Cross-Layer Design for Combining Cooperative Diversity with Trun...

Abstract—We propose a cross-layer design which combines truncated ARQ at the link layer and cooperative diversity at the physical layer. In this scheme, both the source node and the relay nodes utilize an orthogonal space-time block code for packet retransmission. In contrast to the previous cooperative diversity protocols, here cooperative diversity is invoked only if the destination node receives an erroneous packet from the source node. In addition, the relay nodes are not fixed and are selected according to the channel conditions using CRC. It will be shown that this combination of adaptive cooperative diversity and truncated ARQ can greatly improve the system throughput compared to the conventional truncated ARQ scheme and fixed cooperative diversity protocols. ### 跨层设计结合协作多样性与截断式自动重传请求在自组无线网络中的应用 #### 摘要及背景介绍 本文提出了一种跨层设计，它将截断式自动重传请求（Truncated Automatic Repeat reQuest，简称TARQ）与协作多样性（Cooperative Diversity）相结合。该方案在物理层利用了协作多样性技术，在链路层采用了截断式自动重传请求策略。在这一方案中，源节点和中继节点都使用正交空间时间块编码（Orthogonal Space-Time Block Code，简称OSTBC）进行数据包的重传。与以往的协作多样性协议不同的是，该方案中的协作多样性仅在目的节点接收到源节点发来的错误数据包时被激活。此外，中继节点不是固定的，而是根据信道条件通过循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，简称CRC）动态选择。本文将证明这种自适应协作多样性和截断式自动重传请求的组合能够显著提高系统吞吐量，相比传统的截断式自动重传请求方案和固定协作多样性协议具有明显优势。 #### 关键知识点详解 ##### 1. 协作多样性 (Cooperative Diversity) 协作多样性是一种无线通信技术，它通过多个节点之间的合作来实现虚拟天线阵列的效果，从而获得类似于多输入多输出（MIMO）系统的性能提升。在这种方案中，每个节点不仅可以传输自己的数据，还可以帮助其他节点转发数据，从而形成一种虚拟的多天线结构。 - **关键技术**：正交空间时间块编码（OSTBC）是实现协作多样性的关键技术之一，它可以有效地利用空间资源，提供额外的分集增益。 - **应用场景**：适用于节点规模较小、难以部署多个天线的自组无线网络环境中。 ##### 2. 截断式自动重传请求 (Truncated ARQ) 截断式自动重传请求是一种链路层协议，用于在网络连接质量较差时减少不必要的重传次数。当接收方检测到错误的数据包时，会触发重传过程，但在一定次数后终止重传，以避免无限循环的重传。 - **工作机制**：当目的地节点接收到错误的数据包时，才会启动协作多样性机制。这与传统的方式不同，传统方式下即使没有错误也会进行重传。 - **优点**：可以有效减少网络拥塞，并提高整体的通信效率。 ##### 3. 跨层设计 (Cross-Layer Design) 跨层设计是指在网络协议栈的不同层次之间进行协调和优化的设计方法，以达到整体性能最优的目的。本文提出的方案就是一种典型的跨层设计实例，它综合考虑了物理层的协作多样性和链路层的截断式自动重传请求。 - **目的**：提高系统吞吐量、降低误码率、改善通信质量等。 - **实现方式**：通过动态选择中继节点和智能调整协作机制的触发条件等方式实现。 #### 技术细节 - **动态中继节点选择**：采用CRC机制根据当前信道条件选择最佳的中继节点参与数据传输，增强了系统的灵活性和适应性。 - **正交空间时间块编码**：通过使用正交空间时间块编码，确保即使在恶劣的无线环境中也能保持较高的传输可靠性。 - **性能评估**：实验结果表明，与传统的截断式自动重传请求方案和固定协作多样性协议相比，本文提出的方案能够显著提高系统的吞吐量。 本文提出了一种创新的跨层设计方案，通过结合协作多样性和截断式自动重传请求，不仅解决了传统方案中存在的问题，还进一步提高了自组无线网络的通信性能。