【摘要】宽带无线通信技术是一个带宽较高，适用领域较广的新兴领域。差错控制的作用就是在数据传输过程中发现并改正错误，并且将出错的概率控制在很小的范围内。在宽带无线通信领域内研究差错控制可以达到提高消息传输准确性的目的。能耗一直是通信系统急需解决的问题，能量受限会降低数据传输的可靠性。因此，差错控制是宽带无线通信不得不思考的问题。本文以能量效率为依据，对宽带无线通信中的差错控制展开了探讨。

首先，本文对无线通信系统的组成、类型、特点及应用进行了概述，并指出了宽带无线通信中差错控制技术研究的意义。其次，论文给出了无线通信信道模型并对信道环境进行了分析，简单介绍了IEEE802.15.4标准的MAC层和物理层协议。

对于ARQ 技术，从数学和仿真两方面证明了系统的能效不受重传次数的影响。通过对通信距离、数据包长度等参数的仿真，得出随着距离增加，能效普遍减小；数据包长度越长，系统的能量效率降低的越快，并且在距离较远的情况下，数据包长度较短的系统能效较大，其传输距离也会更长。

对于FEC 技术，论文分析了能够影响FEC 能效的参数，并且推导出了一个最优纠错方案，这个方案可以使FEC 的能效达到最大。通过对通信距离、数据包长度和编码方式等参数的仿真，得出随着距离的增加能效减小；不同的数据包长度对应着的能量效率也不同，在较短的距离处，较长的数据包长度对应着较大的能量效率，但当数据包长度较长时，其能量效率衰减的速度也较快。在BCH方案中，纠错比特数越小，对应的能量效率越大并且在效果最好的BCH编码方案中，随着通信距离的增加所需的纠错比特数逐渐变大。

1  绪 论

在20世纪90年代中期，无线通信才开始活跃起来。电磁波信号能够在没有约束的空间中传播，无线通信(Wireless Communication)就是凭借这一特点完成了空间中信息交换的功能。无线通信技术在我们的身边发挥着非常重要的作用，它让我们的居住条件、生活水平得到了质的飞跃。

1.1  无线通信概述

1.1.1  无线通信系统的组成

无线通信系统的组成如图1.1所示，无线通信系统的种类虽然有很多，但是它们的基本组成是一样的。

1.1.2  无线通信系统的类型

根据无线通信系统中重要组成单元的不一样特点，可以将其划分为下图中的一些类型：

1.2  研究意义和研究现状

1.2.1  研究意义

当今社会，宽带无线通信技术在我们的身边得到越来越多的使用，给我们带来了许多好处，让我们切实感受到了宽带无线通信的好处。对于无线通信系统来说，能量受限是面临的最大问题，能量受限使得信号在传播过程中更容易受到信道环境的影响，通信传输可靠性变得非常脆弱。因此，如何节约能量并延长整个通信系统的生命周期就成为了研究宽带无线通信技术的重要课题。

由于无线通信的能量受限，无线信道会受到干扰，使得通信质量受到严重影响。在这种情况下，采用差错控制技术是必要的，因为它保障数据传送的可靠性和有用性。所以，在宽带无线通信系统中差错控制技术在解决能量消耗的问题上就显得尤为重要。

本文是在能量效率的基础上对差错控制技术进行了探讨，与此同时，还考虑到了减少能量消耗的问题，以达到在降低误码率和改善吞吐量的同时能拥有比较高的能量利用效率，这对宽带无线通信系统来说是非常重要的，也是非常有意义的。

1.2.2  研究现状

目前，在宽带无线通信领域内讨论的差错控制技术其讨论成果主体分布在在对差错控制的比较标准以及无线通信系统中的自动请求重传（Auto Repeat Request,ARQ)、前向纠错（Forward Error Correction,FEC)技术的分析研究。

2010年，重庆邮电大学的刘宴兵教授指导的学生莫远国研究了基于能效的无线传输差错控制技术，论文中概述了差错控制技术的发展历史和主要类型，重点介绍了能够减少通信进程中能量损耗的方案。王晓萍和任欣教授在无线通信网领域内对差错控制展开了研究，研究简单分析了几种纠错编码的原理和特点。冯文果教授带领的课题小组从无线网络入手，以无线网络的能量效率为基础，对差错控制技术展开了研究。

目前，针对宽带无线通信的差错控制技术的研究很少，国内外主要在对无线传感器网络或传统无线通信网络的基础上进行研究。

2003年，Y.Sankarasubramaniam公布了一篇研究无线传感器网络差错控制技术的论文，在文章中作者给出了能效的定义，此能量效率的定义后来成为研究无线传感器网络能量效率所使用的模型基础。GBalakrishnan在文章中介绍了无线传感器网络中的前向纠错，并得出以下结论：在信号传输过程中，BCH码编码的能量效率高于其余的编码。

山东大学的田真在袁东风教授的指导下对ARQ和FEC技术的能量效率问题展开了研究，并第一次讨论了在无线传感器基础上的Chase合并混合自动请求重传，文章中使用MATLAB仿真软件比较了分别采用ARQ、FEC以及混合自动请求重传技术的系统的能效，获得了下面的结论：混合自动请求重传技术和技术、FEC技术相比，拥有更高的能量效率。

1.3  研究的主要工作

本论文研究的对象是宽带无线通信中的差错控制技术，研究的基本点是能量效率问题。在通信系统中，用来控制数据在传输过程中出现差错的技术共有3种，分别是自动请求重传技术（ARQ）、前向纠错技术（FEC）和混合自动请求重传技术（HARQ）。文章准备从能量效率为出发点，分析ARQ和FEC技术，探讨基于差错控制技术的宽带无线通信传输机制。

在ARQ方面，论文分析了重新传送次数与能量效率的关系，通过数学公式的推导证实了ARQ的能效与重新传送的方案没有关系，并通过仿真说明了ARQ的重传机制与系统的能量效率是没有关系的。通过对自动请求重传的能量效率的数学公式推导，总结出了与自动请求重传能量效率的有关的数据，然后经过仿真获得了通信距离、包长以及调制方式与ARQ能效的关系。

对于FEC技术分析出了通信距离、数据包长、调制方式和BCH码参数的选择是影响FEC能效的主要因素，并通过仿真推导出了这些参数与FEC能效的关系。最后对ARQ技术和FEC技术进行了比较，得出当通信距离较近时应采用ARQ技术，而当通信距离较远时，可采用FEC技术。

1.4  论文结构

本文共分为五章，结构安排如下：

• ：绪论。概述了无线通信系统的组成、分类、显著优势和应用范围，并对文章的研究意义、主要工作及论文的构成作了说明，概括了海内外目前对差错控制技术研究的情况。
• ：研究了ARQ技术的能量效率问题。首先分析了本文中差错控制技术应采用的能量效率模型，其次建立适用于无线通信领域内的自动请求重传技术能量效率能效模型。最后探讨了能量效率模型中各个参数对能量效率的所起到的作用。
• ：研究了FEC技术的能量效率问题。首先基于无线通信标准建立了FEC技术能效模型，其次分析了影响FEC技术能效的参数。
• ：用MATLAB软件进行仿真分析，得出了ARQ技术和FEC技术能效与各自参数的关系。并仿真对比了在使用相同误码率和数据包长度的情况下的两种差错控制技术的能效。
• ：全文的总结与展望。对论文的工作进行了总结，并对今后可以进一步研究的课题作了说明。