CN101106410B - 一种多输入多输出***的数据重传方法及数据发送端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多输入多输出***的数据重传方法及数据发送端设备，该方法包括步骤：发送端获取接收端反馈的未正确解码数据的消息；在传输未正确解码数据的传输层上重新发送该未正确解码数据的冗余信息，并在传输已成功解码数据的传输层上发送新的数据。采用本发明，可提高数据传输效率和***容量。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种多输入多输出***的数据重传方法及数据发送端设备。
背景技术
数据通信最初是在有线网上发展起来的，通常要求较大的带宽和较高的传输质量。对于有线连接的***，数据传输的可靠性是通过重传来实现的。当前一次尝试传输失败时，需要重传数据分组，这样的传输机制称之为自动请求重传(Automatic Repeat ReQuest，ARQ)。在无线传输环境下，信道噪声和由于移动性带来的衰落以及其他用户带来的干扰等因素，使得信道传输质量很差，所以应该对数据分组加以保护来抑制各种干扰。这种保护主要是采用前向纠错编码(Forward Error Correction，FEC)实现，即在分组数据中传输额外的比特。因此，在无线通信***中，将ARQ技术和FEC技术相结合，使用混合自动请求重传HARQ机制进行数据的重传。
传统的通信***是单进单出(Single-Input Single-Output，SISO)***，即在发射端和接收端分别使用一个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的天线传送和接收。
目前，无线通信领域的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，信号通过发射端和接收端的多个天线传送和接收，从而改善每个用户的服务质量(减少误比特率或提高数据传输速率)。基于发射分集和接收分集的多进单出(Multiple-Input Single-Output，MISO)方式和单进多出(Single-InputMultiple-Output，SIMO)方式也是MIMO的一部分。
参见图1，为现有技术中MIMO***的原理示意图。MIMO的多入多出是针对多径无线信道来说的。传输信息流S(k)经过发射端空时编码形成N个信息子流ci(k)，i＝1，......，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道传输后由接收端的M个接收天线接收，接收端将接收到的M个子流ri(k)，i＝1，......，M，经空时解码后恢复为信息流
通常，多径传输会引起信号衰落，因而被视为有害因素。然而研究结果表明，对于MIMO***来说，多径可以作为一个有利因素加以利用。发送端将N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则MIMO***可以创造多个并行空间信道，通过这些并行空间信道独立地传输信息，提高了数据传输率，也即提高了***容量。
***容量是表征通信***的最重要标志之一，表示通信***最大传输率。对于发射天线数为N，接收天线数为M的MIMO***，功率和带宽固定时，MIMO***的最大容量或容量上限随最小天线数的增加而线性增加。可以看出，此时的信道容量随着天线数量的增大而线性增大。也就是说可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。利用MIMO技术可以提高信道的容量，同时也可以提高信道的可靠性，降低误码率。
IEEE802.20标准中规定，MIMO分为两种模式进行数据传输：单码字(Single Code Word，SCW)模式和多码字(Multiple Code Word，MCW)模式。
参见图2，为现有技术中MCW模式MIMO***的传输结构示意图。MCW模式是指接收端根据信道特性预测调制编码方式及数据传输层数M，每一层反馈一种调制编码方式。基站此时对M个数据流根据业务需求和信道情况使用独立的编码方式，分别编码后构成M个数据流进行并行传输，每个数据流称为一层。
参见图3，为现有技术中MCW模式MIMO***的接收机的结构示意图。MIMO接收机为使用线性最小均方差(Minimum Mean Square Error，MMSE)均衡的连续干扰消除(Successive Interference Cancellation，SIC)接收机。SIC接收机首先尝试解码第一层数据，如果第一层数据正确解码，即通过循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)，接收机对第一层数据进行干扰消除，然后尝试解码第二层数据，依次类推。如果某层数据解码错误，则不对该层数据进行干扰消除，而是发送错误应答(None Acknowledge，NACK)给发送端，要求发送端重传该层数据。
SCW模式的MIMO***的数据传输和重传过程与MCW模式的区别在于，在SCW模式下，接收端根据信道特性预测调制编码方式及数据传输层数M，针对所有层反馈一种调制编码方式。发送端此时采用同一种编码方式对M个数据流进行编码，构成M层数据进行并行传输。
IEEE802.20方案中，使用SIC接收机的HARQ数据重传机制称为BL(blanking layers)。在发送端传输数据过程中，如果某次传输过程中有N(N＜＝M)层数据被接收端正确解码，接收端向发送端反馈NACK信息(即M-N层数据未正确解码)，则发送端在下一次传输数据时，在解码成功的数据传输层上不传输任何新的编码块数据流，仅仅在未成功的M-N数据传输层上传输未正确解码的M-N层数据流的增量冗余信息，同时发送端将功率平均分配在需要传输数据的M-N层上。
采用现有技术的MIMO数据重传机制，在发送端根据接收端反馈的NACK信息进行数据重传时，在传输成功的数据传输层上不传输任何新的编码块，因此，只要当前所有层的数据流未完全成功解码，则新数据包就无法传输。现有技术的这种数据重传机制会影响数据传输的实时性和减少单位时间数据传输量，导致***的整体性能下降，降低数据传输效率和***容量。
发明内容
本发明提供一种多输入多输出***的数据重传方法，用以解决现有技术中MIMO***中数据重传实时性差和数据传输率低的问题。
本发明另提供一种多输入多输出***的数据发送端设备。
本发明方法包括步骤：
发送端获取接收端反馈的未正确解码数据的消息；
发送端在传输未正确解码数据的传输层上重新发送该未正确解码数据的冗余信息，并在传输已成功解码数据的传输层上发送新的数据。
根据本发明的上述方法，发送端在发送所述未正确解码数据和所述新数据前，为传输所述未正确解码数据的传输层和传输所述已成功解码数据的传输层重新分配发射功率。
发送端分配给所述传输未正确解码数据的传输层的发射功率大于分配给所述传输新数据的传输层的发射功率。
当存在多个未正确解码数据的传输层时，发送端为其中的每个传输层分配相同或不同的发射功率；
当存在多个正确解码数据的传输层时，发送端为其中的每个传输层分配相同或不同的发射功率。
上述方法中，发送端根据接收端反馈的服务质量信息或/和信道传输情况进行功率分配。
本发明提供的多输入多输出***的数据发送端设备，包括：
反馈信号检测模块、数据发送模块；还包括重传数据调整模块，分别与所述反馈信号检测模块和所述数据发送模块连接；
所述反馈信号检测模块接收到接收端反馈的接收数据错误的应答信号后，启动所述重传数据调整模块；
所述重传数据调整模块根据所述接收数据错误的应答信息，在传输未正确解码数据的传输层上放置该未正确解码数据的冗余信息，在传输已成功解码数据的传输层上放置新的数据，并启动所述数据发送模块发送调整后的重传数据。
上述设备中，还包括重传数据功率调整模块，分别与所述反馈信号检测模块和所述数据发送模块连接；
所述反馈信号检测模块接收到接收端反馈的接收数据错误的应答信号后，启动所述重传数据功率调整模块；
所述重传数据功率调整模块为传输所述未正确解码数据的传输层和传输所述已成功解码数据的传输层重新分配发射功率，并启动所述数据发送模块按照分配的发射功率发送重传数据。
所述重传数据功率调整模块分配给所述传输未正确解码数据的传输层的发射功率大于分配给所述传输新数据的传输层的发射功率。
所述重传数据功率调整模块根据接收端反馈的服务质量信息或/和信道传输情况进行功率分配。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供的MIMO***的数据重传过程中，发送端向接收端重传未被接收端正确解码的数据时，在传输该未正确解码数据的传输层上继续传输该层数据的冗余信息，同时，在传输已正确解码数据的传输层上传输新的数据，从而提高了MIMO***单位时间传输的数据量，减少了数据传输的时延。
(2)在发送端重传数据前，重新分配各传输层的发射功率，使传输未正确解码数据的冗余信息的层的发射功率大于传输新数据的层的发射功率，从而尽可能保证接收端对未正确解码的数据重新进行解码，提升MIMO***的整体性能。
附图说明
图1为现有技术中MIMO***的原理示意图；
图2为现有技术中MCW模式MIMO***的传输结构示意图；
图3为现有技术中MCW模式MIMO***的接收机的结构示意图；
图4为本发明MIMO***的数据重传流程示意图；
图5为本发明MIMO***的数据发送端设备结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种MIMO***的数据重传方法，其原理为：发送端在获知接收端未正确解码数据信号后，在传输未正确解码数据的传输层上重新发送该未正确解码数据的增量冗余信息，并在传输已成功解码数据的传输层上发送新的数据，同时，在发送数据前，还可为各数据传输层重新分配功率，以达到最佳的数据传输效率。
参见图4，为本发明MIMO***的数据重传流程示意图，具体步骤包括：
S10、发送端通过各数据传输层向接收端发送数据子流。
假定发送端向接收端发送M个数据子流(发送端发送的数据子流数目可由MIMO***的预编码传输机制确定，不在本发明保护范围之内，在此不详述)，每个数据子流使用一个数据传输层，并通过发送端的多个天线发送出去。
S20、接收端收到数据后进行解码，并判断是否对收到的数据子流都正确解码，若对所有数据子流都正确解码，则执行步骤S60；否则，执行步骤S30。
接收端首先对接收到的第一数据子流(即在第一数据传输层上传输的数据子流，以下称为第一层数据，并以此类推)进行解码，若解码正确(如通过CRC校验)，则对第一层数据进行干扰消除，然后解码第二层数据，并以此类推，依次对所有数据层进行解码。若某层或某些层数据解码错误，则不对这些层数据进行干扰消除，而是在反馈周期到达时向发送端发送NACK信息，携带解码错误的数据层的信息。
例如，接收端判断有N(N≤M)层数据解码错误，则向发送端反馈NACK信息，携带N层数据解码错误的信息。
S30、当接收端判断未对所有数据子流正确解码时，向发送端反馈NACK信息。
S40、发送端收到NACK信息后，在发送数据前重新分配各数据传输层的信号发射功率。
为了尽量减少新传送的编码块数据子流对原有编码块的数据子流产生一定干扰，可以对功率进行重新分配。接收端为不同的传输层分配不同的功率，使***整体性能得到提升。
发送端根据接收端反馈的业务质量(Quality of Service，QoS)信息和信道情况，为各数据传输层重新分配信号发射功率，并保证每个传输错误解码数据子流的传输层的发射功率大于每个传输正确解码数据子流的传输层的发射功率。
S50、发送端在发送数据时，在传输错误解码数据的层上重传该层数据的冗余信息，以使接收端对该层数据进行再次解码；同时，在传输正确解码数据的层上传输新的数据。
接收端收到数据后，按照步骤S20所述的过程进行数据解码。
S60、当接收端判断对所有数据子流都正确解码时，向发送端反馈ACK信息。
S70、发送端收到ACK信息后，继续执行数据传输的后继流程，如继续发送数据，或判断数据发送完毕后结束数据传输流程，具体步骤不在本发明的保护范围之内，在此不详述。
下面通过一个实施例对本发明的数据重传过程进行详细描述。
本实施例中假定发送端欲向接收端发送4层数据，其数据传输及重传过程为：
1、发送端第一次传输数据时，向接收端发送4个数据子流，每个数据子流使用一个数据传输层。
2、接收端收到4层数据后，从第一层数据开始逐一对4层数据进行解码，在该过程中，接收端对第一层和第二层数据正确解码，对第三层和第四层数据未能正确解码。接收端在反馈周期到达时，向发送端反馈NACK信息，其中携带第三层和第四层数据未正确解码的信息。
3、发送端收到NACK信息后，在第二次发送数据前，重新分配4个数据传输层的信号发射功率。
发送端收到接收端反馈的NACK信息后，根据接收端反馈的QoS信息和信道情况，为4个数据传输层重新分配信号发射功率。假设所有4个数据传输层的总功率为P，具体分配比例为：为第一层和第二层各分配P/6，为第三层和第四层各分配P/3。分配比例可由发送端根据具体情况制定，不局限于上述的比例。分配给每层的功率比例也可以不相等，只要满足第三层和第四层的发射功率分别大于第一层和第二层的发射功率即可。
4、发送端在第二次发送数据时，在第三层上重传第一次传送的未被接收端正确解码的第三层数据的冗余信息，在第四层上重传第一次传送的未被接收端正确解码的第四层数据的冗余信息，在第一层和第二层上传输新的数据。
5、接收端收到数据后，依次解码第一层到第四层数据，并都解码成功。
基于上述方法，本发明提供一种MIMO***的数据发送端设备。
参见图5，为本发明MIMO***的数据发送端设备结构示意图，该设备具体包括：反馈信号检测模块、数据发送模块、重传数据调整模块和重传数据功率调整模块，以及其他常规的数据发送模块(未在图中标明)。重传数据调整模块分别与反馈信号检测模块和数据发送模块连接；重传数据功率调整模块分别与反馈信号检测模块和数据发送模块连接。
反馈信号检测模块接收到接收端反馈的接收数据错误的应答信号(NACK信号)后，启动重传数据调整模块。重传数据调整模块根据NACK信息，在传输未正确解码数据的传输层上放置该未正确解码数据的冗余信息，在传输已成功解码数据的传输层上放置新的数据。
反馈信号检测模块接收到接收端反馈的NACK信号后，还启动重传数据功率调整模块。重传数据功率调整模块为传输未正确解码数据的传输层和传输所述已成功解码数据的传输层重新分配发射功率。
数据发送模块按照重传数据调整模块和重传数据功率调整模块的指示发送重传数据。
重传数据功率调整模块在调整功率分配时，依据接收端反馈的服务质量信息或/和信道传输情况进行功率分配。分配给传输未正确解码数据的传输层的发射功率大于分配给传输新数据的传输层的发射功率。
通过以上描述可知，本发明提供的MIMO***的数据重传过程中，发送端向接收端重传未被接收端正确解码的数据时，在传输该未正确解码数据的层上继续传输该层数据的冗余信息，同时，在其他层上，即传输已正确解码数据的层上传输新的数据，从而提高了MIMO***单位时间传输的数据量，减少了数据传输的时延。另外，在发送端重传数据前，重新分配各传输层的发射功率，使传输未正确解码数据的冗余信息的层的发射功率大于传输新数据的层的发射功率，从而尽可能保证接收端对未正确解码的数据重新进行解码，提升MIMO***的整体性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种多输入多输出***的数据重传方法，其特征在于，包括步骤：
发送端获取接收端反馈的未正确解码数据的消息；
发送端在传输未正确解码数据的传输层上重新发送该未正确解码数据的冗余信息，并在传输已成功解码数据的传输层上发送新的数据；
发送端在发送所述未正确解码数据和所述新数据前，为传输所述未正确解码数据的传输层和传输所述已成功解码数据的传输层重新分配发射功率；
发送端根据接收端反馈的服务质量信息或/和信道传输情况进行功率分配。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发送端分配给所述传输未正确解码数据的传输层的发射功率大于分配给所述传输新数据的传输层的发射功率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当存在多个未正确解码数据的传输层时，发送端为其中的每个传输层分配相同或不同的发射功率；
当存在多个正确解码数据的传输层时，发送端为其中的每个传输层分配相同或不同的发射功率。
4.一种多输入多输出***的数据发送端设备，包括反馈信号检测模块、数据发送模块，其特征在于，还包括重传数据调整模块，分别与所述反馈信号检测模块和所述数据发送模块连接；
所述反馈信号检测模块接收到接收端反馈的接收数据错误的应答信号后，启动所述重传数据调整模块；
所述重传数据调整模块根据所述接收数据错误的应答信息，在传输未正确解码数据的传输层上放置该未正确解码数据的冗余信息，在传输已成功解码数据的传输层上放置新的数据，并启动所述数据发送模块发送调整后的重传数据；
该数据发送端设备还包括重传数据功率调整模块，分别与所述反馈信号检测模块和所述数据发送模块连接；
所述反馈信号检测模块接收到接收端反馈的接收数据错误的应答信号后，启动所述重传数据功率调整模块；
所述重传数据功率调整模块为传输所述未正确解码数据的传输层和传输所述已成功解码数据的传输层重新分配发射功率，并启动所述数据发送模块按照分配的发射功率发送重传数据；
所述重传数据功率调整模块根据接收端反馈的服务质量信息或/和信道传输情况进行功率分配。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述重传数据功率调整模块分配给所述传输未正确解码数据的传输层的发射功率大于分配给所述传输新数据的传输层的发射功率。
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