HARQ技術(混合自動請求重傳技術)

摘 要:本次論文將以3G(第三代移動通信系統)PP(是一個成立于1998年12月的標準化機構)的HSDPA(表示高速下行分組接入技術)技術為例，進述速率理論上可以達到10Mbit／s(兆比特每秒表示數據傳輸速率)的高速下行數據傳輸技術。在HSDPA(表示高速下行分組接入技術)中，為了支持高速數據用戶的支持，使用了一種新的共享信道，HS-DSCH(傳輸信道，用于高速下行分組接入技術)高速下行共享信道。

在HSDPA(表示高速下行分組接入技術)中，為了使傳輸數據速率更高并支持多種非對稱業務，提出了增強型下行共享信道(HS-DSCH(表示高速下行分組接入技術)的概念。本文重點講述了混合自動請求重傳技術的原理并對此進行了研究。

關鍵詞:混合自動請求重傳HSDPA(表示高速下行分組接入技術)

中圖分類號:TN921文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(c)-0010-02

第一代模擬移動通信系統和第二代數字系統都是有支持語音通信和有限的數據通信能力。而第一代的目標是提供寬帶范圍的服務，除了一些與移動有關的信息外，大部分是ISDN(綜合業務數字網，是一個數字電話網絡國際標準)業務的無線擴展，服務質量達到有線網的近似水平。

第三代網絡主要集中在服務質量、系統容量、個人和終端的移動性等方面。系統的容量通過使用更小的小區和地理上有序的頻率通道再使用來改善。第三代系統將按照不同的運行環境使用不同的小區結構。小區的結構從常規的微小區到室內的微微小區。

第三代系統的計劃比現有的以話音為主、基于微蜂窩的系統要復雜得多，需要更先進、更智能化的網絡環境。

第三代無線技術旨在提供接近有線質量的無線話音業務，而且可以支持普通多媒體和高速數據應用所需的數據和容量。3G技術將支持基于位置的業務、導航、緊急援助和其他先進業務。業內設計人員還預見，3G系統將使用戶可以按自己的要求設置語音信箱、呼叫屏蔽、話音質量及其他業務。向3G的演進將使無線本地環路能夠接入PSTN(公共交換電話網絡)和公用數據網絡，同時提供對應用和網絡資源的更有效控制。此外它還將打開通向全球漫游、業務移動、基于地區的ID(身份標識號碼)和記費以及全球無線接入等業務的大門，3G技術甚至有可能支持與衛星的無縫互通。

1WCDMA(寬帶碼分多址)

WCDMA標準主要由歐洲ETSI(歐洲電信標準化層)于GSM-MAP(GSM領域)，同時通過網絡擴展方式提供在基于ANSI-4l的核心網上運行的能力。

WCDMA系統支持寬帶業務，可有效支持電路交換業務、分組交換業務。靈活的無線協議可在一個載波內對同一用戶同時支持話音、數據和多媒體業務，通過透明或非透明傳輸塊來支持實時、非實時業務。業務質量可通過延遲、誤比特率和誤貞率等參數進行調整。

WCDMA采用DS-CDMA多址方式，碼片速率是3.84Mchip／s，載波帶寬5MHz。系統不采用GPS精確定時，不同基站可選擇同步和不同步兩種方式，可以不受GPS系統的限制。在反向信道上，采用導頻符號相干TAKE接收的方式，解決了CDMA中反向信道容量受限的問題。

WCDMA采用精確的功率控制方式，包括基于SIR的快速閉環、開環和外環三種方式。功率控制速率為1500次／秒，控制步長0.25～4dB可變，可有效滿足抵抗衰落的要求。

WCDMA還可采用一些先進的技術，如自適應天線、多用戶檢測、分集接收和分層式小區結構等來提高整個系統的性能。

美國TIA TR45．5向ITU提出的RTT方案稱為CDMA2000，其核心是由朗訊摩托羅拉、北方電訊和高通聯合提出的寬帶CDMAOne技術。CDMA2000的一個主要特點是與現有的TIA／EIA一95一B標準后向兼容，并可與IS一95B系統的頻段共享或重疊，這樣就使CDMA2000系統可在Is．95B系統的基礎上平滑的過度、擴展，并保護已有的投資。

CDMA2000采用的功率控制有開環、閉環和外環3種方式，速率為800次／秒。CDMA2000還可采用輔助導頻、正交分集和多載波分集技術來提高系統的性能。

由于載波間可以重疊，頻譜利用率較高，CDMA2000提供了多載波方案。

時分同步碼分多址(TD-SCDMA)是第三代無線通信業務的中國標準，它與UMTS和IMT-2000的建議完全一致。

而TS-SCDMA制式被設計為不管是對稱還是非對稱業務，都能顯示出最佳性能的系統。因此，可以采用在TDD模式下，在周期性重復的時間貞里傳輸基本的TDMA突發脈沖的工作模式。通過周期性的轉換傳輸方向，TDD允許在同一個無線電載波上交替的進行上下行路傳輸。這個方案的優勢在于上下行鏈路間的轉換點的位置，當進行對稱業務時，可選用對稱的轉換點位置;當進行非對稱業務時，可在非對稱的轉換點位置范圍內選擇。這樣，對于上述兩種業務，TDD模式都可提供最佳頻譜利用率和最佳業務容量。

第二種業務轉換類型是指即可以在每個突發脈沖基礎上利用CDMA和多用戶檢測進行多用戶傳輸從而提供速率為8～384kbit／s的語音和多媒體業務。

2HSDPA信道結構

HSDPA增加了一個新的傳輸信道，稱為HS-DSCH，該信道主要用來在進行盡力而為方式的PACKET傳輸的同時輔助HARQ和AMC等HSDPA關鍵技術的實現。在HS-DSCH信道中可以采用的碼不會多于16個，一般取最大的碼數為14個。采用固定的擴頻因子可以降低UE復雜性的同時可減少下行的信令。

多輸入多輸出的處理在基站發射機和終端接收部分都有多個天線，比在基站發射機有多個天線和終端接收部分有一個天線的系統有優勢。如果在發射和接收部分都有多個天線，可以利用碼重用的技術來提高尖峰容量。利用碼重用技術，每個分配給HS-DSCH傳輸的信／擾碼對可以調制到M個不同的數據流(其中M是發射天線的數目)。那些共享相同的信道／擾碼對的數據流必須基于它們的空間特點加以區分，需要有M個天線的接收機。原則上，碼重用的尖峰容量是一個發送天線的可達到速率的M倍。利用碼重用和低的調制方式可以達到一些媒體數據速率，而不要采用較高的調制方式，例如用16QAM代替64QAM。與利用較高的調制方式達到相同的傳輸速率的單個天線傳輸系統相比，碼重用技術只需要小的EB／No就能提高整個系統的性能。

多輸入多輸出的處理在基站發射機和終端接收部分都有多個天線，比在基站發射機有多個天線和終端接收部分有一個天線的系統有優勢。如果在發射和接收部分都有多個天線，可以利用碼重用的技術來提高尖峰容量。利用碼重用的技術，每個分配給HS-DSCH傳輸的信道／擾碼對可以調制的M個不同的數據流(其中M是發射天線的數目)。那些共享相同的信道／擾碼對的數據流必須基于它們的空間特點加以區分，需要有M個天線的接收機。原則上，碼重用的尖峰容量是一個發送天線的可達到速率的M倍。利用碼重用的低的調制方式可以達到一些媒體數據速率，而不要采用較高的調制方式，例如用16QAM代替64QAM。與利用較高的調制方式達到相同的傳輸速率的單個天線傳輸系統相比，碼重用技術只需要小的EB／No就能提高整個系統的性能。

對于利用傳統單個天線發送的DSCH，高速數據源被分到M個低速率的子數據流中，第n個子數據流(n=1，….，N)被擴頻碼n擴頻(這些擴頻碼是相互正交的)這些子數據流被合并、擾碼并傳輸。有M個天線的多個天線的傳輸原理如圖1所示，它是多輸入多輸出天線處理技術的典型發生機。高速數據源被分到NM個子數據流中，M個子數據流的第n個組被擴頻碼n擴頻，每個組的第m個子數據流分別在第m個天線上傳輸，這樣利用相同的碼傳輸的子數據流就可以在不同的天線上傳輸。這M個共享相同碼的子數據流在接收機處基于它們空間的特點利用多個天線和空間信號處理來區分。接收機至少有M個天線來充分有效的檢測信號，如果利用很復雜的檢測算法，天線個數可以少于M。

要提高系統的吞吐量，一個很好的方法是提高信道的容量。MIMO可以成倍的提高衰落信道的信道容量。根據信息論最新成果，假定發送天線數為m，接收天線數為n，在每個天線發送信號能夠被分離的情況下，有如下信道容量公式:C=mlog2(n／m﹒SNR)，(n≥m)，其中SNR是每個接收天線的信噪比。

3HARQ技術

第一類HARQ

第一類HARQ又叫ARQ，其工作過程如下:接收端首先對數據包進行糾錯，如果有錯誤不能糾正，就發送數據包重傳請求。同時，丟棄錯誤的數據包。重傳時使用相同的前向糾錯碼，也就是說，冗余信息是一樣的。

第二類HARQ

第二類HARQ屬于增加冗余的ARQ機制。在增加冗余的ARQ中，接收錯誤的數據包不會被丟棄，而是與重傳冗余信息合并之后再進行解碼。

第三類HARQ

第三類HARQ，又叫部分冗余HARQ，也屬于增加冗余機制。它與第二類HARQ相似，接收錯誤的數據包不會被丟棄，接收機將其存儲起來與后續的重傳數據合并后進行解碼。

HARQ機制

HARQ機制主要由三種基本的機制:停止等待方式、退N步方式以及選擇重傳方式(還有這些方式的組合)。

4GBNARQ一機制

為了克服SWARQ方式通過率降低以及浪費時間長的缺點，下面提出發送端繼續傳輸數據組的GBNARQ方式。這種方式既適合于雙工通信，又適合于單工通信，其工作過程如圖2所示:

由圖2可以看出，無論是在雙工通信中還是在單工通信中，這種方式在發送端連續發送碼組而不等待接收端的應答信號如何，從而克服了SWARQ系統中影響η的主要因素:等待時間τ和s的影響。

在雙工通信中，接收端發向發送端的應答信號放在碼字前幾個碼元中，并受到如同信息碼元一樣的糾錯保護，從而進一步消除了SWARQ中應答信號錯誤的影響，提高了系統吞吐率。

在收、發兩端的通信過程中，若接收端收到的某一碼字發生了錯誤，則要求發送端重發有錯的碼組。發送端收到并譯出應答信號是NAK后，就重發此時刻前第N(上圖)個碼組3及后續的6個已經傳送過的碼組，也就是說整個系統退回了N個時間單位，重發N個時間單位以前發過的碼組。在發現錯誤以及重發過程中，收發雙方都停止向用戶輸出N個碼組，以避免輸出碼組錯漏和重復。GBNARQ系統中重傳數N的大小主要由通信雙方的往返時間以及收發設備轉換時延的譯碼時延等決定，等于發送端從發出碼組直至收到此碼組的應答信號所需的時間。

要詳細分析該系統的性能很困難，特別是前向與反向信道均為有擾信道時更是如此，這里僅給出主要結果。設GBNARQ系統中的前向與反向信道是相互獨立的，且有相同的差錯統計特性，此時刻系統輸出并送給用戶的錯組率近似為

上式與SWARQ方式的錯組率表示式相同。這說明應用GBNARQ系統后，基本上能得到SWARQ系統所能獲得的錯組率，也就是說能得到極低的輸出誤碼率。

5 結語

HSDPA技術是一種對多用戶提供高速下行數據業務的技術，此技術特別適合于多媒體、Internet等大量下載信息的業務。在傳輸較高速率的業務數據時，通過在特定時隙中使用較高調制方式(8PSK＼16QAM甚至64QAM)來進行傳輸。

參考文獻

[1]孫立新、刑寧霞編著“CDMA(碼分多址)移動通信技術”人民郵電出版社，1996年.

[2]張捷“實現寬帶無線多媒體通信的碼分多址技術”，移動通信，1999年第1期.

[3]郭梯云、劉增基、王新梅《數據傳輸》人民郵電出版社.

[4]彭林等《第三代移動通信技術》電子工業出版社.