CN102752092A - 基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于虚拟混合自动请求重传模型的卫星链路自适应传输方法，用户反馈的信道质量指示既包含调制编码方式，也包含对应的传输冗余版本个数，卫星在一个传输时间间隔内将其全部发送出去，该方法包括如下步骤：步骤A、用户根据信道估计值计算不同调制方式下的符号平均互信息；步骤B、计算各种组合方式下正确传输的传输速率；步骤C、用户根据符号平均互信息以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的信道质量指示，并反馈给发送端。该方法可以充分利用信道信息，有效地降低反馈开销，提高系统吞吐量，保证传输可靠性。

Description

基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法

技术领域

本发明涉及卫星移动通信技术，特别是涉及基于虚拟混合自动请求重传(Hybird Automatic Repeat Request,HARQ)模型的自适应传输方法。

背景技术

在移动通信迅速发展的今天，就提供移动通信业务而言，卫星系统无论在服务质量或用户付费方面都无法与地面蜂窝网竞争。然而，由于卫星能够提供较宽范围的覆盖，因此卫星移动通信系统能为用户的无线连接提供很大的自由度，并能支持用户的移动性。卫星通信是唯一能对偏远地区及各种复杂地形提供可靠移动通信的手段，从而真正实现任何时间、任何地点的信息交流，而未来卫星移动通信将向大容量、多波束、以及智能化方向发展。卫星移动通信系统在信道质量较差的环境下如何充分利用信道信息保证吞吐量的最大化以及传输的可靠性也成为研究的主要方向。

本发明基于一种虚拟混合自动请求重传，使用资源粒子上的平均互信息（AMI）进行信道质量指示(CQI)计算，当信道变化缓慢时，可有效提高系统频谱效率。并提出一种可以有效降低反馈量，同时使得卫星系统在低信噪比时也能正常工作的CQI筛选方案。

参考文献：

[1]3GG TS36.211：Evolved Universal Terrestrial Radio Acess(E-UTRA);Physical Channels andModulation[EB/OL].

[2]3GG TS36.212：Evolved Universal Terrestrial Radio Acess(E-UTRA);Multiplexing andchannel coding[EB/OL].

[3]3GG TS36.213：Evolved Universal Terrestrial Radio Acess(E-UTRA);Physical LayerProcedures[EB/OL].

发明内容

技术问题：本发明的主要目的在于提供一种基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，以保证系统的传输可靠性、提高系统的吞吐量。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，用户反馈的信道质量指示CQI既包含调制编码方式，也包含对应的传输冗余版本个数，卫星在一个传输时间间隔TTI内将其全部发送出去，该方法包括如下步骤：

步骤A、用户根据信道估计值计算不同调制方式下的符号平均互信息AMI；

步骤B、计算各种组合方式下正确传输的传输速率；

步骤C、用户根据符号平均互信息AMI以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的信道质量指示CQI，并反馈给发送端。

优选的，步骤A中，使用资源粒子上平均互信息AMI，在给定调制方式以及信噪比时需要根据存储的互信息-信噪比曲线，查找得到符号互信息。

优选的，求解符号互信息；给定信噪比、以及调制阶数，生成大量的噪声样本和输入符号，将输入符号通过加性高斯白噪声AWGN信道，即加上生成的噪声样本，得到相应的输出符号，然后计算平均符号互信息：

$I_{\mathrm{MI}}(\mathrm{\γ},m_p)=m_p-\frac{1}{2^{m_p}}\underset{i=1}{\overset{2^{m_p}}{\mathrm{\Σ}}}\left\{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\log }_2\underset{j=1}{\overset{2^{m_p}}{\mathrm{\Σ}}}\exp \right\{-\mathrm{\γ}[{(x_j-x_i-n_k)}^2-{n_k}^2]\left\}\right\}$

其中，m_p表示调制阶数，x_i表示调制符号，

表示星座点的个数，n_k表示产生的噪声样本，N表示噪声样本的个数，γ表示符号的信干噪比，exp(□)表示指数函数，log₂(□)表示以2为底的对数函数。

优选的，用户根据信道估计的结果h_n，k∈□，计算每个资源粒子上的信噪比γ_n，k，然后分别计算信噪比为γ_n,k时,正交幅度调制（QAM）的符号互信息，即

$I_{\mathrm{MI}}^{*}({\mathrm{\γ}}_{n,k},m_p)\≈I_{\mathrm{MI}}({\mathrm{\γ}}^{*},m_p)$

${\mathrm{\γ}}^{*}=\arg \left\{\underset{\mathrm{\γ}}{\min }\right\{|{\mathrm{\γ}}_{n,k}-\mathrm{\γ}|\left\}\right\}$

其中，(n,k)表示资源粒子位置，n＝0,…N-1，k＝0,…,K-1，K表示系统带宽内的子载波数，N为时间采样点数，γ_i表示互信息-信噪比（MI-SNR）曲线上的信噪比，|□|表示绝对值，min{□}表示取最小值，arg{□}表示满足内部条件的变量值；计算所有资源粒子上的互信息，并通过下式计算当前信道状态的平均符号互信息：

${\mathrm{AMI}}_{2^{m_p}-\mathrm{QAM}}=\frac{1}{N\×K}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{MI}}^{*}({\mathrm{\γ}}_{n,k},m_p)$

优选的，步骤B中，各种组合方式是指采用动态门限方法筛选后的传输版本个数与调制编码方式的组合。

优选的，动态门限筛选方法是根据平均互信息的变化趋势动态的选取门限，

具体方法如下：

步骤1：计算所有组合对应的传输速率；

使用虚拟混合自动请求重传模型扩展符号传输速率，每个调制编码方式MCS都对应一个有效编码速率ECR，当使用混合自动请求重传进行重传时，有效编码速率降为原来的1/i，其中i表示传输次数，即传输的版本个数；计算每个调制编码方式下重传i次后的符号传输速率：

$R(\mathrm{MCS},i)=\frac{{\mathrm{ECR}}_{\mathrm{MCS}}}{i}\×m_p$

将调制编码方式与传输版本个数组合，得到N_MCS×N_HARQ种传输速率，N_MCS表示调制编码方式MCS的个数，N_HARQ表示总共发送的版本数，即最大发送次数；

步骤2：对N_MCS×N_HARQ种传输速率进行从小到大排序，N_MCS表示调制编码方式MCS的个数，N_HARQ表示总共发送的版本数，即最大发送次数；；

步骤3：判断相邻速率之差是否小于筛选门限；如果相邻速率之差小于筛选门限则保留传送版本数多的传输速率；

假设筛选之后的传输速率个数为N_R，每个传输速率R_n对应一对MCS_n,i_n；其中，MCS_n表示CQI=n的调制编码方式，i_n表示CQI=n的传输版本数。

优选的，步骤B中，正确传输的传输速率是指正确传输的符号速率即

${\hat{R}}_n=R_n(1-\mathrm{BLER}\left(\mathrm{\γ}\right))$

其中，BLER(γ)表示在信噪比为γ时，采用此种调制编码方式的误块率；传输版本数大于1时，取BLER(γ)=0，正确传输的符号速率表示为

当传输版本数等于1时，根据等效信噪比计算BLER(γ)；γ是根据所有资源粒子上的信干噪比，采用互信息等效信噪比映射MIESM方式得到的等效信噪比，即

$\mathrm{\γ}=\mathrm{\β}{I}_{\mathrm{MI}}^{*-1}\left(\frac{1}{N\×K}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{MI}}^{*}(\frac{{\mathrm{\γ}}_{n,k}}{\mathrm{\β}},m_p)\right)$

其中，(n,k)表示资源粒子位置，n＝0,…N-1，k＝0,…,K-1，K表示系统带宽内的子载波数，N为时间采样点数，γ_n，k表示对应资源粒子上的信噪比,β取1,而BLER为采用相同的发送端和接收端时加性高斯白噪声AWGN信道下仿真得到的结果；

优选的，步骤C中，用户根据符号平均互信息AMI以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的信道质量指示CQI；最优选择算法为满足正确传输速率小于当前信道符号平均互信息的最大信道质量指示CQI，即

$\mathrm{CQI}=\arg \left\{\underset{1<n\&le;N_R}{\max }\right\{{\hat{R}}_n|{\hat{R}}_n<C_n\}\}$

其中，信道质量指示CQI只指示了部分调制编码方式和版本个数组合；该信道质量指示CQI既包含调制编码信息还包含需要传输的冗余版本个数；

表示CQI=n时正确传输的传输速率，C_n表示对应的信道容量，max{□}表示取最大值，arg{□}表示满足内部条件的变量值。

有益效果：本发明公开一种基于虚拟混合自动请求重传模型的卫星链路自适应反馈方法，该方法可以充分利用信道信息，有效地降低反馈开销，提高系统吞吐量，保证传输可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应反馈方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的互信息-信噪比(MI-SNR)图；

图3为本发明实施例提供的经过筛选后信道质量指示(CQI)对应的传输速率；

图4为本发明实施例提供的链路自适应方法结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1-4，本发明提供的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，用户反馈的信道质量指示既包含调制编码方式，也包含对应的传输冗余版本个数，卫星在一个传输时间间隔内将其全部发送出去，该方法包括如下步骤：

步骤A、用户根据信道估计值计算不同调制方式下的符号平均互信息；

步骤B、计算各种组合方式下正确传输的传输速率；

步骤C、用户根据符号平均互信息以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的信道质量指示，并反馈给发送端。

步骤A中，使用资源粒子上平均互信息，在给定调制方式以及信噪比时需要根据存储的互信息-信噪比曲线，查找得到符号互信息。

首先求解符号互信息；给定信噪比、以及调制阶数，生成大量的噪声样本和输入符号，将输入符号通过加性高斯白噪声信道，即加上生成的噪声样本，得到相应的输出符号，然后计算平均符号互信息：

$I_{\mathrm{MI}}(\mathrm{\&gamma;},m_p)=m_p-\frac{1}{2^{m_p}}\underset{i=1}{\overset{2^{m_p}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left\{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\log }_2\underset{j=1}{\overset{2^{m_p}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\exp \right\{-\mathrm{\&gamma;}[{(x_j-x_i-n_k)}^2-{n_k}^2]\left\}\right\}$

其中，m_p表示调制阶数，x_i表示调制符号，

表示星座点的个数，n_k表示产生的噪声样本，N表示噪声样本的个数，γ表示符号的信干噪比，exp(□)表示指数函数，log₂(□)表示以2为底的对数函数。

用户根据信道估计的结果h_n，k∈□，计算每个资源粒子上的信噪比γ_n，k，然后分别计算信噪比为γ_n,k时,正交幅度调制（QAM）的符号互信息，即

$I_{\mathrm{MI}}^{*}({\mathrm{\&gamma;}}_{n,k},m_p)\&ap;I_{\mathrm{MI}}({\mathrm{\&gamma;}}^{*},m_p)$

${\mathrm{\&gamma;}}^{*}=\arg \left\{\underset{\mathrm{\&gamma;}}{\min }\right\{|{\mathrm{\&gamma;}}_{n,k}-\mathrm{\&gamma;}|\left\}\right\}$

其中，(n,k)表示资源粒子位置，n＝0,…N-1，k＝0,…,K-1，K表示系统带宽内的子载波数，N为时间采样点数，γ_i表示互信息-信噪比（MI-SNR）曲线上的信噪比，|□|表示绝对值，min{□}表示取最小值，arg{□}表示满足内部条件的变量值；计算所有资源粒子上的互信息，并通过下式计算当前信道状态的平均符号互信息：

${\mathrm{AMI}}_{2^{m_p}-\mathrm{QAM}}=\frac{1}{N\&times;K}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{MI}}^{*}({\mathrm{\&gamma;}}_{n,k},m_p)$

步骤B中，各种组合方式是指采用动态门限方法筛选后的传输版本个数与调制编码方式的组合。

动态门限筛选方法是根据平均互信息的变化趋势动态的选取门限，具体方法如下：

步骤1：计算所有组合对应的传输速率；

使用虚拟混合自动请求重传模型扩展符号传输速率，每个调制编码方式都对应一个有效编码速率，当使用混合自动请求重传进行重传时，有效编码速率降为原来的1/i，其中i表示传输次数，即传输的版本个数；计算每个调制编码方式下重传i次后的符号传输速率：

$R(\mathrm{MCS},i)=\frac{{\mathrm{ECR}}_{\mathrm{MCS}}}{i}\&times;m_p$

将调制编码方式与传输版本个数组合，得到N_MCS×N_HARQ种传输速率，N_MCS表示调制编码方式的个数，N_HARQ表示总共发送的版本数，即最大发送次数；

步骤2：对N_MCS×N_HARQ种传输速率进行从小到大排序，N_MCS表示调制编码方式的个数，N_HARQ表示总共发送的版本数，即最大发送次数；；

步骤3：判断相邻速率之差是否小于筛选门限；如果相邻速率之差小于筛选门限则保留传送版本数多的传输速率；

假设筛选之后的传输速率个数为N_R，每个传输速率R_n对应一对MCS_n,i_n；其中，MCS_n表示CQI=n的调制编码方式，i_n表示CQI=n的传输版本数。

步骤B中，正确传输的传输速率是指正确传输的符号速率即

${\hat{R}}_n=R_n(1-\mathrm{BLER}\left(\mathrm{\&gamma;}\right))$

其中，BLER(γ)表示在信噪比为γ时，采用此种调制编码方式的误块率；传输版本数大于1时，取BLER(γ)=0，正确传输的符号速率表示为

当传输版本数等于1时，根据等效信噪比计算BLER(γ)；γ是根据所有资源粒子上的信干噪比，采用互信息等效信噪比映射方式得到的等效信噪比，即

$\mathrm{\&gamma;}=\mathrm{\&beta;}{I}_{\mathrm{MI}}^{*-1}\left(\frac{1}{N\&times;K}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{MI}}^{*}(\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_{n,k}}{\mathrm{\&beta;}},m_p)\right)$

其中，(n,k)表示资源粒子位置，n＝0,…N-1，k＝0,…,K-1，K表示系统带宽内的子载波数，N为时间采样点数，γ_n，k表示对应资源粒子上的信噪比,β取1,而BLER为采用相同的发送端和接收端时加性高斯白噪声信道下仿真得到的结果；

步骤C中，用户根据符号平均互信息以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的信道质量指示；最优选择算法为满足正确传输速率小于当前信道符号平均互信息的最大信道质量指示（CQI），即

$\mathrm{CQI}=\arg \left\{\underset{1<n\&le;N_R}{\max }\right\{{\hat{R}}_n|{\hat{R}}_n<C_n\}\}$

其中，信道质量指示CQI只指示了部分调制编码方式和版本个数组合；该信道质量指示CQI既包含调制编码信息还包含需要传输的冗余版本个数；表示CQI=n时正确传输的传输速率，C_n表示对应的信道容量，max{□}表示取最大值，arg{□}表示满足内部条件的变量值。

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于虚拟混合自动请求重传的卫星系统链路自适应反馈方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：用户根据信道估计值计算不同调制方式下的符号平均互信息AMI。执行之前需要求解符号互信息。给定信噪比、以及调制阶数，生成大量的噪声样本和输入符号，将输入符号通过AWGN信道，即加上生成的噪声样本，得到相应的输出符号，然后计算平均符号互信息：

$I_{\mathrm{MI}}(\mathrm{\&gamma;},m_p)=m_p-\frac{1}{2^{m_p}}\underset{i=1}{\overset{2^{m_p}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left\{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\log }_2\underset{j=1}{\overset{2^{m_p}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\exp \right\{-\mathrm{\&gamma;}[{(x_j-x_i-n_k)}^2-{n_k}^2]\left\}\right\}$

其中，m_p表示调制阶数，x_i表示调制符号，

表示星座点的个数，n_k表示产生的噪声样本，N表示噪声样本的个数，γ表示符号的信干噪比，exp(□)表示指数函数，log₂(□)表示以2为底的对数函数。

用户根据信道估计的结果h_n，k∈□，计算每个资源粒子上的信噪比γ_n，k，然后分别对QPSK、16QAM、64QAM求信噪比为γ_n,k的符号互信息，即

$I_{\mathrm{MI}}^{*}({\mathrm{\&gamma;}}_{n,k},m_p)\&ap;I_{\mathrm{MI}}({\mathrm{\&gamma;}}^{*},m_p)$

${\mathrm{\&gamma;}}^{*}=\arg \left\{\underset{\mathrm{\&gamma;}}{\min }\right\{|{\mathrm{\&gamma;}}_{n,k}-\mathrm{\&gamma;}|\left\}\right\}$

其中，(n,k)表示资源粒子位置，n=0,…N-1，k=0,…,K-1，K表示系统带宽内的子载波数，N为时间采样点数，γ_i表示调制的MI-SNR曲线上的信噪比，|□|表示绝对值，min{□}表示取最小值，arg{□}表示满足内部条件的变量值。计算完所有资源粒子上的互信息之后，可以得到当前信道状态的平均符号互信息：

${\mathrm{AMI}}_{2^{m_p}-\mathrm{QAM}}=\frac{1}{N\&times;K}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{MI}}^{*}({\mathrm{\&gamma;}}_{n,k},m_p)$

步骤102：计算各种组合方式下正确传输的传输速率。其中，各种组合方式是指采用动态门限方法筛选后的HARQ传输版本个数与调制编码方式的组合。动态门限筛选方法是根据平均互信息的变化趋势动态的选取门限，主要筛选方法如下所述：

1）计算所有组合对应的传输速率

使用HARQ扩展符号传输速率，每个MCS都对应一个有效编码速率ECR，当使用HARQ进行重传时，ECR降为原来的1/i，其中i表示传输次数，即传输的版本个数。计算每个MCS重传i次后的符号传输速率：

$R(\mathrm{MCS},i)=\frac{{\mathrm{ECR}}_{\mathrm{MCS}}}{i}\&times;m_p$

于是，将MCS与传输版本个数组合，得到N_MCS×N_HARQ种传输速率（bit/符号），N_MCS表示MCS的个数，N_HARQ表示总共发送的版本数，即最大发送次数。

2）对N_MCS×N_HARQ种传输速率进行从小到大排序。

3）判断相邻速率之差是否小于筛选门限。由于当传输的冗余版本个数大于1时，后面的版本可以利用之前版本作为先验信息，提高译码性能。所以，如果小于筛选门限则保留传送版本数较多的传输速率。

假设筛选之后的传输速率个数为N_R，每个传输速率R_n对应一对(MCS_n,i_n)。其中，MCS_n表示CQI=n的调制编码方式，i_n表示CQI=n的传输版本数。

本步骤中，正确传输的传输速率是指可正确传输的符号速率即

${\hat{R}}_n=R_n(1-\mathrm{BLER}\left(\mathrm{\&gamma;}\right))$

其中，BLER(γ)表示在信噪比为γ时，采用此种调制编码方式的误块率。由于当传输的冗余版本个数大于1时，后面的版本可以利用之前版本作为先验信息，提高译码性能。因此，传输版本数大于1时，取BLER(γ)=0可，可正确传输的符号速率可以表示为当传输版本数等于1时，根据等效信噪比计算BLER(γ)。γ是根据所有资源粒子上的信干噪比，采用互信息等效信噪比映射（MIESM）方式得到的等效信噪比，即

$\mathrm{\&gamma;}=\mathrm{\&beta;}{I}_{\mathrm{MI}}^{*-1}\left(\frac{1}{N\&times;K}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{k=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{MI}}^{*}(\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_{n,k}}{\mathrm{\&beta;}},m_p)\right)$

其中，β取1。而BLER为采用相同的发送端和接收端时AWGN信道下仿真得到的结果。

步骤103：用户根据符号平均互信息AMI以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的CQI。最优选择算法为满足正确传输速率小于当前信道符号平均互信息的最大CQI，即

$\mathrm{CQI}=\arg \left\{\underset{1<n\&le;N_R}{\max }\right\{{\hat{R}}_n|{\hat{R}}_n<C_n\}\}$

其中，CQI只指示了部分调制编码方式和版本个数组合。该CQI既包含调制编码信息还包含需要传输的冗余版本个数。

仿真平台及参数设置

参照LTE中相关标准TS36.211、TS36.212和TS36.213^[1-3]，利用MATLAB和C语言搭建卫星下行链路PDSCH信道的仿真平台，对上述方法进行链路级仿真评估。其中，一些重要参数如下错误！未找到引用源。所示。

参数	参数设置
		载频	2GHz
传输带宽	1.4MHz
		RB数目	6
子带划分	1
		采样速率	30MHz
TTI长度	1ms
		FFT长度	2048
CP类型	常规CP
		信道编码	Turbo编码，（13，11），1/3
天线配置	1Tx1Rx
		信道	Rice信道，K=9
垂直角	40°
		UE移动速率	3km/h
信道估计	理想信道估计
		反馈间隔	1TTI
反馈延时	130TTIs
		HARQ类型	IRR-HARQ

在卫星下行链路的仿真中，采用常规循环前缀（CP）的LTE帧结构，一个子帧共有14个OFDM符号，以一个子帧（1ms）为1个TTI，传输带宽为1.4MHz，共占6个资源块（RB）。卫星配置1个发送天线与用户通信，用户配置1个接收天线，用户的移动速度为3km/h，信道模型为Rice信道模型，卫星与用户之间的垂直角为40度。用户需要将计算的反馈信息反馈信息至发送端，反馈周期为1个TTI（1ms），反馈延时为130ms（即在下一个TTI发送时使用的反馈信息为130ms之前的反馈信息）。

如图2所示，本发明实施例提供的MI-SNR图。横轴为信噪比，单位为dB，在OFDM系统中就是每个资源粒子上的信干噪比，纵轴表示符号互信息，单位为bit/符号。虚线表示调制方式为QPSK时的互信息曲线，实线表示16QAM时的互信息曲线，点划线表示64QAM时的互信息曲线。互信息大约在-8dB之前随着信噪比的增加缓慢增加，之后变化越来越快，在即将达到可以传输的最大速率时，开始变化缓慢，最后达到最大值，在到达最大值后即使增加SNR也无法提高符号的互信息。可以看到，大约在-2dB之前，这三种调制方式的互信息相同，而QPSK大约在10dB达到最大值2bit/符号，16QAM大约在17dB时达到最大值4bit/符号，而64QAM大约在24dB时达到最大值6bit/符号。

如图3所示，本发明实施例提供的经过筛选后CQI对应的传输速率。其中CQI1至18传输4个版本，19至22传输3个版本，23至28传输2个版本，29至38只传输一个版本，与LTE中不使用HARQ相同。

如图4所示，本发明实施例提供的链路自适应方法结果图。图4为采用LTE中27个MCS，HARQ最多传输4次时，不同链路自适应方法的结果。可以看到，采用这种HARQ模式进行速率扩展的方法可以有效提高低信噪比时的系统的频谱效率。当信噪比大于10dB时，使用HARQ和不使用HARQ的性能达到一致。而在低于10dB时，使用HARQ的频谱效率明显大于不使用HARQ的结果。通过筛选，保留部分组合方式的自适应结果与保留所有组合方式进行自适应的频谱效率并没有太大差别，但是传输速率的个数却下降很多。如果按反馈比特个数来计算，使用108个传输速率需要反馈7个比特，而使用38个传输速率只需要反馈6个，且在进行自适应参数的计算时只需要比较这38个CQI，选取最优的CQI反馈，计算量也相应下降。

本发明公开一种基于虚拟混合自动请求重传模型的卫星链路自适应反馈方法，该方法可以充分利用信道信息，有效地降低反馈开销，提高系统吞吐量，保证传输可靠性。为了能够充分利用信道状态信息，用户利用所有资源粒子上的平均互信息对使用动态门限筛选后的混合自动请求重传的重传次数与调制编码方式自适应联合选择，最后反馈信道质量指示，卫星根据用户反馈的信道质量指示对发送数据进行调制编码、冗余版本串联等处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于，用户反馈的信道质量指示CQI既包含调制编码方式，也包含对应的传输冗余版本个数，卫星在一个传输时间间隔TTI内将其全部发送出去，该方法包括如下步骤：

步骤A、用户根据信道估计值计算不同调制方式下的符号平均互信息AMI；

步骤B、计算各种组合方式下正确传输的传输速率；

步骤C、用户根据符号平均互信息AMI以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的信道质量指示CQI，并反馈给发送端。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于：步骤A中，使用资源粒子上平均互信息AMI，在给定调制方式以及信噪比时需要根据存储的互信息-信噪比曲线，查找得到符号互信息。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于：求解符号互信息；给定信噪比、以及调制阶数，生成大量的噪声样本和输入符号，将输入符号通过加性高斯白噪声AWGN信道，即加上生成的噪声样本，得到相应的输出符号，然后计算平均符号互信息：

其中，m_p表示调制阶数，x_i表示调制符号， 表示星座点的个数，n_k表示产生的噪声样本，N表示噪声样本的个数，γ表示符号的信干噪比，exp(□)表示指数函数，log₂(□)表示以2为底的对数函数。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于：用户根据信道估计的结果h_n，k∈□，计算每个资源粒子上的信噪比γ_n，k，然后分别计算信噪比为γ_n,k时,正交幅度调制（QAM）的符号互信息，即

其中，(n,k)表示资源粒子位置，n＝0,…N-1，k＝0,…,K-1，K表示系统带宽内 的子载波数，N为时间采样点数，γ_i表示互信息-信噪比（MI-SNR）曲线上的信噪比，|□|表示绝对值，min{□}表示取最小值，arg{□}表示满足内部条件的变量值；计算所有资源粒子上的互信息，并通过下式计算当前信道状态的平均符号互信息：

。

5.根据权利要求1所述的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于：步骤B中，各种组合方式是指采用动态门限方法筛选后的传输版本个数与调制编码方式的组合。

6.根据权利要求5所述的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于：动态门限筛选方法是根据平均互信息的变化趋势动态的选取门限，具体方法如下：

步骤1：计算所有组合对应的传输速率；

使用虚拟混合自动请求重传模型扩展符号传输速率，每个调制编码方式MCS都对应一个有效编码速率ECR，当使用混合自动请求重传进行重传时，有效编码速率降为原来的1/i，其中i表示传输次数，即传输的版本个数；计算每个调制编码方式下重传i次后的符号传输速率：

将调制编码方式与传输版本个数组合，得到N_MCS×N_HARQ种传输速率，N_MCS表示调制编码方式MCS的个数，N_HARQ表示总共发送的版本数，即最大发送次数；

步骤2：对N_MCS×N_HARQ种传输速率进行从小到大排序，N_MCS表示调制编码方式MCS的个数，N_HARQ表示总共发送的版本数，即最大发送次数；；

步骤3：判断相邻速率之差是否小于筛选门限；如果相邻速率之差小于筛选门限则保留传送版本数多的传输速率；

假设筛选之后的传输速率个数为N_R，每个传输速率R_n对应一对MCS_n,i_n； 其中，MCS_n表示CQI=n的调制编码方式，i_n表示CQI=n的传输版本数。

7.根据权利要求1所述的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于：步骤B中，正确传输的传输速率是指正确传输的符号速率即

其中，BLER(γ)表示在信噪比为γ时，采用此种调制编码方式的误块率；传输版本数大于1时，取BLER(γ)=0，正确传输的符号速率表示为 

当传输版本数等于1时，根据等效信噪比计算BLER(γ)；γ是根据所有资源粒子上的信干噪比，采用互信息等效信噪比映射MIESM方式得到的等效信噪比，即

其中，(n,k)表示资源粒子位置，n＝0,…N-1，k＝0,…,K-1，K表示系统带宽内的子载波数，N为时间采样点数，γ_n，k表示对应资源粒子上的信噪比,β取1,而BLER为采用相同的发送端和接收端时加性高斯白噪声AWGN信道下仿真得到的结果。

8.根据权利要求1所述的基于虚拟混合自动请求重传的卫星链路自适应传输方法，其特征在于：步骤C中，用户根据符号平均互信息AMI以及各种组合方式下的正确传输速率选择最优的信道质量指示CQI；最优选择算法为满足正确传输速率小于当前信道符号平均互信息的最大信道质量指示CQI，即

其中，信道质量指示CQI只指示了部分调制编码方式和版本个数组合；该信道质量指示CQI既包含调制编码信息还包含需要传输的冗余版本个数； 

表示CQI=n时正确传输的传输速率，C_n表示对应的信道容量，max{□}表示取最大值，arg{□}表示满足内部条件的变量值。 

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