一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制制造技术

本发明专利技术一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制，属于差错控制技术领域。接收端将传输失败的旧码序列储存在缓存器中，发送端构造耦合基础矩阵并生成耦合扩展校验矩阵，将传输失败的旧信息序列和即将传输的新信息序列拼接后进行编码得到新码字序列，再将新码字序列除去旧信息序列和新信息序列打孔位后存入缓存器，然后选择一定长度的码序列通过信道传输，接收端利用耦合扩展校验矩阵和旧译码校验矩阵，对接收到的码序列和缓存器中的旧码序列一起进行译码。本发明专利技术利用新传序列的纠错性能及重传机会修复传统IR‑HARQ机制下传输失败的序列，在提升通信系统可靠性的同时，能降低ARQ重传概率和系统时延，提升系统的吞吐量。

A HARQ retransmission mechanism for LDPC codes based on spatial coupling

The present invention relates to a HARQ retransmission mechanism based on spatial coupling for LDPC codes, which belongs to the field of error control technology. The receiving end of the transmission failure of the old code sequence stored in the buffer, the sender based construction of coupling matrix and generate coupling expansion check matrix, old information and new information transmission failure sequence sequence is transmitted after encoding new codeword sequence, the new sequence of code words to remove the old information and new information sequence sequence drilling bit into the buffer, and then select the code sequence of a certain length through the transmission channel, the receiver extended the parity check matrix and parity check matrix by coupling the old decoding, the received sequence and buffer the old code sequence with decoding. The new error correcting performance sequence and retransmission opportunity sequence transmission failure repair of traditional IR HARQ mechanism according to the invention, in improving the reliability of communication systems at the same time, ARQ can reduce the retransmission probability and system delay, improve the throughput of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制
本专利技术涉及一种LDPC码HARQ重传机制，特别涉及一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制，属于差错控制

技术介绍
在无线通信中，最常用的两种差错控制方式为前向纠错(ForwardErrorCorrection,FEC)编码和自动重传请求(AutomaticRepeatreQuest,ARQ)。FEC可以有效发现并纠正错误信息，但信息冗余度大，编码效率较低；ARQ技术编译码简单，易于实现，但信道条件差的情况下信息传送的连贯性较差。因此，大多数无线通信系统都将FEC和ARQ混合使用，即混合自动重传请求(HybirdAutomaticRepeatreQuest,HARQ)。在HARQ机制中，码字可以在一定范围内自动纠错，若超出了纠错能力范围，则要求发送端进行数据重传。LTE中的HARQ技术主要有软合并(ChaseCombing,CC)和增量冗余(IncrementalRedundancy,IR)两种实现方式。CC-HARQ中发送端重传的数据包与首传数据包完全相同，接收端先将原数据包与重传数据包进行软合并处理再进行译码；IR-HARQ中重传数据包含首传数据包所没有的增量冗余信息，接收端将增量冗余信息附加到原数据后再进行合并译码。5G同样要求支持这两种HARQ方式，且以IR-HARQ为主。相比LTE，5G对可靠性和实时性提出了更高的要求。5G要求支持0.1～1Gbps的用户体验速率、毫秒级的端到端时延以及<10-5的分组丢失率(某些极端场景下甚至要求<10-9)，追求人与人之间极致的通信质量。作为5G的三大应用场景之一，增强移动宽带(enhancedMobileBroadBand,eMBB)场景以LDPC码为业务数据信道编码方案，更是要求实现高数据传输速率、高可靠性、高系统容量以及高频谱效率等众多目标。尽管传统的IR-HARQ机制提高了码字的纠错能力，增加了系统吞吐量，但还是会存在多次重传后仍译码失败的情况。传统机制中若达到最大重传次数时仍未通过CRC校验，则判定该数据包丢失，需进行ARQ重发，会导致时延明显增加，影响用户体验速率。本专利技术的目的是致力于克服上述传统IR-HARQ机制无法在最大重传次数内完成正确译码时对系统可靠性和时延造成的影响，提出一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制。
技术实现思路
本专利技术针对上述传统IR-HARQ机制中存在的问题，提出了一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制。本专利技术应用于传统IR-HARQ机制失败的情况下，利用耦合扩展校验矩阵对传输失败的码块和即将传输的码块进行编译码，完成丢失数据包的修复工作，可以减少ARQ重发的次数，降低传输时延，提高系统的吞吐量和可靠性。一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制，通过以下步骤实现：步骤1、接收端将达到最大重传次数但未通过CRC校验的码字序列的信息存储在缓存器中，并向发送端发送NACK；其中，码字序列包括信息位和所有的校验位；若系统采用硬判决，则储存在缓存器中的信息为码字序列；若系统采用软判决，则储存在缓存器中的信息为码字序列的软信息序列；步骤2、发送端根据添加CRC校验信息后的新信息序列长度确定扩展因子的大小，并根据扩展因子的大小确定传输失败的旧信息序列对应的耦合子基础矩阵的列数；步骤3、发送端构造耦合子基础矩阵，并将耦合子基础矩阵与新信息序列对应的基础矩阵进行合并，得到编码所需的耦合基础矩阵，并利用扩展因子对其扩展，得到耦合扩展校验矩阵；其中，新信息序列是指步骤2中添加CRC校验信息后的新信息序列；步骤4、发送端将旧信息序列和新信息序列拼接起来，利用耦合扩展校验矩阵对其进行编码得到新码字序列；其中，旧信息序列指步骤1中传输失败的旧信息序列；编码可以是LDPC编码，也可以是其他类型的编码；其中，新码字序列包括旧信息序列、新信息序列和新校验序列；其中，新校验序列是对旧信息序列和新信息序列进行LDPC编码产生的校验序列；步骤5、发送端将旧信息序列和对应于基础矩阵前两列的新信息序列作为打孔位处理，将剩余的码字序列存入缓存器中；其中，基础矩阵指步骤3中的新信息序列对应的基础矩阵；剩余的码字序列指的是步骤4编码得到的新码字序列除去旧信息序列和对应于基础矩阵前两列的新信息序列；步骤6、发送端根据信道条件和码率要求选择缓存器中一定长度的新码字序列，再进行交织、调制、映射为主的操作后通过信道传输；步骤7、接收端对接收到的信息进行解映射、解调、解交织为主的操作，再进行判决及序列拼接操作，输出判决拼接后的新码字序列，具体为：7.1若为硬判决操作，则经硬判决恢复出步骤6发送的新码字序列，并从缓存器中读取旧码字序列拼接于新码字序列之前，得出判决拼接后的新码字序列，跳至步骤8；7.2若为软判决操作，则经软判决恢复出步骤6发送的新码字序列的软信息序列，并从缓存器中读取旧码字序列的软信息序列拼接于新码字序列的软信息序列之前，得出判决拼接后的新码字序列，跳至步骤8；步骤8、接收端将步骤7输出的新码字序列对应的耦合扩展校验矩阵部分和步骤1中传输失败的旧信息序列在译码时使用的译码校验矩阵进行适当的裁剪、拼接和补零处理，得到新译码校验矩阵并进行译码，输出译码后的新信息序列及旧信息序列；其中，译码方式和步骤4中的编码方式对应，可以是LDPC译码，也可以是其他类型编码的译码；步骤9、接收端经过步骤8译码后，对输出的新信息序列和旧信息序列分别进行CRC校验，若通过校验则输出校验结果并给发送端发送ACK应答；若未通过校验则根据步骤7中的判决方式，将相应序列存储于缓存器中并发送NACK以返回步骤6，原理同IR-HARQ；其中，相应序列在硬判决时为7.1中恢复出的新码字序列；在软判决时为7.2中恢复出的新码字序列的软信息序列；至此，经过步骤1到步骤9，实现了基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制。有益效果本专利技术提出的一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制，与传统IR-HARQ机制相比，具有如下有益效果：1.本专利技术在传统IR-HARQ的基础上为传输失败的码块提供了额外的“补救”机会，提升了通信系统的可靠性；2.本专利技术利用新传输码块的纠错性能及重传机会，对传输失败的码块进行修复，可以降低ARQ重传概率和系统传输时延，提升系统吞吐量；3.本专利技术提出的机制仅在传统IR-HARQ机制失败时启用，若接收端可以在最大重传次数内成功译码，则不启用此机制。故此机制对现有系统的改动较小，专利技术的实用性较强。附图说明图1是本专利技术及实施例1中基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制的流程图；图2是本专利技术及实施例1中耦合扩展校验矩阵生成过程的示意图；图3是本专利技术及实施例1中新译码校验矩阵的示意图；其中，图1中实线框代表发送端进行的操作，虚线框代表接收端进行的操作；图3中粗实线框为新译码校验矩阵，虚线框为相应的耦合扩展校验矩阵。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明和详细描述。实施例1本实施例详细阐述了本专利技术提出的基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制在未能成功传输长度为800比特的信息序列u1的情况下具体实施时的过程。设定新传的信息序列u2长度为800比特，u1和u2中均包含20比特的CRC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制，其特征在于：利用耦合扩展校验矩阵对传输失败的码块和即将传输的码块进行编译码，完成丢失数据包的修复工作，可以减少ARQ重发的次数，降低传输时延，提高系统的吞吐量和可靠性；通过以下步骤实现：步骤1、接收端将达到最大重传次数但未通过CRC校验的码字序列的信息存储在缓存器中，并向发送端发送NACK；步骤2、发送端根据添加CRC校验信息后的新信息序列长度确定扩展因子的大小，并根据扩展因子的大小确定传输失败的旧信息序列对应的耦合子基础矩阵的列数；步骤3、发送端构造耦合子基础矩阵，并将耦合子基础矩阵与新信息序列对应的基础矩阵进行合并，得到编码所需的耦合基础矩阵，并利用扩展因子对其扩展，得到耦合扩展校验矩阵；步骤4、发送端将旧信息序列和新信息序列拼接起来，利用耦合扩展校验矩阵对其进行编码得到新码字序列；步骤5、发送端将旧信息序列和对应于基础矩阵前两列的新信息序列作为打孔位处理，将剩余的码字序列存入缓存器中；步骤6、发送端根据信道条件和码率要求选择缓存器中一定长度的新码字序列，再进行交织、调制、映射为主的操作后通过信道传输；步骤7、接收端对接收到的信息进行解映射、解调、解交织为主的操作，再进行判决及序列拼接操作，输出判决拼接后的新码字序列；步骤8、接收端将步骤7输出的新码字序列对应的耦合扩展校验矩阵部分和步骤1中传输失败的旧信息序列在译码时使用的译码校验矩阵进行适当的裁剪、拼接和补零处理，得到新译码校验矩阵并进行译码，输出译码后的新信息序列及旧信息序列；步骤9、接收端经过步骤8译码后，对输出的新信息序列和旧信息序列分别进行CRC校验；若通过校验则输出校验结果并给发送端发送ACK应答；若未通过校验则根据步骤7中的判决方式，将相应序列存储于缓存器中并发送NACK以返回步骤6，原理同IR‑HARQ；至此，经过步骤1到步骤9，实现了基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制，其特征在于：利用耦合扩展校验矩阵对传输失败的码块和即将传输的码块进行编译码，完成丢失数据包的修复工作，可以减少ARQ重发的次数，降低传输时延，提高系统的吞吐量和可靠性；通过以下步骤实现：步骤1、接收端将达到最大重传次数但未通过CRC校验的码字序列的信息存储在缓存器中，并向发送端发送NACK；步骤2、发送端根据添加CRC校验信息后的新信息序列长度确定扩展因子的大小，并根据扩展因子的大小确定传输失败的旧信息序列对应的耦合子基础矩阵的列数；步骤3、发送端构造耦合子基础矩阵，并将耦合子基础矩阵与新信息序列对应的基础矩阵进行合并，得到编码所需的耦合基础矩阵，并利用扩展因子对其扩展，得到耦合扩展校验矩阵；步骤4、发送端将旧信息序列和新信息序列拼接起来，利用耦合扩展校验矩阵对其进行编码得到新码字序列；步骤5、发送端将旧信息序列和对应于基础矩阵前两列的新信息序列作为打孔位处理，将剩余的码字序列存入缓存器中；步骤6、发送端根据信道条件和码率要求选择缓存器中一定长度的新码字序列，再进行交织、调制、映射为主的操作后通过信道传输；步骤7、接收端对接收到的信息进行解映射、解调、解交织为主的操作，再进行判决及序列拼接操作，输出判决拼接后的新码字序列；步骤8、接收端将步骤7输出的新码字序列对应的耦合扩展校验矩阵部分和步骤1中传输失败的旧信息序列在译码时使用的译码校验矩阵进行适当的裁剪、拼接和补零处理，得到新译码校验矩阵并进行译码，输出译码后的新信息序列及旧信息序列；步骤9、接收端经过步骤8译码后，对输出的新信息序列和旧信息序列分别进行CRC校验；若通过校验则输出校验结果并给发送端发送ACK应答；若未通过校验则根据步骤7中的判决方式，将相应序列存储于缓存器中并发送NACK以返回步骤6，原理同IR-HARQ；至此，经过步骤1到步骤9，实现了基于空间耦合的LDPC码HARQ重传机制。2.根据权利要求1所述的一种基于空间耦合的LDPC码HA...

【专利技术属性】
技术研发人员：费泽松，贾岱，张竞文，黄靖轩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11