根据反馈信息选择相应的凿孔矩阵对子载波进行选择503。然后进行子载波的映射504，接着进行M点的IDFT变换505。数据经过传输后506，先进行M点的DFT变换507，然后进行子载波映射508，如果是重传数据509，则和原始数据进行合并510。最后进行N点的IDFT变换511。数据经过解调解码后，判断是否正确512。如果数据正确接收，则过程结束；否则，判断是否超过最大重传次数513，没有超过则继续重传，超过则过程结束。
图6为选择子载波的三种方法。选取部分子载波进行数据重传，带来的一个结果就是有可能使峰均功率比(PAPR)值增大。为了检验PAPR值的情况，通过仿真比较了三种选取子载波的方法，即按序选取，等间隔选取，随机选取，得到如下结论1.当选取的子载波数目较小(一般小于子载波数目的一半)时，与选用全部子载波相比，三种方法的PAPR值都较低。
2.无论选用多少子载波，按序选取子载波的方法的PAPR值都低于选取全部的子载波的情况。
3.按序选取子载波时，如果选取的初始位置不同，对PAPR值会有影响，但影响不大。
4.当选取的子载波数目超过子载波数目的一半时，随机选取和等间隔选取的PAPR值稍高于使用全部子载波的情况。
根据以上结论，提出以下几种重传的方法，见图6所示1.第一种方法为按序选择的方法，初始传输时传输所有的子载波数据，第一次重传时，按照顺序选择部分子载波重传，第二次重传时，再按照顺序选择部分子载波重传。在接收端，可以将重传部分和原始数据相合并。
2.第二种方法为等间隔选择的方法。初始传输全部数据，第一次重传时，等间隔地选取部分子载波重传，第二次重传时，再等间隔地选取另外一部分子载波重传。此方法中每次选取的子载波的数目要小于所有子载波数目的一半。
3.第三种方法为随机选取的方法。初始传输全部数据，重传时，则随机地选取部分子载波重传。这种方法每次选取的子载波的数目也要小于所有子载波数目的一半。
4.在这三种方法中，每次重传的子载波数目可以不同，可以随着重传次数进行递减。
图7为根据矩阵来进行子载波选择的方法。图7给出了一帧数据的子载波选择矩阵(也称为凿孔矩阵)的示例，假设一帧数据的长度为K，子载波(或数据子流)个数为N，则矩阵HN*K就表示了初始传输时一帧数据的子载波(或数据子流)的选择情况，hnk表示该数据帧中第k个符号(即第k列)的第n个子载波(即第n行)的选择情况。如果子载波被选择进行传输，则用1来表示，否则用0来表示，所以矩阵中1的个数越多，选择传输的子载波就越多，在接收端进行数据合并后系统的性能就越好。初始传输时，所有的子载波(或数据子流)都传输数据，因此矩阵中的元素都是1，可以省略不用设置。当进行重传时，只选择一部分数据重传。第一次重传和第二次重传的凿孔矩阵可以是不同的，第一次重传矩阵中为1的位置在第二次重传时可以为0，而第一次重传矩阵中为0的位置在第二次重传时可以为1，这样就可以在每次重传中选择不同的子载波，提高传输的分集效果。同时，在重传矩阵中，不同的符号(不同的列)所选择的子载波也要尽量不同。例如，如果符号1(第一列)选择了第1，2个子载波，则符号2就可以选择第3，4个子载波。总的来说，就是要使整个矩阵中1，0的分布尽可能地均衡，这样就可以具有较好地分集效果。当重传到最大次重传(第N次重传)时，对于每一列(每个符号)，都至少实现了对每个子载波的一次遍历。这些凿孔矩阵设置好了后，就可以根据它们来选择每次重传时所使用的子载波。
凿孔矩阵可以设置多个组，每组对应于一定的信道条件。如图7中，当符合信道条件1时，即信道条件很好时，采用第一组凿孔矩阵，在该组矩阵中，0的个数较多，1的个数较少，也就是重传时选用了较少的子载波。矩阵H1，H2…Hn中1，0的位置尽量不同以获得较好的分集效果，同时不同的矩阵中1，0的个数也可以不同，重传次数越多，1的个数可以越少。当信道条件为2时，即在信道较好的情况下，采用第二组凿孔矩阵，在该组矩阵中，1和0的个数基本相等，即每次重传时传输一半数据。信道条件为3时的矩阵中1的个数就需要稍微多于0的个数，即重传时重传大半数据。当信道条件为n时，即信道条件很差时，设定的矩阵中1就占绝大多数或者全部。通过将信道条件划分为组，每组设置相应的凿孔矩阵，就可以自适应地根据信道条件选择重传的子载波和子载波的个数，从而使系统获得更好的分集效果和吞吐性能。
表1凿孔矩阵选择表的示例
在表1中，纵向把信道条件分成了五级，分别表示信道很好(SNR＞S1)，较好(S2＜SNR≤S1)，一般(S3＜SNR≤S2)，较差(S4＜SNR≤S3)，很差(SNR≤S4)的情况，其中S1≥S2≥S3≥S4为SNR值。划分的标准可以根据SNR值，也可以根据多普勒频移等信息。表格的横向为重传的次数。这样根据重传的次数和反馈的信道信息，就可以选择相应的凿孔矩阵，从而在重传时选择相应的子载波传输数据。
图8为重传时子载波自适应选择的流程图。系统运行前，所有的凿孔矩阵都应该设定好，重传开始(步骤801)后，先根据接收的反馈信息(步骤802)判断传输的数据是否出错(步骤803)。如果没有错误，过程结束。如果数据出错，则判断重传次数是否超过最大值(步骤804)，如果超过，不再重传。否则就根据反馈的信道条件和重传次数在表1中选择相应的凿孔矩阵(步骤805)。然后根据凿孔矩阵对子载波进行选择(步骤806)。步骤805和806组成了图5中的步骤503子载波选择。子载波选择完成后，对选择的子载波进行传输807。接下来，发送端会继续接收反馈信息，重复上述过程。
图9为根据本发明实施例的仿真结果。在此仿真中，比较了频域重传和时域重传两种情况下系统的吞吐性能。在发送端，采用了32点的DFT变换，512点的IDFT变换，最大的重传次数设置为2，每次重传的数据为原始数据的一半，即每次选择16个子载波或数据子流进行重传，子载波或数据子流是按序进行选择的。如果是时域的重传，则在DFT之前选择重传的数据子流；如果是频域的重传，则在DFT之后选择重传的子载波。接收端采用了最大比合并的方法。由图9可以看出，在相同吞吐量的情况下，频域重传比时域重传在SNR值方面有1～1.8dB左右的增益。
实施例2实施例2为本发明应用于OFDM系统中的实例。
图10为本发明中OFDM系统的结构图。在本发明中，重传的数据取自IFFT变换之后1001，即重传的数据是时域中的数据。这时即使只是重传了一部分数据内容，但重传的数据中包含了所有频域数据的内容。接收端接收到重传的数据后在FFT变换前进行数据的合并1002，即在时域进行数据的合并，这种重传方法可以改善所有数据的性能。
图11为本发明中OFDM系统的重传流程图。在图11中，数据首先经过IFFT变换1101，然后判断传输的数据是否是重传的数据1102，如果是重传数据，则在IFFT变换后，即时域进行重传数据的选择1103。数据选择又可以分成两步，第一步是根据信道条件和重传次数从表1中选择凿孔矩阵1120，第二步则是使用选择的凿孔矩阵对重传数据进行凿孔1121。选择完重传的数据后，经过信道传输1104，在接收端进行判断接收的数据是否是重传的数据1105，如果是，则需要将重传数据与原始数据进行合并1106，然后进行FFT变换1107。接着判断数据是否正确接收1108，如果数据出错，而且重传次数没有超过最大规定值1109，则对数据进行重传，否则，过程结束。
尽管已经针对典型实施例示出和描述了本发明，本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其他的改变、替换和添加。因此，本发明不应该被理解为被局限于上述特定实例，而应当由所附权利要求所限定。
权利要求
1.一种用在通信系统中的数据重传方法，包括所述通信系统最初在时域或频域传输原始数据；当需要重传数据时，如果最初在时域传输原始数据，则在频域进行数据重传；如果最初在频域传输原始数据，则在时域进行数据重传。
2.根据权利要求1所述的数据重传方法，其特征在于当信道状态较好时，选择较少的数据进行重传；当信道状态较差时，选择较多的数据进行重传。
3.根据权利要求1所述的数据重传方法，其特征在于根据预定的设置，选择数据进行重传。
4.根据权利要求1所述的数据重传方法，其特征在于根据重传次数的增加，重传数据的数量递减。
5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的数据重传方法，其特征在于频域重传数据为子载波，时域重传数据为数据符号。
6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的数据重传方法，其特征在于按顺序、等间隔或随机选择要重传的数据。
7.根据权利要求1至6中的任何一项所述的数据重传方法，其特征在于根据基于信道条件而设置的一组凿孔矩阵来实现数据的选择，在所述凿孔矩阵中，以1和0来表示是否选择与之对应的数据进行重传，在与较好的信道状态相对应的凿孔矩阵中，0的个数较多，而在与较差的信道状态相对应的凿孔矩阵中，1的个数较多。
8.根据权利要求1至7中的任何一项所述的数据重传方法，其特征在于最初在时域传输原始数据的通信系统是离散傅立叶变换-扩展正交频分复用(DFT-SOFDM)系统。
9.根据权利要求1至7中的任何一项所述的数据重传方法，其特征在于最初在频域传输原始数据的通信系统是正交频分复用(OFDM)系统。
全文摘要
本发明公开了一种用在通信系统中的数据重传方法。对于一个通信系统，如果原始数据是在时域传输的，则重传时可以选择频域子载波进行重传；如果原始数据是在频域传输的，则重传时可以选择时域采样数据进行重传。重传时，可以根据信道的状况自适应地选择重传的数据，达到提高系统吞吐量的目的。
文档编号H04L27/26GK101026440SQ20061000955
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者于小红, 佘小明, 李继峰 申请人:松下电器产业株式会社