基于LDPC碼的多中繼HARQ系統研究

摘要 根據不同中繼節點(diǎn)建立的通信信道衰落特性的不同，利用中繼節點(diǎn)可增強無(wú)線(xiàn)信道空間分集，提高整個(gè)鏈路的傳輸性能。糾錯碼的使用可更有效地提高信道傳輸效率的特點(diǎn)。史中介紹了基于LDPC碼的多中繼HARQ系統模型，在不降低傳輸速率的條件下，可更高效地傳輸數據。利用Matlab仿真了不同中繼個(gè)數對系統平均誤碼率、吞吐量以及平均時(shí)延產(chǎn)生的不同影響，仿真結果表明，采用該系統模型可降低系統的平均誤碼率和平均時(shí)延，提高了系統的吞吐量。同時(shí)在碼長(cháng)較長(cháng)的情況下，采用LDPC碼的多中繼HARQ系統性能優(yōu)于采用Turbo碼的多中繼HARQ系統性能。
關(guān)鍵詞 中繼；LDPC碼；HARQ；平均誤碼率；吞吐量；平均時(shí)延

空間分集技術(shù)是一種抵抗信道中衰落影響的有效方法，利用多輸入多輸出(MIMO)天線(xiàn)技術(shù)能充分利用空域資源，大幅提高信道容量。然而實(shí)際中受到大小、成本或硬件等因素的限制，一個(gè)較小的移動(dòng)平臺較難設置多根天線(xiàn)。Sendonaris等人提出一種基于中繼信道模型的協(xié)作分集技術(shù)，使單天線(xiàn)的移動(dòng)終端也可實(shí)現空域分集。多中繼網(wǎng)絡(luò )中，各中繼相互協(xié)作可在無(wú)明顯改變骨干網(wǎng)絡(luò )結構的同時(shí)顯著(zhù)提高系統性能。在無(wú)線(xiàn)通信系統中，HARQ的差錯控制方案能夠在信道誤碼率較高的情況下，利用前向糾錯碼糾正盡可能多的錯誤，降低ARQ系統的重傳頻率，提高整個(gè)系統的性能。Turbo碼譯碼復雜度較高，且在碼長(cháng)較長(cháng)的情況下性能比LDPC碼差。文中研究基于LDPC碼的多中繼HARQ系統的性能，采用Matlab仿真不同中繼數目下對系統平均誤碼率，平均時(shí)延以及吞吐量的影響，并與基于Turbo碼的多中繼HARQ系統進(jìn)行比較。數據傳送給中繼節點(diǎn)，然后中繼節點(diǎn)再將數據傳送給目的節點(diǎn)，期間會(huì )經(jīng)過(guò)編碼和解碼過(guò)程。

1 系統模型
1．1 多中繼信道模型
系統模型如圖1所示。多中繼節點(diǎn)系統包含用戶(hù)節點(diǎn)S，目的節點(diǎn)D和中繼節點(diǎn)Ri。用戶(hù)先將數據傳送給中繼節點(diǎn)，然后中繼節點(diǎn)再將數據傳送給目的節點(diǎn)，期間將經(jīng)過(guò)編碼和解碼過(guò)程。

1．2 HARQ系統類(lèi)型
根據HARQ過(guò)程中重傳內容的不同，HARQ主要分為T(mén)ypeI HARQ、TypeⅡHARQ、TypeⅢHARQ 3種類(lèi)型：Type I HARQ是一種簡(jiǎn)單的ARQ和FEC的結合，發(fā)送數據塊進(jìn)行CRC編碼后再進(jìn)行FEC編碼，在接收端對接收數據進(jìn)行FEC譯碼后，CRC進(jìn)行校驗。如果數據出錯，則接收端通知發(fā)送端重傳，而錯誤的分組被丟棄；TypeⅡHARQ方案屬于增量冗余的HARQ方案，接收端CRC校驗發(fā)現錯誤時(shí)，錯誤分組被存在接收端的寄存器中，并向發(fā)送端發(fā)送重傳的控制消息，發(fā)送端重傳的信息不是前一次數據的簡(jiǎn)單重復，而是不同的增量冗余信息，重傳分組無(wú)法自解碼，接收端將重傳的增量冗余信息與寄存器中分組數據合并后再進(jìn)行譯碼，由于增加了新的冗余位信息幫組譯碼，因此糾錯能力增強，提高了系統性能；TypeⅢHARQ方案也屬于增量冗余方案，與TypeⅡHARQ相似，接收錯誤的數據包將保留，接收機將其存儲后與后續的重傳數據合并進(jìn)行解碼，TypeⅢHARQ重傳的數據包具有自解碼能力，重傳的數據包與初傳的數據包采用合并的方式獲得最大的譯碼增益。
1．3 LDPC碼
LDPC碼是校驗矩陣H中只有較少的元素為“1”，大部分元素都是“0”的一種線(xiàn)性分組碼。其具有較好的特點(diǎn)：譯碼復雜度低，在碼長(cháng)較長(cháng)的情況下性能較好，可逼近香農極限，適合理論研究和硬件實(shí)現。