TD-SCDMA　HSDPA系統(tǒng)中HARQ參數(shù)優(yōu)化

摘要　混合自動重復請求（HARQ）作為TD-SCDMA高速下行分組接入（HSDPA）系統(tǒng)中的一項關鍵技術使數(shù)據(jù)傳輸向更可靠的階段發(fā)展。文章首先介紹了HARQ的機制類型和功能結構，并由此闡述了設置冗余版本（RV）參數(shù)的目的和作用，然后通過鏈路仿真分析提供了系統(tǒng)實現(xiàn)時RV參數(shù)的選擇和優(yōu)化方案。

0、引言

為提高下行容量和數(shù)據(jù)業(yè)務速率，TD-SCDMA系統(tǒng)引入高速下行分組接入（HSDPA）這一增強技術。HSDPA技術的理論數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達14.4Mbit/s，平均可為每位用戶提供300kbit/s～1Mbit/s的下行鏈路。從底層來看，HSDPA主要是引入自適應調(diào)制編碼（AMC）和混合自動重傳請求（HARQ）技術來實現(xiàn)對信道條件的自適應性和更高階的調(diào)制算法，從而提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜效率。其中，HARQ作為一種鏈路自適應技術，為系統(tǒng)提供了基于信道條件的精確的數(shù)據(jù)速率調(diào)整，這一功能主要通過速率匹配和比特重排控制重傳數(shù)據(jù)版本來實現(xiàn)。下面將著重描述在TD-SCDMA系統(tǒng)中，HARQ的原理和實現(xiàn)及冗余版本（RV）參數(shù)設置的目的，并確定參數(shù)優(yōu)化的方案。

1、HARQ技術簡介

HARQ是一種鏈路自適應技術，接收端在超出自身糾錯能力時快速請求發(fā)端重發(fā)錯誤的數(shù)據(jù)塊，因此能自動適應信道條件的變化，且對測量誤差和時延不敏感。HARQ實現(xiàn)機制傳統(tǒng)上分為三類：

第一類HARQ（HARQ Type Ⅰ）又叫傳統(tǒng)ARQ，接收端首先對數(shù)據(jù)包進行糾錯，如果有錯誤不能糾正，就發(fā)送數(shù)據(jù)包重傳請求，同時丟棄錯誤的數(shù)據(jù)包。重傳時使用相同的前向糾錯編碼，冗余信息不變。Chase Combining對第一類HARQ作了一定程度的改進，不丟棄錯誤的數(shù)據(jù)包，而是存儲起來，在接收端由解碼器先將多次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按信噪比加權相加，即最大比合并（MRC），再進行解碼，從而獲得時間分集增益。

第二類HARQ（HARQ Type Ⅱ）屬于全冗余方式的增加冗余（IR）的ARQ機制。其重傳不包含系統(tǒng)比特信息，只是攜帶新的冗余信息來幫助解碼，在接收端與先前收到的信息合并形成糾錯能力更強的前向糾錯碼，使錯誤率進一步降低。冗余信息版本由若干編碼打孔方式產(chǎn)生。

第三類HARQ（HARQ Type Ⅲ），又叫部分冗余HARQ，也屬于增加冗余機制。接收機將多次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)合并后進行解碼。重傳數(shù)據(jù)中同時包含冗余和系統(tǒng)比特，能夠自解碼。由于系統(tǒng)比特對解碼的影響非常大，如果系統(tǒng)中噪聲和干擾比較大，使得第一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)破壞非常嚴重，那么即使增加冗余信息，數(shù)據(jù)包也難以解碼。這種情況下，重傳數(shù)據(jù)自解碼將使系統(tǒng)性能得到提高。第三類HARQ可以看作前兩類的結合。

2、HARQ的功能實現(xiàn)

在TD-SCDMA HSDPA系統(tǒng)中，HARQ功能模塊由兩級速率匹配（Rate Matching）和一個緩沖器組成[2]。第一速率匹配子模塊使輸入比特與用戶設備（UE）軟緩沖容量相匹配。若輸入比特數(shù)大于虛擬IR緩存器容量，則進行打孔；否則不執(zhí)行第一速率匹配。第二速率匹配子模塊通過進行打孔或重復的操作，將第一速率匹配子模塊輸出的高速下行共享信道（HS-DSCH）TTI比特數(shù)據(jù)與高速下行物理共享信道（HS-PDSCH）幀內(nèi)的比特數(shù)相匹配。

速率匹配對承載基帶信號的傳輸信道上的數(shù)據(jù)進行由算法控制的打孔或重復，以保證匹配后傳輸信道復用的數(shù)據(jù)速率等同于映射到給定物理信道上的數(shù)據(jù)速率。在TD-SCDMA HSDPA系統(tǒng)中還是采用R99的速率匹配算法，糾錯控制編碼使得打孔不會造成人為添加誤碼。TD-SCDMA HSDPA系統(tǒng)在基帶處理中采用了糾錯能力很強的Turbo碼，在解速率匹配之后進行的解碼可以恢復原來的序列。由速率匹配的算法處理過程可知，在數(shù)據(jù)流中打孔或者重復是均勻進行的，每隔幾個比特打掉或者重復一個比特。這也為糾錯解碼提供了可能。

TD-SCDMA HSDPA系統(tǒng)的速率匹配算法對于打孔或者重復有很大的可調(diào)控性。根據(jù)不同傳輸信道信息的重要性，由上層的參數(shù)控制決定打孔或重復的數(shù)量，保證了優(yōu)先級更高的信息有效傳輸。同時，系統(tǒng)主要通過設置速率匹配中的RV參數(shù)來選擇HARQ機制類型，并可以通過改變上述重復或打孔的位置和規(guī)則來獲得不同的冗余版本，在每次傳輸中實現(xiàn)，以獲得時間增益和編碼增益。

比特重排在高階調(diào)制的HARQ中也發(fā)揮了重要作用。在移動通信系統(tǒng)中，為了不增加帶寬、提高數(shù)據(jù)傳輸速率，通常采用M階正交幅度調(diào)制（M-QAM）的方案。但是高階調(diào)制本身是一種不等差錯保護調(diào)制，對于M＞4，映射到M-QAM符號上的各個比特的誤比特率（BER）性能是不同的。處于星座圖內(nèi)圍的點能量較小，容易受到衰落，構成這些符號的比特可靠性較差，而相比之下構成外圍點的比特可靠性較好。比特重排正是為了避免某些比特始終受到衰落，改變重傳中各符號對應的星座位置，使接收端解調(diào)合并后比特可靠性趨于均勻且總體得到提高，進而提高系統(tǒng)的吞吐量。從HARQ實現(xiàn)的角度看，比特重排改變了數(shù)據(jù)的星座映射的版本，為速率匹配產(chǎn)生的數(shù)據(jù)版本作出補充，進一步給重傳合并帶來增益。