基于3GPP LTE 系统的HARQ 算法探究(第3页)
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该算法是基于对分组码的译码算法不作改动的应用,对重传分组(或码字)作最大似然检测处理。计算机对高斯信道和瑞利信道分别作了模拟仿真,因为高斯信道能提供最佳的环境,而平坦瑞利衰落可以为RAKE 接收端提供最小分集,因而给出性能的上限。结果表明,在高斯噪声环境下,应用新的组合译码算法可使一次 ARQ 传输的平均分组传输次数有效减少,在信噪比为1dB时减少超过50%。在瑞利噪声环境下,效果虽不如高斯信道那么明显,并要以信噪比的提高为代价,如在信噪比为9dB 时也减少了50%。
3.1 新组合译码算法的思想
设信息分组为 P,其纠错编码为 C,经信道传输后的收端接收序列为 R,收端译码器输出码字为,输出分组为。记 P0为首传分组,P1,P2,…PM为M次重传分组,相应的传输码字为 C0,C1,… CM。
由于 ARQ 是在系统中提供的一项增值服务,组合算法不能对原物理层算法做出结构上的变动,因而组合算法是一个如何利用原无 ARQ 的纠错译码算法,并针对接受阵列做出关于 P0的最大似然译码。
在第一类 HARQ 中重传分组与首传分组相同,在第二、第三类 HARQ 中,重传分组可以与首传分组相同,也可以完全不同。下面首先分析重传分组与首传分组相同情形下的组合译码。
新的组合译码算法较好地克服了 Chase 组合方法的弱点,可以完全不依靠信噪比估计值,计算机模拟给出在 1dB 信噪比时比不用组合译码的 HARQ 传输次数减少一半。
3.2 新的组合译码算法的描述
改进型组合译码算法中发送端每次重传的数据帧与首传帧相同。记 R (m )是第m 次(m=0,1,2,…,M(M 为最大重传次数))同一经 CRC 校验和 Turbo 码编码后由信道传输的已编码信息帧, R (m)的 Turbo 码译码信息输出为U ( m) = Turbo_ D(R(m)),R 中对应信息符号构成子分组 R U,记组合译码输出为U,改进型组合译码算法描述如下。
3.3 新的组合译码算法的主程序流程图
3.4 新算法的仿真与结果分析
在这一节中,我们用 MATLAB模拟了 HARQ 系统,比较了采用改进型组合译码算法的混合自动重传请求(HARQ)和 Chase 组合译码算法的 HARQ 在高斯信道及瑞利衰落信道下的系统吞吐率。仿真结果证明改进型组合译码算法较之后者具有更佳的性能。
3.4.1 仿真模型
. 信源:产生 514bit 的随机序列。
. CRC 编码:CRC 码为 3GPP 建议的标准 CRC 码(生成多项式为x 16 +x1 2 +x5+1 )。
. Turbo 码:3GPP 建议,码率 R=1/3,生成矩阵g=[13,15]。编码后的帧长 N=1590。
?. 调制方式:BPSK? 信道:前向信道可选择高斯白噪声信道或瑞利平坦衰落信道。并设反向信道能够无误传输。
3.4.2 仿真过程
为验证新组合译码算法的性能,在应用 Matlab 仿真中考虑了没有组合译码的HARQ传输情形。模拟中的方式与参数选择如下
(1)Turbo 码为3GPP 建议标准(未打孔)Turbo 码。
(2)Turbo 码译码算法为修改后的MAX—LOG—MAP 的8 次迭代。
(3)CRC 码为3GPP 建议的标准CRC 码(生成多项式为x16+x12+x5+1)。
(4)Turbo 码长度N=530。
(5)信道为高斯信道和瑞利衰落信道。
(6)调制方式为BPSK。
(7)组合译码的距离量度为绝对值量度。
(8)组合译码的加权系数方案选择第二种方案。
(9)对同一分组信息为统计一次HARQ 传输的平均分组传输次数,进行30次传输。
(10)反馈信道的接收概率为0.97。
(11)最大重传次数:高斯信道M=7;瑞利信道M=10(不含首传)。
3.4.3 仿真主程序流程图
3.4.4 结果分析
仿真过程中假设反向信道可实现无误传输。同时设置最大重传次数为 9。并且重传时信道条件不变。得到Chase 组合译码与改进型组合译码在高斯信道下吞吐率仿真比较,Chase 组合译码与改进型组合译码在瑞利衰落信道下吞吐率仿真比较。
系统吞吐率随着 Eb/N0 的增加而提高。Eb/N0 在-5dB 以下和1dB 以上Chase 算法还是改进型组合译码算法的吞吐率趋同。而当Eb/N0 在-5dB~1dB 范围内时,采用改进型组合译码算法比传统 Chase 组合译码算法具有更高的系统吞吐率,可获得近 1dB的增益。
仿真结果表明,基于 HARQ 的改进型组合译码比传统的 Chase 组合译码算法在减少重传次数和提高系统吞吐率方面有更好的效果。同时改进型组合译码不需要做信道估计,在算法复杂度上也要比 IR 算法简单。从资源耗费来看,改进型组合译码算法和 CC 算法都需要在接收端维护至少能存放一帧数据的缓存器,但是在发送端,只需维护存放首传数据帧的缓存器。


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