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机械毕业设计

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tx063基于ARQ的数字通信系统纠检错方法,机械毕业设计

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基于 ARQ 的数字通信系统纠检错方法 文献综述 研究背景 : 一提到通信 ,自然地被理解为传统的远程数据通信 。 其实除了传统的通信外 ,由于计算机具有很强的数据处理能力 ,数据在计算机各部分的传递本身就是通信 .无论是什么样的通信 ,都对数据传输的可靠性提出了更高的要求。提高数据传输的可靠性，有两种途径：或者增加发送信号的功率，提高接收端的信号 燥声比；或者采用编码方法对信道差错进行控制。把编码技术应用到通信中，对信道中燥声产生的差错进行控制，组成一个差错控制通信系统。目前利用的都是 ARQ 技术， FEC 技术（前向纠错技术）虽 然效率比较高，但它的可靠性远不如 ARQ 技术。此外， FEC 技术对信道的适应能力比较差，无论信道优劣，它的效率都是一个恒定值 。 ARQ 技术的应用范围极为广泛，目前它已应用在电报系统、电传系统、传真通信系统、计算机通信网、卫星通信、计算机存贮系统等。现在对 ARQ技术的研究主要集中在如何提高效率上。 1 ARQ 技术的发展历史 ： 1975 年 Sastry 提出了一种方案，它对基本的 Go-back-N 方案做了一些修正，使浪费在重传码组上的时间得以减少。 1979 年， Towsley 提出了 一个“ Idealized ARQ”作为一种参考标准，利用排队论分析系统，提出了排队长度和等待时间两项指标来描述系统性能。这种描述和用效率描述实质是一样的，排队时间长，排队长度远大，相当于效率低；反之，效率高。随着大规模集成电路及计算机应用的不断发展，为智能化 ARQ 方案的实现提供了可能。 1982 年 Weldon 提出了一种改进“ Sw-ARQ”与“ Go-back-N ARQ 方案，它在效率上明显地要比“ Sw-ARQ”与“ Go-back-N ARQ 方案效率高。主要思想是使系统对信道有自适应能力，信道好时，发送的次数少（ 速度高），信道差时，发送次数多（效率低）。 怎样进一步提高效率呢？我们知道 FEC 之所以效率高是因为纠错靠纠错编码，而不进行重传。如果把 FEC 技术和 ARQ 技术结合起来，效率会进一步的提高。 1982 年，Shu Lin与 Philip S.Yu首次将 FEC和 ARQ技术结合起来，提出了一种混合型 ARQ方案。虽然它的效率较高，但在利用码组方面不够充分，即没有充分利用半速率可逆码的纠错能力。另外，在组码方式上不够灵活。针对上述的缺点， 1984 年Yu-ming-Wang与 Shu-Lin对混合型方案又进行了修正。 1986年 Tadao Kasami，Tohro Fujiwara 和 Shu Lin 提出了一种级联码 ARQ 方案，他的可靠性极高，已经被推荐用于美国 NASA 遥控系统中。 1986 年， G.Benelli 研究了一种在收端附加nts器的 Go-back-N 方案，还研究了一种利用软判决译码的记忆型 ARQ 方案以及与调制解调方式相结合的 ARQ 方案 . 现在又有很多包含 ARQ 和 FEC 的新系统，如： SHEC 系统。为了提高 HEC 的通过率及对信道的适应性，采用型 HEC 系统。在一般误码率比较低的情况下，每个传送的码组仅有少量校验元，而仅当需要重传的时候 才发送较多的校验元，从而提高整个 HEC 系统的通过率。型 HEC系统中应用二个线性码，一个是用来检错和纠少量错误的（ n， k）高码率码 C0；另一个是同时能纠正和检测错误的（ 2k， k）半码率可逆码 C1， 所谓的可逆码就是知道了码组的校验位组，就可唯一地确定出码组的信息位组 21 。 混合 ARQ（ HARQ）的系统模型 如图 - 所示，发端由 CRC编码器，速率兼容的 RS编码器，交织器，二进制频，移键控（ BFSK） ,调制器组成。注意，这里用的是符号交织器代替了比特交织器，其大小与 RS码相匹配。收端由 BFSK, 解调器，解交织器， RS解码器，和 CRC 解码器组成。 为了检测错误，源比特序列用 CRC码编码。假定发端有无限的源比特序列。 首先将源比特分组为长度 Li 的序列，每个序列用 CRC编码器编码，形成长度Li +LORC的比特序列，其中 LORC为奇偶校验比特。 CRC 编码后的序列要用 RS码来编码，用来前向纠正错误。当用了大小为 N=2的 m次方 的 RS码时，信息序列 Li +LORC被要求为 m的倍数，即， Li +LORC=Km。每 m个信息序列编码为长度为 N的扩展 RS码字。将这一码字截短，组成速率兼容的截短 RS码的集合，速率分别从 K/N到 1。 对固定速率的 类 ARQ协议，选择固定码字速率的截短码，并用于编码器和解码器，且不考虑信道条件。而速率自适应 类 HARQ 协议，是基于每次的信道观察或确认，对其传输选择适当速率的截短码字，来组成（ Ni ， K） RS码字集合CRC 编码器 速率兼容编码器 nts的。对于 类 HARQ， RS码字被分为一个长度为 K的块和（ N-K） /个大小为的冗余块，冗余块用于后续 传输。 所得到的截短 RS 码字，在传输前先进行交织，这样得到更好突发错误纠正性能。以固定速率 类 HARQ协议为例。考虑（ N， K） RS码，进入 N行 , D列的交织器。 D个码字（ N 个码字符号）的序列，一列列地被写入交织器。接着，码字符号被一行行地读出。很容易看到，输入序列中的任何距离在以内的两个位置在输出序列中将至少距离为 D。交织深度 D，相对于衰落速率要足够大。对速率自适应 类 ARQ和 类 ARQ，应用相同的交织机制。对交织深度 , 的 要求也相同，在交织器中的行数 !，要求大于或等于，每次传输中的信息序列的符号的最大数目 3 。 HARQ 技术在第三代移动通信系统中的应用 移动通信进入 3G 时代，各种新的数据业务层出不穷，比如移动游戏、视频流业务、 VoIP（ Voice over IP）、多方可视会议等。这些业务都有着共同的特点，就是需要很高的数据传输速率和较低的传输延时。 3G 各标准中普遍采用的扩频 CDMA、高阶调制和纠错编码技术，保证了系统在信道恶劣条件如高速移动环境下的基本数据传输能力或在步行及室内环境等较好的信道条件中的高速数据传输能力。 但是对数据实时性要求的提高，使得具有较大重传间隔的传统 H-ARQ 技术无法应对。为了解决这一问题， 3G 及其增强型中大都采用了物理层 H-ARQ 技术（ PARQ， Physical ARQ），也称快速 H - A R Q （ F a s t - H A R Q ）。 这种技术的原理是在物理层中增加重传机制，这样减少了重传时与上层的信令交换，从而降低了时延。具体地说，快速 HARQ在物理层中添加了额外的发送和接收缓存以及反向反馈信道。接收端对 FEC 数据包进行纠错处理，纠错后的数据是否仍有错误，根据结果反馈 A C K 或 N A C K 消息，同时将该数据包保存下来，以便与重传包联合解码。发送端如果收到 ACK，则继续发送新的数据 ;假如收到 NACK 消息，则从发送缓存中提取原先的数据包进行新的编码调制处理后，再次发送。物理层设有最大重发次数的限制，防止由于慢衰落条 件下的信道长时间恶劣导致的某个用户的数据包一味地重发而浪费信道资源。 nts表 1比较了物理层重发和上层重发的若干不同。 物理层 H-ARQ L2层 H-ARQ 目的 对于一定的误码率，工作点降到更低的SNR，以适应更恶劣的环境。 通过重传达到无错误传输 （ error-free delivery） 途径 设立物理层快速反馈信道和额外缓存，在物理层直接重传出错数据，接收端进行合并。 通过上层从反向数据信道反馈信令，经过相对长时间后重传。 优点 * 自适应于信道质量，按需添加冗余； * 采用合并解码， 每次传输均帮助最终译码的成功； * 低时延的高速数据传输。 * 较长时间间隔的重传带来的时间分集增益。 缺点 * 需要额外开销：存储空间、解码复杂度、重传调度等。 * 重传延时大，不利于实时性要求高的业务。 结论 两中 H-ARQ技术应同时使用，缺一不可。 随着移动通信中新业务的层出不穷，对数据传输速率的要求不断提高， H-ARQ 技术也需要进一步改进。现存的 H-ARQ 技术对不同分组业务没有区别，无法根据不同业务内在的特点进行优化。未来的 H - A R Q 将朝着细分业务特性，从而决定重传参数的特性 上发展，着重改善重传延时和提高系统通过率。同时， H-ARQ 技术也应该和 AMC、 OFDM、 MIMO 和智能天线等新技术尽可能多地融合，对重传数据和参数进行联合优化，进一步提高系统总体性能 4 。 小结 通过 收集各方面的资料 ,学习 ARQ 知识 ,了解了各种混合 ARQ 系统 ,对 H-arq性能分析 ,同时 研究 SHEC 系统 在掌握了基本原理后 ,学会使用 Matlab 软件 ,运用这个软件 在不同信道下对 H-ARQ 和 SHEC 这两种 混合 ARQ 进行仿真 ,并对仿真结果进行比较 ,从而 初步了解了 这两 种 系统 各自的优缺点 ,这样就可以为我们实际运用提供了一定的参考价值 .从而最终达到了研究 ARQ 技术 的目的 . 由于 ARQ技术在现代通信技术领域里有着良好广阔的应用前景，且具有 相对较好的性能，所以对 ARQ