专利名称：一种混和自动请求重发的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种无线通系统中混合自动请求重发(HARQ)方法和装置，特别是涉及无线通信系统中采用低密度奇偶校验(Low Density Parity Check，LDPC)编码的数据传输的混和自动请求重发技术。
背景技术：
当今无线通信发展迅速，无线通信用户对数据业务的需要日益提高，各种高速数据业务方案纷纷出现，几乎所有的方案都要求系统具有低残留差错率和高吞吐量的特性。其中，采用低密度奇偶校验(LDPC)码作为信道编码并结合混合请求重发(HARQ)就是一种被广泛应用的方案。
目前，这两种技术的结合主要有两类方案一是低密度奇偶校验码和第二类(type-II)混和请求重发技术结合，这种方案要求一帧中的全部比特都被重发，信道利用率不高，吞吐量较低；二是低密度奇偶校验码和第三类(type-III)混和请求重发技术结合，即低密度奇偶校验码的递增冗余技术，这种技术虽然可以保证很好的吞吐量特性，但是会使相应的系统复杂度大大增加。
发明内容
本发明提出了一种新的基于低密度奇偶校验码的混和自动请求重发方法，结合了两方法的优点，能够在不增加系统编码复杂度的前提下，显著的增大系统的吞吐量，我们称之为基于度分布的混合请求重发技术。这种新的重发方式是一种选择重发的方式，即每次重新发送的内容都是第一次传输数据的一部分，不需要额外的编码。
低密度奇偶校验码是目前受到广受关注的一种性能优秀的信道编码。它的性能非常接近香农极限，有着广阔的应用前景。低密度奇偶校验码是一种线性分组码，它对应一个稀疏的校验矩阵。校验矩阵中各列的“1”的个数(即列重量)被称为列的度分布。低密度奇偶校验码根据校验矩阵各列重量的不同分为规则码和非规则码两种规则码的列重量都一样，而非规则码的列重量则是一个关于列的函数。由于非规则码列的度分布不强求一致，具有更大的灵活性，所以性能比规则码好。同时，对于非规则码来说，度分布的不同导致了各比特在解码时受到的保护程度不同，度越大的节点包含的有用信息越多，对解码的贡献也越大。
上述度分布的理论就是本发明的理论出发点。
本发明的基本思想是当接收端解码失败的时候，发送端按照度分布的高低选择比特重新发送，度较高的节点被优先重新发送。本发明利用了度较高的节点包含有用信息较多这一低密度奇偶校验码的结构特点，按照度分布来选择重发比特，系统既不需要额外的编码过程，接收端也不需要改变解码结构，所以本发明是一种高效的系统。
图1是本发明的发送、接收装置示意图；图2是本发明提出的基于度分布混和自动请求重发方法的重发比特选择器结构示意图；图3是本发明基于非规则低密度奇偶校验码的实施例通过计算机仿真得到的累积度分布图；图4是本发明基于非规则低密度奇偶校验码的实施例通过计算机仿真得到的吞吐量结果。
具体实施例方式
图1是本发明的发送、接收装置示意图。
具体的工作流程如下1.编码器接收到信息序列，然后采用非规则低密度奇偶校验码方法编码。
2.编码结果由编码器输出，进入存储器存储。
3.存储器中的信息发送出来后，在信道中叠加了噪声，然后到达接收器。
4.接收器端接收信号，并把叠加了噪声的信号存储在存储器中。
5.信号进入解码器解码。
6.如果解码成功，接收端通过反向链路发送确定信号(ACK)给发送端，同时接收端存储器被清空。
7.当发送端收到确定信号后，删除存储器的内容，下一帧的信息编码后进入存储器。
8.否则，如果解码失败，接收端发送重发信号(NACK)，同时接收端的重发计数器加一，重发比特选择器根据当前计数器值选择重发比特的位置。
9.发送端根据重发比特选择器指示的位置重新发送比特，需要重发的比特被组成一个重发子包。
10.重发的子包经过信道，接收端接收到叠加了噪声的重发信号。在重发比特选择器的指导下，把接收到的重发子包与存储器中保存的帧合并，然后进入解码器解码。
11.如果解码正确，则输出结果，跳到步骤6。
12.如果解码失败，跳到步骤8。
13.每次重发时都要比较重发计数器值和最初设定的最大重发次数。当重发计数器值大于最大重发次数则发送端不再重发；接收端宣布解码失败，当前解码结果被输出；发送、接收端的存储器都清空；重发计数器清零；下一帧的信息编码后进入发送端存储器。系统开始下一数据帧的发送。
在步骤10接收端合并重发信号时，可以根据预先设定的合并方式，选用等增益合并、最大比合并等方式。如果采用最大比合并的方式，则需要根据信道估计模块得到信道信噪比信息确定加权系数；如果采用等增益合并的方式，则信道估计模块没有作用。
图2是本发明中重发比特选择器的结构示意图。计算校验矩阵各列的重量，确定各变量节点对应的度分布。然后按照重传的规则确定重发序列的排列顺序，得到的一个内容为各列序号的向量，这就是重发比特的顺序。这个序列被均匀的分割为n个子包，每个子包中包含κ个比特。每次重新发送时，发送端就选择一个子包发送，接收端也按照比特选择器的指示进行合并。
重传时，本发明的发送机可以采用多种选择方式中的一种决定重传的比特位置信息1.按照度分布的顺序由高到低每次发送一个子包，保证每次发送的任一个比特的度分布都不小于剩余比特的度分布；2.每次重复发送度分布最大的k个比特；3.根据特定的比例选择各种度分布的比特重传。
图3、4是本发明基于非规则低密度奇偶校验码的实施例通过计算机仿真得到的结果图。
图中低密度奇偶校验码的度分布函数为λ(x)＝2.621×10-4+0.2647x+0.2406x2ρ(x)＝0.6351x6+0.3649x7+0.1588x5+0.0862x6+0.033x13+0.2163x14同时，本实施例中采用了(1024，506)的低密度奇偶校验码。
图3是本发明基于非规则低密度奇偶校验码的实施例通过计算机仿真得到的累积度分布曲线图。
图中横坐标是根据度分布由高到底重新排列后的各列的位置信息；纵坐标是累积度分布曲线，是当前的累积度分布占总的度分布的比值。
由图3可以观察到，该低密度奇偶校验码的一半以上的度分布包含在前25％的比特中(256比特)，前半帧包含了大约70％的度，即解码中一半的度信息都包含在前四分之一帧中。
由图3可以看到，大部分的度分布都集中在一部分变量节点上，即大部分有用信息都包含在前半帧中。重发包含较多度分布信息的节点，大部分的有用信息也就得到了利用。
图4是本发明基于非规则低密度奇偶校验码的实施例通过计算机仿真得到的吞吐量比较图。
其中重发比特的选择方法采用了上文提到的第一种选择方式，即每次发送与先前不同的子包，并且保证发送的子包中的任意比特对应的度分布都不小于剩余比特的度分布。图中比较了没有重发、基于度分布重发、随机选择重发、全部重发和重发度较小的节点五种方案。其中随机选择重发、基于度分布重发和重发度较小的比特这三种方法的子包大小都是256比特，最大重发次数设定为3，整个帧全部重发时最大重发次数是1。
由图4可以看到，基于度分布的自动请求重发方案的系统吞吐量远远大于别的方案；随机重发和全部重发性能相差不多，只是随机选择重发的效率略高；重发度分布小的节点这种方案在重发的四种自动请求重发方案中性能最差，这是因为解码器得到的有用信息最少。
本发明充分利用了非规则低密度奇偶校验码中度分布高的比特携带更多有用信息这一特点，提供了一种实用有效的混和自动请求重发方案——基于度分布的混和自动请求重发方法。这种方法频带利用率较高，实现灵活，而且不明显增加系统的复杂度，同时可以获得较大的性能增益。
权利要求
1.一种适用于采用低密度奇偶校验(Low Density Parity Check，LDPC)码编码装置的信息自动请求重传方法。该方法包含以下步骤将分组数据从发送机发送到接收机，当接收机接收到数据后，如果接收机不能正确解码，发送机将利用一种自动请求重传机制选择部分数据重传。其特征在于，(1).发送机在第一次发送时，发送机发送数据，重发计数器清零。(2).接收机接收数据，如果接收机能够正确解码，则接收机给发送机一个确认信号，返回步骤(1)，发送机发送下一数据包；否则跳到步骤(3)。(3).如果接收机解码失败，重发计数器加一，重发比特选择器根据变量节点的度和重发计数器的值计算出重发比特的位置，每个重发的子包中含有k个比特。发送机按照重发比特选择器的指示选择重发的子包。(4).接收机接收到重发子包并与上次解码之前的帧合并。将合并后的帧进行解码，如成功则接收机给发送机一个确认信号，并跳到步骤(1)，发送下一帧数据；否则跳到步骤(5)。(5).如果解码失败则比较重发计数器和最大重发次数，如果重发计数值小于最大重发次数，跳到步骤(3)；否则跳到步骤(6)。(6).如果重发计数器值大于最大重发次数，则解码失败，跳到步骤(1)，输出当前解码结果，并继续发送下一数据帧。
2.如权利要求1中所述的自动请求重传方法，其特征在于，根据校验矩阵中各列度的高低选择重传比特，度高的比特优先传送。
3.如权利要求2中的度，其特征在于，度是校验矩阵中每一列的列重量，即每列中非零元素的和。
4.如权利要求1中所述的子包，其特征在于，子包的大小k可以根据校验矩阵设定，为了保证传输的有效性，通常保证第一个子包中比特位列重总和不小于总列重的一半。
5.如权利要求4中所述传输有效性，其特征在于，保证传输子包内列重总和尽量大，含有较多的可靠信息，同时又尽量减少不必要的比特发送，避免发送机功率的浪费。
6.如权利要求1中的子包的选取规则，其特征在于，子包选取包括如下三种方式(1).按照度的顺序由高到低每次发送一个子包，保证每次发送的任一个比特的度都不小于剩余的比特的度；(2).每次重复发送度最大的k个比特；(3).根据特定的比例选择各种度的比特重传。
7.如权利要求1中所述的接收机内的帧合并，其特征在于，合并可以采用多种方法，包括等增益合并、最大比合并等。
8.如权利要求7中所述的合并方法，其特征在于，对于不同的合并方式，接收机需要计算出需要合并的信号对应的加权值。
9.如权利要求7中所述的合并方法，其特征在于，当选择最大比合并方法时，需要通过信道估计模块得到信道信息。
全文摘要
本发明提供了一种混合自动请求重发(HARQ)方法。本发明应用于无线通信环境中，提供了一种灵活、高效、低复杂度的通信方式，在不明显增加系统复杂度的同时能够显著提高系统传输效率，易于实现，应用范围较广。本发明基于低密度奇偶校验(Low Density Parity Check，LDPC)码节点度分布的不同，充分考虑了不同度分布对应的比特保护程度不同，提供了一种新颖实用的混和自动请求重传方案，并命名为基于度分布的混和自动请求重传方案。该方案能利用较小的带宽、不明显增加系统复杂度的情况下，显著改善系统性能。
文档编号H04L1/24GK1758579SQ20051010520
公开日2006年4月12日 申请日期2005年9月26日 优先权日2005年9月26日
发明者曹一卿, 古建, 奇琳, 杨大成 申请人:北京邮电大学