802.16m系统MAC层中的ARQ机制研究

论文摘要

IEEE802.16m标准是在宽带接入移动化的背景下产生的。802.16m标准的范围为物理层（PHY）和媒体接入控制层（MAC）。MAC层作为802.16m标准中的重要组成部分，包含了三个子层，目的是在不可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。自动重传请求（Auto Repeat Request，ARQ），在MAC层上作为与QoS相关的功能，是实现通信质量保证的重要技术之一。本文对802.16m标准中的MAC层上ARQ技术进行了研究，主要工作与成果有：1)分别对三种基本ARQ类型进行了介绍。分析并仿真对比了三种ARQ的吞吐效率。指出了传统ARQ技术直接应用于802.16m系统中的缺陷，并提出了改进方法。2)介绍了802.16m系统MAC层的工作流程。详细归纳802.16m标准对ARQ的规范，包括ARQ的参数、状态机以及数据帧的格式。3)为了适应不同的信道条件，802.16m标准中给出了四种反馈类型。本文首先详细描述了四种反馈的格式及构造过程，分析了每种反馈类型的优缺点。针对其特点，提出了一种反馈类型选择算法，动态的选择当前情况下反馈效率最高的类型，并对算法进行了仿真分析。4)针对无线信道中误码具有突发性和相关性的特点，引入了三状态Markov信道模型。搭建了一个符合802.16m标准规范的ARQ系统仿真平台。在此平台上，分析了不同参数对ARQ系统吞吐效率的影响。与现有ARQ反馈算法比较，在误帧率大于10-4的情况下，本文提出的算法至少能减少33.8%的反馈所需数据量，可为高速无线网络中ARQ的高效反馈提供参考。综合考虑系统性能和复杂度的基础上，结合仿真结果，分析了ARQ中每个参数的不同取值对系统性能的影响，并给出了取值建议，可为802.16m系统的实际应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 缩略语说明表
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景
• 1.2 802.16m 标准简介
• 1.2.1 802.16m 标准模型
• 1.2.2 802.16m 中的 MAC 层
• 1.2.2.1 特定业务汇聚子层
• 1.2.2.2 公共部分子层
• 1.2.2.3 安全子层
• 1.3 差错控制技术发展及研究现状
• 1.3.1 前向纠错
• 1.3.2 自动重传请求
• 1.3.3 混合自动重传请求
• 1.4 本文的研究内容和章节安排
• 第二章 ARQ 的技术原理与性能分析
• 2.1 ARQ 的性能指标
• 2.1.1 可靠性
• 2.1.2 平均时延
• 2.1.3 吞吐效率
• 2.2 ARQ 的工作时序
• 2.3 ARQ 的基本类型
• 2.3.1 基本类型
• 2.3.1.1 停等式 ARQ
• 2.3.1.2 退 N 步 ARQ
• 2.3.1.3 选择重传 ARQ
• 2.3.1.4 三种基本类型的对比
• 2.3.2 三种基本 ARQ 的仿真分析
• 2.3.2.1 仿真模型
• 2.3.2.2 不同误帧率下的仿真结果
• 2.3.2.3 不同往返时延下的仿真结果
• 2.3.2.4 仿真结果分析
• 2.4 传统 ARQ 技术在 802.16m 中的改进
• 2.4.1 基本类型的选择
• 2.4.2 状态机的引入
• 2.4.3 反馈方式的改进
• 2.4.4 ARQ 参数的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 802.16m 中的 ARQ 机制研究
• 3.1 引言
• 3.2 ARQ 在 MAC 层中的工作描述
• 3.2.1 数据的四种格式
• 3.2.1.1 SDU
• 3.2.1.2 ARQ 块
• 3.2.1.3 ARQ 反馈单元
• 3.2.1.4 PDU
• 3.2.2 分段\打包规则
• 3.2.2.1 SDU 直接生成 PDU
• 3.2.2.2 SDU 分段生成 PDU
• 3.2.2.3 SUD 打包生成 PDU
• 3.3 ARQ 参数
• 3.4 ARQ 状态机
• 3.4.1 状态机变量
• 3.4.2 发送端状态机
• 3.4.3 接收端状态机
• 3.5 本章小结
• 第四章 802.16m 中 ARQ 反馈类型的选择算法
• 4.1 引言和问题描述
• 4.2 反馈类型的描述
• 4.2.1 构成反馈单元中的两个要素
• 4.2.1.1 反馈单元中的 BSN
• 4.2.1.2 反馈单元中的 Map
• 4.2.2 四种反馈类型
• 4.2.2.1 选择确认反馈类型
• 4.2.2.2 累积确认反馈类型
• 4.2.2.3 累积带选择确认反馈类型
• 4.2.2.4 累积带序列确认反馈类型
• 4.3 一种新的反馈类型的选择算法
• 4.3.1 BSN 类型的选择
• 4.3.2 是否使用 Map 的判断
• 4.3.3 Map 类型的选择
• 4.3.4 序列确认 Map 格式的选择
• 4.3.5 反馈类型的确定
• 4.4 算法性能的仿真分析
• 4.4.1 仿真模型
• 4.4.2 仿真计划与仿真参数
• 4.4.2.1 仿真计划
• 4.4.2.2 仿真参数
• 4.4.3 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 802.16m 中 ARQ 参数的仿真研究
• 5.1 引言和问题描述
• 5.2 仿真系统的建立
• 5.2.1 仿真系统的结构
• 5.2.2 仿真系统的接口
• 5.2.3 SDU 模块
• 5.2.3.1 SDU 生成子模块
• 5.2.3.2 SDU 接收子模块
• 5.2.4 ARQ 模块
• 5.2.4.1 ARQ 发送子模块
• 5.2.4.2 ARQ 接收子模块
• 5.2.5 PDU 模块
• 5.2.5.1 PDU 发送子模块
• 5.2.5.2 PDU 接收子模块
• 5.2.6 无线信道模块
• 5.2.6.1 信道模型的建立
• 5.2.6.2 实现过程描述
• 5.3 仿真时序
• 5.4 仿真计划与仿真参数
• 5.4.1 仿真计划
• 5.4.2 仿真参数
• 5.5 仿真结果与分析
• 5.5.1 仿真结果
• 5.5.1.1 ARQ 块大小的参数仿真
• 5.5.1.2 ARQ 块有效时间的参数仿真
• 5.5.1.3 滑动窗口大小的参数仿真
• 5.5.2 参数值的选择建议
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生期间的成果
• 个人简历