用户行为驱动下的认知停等式HARQ性能分析及应用
发布时间：2021-10-31 15:11
随着5G移动系统大规模部署和广泛应用,未来移动系统对频谱资源的需求将会大幅增长,而频谱资源的有限性使得供需矛盾日益突出。在5G移动通信系统中采用更加先进的频谱资源管理方法是提高频谱效率,缓解供需矛盾的重要手段。研究表明,认知无线电技术是解决此类问题最具潜力的技术之一。其基本思想是在不干扰授权系统正常工作的前提下,通过对通信环境的学习来自适应调节通信参数,实现高可靠、低时延的通信。为此,设计高效数据链路层协议是实现可靠传输的有效技术之一。本文针对认知停等式HARQ协议的性能进行了理论分析,同时也结合这一协议设计了协作传输策略。首先,对认知用户占用授权频谱的行为进行建模分析,分别从信号检测和授权用户的数据包到达规律这两个角度建立了相应的数学模型。对于前者,建立4状态离散马尔科夫模型,通过求解稳态分布给出了认知用户在不完美感知时占用授权频谱的概率计算公式。而对于后者,建立了等效的M/M/1/N排队模型刻画了认知用户的占用行为并给出了不完美感知时占用授权频谱的概率计算公式。其次,综合考虑授权频谱实际状态、认知用户感知结果和认知数据包的状态这三个因素,建立了8状态离散马尔科夫模型来描述单对认知用...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
G应用场景认知无线电的理念就是让认知用户根据实际无线通信环境去及时调整参数，以适应不断变化的通信环境，来实现高可靠、低时延的数据传输
用户行为驱动下的认知停等式HARQ性能分析及应用2无人机之间必须进行实时的信息交互，此时对于时延和可靠性要求也是比较高的[9]。为了让认知用户在复杂的通信环境下实现低时延、高可靠的传输，目前的研究主要是从物理层观点去解决，很少有人从数据链路层去入手解决。然而，在静态频谱共享模式下，最常用的解决手段利用数据链路层差错控制协议，其中HARQ协议被普遍采用，己成为LTE（Long-TermEvolution[10]）、HSPA(HighSpeedPacketAccess[11])、WiMAX(WorldwideInteroperabilityformicrowaveAccess[12])等系统解决可靠传输问题的核心技术。因此，本文将从数据链路层的角度出发，将研究认知停等式HARQ的性能以及其在协作通信中的应用。1.2研究现状1.2.1认知停等式HARQ的研究现状（1）经典停等式HARQ协议概述HARQ是一种结合FEC（ForwardErrorCorrection）与ARQ（AutomaticRepeatreQuest）方法的技术。利用FEC技术增加冗余信息，使得接收端可以正确纠正错误的数据，进而达到减少数据分组重传次数的目的，但对无法纠正的数据分组，只能启动ARQ机制来请求发送端重传出错的数据分组，基本工作框架如图1.2所示。常用ARQ机制有停等式[13]、回退N式[14]和选择重发式[15]，从协议复杂角度来讲，停等式最简单并且对于收发端的缓存要求低。因此，本文只分析探讨认知模式下停等式HARQ协议的性能。图1.2HARQ系统工作原理下面介绍经典停等式ARQ机制的工作原理，如图1.3所示，其特点是发端传输一个数据分组之后，必须等待接收端的反馈消息ACK/NACK才能进行下一步操作。若接收到的反馈消息是ACK,传输下一个新的数据分组，否则重传该数据分组。
兰州理工大学硕士学位论文3图1.3经典停等式ARQ传输示意（2）认知停等式HARQ在上述基础上，首先介绍认知用户和授权用户之间的频谱共享方式，接着再阐述有关认知停等式HARQ的研究进展。认知无线电概念提出的最初目的是解决频谱短缺这一迫在眉睫的危机，其本质是要打破了传统静态频谱分配的模式，采用动态频谱接入方式来解决频谱资源短缺的问题。为继承原有静态频谱分配的优良特征，可按照用户是否拥有专属频谱划分成两类，分别是授权用户和认知用户，具体定义为：没有专属授权频谱的用户，称为认知用户；拥有自己专属授权频谱的用户，称为授权用户。本质上是从用户层面给出了分等级的动态频谱共享模型，可分为下垫式和填充式两类[16]，具体如下：填充式（又称机会式频谱共享模型）：该模式下授权用户和认知用户不能同时共享同一频谱，认知用户需采用相应感知技术去发现时域、空域和频域的频谱空洞去进行通信。其优点是当认知用户完美感知授权频谱状态时，此时认知系统即实现了对授权系统干扰为零的目标，也无需进行功率控制。典型应用如IEEE802.22中采用的面向TV频段提出的频谱空洞数据库等[17]。下垫式：该模式下授权用户和认知用户同时共享同一频谱，这种模式下认知用户需进行功率控制，目的是把对授权用户的干扰降低至其能容忍的干扰门限以下，认知用户可采用超宽带技术来实现。与填充式相比，该频谱接入模式可以增加认知系统利用授权频谱的机会。本文在第3、4章中，采用的是填充式频谱共享模型，而在第5章将以下垫式频谱共享模型为前提进行认知停等式HARQ的研究。另外，从上述分析不难看出，这两种频谱接入模式都有自己的优点，为了融合它们各自优势，文献[18]提出利用等效M/M/1/排队模型设计了一种混合频谱共享模型，有兴?
本文编号：3468364
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
G应用场景认知无线电的理念就是让认知用户根据实际无线通信环境去及时调整参数，以适应不断变化的通信环境，来实现高可靠、低时延的数据传输
用户行为驱动下的认知停等式HARQ性能分析及应用2无人机之间必须进行实时的信息交互，此时对于时延和可靠性要求也是比较高的[9]。为了让认知用户在复杂的通信环境下实现低时延、高可靠的传输，目前的研究主要是从物理层观点去解决，很少有人从数据链路层去入手解决。然而，在静态频谱共享模式下，最常用的解决手段利用数据链路层差错控制协议，其中HARQ协议被普遍采用，己成为LTE（Long-TermEvolution[10]）、HSPA(HighSpeedPacketAccess[11])、WiMAX(WorldwideInteroperabilityformicrowaveAccess[12])等系统解决可靠传输问题的核心技术。因此，本文将从数据链路层的角度出发，将研究认知停等式HARQ的性能以及其在协作通信中的应用。1.2研究现状1.2.1认知停等式HARQ的研究现状（1）经典停等式HARQ协议概述HARQ是一种结合FEC（ForwardErrorCorrection）与ARQ（AutomaticRepeatreQuest）方法的技术。利用FEC技术增加冗余信息，使得接收端可以正确纠正错误的数据，进而达到减少数据分组重传次数的目的，但对无法纠正的数据分组，只能启动ARQ机制来请求发送端重传出错的数据分组，基本工作框架如图1.2所示。常用ARQ机制有停等式[13]、回退N式[14]和选择重发式[15]，从协议复杂角度来讲，停等式最简单并且对于收发端的缓存要求低。因此，本文只分析探讨认知模式下停等式HARQ协议的性能。图1.2HARQ系统工作原理下面介绍经典停等式ARQ机制的工作原理，如图1.3所示，其特点是发端传输一个数据分组之后，必须等待接收端的反馈消息ACK/NACK才能进行下一步操作。若接收到的反馈消息是ACK,传输下一个新的数据分组，否则重传该数据分组。
兰州理工大学硕士学位论文3图1.3经典停等式ARQ传输示意（2）认知停等式HARQ在上述基础上，首先介绍认知用户和授权用户之间的频谱共享方式，接着再阐述有关认知停等式HARQ的研究进展。认知无线电概念提出的最初目的是解决频谱短缺这一迫在眉睫的危机，其本质是要打破了传统静态频谱分配的模式，采用动态频谱接入方式来解决频谱资源短缺的问题。为继承原有静态频谱分配的优良特征，可按照用户是否拥有专属频谱划分成两类，分别是授权用户和认知用户，具体定义为：没有专属授权频谱的用户，称为认知用户；拥有自己专属授权频谱的用户，称为授权用户。本质上是从用户层面给出了分等级的动态频谱共享模型，可分为下垫式和填充式两类[16]，具体如下：填充式（又称机会式频谱共享模型）：该模式下授权用户和认知用户不能同时共享同一频谱，认知用户需采用相应感知技术去发现时域、空域和频域的频谱空洞去进行通信。其优点是当认知用户完美感知授权频谱状态时，此时认知系统即实现了对授权系统干扰为零的目标，也无需进行功率控制。典型应用如IEEE802.22中采用的面向TV频段提出的频谱空洞数据库等[17]。下垫式：该模式下授权用户和认知用户同时共享同一频谱，这种模式下认知用户需进行功率控制，目的是把对授权用户的干扰降低至其能容忍的干扰门限以下，认知用户可采用超宽带技术来实现。与填充式相比，该频谱接入模式可以增加认知系统利用授权频谱的机会。本文在第3、4章中，采用的是填充式频谱共享模型，而在第5章将以下垫式频谱共享模型为前提进行认知停等式HARQ的研究。另外，从上述分析不难看出，这两种频谱接入模式都有自己的优点，为了融合它们各自优势，文献[18]提出利用等效M/M/1/排队模型设计了一种混合频谱共享模型，有兴?
本文编号：3468364
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