optimization of Channel Coding and Retransmission Techniques for Wireless Systems with Feedback
Optimisation des techniques de codage pour les transmissions radio avec voie de retour
Résumé
In most wireless transmission systems, error control usually relies on hybrid ARQ protocols (HARQ) which combine a forward error correction (FEC) code with an automatic repeat request (ARQ) protocol. Many research efforts have focused on the important issue of efficient FEC design for HARQ. In this work, we propose a cross-layer optimization of HARQ protocols by jointly considering digital communications and protocol aspects. In conventional HARQ schemes referred to as Single-Packet (SP) HARQ, redundancy packets are relative to the same data packet. A major drawback of such schemes is that each retransmission may significantly reduce the average throughput when the packet size is fixed. To improve the average throughput, we propose a new approach called Multiple-Packets (MP) HARQ, which aims at reducing the average number of retransmissions per data packet by constructing redundancy packets that may help to decode several data packets in error. Compared to HARQ-SP schemes, this approach offers a significant throughput gain at medium to high signal to noise ratio (SNR). However, HARQ-SP remains more efficient at low SNR. We also show that MP schemes are more robust than SP schemes against feedback errors. These results lead us to introduce a hybrid combination of SP and MP. Theoretical analysis and simulation results show that the proposed hybrid SP/MP protocol realizes a good tradeoff between SP schemes and MP schemes over the whole SNR range.
Dans la plupart des systèmes radio, la correction des erreurs de transmission se base sur un protocole ARQ hybride (HARQ), qui combine un code correcteur d'erreurs (FEC) avec un protocole de retransmission (ARQ). La grande majorité des études portant sur l'HARQ se focalise essentiellement sur l'analyse et l'optimisation du code correcteur d'erreurs. Dans cette thèse, nous proposons une optimisation conjointe inter-couches du protocole ARQ hybride, en considérant à la fois des aspects de communications numériques et des aspects protocolaires. Dans les schémas HARQ classiques, dits simple paquet (SP), les paquets de redondance transmis sont tous relatifs au même paquet de données. Chaque retransmission réduit alors significativement le débit utile lorsque la taille des paquets est fixe. D'autre part, le débit est également très sensible à la présence d¿erreurs sur la voie retour. Nous proposons donc une nouvelle approche dite multi-paquets (MP), qui vise à réduire le nombre moyen de retransmissions par paquet grâce à la construction de paquets de redondance pouvant aider au décodage simultané de plusieurs paquets de données. Cette approche offre un gain significatif en débit par rapport aux schémas HARQ-SP lorsque le rapport signal à bruit (RSB) est suffisamment élevé. Les schémas HARQ classiques demeurent toutefois plus performants à faible RSB. Nous montrons par ailleurs que l'approche MP est plus robuste aux erreurs sur la voie de retour que l'approche SP. Ces résultats nous ont conduits à proposer un protocole hybride SP/MP qui bénéficie des avantages propres à chaque stratégie. Nous montrons par une analyse théorique ainsi que par simulation, que ce schéma hybride réalise un très bon compromis entre SP et MP sur toute la plage de RSB.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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