[發明專利]HARQ-IR在相關萊斯衰落場景下的吞吐量最大化設計方法

有效

• 申請號: 201810457440.8
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108631965B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 施政;楊光華;陳繼桐;馬少丹;屈挺
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H04L1/18
• 分類號: H04L1/18;H04L1/00;H04B17/391;H04B17/382;H04B17/336
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

本發明一種公開了HARQ?IR在相關萊斯衰落場景下的吞吐量最大化設計方法，實現了存在直視路徑和時間相關性條件下發送功率和傳輸速率的優化設計方案。該方案基本思想是利用趨近性分析結果來最大化吞吐量同時約束最大平均總發送功率，步驟如下：首先根據信道狀態信息的統計特征推導趨近性中斷概率；結合功率約束構建吞吐量最大化問題，利用趨近性分析結果將優化問題分解成兩個子優化問題，即功率分配和速率選擇；最后根據最優功率和速率選擇合理的傳輸方案。與瑞利衰落場景相比，存在直視路徑的萊斯衰落有利于提高系統性能，而相比于傳統方法，采用趨近性中斷概率進行優化不但降低計算復雜度，同時也不損失系統性能。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種HARQ-IR在相關萊斯衰落場景下的吞吐量最大化設計方法。

背景技術

混合自動重發請求(HARQ)是一種非常有效保障可靠性的傳輸技術，在各種無線通信系統中被廣泛采用。近年來，HARQ技術在萊斯衰落場景下的應用已經吸引了越來越多研究人員的關注，特別是在輕陰影衰落場景下(例如購物中心、衛星/飛機對地通信)存在很強的直視路徑分量。值得一提的是，當直視分量消失時，萊斯衰落信道退化為瑞利衰落信道，在相關或獨立的瑞利衰落信道上的HARQ方案已被廣泛研究。忽略直視路徑的影響會顯著高估系統性能，因此會對系統的性能和優化設計產生錯誤指導。對此，研究HARQ系統在萊斯衰落信道上的性能是非常必要的，也是進行HARQ系統的優化設計所不可或缺的一部分。利用有限狀態信道模型，Pimentel等人研究了在萊斯衰落信道下的I類型HARQ的錯誤檢測概率，并在此基礎上檢測了各種系統參數對吞吐量性能的影響。根據信息論，由于I類型HARQ與分集合并中選擇合并具有相同形式的信噪比(SNR)，因此它們的性能等價，而在萊斯信道條件下對于選擇合并的研究，前期文獻已經進行了廣泛討論，因此這些研究成果同樣適用于I類型HARQ。

然而對于追加合并HARQ(HARQ-CC)和增量冗余HARQ(HARQ-IR)兩種類型來說，分析這兩種類型的HARQ在相關萊斯衰落信道下的系統性能時，分別會涉及到處理多個相關偏離隨機變量的和以及乘積，目前來說處理這些數學問題還是有相當的難度和挑戰。然而，HARQ-CC本質上是最大比合并(MRC)的應用，因此前期的研究成果也適用于HARQ-CC。但遺憾的是，已有研究領域中還沒有現成的方法可用于分析一般萊斯衰落信道上的HARQ-IR的性能，唯一針對HARQ-IR的研究是基于準靜態萊斯衰落信道，推導對應的中斷概率和吞吐量，其中準靜態衰落信道假設每次傳輸過程信道響應是恒定的。這種假設由于僅處理單個隨機變量，顯然過于簡化了分析，而在廣義萊斯衰落信道上對應的結論并不適用。因此有必要討論在任意相關性萊斯衰落信道上的HARQ-IR的性能，它包含了直視分量和時間相關性的影響。根據相關萊斯信道狀態信息的統計特征，本發明針對HARQ-IR設計一種吞吐量最大化的功率和速率優化選擇方案。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種增量冗余混合自動重發請求(HARQ-IR)在相關萊斯衰落場景下的吞吐量最大化設計方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

由于HARQ的性能取決于中斷概率性能指標，因此首先計算HARQ-IR在相關萊斯衰落信道上的中斷概率，這也是進行HARQ-IR系統優化設計必不可少的步驟。為了獲得簡單閉合形式的中斷概率，可以漸進分析在高信噪比條件下中斷概率的表達式，分析中須體現直視路徑和時間相關性對中斷概率的影響。基于構建的吞吐量最大化問題，結合得到的中斷概率的簡單閉合形式，進行最優發送功率和傳輸速率的求解，最后利用最佳發送功率和最優傳輸速率來合理選擇實際中的調制和編碼方案。吞吐量最大化的設計框圖如圖1所示，技術方案實施步驟如圖2示，包括三個步驟，每個步驟具體描述如下：

步驟S1、根據信道狀態信息的統計特征推導趨近性中斷概率；