基于3GPP LTE 系统的HARQ 算法探究
1．引言
1.1 3GPP LTE 系统的介绍
随着现代移动通信技术的蓬勃发展,全球无线通信呈现出移动化、宽带化和IP 化的趋势,移动通信行业竞争日趋激烈。为了和WiMAX ,Wi2Fi 等新兴的无线宽带技术竞争,提高3G在新兴宽带无线接入市场的竞争力,3GPP 开始了UMTS 技术的长期演进(LongTermEvolution ,LTE) 技术的研究,以实现3G技术向B3G和4G的平滑过渡。3GPP 长期演进项目是关于UTRA和UTRAN 改进的项目,是近两年来3GPP 启动的最大的新技术研发项目,它的目标是更高的数据速率、更低的时延、改进的系统容量和覆盖范围,以及较低的成本。
根据3GPP LTE 项目的具体目标主要有:
(1) 支持1. 25MHz～20MHz 的带宽配置,并且支持对称和不对称的频谱分配。3GPP LTE系统支持1. 25MHz ,1. 6MHz ,2. 5MHz ,5MHz ,10MHz ,15MHz 和20MHz 的带宽设置。从而从技术上保证LTE 系统可以继续使用第三代移动通信系统的频谱。
(2) 提高小区边缘的比特率,增强3GPP LTE 系统的覆盖性能。这主要通过频分多址和小区间干扰抑制技术来实现。
(3) 系统性能方面: 实现峰值数据率上行50Mbps ,下行100Mbps。下行链路频谱效率(bitPsPHzPsite) 达到3GPP R6 中HSDPA 的3～4倍,上行链路频谱效率为HSUPA 的2～3倍。用户吞吐量方面,下行链路用户每兆赫吞吐量(C. D. F. 的5 %处) 为3GPP R6中HSDPA的2～3 倍,平均吞吐量为HSDPA 的3～4倍。上行链路(UE 单天线发射,Node B 双天线接收情况下) 用户每兆赫吞吐量为3GPP R6 中HSUPA 的2～3倍,平均吞吐量为HSUPA 的2～3倍。低时延要求: 出于对VoIP 和在线游戏的重视,LTE 对用户面延迟的要求较为严格,要求用户面内部单向传输时延低于5ms ,控制面从休眠状态到激活状态的迁移时间低于50ms ,从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。
(4) 取消电路交换,采用基于全分组的包交换。电路交换域的业务在包交换域实现,如采用VoIP 技术。
(5) 支持与现有3GPP 和非3GPP 系统的互操作且追求后向兼容。降低建网成本,实现从R6 的低成本演进。实现合理的终端复杂度、成本和耗电。
1.2 HARQ 技术的介绍
无线移动信道具有时变和多径导致的衰落特点，常有较高的误码率。一般地，采用前向纠错（FEC）和自动重传请求（ARQ）两种基本的差错控制方法以确保服务质量（QoS）。不过，虽然 FEC 方案有恒定的吞吐量和时延，但它不必要的开销却减少了吞吐量。同时，ARQ在误码率不是很高的时候可以得到理想的吞吐量，但它要产生可变时延，不宜于提供实时服务。为了克服两者的缺点，将这两种方法结合起来就产生了混合ARQ 方案（即HARQ）。
在这种方式下，发送端发送的码不仅能够被检测出错误，而且还具有一定的纠错能力。
接收端收到码序列以后，首先检验错误情况，如果在纠错码的纠错能力以内，就自动进行纠错。如果错误很多，超过了码的纠错能力，还是能检测出来，不过接收端会通过反馈信道，要求发端重新传送有错的那部分信息。由此可见，采用ARQ 之前，可以通过 FEC 改善差错率以达到减少重传次数的目的。因此，一方面FEC 能提供最大可能错误纠正，以避免 ARQ 的堆栈，另一方面 ARQ 可以弥补 FEC不能纠正的错误从而达到较低的误码率。
2．3GPP LTE系统中HARQ技术的实现方案
2.1 HARQ 的分类
按照时间的先后顺序，HARQ到目前为止一共分成三类，它们分别是：Ⅰ型HARQ、Ⅱ型HARQ和Ⅲ型HARQ。Ⅰ型HARQ又叫传统ARQ，其工作过程如下：接收端首先对数据包进行纠错，如果有错误不能纠错，就发送重传请求。同时，抛弃错误的数据包；重传时使用相同的前向纠错编码，也就是说冗余信息是一样的。Ⅱ型HARQ方案属于递增冗余（ImcrementalRedundancy）的ARQ机制，接收错误地数据包不会被丢弃，而是与重传冗余合并之后再进行解码。重传数据通常与第一次传输的数据不一样，它携带着新的冗余信息来帮组解码。新的冗余信息与先前收到的初次传输的信息一起形成了纠错能力更强的前向纠错码（码率降低），使错误率进一步降低。Ⅲ型HARQ方案也属于增量冗余（IR）机制。它与第二类HARQ相似，接收错误的数据包不会被丢弃，接收机将其存储起来，与后续的重传数据合并后进行解码。Ⅲ型HARQ与Ⅱ型HARQ不同的是，重传码字具有自解码能力，因此接收端可以直接从重传码字中解码恢复数据，也可以将出错重传码字与已有缓存的码字进行合并后解码。