（通信与信息系统专业论文）b3g无线通信系统中的混合自动重传请求（hybridarq）.pdf

北京邮电人学硕上学位论文 b 3 g 无线通信系统中的混合自动重传请求( h y b r i d - a r q ) 摘要 移动通信在经历了第一、二代技术的发展之后，将于今年开始第 三代移动通信( 3 g ) 网络的铺设。前两代移动通信系统主要针对的 是传统语音和低速率数据业务。而在第三代移动通信( 3 g ) 和后3 g ( b 3 g ) 移动通信系统中，图像、话音、数据相结合的多媒体业务和 高速率数据业务将超过传统的话音业务。因此，如何更好的支持话音、 图像和数据等业务以便信息更加准确的被接收，就成了移动通信领域 研究的重点。 在此背景下，本课题依托信息产业部电信研究院通信标准研究所 与华为技术有限公司北京研究所合作的“b 3 g 移动通信系统性能评估 和资源管理”项目，基于第三代合作伙伴( 3 g p p ) 组织提供的p h y s i c a l l a y e ra s p e c t sf o re v o l v e du t r a ) ) ( 3 g p p t r2 5 8 1 4 ) 技术文稿，研究 并设计实现了不同b 3 g 无线通信系统平台下的混合自动请求重传技 术( h y b r i d - a r q ，h a r o ) 。系统采用了c 和m a t l a b 作为实现语言， 基于w i n d o w so s 系统的技术平台。 课题的主要工作如下： 1 深入的研究了三种不同类型h a r q 机制，并对其优劣进行了综 合的评价； 2 h a r q 机制在3 g p p 和3 g p p 2 组织上的应用方式，并且对3 g p p 和3 g p p 2 组织所推行的l t e 和a i e 两种b 3 g 系统及其相应标准进行了 介绍； 3 h a r q 评估系统的总体设计方法，包括通信系统平台的架构和 系统平台参数； 4 完成在l t e 无线通信系统平台下的c h a s ec o m b i n i n g 和 i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y 方式的两种h a r q 机制的性能评估。 最后，作者对论文的工作进行总结。 关键词：混合自动重传后三代无线通信追加合并冗余递增合并 北京邮电人学硕l ：学位论文 a b s t r a c t t h eh y b r i d a r qt e c h n o l o g yi nt h eb e y o u n d3 r d g e n e r a t l 0 nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m a f t e rt h ef i r s ta n ds e c o n dg e n e r a t i o nd e v e l o p m e n t ，t h e 1 1 7 i i r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o nw i l lc o m et oo u rl i f ei nt h i sy e a r t h e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yb e f o r et h e3 r dg e n e r a t i o nm e a n l y f o c u s e do nt r a d i t i o n a lv o i c ea n dl o wr a t ed a t as e r v i c e i nt h e3 r d g e n e r a t i o na n dt h eb e y o n d3 r dg e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ，m u l t i m e d i as e r v i c ei n c l u d i n gp i c t u r e ，v o i c e ，d a t aa n do t h e rh i g h r a t ed a t as e r v i c ew i l lf a rm o r et h a nt r a d i t i o n a lv o i c es e r v i c e s o h o wc a n w ea d a p tt h ew i r e l e s sn e t w o r kt ot h en e wt y p et r a f f i cm o d e lb e c o m e st h e e m p h a s i so fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nr e s e a r c h i n g o nt h eb a c k g r o u n do ft h i s ，t h ed i s c u s s i n gq u e s t i o ni nt h i sp a p e rb a s e s o nt h ep r o j e c to fc h i n aa c a d e m yo ft e l e c o m m u n i c a t i o nr e s e a r c h ，n a m e d ”b 3 gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m e v a l u a t i o na n di t sr e s o u r c e m a n a g e m e n t ”a c c o r d i n gt ot h et e c h n i c a ld o c u m e n t ”p h y s i c a ll a y e r a s p e c t sf o re v o l v e du r i l a ”( 3 g p pt r 2 5 8 1 4 ) ，t h i sp a p e rs t u d i e sa n d r e a l i z e st h eh a r qt e c h n o l o g yi nt h eb 3 gw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m t h es i m u l a t i o np l a t f o r i l li sr e a l i z e db yc m 知。a ba n dm e a n l y b a s e do nt h ew i n d o w so s k e yw o r d s ：h y b r i d - a r q ，b 3 gc h a s ec o m b i n i n g ，i n c r e m e n t a l r e d u n d a n c y 北京邮电人学硕士学位论文 缩略语 英文缩写 3 g 3 g p p 3 g p f 2 u a r o h a g q f e c a m c f c s b e r m i m o h a r q - i h a r q i i h a r q - i l l r l c p d u i r l 1 f l 认r 0 r c p c l d p c u m t s t n f t p h 1 f r p v 0 口 v t q o s a c k 缩略语 英文全拼 3 r dg e n e r a t i o n 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j c c t 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pe r o j e c t2 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n a u t o m a t i cr e p e a tr e o u e s t h y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g f a s tc e ns e l e c t i o n b i te r r o rr a t e m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e - o u t p u t h y b r i d a r q - t y p e - i h y b r i d a r q t y p e i i h y b r i d a r q - t y p e i l l r a d i ol i n kc o n t r o l p r o t o c o ld a t au n i t i n c r e m e n t a lr e d u n d a n c y l a y e r l f a s th y b r i da u t o m a t i cr e p e a tr e q u e s t r a t ec o m p a t i b l ep u n c t u r e dc o n v o l u t i o n a lc o d e s l o w d e n s i t yp a r i t yc h e c k u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m t r a n s m i s s i o nt i m ei n t e r v a l f i l et r a n s p o r tp r o t o c o l h y p e rt e x tt r a n s p o r tp r o t o c o l v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c o l v i d e ot e l e p h o n y q u a l i t yo fs e r v i c e a c k n o w l e d g e m e n t 中文 第三代通信系统 第三代合作伙伴组织 第三代合作伙伴组织2 组 国际电信联盟 自动重传请求 混合自动重传请求 前向纠错 自适应调制编码 快速小区选择 误比特率 多输入多输出技术 i 型h a r q i i 型h a r q i i i 型h a r q 无线链路控制层 协议数据单元 递增冗余 物理层 快速混合a r q 截断卷积码 低密度校验码 全球移动通信系统 传输时隙 文件传输业务模型 超文本传输业务模型 i p 语音电话业务模型 可视电话业务模型 服务质量 确认应答 北京邮也大学硕上学位论文 缩略语 n a c k c q l f d d t d d i s d i s i h s d p a u e f b m a c d r c h b h e p d a l t n t b s d p c c h b l b d s i s 0 p r b r r p f n e g a t i v ea c k n o w l e d g e m e n t c h a n n e lq u a l i t yi n d i c a t i o n f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x t i m ed i v i s i o nd u p l e x i n t e r - s i t ed i s t a n c e i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e h i g hs p e e dd o w l i n kp a c k e ta c c e s s u s e re q u i p m e n t f u l ib u f f e r m e d i aa c c e s sc o n t r o l d i s t r i b u t e dr e s o u r c ec h a n n e l b l o c kh o p p i n g e n h a n c e dp a c k e td a t aa i ri n t e r f a c e t r a n s p o r tf o r a m ti n d i c a t o r t r a n s p o r tb l o c ks e t d e d i c a t e dp h y s i c a lc o n t r o lc h a n n e l b a l a n c e di n c o m p l e t eb l o c kd e s i g n s o f t i n p u ta n ds o f t - o u t p u t p h y s i c a lr e s o u r c eb l o c k s r o u n dr o b i n p r o p o r t i o n a lf a i r 否定应答 信道质量标识 频分双工 时分双工 站间距离 符号问干扰 高速下行分组接入技术 用户 满缓冲区业务 媒质接入控制层 分布式资源信道 频域选择性块资源信道 增强数据分组空中接口 传输格式标识符 传输块儿集 专用物理控制信道 均衡不完全的区组设计 软输入软输出 物理资源块 轮寻调度 比例公平调度 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：三耻日期：兰竺巧l 三业 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 皇耷 三王圣型 日期；迦工，f k 日期：鎏2 2 ：l ：f 里 北京邸咆大学硬j 二学位论文第一章引言 第一章引言 在通信领域中，无线通信无疑是所有通信方式中发展最迅速的通信方式。从 有线通信到无线通信的跨越，标志着人类社会的通信技术进入了一个更具有挑战 性的阶段。无线通信技术给人们的生活带来了便利、快捷，也为整个社会的生产 力的提高做出了不可磨灭的贡献。i l j 随着互联网及多媒体技术的快速发展，人们希望无线通信系统能够提供更加 丰富的业务，例如互联网接入、图像传送、视频点播、数据互传、实时电视节目 等数据或多媒体业务。对于运营商来说，则更希望下一代的通信系统能够更易于 加载各类新业务及融合新技术，而无需频繁地进行系统结构和设备的变动。1 2 j 目前，第三代移动通信系统的频带利用率和吞吐量都有一定的提高，但是同 理想的传输速率还有很大的差距，尤其是在数据有效、可靠的传输方面。由于移 动通信的信道状况十分恶劣，大尺度衰落、阴影效应和呼吸效应的存在都给数据 的可靠传输设置了障碍。所以，在新一代无线通信系统中我们需要有一种更加安 全可靠的传输方式，在保证数据安全性的同时提高无线通信中的数据传输速率。 混合自动请求重传技术( h y b r i d a r q ，n a r o ) 既是确保数据的可靠传输的关键技 术，也是本篇论文研究的重点。 1 13 g b 3 g 无线通信的发展现状 移动通信技术的发展经历了三个阶段，也就是业界所称的三代，第一代是模拟 的无线网络如a m p s 、t a c s 等，第二代是数字通信包括g s m 、c d m a 等。例第 一、二代蜂窝移动通信系统主要针对的是传统语音和低速率数据业务。第三代是 分组型的移动业务，图像、话音、数据相结合的多媒体业务和高速率数据业务将 超过传统的话音业务。因此现在的蜂窝移动通信系统不仅远远不能满足未来用户 的业务需求，而且随着用户数量的猛增，系统容量也将远远不能满足用户数的发 展需要。另外，随着“信息高速公路”的建成，公共陆地网传输的许多业务也将 与移动通信系统接口。 为适应人们对无线通信越来越高的要求，2 0 0 0 年1 0 月6 日国际电信联盟 ( 玎u ) 成立了i m t - 2 0 0 0a n db e y o n dt 作组，负责协调分布在欧洲、美洲、亚 洲等世界各地的无线通信技术研发机构和通信设备制造公司对新一代无线通信 技术的研究与标准化工作。中国通信标准化协会( c c s a ) 于2 0 0 4 年4 月成立 北京郎电丈学硕士学位论文第一章引言 了b 3 g 标准化工作组，正式启动新一代无线通信技术的标准化进程。新一代无 线通信系统不仅要适应用户数的增加，而且要适应多媒体的传输需求，包括通信 品质的要求。能够在容纳庞大用户的前提条件下，改善现有通信品质，达到高速 数据传输的要求。为此，各国研究机构都在投入大量的人力物力，致力于开发新 技术，并进行相应的标准化工作，相继针对新一代无线通信系统提出了自己的见 解。1 1 j 目前，3 g 的现行标准中最大速率还不能满足今后快速接入的需求，于是出 现了3 g p p 组织力推的3 g 长期演进( l o n g t e h ne v o l u t i o n ，l t e ) 和3 g p p 2 组 织力推的3 g 空中接1 ：3 演进( a i e ) 这两种后3 g 技术。【4 j 包括爱立信，摩托罗拉， 诺基亚在内的一些通信产品制造商都在研究b 3 g 中采用的h a r q 、自适应调制 编码技术( a d a p t i v em o d u l a t i o na n dc o d i n g ，a m c ) 、快速小区选择( f a s tc e l l s e l e c t i o n ，f c s ) 、多输入多输出( m u l t i p l e i n p u tm u l t i p l e o u t p u t ，m i m o ) 等技 术的建议。i s 】在这几项技术中，h a r o 是核心，因为分组数据业务要求无错传 输。同时h a r q 与a m c 是协同工作的，如果说a m c 是链路适应技术的“粗 调”，h a r q 则起到“精调”的作用。因为a m c 根据信道条件选择的调制编码 方案由于受时延等因素的影响是不精确的，实时性也不是很好，这就要通过 t t a r q 来补充和缓解。 6 1 h a r q 不仅会给我们带来更高的服务质量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 保证、 带来更加广泛的移动通信的业务种类，而且相信在不久的将来，还会有更多新的 通信技术利用h a r q 的优秀的性能。 1 2 课题研究内容 本课题依托于信产部电信研究院通信标准研究所与华为技术有限公司北京 研究所合作的“l t e 无线通信系统性能评估和资源管理”和信产部电信研究院 “a i e 无线通信系统性能评估”两个企业级重点项目，对h a l l o 技术进行了深 入的研究，并基于3 g p p 组织提供的有关b 3 g 无线通信系统的技术规范，研究 并设计实现了不同b 3 g 无线通信系统下的h a r q 技术的性能。该评估系统基于 w i n d o w so s 系统，采用c 和m a t l a b 作为实现的语言平台。 课题的主要工作如下： 1 深入的研究了三种不同类型的h a r q 机制：h y b r i d - a r q t y p e - i 、 h y b r i d a r q t y p e i i 和h v b r i d a r q t y p e i i i 。并对其优劣进行了综合的评价； 2 r l a r q 机制在3 g p p 和3 g p p 2 组织上的应用方式，包括协议体系，物理 信道、传输信道和逻辑信道间的映射关系，以及各个物理层在重传中的作用进行 北京龆电大擘硕 二学位论文 第一章引言 了深入的讨论： 3 对3 g p p 和3 g p p 2 组织所推行的l t e 和a i e 两种b 3 g 系统及其相应标 准进行了详尽的叙述； 4 h a r q 评估系统的总体设计方法，包括通信系统平台的架构，通信系统 平台优于其他系统平台之处； 5 确定了本课题所研究的系统平台参数； 6 完成在h a r q 性能评估系统平台下的c h a s ec o m b i n i n g 和i n c r e m e n t a l r e d u n d a n c y 方式的两种h a r q 机制的性能评估。 1 3 论文的组织结构 论文的详细组织结构如下： 第一章介绍了无线通信系统中的h a r q 机制的研究背景、发展现状以及国内 外最新的研究动态，并讨论了b 3 g 系统中所应用的各项新技术对于无线通信业 发展的意义，最后概述了论文的工作和框架结构； 第二章研究了无线通信中的各种差错控制技术。并对于差错控制技术中的 h a r q 技术的基本类型和相应的算法实现进行系统的介绍，对h a r q 技术在实 际工程设计规划中的应用方式也进行了较深入的讨论； 第三章从宏观上概括的介绍了本课题所完成的工作，给出总体设计框架，评 估平台的优点，并从设计和实现的角度讲述了仿真平台物理层技术，给出了 h a r q 性能仿真参数。 第四章主要陈述了搭建仿真平台的背景，和在平台实现过程中遇到的一些困 难和解决方法； 第五章以3 g p p 组织推行的l t e 上行系统为系统平台，在系统中分别运用了 h a r qc c 和h a r qi r 两种方案，提供了相应性能仿真结果，并对性能进行了 分析。最后对论文的全部工作进行了总结。 北京邮电大学硕i 学位论文 第二章 混合自动萤传清求( h y b r i d - a r o ) 第二章混合自动重传请求( h y b r i d a r q ) 2 1 差错控制技术 目前的差错控制技术主要有前向纠错( f e c ) 、检错加自动重传( a r 0 ) 和混合自 动重传( h a r q ) 三种。吲 2 1 1 前向纠错( 嘲 在数字移动通信系统中，f e c 是一种解决功率受限问题的最有效的技术之 一。f e c 的原理是：为信息位加上纠错冗余。在接收端，用冗余部分来重构原始 信息。在无线移动通信环境中，利用f e c 可以降低系统对解调门限( e b n o ) 的 要求，而不需要更宽的带宽。利用f e c 技术，在低e b n o 条件下，仍然可以做 到一次成功接收解调数据分组。该技术通过分组编码和卷积编码来实现。由于 f e c 没有反馈信息，所以协议具有良好的可扩展性。f e c 采用的是种“事先 避免”的策略，事后即使仍有丢包，也不再重传。所以，纯粹的f e c 技术不能 保证完全正确的发送。此外，f e c 还有以下缺陷：编码解码增加了计算的开销 和复杂性，在丢包率很高的情况下，性能明显下降；只适合一次发送个数据块 的应用；整体性能仍受制于丢包最严重的接收者等。【8 j 由此可知，在无线通信系统的恶劣信道状况下，单独使用f e c 做为差错控制 技术并不是一个很好的选择。 北京邮电人学硕j 二学位论文第- - - 2 混合自动重传请求( h y b d d - a r o ) 2 1 2 自动重传请求( a r q ) a r o 将错误码的检测和重发请求结合起来。当误比特率( b i t e r r o r r a t e ，b e r ) 较低时，a l t o 控制机制性能比较优异，信道的吞吐率可以十分接近传输体制所 决定的最大值。相反，当传播问题( 如衰落和阴影效应) 使信道质量恶化时，分 组码不断出错，有效传输速率就会由于重发请求增多而急剧下降。a r q 机制中， 重发请求分为正向应答和反向应答两种。正向应答系统是指，发射机要等待来自 接收机的正确接收确认信息后才继续发送数据分组：反向应答系统则是在收到接 收机的明确重传请求后，才重新发送数据。由于正向应答系统的吞吐率较低，在 实际中，大部a r q 系统都采用反向应答机制。 a r q 方式的主要优点有：只需要少量的冗余码元( 一般为总码元数目的 5 - 2 0 ) 就能获得极低的输出误码率，可靠性高：要求使用的检错码基本上与 信道的差错统计特性无关，也就是说，对各种信道的不同差错特性，有一定自适 应能力；其检错译码器与前向纠错法中的纠错译码器相比，成本和复杂性均低得 多。但是由于需要反向信道，故不能用于单向传输系统，也难以用于广播( 一发 多收1 系统，并且实现重发控制比较复杂；当信道干扰增大时，整个系统可能处 于重发循环中，因而通信效率降低，不适宜提供实时服务。 表2 - 1f e e 和a r o 性能比较嗍 e r r o rc o n t r o lt e c h n i q u e r e d u n d a n c y r e l i a b i l i t y r e v e l s el i n kc h a n n e l e f f i c i e n c y r e a l - t h - n e t r a n s m i tv e l o c i t y c o m p l e x i t y e x p e n d i t u r e a r q 5 2 0 h j g h y l o w p o o r d a t a r a t e l o w l o w f e c 1 0 0 2 0 0 l o w n h i g h g o o d = d a l a r a t e h i g h h i g i i a r q 技术弥补了f e c 技术需要大量的冗余校验码元的缺点，但还是不能够 完全适用于无线通信系统。 北京邮电大学硕j ：学位论文第二章 混合自动萝传请求( h y b r i d a r o ) 2 1 3 混合自动重传请求( t l a r q ) h a r o 技术是f e c 技术和a r q 技术的结合。在h a r o 方式中，发端发送 的码不仅能够检错，而且还具有一定的纠错能力。收端译码器收到码字后，首先 进行错误校验，如果在码的纠错能力以内，则自动完成纠错，如果错误很多，超 过了码的纠错能力，但能检测出来，则接收端通过反馈信道给发送端发一个判决 信号，要求发送端重发错误的数据包。这种差错控制技术在一定程度上避免了 f e c 方式需要复杂的译码设备和a r q 方式信息连贯性差的缺点，并能使整个 通信系统的误码率很低，因此这种方式近年来发展很快，特别是在卫星通信和无 线通信中得到了较广泛的应用。 概括的说，m 讯q 系统就是在a r q 系统中引入了一个f e c 子系统。在信道 中传输的数据分组不但能够检错，而且自身具有一定的纠错能力。这个f e c 子 系统就是用来纠正部分传输错误，以减少通信系统的重传次数。 2 2h a r q 的基本类型及算法实现 2 2 1i i a r q 的基本类型 根据混合自动重传机制的重传内容不同，h a r q 分为三类：l 型h a r q ( h y b r i d a r o t y p e i ，h a r 0 i ) 、1 1 型h a r q ( h v b r i d a r q - t y p e i i 。h a r 0 - i i ) 和i l l 型r a r o ( h y b r i d a r q t y p e i i i ，h a r q i i i ) 。 i 型出讯q 又叫传统的a r q ，在l 型h a r q 中，发送的码字都是可以进行 独立译码的完整码字，接收端首先对码字译码，若错误图样超出纠错能力，则要 求重传，重传时使用相同的前向纠错编码，也就是说冗余信息是相同的。对于这 种简单的h a r 0t y p e i 方案，数据被加以c r c 并用f e c 编码。在接收端解码 f e c 并用c r c 监测分组质量。如果分组有误，需要一个协议数据单元( r l c p d u ) 重传，而错误的分组被丢弃，重传分组采用与前一次相同的编码。 i i 型h a r q 方案属于递增冗余( 蛔e m e n t a lr e d u n d a n c y ，i r ) 的h a r q 机 制。l i 型h a r o 又称为h a r qw i t hf u l li r 。在递增冗余的a r q 中，接收错误 的数据包不会被丢弃，而是与重传的数据包进行合并，重传数据包携带着更多新 的冗余信息，这些信息使两次传输的合并数据包具有更强的前向纠错能力，使错 误率进一步降低。图2 2 是一个i l 型h a r o 实现方案： 北京邮电大学硕上学位论文第二章 混合自动醇传请求( h 帅r i d a r q ) c o d e w o r dc l c o d e w o r dc 0 ， 1 kb i t l - kb i t l b l t ，_ 1 ，- l 1 ，_ 1 i 二 二二 口 二二二二二二 p ( z ) 图2 - 2i t 型h a r q 缡码结构示例m 码字c 0 为( l ，k ) 检错码，码字c 1 为( 2 l ，l ) 的纠错码。c 0 和c l 均可 成为冗余版本。发送端第一次发送数据i ( 即c 0 ) ，通过校验如果发现数据有 误，请求重传。重传分组p ( i ) 被发送，接收端将接收到了p ( 1 ) 和先前的i 合并 ( 构成c 1 ) ，并对c l 迸行译码，p ( i ) 与i 不同。如果仍然不能够正确译码，再 发送其他冗余版本。 i i i 型h a r q 方案也属于m 机制。它与i i 型h a r q 相似，接收错误的数据 包不丢失，接收机将其存储起来与后续的重传数据合并后进行译码。所不同的是， 型h a r q 在重传数据分组中不包含系统比特，因而不能够自解码。一旦系统 的干扰较大，对第一次传输的数据破坏非常严重，那么无论重传多少次冗余信息 也无济于将系统比特正确译出。i 型h a r q 则在重传的数据分组中包含系统比 特，具有自解码能力。因此接收端可以直接从重传数据中解码恢复数据。另外， 根据重传的冗余版本不同，i l l 型h a r q 又可以进一步分为两种：一种是只有一 个冗余版本的i l i 型h a r q ，各次重传版本均与第一次传输相同 ( c h a s e c o m b i n i n g )。另一种是具有多个冗余版本的i 型h a r q ，各次重传版本均与 第一次传输不同( h a r ow i t hp a r t i a li r ) 。 9 1 2 2 2 编码冗余版本的生成 应用于h a r q 系统中的t u r b o 编码器是由两个并联的码率为i 3 的系统递归 卷积编码器组成的，见图2 3 ： 北京邮电大学硕l 学位论文 第二章 混合自动重传请求( h y b r i d a r q ) x = ( x j b 一) l d a t a一 垫到 - p u n ( 了u 剐口屺 l 商赢 a r c u i t x k ( f x 。x 乙) 一誊 m w d 自n 一 图2 - 3t u r b o 编码器框图【1 川 f b l o c ks e k c = t 对应每个输入数据流，有六个输出数据流形成，所以进入打孔系统前的t u r b o 码的码率为1 6 。我们假设输入的数据流本身为x ，由第一个卷积编码器生成两 个校验数据流y 1 和y 2 ，将输入数据流x 进行长度为n 的交织得到x ，由第 二个交织器生成校验流z 1 和z 2 。在初步的编码完成后，打孔电路将校验比特进 行打孔以形成不同码率的纠错码。例如：r = 1 2 的交替校验比特纠错码可以经 过打孔形成为x ，y 1 ，x ，z 2 ，x ，y 1 ，。 m 拭q i 的打孔图样可以用下面的两个矩阵来描述： 只_ 11 0o 00 00 o0 0 o 11 10 0 0 0 0 00 00 11 0 0 0 0 00 01 00 p 2 - 11 0 0 0o 00 00 00 l1 0 o 1o 0 0 0o 0o 11 0o 0o 00 00 01 其中，p 1 = x ，x b ，x c ，y l c ，x d , x e ，x f , z 1 f ，p 2 = x ，x n ，) ( c ，y 2 c ，x d , x e ，x f , z 2 f 每6 个信息比特为一组，传输次数为奇数时，应用p 1 的校验图样；传输次数 为偶数时，应用p 2 的校验图样。最开始传输数据的一次，码率为3 4 。当出错重 传时，码率变为3 5 。 北京邮电人学硕l 学位论文第二章 混台自动重传请求( h y b r i d a r o ) h a r q i i 的打孔图样为： 日一 11 0o 0 o 00 0 0 o o 11 10 0 0 0 0 o o o 0 11 0 0 o0 0 0 01 0 0 昱t 0 0 1o 01 0 o 0 0 o o o0 0 0 01 0 0 l0 lo 0 0 1o 0o o 0 01 o1 只- 00 00 o 0 o 0 10 ol 0 0 lo l0 00 0 o ol 0 0 01 01 00 10 o o 在码率为3 4 的f u l li r 机制下，第一次传输时会应用校验图样p 1 = fx a , x b ，x c , y i o x d x e ，xf z l f ，在第二次传输时( 第一次重传) ，将传输下面的一组 校验图样p 2 = y l a ，y2 a z 1 c ，z 2 c ，y m y l e ，z lf ，z 扭) ，在第三次传输时，采用 另一组校验图样p 3 = z 1 a ，z 2 a ，y 1 c ，y 2 c ，z2 d ，z 1 e ，y l f ，y 2 f ，接下来将这些序 列重复传输。 i - i a r q i 和c h a s ec o m b i n i n g ( h a r q 1 1 1 ) 采用的是单冗余版本，h a r qw i t h f u l ii r ( m 螺q ) 采用的是不可自解码的多冗余版本，h a r qw i t hp a r t i a li r ( m 讯q 1 i d 采用的是可自解码的多冗余版本。在具体实现中，各类h a r q 码 合并的位簧有所不同。在多冗余版本的码合并中，由于前后两个版本所包含的比 特不同，故在解速率匹配，即确定每比特的位置后才能进行码合并。而单冗余版 本机制中，由于重传数据和首次发送的数据相同，只要经过匹配滤波器的处理， 调整好相位即可进行码合并。所以码合并的位置可为解调制前、解调制后、t u r b o 译码后。根掘码合并的相关理论，码合并的位置越靠前，相关处理所造成的信息 越少，码合并增益越高。通常，h a r qw i t hf u l li r 、h a r qw i t hp a r t i a li r 和c h a s e c o m b i n i n g 三种码合并是在速率匹配后，译码前进行的。 三类t t a a q 冗余版本的选取和码合并的位置的不同将会导致各类h a r q 的 实现方案各不相同。 2 3h a r q 的应用方式 本节主要介绍h a r q 在3 g p p 和3 g p p 2 组织中的具体应用。在3 g p p 3 g p p 2 组织中，主要采用i i 型h a r q 和1 1 1 型h a r q ，重传方式从层次上来说可以分为 在r l c 上的重传和在物理层( l a y e r1 ，l 1 ) 上的重传。由于层次关系不同，涉 及到的等次也不相同，所需采用的处理方法也有所差异，下面分别叙述。1 1 1 l 北京邮电人学硕上学位论文第二章 混台自动垂传请求( h y b r i d a r o ) 2 3 ii u 层上重传 r l c 层重传协议是现有r l c 传输协议的补充，它涉及层2 和层3 的操作。 r l c 层发生重传，主要是由于数据包在物理层经过一定次数的重传之后，并没 能够正确译码，因此在对一些高q o s 要求用户服务时，则需要r l c 层的重传。 1 协议体系 先介绍一下i i ，i i i 型r a r q 中的各种功能在u e 、n o d eb 、控制r n c ( c r n q 、 移位r n c ( d r n c ) 和服务r n c ( s r n c ) 上的实现方式。i i ，i 型h a r q 的功能实现 主要依靠：发射缓存、h a r q 版本设定参数、接收软判决缓存、r l c s d u ( 服务 数据单元) 重组接收缓存和合并重发功能。发射缓存主要用来暂存可能需要重发 的数据，存在于发送端。h a r q 版本设定参数主要包括h a r 0 类型、重传版本 号和重传最大次数等信息。接收软判决缓存位于接收端，用于缓存原始信息和重 传信息合并后的信息。r l c - s d u 重组接收缓存，将r l c - p d u ( 协议数据单元) 重 新组成r l c s d u 。合并重发功能主要是将重传信息与以前收到但无法正确译码 的信息进行软合并( c o m b i n i n g ) ，再次进行译码得到正确信息。【1 2 】 表2 - 2 上行链路h a r q 功能实现的层次描述 u en o d e b c r n c ，d r n c s r n c 发送缓存 r l c ) c 余版奉参数设定 r l c 合并信息缓存 l a y w l 季组r l o s d u 接收缓存r l c 合井重发 l a y e r l 表2 - 3 下行链路l - b 幔o 功能实现的层次描述 u en o d e b c r n c ，d r n c s r n c 发送缓存r l c 冗余版奉参数设定r l c 合并信息缓存 l a y e r l 重组r l c s d u 接收缓存r l c 合并重发l a y w l 通过表2 2 和2 3 ，我们可以看出i i i 型的h a r q 功能中的主要部分是在物 理层实现的。这就需要在m a c 层和物理层之间的接口有所变动。因为i i ，i i l 型 h a r q 用于存储冗余版本号和是否有重传数据合并等边信息作为用户数据的补 充信息，也需要在m a c 层和l a y e r1 之间传输。 北京邮电大学硕e 学位论文第二章混合自动重传请求( h y b r i d - a r q ) 没有应用型和i i i 型h a r q 功能时，在发送端，数据从m a c 层到l a y e r 1 的传输是由p h y - d a t a r e q 原语控制的，该原语主要传送传输格式标识符 ( t r a n s p o r tf o r a m ti n d i c a t o r ，1 h ) 和传输块儿集( t r a n s p o r tb l o c ks e t ，t b s ) 这两个参数。在接收端，从l a y e r1 到m a c 层，通过p h y - d a t a i n d 原语传递 参数1 h 、t b s 和c r c 结果。在接收端，没有相应的指示原语从m a c 层到l a y e r 1 。这表明，如果m a c 层和和物理层的接口部分没有较大的改动，所有必要的 i i i i i 型 l r q 操作所需的边信息( 如p d u 序列号和冗余版本) 必须在发送端 传送到l a y e r l 。 为了实现n 型h a r q 和i 型h a r q 的功能，物理层需要一些额外的边信 息，如序列号，冗余版本和逻辑信道标识，这些边信息在发送端需要加入到 p h y - d a t a r e q 原语中，在接收端则要加入到p h y - d a t a - i n d 原语中。 边信息是在r l c 的控制下设定的。从r l c 到m a c 和l a y e r l 的用户数据和 边信息需要并行传输，见图2 - 4 。 u - p l a n e d a t a i ei y r p , a n u - p l a n e d a t a p h a s i c a lc h a n n e lc a r r y i n gd a t aa n dh r 0 t y p ei i i i is i d ei n f o r m a t i o n 图2 - 41 1 i l l 型h a r q 协议栈【1 2 j h a r q t y p e i i h a r q t y p e l i i 的边信息和用户数据在层2 和层3 之间的传输有 两种不同的模型。 a 型：在r l c 和m a c 之间用同一个逻辑信道传输用户数据和边信息，在 m a c 和l a y e r1 间用同一传输信道传输用户数据和边信息； b 型：在r l c 和m a c 问用两个不同的逻辑信道传输用户数据和