理论教育 当前和未来无线标准下的链路自适应技术

当前和未来无线标准下的链路自适应技术

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:在本节中,在一些现代的无线通信系统标准中,对链路自适应技术的地位和使用进行介绍。图3.48a比较了在相同的吞吐量和延迟性能时,下行链路数据和控制信道的利用。当前信道条件偏离先前所给的值时,自治区CQF型方案发送一个反馈。在被研究的方案中,需求/延误确认CQF提供了上行链路和下行链路最高的效率。

当前和未来无线标准下的链路自适应技术

在本节中,在一些现代的无线通信系统标准中,对链路自适应技术的地位和使用进行介绍。

1.UMTS-HSDPA

UMTS标准第5版中的主要新观念是高速下行链路分组接入(High Speed DowmlinkPacket Access,HSDPA)信道。它提供了以数据包流为导向的下行链路来互动,高数据传输速率交互后台服务。HSDPA是为了使用尽可能多的现有的UMTS功能和并主要打算尽可能以城市/室内场景和中低用户的速度为主。在同时使用多种编码和自适应调制编码(Adaptive Modulation and Coding,AMC)允许14Mbit/s的峰值数据传输速率。此外,快速调度和快速混合自动重复请求(Hybrid Automatic Repeat reQuest,HARQ)用在参考文献[DöMR02]中。

不同的HARQ技术的一个简单的、向下兼容的、多功能的实施,像Chase合并,局部与全部IR,通过两级速率匹配算法完成(见参考文献[DöMR02])。与Chase合并相比,IR提供的增益,伴随着码率而增加。全部IR优于局部的IR,其码率与局部IR相比增加了1/2。对于16-QAM,进一步的性能增益是通过映射位系统到高可靠比特位置以及重传后均衡位可靠性(见参考文献[DöGS03])。

在HSDPA中,调制(QPSK,16-QAM)和码率(R=0.25…0.98)可能每2ms会发生一次变化。对于链路自适应信道质量反馈(Channel Quality Feedback,CQF)是必需的。用户终端报告了AMC的最高水平,根据当前的信道条件和其具体接收性能,它能够以帧平均误差率为10%进行解码。在业务系统中,由于测量不准确、有限信号带宽、延迟和解码错误等,这个CQF是错误的。随着越来越多的链路自适应错误,HARQ变得越来越重要,与Chase合并相比,IR可以提供从5%~20%的额外吞吐量(见参考文献[DöMR02])。在信道质量反馈中允许的误差是根据AMC层次来分别划分的。在AWGN信道中,具有1dB间隔尺寸在CQF信号对反馈误差是0.3dB或以上的系统是足够的(TD(03)009)。

CQF方案,考虑到面向分组的突发数据,可以提供比简单的定期抽样的信道更高的效率。按照第三代合作伙伴计划(3GPP)技术规范组(Technical Specification Group,TSG)无线接入网络(Radio Access Network,RAN)1仿真假设为Vehicular A信道模型(见参考文献[3GPP01]),而用户速度为30km/h,进行了调查研究。

参考文献[3GPP01]中 的HSDPA的传输模式包括传输突发性数据的影响,例如现实建模的数据包和数据包调用的大小,以及数据包间隔时间。此外,在应答(ACK)/延误确认(NACK)传输和CQF报告已详细考虑(见参考文献[DöRM04])。图3.48a比较了在相同的吞吐量和延迟性能时,下行链路数据和控制信道的利用。基于活动的CQF方案只是增加数据传输过程中的反馈率,而当数据包没有被破译,需求/基于确认的反馈允许发射机所要求的专用的CQF和发送更多的CQF。当前信道条件偏离先前所给的值时,自治区CQF型方案发送一个反馈(见参考文献[DöRM04])。在被研究的方案中,需求/延误确认CQF提供了上行链路和下行链路最高的效率。它允许在阅读时间中减少周期性CQF采样率和在数据信道中以智能的方式增加CQF速率,即它也避免了数据传输过程中过度CQF。在保持相同数据吞吐量和延迟性能,它减少了9%的下行链路信道的使用,因此提供更高的系统容量。此外,通过减少每个传输位整体CQF的反馈(见图3.48b),它在MT端保存了稀缺能量,减少由于上行链路控制信道所造成的干扰(见参考文献[DöRM04])。

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图3.48 由于有效的信道质量反馈HSDPA性能的增加

为了获得最大的信干比(Signal-to-Interference Ratio,SIR)的调度和理想信道质量反馈,HSDPA技术扇区吞吐量从2.3Mbit/s增加到650Mbit/s,活跃用户从1增加到50(TD(03)009),多用户分集在HSDPA中有巨大潜力。

2.无线局域网(www.daowen.com)

在无线局域网中链路自适应已经在标准化初期就开始使用了。第一个IEEE 802.11无线局域网标准在2.4 GHz频段定义了两个物理层传输速率,分别为1Mbit/s和2Mbit/s(见参考文献[IEEE99d])。当时的许多产品提供了一个额外的专用的5.5Mbit/s的传输速率。考虑IEEE 802.11b和IEEE 802.11g(见参考文献[IEEE99b,IEEE99c]),介于11Mbit/s和54Mbit/s之间更高的传输速率已经标准化,作为现有的2.4 GHz直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)调制方案的拓展。IEEE 802.11a物理层定义是从支持位置面积(Location Area,LA)以8个区域开始的(见参考文献[IEEE99a])。HIPERLAN类型2(H2)的标准(见参考文献[ETSI01])定义了7个传输速率,和IEEE 802.11a标准非常相似。

所有标准文档为LA描述不同的调制和信道编码方案,但没有标准定义准则,甚至没有一个机制在一个特定情况下来选择正确的传输速率。这是专门留给实现者来决定的。与语音网络不同,在数据网络中对好的和坏的状态的判断准则不给予固定的封包错误率,而是通过更高层的吞吐量。因此,在WLAN系统中LA的性能研究并不仅限于物理层,而是考虑物理层并结合介质访问控制(Medium Access Control,MAC)和ARQ协议。

在IEEE 802.11网络中,大量的关于LA方案的有趣出版物已经出版,如参考文献[QiCS02],[CiSh02],[WuHYJ01],[QCJS03]。大多数方案都基于先前的PIR的知识和某些SIR的吞吐量,所以它们依靠传输速率的选择来达到最大吞吐量。但是,它们都不包含数学证明或性能分析,但所有的以实验为基础的方案,都是用计算机仿真方法来研究的。

在HIPERLAN类型2中,LA的研究是基于PIR对SIR的结果(见参考文献[KSWW99],[KMST00])。IEEE 802.11a和H2物理层性能的比较可以在参考文献[DABN03]中找到。就物理层来说,早期以实验为基础的方案H2,MAC和ARQ在参考文献[LiMT00]和[SiBa01]中都有描述。在H2的网络中,对于LA的详细研究,读者可以参考本书第8.6节。

更高层协议的往往非常简单,并与OFDM技术中的瑞利衰落的影响相结合,就像在参考文献[LaRZ02]中解释的。在OFDM系统中瑞利衰落,在好的情况下,可能导致平坦衰落,在不好的情况下,导致频率选择性衰落的结果,从而使大量的子载波完全无法使用。因此,比特或数据包错误率并不仅仅取决于SIR,也取决于当前信道的传输函数。给定SIR和信道传输函数,估计PER的一个可能的解决方案已在参考文献[LGRZ03]中提出。

3.蓝牙

蓝牙(BlueTooth,BT),也称为IEEE 802.15.1(见参考文献[Blue99]),是一种新兴技术,用于给无线电连接提供MT、打印机、耳机和其他个人设备。BT模式是基于微网的概念,其中一个设备起着主导作用,而几个终端由它控制。

BT规范定义在物理层和无线链路层,基于RF和基带层的协议栈的集合。6种不同的数据包类型在基带被定义,它们有不同的有效载荷大小和编码保护。原则上,不同的报文类型可以用在每个有主从关系的链路中;不过,BT规范没有给出每个主从链路应该如何选择正确的报文类型。

LA是一个众所周知的技术,在协议栈中提供垂直整合:在这种情况下,它可以包括选择正确包类型(即有效载荷的大小和信道编码方案),作为接收到的功率的平均值的一个函数。

文献[PaCV02]和[PaTV03]表明,选择正确的数据包类型,可以提供整体吞吐量方面的优势。性能评估是在参考场景中通过一个简单的分析模型实现的,这也与通过射线追踪工具取得的一些成果相融合,来描述现实情景中的(约600m2的办公环境)传播信道。得到的结果在有LA和没有LA时进行了比较。它们表明,基于信道状态的知识来正确地选择在每个链路中采用的数据包类型的情况下,性能可以得到显著改善。

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