福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 外文翻譯及原文 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 物理與信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 通信工程 年 級(jí)： 2002 級(jí) 2006年 06月 10日 一種新的選擇性重發(fā) ARQ 系統(tǒng) 摘要 ： 在這篇文章中，講述了一種結(jié)合連續(xù)傳輸模型和 SW ARQ 模型的部分重發(fā) ARQ 差錯(cuò)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)依靠一個(gè)半雙工信道。當(dāng)它的吞吐量較高于 SW ARQ 策略和接近 GBN ARQ 策略的吞吐量時(shí)，比起 GBN ARQ 策略來(lái)說(shuō)，它能節(jié)省帶寬或一個(gè)信道。這篇文章的分析顯示出該系統(tǒng)有卓越的性能和實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵字：吞吐量， SW-ARQ， GBN-ARQ，誤碼率，半雙工信道，差錯(cuò)控制。 1 緒論 在數(shù)字通信中， ARQ 差錯(cuò)控制系統(tǒng)是一種有效的重傳差錯(cuò)控制方法。它有 3種基本類(lèi)型和一些其他變化。 Stop-and-Wait （ SW ARQ）使用一個(gè)半雙工信道，比較容易實(shí)行。但是當(dāng)回路延時(shí)變長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)吞吐量將快速減少。 GBN ARQ（ Go-Back-N ARQ）和選擇重傳 ARQ 都是依靠連續(xù)傳輸來(lái)增加吞吐量。然而，他們需要一個(gè)全雙工信道，而且更難實(shí)現(xiàn)?？紤]到以上問(wèn)題，我們將要介紹使用半雙工信道的新 ARQ 系統(tǒng)。通過(guò)分析無(wú)差錯(cuò)時(shí)隙（即無(wú)差錯(cuò)序列）的信息和分布情況，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在交替連續(xù)傳輸和 SW-ARQ 之間。當(dāng) SW-ARQ 使數(shù)據(jù)傳輸具有高可靠性時(shí)，連續(xù)傳輸將提高系統(tǒng)的吞吐量。因?yàn)槭褂冒腚p工信道，該系統(tǒng)能節(jié)省通信系統(tǒng)的信道資源。因?yàn)榇嬖诜€(wěn)定的 信道系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)能增加前向傳輸?shù)膸捄蛡鬏斔俣?，并且能提高整個(gè)傳輸系統(tǒng)的傳輸容量。 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 圖 1 顯示了在這篇文章中的部分選擇重傳 ARQ 系統(tǒng)的工作過(guò)程。該系統(tǒng)使用半雙工信道，交替使用連續(xù)傳輸和 SW-ARQ 來(lái)傳輸信息。不同于傳統(tǒng)的 ARQ，接受端不需要接受每個(gè)字符都傳輸一個(gè) ACK 或 NAK 來(lái)回答發(fā)端。收端只要發(fā)送一個(gè)碼字到收端表明哪個(gè)碼字出現(xiàn)錯(cuò)誤。當(dāng)一組連續(xù)碼通過(guò)請(qǐng)求傳輸被全部接收后，收端將發(fā)送一個(gè)表示這個(gè)碼組已經(jīng)全部接受的應(yīng)答 CACK。 在這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有兩個(gè)問(wèn)題必須解決。一個(gè)是怎樣劃分和編排碼組。 在發(fā)送端開(kāi)始傳輸之前，編碼被劃分為幾個(gè)特定長(zhǎng)度的組（這里假設(shè)長(zhǎng)度為 M）。在這些組里，每個(gè)碼字都被編號(hào)從 1 到 M。當(dāng)發(fā)端發(fā)送碼到收端時(shí)，它不需要發(fā)送這些編號(hào)。收端和發(fā)端依靠發(fā)送和接受的順序位置來(lái)確定碼字的編號(hào)。另一個(gè)是發(fā)端和收端需要一個(gè)數(shù)據(jù)緩存器來(lái)存儲(chǔ) M 個(gè)碼子，同時(shí)收端還需要一個(gè)緩存器來(lái)存儲(chǔ)錯(cuò)誤碼字的編號(hào)，從而使系統(tǒng)工作正常。 下面我們討論怎樣確定碼的長(zhǎng)度 M。在通信系統(tǒng)中，隨機(jī)因素會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤序列的產(chǎn)生。隨機(jī)序列或隨機(jī)過(guò)程，都遵守一個(gè)特定的分布規(guī)則。所以，在分析無(wú)錯(cuò)誤時(shí)段（即無(wú)錯(cuò)誤序列）和它的分布情況，發(fā)送端就能 選擇連續(xù)傳輸組的長(zhǎng)度使整個(gè)系統(tǒng)更加有效和合理。 倘若在信道上的輸入序列是 C= (0c，1c e) 1c GF（ q）。在二進(jìn)制系統(tǒng)中， q=2，1c GF（ 2）， C 是一個(gè)由符號(hào) 0 和 1 組成的序列，令 R=(0r, 1r )為信道 的輸出序列，1r GF（ 2）。因?yàn)樵谛诺乐杏懈蓴_， C 并不等同于 R，它們的關(guān)系如下： 0 0 1 1(,R C E c e c e ） E=R C=(01,ee ) E 是不同于輸入和輸出序列的設(shè)備。它明顯是一個(gè)完全由信道干擾決定的隨機(jī)序列。我們稱(chēng)它為信道中的錯(cuò)誤序列。 E 中的符號(hào)“ 0”表示這個(gè)位置的碼字是對(duì)的，“ 1”表示這個(gè)位置的碼字是錯(cuò)的。 解釋?zhuān)涸阱e(cuò)誤序列 E 中，如果介于兩個(gè)鄰近錯(cuò)誤碼比特（ 1）的無(wú)錯(cuò)誤碼比特（ 0）的數(shù)量為 K-1，這時(shí)此無(wú)錯(cuò)誤碼比特序列就稱(chēng)為長(zhǎng)度為 K 的無(wú)錯(cuò)誤時(shí)段或無(wú)錯(cuò)誤序列，簡(jiǎn)稱(chēng)為 K 時(shí)段。令 GK 表示 K 時(shí)段。這時(shí) GK 發(fā)生的可能性為： P（KG） =P（ 10K 1/1） 顯然地，1()KKPG= 11( 0 1 / 1 ) 1KKP 如果時(shí)段長(zhǎng)度（取平均值） E（ K）存在，這時(shí)： EK=11( 1 ) ( 0 1 / 1 )jjjP 上面的公式中， P(i/j)表示在 i 成立的條件下， j 成立的概率。 如果錯(cuò)誤序列 E 的長(zhǎng)度 N 太大，這時(shí)我們能依照下面的公式： 0 ( 1 )KE K K 1K 長(zhǎng) 度 為 （ ） 的 時(shí) 段 數(shù)總 的 時(shí) 段 數(shù) 量 得到這個(gè)時(shí)段的平均長(zhǎng)度。 因?yàn)樵谛蛄兄?，時(shí)段的數(shù)量等于符號(hào)“ 1”的數(shù)量，所以我們把上面的公式改寫(xiě)為 Ek= 0111 *KKKNN （ ） 長(zhǎng) 度 為 （ ） 的 時(shí) 段 數(shù)序 列 中 符 號(hào) 的 數(shù) 量在上面公式中，分子的數(shù)值相當(dāng)于 N，所以： EK= 111 PN序 列 中 符 號(hào) 的 數(shù) 量這里 P 表示信道中錯(cuò)誤比特的概率。這表示無(wú)錯(cuò)誤時(shí)段的平均長(zhǎng)度等于錯(cuò)誤比特概率的倒數(shù)。從物理學(xué)的角度來(lái)看，這很容易理解。 在我們的 ARQ 系統(tǒng)中，我們把無(wú)錯(cuò)誤序列的平均長(zhǎng)度認(rèn)為是連續(xù)傳輸長(zhǎng)度。這使碼字不斷地流通在無(wú)錯(cuò)誤時(shí)段。因此，它能增加通信效率。 下面，描述系統(tǒng)的詳細(xì)運(yùn)做過(guò)程。 （ 1）連續(xù)傳輸編碼 當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)做，它就處于連續(xù)傳輸狀態(tài)。對(duì)于發(fā)送端，數(shù)據(jù)在信道編碼器輸出抗干擾編碼后，從數(shù)據(jù)源傳輸?shù)浇邮斩?。同時(shí)，為了適當(dāng)重傳依照接收端應(yīng)答判斷出來(lái)的錯(cuò)誤碼字，碼字也 要被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)緩存器存儲(chǔ)。上面的過(guò)程一直重復(fù)著，直到所有 M 個(gè)碼全部被發(fā)送。此后，發(fā)送端將變成 SW ARQ 狀態(tài)。對(duì)于接收端，從信道來(lái)的碼字用信道譯碼器譯出。如果無(wú)錯(cuò)誤，碼字就被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)緩存器。如果有錯(cuò)誤，該碼字的編號(hào)（由接收序列來(lái)判斷）將被傳輸?shù)骄幪?hào)存儲(chǔ)器。同時(shí)，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器留出一個(gè)位置以便存儲(chǔ)錯(cuò)誤的碼字。在接收端接收碼字的過(guò)程是連續(xù)的。當(dāng)接收端收到所有 M 個(gè)碼字，它也變成 SW ARQ 狀態(tài)。 （ 2） SW ARQ 情形 吞吐量是描述這種反饋差錯(cuò)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要信息。它定義為每個(gè)單位時(shí)段接收端收到和發(fā)送給 使用者平均信息數(shù)量和發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的平均數(shù)量。接下來(lái)討論系統(tǒng)的吞吐量并和 SW ARQ 系統(tǒng)的吞吐量進(jìn)行比較。首先，先找出在連續(xù)傳輸組中 M 個(gè)碼的平均發(fā)送時(shí)間。假設(shè) n 為碼組長(zhǎng)， K 為信息比特長(zhǎng)， R 為傳輸速率， T 為在 SW ARQ 情況下的環(huán)路延時(shí)。如果我 們假設(shè)錯(cuò)誤比特率為 P，接收端接收正確率為 Pc，則： Pc= (1-p) 誤碼率為： PB= l-Pc= 1- (1 -p) 所以平均傳輸時(shí)間 N 為： N =M+MBP+MiP+ =M1 1iBi BMPP 在傳輸 M 個(gè)碼的 N 次傳輸里，有 M 次處在連續(xù)傳輸狀態(tài)， N-M 次處在 SW ARQ 狀態(tài)。所以，花在 N 次傳輸?shù)臅r(shí)間能轉(zhuǎn)換成比特量： N X n + (N M 4- 1 ) X R X T 傳輸信息比特量為 M XK，所以系統(tǒng)的吞吐量為 根據(jù)上面的分析， M 被認(rèn)為是無(wú)差錯(cuò)時(shí)段的平均長(zhǎng)度。因?yàn)樾畔⒂米止?jié)傳輸，所以 M 的值為 1/8p。上面的等式可以寫(xiě)成： 據(jù)我們所知， SW ARQ 的吞吐量為： 因?yàn)?p 1，我們可以很容易看出我們系統(tǒng)的吞吐量比 SW ARQ 高得多。 第一個(gè)連續(xù)發(fā)射組 第一個(gè)連續(xù)發(fā)射組 第二個(gè)連續(xù)發(fā)射組 錯(cuò)誤 錯(cuò)誤 錯(cuò)誤 圖 1 運(yùn)作過(guò)程的示意圖 圖 2 發(fā)射端的操作框架 變?yōu)?SW ARQ 狀態(tài) 收到回復(fù) C 由 C來(lái)決定重傳碼 對(duì) 錯(cuò) 錯(cuò)誤 無(wú)錯(cuò)誤 例 3 收端運(yùn)作框架 0 j 轉(zhuǎn)為連續(xù)傳輸狀態(tài) 接收一個(gè)碼 j+1 j 譯碼 在數(shù)據(jù)緩存器存儲(chǔ)碼字 發(fā)回應(yīng)答CACK 發(fā)送一個(gè)應(yīng)答數(shù)字 收到一個(gè)碼 譯碼 當(dāng)數(shù)字緩存器清除該數(shù)字后，