1、 湖南大學碩士學位論文隨機反饋延時下協作sr-arq協議發送端延時分析姓名：劉艷麗申請學位級別：碩士專業：信息與通信工程指導教師：黃生葉20120512 摘要合 并方 式 分 別 建立 有 限狀 態 馬爾 科夫 信 道 模 型 。 本 人鄭 重 聲明：所呈 交 的論 文 是 本 人在 導 師的指 導 下獨立 進行 研究 所取 得 的研 究 成果。除了 文 中 特 別 加 以 標 注 引用 的內容外， 本 論 文 不包含任何 其 他個 人或 集 體 已 經 發 表 或 撰 寫 的成果作品 。對 本 文 的研 究 做 出重 要 貢獻 的個 人和 集 體 ， 均 已 在 文 中 以 明確 方式 標

2、明。本 人完全意識到本 聲明的法 律 后果由 本 人承 擔。本 學 位 論 文 作者 完全了 解 學 校有 關 保 留 、 使 用 學 位 論 文 的規 定， 同 意學 校保 留 并 向 國家 有 關 部 門 或 機 構送交 論 文 的復 印 件和 電 子 版， 允 許 論 文被 查 閱 和 借閱 。本 人授 權湖 南 大學 可以 將 本 學 位 論 文 的全部 或 部 分內容編入 有 關 數據 庫進行 檢索， 可以 采 用 影印 、 縮 印 或 掃 描 等 復 制手 段 保 存和 匯編 本 學 位 論 文 。日期：冽五 年， 月 玷 日 隨 機 反 饋 延 時 下協 作協 議發送 端 延 時

3、 分 析圖 無 線 多 徑 衰 落 信道 的 特 性分 類圖 隊 列模 型 圖 協 作分 集 系 統 模 型圖 有限狀 態 馬 爾 科 夫 信道 模 型圖 信道 概 率密 度函數 比較圖 反 饋 延 時 腟 瓵 傳 輸 時 間 圖 圖 綬 】矩 陣 分 塊存儲 的 判斷， 正 確 則 反 饋畔 砦笤 蚍 蠢 式也 是 有選 擇性的 ， 比 如選 擇式合并 瑂 、最大 比 合并 ， 和概 率 密 度 函 數 圖 自 適應調制 系 統 模型 自 動 重 傳請 求 協議的 研 究現 狀 続 及 其 改進 方 案算 法、 時 延 和吞 吐 量分 析 ；通 信 系 統 的 延 時 和吞 吐 量性 能帶

4、來的 影 響 。 假如不 考慮 反 饋 信 道 的 誤 碼 ，基于 隨 著 網絡 的 推 廣 ， 以 及 一些 新技術 的 發展， 例如 協作 分 集、等， 本 文 主 要 研究 內容 為：協作 分 集系 統框 架 下 ， 針對 選 擇 式 自動請 求 重 發 ：允 瑞 利 衰 落 信道 一 般 用 來對 沒有直 接 視 線 距離傳 播 的 多 徑 環境進 行 建模， 適用廠 很 大的 困 難 ，這樣 一般就 會 對系 統進 行一些 簡 化。數 據包到 達發 送 緩 存一直 到該 數 據包開始被發 送 前 的 這段時間。從 傳輸 數 據包的 第 一比特 開始一直 到該 數 據包的 所有 比特

5、傳輸 完 的 這段時顧 客的 到 達和 離 去 只 能發 生 在 有 固 定 時間間隔的 離 散 時刻的 排隊系 統稱 為 離 夫 鏈 。在本文 中， 主要模型 為以馬爾 科 夫 鏈 為基礎 ， 其中馬爾 科 夫 鏈 的 幾 個 主要定態 ，的概率 。 并行 計 算 技術基礎享 存 儲 器 模 塊 ， 存 儲 器 可 以 每秒 兆 字 節 的 速 度 向 處 理 器 提供 數據 。 這 樣 的 機 器 通 猿 貧 啻 砘 鶶 以計算 為主的 領 域 。消 息 傳遞接口函 數 庫應用 于 分 布 式 并 行編 程環境 ， 具有 移 植 性 好 、功能強 大 、效率高 等 許 多 優點 ， 它 提

6、 供了與 虵 語 言 的 綁定， 是目前 最 重 要 的 并 行編 程工具。 且 恢 窒 荼 喑 棠 停 琈進程之 間的 通 信通 過 消 息 的 發送與 接收的 接口函 數 。 消 息 傳遞是相對 于 進程間通 信方 式 而言 ， 與 具體 的 并 行機 存儲模 式無 關。 本 章首先介 紹 了 無 線信 道 的特性 以 及 幾 種 典型的衰落 信 道 模型，為后面的建 圖 協作 分 集 系統 模 型調 制 ，然后 轉 發 出去 ，也就 是 前 文 中 所 說 的解 碼前 向轉 發 ，隨 后 信 號被接收 信道狀態 劃 分其 中吒，島 為 信道狀態 擬 合參數 。 隨 機 反 饋延 時下協

7、作 協 議發 送端 延 時分 析 托 靠 代 表 信道狀態 間 劃 分 的 信噪 比 閾 值，如 果所 琁【 裕 埔 只 ， 一 別 表示 琑 蛃 綽返 男諾 雷刺 忍 怕剩 鵖 危 鵕 偷 直 鴇硎 維 ， 甊 和 鏈 路都 為單 輸入 單 輸出 信道 ， 其信道 的 鏈 模型 根 據 文 中 瞰 鏟 肼 且 當 對 ， 島 珼 隓 鏒， 籔 瑃 籰 度 函 數 淶奈 籒 甿 信道 。根 據 上式 ， 可以 得到 瞬 時 信鞣旨 低車男諾 欄 怕拭 芏 群齦， 弋本 文 考 慮協 作 分 集 系 統 中 物 理 層采 用 自 適 應 調 制技術 和 數 據 鏈 路層采 用 速率， ， ， 蒞

8、 畢 圖 發 送 端模 型時畬 蟠 淥 俾 飾 狶 的 欏 偃 緄 鼻 暗 南 蛄 縝 是 新包 ，那么 ； 畂 ； 。 ， 一 三 一 梢 災 5賴 泵 揮 行擄 醬 锏 氖 焙 蛞 簿 褪強 ， 信道 狀 態最 表 示 信道 狀 態 處于 鋇 男 諾 雷 刺 r聘怕 省 和可 以根 據 鏱 齵 專 ， 琤 【 設 詐 ， 、 危 琱 ， 圖 中 繼 排 隊 的 協 作系統 模 型 口這 樣 ， 反 饋 延 時 的 轉移 概率 矩 陣 可 以 表 示為： 】 ， 瑈 瑉 琧 就 可 以 表 示為 一 個 馬 爾 科 夫 鏈。 皁 。統 狀態 ， ， 琙， 七 琷 ， 硎鞠 低 匙 刺 琂，

9、轉移 為 ， 歹 ， 蟆 。首 摯 贍 ， 興 鬧秩 擔 襃 有 摯 贍 相當 于 有 魴 諾雷 刺 ， ！ ， ， ， ， 裕嗚 以 鳴 ， 潁 下面 推導 琷 瑉 的 計算 公 式。根 據 建 立 系統 馬 爾 科 夫 鏈的 過 程 分 析 有 粁 唪 猌 贠 籱 。 ， 一 吃 ， 因為 矩 陣根 據 新 數據 包 的 到 達 情 況 有 不 同 的 值， 分 別是 這 兩 種情 況 ， 一 是 有 新 數據 包 到 達 ， 概率 。 對 于 準 生 滅過 程 求 解問 題 ， 諼 南 譡 】中 已 經 仔 細 分 析 了， 并 稱 為 矩其中 轉 移 概率 矩 陣以 及 穩 態概率 滿

10、足 穩 態方程 組為 三 “ 三 ， 烤卣 蟠螅琂、為 為 了 計算 發送 端 數 據 包 延 時 概 率 分布函數 ， 首 先定義 下列 幾個矩 陣 ：， 確定琱 ， 琂， 瑉 ， 可 以 得 到 ：表 示 發送 端 鍪 蒞 赿 時 隙 內 成 功發送 的 轉 移概 率 矩 陣 。其中 時 一 個 新產 生 的 數 據 包 到 達緩存， 從 這個 數 據 包 到 達開 始 一 直 到 其成 功 發 送 出 去貝 蹹 ， 貝 公式 為本 章是 第三 章的 一 個 遞 進， 同 樣都 是 在 協 作 分 集系 統中 ， 物 理層 采 用 自 適應提 出 了在 反饋 延 時 隨 機 變化 下的 發

11、 送 端延 時 分 析 模型。 首 先分 析 了反饋 延 時 隨 機性 產 生 的 原 因 ， 以 及計 算出 反饋 延 時 隨 機 轉換的 概 率矩 陣 ， 并 將數 據 包 的 發 送 過程 用 一 個 馬 爾科 夫 過 程 描 述 ， 構造 出 數 據 包 發 送 狀 態 的 轉移 概 率矩 陣 ， 并 應用 矩陣 幾 何計 算理論 計 算出 其穩 態 概 率， 最后 分 析 了發 送 端延 時 概 率分 布 ， 得 到 了準確的 表 達式 。 問 題 的 規 模 。一般 在單 處 理 機上 無 法 解決的 問 題 ，可以 采 用并 行 計算在高性能 計算機上 解決。本文 中，根 據 矩

12、 陣幾 何計算理 論 對 發 送端數據 包發 送狀 態 轉 移概率矩 陣進行 分塊 ，構造 出的 虰 【 烤 卣蟠 笮 菀恍 問 信 道劃 分狀 態 個數、 瑀 ，其 中 瑂 ，其 中 順 鯩 并行環 境。分 布。如 果 一 個 矩陣 也 用 一 維 塊 分 布，也 就 是把 矩陣 按 照行塊 或 列塊 分 配 給 每個 進 數值 計算 程 序 流程根 據 上 文 可 以 知 道協 作 分集系統 的 物理層 采 用 自 適應調 制 技 術 ，并 且對 多 條信道進 行了一 個擬合分析，推 導 出了信道狀 態的 轉 移 概 率 矩 陣 ，對 于 發送 端數據包 發送 狀 態的 轉 移 概 率 矩

13、 陣 采 用 矩 陣 幾 何計 算 理論進 行分塊 處理，計 算 出延時 概率 ，其 中 反饋 延時 在 之 間隨機 變 換，其 總 體 計 算 思路是 ：第 一 步： 信道狀 態轉 移 概 率 矩 陣 計 算 盰 苣聳 保 蒞 退 俾 飾 數據 包 時 隙 ： 當 。 一 保 蟮玫鳥 ，就 是 所需要 的矩 陣 詡 撲 憔 卣驲 時 ，矩 肋即助肋見 表 。 ， ， 仿真 與 計算結 果分 析發 送 端視 具體情 況 取 足夠 大 ， 在 本文 中 設 定 鍪 蒞 偷澆郵 斬 個 數據包 ， 并 且 發 送 端 新到達 的數據 包 服 從伯 努利分 布 。發 送 端 根據 當 前 信 道 條

14、件， 選定 發 送 模 式 ， 將對 應的數據 包 發 送 出去， 然后將其副本保 留 ， 直 到確 定 其被 成 功發 送 后刪 除 副本， 其中 仿真 框 圖 見 圖 所 示。在 本文 中 ， 劃 分 信 噪 比 區間 ， 確定 魴 諾 雷 刺 種傳輸 速 率 ， 即 對 應的信 道 狀 態 條件下最 大 發 送 、 個 數據 包 。信 道 狀 態 間 的轉移 概率 矩 陣 見 表， 其信 道 劃 分 以及 信 道 狀 態 轉移 概率計算程 序 用 編寫。在 接收端 處 ， 接收到數據 包 后， 判斷 其是 否 傳輸 正 確 ， 蔫會 的延時 概率 分 布 值， 椰 熱 表示采用最 大 比

15、 合并 的協 作 分 集 系 統的延時概率 分 布 值， 從表中 可以很 容 易的知 道 延 時 性能 的提 升百 分 比 。而 接收端 采用最大 比 合 并 方 式 比 選擇 式 合 并 方 式 的系 統延 時 性能 好 ， 這 是 由于最 大 比 合 并 方 式 是對 來自 不 同 路徑 的信 號 進 行 一定 方 式 的疊加， 而 選擇 式 合 并 方 式 則 是 選擇 其中 信噪 比 最 好 的信 號 ， 這 樣接收端 在 對 信 號 進 行 分 析的時 候相 比 較而 言最 大 比 合 并 方 弧 蠢 郵 眓 的延 時 概率 分 布 篿 於 穡甶 哩卜 圖 反 饋 延 時 固定 與

16、隨機 情 況 的發 送 端 延 時 概率 比 較反 饋 延 時 在 之 間 隨機 變 化 ， 接收端 采用最 大 比 合 并 方 式 ， 發 送 端 和 中 改 變系 統的 信 道 誤 包 率 ， 計算 得到 發送 端 延 時 概 率 分 布 如 圖 ， 其 中誤 包概 率 最低 ， 在第 四 點 時 有 個 抖 動， 抖 動現 象 反 映了無 線 傳 輸 環 境 的 復 雜 性 。從第言編 寫 了仿真 程 序 ， 對理論推 導 進行 了驗 證 。仿真 結 果與 數 值計算 結 果的 比較 可以 證 明本 文 提 出 的 發送 端 延 時 分 析 模 型 的 正 確性 ， 反 饋延 時 固定

17、與 隨 機 條 件 下的延 時 概 率 分 布 比較 ， 可以 說明隨 機 反 饋延 時 下的 系 統模 型 更 加 準確， 是對固定 反饋延 時 模 型 的 一 個 推 進。最后 分 析 了系 統參 數 發送 端 處 新 數 據到 達 率 和 信 道 誤 包率 的 改 變對系 統的 發送 端 延 時 帶來的 影 響 ， 完 善 了系 統延 時 性 能的 分 析 。 結論 瓹 ， ： 縇 珽 ： ： 【 】 碩士 學位論文 致謝感 謝實驗 室的同門 ： 張紅 飛、 榮 繼芳、 劉 少智、 汪 三 駿 、 陳 純 、 李秀 、 鄢圓圓 、 劉 佳 杰， 大家共同創 造 了 良 好的學 校 氛 圍 。特 別感 謝同級研 究 生汪 三 駿 和 陳純 ， 與 你 們 一 起討 論和 分享 學 習經 驗 ， 讓 我 受益 很 深。感 謝室友吳建 華、 劉 立 君和 唐 鷺 ， 三 年 的朝 夕 相 處與