一种基于信噪比的HARQ自适应合并算法

的码字合并起来， 得到一个编码速率小于 R S 的码字， 合并后 的码字具有更强的纠错能力。在数据帧的码字合并系统中， 每次发送的码字都是按照 R S 的子编码速率 （sub code rate） 进 行编码的。 实际中， 基于 Turbo 码的 IR 合并常用速率匹配删除 Turbo 码 （RCPT 码） 来实现。 图 2 就是递增冗余合并中的部分递增冗余方式， 第二次发 送码字有一部分与第一次发送的码字相同， 图中的 “0” 表示该 比特位被打孔删除， 此时合并后码字的速率为 1/5。 而若是重传的 N 个码字完全由冗余码字组成， 那合并后的
Chase 合并， 而 Type III 型的非重复数据可以采用与已经接收 到的数据直接组合成新码字的方式， 称为递增冗余合并。
码字的编码速率就降到 R S /N ， 该方式称为完全递增冗余方式。
2.1 Chase 合并原理
Chase 合并， 是将先后接收到编码速率均为 R S 的相同码 字进行相加， 最后仍然得到码率为 R S 的码字， 而后将合并后 的结果送入译码器进行译码。 Chase 合并的两个最主要的特点就是接收端采用最大似 然译码和通过对数据包软判决进行加权。得到重发请求后， 发送端发送与初始传送格式相同或者是其中一部分的数据 包， 在接收端对这些多次发送的数据包进行加权合并。
R(t ) = å ri (t )·ωi
i=1 N
non 定理， 成功发送一组数据必须满足条件： 1 （1） lb(1 + S N ) ³ ρ ，ρ 为编码率。所需要的发送次数为 2 N = min{n:S N ³ ρ} ， 则吞吐量[6]为： ρ RChase = 1 min n: lb(1 + S N ) ³ ρ 2 在 AWGN 信道， 根据 Shannon 定理， IR 合并成功发送一组
表 1 Chase 合并和 IR 合并不同重传次数下的临界信噪比
传输次数 2 3 4 Chase 合并临界信噪比/dB －5.85 －7.78 －9.12 IR 合并临界信噪比/dB －5.32 －7.08 －8.33
等增益合并是 Chase 合并的一种特殊情形。
2.2 递增冗余合并原理
[5] 递增冗余 （IR） 合并能够将数目最少的， 编码速率为 R S
i
ωi =
ωi′
åωi′
i=1
N
(i = 1 2 N )
由于这种方式需要知道信道的状态信息， 对于系统的要求 比较高， 同时， 在估计信噪比时， 信道的估计结果有可能与实 际状态相差较大， 这时会严重影响系统的性能。实际中通常 采用等增益合并方式， 假设每次重传的信道条件不变， 所有接 收到数据包的可靠性相同， 即 ωi = 1/N ， 则合并后的数据包为：
CRC 编码 Turbo 编码 打孔删除 复用
缓冲 Yes 最大重传次数 Yes No CRC 校验 Turbo 译码 No 重传请求 无线信道
图 1 基于 Turbo 码的 HARQ 框图
在接收端， 多次接收到的数据可认为是通过不同支路的 独立信号， 可以通过不同的合并方式获得合并增益。对于 Type II 型的重复数据主要是采用加权的软合并方式， 即进行
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2011， 47 （17）
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
一种基于信噪比的 HARQ 自适应合并算法
张 勇， 彭建华， 季中恒 ZHANG Yong， PENG Jianhua， JI Zhongheng
国家数字交换系统工程技术研究中心， 郑州 450002 National Digital Switching System Engineering & Technological Research Center， Zhengzhou 450002， China ZHANG Yong， PENG Jianhua， JI Zhongheng.Adaptive combining scheme of HARQ based on puter Engineering and Applications， 2011， 47 （17） ： 78-80. Abstract： The combining technology of HARQ are Chase combining and Incremental Redundancy （IR） generally.However， the performance of Chase combining is not excellent at low signal-to-noise channels and IR combining is complex to be realized.This paper proposes an adaptive combining algorithm based on signal-to-noise.With the real time estimation of channel signal-to-noise， this algorithm uses Chase combining and IR combining synthetically， which unifies performance and complexity of the system.The simulation results indicate that the new adaptive combining scheme is feasible. Key words：Hybrid Automatic Repeat Request （HARQ） ； Chase combining； incremental redundancy； adaptive combining 摘 要： 目前无线通信中广泛使用的 HARQ 合并技术主要是 Chase 合并和递增冗余 （IR） 合并。针对 Chase 合并在低信噪比下性
{
}
ωi 表示第 i 次传输收到的归 其中 ri (t ) 表示第 i 次收到数据，
数据必须满足条件： （2）1 å lb(1 + si) ³ ρ ， 其中 si 表示第 i 次传输的信噪比，ρ 2 i=1 为子编码率。所需要的发送次数为：
n ì ü N = min ín: 1 å lb(1 + si) ³ ρý 2 i = 1 î þ 则吞吐量为： ρ ρ R IR = = N ì 1 N ü min ín: å lb(1 + si) ³ ρý 2 i = 1 î þ N
能受限， 递增冗余 （IR） 合并实际应用复杂的问题， 提出了一种基于信噪比的自适应合并算法， 通过实时估计信道的信噪比， 综合 使用 Chase 合并和递增冗余 （IR） 合并， 实现了系统性能和实现复杂度的统一。仿真结果表明， 算法是切实可行的。 关键词： 混合自动重传请求 （HARQ） ； Chase 合并； 递增冗余； 自适应合并 DOI： 10.3778/j.issn.1002-8331.2011.17.021 文章编号： 1002-8331 （2011） 17-0078-03 文献标识码： A 中图分类号： TN929.5
基金项目： 国家高技术研究发展计划 （863） （the National High-Tech Research and Development Plan of China under Grant No.2007AA01Z434） 。 作者简介： 张勇 （ 1984— ） ， 男， 硕士生， 主要研究方向为移动通信； 彭建华 （ 1966— ） ， 男， 教授； 季中恒 （ 1971— ） ， 男， 高级工程师。E-mail： gooober@ 收稿日期： 2009-10-21； 修回日期： 2009-12-29
R(t ) = å ri (t )·ωi = 1 å ri (t ) N i=1 i=1
N N
根据对数函数性质， 在信道条件和编码速率相同时， 有
1 lb(1 + s ) ³ 1 lb(1 + S ) ， 即 IR 合并可以提前满足条件 （2） ， 因 i n 2å 2 i=1
N
此在信噪比较低时， IR 合并的吞吐量明显大于 Chase 合并的吞 吐量， 而当信道条件改善时， 在重传次数相同时， Chase 合并和 IR 合并均可以满足条件 （1） 和条件 （2） 。此时， Chase 合并的 Type II 型 HARQ 性能与 Type III 型基本相同。 对于编码速率为 1/3 的 Turbo 码， 在编码帧长为无限长和 译码迭代次数足够多 （大于 8） 时， Chase 合并和 IR 合并有如下 的结果， 如表 1 所示。
一化信噪比， 则 ω 越大， 表示接收到数据的可靠性高， 从而合 并之后数据包的信噪比达到最大， 由于每次传输信道是相互 独立的， 总信噪比为各次传输的信噪比之和， 这种方式是理论 上最佳合并方式。 在加性高斯白噪声 （AWGN） 信道中， 假设标准差为 σ ， 则
ω ′ = 1/σ 2 ，Байду номын сангаас归一化信噪比为：
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HARQ 合并原理
基于 Turbo 码的 HARQ 系统模型 [3] 如图 1 所示， 信息比特
首先通过 CRC 编码， 而后输入到 Turbo 码编码器， 进行信道编 码， 并按照规定的打孔删除方式进行删除； 在接收端， 进行信 道译码， 并通过 CRC 校验判断译码结果正确与否， 若错误， 则 返回 NACK 信号， 发送端根据相应的信令请求， 重发数据， 反 之， 发送端传输下一帧数据。
张 勇， 彭建华， 季中恒： 一种基于信噪比的 HARQ 自适应合并算法
原始数据 编码数据 第一次发送数据， 9 bit 0 第二次发送数据， 9 bit 速率匹配数据， 9 bit 0 0 0 0 译码 0 译码
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NACK ACK