基于凸優化的FSO/RF自動請求重傳協議方案
信息技術與網絡安全 6期
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)
摘要： 針對FSO/RF混合鏈路的高效可靠數據傳輸問題,研究系統在二進制相移鍵控（BPSK）調制與ARQ差錯控制模式下雙鏈路重傳協作的優化設計方法。基于FSO信道雙伽馬（Gamma-Gamma）分布的湍流模型和RF信道Nakagami-m分布的衰落模型,推導得出混合鏈路平均包錯誤率與吞吐量的解析表達式,并運用凸優化求解方法得出吞吐量最優解時的數據重傳協作比例系數。在不同大氣湍流強度與衰落因子條件下,計算分析了FSO/RF混合鏈路ARQ數傳方案的平均包錯誤率與吞吐量性能。數值結果表明,采用優化后的ARQ雙鏈路重傳比例策略,可有效提高混合鏈路傳輸的可靠性與數據吞吐量性能。
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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