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基于ARQ的数字通信系统纠检错方法,获取更多毕业论文/毕业设计,请登录360毕业设计网,,或加qq:604664738量身定做！
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毕业设计论文答辩基于 ARQ的数字通信系统纠检错方法作者 :颜永灿指导老师 :林东2006-6-10主要内容 1.ARQ的基本原理及主要类型介绍 2.两种改进型停止等待 ARQ 3.一种自适应性连续传输 ARQ 4.结束语研究背景 随着信息时代的到来 ,通信无处不在 ,人们对信息可靠性要求越来越高，单凭纠错编码已经无法满足时代的需要 . 而采用 ARQ技术就能很好的提高信息的可靠性 ,ARQ应用非常广泛 ,实施简单 ,可靠性强 ,对信道有很强的适应能力 .ARQ的原理 有的通信系统，在发端和收端之间除了有一个由发端和收端的前向信道之外，还有一个由收端到发端的反馈传送信息的反馈信道。反馈信道的存在虽然不能增加前向信道的容量，但适当的利用反馈信道有助于提高前向信道的传信率和可靠性。 ARQ体制就是在有反馈信道条件下（如电信网），采用适当的编码和重传方案实现有效可靠通信的一种体制。 可靠传输数据的方法之一是向发送端提供有关接收端的反馈信息。常用的方法是接收端向发送端返回带有对所接受数据帧的确认 (ACK)或者否认 (NAK)信息的控制帧。如果发送端接收到 ACK，便认为数据帧传输正确；若接收到NAK，就认为数据帧在传输过程中发生了错误，需要重新发送。 由于信道中存在噪声干扰会导致数据帧的丢失或者发生其它情况 ,接收端无法进行控制信息的反馈 ,这时需要在发送端引入定时装置 .当发送端发送出一个数据帧后，便启动定时器 ,定时器被设置一定的等待时间 ,这段时间足够用于数据帧的传输 ,处理和接收端返回控制帧。正常情况下，发送端在这段时间内可以接收到 ACK或 NAK；如果没有收到控制帧，便认为数据帧的传输出错，需要重新发送该数据帧。三种基本型 ARQ 停止等待型 ARQ（ Stop-Wait ARQ,简称 SW ARQ）是最简单的 ARQ形式 退 N步重传型 ARQ(Go-Back-N型 ARQ,简称GBN ARQ) 选择重传型 ARQ（也称为 SR ARQ） SW ARQ的工作原理图GBN和 SR ARQ工作示意图三种 ARQ的信道利用率比较 SW ARQ的系统非常简单 ,容易实现 .但是有一个不可克服的缺点 ,那就是每传送一个码组都要有一个等待时间 (占空时间 ),码组越短 ,占空时间越长 ,码组越长 ,出错的机会也越多 ,所以信道的利用率为三种里最低 GBN ARQ系统比 SW ARQ来说 ,信道利用率要高得多 ,但是它的信道利用率与往返时间有很大关系图 1就显示出了它信道利用率与往返时间关系 SR ARQ系统是三个系统中最有效的 ,因为它只要重传出错的码组 ,提高了信道利用率 .GBN ARQ在不同 Rtt下的信道利用率 大数判决算法的原理入下：接收端如果接收到一个数据帧的 5个拷贝，有 3个拷贝对应的某一比特位是 1，其它 2帧对应的此比特位是 0，该数据帧的这个比特位被判决为 1，其它比特位依此类推，就可以得到一个重构的数据帧。 在上述的大数判决算法中， M是一个非常重要的参数，会直接影响到重构帧的误比特率 P和重构数据帧发生错误的概率 Fm，下图给出了数据帧长度 n=1000bit， p在 0.000010.00001范围内变化时，单个数据帧拷贝的错误概率 P和采用大数判决算法得到的重构数据帧的错误概率 Fm（ M=3，5， 8）的状况。从下图可以看出，经过大数判决算法得出的重构数据帧发生错误的概率远小于单个数据帧拷贝发生错误的概率，很显然 FmP1。一种改进型停止等待 ARQ 这种改进型停止等待 ARQ，开始的时候和基本型的 SW ARQ很相似，发送端设置有一个定时器。发送端发送一个数据帧后，就等待确认（ACK），如果在定时器设定的时间内收到 ACK，那么就发送新的数据帧；如果在设定的时间内没有收到 ACK或者收到 NAK，发送端就会重新发送一次。为了使接受端检测出传输错误的数据帧，通信链路的控制部分包含一个检验序列，使用的是循环冗余校验（ CRC）。如果把经 CRC检测，判定一个数据帧正确，接收端返回一个对该帧的 ACK来表示愿意接收新的数据帧；如果经 CRC检测，判决该数据帧是错误的，接收端就保存这一帧，返回发送端一个发生错误确认 NAK，发送端在接收 NAK后重新发送该数据帧，最多重发 2次，如果在第 2次重发后还发生错误，就在接收端对保存的 3个数据帧进行大数判决算法，如果经过大数判决算法得出的数据帧还是错误的，就丢弃该帧。这种方法要求发送端保留一个发送数据帧的副本，接收端有能存储 3个数据帧的缓存器。 改进型停止等待 ARQ的工作流程图 下图为帧长为 48bit，在重传前、重传 1次、重传 2次和最后大数判决后的误帧率（错误帧数 /信息帧数）。 上图说明了在较强的干扰情况下，信噪比低于 10时，帧的错误率非常高（因为一个帧只要有一个码出错，就被系统认为整个帧都是错的）。经过 1次重传后，误帧率有所下降。错误帧经过 2次重传后，误帧率又明显下降，在信噪比达到 17的时候，误帧率已经接近 0。如果经过 2次重传还错误的帧，接收端就把存储起来的 3个错误帧进行大数判决。从图中可以看出，经过大数判决后，误帧率比 2次重传后的误帧率下降了很多。 Moeneclaey提出的停止等待型 ARQ方案中，每次发送同一个数据帧的 N个拷贝帧，数据帧重传时，每次也发送该数据帧的 N个拷贝（即 mj=N； j=1， 2， 3， ， mj是第 j次发送的帧拷贝数目）。接收端分别对收到的 N个帧拷贝进行 CRC检测，如果至少存在一个帧拷贝的 CRC是正确的，那么将返回 ACK给发送端。如果 N个帧拷贝中没有一个数据帧的 CRC检测是正确的，则接收端不返回发送端 ACK，发送端在定时器超时后继续发送原数据帧的 N个拷贝，直到收到 ACK为止。 改进型 Moeneclaey 停止等待型 ARQ 使用大数判决算法改进的方案的实施过程如下：发送端每个数据帧每次发送 N个拷贝，接受端对于 N个数据帧拷贝中逐一进行 CRC检测，如果至少有一个帧的 CRC检测结果是正确的，则接收端丢弃这 N个数据帧拷贝，发送 ACK给发送端。发送端在规定的时间内接到 ACK，便开始发送新的数据帧。如果经过 CRC检测，确定这些数据帧拷贝中不存在正确的数据帧，则对这次接收的 N个数据帧拷贝实行大数判决以获得重构造、数据帧，如果对于重构数据帧的 CRC判决结果表明该重构帧是正确的，则接收端丢弃这 N个数据帧拷贝，发送 ACK给发送端，发送端接到 ACK后，开始发送新的数据帧。如果对于重构帧的 CRC检测结果表明其是错误的；那么，发送端仍然要重新发送这个数据帧的N个拷贝，直到收到对于该数据帧的 ACK为止。如果在 Moeneclaey方案中采用大数判决算法，每次参与表决的数据帧拷贝数为 N，吞吐效率 的表达式（ 3-2-5）中的重传次数的期望值 E可以表示为（ 3-5-1）式： E= 改进型方案和原方案间的性能比较 为了进行上述两种方案间的性能比较，我们选取以下参数： k=850bit， n=1000bit，并假定 RT=1000bit，根据文献 19得到不同误比特率 p下的 N值，由上述参数来分别计算误比特率 p变化时，改进型方案和原方案的吞吐率 。对于传输性能良好的信道，如误比特率 p在（ 0.000001,0.0001）范围内，改进型停止等待 ARQ方案和原方案的吞吐率相差不大。P在（ 0.0001,0.01）范围内，改进方案的吞吐率高于原方案的吞吐效率。在 p=0.001时，改进型比原方案的吞吐率高出30%. p=0.01 时，原方案的吞吐率接近于 0，而改进型的吞吐效率仍处位置在 0.13。 一种自适应连续型 ARQ方案 Go-Back-N型 ARQ和 Moeneclaey连续型 ARQ是两种不同类型的连续型 ARQ，在相同的信道传输质量下，吞吐效率相差比较大。当信道的传输性能变化范围较大时，以上两种连续型 ARQ技术的吞吐效率的变化也很大。本文提出一种自适应性连续型 ARQ方案，通过对变化的信道传输质量的估计，来选择使用上述两种连续型 ARQ方案中吞吐效率高的一种，从而提高通信链路的整体吞吐效率。对于信道传输性能变化较大的通信环境，自适应性 ARQ的研究具有重要意义 .Moeneclaey连续型 ARQ的工作示意图 根据上述自适应性 ARQ的原理，其吞吐效率表示为（ p， s） =max1(p,s), 2(p,s) 下面，以 m=4的情况来分析自适应性 ARQ的性能。 下图表明 p=0.1、 0.5、 0.9时，自适应性连续 ARQ的吞吐效率随着 s的改变而变化的情况。 保持 s不变而增大 p，吞吐效率随之升高，但是 p的增加和吞吐效率的升高之间并不存在比例关系。P的增加会导致吞吐效率的增加，其原因在于： p表示正确帧的聚集密度， p增加表明通信信道的传输性能好转，帧重传的概率降低，通信链路的利用效率随之升高。 下图还表明：保持 p不变，当 s在（ 0.1,0.5）的范围变化时，吞吐效率较稳定；而 s在（ 0.5,1）的范围变化时，吞吐效率对 s的变化非常敏感。 p固定时，吞吐效率 与 s的关系图 s固定，吞吐效率 与 p的关系图 上图表明 s=0.1、 0.5、 0.9 时，自适应性连续型ARQ的吞吐效率随着 p的改变而变化的状况。 s的增加会导致吞吐效率值的下降，但是， s的增加和吞吐效率的下降之间不存在比例关系，保持 p不变而增大 s，吞吐效率随之下降的原因在于： s表示错误帧的聚集密度， s增加表明通信信道的传输性能变差，数据帧重传的概率增大，通信链路的利用效率下降。 上图还表明：保持 s不变，当 p在（ 0.1,0.5）范围变化时，吞吐效率很稳定；而 p在（ 0.5， 0.1）的范围内变化时，吞吐效率对 p的变化非常敏感。自适应 ARQ的工作流程 自适应连续型 ARQ方案的工作过程概述如下：系统首先发送测试帧求出通信连路的 m值 。随后系统任意采用 Go-Back-N型 ARQ或者 Moeneclaey连续型 ARQ中的一种做为差错控制方案。在某一段随机时间间隔内，接收端根据接收的连续正确和连续错误的帧数目来计算和。接收端的判断决策部分使用 p,s 和 m分别计算 Moeneclaey连续型ARQ方案和 Go-Back-N型 ARQ方案的吞吐效率。如果原有的 ARQ方案的吞吐效率小于另外一种ARQ，接收端需要通知发送端实施吞吐效率大的ARQ方案；否则，发送端仍然采用原有 ARQ方案 自适应性连续型 ARQ大致的工作流程图 结束语 由于时间有限，本次毕业设计做的工作非常有限，只了解了 ARQ的原理，对一些它的扩展和改进没有太大接触到。本次设计还存在许多不足：在仿真
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