基于自适应编码调制的自适应协作重传方法

摘要

本发明公开了一种基于自适应编码调制的自适应协作重传方法，该方法依据源端到目的端直接传输链路的信道状态信息和不同业务的服务质量要求，选择合适的编码调制方案级别和最大重传次数，进行数据包的发送，由无线信道的广播特性，目的端和中继节点能够同时接收到数据，如果目的端未能正确译码，则启动重传，依据所选择的编码调制方案以及中继节点是否正确接收数据包来决定由源端或中继节点进行重传。本发明是将自适应编码调制技术，混合自动请求重传技术以及协作分集结合起来考虑，选择在协作增益明显的时刻进行协作，避免了不恰当或无增益的协作，从而在尽可能的减少了协作信令开销的情况下，提高了传输质量，有效的优化了系统整体性能。

说明书

技术领域

本发明涉及通信系统中的链路自适应技术以及各通信节点的协作方式，特别是针对使用自适应编码调制(AMC)技术和混合自动请求重传(HARQ)技术的系统中，各通信节点的有效的协作策略。

背景技术

无线信道，受各种外界干扰及多径衰落等因素的影响，具有时变特性和衰落特性。多输入多输出(MIMO)技术可以提供分集增益，有效的对抗信道衰落。为使多输入多输出系统能够获得期望的分集增益，各天线之间必须保持一定的最小距离。但在实际系统中，由于通信节点的体积限制而无法实现。为克服这一缺陷，人们提出了协作通信技术。它利用无线信道的广播特性，源端节点所发送的信号可以被其他用户接收，因此，可以利用用户间的协作获得天线阵列增益。研究表明，协作通信技术可以有效改善覆盖性能，提高链路的可靠性和吞吐量。但是，由于协作会带来额外的信令开销，所以，不恰当的协作有可能带来性能的损失。因此，必须合理设计协作方案，以使协作带来的增益最大化。

自适应编码调制(AMC)技术能够动态地调节信道编码的码率和调制方式使之与时变信道的瞬时信道条件相匹配，可以提高数据通信的吞吐量和频谱利用率。混合自动请求重传(HARQ)技术融合了前向纠错编码和自动请求重传(ARQ)两项基本的差错控制技术，是保证数据在无线时变信道上可靠传输的重要手段。混合自动请求重传技术的基本原理是：在发送端，信息数据包首先经过检错码编码，然后经过信道纠错码编码，然后送入信道。在接收端，接收到的信息数据包首先经过信道编码的解码，来纠正在无线信道传输过程中引入的错误。然后经过检错码检验信息数据包是否正确译码。如果检验结果信息数据包正确译码，接收端向发送端发送确认信号(ACK)。发送端继续发送下一个信息数据包；如果检验出接收到的信息数据包含有错误信息，则丢弃该信息数据包或者保存该信息数据包，然后向发送端发送否认信号(NACK)，发送端根据预先确定的传送方案重新发送该信息数据包的信息。如此重复下去，直到信息数据包被正确接收或者尽管数据包仍然有错误但是已经达到最大重传次数，则开始一个新的信息数据包的传输。

发明内容

本发明针对现有协作通信技术存在的额外信令开销造成性能损失的问题，提供一种可以在最小化节点协作信令开销的情况下提高系统传输性能的基于自适应编码调制的自适应协作重传方法。

本发明的基于自适应编码调制的自适应协作重传方法，包括以下步骤：

(1)根据业务的服务质量要求，得到经过重传之后的最大允许误包率(PER)，结合当前源端到目的端直接传输链路的信道状态信息，确定信道编码调制方案级别和最大重传次数；

(2)源端向目的端发送数据，目的端和中继节点同时接收到数据；

(3)如果目的端正确译码，则反馈确认信号(ACK)，源端和中继节点同时接收到确认信号(ACK)；如果目的端不能正确译码，则反馈否认信号(NACK)，源端和中继节点同时接收到否认信号(NACK)；

(4)如果中继节点正确译码，则反馈确认信号(ACK)，源端和目的端同时接收到确认信号(ACK)；如果中继节点不能正确译码，则反馈否认信号(NACK)，源端和目的端同时接收到否认信号(NACK)；

(5)如果此时的编码调制方案级别为0，即源端到目的端的直接传输信道处于深衰落，并且中继节点正确译码则由中继节点进行重传；否则，由源端重传；

(6)在目的端采用最大比合并，如果合并后译码正确，则反馈确认信号(ACK)，源端和中继节点同时接收到确认信号(ACK)；如果目的端不能正确译码，则反馈否认信号(NACK)，源端和中继节点同时接收到否认信号(NACK)；

(7)检查是否到达最大重传次数，若未到达，则转到第(5)步；若到达最大重传次数，则丢弃此数据包，开始发送下一数据包。

上述第(1)步中，信道编码调制方案和信道状态信息的对应关系通过仿真得到的误包率曲线来获取。

中继节点的重传方案选择以下两种之一：

方案1：中继节点在重传时，不改变当前编码调制方案级别。

方案2：中继节点在重传时，根据中继节点到目的端的信道状态信息，重新选择编码调制方案级别。

本发明是将自适应编码调制技术，混合自动请求重传技术以及协作分集结合起来考虑，选择在协作增益明显的时刻进行协作，避免了不恰当或无增益的协作，从而在尽可能的减少了协作信令开销的情况下，有效的优化了系统整体性能，在信道条件比较差的情况下，本发明带来的性能增益更为突出。

附图说明

图1是本发明在三节点中模型中的拓扑结构。其中S为源端，D为目的端，R为中继节点；实线表示直接传输链路，虚线表示中继链路。

图2是本发明所述方法的实施流程图。

图3是本发明与传统方案的性能比较图。

具体实施方式

以最典型的且具一般性的三节点模型为例说明本发明的基于自适应编码调制的自适应协作重传方法，系统模型如图1所示。

具体实现步骤如图2所示：

第1步：根据不同业务的服务质量要求，得到经过重传之后的最大允许误包率(PER)，结合当前的信道状态信息，确定编码调制方案级别；

第2步：源端向目的端发送数据，目的端和中继节点同时接收到数据；

第3步：如果目的端正确译码，则反馈ACK，源端和中继节点同时接收到ACK；如果目的端不能正确译码，则反馈NACK，源端和中继节点同时接收到NACK。

第4步：如果中继节点正确译码，则反馈ACK，源端和目的端同时接收到ACK；如果中继节点不能正确译码，则反馈NACK，源端和目的端同时接收到NACK；

第5步：如果此时的编码调制方案级别为0，即源端到目的端的直接传输信道处于深衰落，并且中继节点正确译码则由中继节点进行重发；否则，由源端重发；

第6步：在目的端采用最大比合并，如果合并后译码正确，则反馈ACK，源端和中继节点同时接收到ACK；如果目的端不能正确译码，则反馈NACK，源端和中继节点同时接收到NACK；

第7步：检查是否到达最大重传次数，若未到达，则转到第5步；若到达最大重传次数，则丢弃此数据包，开始发送下一数据包。

需要说明的是，本发明的实施过程第1步中，根据信道条件选择编码调制方案时，信道编码调制方案和信道条件的对应关系可以通过仿真得到误包率曲线来获取。

还需要说明，在有些系统中，为了降低复杂度，规定重传过程中编码调制方案级别不变。为了确保与更多系统的兼容性，在本发明中，规定中继节点可以选择两种重传方案：

方案1：中继节点在重传时，不改变当前编码调制方案级别。优点：不需要估计中继节点到目的端的信道状态信息，复杂度低。缺点：编码调制方案级别有可能和中继节点到目的端的信道状态不匹配。

方案2：中继节点在重传时，根据中继节点到目的端的信道状态信息，重新选择编码调制方案级别。优点：编码调制方案级别和中继节点到目的端的信道状态相匹配。缺点：复杂度高。

图3中给出了本发明与传统方案(只联合考虑自适应编码调制技术和混合自动请求重传技术，而未考虑自适应协作重传)的频谱效率性能比较。其中，源端到中继节点信道和中继节点到目的端信道的平均信噪比都为γ，而源端到目的端信道的平均信噪比为γ/4。这是一种典型的中继节点位于源端到目的端中点附近时的网络模型。由性能比较可以得出：对所有γ值，本发明都比传统方案性能好，特别地，在γ值比较低，也就是信道条件比较差的情况下，本发明带来的性能增益更为突出。