徐玲玲

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司 廣州 510663)

1 引言

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無(wú)線收發(fā)裝置的移動(dòng)終端組成的一個(gè)多跳的臨時(shí)性自治系統(tǒng)［1］。由于它具有組網(wǎng)靈活、抗毀性強(qiáng)、支持用戶的移動(dòng)性和動(dòng)中操作、易于快速部署等特點(diǎn)，從一開(kāi)始就在商業(yè)、軍事、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用［2］。

一般采用自適應(yīng)技術(shù)來(lái)克服無(wú)線信道的時(shí)變衰落特性，就其鏈路層而言，自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用［3］。自適應(yīng)編碼調(diào)制AMC（Adaptive Modulation and Coding)技術(shù)根據(jù)收端反饋的信道狀態(tài)信息選擇編碼調(diào)制方式，提高了頻譜利用率［4～5］，其中信道狀態(tài)信息一般包括：誤幀率FER（Frame Error Ratio)、接收端信噪比SNR（Signal－to－Noise Ratio)等［6］。基于 FER對(duì)編碼調(diào)制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但由于FER不能及時(shí)精確地反映時(shí)變衰落信道的變化情況，所以性能較差；而采用SNR作為信道狀態(tài)信息的AMC技術(shù)，其性能較好，但實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，并且估計(jì)過(guò)程中的誤差以及反饋過(guò)程中的延時(shí)都將影響系統(tǒng)的性能。本文提出一種適用于慢衰落環(huán)境下的基于FER與SNR估計(jì)的AMC方法，結(jié)合FER和SNR的優(yōu)點(diǎn)，從而獲得更高的系統(tǒng)吞吐量及頻譜效率。

2 AMC的系統(tǒng)框圖

與傳統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)相比，采用AMC技術(shù)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)增加了信道狀態(tài)估算模塊，并通過(guò)反饋信道傳遞該模塊估算的結(jié)果，發(fā)端依據(jù)反饋的結(jié)果結(jié)合預(yù)先定義好的AMC策略調(diào)整調(diào)制編碼方式（不同的速率對(duì)應(yīng)不同的調(diào)制編碼)，以便在不同的信道條件下獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量［7～9］。

圖1 AMC系統(tǒng)框圖

3 AMC方法分析

本文從數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制、AMC策略、優(yōu)缺點(diǎn)、性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果等幾個(gè)方面分析基于FER的AMC方法和新提出的基于FER與SNR估計(jì)的AMC方法。兩種方法遵循共同的約定：如果一個(gè)數(shù)據(jù)包中的每個(gè)幀都被正確接收或者所有N個(gè)數(shù)據(jù)幀的重傳次數(shù)總和不超過(guò)三次，則此數(shù)據(jù)包被成功接收。

3.1 基于FER的AMC方法（方法Ⅰ)

數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制：發(fā)端發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的N個(gè)數(shù)據(jù)幀，收端向發(fā)端反饋接收情況，發(fā)端將重傳未正確接收的幀，直到收端反饋正確接收或達(dá)到最大重傳次數(shù)。

AMC策略：如果收端連續(xù)兩次未正確接收數(shù)據(jù)幀，發(fā)端降一級(jí)發(fā)送速率；若降級(jí)后緊接著的數(shù)據(jù)幀未能成功接收，發(fā)端再降一級(jí)發(fā)送速率，超過(guò)三次未正確接收則放棄本包數(shù)據(jù)發(fā)送；當(dāng)累積成功接收十次數(shù)據(jù)幀時(shí)，發(fā)端將提升一級(jí)發(fā)送速率。

存在的缺陷：這種AMC技術(shù)不需要信道預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單；但是該技術(shù)不能對(duì)無(wú)線信道的波動(dòng)產(chǎn)生迅速的反應(yīng)，因此其性能也無(wú)法達(dá)到最優(yōu)。

不考慮降速的影響，數(shù)據(jù)包的接收成功率為

不考慮降速的影響，不管是重傳成功還是被發(fā)端丟棄，平均需要的傳輸時(shí)間為

其中，Pε表示誤幀率，T表示發(fā)送每幀數(shù)據(jù)需要的時(shí)間。

3.2 基于FER與SNR估計(jì)的AMC方法（方法Ⅱ)

數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制：在方法Ⅰ的基礎(chǔ)上，收端對(duì)接收的數(shù)據(jù)增加SNR估計(jì)，并反饋到發(fā)端。

AMC策略：在方法Ⅰ的基礎(chǔ)上，增加SNR估計(jì)對(duì)發(fā)送速率的決策，如果收端未正確接收數(shù)據(jù)幀，且發(fā)送速率高于SNR估計(jì)推薦的速率，在第一次重傳時(shí)，使用推薦的速率；如果連續(xù)三次正確接收數(shù)據(jù)幀，且都低于SNR估計(jì)推薦的速率，在發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)使用推薦的速率。

優(yōu)點(diǎn)分析：增加了SNR估計(jì)，使發(fā)送速率較為迅速地適應(yīng)信道的波動(dòng)；將FER與SNR估計(jì)結(jié)合使用，也降低了單純依賴(lài)SNR估計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。

假設(shè)第一次重傳時(shí)使用推薦的速率就能發(fā)送成功，改進(jìn)方法后，數(shù)據(jù)包的接收成功率為

同樣的假設(shè)，平均需要的傳輸時(shí)間為

實(shí)際上，SNR估計(jì)的準(zhǔn)確度與幀長(zhǎng)、前后內(nèi)插用的幀的個(gè)數(shù)以及歸一化多普勒頻移有關(guān)，估計(jì)的準(zhǔn)確度可以達(dá)到0.9以上［10］。

4 算法仿真

使用Matlab仿真工具研究采用這兩種方法的鏈路層性能，主要研究數(shù)據(jù)包接收成功率和傳輸時(shí)延。

4.1 數(shù)據(jù)包接收成功率

N表示一個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)幀個(gè)數(shù)，圖2給出了N值為4、5、6時(shí)，數(shù)據(jù)包接收成功率隨誤幀率增加的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，同一種方法，N越大，數(shù)據(jù)包接收成功率越低；在相同N值時(shí)，方法Ⅱ的數(shù)據(jù)包接收成功率顯著高于方法Ⅰ；方法Ⅱ的數(shù)據(jù)包接收成功率隨幀誤碼率的提高下降緩和，在誤碼率為0.5時(shí)還能保持較高的接收成功率，而方法Ⅰ在誤碼率為0.5時(shí)接收成功率不足0.5。

圖2 兩方法數(shù)據(jù)包接收成功率與幀誤碼率的關(guān)系對(duì)比

此仿真結(jié)果是在方法Ⅰ不考慮降速處理對(duì)成功率的提升、方法Ⅱ不考慮SNR估計(jì)的成功率的情況下得出的，實(shí)際的結(jié)果應(yīng)該介于兩條曲線之間。

4.2 傳輸時(shí)延

圖3給出了傳輸時(shí)延隨誤幀率增加的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，同一種方法，N越大，傳輸時(shí)延越大；在相同N值時(shí)，方法Ⅱ的傳輸時(shí)延小于方法Ⅰ，并且方法Ⅱ的傳輸時(shí)延隨誤幀率的增加上升緩和，在誤碼率為0.5時(shí)傳輸時(shí)延控制在0.75以?xún)?nèi)，而方法Ⅰ在誤碼率為0.5時(shí)傳輸時(shí)延將近0.85。

圖3 兩方法傳輸時(shí)延與幀誤碼率的關(guān)系對(duì)比

同樣的，此仿真結(jié)果是在方法Ⅰ不考慮降速處理對(duì)成功率的提升、方法Ⅱ不考慮SNR估計(jì)的成功率的情況下得出的，實(shí)際的結(jié)果應(yīng)該介于兩條曲線之間。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)單純基于FER或SNR估計(jì)的AMC技術(shù)的不足，本文結(jié)合兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的AMC技術(shù)，并用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法推導(dǎo)出了兩種方法的數(shù)據(jù)包接收成功率和傳輸時(shí)延。系統(tǒng)仿真表明，方法Ⅱ在高誤幀率的情況下還維持了較高接收成功率、較低傳輸時(shí)延的特性，提升了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)鏈路層性能。

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