《一種基於比特變換的數據重傳方法》是華為技術有限公司於2001年9月30日申請的專利，該專利的申請號為011360445，公布號為CN1411236，公布日為2003年4月16日，發明人是范濤、胡灝。該發明涉及數據重傳技術，尤指一種在數據調製前預先對數據比特位置進行變換，以保證多次重傳後數據可靠性的基於比特變換的數據重傳方法。
《一種基於比特變換的數據重傳方法》的關鍵是在每次重傳數據進行正交振幅調製之前，對數據內各組成比特的位置按照選定的變換方式進行調換；該方法還進一步包括：a.預先設定數據比特未經變換的變換方式為0，初次傳輸採用變換方式0調製、傳送數據；b.判斷是否需要重傳，如果不需要，則返回步驟a傳送新數據；否則，判斷預先選定的變換方式是否已全部用過，如果不是，則依序選擇下一變換方式，如果是，則從變換方式0開始重新依序選擇；c.按選定的變換方式對數據比特位置進行調換，之後，調製、傳送處理後的數據。採用該方法可減少存儲量，且保證多次重傳後同一數據符號內各比特可靠性的均衡，提高解碼器性能及數據傳輸可靠性。
2013年10月，《一種基於比特變換的數據重傳方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種基於比特變換的數據重傳方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種基於比特變換的數據重傳方法
- 類別：發明專利
- 公布號：CN1411236
- 公布日：2003年4月16日
- 申請號：011360445
- 申請日：2001年9月30日
- 申請人：華為技術有限公司
- 地址：廣東省深圳市科技園科發路華為用服大廈
- 發明人：范濤、胡灝
- 分類號：H04L27/34
- 專利代理機構：北京德琦專利代理有限公司
- 代理人：周金妹
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
通信系統在進行數據傳輸的過程中，經常會遇到傳輸數據錯或未收到所傳數據的現象，如此就會影響整個系統的正常工作，為了保證系統的正常工作，一些支持重發機制的系統就採取不斷重發同一數據直至收到對端接收數據正確的應答為止。對於採用正交幅度調製（QAM）傳輸數據的通信系統來說，所傳輸的數據是由所採用星座圖中的符號確定的，也就是說，傳輸數據時，先傳星座圖中一個符號所對應的X軸數據，後傳該符號對應的Y軸數據。但是，當一個符號對應的比特數目大於或等於4時，該符號內各個組成比特的傳輸可靠性是不同的，由於每個符號內各比特位傳輸時可靠性的不同，數據在經過多次重傳後，每個符號內各個組成比特之間的可靠性就會相差較大，則使得整個數據的可靠性降低，同樣也可能影響系統的正常工作。如果想在每次重傳中使數據比特的可靠性保持不變，則這種同一符號內不同比特可靠性的差異將會降低解碼器的性能。
為了均衡和改善重傳過程中同一符號內每個比特的可靠性，提高解碼性能，業界提出了一種基於信號星座圖重排的增強自動重發請求（HARQ）方法，該方法通過改變每次重傳過程中數據高階調製的星座圖來改變每個符號內不同比特的可靠性，使得在多次重傳過程中每個符號內不同比特的可靠性基本趨於一致，從而使得基於多次重傳的解碼器的性能得以提高。但是在這種方法中，收發端都必須存儲所有可能用到的星座圖，需要的儲存量較大，尤其對於高階調製方法，因為階數越高需要採用的變換星座圖越多，存儲量也越大。
上述HARQ方法實現的基本原理就是：在每次數據重傳時採用不同的格雷碼圖。以16QAM數據高階調製為例，QAM高階調製的星座圖可以有多種變化方式，但是由於16QAM的每個符號均由4比特位組成，因此，一般選用四種不同的、有對稱性的星座圖作為重傳過程中可能用到的星座變換圖即可滿足需求，數據在重傳時可循環使用這四種星座圖。圖1~圖4給出了所選定的該HARQ方法中可能用到的四種矩形16QAM星座圖，其中，i代表符號的最高位，q1代表符號的第二位，i2代表符號的第三位，q2代表符號的最低位。
從圖1可以看出i1q1的變化機率比i2q2小，故此，採用此星座圖傳輸數據時，數據中i1q1的可靠性比i2q2高；同樣，從圖2可以看出i2q2的變化機率比i1q1小，故此，採用此星座圖傳輸數據時，數據中i2q2的可靠性比i1q1高，以此類推，每次傳輸時順序使用選定的星座圖，即可保證經過多次重傳後數據中各比特的可靠性仍基本保持一致。表一中具體給出了該方法中每次傳輸時採用的星座圖號及其性能分析：
傳輸次數 | 星座圖號 | 性能分析 |
第一次傳輸 | 圖1 | i1q1的可靠性高於i2q2 |
第二次傳輸 | 圖2 | 改變i1q1和i2q2的映射關係後，i2q2比i1q1可靠性高 |
第三次傳輸 | 圖3 | i1q1的可靠性比i2q2高，本次傳輸是第一次傳輸izq2的取反映射 |
第四次傳輸 | 圖4 | i2q2比i1q1可靠性高，本次傳輸是第二次傳輸iqi的取反映射 |
以後的傳輸 | 圖1~圖4 | 循環使用上面所定義的星座圖1~4 |
由上述分析可見，為了正確地進行傳輸或解調就必須在收發端都存儲可能用到的所有選定星座圖的映射關係，如此存儲量大大增加，對於更高階調製來說，用到的星座圖會更多，需要的存儲空間則會更大。
發明內容
專利目的
《一種基於比特變換的數據重傳方法》的主要目的在於提供一種基於比特變換的數據重傳方法，使其既能減少存儲量，又能保證多次重傳後同一符號內每個比特的可靠性保持均衡，進而提高解碼器的性能，以及數據傳輸的可靠性。
技術方案
《一種基於比特變換的數據重傳方法》其至少包括以下步驟：預先設定正交振幅調製所採用星座圖中每個符號對應至少一種變換方式，該方法包括以下步驟：
a.從設定的所有變換方式中任選一種變換方式對符號比特位置進行調換，再用調換後的符號對當前要傳輸的數據進行調製，並首次傳送調製後的數據；
b.數據傳輸後，判斷是否需要重傳，如果不需要，則返回步驟a傳送新數據；如果需要，則判斷預先設定的變換方式本輪是否已全部用過，如果是，則任選一種變換方式；否則，任選一種本輪未使用過的變換方式；
c.按選定的變換方式對符號比特位置進行調換，再用調換後的符號對當前要傳輸的數據進行調製，並傳送調製後的數據。
該方法還進一步包括以下步驟：預先設定比特位置未經變換對應變換方式0,首次數據傳輸採用變換方式0對當前要傳輸的數據進行調製，並傳送調製後的數據。那么，步驟b中數據需要重傳時，判斷預先設定的變換方式本輪是否已全部用過，如果是，則從變換方式0開始重新依序選擇變換方式；否則，依序選擇下一種變換方式。
其中，變換方式是指每個符號內各組成比特的位置排列順序。所述比特位置調換由比特變換裝置實現，該比特變換裝置至少包括：
串1並轉換器，用來將串列數據轉換成並行數據；暫存器，用於存儲並行數據；控制器，用於控制並行數據中比特輸出的先後順序，完成比特位置變換。
當正交振幅調製的階數為2時，該正交振幅調製星座圖中的每個符號由n個比特構成，n大於等於4。每個符號的組成比特序列可表示為i1q1......imqm，每個符號的比特變換方式有（m!）種，其中m為n/2。
該發明的關鍵就是：在每次重傳數據進行調製之前時，對數據內比特的位置進行調換。
有益效果
《一種基於比特變換的數據重傳方法》所提供的基於比特變換的數據重傳方法，是通過每次重傳前對數據內比特位置進行變換以改變同一符號內不同比特的可靠性，如此，經過多次傳輸後便可使同一符號內不同比特的可靠性基本保持均衡。由於在每次重傳時採用的是同一幅基本星座圖，因此收發端各只需存儲一幅基本的星座圖映射關係即可，進而使存儲量得以降低，同時增強數據傳輸的可靠性。
附圖說明
圖1為16QAM用增強自動重發請求方法進行數據重傳時星座圖之一；
圖2為16QAM用增強自動重發請求方法進行數據重傳時星座圖之二；
圖3為16QAM用增強自動重發請求方法進行數據重傳時星座圖之三；
圖4為16QAM用增強自動重發請求方法進行數據重傳時星座圖之四；
圖5為採用《一種基於比特變換的數據重傳方法》方法實現數據重傳的流程示意圖；
圖6為該發明方法的一實施例圖。
權利要求
1、《一種基於比特變換的數據重傳方法》其特徵在於，預先設定正交振幅調製所採用星座圖中每個符號對應至少一種變換方式，該方法包括以下步驟：
a.從設定的所有變換方式中任選一種變換方式對符號比特位置進行調換，再用調換後的符號對當前要傳輸的數據進行調製，並首次傳送調製後的數據；
b.數據傳輸後，判斷是否需要重傳，如果不需要，則返回步驟a傳送新數據；如果需要，則判斷預先設定的變換方式本輪是否已全部用過，如果是，則任選一種變換方式；否則，任選一種本輪未使用過的變換方式；
c.按選定的變換方式對符號比特位置進行調換，再用調換後的符號對當前要傳輸的數據進行調製，並傳送調製後的數據。
2、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還進一步包括：預先設定比特位置未經變換對應變換方式0，首次數據傳輸採用變換方式0對當前要傳輸的數據進行調製，並傳送調製後的數據。
3、根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟b中數據需要重傳時，判斷預先設定的變換方式本輪是否已全部用過，如果是，則從變換方式0開始重新依序選擇變換方式；否則，依序選擇下一種變換方式。
4、根據權利要求1、2或3所述的方法，其特徵在於：所述變換方式為每個符號內各組成比特的位置排列順序。
5、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述的比特位置調換由比特變換裝置實現。
6、根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述的比特變換裝置至少包括：串/並轉換器，用來將串列數據轉換成並行數據；暫存器，用於存儲並行數據；控制器，用於控制並行數據中比特輸出的先後順序，完成比特位置變換。
7、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：當正交振幅調製的階數為2時，該正交振幅調製星座圖中的每個符號由n個比特構成。
8、根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：所述的比特數n大於等於4。
9、根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：所述每個符號的組成比特序列為i1q1......imqm,其中m為n/2。
10、根據權利要求7所述的方法，其特徵在於：每個符號的比特變換方式有（m!）種，m為n/2。
實施方式
下面結合附圖及具體實施例對《一種基於比特變換的數據重傳方法》作進一步詳細的說明。
假定通信系統採用高階調製且支持重傳機制，同時，假定高階調製的階數為2，即星座圖中每個點（每個符號）由n個比特組成，其中每個符號可以由比特序列i1q1......imqm（m=n/2）來表示。由於高階調製中每個符號內不同比特的可靠性是不同的，所以該發明通過變換比特的位置來改變每次重傳過程中相應比特的可靠性，並通過多次重傳達到均衡每個比特可靠性的目的。比特變換的具體操作是互換i1,i2......im或是q1,q2......qm的位置。一般，這種互換位置的組合有（m!）種，對應每種互換的可能性都有相應的一個編號，例如：數據比特不變換的情況編號為0，其它情況可依次編號，每次只需選用其中一種互換方式對將要傳輸的數據比特進行位置變換即可。
以16QAM高階調製數據傳輸為例，即高階調製的階數為2，n為4,其星座圖中每個點（每個符號）由4個比特組成，其中，每個符號由比特序列i1q1i2q2表示。
對於16QAM高階調製而言，每個符號內比特的變換方式共有4種，分別為：i1q1i2q2、i2q1i1q2、i1q2i2q1、i2q2i1q1。在這四種變換方式中，將i1q1i2q2作為數據比特沒有進行變換的初始狀態，標記為變換方式0,其它變換方式可依次分別標記為變換方式1、變換方式2、變換方式3。
如圖5所示，採用該發明的方法進行數據傳輸及重傳時，傳送端的工作過程至少包括以下的步驟：
1）在初次傳輸時，數據比特不經過變換，即按比特變換方式0將該數據比特根據星座圖的映射關係進行調製、傳送；
2）當數據傳送完成後，系統判斷是否需要重傳，如果，上一次傳輸正確，則轉入步驟1）傳輸新的數據塊，否則轉入步驟3）進行重傳；
3）如果數據需要重傳，則先判斷所選定的四種變換方式的組合是否都已使用，如果沒有，則按編號順序選擇下一序號的變換方式；如果已全部使用過，則從變換方式0開始重新依序選擇。選定比特變換方式後，根據所選擇的比特變換方式對要傳輸的數據比特進行變換，之後，再根據星座圖的映射關係對數據進行調製、傳送，然後返回步驟2）
在步驟3）中，按照選定的比特變換方式對要傳輸的數據比特進行變換可以採用兩種方法實現：以硬體方式實現，或以軟體方式實現。
以硬體方式實現比特變換時，如圖6所示，該比特變換裝置至少包括串1並轉換器50、暫存器51和控制器52，其中，控制器52用於控制比特輸出的先後順序，以完成比特位置的變換。在傳送端，串/並變換器50首先將輸入的串列數據流變換為並行數據，送入暫存器51中進行存儲，然後通過控制器52來控制並行數據比特位的輸出次序，以達到數據比特位置變換的目的，最後再將比特位變換後的數據流調製傳送出去。同樣，在接收端也配有該比特變換裝置，系統對接收到的數據進行解調後，便利用該比特變換裝置的反變換，恢複數據比特原有的次序，然後再執行進一步的處理。該控制器52中預先放置了選定的比特變換方式，並設定了不同變換方式的選擇順序。
該比特變換也可採用編程以軟體方式實現，通過數組或佇列存儲數據位，並按預先選定的變換方式對數據為進行重新排列組合，然後將經過變換的數據調製輸出。只是相對於硬體裝置而言，軟體實現速度要慢。
該發明的方法只是在高階調製前對數據比特的位置進行變換，而不是直接對星座圖進行重排，因此，採用該方法只需存儲一幅星座圖，能夠在完成數據傳輸的同時降低存儲量，並且，該方法在多次重傳後能保證同一數據符號內每個比特的可靠性基本一致。
該發明在選用數據比特位置變換的組合方式時，不僅可以選用任意幾種位置變換方式，也可以採用位置變換的全部（m!）種方式。
榮譽表彰
2013年10月，《一種基於比特變換的數據重傳方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
