基于凸优化的FSO/RF自动请求重传协议方案
信息技术与网络安全 6期
邵军虎1，2，江 娜1，杜旭晓1，史魏征1
(1. 西安理工大学 自动化与信息工程学院,陕西 西安 710048； 2. 华侨大学 厦门市移动多媒体通信重点实验室，福建 厦门 361021)
摘要： 针对FSO/RF混合链路的高效可靠数据传输问题,研究系统在二进制相移键控（BPSK）调制与ARQ差错控制模式下双链路重传协作的优化设计方法。基于FSO信道双伽马（Gamma-Gamma）分布的湍流模型和RF信道Nakagami-m分布的衰落模型,推导得出混合链路平均包错误率与吞吐量的解析表达式,并运用凸优化求解方法得出吞吐量最优解时的数据重传协作比例系数。在不同大气湍流强度与衰落因子条件下,计算分析了FSO/RF混合链路ARQ数传方案的平均包错误率与吞吐量性能。数值结果表明,采用优化后的ARQ双链路重传比例策略,可有效提高混合链路传输的可靠性与数据吞吐量性能。
中圖分類號：TN929.12
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.013
引用格式： 邵軍虎，江娜，杜旭曉，等. 基于凸優化的FSO/RF自動請求重傳協議方案[J].信息技術與網絡安全，2022，41(6)：77-83，93.
文獻標識碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.013
引用格式： 邵軍虎，江娜，杜旭曉，等. 基于凸優化的FSO/RF自動請求重傳協議方案[J].信息技術與網絡安全，2022，41(6)：77-83，93.
Scheme of FSO/RF automatic request retransmission protocol based on convex optimization
Shao Junhu1,2，Jiang Na1, Du Xuxiao1, Shi Weizheng1
(1. School of Automation and Information Engineering, Xi′an University of Technology, Xi′an 710048, China; 2. Xiamen Key Laboratory of Mobile Multimedia Communications, Huaqiao University, Xiamen 361021, China)
Abstract： Aiming at the problem of efficient and reliable data transmission of hybrid FSO/RF link, the cooperative optimized ARQ transmission model is investigated for hybrid FSO/RF link with binary phase shift key (BPSK) modulation schemes. Based on Gamma-Gamma model and Nakagami-m model for FSO atmospheric turbulence channel and RF fading channel respectively, the closed analytic expression of throughput and average packet error rate are derived for hybrid link. By adjusting the data retransmission ratio of FSO link and RF link, the data retransmission cooperation proportional coefficient of ARQ is achieved with convex optimization method. The throughput and average packet error rate performances are calculated and analyzed under different FSO channel turbulence strengths and RF channel fading factors. Numerical results show that the optimized ARQ dual-link retransmission cooperation strategy can effectively improve the reliability of hybrid link transmission and the performance of data throughput.
Key words : FSO/RF hybrid link; throughput; average packet error rate; retransmission ratio; convex optimization
0 引 言
自由空間光(Free Space Optical，FSO)通信又稱為無線光通信，具有傳輸速率高、無頻譜許可、組網靈活和保密性高等優點，然而氣象條件和大氣湍流效應等因素嚴重制約FSO通信系統的全天候可用率性能[1]。將射頻(Radio Frequency，RF)鏈路與FSO鏈路進行優勢互補結合，FSO/RF混合通信系統的異構組網與高效可靠鏈路傳輸技術，已成為當前的一個熱點研究問題[2-4]。
關于FSO/RF雙鏈路切換傳輸方式，劉文亞等人[5]研究了基于選擇合并（SC）分集的混合激光/射頻（FSO/RF）航空通信系統性能，該系統設計簡單并且在發射端無需信道狀態信息（CSI）。Sharma等人[6]研究了具有選擇性解碼轉發(DF)中繼網絡的自由空間光(FSO)/射頻(RF)混合系統的切換方案，當FSO接收端瞬時信噪比大于閾值信噪比時，系統通過FSO信道進行傳輸；當信噪比低于閾值時，系統切換并通過射頻信道傳輸。蒙特卡羅仿真結果表明，與基于單跳切換的混合FSO/RF和協作FSO系統相比，具有選擇性解碼轉發中繼網絡的FSO/RF和協作FSO系統的切換方案能顯著提高系統性能。
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作者信息：
邵軍虎1，2，江 娜1，杜旭曉1，史魏征1
(1. 西安理工大學 自動化與信息工程學院,陜西 西安 710048；
2. 華僑大學 廈門市移動多媒體通信重點實驗室，福建 廈門 361021)
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