本發(fā)明涉及一種混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法，尤其涉及一種基于極化碼的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法，同時(shí)也涉及使用該方法的裝置，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)范圍的進(jìn)一步擴(kuò)展，物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集等各方面業(yè)務(wù)對(duì)通信的需求日益增長(zhǎng)，這些網(wǎng)絡(luò)具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)，因此對(duì)高效、低復(fù)雜度的短數(shù)據(jù)包信道編碼有著迫切的需求。

極化碼具有確定性的構(gòu)造方法，是第一種，也是已知的唯一一種被嚴(yán)格證明“達(dá)到”信道容量極限的信道編碼方法。根據(jù)arikan提出的信道極化理論，通過對(duì)信道w的n次的占用，能夠得到n個(gè)獨(dú)立的具有相同信道特性的二進(jìn)制離散無(wú)記憶信道。然后對(duì)這w個(gè)信道進(jìn)行信道變換，在各個(gè)獨(dú)立信道之間引入相關(guān)性，能夠得到一組具有前后依賴關(guān)系的極化信道。對(duì)足夠多個(gè)信道進(jìn)行信道變換后，即n足夠大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一部分極化信道的信道容量趨于1，其余信道趨于0。同時(shí)，容量為1的信道占全部信道的比例正好為原二進(jìn)制輸入離散信道的容量i(w)。

如圖1所示，bec(0.5)信道進(jìn)行信道變換后，各極化信道信道容量所占比例：左上n＝8，右上n＝32，左中n＝64，右中n＝128，左下n＝1024，右下n＝220＝1048576。

從圖1中可以直觀的看到，當(dāng)n較大時(shí)，極化信道的兩極化非常明顯，而在短碼的情況下，信道極化結(jié)果并不十分理想。

在傳感網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用場(chǎng)景中，由于傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)是非對(duì)稱的，因此混合自動(dòng)重傳(hybridautomaticrepeatrequest，簡(jiǎn)寫為harq)是一種可以采用的技術(shù)?；跇O化碼的harq方案成為實(shí)現(xiàn)低功耗短包傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。

混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求是一種將前向糾錯(cuò)編碼和自動(dòng)重傳請(qǐng)求相結(jié)合而形成的技術(shù)。harq的關(guān)鍵技術(shù)包括存儲(chǔ)、請(qǐng)求重傳、合并解調(diào)。接收方在解碼失敗的情況下，保存接收到的數(shù)據(jù)，并要求發(fā)送方重傳數(shù)據(jù)，接收方將重傳的數(shù)據(jù)和先前接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并后再解碼。

在單純的harq機(jī)制中，接收到的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包是直接被丟棄的。雖然這些錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包不能夠獨(dú)立地正確譯碼，但是它們依然包含有一定的信息。軟合并(chasecombine，簡(jiǎn)寫為cc)算法利用了這部分信息，即將接收到的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)包保存在存儲(chǔ)器中，與重傳的數(shù)據(jù)包合并在一起進(jìn)行譯碼，提高了傳輸效率，但軟合并算法只利用了傳輸分集增益，兩次傳輸合并能夠帶來(lái)3db的性能提升，并未考慮重傳與原始數(shù)據(jù)的編碼增益。在論文《polarcodedharqschemewithchasecombining》(刊載于proc.ieeewcnc，pp.474-479，2014)中，牛凱等人提出極化碼與harq結(jié)合時(shí)采用軟合并的方案。在該技術(shù)方案中，發(fā)送端每次重傳都是發(fā)送與初傳時(shí)相同的碼字，接收端則將新接收到的信號(hào)與之前接收到的信號(hào)軟合并，根據(jù)合并后的接收信號(hào)軟信息進(jìn)行譯碼。第一次和后續(xù)重傳的碼字的碼率均相同，合并譯碼后獲得了重傳的分集增益。該技術(shù)方案的算法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但性能上仍有繼續(xù)提升的空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題在于提供一種基于極化碼的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法。

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于提供一種使用上述混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法的裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：

一種基于極化碼的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法，包括如下步驟：

在發(fā)送失敗的情況下自動(dòng)發(fā)起重傳時(shí)，對(duì)一定碼率極化編碼的第一次傳輸比特序列進(jìn)行線性組合，得到第二次傳輸比特序列，

第二次傳輸比特序列的碼率低于所述第一次傳輸比特序列的所述碼率。

其中較優(yōu)地，所述線性組合是輪流依次逐一將第一次傳輸比特序列與組合前填充比特編碼的比特進(jìn)行線性組合。

其中較優(yōu)地，所述線性組合是輪流依次逐一將第一次傳輸比特序列與組合前填充比特編碼的比特進(jìn)行異或計(jì)算。

其中較優(yōu)地，所述組合前填充比特編碼是對(duì)固定比特的填充比特序列進(jìn)行極化編碼得到的。

其中較優(yōu)地，所述組合前填充比特編碼的碼率與所述第一次傳輸比特序列的編碼碼率相同。

其中較優(yōu)地，接收端從第二次接收到的比特信息序列以及第一次接收到的比特信息序列，進(jìn)行重新串行排序。

其中較優(yōu)地，所述串行排序是從第二次接收到的比特信息序列以及第一次接收到的比特信息序列中，輪流依次逐一取出比特信息，進(jìn)行重新排序。

一種使用上述混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法的裝置，包括：

線性組合單元，用于對(duì)第一次傳輸比特序列與填充比特序列的極化編碼進(jìn)行線性組合，得到第二次傳輸比特序列。

其中較優(yōu)地，還包括編碼器、harq控制器、和填充比特序列編碼器；

所述編碼器對(duì)信息序列進(jìn)行一定碼率的極化編碼，得到組合前編碼；

所述填充比特序列編碼器，用于構(gòu)造填充比特序列，并且對(duì)所述填充比特序列進(jìn)行所述碼率的極化編碼，得到組合前填充比特序列編碼。

本發(fā)明將第二次傳輸比特序列設(shè)為第一次傳輸比特序列的線性組合，第二次傳輸后，將兩次傳輸接收到的軟信息按照一定的方式串行組合，以更低碼率、更長(zhǎng)碼長(zhǎng)的極化碼譯碼，在獲得分集增益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)一定的編碼增益。本發(fā)明可以以類似的方式將重傳次數(shù)擴(kuò)展為n次。n次重傳后以碼率碼長(zhǎng)2ⁿn的極化碼譯碼，可以獲得更大的編碼增益和合并增益。同時(shí)，該方法編譯碼簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用于低成本，低復(fù)雜度的短包應(yīng)用場(chǎng)景。

附圖說(shuō)明

圖1為極化碼的特性示意圖；

圖2為極化碼與harq的傳輸示意圖；

圖3為發(fā)送端構(gòu)造碼率為的極化碼的示意圖；

圖4為本發(fā)明中，發(fā)送端重傳電路的示意圖；

圖5為本發(fā)明所提供的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法的性能仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)具體的說(shuō)明。

如圖2所示，發(fā)送端在發(fā)送信息序列時(shí)，首先對(duì)信息序列進(jìn)行一次極化編碼。第一次傳輸比特序列，即第一次傳輸信息序列編碼后的比特序列其中n為編碼后的碼長(zhǎng)。

將編碼后的碼字經(jīng)過信道發(fā)送給接收端，接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行信道譯碼，并且對(duì)譯碼結(jié)果進(jìn)行crc校驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過則通過反饋鏈路給發(fā)送端發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào)(ack)；否則發(fā)送一個(gè)非確認(rèn)信號(hào)(nack)。若發(fā)送端收到的是nack，則說(shuō)明接收端對(duì)信息序列接收失敗、需要再次發(fā)送，于是發(fā)送端再發(fā)送一次信號(hào)。接收端接收到后合并嘗試再次譯碼。

以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明實(shí)施例，其中，提供以下實(shí)施例是為了幫助對(duì)本發(fā)明的全面和透徹的理解，而不是對(duì)本發(fā)明做任何限制。

本發(fā)明可以以短碼極化碼與harq相結(jié)合的方式提升無(wú)線通信系統(tǒng)的性能，具體說(shuō)明如下：

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，假設(shè)發(fā)送端碼率r，信息比特?cái)?shù)為k，編碼后比特為n，最大傳輸次數(shù)為2，即最多重傳1次。按照極化碼原理，對(duì)信道進(jìn)行極化，選擇信道容量較大的前k個(gè)信道作為信息比特的傳輸信道，剩下n-k個(gè)信道用比特0填充。這樣，得到編碼前的信息序列

如圖2和圖3所示，發(fā)送端在發(fā)送信息序列時(shí)，首先對(duì)信息序列進(jìn)行一次極化編碼。此時(shí)，對(duì)混合有信息比特和固定比特的信息序列進(jìn)行碼率為r的極化編碼，得到第一次傳輸比特序列發(fā)送端將第一次傳輸比特序列，經(jīng)發(fā)送緩存，發(fā)送出去。

經(jīng)過信道傳輸，接收端接收到軟比特信息序列對(duì)其按照碼率為r(即，與發(fā)送端編碼碼率一致)的極化碼譯碼。接收端對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行信道譯碼后，進(jìn)一步對(duì)譯碼結(jié)果進(jìn)行crc校驗(yàn)。當(dāng)譯碼后crc校驗(yàn)正確，則接收端反饋發(fā)送確認(rèn)信號(hào)ack給發(fā)送端，發(fā)送端進(jìn)行新的信息序列的傳輸。當(dāng)譯碼后crc校驗(yàn)錯(cuò)誤，則接收端反饋非確認(rèn)信號(hào)nack給發(fā)送端。

若發(fā)送端收到的是非確認(rèn)信號(hào)nack，則說(shuō)明接收端對(duì)信息序列接收失敗，需要再次發(fā)送。于是發(fā)送端準(zhǔn)備重傳信息序列。

此時(shí)，發(fā)送端第二次傳輸比特序列記為第二次發(fā)送的序列為第一次發(fā)送序列的線性組合，即函數(shù)f(x)代表線性組合的方式，該線性組合方式可參見圖3。

下面參考圖3，詳細(xì)說(shuō)明第二次傳輸比特序列的構(gòu)造方式。

發(fā)送端對(duì)信息序列進(jìn)行碼率為r的極化編碼，得到組合前編碼(參考圖3)。這里可以直接用第一次傳輸時(shí)極化編碼后的第一次傳輸比特序列代替組合前編碼

同時(shí)，發(fā)送端對(duì)填充比特序列，例如n個(gè)0比特(對(duì)應(yīng)圖3中u1，u2……un)，也進(jìn)行碼率為r的極化編碼，得到組合前填充比特編碼用于第二次傳輸(參考圖3)。加入填充比特序列，是為了能和第一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)構(gòu)成新的碼率更低的極化碼?？梢岳斫?，填充比特序列一般都用全0填充，但也可以用其他比特填充，例如不全為0。

然后，發(fā)送端輪流依次逐一將組合前編碼與組合前填充比特編碼進(jìn)行異或計(jì)算，得到第二次傳輸比特序列換言之，如圖3所示，將組合前編碼中的第一個(gè)碼v2與組合前填充比特編碼中的第一個(gè)碼v1進(jìn)行異或計(jì)算，得到x1，然后將組合前編碼中的第二個(gè)碼v4與組合前填充比特編碼中的第一個(gè)碼v3進(jìn)行異或計(jì)算，得到x3，以此類推，得到組合前編碼中的第n個(gè)碼v2n與組合前填充比特編碼中的第n個(gè)碼v2n-1進(jìn)行異或計(jì)算，得到x2n-1，于是得到第二次傳輸比特序列

發(fā)送端發(fā)出第二次傳輸比特序列之后，經(jīng)過信道傳輸，接收端接收到軟比特信息序列在接收端的組合電路中，將第一次接收到的比特信息序列與第二次接收到的比特信息序列進(jìn)行組合。將和按照的方式組合，即從第二次接收到的比特信息序列以及第一次接收到的比特信息序列，輪流依次逐一取出比特信息，進(jìn)行重新排序。具體而言，首先從第二次接收到的比特信息序列中取出第一個(gè)比特y1，然后從第一次接收到的比特信息序列中取出第一個(gè)比特y2，再?gòu)牡诙谓邮盏降谋忍匦畔⑿蛄?imgfile="bda00008969048500000611.gif"wi="61"he="63"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>中取出第一個(gè)比特y3，然后從第一次接收到的比特信息序列中取出第一個(gè)比特y4，以此類推，組合成

換言之，是將和重新串行組合，從而得到2n個(gè)軟比特信息本實(shí)施例僅以串行組合為例進(jìn)行了說(shuō)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，還可以用其他方式實(shí)現(xiàn)和的線性組合。

在接收端，對(duì)組合后的比特信息(由2n個(gè)比特構(gòu)成)，可以按照碼率為的極化碼進(jìn)行解碼。因?yàn)榘l(fā)送端在重傳編碼時(shí)運(yùn)用了兩個(gè)碼率為r的極化碼，第二次傳輸?shù)男蛄惺怯傻谝淮蝹鬏斝蛄械木€性組合得到的，接收端譯碼時(shí)的比特信息的線性組合方式運(yùn)用了碼率為r的極化碼。并且極化碼具有這樣的特性：碼率為r的極化碼可以拆分為兩個(gè)碼率為2r的極化碼，所以比特信息可以采用碼率更低(碼率為)、碼長(zhǎng)更長(zhǎng)(碼長(zhǎng)為2n)的譯碼方式。

如圖3所示，發(fā)送端利用兩個(gè)碼率為r的極化碼編碼序列構(gòu)造出碼率為的極化碼編碼序列。

由于發(fā)送端第二次傳輸?shù)谋忍匦蛄袨?imgfile="bda0000896904850000072.gif"wi="438"he="71"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>是輪流依次逐一將組合前編碼與組合前填充比特編碼v1(2)、v2(2)……vn(2)進(jìn)行異或計(jì)算得到的，接收端將和按照的方式組合，并且以碼率為的極化碼譯碼，不僅獲得了分集增益，同時(shí)還獲得編碼增益。

合并后的譯碼算法仍然可以采用極化碼的譯碼算法。比如串行抵消譯碼算法和串行抵消列表譯碼算法。

在前一次傳輸(第一次傳輸)中選擇信道時(shí)，若極化碼的碼率為r，選擇k個(gè)信道容量大的信道(信道集合為sr)傳輸信息比特。本次傳輸(重傳)時(shí)，對(duì)于極化碼碼率為的極化碼，同樣選擇k個(gè)信道容量大的信道(信道集合為sr/2)傳輸信息比特。

但是在特殊情況下，重傳時(shí)選擇的k個(gè)信道與前一次傳輸中選擇的k個(gè)信道為不完全相同信道。那么，sr與sr/2中相同信道用于傳輸相同的信息比特。對(duì)于sr與sr/2中不相同信道，用s1表示在sr中的與sr/2不相同的信道，s1為sr的子集；用s2表示在sr/2中的與sr不相同的信道，s2為sr/2的子集。在s1和s2中對(duì)應(yīng)的信道傳輸相同的比特。

圖4為本發(fā)明中，發(fā)送端重傳電路的示意圖。參見圖4所示，發(fā)送端包括編碼器、harq控制器、填充比特序列編碼器和線性組合單元。

編碼器用于對(duì)信息序列進(jìn)行一次極化編碼。此時(shí)，對(duì)混合有信息比特和固定比特的信息序列進(jìn)行碼率為r的極化編碼，得到第一次傳輸比特序列

harq控制器用于在第一次傳輸出直接發(fā)送第一次傳輸比特序列；在發(fā)送失敗的情況下自動(dòng)發(fā)起重傳，將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送給線性組合單元。。

填充比特序列編碼器，用于構(gòu)造填充比特序列，并且對(duì)填充比特序列進(jìn)行碼率為r的極化編碼，得到組合前填充比特編碼(也可以是，第一次傳輸比特序列

線性組合單元用于輪流依次逐一將組合前編碼與組合前填充比特編碼的比特進(jìn)行異或計(jì)算，得到第二次傳輸比特序列并發(fā)送。

接收端收到發(fā)送端重傳的第二次接收到的比特序列后，采用常規(guī)軟合并電路，調(diào)取接收緩存中的第一次接收到的比特序列，進(jìn)行組合。

圖5為本發(fā)明所提供的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法的性能仿真圖。碼率為編碼后的碼長(zhǎng)為128比特。信道為高斯白噪聲信道。從圖5中可以看出，以10^-4的誤包率作為比較標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明所提供的方法比現(xiàn)有軟合并方法在性能上提升0.8db左右。同時(shí)，兩者編譯碼復(fù)雜度基本一致。由此可以看出，本發(fā)明所提供的方法，其極化碼重傳的誤碼率性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的簡(jiǎn)單重傳軟合并的方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提出了：對(duì)于碼率為r、碼長(zhǎng)為n的極化碼，第二次傳輸比特序列是第一次傳輸比特序列的線性組合，使得第一次傳輸比特序列與第二次傳輸比特序列一起構(gòu)成了碼率為碼長(zhǎng)為2n的極化碼。第二次傳輸譯碼時(shí)，以碼率為碼長(zhǎng)為2n的極化碼譯碼，性能優(yōu)于兩次碼率為r、碼長(zhǎng)為n的極化碼軟合并的性能，但是編譯碼算法復(fù)雜度基本不變。

在本發(fā)明中，可以以類似的方式將重傳次數(shù)擴(kuò)展為n次。n次重傳后以碼率碼長(zhǎng)2ⁿn的極化碼譯碼，獲得編碼增益和合并增益。

本發(fā)明將第二次傳輸比特序列設(shè)為第一次傳輸比特序列的線性組合，第二次傳輸后，將兩次傳輸接收到的軟信息按照一定的方式串行組合，以更低的碼率、更長(zhǎng)的碼長(zhǎng)的極化碼譯碼，獲得分集增益的同時(shí)，有一定的編碼增益。本發(fā)明可以以類似的方式將重傳次數(shù)擴(kuò)展為n次。n次重傳后以碼率碼長(zhǎng)2ⁿn的極化碼譯碼，可以獲得更大的編碼增益和合并增益。同時(shí)，該方法編譯碼簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，尤其適用于低成本、低復(fù)雜度的短包應(yīng)用場(chǎng)景。

上面對(duì)本發(fā)明所提供的基于極化碼的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求方法及其裝置進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見的改動(dòng)，都將構(gòu)成對(duì)本發(fā)明專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。