HARQ系统中RCPT码的设计与应用研究

摘要

前向纠错(FEC)和自动重传请求(ARQ)是数字通信系统中常用的两种差错控制方式。FEC 传输机制简单，延迟小；ARQ 可靠性高，并且能适应信道的变化。混合ARQ(HARQ)结合两者的优点，从而能很好地兼顾数据传输的可靠性和有效性。 Turbo 码以其接近Shannon 极限的优异性能成为近年来纠错编码研究的热点。速率兼容的删截Turbo(Rate Compatible Punctured Turbo, RCPT)码被广泛用于冗余递增的HARQ 系统中。 本文对HARQ 机制下的RCPT 码的设计以及应用进行了研究。首先对信道编码的历史以及现状进行了回顾，对Turbo 码的编码译码原理、性能以及研究现状进行了介绍。由于Turbo 码的低码重距离谱的分布特性是衡量Turbo 码以及RCPT 码性能的重要指标，文章对Turbo 码的低码重距离谱的分布特性及其计算方法进行了研究。在用序列分解的方法来计算Turbo 的码字低码重分布的过程中，针对低码重输入序列的特点，引进了无需编码的查表移位异或法，大大地降低了计算量。删截是Turbo 码构造高码率码字以及设计RCPT 码的主要方法。本文研究了Turbo 码的删截特性，主要针对删截Turbo 码的删截模式以及删截周期进行了研究。分析了生成多项式周期与删截周期对Turbo 码性能的影响。生成多项式周期与删截周期相等时，改进了删截方案，抑制了普通删截方法带来的性能恶化。详细介绍了RCPT 码以及其删截矩阵的求取步骤。改进了求取RCPT 码删截矩阵的方案，降低了RCPT 码的设计过程中运算量。最后，重点研究了RCPT 码在冗余增量递增的HARQ 系统中的应用。对传统的HARQ-RCPT 的传输机制进行了改进：提出了一种信道自适应的HARQ-RCPT 的传输机制，根据信道的优劣自适应地调整初始发送数据的大小，适当地降低了系统延时。在Turbo 码迭代译码思想的启发下，对HARQ-RCPT 系统下的译码结构进行了改进，用上次错误译码的传输数据帧的软值来初始化当前的译码过程中译码器的先验值，可有效的提高系统性能。并且，针对HARQ-RCPT 系统的特点，对MAP 算法中路径量度的计算进行了简化。 最后，对全文进行了总结，对有待继续研究的工作进行了展望。