基于HARQ的AMC系统门限调整算法.doc

基于 HARQ 的 AMC 系统门限调整算法 王黎明，杨大成 北京邮电大学电信工程学院，北京 (100876) E-mail：lemowoo@ 摘 要：本文通过研究自适应调制系统的门限调整算法，提出了一种引入 HARQ 后的实时 误帧率的应用方案。此算法根据移动台反馈信道估计值，预测下一帧的 MCS 门限，按照改 进的算法实时调整每种调制编码方式的门限，使其满足固定目标误帧率的目的，并保证系统 吞吐量的稳定。本文通过系统仿真证明了该算法的有效性。 关键词：自适应调制编码，门限调整，信道估计，反馈重传 引言 移动通信的传播环境十分复杂，其信道特点主要表现在以下几方面：移动性、恶劣的无 线传播环境、干扰受限、多址接入、无线资源瓶颈等方面。由于小尺度衰落(如多谱勒频移 和多径引起的快衰落) 和大尺度衰落(阴影衰落) 等因素的影响，实际的无线信道通常具有很 强的时变性。因此如果采用某一固定的调制编码方案(MCS, Modulation and Coding Scheme)， 随着快衰落的变化，其误帧率(FER) 将产生很大的起伏，这样非常不利于系统达到最大的网 络吞吐量，又不能很好地保证链路服务质量(QoS)。为此，在WCDMA Release5 HSDPA等高 速下行分组信道中引入了自适应编码调制技术，该技术通过预估移动信道的变化状况(导频 载干比、接收信号的误帧率等)实时调节编码方案，从而优化资源分配，提高传输效率。 自 适 应 编 码 调 制 的 门 限 可 分 为 固 定 门 限 TF(Threshold Fixed) 和 基 于 门 限 调 整 TA(Threshold adjustment)两种调节方法。TF算法中各MCS切换点都为固定值，因此不太适合 快速变化的无线信道的需要，因此文献[1-2]提出了一系列的TA算法，TA算法中各MCS切换 点均能根据信道状况自适应地调整。然而由于移动信道的复杂性，TA算法尚存在某些不足， 本文正是对这一TA算法进行优化和改良，以取得更好的性能，来满足实际系统的需要。 基于门限调整的 AMC 算法 TA 算法介绍 假 设 自 适 应编 码 调 制算法 共 有 N 个 MCS 等级 ， 等 级 由低 到 高 分别表 示 为 MCS MCS MCS ，系统同时也可以根据反馈 C/I 的值来由低到高设定 N 个对应的切 1, 2 ,..., N 换点T(0),T(1),...,T(N ?1) 。系统通过反馈的 ACK/NACK 等标识系统传输性能的信息，来 调节切换点T(0),T(1),...,T(N ?1) 的值。假设 P 为目标误帧率， ? 为收到 NACK NACK DOWN 时切换点调低的幅度； ? 为收到 ACK 时切换点调高的幅度。 UP 参考文献[1]提出了一种集中式 TA 算法。在该算法中，当接收端反馈 ACK 信号时，系 统所有门限T(0),T(1),...,T(N ?1) 均调高 ? ；而当接收端反馈 NACK 时，系统所有门限 UP T(0),T(1),...,T(N ?1) 均降低 ? 。该算法尽管能实时根据信道状况作出相应调整，却 DOWN 由于各切换点之间始终为定值，而不能准确跟踪信道的变化。 参考文献[2]在上述集中式 TA 算法的基础上，提出了独立的门限调整算法。在该算法中， 当系统选择第 k 个 MCS 等级传输的反馈为 ACK 时，门限 T( k)和 T (k-1)均调高 ? ；当反 UP 馈为 NACK 时，只有 T (k-1)降低 ? 。该算法虽然在一定程度上克服了集中式 TA 算法 DOWN -1-  的缺陷，引入了更大的调节灵活性，然而在实际系统仿真的过程中，存在着实际误帧率比目 标误帧率偏大的问题。 参考文献[3]在此基础上，通过理论模型的推导，提出了一种改进的 ITA 门限调整算法 （Improved Threshold Algorithm）。在该算法中，系统为每个 MCS 单独设定了一个门限 i T(i) ，且该门限的调整仅与该门限对应的 MCS 等级传输情况有关，而与其他 MCS 等级内 的传输状况没有关系。各T(i) 的具体调整过程为，当选择第 k 个 MCS 传输的反馈为 ACK 时，门限T(k) 降低 ? ；当反馈为 NACK 时，门限T(k) 调高 ? 。本文所提出的改进 DOWN UP 型算法正是在 ITA 算法基础上得出的。 理论模型 我们假设系统采用 MCS 传输的概率为 i r ，采用 i MCS 传输时的误帧率为 i p 。可以得到 i 系统的吞吐量表达式为： n ( ) Throughput R r 1 p (1) i i i i=1 当系统达到稳定状态时，门限T(i) 将达到收敛