一種基于空間耦合的LDPC碼HARQ重傳機制的制作方法

本發明涉及一種ldpc碼harq重傳機制，特別涉及一種基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制，屬于差錯控制技術領域。

背景技術：

在無線通信中，最常用的兩種差錯控制方式為前向糾錯(forwarderrorcorrection,fec)編碼和自動重傳請求(automaticrepeatrequest,arq)。fec可以有效發現并糾正錯誤信息，但信息冗余度大，編碼效率較低；arq技術編譯碼簡單，易于實現，但信道條件差的情況下信息傳送的連貫性較差。因此，大多數無線通信系統都將fec和arq混合使用，即混合自動重傳請求(hybirdautomaticrepeatrequest,harq)。在harq機制中，碼字可以在一定范圍內自動糾錯，若超出了糾錯能力范圍，則要求發送端進行數據重傳。

lte中的harq技術主要有軟合并(chasecombing,cc)和增量冗余(incrementalredundancy,ir)兩種實現方式。cc-harq中發送端重傳的數據包與首傳數據包完全相同，接收端先將原數據包與重傳數據包進行軟合并處理再進行譯碼；ir-harq中重傳數據包含首傳數據包所沒有的增量冗余信息，接收端將增量冗余信息附加到原數據后再進行合并譯碼。5g同樣要求支持這兩種harq方式，且以ir-harq為主。

相比lte，5g對可靠性和實時性提出了更高的要求。5g要求支持0.1～1gbps的用戶體驗速率、毫秒級的端到端時延以及<10^-5的分組丟失率(某些極端場景下甚至要求<10^-9)，追求人與人之間極致的通信質量。作為5g的三大應用場景之一，增強移動寬帶(enhancedmobilebroadband,embb)場景以ldpc碼為業務數據信道編碼方案，更是要求實現高數據傳輸速率、高可靠性、高系統容量以及高頻譜效率等眾多目標。

盡管傳統的ir-harq機制提高了碼字的糾錯能力，增加了系統吞吐量，但還是會存在多次重傳后仍譯碼失敗的情況。傳統機制中若達到最大重傳次數時仍未通過crc校驗，則判定該數據包丟失，需進行arq重發，會導致時延明顯增加，影響用戶體驗速率。本發明的目的是致力于克服上述傳統ir-harq機制無法在最大重傳次數內完成正確譯碼時對系統可靠性和時延造成的影響，提出一種基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制。

技術實現要素：

本發明針對上述傳統ir-harq機制中存在的問題，提出了一種基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制。

本發明應用于傳統ir-harq機制失敗的情況下，利用耦合擴展校驗矩陣對傳輸失敗的碼塊和即將傳輸的碼塊進行編譯碼，完成丟失數據包的修復工作，可以減少arq重發的次數，降低傳輸時延，提高系統的吞吐量和可靠性。

一種基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制，通過以下步驟實現：

步驟1、接收端將達到最大重傳次數但未通過crc校驗的碼字序列的信息存儲在緩存器中，并向發送端發送nack；

其中，碼字序列包括信息位和所有的校驗位；若系統采用硬判決，則儲存在緩存器中的信息為碼字序列；若系統采用軟判決，則儲存在緩存器中的信息為碼字序列的軟信息序列；

步驟2、發送端根據添加crc校驗信息后的新信息序列長度確定擴展因子的大小，并根據擴展因子的大小確定傳輸失敗的舊信息序列對應的耦合子基礎矩陣的列數；

步驟3、發送端構造耦合子基礎矩陣，并將耦合子基礎矩陣與新信息序列對應的基礎矩陣進行合并，得到編碼所需的耦合基礎矩陣，并利用擴展因子對其擴展，得到耦合擴展校驗矩陣；

其中，新信息序列是指步驟2中添加crc校驗信息后的新信息序列；

步驟4、發送端將舊信息序列和新信息序列拼接起來，利用耦合擴展校驗矩陣對其進行編碼得到新碼字序列；

其中，舊信息序列指步驟1中傳輸失敗的舊信息序列；編碼可以是ldpc編碼，也可以是其他類型的編碼；其中，新碼字序列包括舊信息序列、新信息序列和新校驗序列；

其中，新校驗序列是對舊信息序列和新信息序列進行ldpc編碼產生的校驗序列；

步驟5、發送端將舊信息序列和對應于基礎矩陣前兩列的新信息序列作為打孔位處理，將剩余的碼字序列存入緩存器中；

其中，基礎矩陣指步驟3中的新信息序列對應的基礎矩陣；剩余的碼字序列指的是步驟4編碼得到的新碼字序列除去舊信息序列和對應于基礎矩陣前兩列的新信息序列；

步驟6、發送端根據信道條件和碼率要求選擇緩存器中一定長度的新碼字序列，再進行交織、調制、映射為主的操作后通過信道傳輸；

步驟7、接收端對接收到的信息進行解映射、解調、解交織為主的操作，再進行判決及序列拼接操作，輸出判決拼接后的新碼字序列，具體為：

7.1若為硬判決操作，則經硬判決恢復出步驟6發送的新碼字序列，并從緩存器中讀取舊碼字序列拼接于新碼字序列之前，得出判決拼接后的新碼字序列，跳至步驟8；

7.2若為軟判決操作，則經軟判決恢復出步驟6發送的新碼字序列的軟信息序列，并從緩存器中讀取舊碼字序列的軟信息序列拼接于新碼字序列的軟信息序列之前，得出判決拼接后的新碼字序列，跳至步驟8；

步驟8、接收端將步驟7輸出的新碼字序列對應的耦合擴展校驗矩陣部分和步驟1中傳輸失敗的舊信息序列在譯碼時使用的譯碼校驗矩陣進行適當的裁剪、拼接和補零處理，得到新譯碼校驗矩陣并進行譯碼，輸出譯碼后的新信息序列及舊信息序列；

其中，譯碼方式和步驟4中的編碼方式對應，可以是ldpc譯碼，也可以是其他類型編碼的譯碼；

步驟9、接收端經過步驟8譯碼后，對輸出的新信息序列和舊信息序列分別進行crc校驗，

若通過校驗則輸出校驗結果并給發送端發送ack應答；

若未通過校驗則根據步驟7中的判決方式，將相應序列存儲于緩存器中并發送nack以返回步驟6，原理同ir-harq；

其中，相應序列在硬判決時為7.1中恢復出的新碼字序列；在軟判決時為7.2中恢復出的新碼字序列的軟信息序列；

至此，經過步驟1到步驟9，實現了基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制。

有益效果

本發明提出的一種基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制，與傳統ir-harq機制相比，具有如下有益效果：

1.本發明在傳統ir-harq的基礎上為傳輸失敗的碼塊提供了額外的“補救”機會，提升了通信系統的可靠性；

2.本發明利用新傳輸碼塊的糾錯性能及重傳機會，對傳輸失敗的碼塊進行修復，可以降低arq重傳概率和系統傳輸時延，提升系統吞吐量；

3.本發明提出的機制僅在傳統ir-harq機制失敗時啟用，若接收端可以在最大重傳次數內成功譯碼，則不啟用此機制。故此機制對現有系統的改動較小，發明的實用性較強。

附圖說明

圖1是本發明及實施例1中基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制的流程圖；

圖2是本發明及實施例1中耦合擴展校驗矩陣生成過程的示意圖；

圖3是本發明及實施例1中新譯碼校驗矩陣的示意圖；

其中，圖1中實線框代表發送端進行的操作，虛線框代表接收端進行的操作；

圖3中粗實線框為新譯碼校驗矩陣，虛線框為相應的耦合擴展校驗矩陣。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明和詳細描述。

實施例1

本實施例詳細闡述了本發明提出的基于空間耦合的ldpc碼harq重傳機制在未能成功傳輸長度為800比特的信息序列u1的情況下具體實施時的過程。設定新傳的信息序列u2長度為800比特，u1和u2中均包含20比特的crc校驗信息，初傳碼率為2/3，基礎矩陣的大小為40×50，ldpc譯碼方式為最小和譯碼算法，harq最大重傳次數為4。其具體操作步驟如下：

步驟a、接收端將重傳四次但仍未通過crc校驗、長度為4000的碼字序列c1對應的軟信息序列y1＝[yu1yp1]儲存在緩存器中，其中yu1代表碼字序列信息位u1對應的軟信息，yp1代表其校驗位p1對應的軟信息，并向發送端發送nack；

步驟b、發送端根據新傳信息序列u2的長度得到擴展因子z＝800/(50－40)＝80，根據z得舊信息序列u1對應的耦合子基礎矩陣的列數kb1＝800/80＝10；

步驟c、構造大小為kb1×mb2＝40×10的耦合子基礎矩陣，并將其與大小為nb2×mb2＝40×50的新基礎矩陣合并，得到如圖2左上所示的耦合基礎矩陣hb-cp，再利用如圖2右上所示的80×80的置換矩陣p得到耦合擴展校驗矩陣hcp，圖2下為hcp的示意圖。可以看出(40*80)×(10*80)的耦合子矩陣對應于u1，(40*80)×(50*80)的新擴展校驗矩陣的前10*80＝800列對應于u2，后40*80＝3200列對應于新校驗位p2；

步驟d、利用耦合擴展校驗矩陣hcp對拼接的信息序列u＝[u1u2]進行編碼，得到新碼字序列c2＝[u1u2p2]；

步驟e、將u1的所有比特位和u2的前2*80＝160比特位作為打孔位，將剩余的碼字序列存入緩存器中；

步驟f、根據初傳碼率2/3，選擇緩存器中長度為800/(2/3)＝1200的比特序列(包含u2的后640位比特及p2的前560位比特)，在完成交織、調制、映射等操作后通過信道傳輸；

步驟g、接收端對接收到的信息進行相應的解映射、解調、解交織等操作，得到軟信息序列y2，再從緩存器中讀取序列y1，拼接得到序列y＝[y1y2]；

步驟h、將y2對應的耦合擴展校驗矩陣hcp的前560行、前800+800+560＝2160列與y1先前譯碼時使用的舊譯碼矩陣hdo進行裁剪、拼接和補零處理，得到新譯碼校驗矩陣hdn，并利用最小和譯碼算法進行譯碼。圖3為hdn的示意圖，由圖3可見，hdo的前800列和hcp的前800列對應于舊信息序列u1，hdo的后3200列對應于舊校驗序列p1，hcp的800～1600列對應于新信息序列u2，hcp的后560列對應于校驗序列p2的前560位；

步驟i、完成譯碼后對新舊序列分別進行crc校驗，若通過校驗則輸出譯碼結果并發送ack，若未通過校驗則將序列y2儲存于緩存器中并發送nack以返回步驟f重新選擇傳輸的比特序列，原理同ir-harq。

以上所述為本發明的較佳實施例而已，本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。