基于LDPC碼的多中繼HARQ系統研究

摘要 根據不同中繼節點建立的通信信道衰落特性的不同，利用中繼節點可增強無線信道空間分集，提高整個鏈路的傳輸性能。糾錯碼的使用可更有效地提高信道傳輸效率的特點。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仿真了不同中繼個數對系統平均誤碼率、吞吐量以及平均時延產生的不同影響，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延，提高了系統的吞吐量。同時在碼長較長的情況下，采用LDPC碼的多中繼HARQ系統性能優于采用Turbo碼的多中繼HARQ系統性能。
關鍵詞 中繼；LDPC碼；HARQ；平均誤碼率；吞吐量；平均時延

空間分集技術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)天線技術能充分利用空域資源，大幅提高信道容量。然而實際中受到大小、成本或硬件等因素的限制，一個較小的移動平臺較難設置多根天線。Sendonaris等人提出一種基于中繼信道模型的協作分集技術，使單天線的移動終端也可實現空域分集。多中繼網絡中，各中繼相互協作可在無明顯改變骨干網絡結構的同時顯著提高系統性能。在無線通信系統中，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，提高整個系統的性能。Turbo碼譯碼復雜度較高，且在碼長較長的情況下性能比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，平均時延以及吞吐量的影響，并與基于Turbo碼的多中繼HARQ系統進行比較。數據傳送給中繼節點，然后中繼節點再將數據傳送給目的節點，期間會經過編碼和解碼過程。

1 系統模型
1．1 多中繼信道模型
系統模型如圖1所示。多中繼節點系統包含用戶節點S，目的節點D和中繼節點Ri。用戶先將數據傳送給中繼節點，然后中繼節點再將數據傳送給目的節點，期間將經過編碼和解碼過程。

1．2 HARQ系統類型
根據HARQ過程中重傳內容的不同，HARQ主要分為TypeI HARQ、TypeⅡHARQ、TypeⅢHARQ 3種類型：Type I HARQ是一種簡單的ARQ和FEC的結合，發送數據塊進行CRC編碼后再進行FEC編碼，在接收端對接收數據進行FEC譯碼后，CRC進行校驗。如果數據出錯，則接收端通知發送端重傳，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校驗發現錯誤時，錯誤分組被存在接收端的寄存器中，并向發送端發送重傳的控制消息，發送端重傳的信息不是前一次數據的簡單重復，而是不同的增量冗余信息，重傳分組無法自解碼，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”的一種線性分組碼。其具有較好的特點：譯碼復雜度低，在碼長較長的情況下性能較好，可逼近香農極限，適合理論研究和硬件實現。