摘 要

LTE-A(Long Term Evolution-Advanced)系统作为正在被推广的移动通信新标准，已经引起业内人士的广泛关注。随着科技与经济的进展，人们对通信的要求日趋提高，尤其是对传输速率和传输质量有着较高的要求。当我们努力致力于为用户提供更高的传输速率的时候，我们更应当同时考虑到其可靠性保障。混合自动重传请求(Hybrid Automatic Repeat reQuest, HARQ)技术集前向纠错编码(Forward Error Code, FEC)技术和自动请求重传(Automatic Repeat reQuest, ARQ)技术的优点于一身，做到了重传与纠错机制的有机结合。大量的实际应用表明，HARQ技术可有效地降低传输中的误比特率或者误块率，提高系统的吞吐量。因此，研究HARQ技术具有重要的实际应用意义。

本文针对LTE-Advanced移动通信系统中的HARQ技术，主要研究HARQ的重传机制。HARQ分为三种类型：Type-I HARQ、Type-II HARQ、Type-III HARQ。对这三种类型分别研究其特点。

对于三种类型的HARQ，分别对应不同的重传合并算法。本文将重点针对多次重传，研究重传信号的分集合并算法，并分析分集合并算法所带来的误块率变化和吞吐量增益，从而为LTE-A系统的HARQ技术选择优化的分集合并算法。

关键词：LTE-A；HARQ；合并算法；吞吐量

Abstract

Long Term Evolution-Advanced systems are being widely promoted as a mobile communication standard, and has caused widespread concerns in the communication industry. With time going by, communications are required in a higher demand, especially about the transmission rate and transmission quality. When we strive to provide users with higher data transfer rate, we should also take into account their reliability requirements. Hybrid Automatic Repeat reQuest, HARQ technology, combined Forward Error Code techniques with Automatic Repeat reQuest technique. A large number of practical applications show that HARQ technology can effectively reduce the bit error rate or block error rate and improve the system throughput. Therefore, the study of HARQ technology has a large practical significance.

In this paper, we researched retransmission mechanism of HARQ in LTE-Advanced. HARQ is divided into three types: Type-I HARQ, Type-II HARQ, and Type-III HARQ. The three types were studied about its characteristics.

For the three types of HARQ, they are applied with different merge algorithms. This paper will focus on multiple retransmissions, and research combining algorithms for retransmission signal, then analyze the block error rate changes and throughput gains which combining algorithms brings. Then, we can select the optimal combining algorithm for HARQ technology in LTE-A system.

Key Words: LTE-A; HARQ; combining algorithm; throughout capacity

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 HARQ技术国内外研究现状 2

1.4 本文主要内容和结构 3

第2章 移动通信系统中的差错控制技术 5

2.1 自动重传请求技术 5

2.1.1 停止等待式协议（Stop and Wait ARQ, SAW-ARQ） 6

2.1.2 回退N步重传协议（Go-Back-N ARQ, GBN-ARQ） 8

2.1.3 选择重传协议（Select-Repeat ARQ, SR-ARQ） 9

2.1.4 多通道停止等待式协议 10

2.1.5 为HARQ选择重传协议 11

2.2 前向纠错编码技术 11

2.2.1 前向纠错编码概念 11

2.2.2 编码速率 12

2.2.3 前向纠错编码的分类 12

2.2.4 前向纠错编码的特点 13

2.3 混合自动重传请求技术的原理 13

2.4 各种差错控制技术的性能比较。 14

2.4.1 性能指标定义 14

2.4.2 各种差错控制技术的性能指标分析 16

第3章 混合自动重传请求技术 21

3.1 Type-I HARQ 21

3.1.1 Type-I HARQ的实现机制 21

3.1.2 Type-I HARQ的性能特点 22

3.2 Type-II HARQ与全增量冗余合并 22

3.2.1 Type-II HARQ的实现机制 23

3.2.2 Type-II HARQ的性能特点 24

3.3 Type-III HARQ 24

3.3.1 部分增量冗余机制 25

3.3.2 Chase合并 25

3.4 HARQ的合并 26

3.4.1 选择式合并（Selection Combining, SC） 26

3.4.2 最大比值合并（Maximum Ratio Combining, MRC） 27

3.4.3 等增益合并（Equal Gain Combining, EGC） 28

第4章 LTE-A中HARQ技术性能比较 29

4.1 Chase合并和Type-I HARQ两种译码方式性能增益比较 29

4.1.1 最大重传次数为3、5、7次 29

4.1.2 重传次数分别为7、8、9次 32

4.2 IR合并和Chase合并两种合并方式性能增益比较 33

4.3 纠错编码的纠错能力对IR合并的影响 34

第5章 总结与展望 36

5.1 全文总结 36

5.2 下一步的工作展望 36

参考文献 38

致谢 40

第1章 绪论

作为当今社会通信领域中发展最迅猛、潜力最可观、最与时俱进的通信领域，移动通信现已成为现代社会中不可或缺的沟通途径。长期演进(Long Term Evolution, LTE)技术，作为第三代合作伙伴计划(3^rd Generation Partnership Project, 3GPP)的重心工作，带来的3G系统传输速率的迅速增长和传输质量的有效保障。LTE-A项目作为准3G项目即LTE项目的后续演进，其各项指标均已达到国际电信联盟(International Telecommunication Union, ITU)所要求的4G标准的要求，提供了更加优质的传输服务，在移动通信领域显现出巨大优势。

1.1研究背景

在LTE-A系统中，业务的重心将由原来的低速率数据业务和传统话音业务转向结合图像信号传输、语音信号传输、流媒体信号传输、以及高速数据传输相结合的传输业务。以往的话音业务，作为模拟信号进行传输，只要保证失真的要求在一定的范围内，不影响接收端的识别，即可完成传输任务。低速率数据业务，由于对传输速率的要求较低，因此传输系统可以将重心放在提高传输质量上，保证传输数据几乎不会出现差错。而在LTE-A系统中，用户对数据的传输速率以及可靠性均具有进一步的要求，而如今的图像信号、语音信号和流媒体信号作为编码复杂的数字信号，相较于之前所传输的内容，更易出现差错。同时，复杂的信息编码带来的巨大数据量，也对传输速率提出了更严峻的挑战。这对移动通信系统的传输速率和传输可靠性而言都是不小的挑战，也成为了移动通信业界关注的焦点问题。

自LTE系统开始，该标准就以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术为基础，展开了多项新技术，努力满足传输速率的要求^[1]。在LTE-A系统中，广泛开始采用HARQ技术、自适应调制编码技术(Adaptive Modulation and Coding, AMC)、多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)等技术，进一步保障传输速率与传输质量。而HARQ技术在保障传输质量的任务中起到了格外重要的作用。

1.2 研究目的及意义

在LTE-A中，相较于以往的话音业务，多媒体传输，高速率数据业务的应用巨幅增长。在保持成本和效率的前提下，为了灵活地支持广泛的多媒体业务和高速率数据业务，保证不同用户对于通信质量和传输速度的要求，用于提升数据传输速率和降低差错率等的技术凸显出重要的研究价值。