基于信道增益监测的自动请求重传协议设计及性能分析

Widely used Automatic Repeat reQuest (ARQ) protocols were initially designed for time-invariant additive white Gaussian noise channels, based on the commonly used performance measure: average packet error probability. In a time-varying wireless communication channel, especially in deep fades, both ARQ and its average packet error probability are not optimal. This project proposes ARQ with channel gain monitoring (ARQ-CGM) and the use of accepted packet error outage probability as a performance measure. We analyze and compare the accepted packet error outage probabilities of conventional ARQ protocols and those of ARQ-CGM via theoretical analysis, numerical computation and simulations. On top of that, we analyze the effects of channel estimation errors, forward error-correction code and error-detection code, and optimize the overall system performance. With the reseach of this project, we expect to generalize the outage probability performance analysis concept to commonly used average performance measures such as throughput, and construct an outage probability performance measure framework for time varing channels.

广泛使用的自动请求重传协议（ARQ）协议最初是为时不变的高斯加性白噪声信道设计的，其常用性能指标是接收端的平均误包率。在时变的无线通信信道，尤其是强衰落情况下，ARQ协议及其平均误包率性能指标都不是最佳的。本项目提出基于信道监测的ARQ协议（ARQ-CGM），并使用误包中断概率作为更准确的性能指标。经理论分析、数值计算与仿真，研究和比较传统ARQ与ARQ-CGM在多种衰落信道模型下的误包中断概率，并在此基础上分析ARQ-CGM中断概率与信道估计差错、纠错码检错码的关系，优化系统设计。通过本项目的研究，期望能将基于中断概率的性能分析理念推广至如吞吐量等常用平均性能指标范畴，构建时变信道中断概率的性能指标框架。

本项目“基于信道增益监测的自动请求重传协议设计及性能分析”按计划执行，结合物理层技术，对自动请求重传协议(ARQ)和基于信道增益监测(CGM)的ARQ (ARQ-CGM)进行了平均性能、中断性能的分析和优化。本项目的主要进展和成果包括：.1. 物理层性能分析：设计和使用了中断性能分析指标，基于广义似然比检测原理提出多种信道估计和信号检测法；.2. ARQ和ARQ-CGM性能分析：发现ARQ性能分析中的重传能量遗漏问题，提出有效信噪比概念，发现ARQ由于重传能量增大导致在中低信噪比的性能缺陷，发现该性能缺陷由重传导致，可用FEC结合ARQ，即HARQ，在一定程度上减轻；.3. ARQ-CGM的设计和优化：提出了简化ARQ-CGM的优化设计，提出新的分集收益定义，证明优化ARQ-CGM的平均性能和中断性能都能实现线性增大的分集收益。.本项目执行期间课题组共发表论文16篇，其中SCI期刊论文6篇，EI期刊论文4篇，EI会议论文4篇，申请专利7项，培养博士研究生2名、研究生3名。项目组参加了ICC、VTC、OECC等学术会议、访问三所国外高校，对课题成果进行了宣传。本项目组已完成了任务书设定的各项主要指标。

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