協(xié)作中繼系統(tǒng)基于HARQ協(xié)議的跨層優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、移動通信技術(shù)正朝著高傳輸速率、高可靠性和高有效性的方向發(fā)展。協(xié)作中繼技術(shù)的提出，打破了無線移動終端體積受限無法通過多天線技術(shù)獲得空間分集增益的弊端，受到普遍關(guān)注和研究。協(xié)作中繼技術(shù)使得網(wǎng)絡節(jié)點之間相互協(xié)作，獲得空間分集增益，提高網(wǎng)絡吞吐量和可靠性。目前協(xié)作中繼技術(shù)已被廣泛用于Ad hoc網(wǎng)絡、移動蜂窩網(wǎng)和無線傳感網(wǎng)，并且是4G通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，本文以無線協(xié)作中繼系統(tǒng)為研究背景，以跨層設(shè)計為主要思想，綜合考慮物理層的AMC(Ada

2、ptive Modulation Coding)技術(shù)和鏈路層的HARQ(Hybrid AutomaticRepeat reQuest)機制，對協(xié)作中繼系統(tǒng)進行跨層設(shè)計及優(yōu)化。
　　 AMC技術(shù)以其高吞吐量和高傳輸速率等優(yōu)越性備受青睞，HARQ機制集合了ARQ(Automatic Repeat reQuest)和FEC(Forward Error Correction)兩種差錯控機制的優(yōu)勢，在保證無線通信可靠性上得到了廣泛應用。本

3、文針對中繼系統(tǒng)如何滿足用戶QoS(QualityOf-Service)要求提高系統(tǒng)吞吐量的問題，提出在Nakagami-m衰落信道下，聯(lián)合物理層AMC技術(shù)和鏈路層CHARQ機制的跨層優(yōu)化設(shè)計方案。通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖描述中繼節(jié)點協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程，并分析中繼系丟包率。采用Markov模型和排隊論模型推導和分析數(shù)據(jù)包排隊時延和傳輸時延性能。最后，在滿足丟包率，排隊時延和傳輸時延等約束條件下，建立最大化系統(tǒng)吞吐量的跨層優(yōu)化模型，并通過迭代算法求

4、解。仿真結(jié)果表明，在吞吐量、丟包率、排隊時延和傳輸時延性能等方面，本文提出的CHARQ-AMC方案均優(yōu)于現(xiàn)有AMC-only,HARQ-only和HARQ-AMC方案。
　　 與MAC層和物理層相比，通信系統(tǒng)網(wǎng)絡層性能更能直接反應用戶對QoS的滿意度。針對這一問題，本文提出一種基于HARQ協(xié)議聯(lián)合MAC層和網(wǎng)絡層的跨層設(shè)計方案，并分析不同策略下的網(wǎng)絡層系統(tǒng)效率、時延和丟包率性能。首先，引入層模型，描述數(shù)據(jù)包的傳輸和接收過程。然后

5、，針對發(fā)送端重傳方式的不同和接收端采用解碼方式的不同，分析各種HARQ機制的區(qū)別。同時，本文提出一種IP層全局傳輸次數(shù)C約束，使得同一個IP包的N個FR(Fragment)可以共享所有傳輸機會，從而提高IP包傳輸成功的概率。另外，在傳統(tǒng)的FBS(Fragment BasedStrategy)策略和文中提出的XBS(XL-Based strategy)策略下，分別推導網(wǎng)絡層效率、時延、丟包率等性能指標的解析表達式。仿真結(jié)果表明，采用XBS