[发明专利]HARQ-IR在相关莱斯衰落场景下的吞吐量最大化设计方法

说明书

本发明一种公开了HARQ‑IR在相关莱斯衰落场景下的吞吐量最大化设计方法，实现了存在直视路径和时间相关性条件下发送功率和传输速率的优化设计方案。该方案基本思想是利用趋近性分析结果来最大化吞吐量同时约束最大平均总发送功率，步骤如下：首先根据信道状态信息的统计特征推导趋近性中断概率；结合功率约束构建吞吐量最大化问题，利用趋近性分析结果将优化问题分解成两个子优化问题，即功率分配和速率选择；最后根据最优功率和速率选择合理的传输方案。与瑞利衰落场景相比，存在直视路径的莱斯衰落有利于提高系统性能，而相比于传统方法，采用趋近性中断概率进行优化不但降低计算复杂度，同时也不损失系统性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种HARQ-IR在相关莱斯衰落场景下的吞吐量最大化设计方法。

背景技术

混合自动重发请求(HARQ)是一种非常有效保障可靠性的传输技术，在各种无线通信系统中被广泛采用。近年来，HARQ技术在莱斯衰落场景下的应用已经吸引了越来越多研究人员的关注，特别是在轻阴影衰落场景下(例如购物中心、卫星/飞机对地通信)存在很强的直视路径分量。值得一提的是，当直视分量消失时，莱斯衰落信道退化为瑞利衰落信道，在相关或独立的瑞利衰落信道上的HARQ方案已被广泛研究。忽略直视路径的影响会显著高估系统性能，因此会对系统的性能和优化设计产生错误指导。对此，研究HARQ系统在莱斯衰落信道上的性能是非常必要的，也是进行HARQ系统的优化设计所不可或缺的一部分。利用有限状态信道模型，Pimentel等人研究了在莱斯衰落信道下的I类型HARQ的错误检测概率，并在此基础上检测了各种系统参数对吞吐量性能的影响。根据信息论，由于I类型HARQ与分集合并中选择合并具有相同形式的信噪比(SNR)，因此它们的性能等价，而在莱斯信道条件下对于选择合并的研究，前期文献已经进行了广泛讨论，因此这些研究成果同样适用于I类型HARQ。

然而对于追加合并HARQ(HARQ-CC)和增量冗余HARQ(HARQ-IR)两种类型来说，分析这两种类型的HARQ在相关莱斯衰落信道下的系统性能时，分别会涉及到处理多个相关偏离随机变量的和以及乘积，目前来说处理这些数学问题还是有相当的难度和挑战。然而，HARQ-CC本质上是最大比合并(MRC)的应用，因此前期的研究成果也适用于HARQ-CC。但遗憾的是，已有研究领域中还没有现成的方法可用于分析一般莱斯衰落信道上的HARQ-IR的性能，唯一针对HARQ-IR的研究是基于准静态莱斯衰落信道，推导对应的中断概率和吞吐量，其中准静态衰落信道假设每次传输过程信道响应是恒定的。这种假设由于仅处理单个随机变量，显然过于简化了分析，而在广义莱斯衰落信道上对应的结论并不适用。因此有必要讨论在任意相关性莱斯衰落信道上的HARQ-IR的性能，它包含了直视分量和时间相关性的影响。根据相关莱斯信道状态信息的统计特征，本发明针对HARQ-IR设计一种吞吐量最大化的功率和速率优化选择方案。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种增量冗余混合自动重发请求(HARQ-IR)在相关莱斯衰落场景下的吞吐量最大化设计方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

由于HARQ的性能取决于中断概率性能指标，因此首先计算HARQ-IR在相关莱斯衰落信道上的中断概率，这也是进行HARQ-IR系统优化设计必不可少的步骤。为了获得简单闭合形式的中断概率，可以渐进分析在高信噪比条件下中断概率的表达式，分析中须体现直视路径和时间相关性对中断概率的影响。基于构建的吞吐量最大化问题，结合得到的中断概率的简单闭合形式，进行最优发送功率和传输速率的求解，最后利用最佳发送功率和最优传输速率来合理选择实际中的调制和编码方案。吞吐量最大化的设计框图如图1所示，技术方案实施步骤如图2示，包括三个步骤，每个步骤具体描述如下：

步骤S1、根据信道状态信息的统计特征推导趋近性中断概率；