专利名称：Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法及应用该方法的重传系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字通信领域。
背景技术：
随着无线通信蓬勃的发展，人们已经不再满足通过手持終端进行简单的语音通话，而是希望系统提供更加丰富多彩的多媒体业务，比如宽带游戏、网络电视、远程医疗、视频会议等。这些多媒体业务，对服务质量(Quality of Service, QoS)也提出了更高的要求。然而信息在信道传输过程中，不可避免受到信道(有线或无线)的影响而产生错误，降低了服务质量。因此如何降低差错概率、改善QoS，一直是人们关心的问题。 差错控制技术则为这ー问题提供了基本的解决方法。目前，在数字通信系统中，利用纠错码或检错码进行差错控制的方式大致有以下几类重传反馈方式(ARQ)，前向纠错方式(FEC)和混合自动重传技术(HARQ)。目前用于差错控制重传机制的HARQ常见的有三种，Type-I 型 HARQ, Type-II 型 HARQ 和 Type-III 型 HARQ0Type-I型HARQ同时使用检错码和纠错码，接收端首先用信道译码来对接收到的信息数据包进行处理，如果信息数据包存在的错误图样在信道译码的纠错能力之内，信息数据包能够被正确译码。然后将正确译码之后的数据传送给高层，并通过反馈信道向发送端发送确认字符(Acknowledgement, ACK),以指示发送端进行下一次传输。如果信息数据包中存在的错误图样超出了信道编码的纠错能力，那么信息数据包译码失败，接收端丢弃该信息数据包并向发送端发送否定应答信号(Negative Acknowledgement, NACK),要求重传。发送端发送相同的信息数据包，接收端收到信息数据包之后进行与上次同样的译码过程，直到信息数据包被正确译码。一般的，接收端会设置最大允许传输次数，如果在达到上限前接收端仍然无法正确译码，这时接收端将做丢包处理。Type-I型HARQ的主要问题是，由于传输的冗余码长度固定，不能很好地适应信道变化。当信道条件好时，此时的信道传输通畅，不需要或者只需要很少的冗余码就可以用来实现纠错，所以固定的冗余码将会降低信道传输效率；而信道噪声或干扰很大吋，固定的冗余码很可能使得信道的纠错能力不足，造成重传次数的増加，増加了系统时延和开销。针对Type-I型HARQ的缺点，Type-ΙΙ型HARQ系统不再以恒定的码率传输，而是根据信道当前的具体情况自适应调整码速率，并且在接收端利用数据合并的方式提高译码的准确性。目前主要有两种Type-II型HARQ，分别为CHASEType-II型HARQ和IRType-II型HARQ0 CHASEType-II型HARQ，是指当信息数据包存在的错误图样超出信道译码的纠错能力时，接收端并不丢弃该信息数据包，而是将其缓存在接收端，并向发送端发送重传请求。然后发送端发送同样的信息数据包。每次发送的码字都是按同一固定值R的编码速率进行编码，若接收端收到N个均是由于重传请求而发送的数据包，这些数据包将被合并起来组成一个新码字，则这包数据的编码速率降到R/N。另ー种为IR Type-II型HARQ，即发送端第一次发送的信息位中加入较少的冗余位，若接收端不能顺利纠错，第二次仅发送信道的冗余码信息，以增大冗余度降低编码速率，接收端将两次接收到的数据比特合并译码，可増大纠错能力。但需要注意，IR并不是毎次重传都传同一个编码速率的数据包，而是根据前ー次译码的结果决定下一次发送的码字的编码效率的，它的码率根据不同的规则而不同。但上述重传系统均无法有效的提高系统的抗干扰能力。
发明内容
本发明为了解决现有的现有的HARQ重传系统的抗干扰能力差的问题，从而提出了 Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法及应用该方法的重传系统。本发明所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法为步骤一、发送端接收到信源，发送端的信源编码器将信源进行编码得到信息序列u(；D);步骤ニ、发送端的信道编码器将信息序列u (D)与信道编码器卷积码Gi (D)进行卷积得到码本集合Ci(D),步骤三、逐一计算码本集合Ci(D)中每个码字的码重，取该码本集合中的最小码重，根据该最小码重对应的卷积码Gi (D)生成多项式的自由距离；步骤四、取卷积码Gi (D)生成多项式的自由距离中具有最大的最小自由距离对应的ー个或多个卷积码生成多项式Gi ；步骤五、逐一判断步骤四获得的生成多项式Gi是否为非恶性卷积码，判断为是，则该生成多项式Gi为最优生成多项式，每个最优生成多项式对应ー个Ci (D);判断为否，则该 生成多项式Gi为恶性卷积码，其中，D表示信源编码器中移存器的一个存储単元的単位时延^i(D)表示卷积码(n, k，m)生成的多项式；卷积码(n，k，m)表示信道编辑器输入的k个信息元经过m个寄存单元输出 η 个信息元！Ci(D) = u(D)*Gi(D), i = O, I, . . . , η。基于Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法的Type-ΙΙ型HARQ重传系统，在Type-II型HARQ系统中，第一次传输发送端使用Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法得到具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式，发送端将第一次传输的具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式与信息序列进行卷积得到的码字通过信道发送至接收端，接收端的信道译码器采用维特比对第一次接收到的码字进行译码，接收端允许发送端重传信源的次数为N，接收端判断接收码字存在的错误图样是否在信道译码纠错能力范围之内，如果该码字存在的错误图样在信道译码纠错能力范围之内，码字能够被正确译码，接收端通过反馈信道向发送端发送确认字符ACK，接收端发送下一段信息序列；如果该码字存在的错误图样超出信道译码纠错能力范围，接收端译码失败，接收端通过反馈信道向发送端发送否定应答信号NACK，发送端则选择当前传输使用的生成多项式，使得其能和已传输的生成多项式结合成具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式，发送端将该生成多项式与信息序列进行卷积得到码字，并通过信道重新发送至接收端，接收端将接收到的码字和此前接收到的码字合并为ー个码字并进行译码，直到接收端重传信源的次数为N时，接收端无法正确译码，接收端放弃接受该段信息序列，其中，N为整数，N> O。
本发明的接收端的接收到的码字在给定编码器约束长度下具有最大的自由距离。而自由距离表征了卷积码生成所有序列间的差异程度，自由距离越大，抗干扰能力越大。
图I为Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法的方法流程图；图2为理论曲线和实际系统仿真性能曲线对比图，图中实线表示为理论曲线，虚线表示为仿真曲线，标示有▽的曲线表示第一次传输，标示有+的曲线表示第二次传输，标示有*的曲线表示第三次传输，标示有〇的曲线表示第四次传输；图3为图2的局部放大图；图4为最优码非最优码性能仿真性能曲线对比图，图中实线表示为使用非最优码本传输，虚线表示使用最优码本传输，标不有▽的曲线表不第一次传输，标不有+的曲线表不第二次传输，标不有*的曲线表示第三次传输，标示有〇的曲线表示第四次传输；图5为图4的局部放大图；图6为基于Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法的Type-II型HARQ重传系统的工作原理图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图I具体说明本实施方式，本实施方式所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法为步骤一、发送端接收到信源，发送端的信源编码器将信源进行编码得到信息序列u(；D);步骤ニ、发送端的信道编码器将信息序列U(D)与信道编码器卷积码Gi (D)进行卷积得到码本集合Ci(D),步骤三、逐一计算码本集合Ci(D)中每个码字的码重，取该码本集合中的最小码重，根据该最小码重对应的卷积码Gi (D)生成多项式的自由距离；步骤四、取卷积码Gi (D)生成多项式的自由距离中具有最大的最小自由距离对应的ー个或多个卷积码生成多项式Gi ；步骤五、逐一判断步骤四获得的生成多项式Gi是否为非恶性卷积码，判断为是，则该生成多项式Gi为最优生成多项式，每个最优生成多项式对应ー个Ci (D);判断为否，则该生成多项式Gi为恶性卷积码，使用该码系统将会有很差的性能，发射端将不会采用这种卷积码生成多项式发送信息，其中，D表示信源编码器中移存器的一个存储単元的単位时延も⑶表示卷积码(n, k，m)生成的多项式；卷积码(n，k，m)表示信道编辑器输入的k个信息元经过m个寄存单元输出 η 个信息元！Ci(D) = u(D)*Gi(D), i = O, I, . . . , η具体实施方式
ニ、本实施方式与具体实施方式
一所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法的区别在于，步骤ニ中的发送端的信道编码器将信息序列u(D)与信道编码器卷积码Gi (D)进行卷积的具体步骤为信息序列u⑶的最大长度为1_，信道编码器的卷积码(n，k，m)生成的多项式共
有2n(m+1)种，该序列第一位规定为1，则序列是从[10......O]到[I I......I]共211^1
种，对于每个生成多项式构成的信道编码器结构，将21--1种不同的信息序列U(D)依次输入信道编码器得到21"^1个输出序列，即码本集合Ci⑶。
具体实施方式
三、本实施方式与具体实施方式
ニ所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法的区别在干，步骤五中逐一判断步骤四获得的生成多项式Gi是否为非恶性卷积码的具体步骤为判断生成多项式Gi的状态图中的非零序列编码是否在图中出现环路、且编码输出全为零的情况，如果为是则对应的卷积码为恶性卷积码，如果为否则对应的卷积码为非恶性卷积码。
具体实施方式
四、结合图6具体说明本实施方式，本实施方式所述的是基于具体实施方式
一所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法的Type-II型HARQ重传系统，在Type-II型HARQ系统中，第一次传输发送端使用Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法得到具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式，发送端将第一次传输的具有最优的最大的最小自由 距离的生成多项式与信息序列进行卷积得到的码字通过信道发送至接收端，接收端的信道译码器采用维特比对第一次接收到的码字进行译码，接收端允许发送端重传信源的次数为N，接收端判断接收码字存在的错误图样是否在信道译码纠错能力范围之内，如果该码字存在的错误图样在信道译码纠错能力范围之内，码字能够被正确译码，接收端通过反馈信道向发送端发送确认字符ACK，接收端发送下一段信息序列；如果该码字存在的错误图样超出信道译码纠错能力范围，接收端译码失败，接收端通过反馈信道向发送端发送否定应答信号NACK，发送端则选择当前传输使用的生成多项式，使得其能和已传输的生成多项式结合成具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式，发送端将该生成多项式与信息序列进行卷积得到码字，并通过信道重新发送至接收端，接收端将接收到的码字和此前接收到的码字合并为ー个码字并进行译码，直到接收端重传信源的次数为N时，接收端无法正确译码，接收端放弃接受该段信息序列，其中，N为整数，N>0。当接收端采用维特比译码时，卷积码纠错能力是由其最大的最小自由距离决定的；与此同时，在Type-II型HARQ系统中，每一次重传在接收端都会和原来的码字合并成具有新码率的码字，相当于在发射端一次性发射具有新码率的码字。本实施方式的码字集合具有以下特性在相同约束长度下，第一次传输的生成多项式产生的码本具有最优的最大的最小自由距离。在上一次传输生成多项式固定的条件下，重传的生成多项式能和已传输的生成多项式结合成具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式。基于恶性码在状态图中的特性的判断恶性卷积码的基本算法为a、根据卷积码(n，k，m)组成的多项式构造ー个状态矩阵，用来完全描述该卷积码编码结构寄存器个数为m，则该状态矩阵包含寄存器2m个状态，该状态矩阵对应每ー状态对应的信息包括输入为O时寄存器的下一状态、输入为O时编码器的编码输出、输入为I时寄存器的下一状态和输入为I时编码器的编码输出；b、构造ー个新的状态转移矩阵，追踪编码器全零输出时的状态转移情況；就是查找状态图中有没有零码重输出的环路。有的话是恶性码，要排除。查找步骤a得到的状态矩阵中以下两项所对应的值输入为O时编码器的编码输出和输入为I时编码器的编码输出，若其中任意一项编码输出为0，则将该项所对应寄存器的当前状态和下一状态作为一组记录存入新的状态转移矩阵中，其中状态O的自环除外，当上述查找过程结束吋，状态转移矩阵也相应构造完毕，该矩阵包含若干组当前状态和对应的下ー状态，且在状态转移的过程中编码输出为全O。C、确定编码器的全零输出路径在状态图中是否能构成自环，其具体步骤为状态转移矩阵中每组转移信息包含全零输出的当前状态和下ー状态，将每ー组信息的当前状态作为全零路径的起点，对该组信息的下一状态进行如下操作I、查看是否和本组信息的当前状态相同，如果相同，构成非O状态的自环全零路径，此生成多项式对应的编码结构为恶性卷积码；如果不同，执行步骤2 ;2、查看是否与其他组的当前状态相同，如果都不相同，则当前组不是构成环路的转移路径，可以从矩阵中删除，并对转移矩阵中下一组信息重新进行步骤2 ;如果其 他组的当前状态与当前组的下一状态相同，执行步骤3 ；3、步骤2得到的两组信息描述的状态转移构成ー个全零路径，查看其是否构成自环，如果构成自环，则生成多项式对应的编码结构为恶性卷积码；如果不是自环，对此全零路径的末状态重新进行步骤I，直到该全零路径无法再扩展为止，若全零路径在扩展过程始终不构成环路，则该全零路径中包含的组均不是构成环路的转移路径，从矩阵中删除并对转移矩阵中剩余组信息重新进行步骤四I;4、若对转移矩阵中每ー组信息进行步骤四3过程中均没有构成环路，则此生成多项式Gi对应的编码结构为非恶性卷积码。非恶性卷积码的获取方法的伪码描述如下述过程
Assume m to be the number of shift register.
Then create言 a matrix of State(Lj) with size X *1 .
5mm{h I) to be the output when the input is 0 with the current state
ill ；
Staley 2) to be the output when the input is I with the current state
ill ；
States 3 j to be the next state when the input is 0 with the current state " I ;
State (i 4) to be the next state when the input is Iwith the current state “ i ;
1)Setk=O;
2)If I =0
3)k = k+l;
4)Trans(k, I)= I；
5)Trans(k* 2) = I ；
6)End7)￥mi = 2:
8)Rrj = 1:2
9)If I =O
10)k = k+l;
11)Trans(U) =i;
State i i
12)Traes(k# 2)=；
3) Kml
14)End
15)Knd
16)counter^ I;
17)Calculate the number of rows in matrix Trans and assign it to r.
Trans
18)Val =
19)If counter = r+I
20)The code is catastrophic convototional code.
21)End
22)Look for if such index which makes Val = TriniiinieMi Ij exists.
23)lffound
24)counter = counter ^-1 ；
25)Val = Tramilndex. 2)；
26)Goto Step 19
27)Else
28)Delete the first row and all the rows found in Step 22 from matrixTrans·
29)End
30)If matrix Trans is empty
川 The code is not catastrophic convolutional code
32)K 1st,
33)GotoStep 16
34)End以接受端允许重传次数为四次，以发送端编码器结构为(n，l，m)卷积码为例，Type-II型HARQ重传系统的最优码本查找算法为e、确定第一次信道传输的最优码本；由卷积码(n，k，m)生成的多项式可知共有2n(m+1)种可能，信息元u (D)序列的最大长度为Imax，该序列第一位规定为I，则序列是从[I O ......O]到[I I ......I]种可能，根据每个生成多项式构成的编码器结构，将上述序列
依次输入编码器得到个输出序列，分别计算这个输出序列的码重，并取最小值び，即为对应该生成多项式的最大的最小自由距离；由所有生成多项式组合，可以得到对应的2n(m+1)个自由距离，取其最大值，就是(n，l，m)卷积码的最大的最小自由距离。所对应的非恶性卷积码生成多项即为第一次传输的最优生成多项式。f、确定第二次传输的最优码本。假设步骤e中找到的首次传输最优生成多项式为び。假设第二次传输所用的生成多项式为GK。则在第二次传输后，对于接收端等效发送端一次发送生成多项式为[びGk]的卷积码。同理对[びGk]卷积码进行第一歩操作，由于第一次传输的生成多项式び已经给定，则[びGk]卷积码结构有2m+1种可能性，从而得到对应的2m+1个自由距离，取其最大值，就是在给定び条件下[びGk]卷积码的最大的最小自由距离。所对应的非恶性卷积码生成多项中Gk即为第二次传输的最优生成多项式。g、确定第三次传输的最优码本。假设上述步骤中找到的第一、二次传输最优生成多项式分别为G\GK。假设第三次传输所用的生成多项式为C。则在第三次传输后，对于接收端等效发送端一次发送生成多项式为[びGk Gl]的卷积码。同理对[びGk Gl]卷积码进 行第一歩操作，由于第一、二次传输的生成多项式び、Gk已经给定，则[びGk Gl]卷积码结构有2m+1种可能性，从而得到对应的2m+1个自由距离，取其最大值，就是在给定G\GK条件下[GJ Gk Gl]卷积码的最大的最小自由距离。所对应的非恶性卷积码生成多项中C即为第三次传输的最优生成多项式。h、确定第四次传输的最优码本。假设上述步骤中找到的第一、ニ、三次传输最优生成多项式分别为び、GK、G\假设第四次传输所用的生成多项式为GM。则在第四次传输后，对于接收端等效发送端一次发送生成多项式为[びGk Gl Gm]的卷积码。同理对[G^Gk Gl Gm]卷积码进行第一歩操作，由于第一、ニ、三次传输的生成多项式G\GK、C已经给定，则[びGkGl Gm]卷积码结构有2m+1种可能性，从而得到对应的2m+1个自由距离，取其最大值，就是在给定び、GK、C条件下[びGk Gl Gm]卷积码的最大的最小自由距离。所对应的非恶性卷积码生成多项中Gm即为第四次传输的最优生成多项式。经过上述步骤，即可确定Type-II型HARQ重传系统的最优码本[G1 Gk Gl Gm]。Type-II型HARQ重传系统的最优码本的伪码描述上述过程为Assume the Constraint Length is K.
the number of output bits for every single Dit is o.
the input sequence is ;k=；…-Wt long, thegenerator for second transmission to be [い]. thegenerator for third transmission is [い].
thegenerator for forth transmission is ],
1)There are different generator, marked by]. j = 1,2...... 2)I =
3)Forj = I:t
4)Fomum=:-1
5)Change mm into binary sequence and use x to represent it.
6)=x{D) XQ-:(D}
7)Calculate the weight of -η (ム)
S) Em]
9)dfr^=mm {_收:k·ぶ)]}
10)End
11)Forj= lt
12)If= maxCsル
13)is not catastrophic convolutional code
14)<■ ,' is the best generator for the first transmission.
!5) Knd
16)End
17)End
Ik
18)Thus, there are I =different generator, marked by |
19)Use step 3-17 to calculate the best generator for the second transmission [& j
权利要求
1.Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法，其特征在于 步骤一、发送端接收到信源，发送端的信源编码器将信源进行编码得到信息序列u(X>); 步骤二、发送端的信道编码器将信息序列u(D)与信道编码器卷积码Gi (D)进行卷积得到码本集合Ci(D), 步骤三、逐一计算码本集合Ci(D)中每个码字的码重，取该码本集合中的最小码重，根据该最小码重对应的卷积码Gi (D)生成多项式的自由距离； 步骤四、取卷积码Gi (D)生成多项式的自由距离中具有最大的最小自由距离对应的一个或多个卷积码生成多项式Gi ； 步骤五、逐一判断步骤四获得的生成多项式Gi是否为非恶性卷积码，判断为是，则该生成多项式Gi为最优生成多项式，每个最优生成多项式对应一个Ci (D);判断为否，则该生成多项式Gi为恶性卷积码， 其中，D表示信源编码器中移存器的一个存储单元的单位时延A(D)表示卷积码(n，k，m)生成的多项式；卷积码(n，k，m)表示信道编辑器输入的k个信息元经过m个寄存单元输出 n 个信息元！Ci(D) = u(D)*Gi(D), i = 0,1, , n。
2.根据权利要求I所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法，其特征在于步骤二中的发送端的信道编码器将信息序列U(D)与信道编码器卷积码Gi (D)进行卷积的具体步骤为 信息序列U(D)的最大长度为，信道编码器的卷积码(n，k，m)生成的多项式共有2n(m+1)种，该序列第一位规定为1，则序列是从[I 0......0]到[I I......I]共21"^1种，对于每个生成多项式构成的信道编码器结构，将21-—1种不同的信息序列U(D)依次输入信道编码器得到21--1个输出序列，即码本集合Ci (D)。
3.根据权利要求I所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法，其特征在于步骤五中逐一判断步骤四获得的生成多项式Gi是否为非恶性卷积码的具体步骤为判断生成多项式Gi的状态图中的非零序列编码是否在图中出现环路、且编码输出全为零的情况，如果为是则对应的卷积码为恶性卷积码，如果为否则对应的卷积码为非恶性卷积码。
4.基于权利要求I所述的Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法的Type-II型HARQ重传系统，其特征在于，在Type-II型HARQ系统中，第一次传输发送端使用Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法得到具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式，发送端将第一次传输的具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式与信息序列进行卷积得到的码字通过信道发送至接收端，接收端的信道译码器采用维特比对第一次接收到的码字进行译码，接收端允许发送端重传信源的次数为N，接收端判断接收码字存在的错误图样是否在信道译码纠错能力范围之内，如果该码字存在的错误图样在信道译码纠错能力范围之内，码字能够被正确译码，接收端通过反馈信道向发送端发送确认字符ACK，接收端发送下一段信息序列；如果该码字存在的错误图样超出信道译码纠错能力范围，接收端译码失败，接收端通过反馈信道向发送端发送否定应答信号NACK，发送端则选择当前传输使用的生成多项式，使得其能和已传输的生成多项式结合成具有最优的最大的最小自由距离的生成多项式，发送端将该生成多项式与信息序列进行卷积得到码字，并通过信道重新发送至接收端，接收端将接收到的码字和此前接收到的码字合并为一个码字并进行译 码，直到接收端重传信源的次数为N时，接收端无法正确译码，接收端放弃接受该段信息序列，其中，N为整数，N > O。
全文摘要
Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法及应用该方法的重传系统，涉及Type-II型HARQ重传系统中最优生成多项式的获取方法及应用该方法的重传系统。它为了解决现有的HARQ重传系统抗干扰能力差问题。本发明的重传系统接收端接收到的码字在给定编码器约束长度下具有最大的自由距离，使用维特比译码时就用自由距离作为衡量码本抗干扰能力强弱的依据，当接收端采用维特比译码时，卷积码纠错能力是由其最大的最小自由距离决定的；在Type-II型HARQ系统中，每一次重传在接收端都会和原来码字合并成具有新码率的码字，相当于在发射端一次性发射具有新码率的码字。本发明适用于差错控制技术领域。
文档编号H04L1/00GK102684843SQ20121018556
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者于启月, 于洪涛, 孟维晓, 杨堃, 陈雷 申请人:哈尔滨工业大学