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IEEE 802.16m系统中的HARQ技术研究

林挺萃  
【摘要】: 无线通信技术是近年来发展最迅速的技术之一。WiMAX(WorldwideInteroperability for Microwave Access,全球微波接入互操作性)所制定的IEEE802.16系列无线接入标准在其中扮演着不可取代的角色,并致力于无线通信中低时延、高质量、强移动性的话音、影像、数据等业务。多年来802.16标准不断地得到完善与推广,其中,IEEE 802.16m是正在拟定中的支持高速移动的宽带无线接入协议。此标准支持0到300knfh的移动速度,向下兼容IEEE 802.16e协议,其传输速率达到了新的高峰。 HAPQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest,混合自动重传要求)技术是无线通信中的重要技术,对数据包传输的可靠性以及系统吞吐量、频谱效率的提高都起着不可或缺的作用。因此,HARQ技术被列入了IEEE 802.16系列标准的关键技术。特别是IEEE 802.16e对此技术提出了非常明确的要求。IEEE 802.16m中沿用了IEEE 802.16e的要求,并加入了新的元素。 本文在对IEEE 802.16e协议兼容的基础上,搭建起HARQ系统结构,并在此之上提出使系统吞吐量、频谱效率、发送延迟进一步提高的改进方案。分别从发送方式、参数控制、队列控制、调度方式等方面入手,提出了三种重要的发送方法,并对其进行了评估,证明了其性能的可靠性。 本文首先从IEEE 802.16e与IEEE 802.16m入手,论述了两者的关联以及区别,分析了HARQ的系统原理,阐述了目前国内外在HARQ方面的研究现状,并且从IEEE 802.16e与IEEE 802.16m中针对HARQ的规定出发,分析了HARQ系统的结构,以及结构中所运用的算法。 然后本文对HARQ系统进行了理论分析,研究了混合自动重传发送模式中子包最大重传次数、单次传输功率、子包长度、调制比特数、编码速率等参数与系统频谱效率之间的关系。基于IEEE 802.16e协议,本文提出了HARQ系统接收端带信道参数的反馈模式,以提高无线传输频谱效率,同时给出了该模式区别于固定参数传输模式功率分配和误包率的约束条件。本文在AWGN信道下建立了系统模型,分析了各参数对于总体频谱效率的影响以及各参数相应的优化方法,并提出了可实现的优化参数联合控制算法。同时分析了不同信道条件下的参数联合控制算法的调整,并给出了实际仿真模型,验证了算法的正确性。 其后本文利用前面所获得的理论基础,从排队论理论角度研究了HARQ系统中的队列问题,针对有包错误率限制的系统,提出了一种包错误率受限下的最大化频谱效率的多参数联合控制方式,并得出实现此系统所需的队列缓存区的最小值以及包到达率的最大值。 最后本文根据前面的结论,研究了在实际应用系统中,HARQ传输模式对发送端队列造成的影响。为进一步提高频谱增益、大幅度减小包发送延迟,本文提出了一种新的发送端队列调度方式。以往的研究中尚未涉及此方法。对此调度方式的系统仿真以及算法复杂度估计充分证明了此方式的有效性和实用性。


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