基于AMC和HARQ的大气激光通信跨层系统性能研究

发布时间：2019-10-21 19:24

【摘要】：针对大气激光通信中由大气湍流引起的系统性能下降问题,研究了基于物理层自适应调制编码(AMC)和数据链路层混合自动请求重传(HARQ)的大气激光通信跨层系统性能。在建立了大气湍流信道瞬时信噪比模型的基础上,建立了大气激光通信AMC-HARQ系统模型,并推导了系统误包率和频带利用率公式,最后在双伽马信道模型下进行了仿真分析。仿真结果表明,大气激光通信AMC-HARQ系统能够在保证一定误包性能的条件下,大大提高系统频带利用率,提高单一应用AMC时的系统误包性能。随着重传次数增加,误包率和频带利用率均提高,但频带利用率增幅随重传次数增加而减小。
【图文】：

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笃釵す馔ㄐ胖校噼牧餍诺澜衔尴咄ㄐ胖械母咚?信道或莱斯信道更复杂、码速率更高、调制方式不同，因此不能完全照搬射频通信在相关领域的研究成果。本文在对大气湍流信道分析建模的基础上，联合大气激光通信物理层的AMC与数据链路层的HAＲQ进行设计，分析了系统性能，并给出了系统误包率和频带利用率公式。仿真分析了不同参数对系统性能的影响。本文研究内容在自适应激光通信和星地、空地激光通信领域具有重要的理论指导意义和应用价值。2大气激光通信AMC－HAＲQ系统2．1系统模型大气激光通信AMC－HAＲQ系统示意图如图1所示。在物理层，AMC根据接收端对信道状态———信噪比的估计，通过射频反馈信道控制发送端改变调制阶数和编码码率，在信道质量较好时，提高传输速率获得较大的频带利用率，而当信道质量下降时，相应的降低传输速率，最终达到提高平均频谱效率的目的。在数据链路层，HAＲQ首先通过前向纠错对数据包进行纠错，然后再经过检错码进行检错，若检验结果显示数据包译码正确，接收端则向发送端发送正确接收信号(ACK)，发送端继续发送下一个信息数据包;若纠错后的数据检验仍含有错误信息，接收端则向发送端发送错误接收信号(NAK)，发送端根据预先确定的传送方案重新发送该信息数据包，如此重复下去，直到信息数据包被正确接收或者达到最大传输次数，则开始下一个新的信息数据包。物理层的AMC根据信道瞬时状态选择合适的传输参数，提供了一种对信道的粗略适应。而HAＲQ在此基础上对传输参数精确调整，以更精确地适应信道变化，这就实现了系统跨层优化。图1大气激光通信AMC－HAＲQ系统示意图Fig．1Schematicdiagramoftheadaptivemodulationcodingsystemforatmosphericlasercommunication在物理层，发送端提供几种经

传输模式,湍流,信道,频带利用率

均频带利用率为:Sephy=∑ni=1Ｒ(i)Pr(i)=∑ni=1Fγ(γi+1)rilog2Mi－∑ni=1Fγ(γi)rilog2Mi(21)当考虑AMC与HAＲQ相结合时，由于每个数据包平均传输了N－次，，此时，系统的平均频带利用率为:Selink=SephyN－(p，Nmax)(22)3仿真分析假设自适应调制编码有五种传输模式，如表1所示。在大气湍流结构常数C2n=5×10－15m－23，激光波长λ=1550nm，传输距离L=1500m条件下，每一种模式的误包率仿真曲线如图2所示。从图2中可以看出，随着MCS1－MCS5的频带利用率依次提高，其误包性能依次下降，在PEＲ=10－4时，MCS5所需信噪比MCS1高3．5dB。表1MCS1－MCS5调制阶数、码率及频带利用率Tab．1Modulationorder，coderate，andbandwidthutilizationofMCS1－MCS5MCSModulationorderandcoderateBandwidthutilization(bit/s/Hz)MCS14－PAM，r=1/40．5MCS24－PAM，r=1/21MCS34－PAM，r=3/41．5MCS48－PAM，r=3/42．25MCS516－PAM，r=3/43图2五种传输模式在湍流信道下的误包率Fig．2PacketerrorratecurveoffiveMCSsunderweakturbulencechannel假设给定的数据链路层目标误包率Plink=10－4，最大重传次数Nmax分别为0，1，2，3。根据式(2)和1408激光与红外第47卷
【作者单位】：电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金项目(No.61571446)资助
【分类号】：TN929.1

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