[发明专利]可变速率HARQ-IR的低复杂度设计方法

说明书

本发明公开了一种低复杂度的可变速率增量冗余混合自动重发请求(HARQ‑IR)的设计方法，属于无线通信技术领域。该方法步骤如下：首先通过设计HARQ‑IR的每轮传输速率来实现频谱效率最大化并保证低中断概率；为降低计算复杂度和拓展适用范围，采用贝克曼信道模型来推导可变速率HARQ‑IR的中断概率及频谱效率的近似表达式，进而代入原问题；接下来采用交替迭代算法将优化问题解耦成一系列单变量子优化问题；最后应用凹分式优化技术将每个子优化问题转换成凸问题进行全局求解，迭代执行Dinkelbach算法直至每个子问题收敛。相比于传统常速率HARQ‑IR的精确设计方法，本方法适用范围广、复杂度低以及频谱效率高。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种低复杂度的可变速率增量冗余混合自动重发请求(HARQ-IR)的设计方法。

背景技术

由于混合自动重发请求(HARQ)能实现可靠传输，因此HARQ在各种无线通信标准中被广泛采用，并且HARQ必将在实现5G通信的超可靠性目标中发挥非常重要的作用。其中，增量冗余HARQ(HARQ-IR)被证明是最有效的HARQ方案，它不但保证了传输可靠性，而且大大提高了频谱效率，然而这种方式牺牲了计算复杂度。因此为了进一步降低计算复杂度，当务之急是要准确分析HARQ-IR系统性能，利用性能分析结果为简化系统优化设计提供基础，借助成熟的优化工具来降低计算复杂度。

HARQ-IR系统在很多不同传输场景下已经有很多相对应的设计方案。例如，作为系统性能中最关键指标是中断概率，HARQ-IR的中断概率在准静态和快速瑞利衰落场景下已经被严格分析了，而中断概率有助于系统的优化设计。然而，无论是准静态衰落信道模型还是快速衰落信道模型，都不能很好地拟合出HARQ在密集散射传输场景下的信道模型，此时衰落信道之间存在时间相关性。一般来说，信道相关性会阻碍系统获得更多的时间分集增益，从而导致系统性能下降。为了解决这一问题，多项式拟合技术被采用来分析HARQ-IR在时间相关瑞利衰落信道下的中断概率，结果表明即使存在时间相关性，HARQ-IR也能实现完全分集。然而，现有技术都是通过假设信道服从瑞利分布，从而来分析HARQ-IR性能，然而瑞利衰落信道并没有考虑到视距(LOS)链路的影响，尤其是在轻度阴影衰落环境中。毋庸置疑的是，忽略LOS链路的影响将会低估HARQ-IR的性能，有碍于进一步提高系统性能。为了解决该问题，部分理论成果利用相关莱斯衰落信道模型来同时考虑时间相关性和LOS链路的影响，并在高信噪比条件下推导出中断概率的渐近表达式，最终该理论结果可用于联合优化传输速率和功率以达到吞吐量最大化。然而这种方法并不适用于在粗糙表面散射环境下HARQ-IR的通信，这是因为信道脉冲响应的同相和正交分量可能拥有不相等的均值和方差，这将导致信道响应不服从莱斯分布。因此，研究HARQ-IR在更一般信道模型下的性能，并量化这些因素的影响将有助于实际HARQ-IR系统设计。除此以外，大多数前期成果均假设HARQ-IR的传输速率是固定的，也就是说，在重传过程中信息传输速率保持不变，然而相对应的HARQ-IR设计方案并不适用于可变传输速率HARQ-IR系统。综上所述，信道模型和传输方案的局限性是促使本发明的动机之一。

另一方面，可变速率HARQ-IR较传统常速率HARQ-IR方法在频谱效率方面具有显著的优势，然而这种HARQ-IR系统复杂度高，从而导致对应的中断概率和频谱效率的计算复杂度也相对更高。为降低系统优化设计时的计算复杂度，通常采用一些趋近性分析方法来获得更加简单的理论分析结果。然而，即使在快衰落信道下也从未有过类似的理论结果来降低系统设计复杂度，这也是本发明的另外一个重要动机所在。因此本发明将针对可变速率HARQ-IR系统在更一般的信道传输场景下，提供一种频谱效率更高、适用范围更广和复杂度更低的设计方法。

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，针对HARQ-IR系统提供一种频谱效率更高、适用范围广且复杂度低的设计方法。

为达成上述目的，本发明采取的技术方案如下：