[发明专利]一种基于AMC-ARQ跨层的链路自适应方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络，涉及将数据链路层和物理层联合进行参数设计的通信系统，尤其涉及一种基于AMC-ARQ跨层的链路自适应方法。

背景技术

在移动通信网络中，更高数据率业务和保障服务质量的需求日益增长。但系统性能主要受限于无线链路的性能。与有线链路相比，无线链路的资源（带宽和功率）稀缺而宝贵；并且由于无线传输中的多径衰落、多普勒效应和时间弥散性效应等等，导致无线空口性能下降很快。

在无线衰落信道中，若采用非自适应的调制编码方式，则需要保证在信道质量很差的时候依然能满足系统性能要求，即系统参数是根据最差信道条件进行设计的，很显然，这样的设计不能充分利用信道容量。如果能根据信道条件的变化，动态地分配功率和调整速率，对信道衰落进行自适应，才能够最大化利用信道容量。

自适应传输的概念最早在20世纪60年代提出，Hanzo等指出自适应传输需要接收端精确的信道估计，并且接收端和发射端之间需要一条可靠的反馈路径。由于受限于硬件和信道估计技术，自适应传输技术在当时并没有引起重视。随着技术和物理器件的发展，现在这些因素都已经不再是限制；为了在无线通信中有效地利用带宽，自适应调制编码（Adaptive Modulation and Coding ，AMC）方案广泛地应用于各个标准中。然而，在无线衰落信道中，为了保证物理层传输的可靠性，AMC方案倾向于选择较小星座图，或者较低的信道编码效率，这样都会导致传输效率的降低。

另一种抵抗信道衰落影响的方法是数据链路层的自动请求重传（Automatic Repeat-reQuest, ARQ）技术，该技术将错误接收的数据包重传，通过多次传输来保证正确接收。由于在传输出错的时候数据包会重传，与只在物理层使用前向纠错编码相比，ARQ技术的使用会降低物理层AMC对差错控制的要求，使得 AMC可以选择较大的星座图或提高信道编码的效率，从而使系统吞吐量大大提升。但是，ARQ技术的使用会引入重传时延，因此在实际应用中，为了控制ARQ所带来的时延，一般都会限制ARQ技术的最大重传次数。

与将物理层的AMC技术和数据链路层的ARQ技术单独考虑的分层方案相比，将两种技术结合起来的跨层优化设计更具有吸引力；即在时延和差错性能的限制下，最大化频谱效率或吞吐量。与只使用物理层AMC或固定调制方式、仅在数据链路层采用ARQ技术相比，联合AMC-ARQ设计性能优越。

由于采用重传技术，数据包的到达可能不是按序到达，而数据包应该按序向高层递交，因此对于数据包，除了需要正确传输到接收端外，还需要保证其按序提交。综上所述，数据包成功接收到向上提交之间所经历的时延也应计入端到端时延内。

AMC-ARQ跨层优化设计主要是依靠层间不同技术间的相互依赖性，由自适应调制编码方案来具体实现。自适应调制编码算法的跨层优化设计实现的是一个映射方案，即将接收信号的信噪质量(SNR)值映射为一个调制编码方案。该映射方案是指在满足数据链路层的服务质量(QoS)时，对每一种调制编码方案选择合适的SNR区间。实际上，映射方案在AMC-ARQ跨层优化设计中起到非常大的作用，如果SNR点选取不当，会使系统性能严重恶化。

以往的物理层AMC方案一般是选定一个目标误包率P₀，然后根据接收端估计的信道质量（SNR）选择可以满足该误包率的调制编码方式（MCS）。

发明内容

本发明目的是提供一种基于AMC-ARQ跨层的链路自适应方法，本发明与以往盲目的选择目标误包率P₀相比，将物理层误包率的选择与数据链路层的误包率、时延和平均频谱效率联系起来，才能得到最大的平均频谱效率。本发明根据物理层的目标误包率，利用不同的调制模式下SNR与误包率的关系式，结合信道条件和系统采用的调制编码方式，可以将整个SNR范围划分为对应每种调制编码方式的小区间，每种调制编码方式对应一个SNR区间，当接收端估计的SNR的取值落于某个区间上时，结合当前数据包的传输次数，选取对应的调制编码方式，并反馈给发送端。

本发明的技术方案为：