3.2 CA-HARQ方案
由系统吞吐率的定义知，能够使接收端正确译码的校验比特是必需的有用信息，而额外的校验比特就是冗余的无用信息。减少传送的无用冗余比特的数目就可以提高吞吐率。不难看出，传统的Type-ⅡHARQ重传仅考虑了冗余版本不同的打孔位置，没有考虑此时的信道状况，速率局限于几个固定值，造成了系统吞吐率的浪费。由此，Mantha提出了一种新的重传方案CA-HARQ（Capacity-ApproachingHARQ），以最小的幅度递增传输校验位，直到接收端正确译码。这样传输的冗余校验比特的数目就可以最小化，从而使吞吐率达到最大[5]。传送数据时，首先传送信息位，如果不能正确接收，再传送校验位。系统通过PSI（ParitySpreading Interleaver）实现对校验位的抽取。PSI将turbo编码器输出的校验位分组，每次收到NACK后，选择不同子集的校验位传送。每个子集的校验位的数目和位置可以灵活地设定，从而实现任意速率的抽取。例如，第1次重传使用5%的校验位，第2次的重传使用10%的校验位，依次类推。PSI的抽取矩阵如表1所示：
表1 PSI抽取矩阵
抽取矩阵中，“1”表示该位被传输，“0”表示被打掉，不会被传输。tij表示抽取矩阵第i行j列的元素，则次传送的比特数为。
CA-HARQ的系统模型如图2所示。假定反馈信道无错，CRC校验位足够长，可以忽略未检测出的错误概率。发送端经过turbo编码后得到系统位和扩展校验位，首次发送时只发送系统位，接收端进行turbo译码，若有错误发生，则向发送端发送NAK信号，要求重传。此时发送端对扩展检验位进行校验位交织器PSI编码器编码输出，根据信道的状态和反馈信号选择发送的比特。对应接收端的PSI解码器根据PSI抽取规则，首先将校验比特还原相应的位置，然后将前几次传输的错误的数据结合本次重传的冗余信息进行最大比合并，进行turbo译码。根据turbo译码输出的CRC值，判定接收的对错。
图2 CA-HARQ系统模型
ARQ系统的吞吐率指的是接收端正确接收数据帧时，帧中信息比特的数目k和发送端发送所有比特总数Nαν的比值：
，Nαν包括信息比特、CRC校验比特和其他所必须的校验比特。设经过M次重传，接收端可以正确译码，则
其中，Pi表示第i次重传正确接收数据的概率；Ni表示第i次重传的比特数。初始只传输信息比特（k位）和CRC校验比特（r位）（N0=k+r）[6]。
3.3 改进的CA-HARQ方案
CA-HARQ存在一个问题，就是当信道条件比较恶劣时，需要多次重传才能实现正确接收，这不仅带来了很大的延迟，而且也造成了系统吞吐量的浪费。针对这一问题，文献[7]提出了一种改进的CA-HARQ重传方式，该方式根据信道状况白适应的传送校验位，减少了传输延迟，而且实现简便，不需要复杂的信道估计。具体改进的方法是，根据信道状态选择初始传送的校验位数目，初始传送校验位的数目由之前传送的N帧数据决定。
具体实现如下：
（1）参数定义
传送序号：每次重传的标志，对应于打孔矩阵中的行。重传中传送的比特是打孔矩阵中该行为1位置上的比特。
起始传送序号：每帧开始时的传送序号。传送的比特是打孔矩阵中从开始到起始传送序号所对应的所有行中为1的位置上的比特。
结束传送序号：每帧传输结束（正确接收）时的传送序号。
（2）传输规则
起始帧：首先传送信息比特，如不能正确译码，则传送校验位比特。起始传送序号为1。每传输一次，译码器将接收到的符号和前面传送的符号联合进行译码。若有错，传送序号加1，继续传输，直到接收端正确译码，或将所有的校验比特传送完成，仍不能正确译码，则重传所有冗余比特，重传比特与以前的对应比特进行chase合并，再进行译码，直到接收端正确译码。
后续帧：首先传送信息比特，如不能正确译码，则传送校验位比特。第1次传输的校验位根据前N帧的传输状态确定：
如果以前N帧的最小结束传送序号是m，则将m设为本帧的开始传送序号，那么本次重传的校验位数目为。如果第1次的校验位仍然不能使数据帧正确接收，则传送序号加1，继续传输，直到接收端正确译码。
4、仿真及分析
仿真条件：在AWGN和平坦衰落的Rayleigh信道下，用matlab分别仿真了以上方案的性能：吞吐率和传输时延。帧长定为200比特。CRC校验码采用24比特的crc校验码，其生成多项式为gCRC24(D)=D24+D23+D6+D5+D+1。采用LOG-MAP算法，码率为1/3的Turbo译码，最大迭代次数为5。调制方式为QPSK。SNR范围为-2～10dB。传输数据时，起始重传序号是根据前面传输的N帧的数据传输情况确定的。这里暂定N=2，即以前两帧数据传输的情况确定本帧重传的起始序号。
由图3-图6所示。可以看到，在高斯信道下，改进的CA-HARQ方案的重传次数与传统HARQ的重传次数比较接近，与CA-HARQ相比都有了明显的减少，重传4次时已有4db的改善；吞吐率方面改进的CA-HARQ和CA-HARQ类似，比传统HARQ有了较大改善。在Rayleigh信道下，改进的CA-HARQ方案重传次数优势明显，不仅远远小于CA-HARQ，甚至比传统的HARQ方案也有一定程度的改善，这说明改进方案在信道条件较恶劣时更为适宜；吞吐率方面在信噪比比较小时比CA-HARQ略有改善，但并不明显，SNR＜0时，大约有0.5db的改善，这是因为改进HARQ的首次重传是根据前面的传送决定的，一定程度上反映了信道状况，减少了冗余比特的重传。
图3 AWGN下不同HARQ方案重传次数的对比
图4 AWGN下不同HARQ方案吞吐率的对比
图5 Rayleigh信道下的重传次数对比
