適用於非對稱突發信道的自適應協議設計方法
2023-06-17 18:34:56 1
專利名稱：適用於非對稱突發信道的自適應協議設計方法
技術領域：
本發明屬於無線通信技術領域，是一種自適應ARQ協議設計方法，適合用於複雜 多變的非對稱突發信道通信。
背景技術：
信道是對無線通信中發送端和接收端之間的通路的一種形象比喻，無線信號需要 通過信道進行傳輸。相較於有線通信，無線通信的信道具有一定的不確定性，會受到許多因 素的影響與制約。突發信道是指通信信道的存在形式是間斷的、突發的。由於信道的不連 續性，使用突發信道的通信系統數據吞吐率一般比較低下，而且很難提高。如果通信信道的 上下行鏈路同時存在或者消失，則稱該信道為對稱信道；如果出現上下行鏈路不同時存在 的情況，則稱該信道為非對稱信道。目前比較典型的非對稱突發信道有流星餘跡信道和短 波電離層信道等。針對非對稱突發信道連續性差、不對稱性較強的特點，差錯控制技術對於確保通 信進行起著極為重要的作用。現有的傳統通信系統中有兩種差錯控制技術前向差錯控制 技術FEC和自動請求重傳技術ARQ。ARQ協議簡單而且系統可靠性高，但數據通過率會隨著 信道誤碼率的增加而迅速下降。因此人們將兩種差錯控制方案結合起來，在ARQ系統中包 含一個FEC系統，即得到採用混合ARQ的H-ARQ系統。在H-ARQ系統中，FEC方式可以與三種傳統ARQ方式中的任何一種進行結合。在 給定FEC接口的情況下，現有的三種ARQ方式在非對稱突發信道環境中存在各自的缺點。停等式ARQ方式在確保每幀數據均正確接收後才進行下一幀數據的接收，此種方 式實現簡單，傳輸可靠，在許多通信系統中得到了應用，但是信道利用率非常低，浪費了大 量信道資源。退N步ARQ方式中，發端在沒有收到對方應答的情況下，可以連續發送N幀，收端 僅接收正確且順序連續的幀。由於連續傳送，退N步ARQ方式效率高於停等式ARQ方式，但 是現有退N步ARQ存在反向幀過長，重傳幀過多等問題，在非對稱信道環境下，鏈路利用率 非常低下。選擇重傳ARQ方式同樣可以連續地發送N幀，由於只對出錯的信息幀進行重傳，因 此選擇重傳ARQ鏈路利用率最高。但是選擇重傳ARQ方式協議設計最為複雜，而且其傳輸 數據幀中有效信息字節所佔比例較小，降低了鏈路的有效利用率。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有ARQ協議存在的問題，提出一種適用於非對稱突 發信道的自適應ARQ協議設計方法，以較低的協議開銷獲得較高的鏈路有效利用率，同時 提高現有ARQ方式對非對稱信道的適應性，滿足利用非對稱突發信道高效通信的需求。為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟(1)通信端對數據進行接收，接收的數據若為信息幀，則將其存入接收緩存區，然後根據緩存區中正確信息幀的存儲位置產生接收位圖，接收的數據若為監控幀，則進入步 驟⑶；(2)提取接收緩存區信息幀中的傳輸速率控制信息與接收指示信息，利用信道對 稱性判決算法估計信道當前的對稱情況，若信道不對稱，則根據當前信道的非對稱種類採 用對應的反饋方式發送接收反饋信號至信息發送端；若信道對稱，則根據接收位圖採用狀 態轉移算法確定反饋信號的發送方式與頻率；(3)根據接收到的對方重傳要求，將所需重傳信息幀存入發送緩存區，如果緩存區 存在剩餘空間，則繼續存入上層要求發送的信息幀，然後按照當前傳輸速率進行發送，同時 根據步驟(2)的判決結果在相應時刻發送接收反饋信號；(4)將接收到的與當前上層所需幀序號相同的信息幀呈交給上層用戶，重複步驟 (1)至步驟(3)，直到通信雙方均完成對所需數據的全部接收。本發明與現有技術相比，具有以下優點1、本發明提出了接收位圖的概念，即用一個長度與接收緩存區可存儲幀數相等的 數字序列反映接收緩存區中正確幀的存儲情況，使信息幀接收端能夠以較小的協議開銷告 知發送端所需重傳的信息幀。2、本發明利用長度較短的監控幀對信息幀接收情況進行迅速反饋，能夠縮短分組 重傳的等待時間，減少不必要的重傳，提高系統的鏈路有效利用率，同時提高反饋信號的正 確傳輸概率，增強系統對突發非對稱信道的適應性。3、本發明利用傳輸速率控制信息與接收指示信息對當前時刻的信道對稱性進行 準確的估計，使系統能夠更加有效地利用信道資源，提高數據正確通過概率。
圖1是本發明流程示意圖；圖2是現有信息幀結構示意圖；圖3是本發明監控幀結構示意圖；圖4是本發明監控幀的發送頻率狀態轉移示意圖；圖5是本發明與現有ARQ協議鏈路利用率理論值示意圖；圖6是本發明與現有ARQ協議鏈路有效利用率理論值示意圖；圖7是在前後向信道對稱時，本發明與現有ARQ協議在不同誤幀率條件下鏈路有 效利用率的仿真曲線示意圖；圖8是在信道不對稱度為75%時，本發明與現有ARQ協議在不同誤幀率條件下鏈 路有效利用率的仿真曲線示意圖。
具體實施例方式參照圖1，本發明包含以下步驟步驟1.接收數據，判斷幀類型並產生接收位圖。通信開始時，通信端產生一個長度與接收緩存區可存儲幀數相等的全零序列，稱 之為位圖序列，當有數據到達時，上層產生一個收中斷，系統開始接收，若接收數據為監控 幀，進入步驟4，監控幀結構參見圖3 ；
若接收數據為信息幀，將該幀存入接收緩存區，並對其進行誤幀檢測，信息幀的結 構參見圖2，如果信息幀經過檢測後沒有發現錯誤，則認為該信息幀接收正確，將該幀在位 圖序列上的對應位置標識為1，否則不進行標識；查看正確信息幀的序號，如果該幀的序號與上層當前所需幀序號相同，進入步驟 5，若不相同，將該幀暫時保存在緩存區中；緩存區中所有信息幀經過誤幀檢測後，系統得到的能夠反映緩存區中正確幀位置 的位圖序列即為接收位圖。步驟2，提取信息幀中的傳輸速率控制信息與接收指示信息，對信道對稱性進行估 計。2a)通信端從接收緩存區內存儲的信息幀中提取出傳輸速率控制信息與接收指示 信息，該傳輸速率控制信息由信息幀控制欄位中的兩個比特進行表示，分別對應數據傳輸 速率的高、中、低速與保持當前速率四種情況，傳輸速率與控制比特的對應信息見表1 ；表1變速度對應信息
權利要求
一種適用於非對稱突發信道的自適應ARQ協議設計方法，包括如下步驟(1)通信端對數據進行接收，接收的數據若為信息幀，則將其存入接收緩存區，然後根據緩存區中正確信息幀的存儲位置產生接收位圖，接收的數據若為監控幀，則進入步驟(3)；(2)提取接收緩存區信息幀中的傳輸速率控制信息與接收指示信息，利用信道對稱性判決算法估計信道當前的對稱情況，若信道不對稱，則根據當前信道的非對稱種類採用對應的反饋方式發送接收反饋信號至信息發送端；若信道對稱，則根據接收位圖採用狀態轉移算法確定反饋信號的發送方式與頻率；(3)根據接收到的對方重傳要求，將所需重傳信息幀存入發送緩存區，如果緩存區存在剩餘空間，則繼續存入上層要求發送的信息幀，然後按照當前傳輸速率進行發送，同時根據步驟(2)的判決結果在相應時刻發送接收反饋信號；(4)將接收到的與當前上層所需幀序號相同的信息幀呈交給上層用戶，重複步驟(1)至步驟(3)，直到通信雙方均完成對所需數據的全部接收。
2.根據權利要求1所述的自適應ARQ方法，其特徵在於，步驟(1)所述的根據緩存區中 正確信息幀的存儲位置產生接收位圖，是在通信開始時，先產生一個長度與接收緩存區可 存儲幀數相等的全零序列，然後對接收緩存區中的信息幀進行誤幀檢測，如果某信息幀沒 有錯誤，則將該序列的對應位置標識為1，誤幀檢測結束後得到的能夠反映正確幀位置的序 列即為接收位圖。
3.根據權利要求1所述的自適應ARQ方法，其特徵在於，步驟(2)所述的利用信道對稱 性判決算法估計信道當前的對稱情況，按照如下方式進行假設A端與B端進行全雙工通信，數據傳輸速率分別為Ra與Rb，在觀察時間Td內，A端 向B端發送(Td · Ra-Nat)幀，B端向A端發送(Td · Rb-Nbt)幀，其中ΝΑτ與ΝΒτ為通信雙方 空閒時間等效傳輸幀數，根據從信息幀中提取的接收指示信息得知A端實際接收到Na幀，B 端實際接收到Nb幀；如果Nb < < (Td · Ra-NaJ,則證明A端到B端信道不存在，否則該信道存在；如果Na << (Td · Rb-Nbt),則證明B端到A端信道不存在，否則該信道存在。
4.根據權利要求1所述的自適應ARQ方法，其特徵在於，步驟(2)所述的根據當前信道 的非對稱種類採用對應的反饋方式發送接收反饋信號至信息發送端，按照如下方式進行假設A端與B端進行全雙工通信，當A端至B端的信道不存在而B端至A端的信道存 在時，B端向A端連續反饋兩幀監控幀後，連續發送信息幀，同時A端向B端低速發送信息 幀；當B端至A端的信道不存在而A端至B端的信道存在時，A端向B端連續反饋兩幀監 控幀後，連續發送信息幀，同時B端向A端低速發送信息幀；當A端至B端、B端至A端的信道均不存在時，A端、B端相互低速發送信息幀；當A端至B端、B端至A端的信道都存在時，A端、B端相互發送信息幀，並根據狀態轉 移算法確定反饋信息的發送方式與發送頻率。
5.根據權利要求1所述的自適應ARQ方法，其特徵在於，步驟(2)所述的根據接收位圖 採用狀態轉移算法確定反饋信號的發送方式，按照如下方式確定設接收位圖總長度為L，其中標識1的個數為1 (0 < 1 < L)，令監控幀反饋最低門限為Itl，當1 < Itl時，採用捎帶方式反饋否定應答NAK信號；當Itl < 1 < L-I時，反饋監控幀信 號；當1 = L時，採用捎帶方式反饋肯定應答ACK信號，並將分組呈交用戶。
6.根據權利要求1所述的自適應ARQ方法，其特徵在於，步驟(2)所述的根據接收位 圖採用狀態轉移算法確定反饋信號的發送頻率，是將接收位圖中標識1的個數1的取值區 域I0 L-I劃分為4個級別，每個級別的門限數值分別為I1U2U3和I4，其中I4 = L-I ；當 Ii-! < 1 ^ Ii時對應於第i級i = 1，2，3，4，反饋周期Ti為每接收&個信息幀發送一個監 控幀，其中 Ic1 > k2 > k3 > k4。
7.根據權利要求1所述的自適應ARQ方法，其特徵在於，步驟(3)所述的根據接收到的 對方重傳要求，是指如果反饋信號為ACK信號，則要求通信端發生送新的信息幀；如果反饋 信號為NAK信號，則要求通信端重傳上一時刻發送的所有信息幀；如果反饋信號為監控幀， 則要求通信端重傳接收位圖中0標識位對應的信息幀；如果沒有任何反饋信號，則要求通 信端在等待時間超過一定門限值後，重新傳輸上一時刻發送的所有信息幀。
全文摘要
本發明公開了一種適用於非對稱突發信道的自適應ARQ協議設計方法，主要解決現有ARQ協議在非對稱突發信道環境下鏈路開銷過高、有效利用率低下的問題。其方法是根據信息幀的接收情況產生接收位圖；根據傳輸速率控制信息與接收指示信息採用信道對稱性判決算法對當前信道的對稱性進行估計，並結合狀態轉移算法確定反饋信號的發送方式與發送頻率；根據通信對方的重傳要求發送信息幀，並在確定的時間段發送反饋信號；將正確接收的信息幀呈交上層，重複上述步驟，完成所需數據的正確接收與發送。本發明適用於非對稱突發信道，能夠在花費與現有退N步ARQ協議同等開銷的條件下，得到與現有選擇重傳ARQ協議同等的鏈路有效利用率。
文檔編號H04W28/04GK101938779SQ20101027152
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者關磊, 劉坤, 司江勃, 李海波, 李贊, 杜軍朝, 蔡覺平, 趙晉宇, 郝本建, 陳小軍 申請人:西安電子科技大學