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。
中图分类号：TN929.12
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.013
引用格式： 邵军虎，江娜，杜旭晓，等. 基于凸优化的FSO/RF自动请求重传协议方案[J].信息技术与网络安全，2022，41(6)：77-83，93.
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.06.013
引用格式： 邵军虎，江娜，杜旭晓，等. 基于凸优化的FSO/RF自动请求重传协议方案[J].信息技术与网络安全，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
自由空间光(Free Space Optical，FSO)通信又称为无线光通信，具有传输速率高、无频谱许可、组网灵活和保密性高等优点，然而气象条件和大气湍流效应等因素严重制约FSO通信系统的全天候可用率性能[1]。将射频(Radio Frequency，RF)链路与FSO链路进行优势互补结合，FSO/RF混合通信系统的异构组网与高效可靠链路传输技术，已成为当前的一个热点研究问题[2-4]。
关于FSO/RF双链路切换传输方式，刘文亚等人[5]研究了基于选择合并（SC）分集的混合激光/射频（FSO/RF）航空通信系统性能，该系统设计简单并且在发射端无需信道状态信息（CSI）。Sharma等人[6]研究了具有选择性解码转发(DF)中继网络的自由空间光(FSO)/射频(RF)混合系统的切换方案，当FSO接收端瞬时信噪比大于阈值信噪比时，系统通过FSO信道进行传输；当信噪比低于阈值时，系统切换并通过射频信道传输。蒙特卡罗仿真结果表明，与基于单跳切换的混合FSO/RF和协作FSO系统相比，具有选择性解码转发中继网络的FSO/RF和协作FSO系统的切换方案能显著提高系统性能。
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作者信息：
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)
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