Evaluation of New Link Adaptation Techniques for Mobile...
Transcript of Evaluation of New Link Adaptation Techniques for Mobile...
Evaluation of New Link Adaptation Techniques for MobileSatellite Channels
Anxo Tato Arias
Titor: Carlos Mosquera Nartallo
02 outubro de 2015
1 / 24
Contidos
1 IntroduciónObxectivos
2 Compoñente satélite das IMT-2000
3 Estándar S-UMTS familia SL
4 Modelo de canle
5 Adaptación de enlace S-UMTSAlgoritmo robusto para o enlace directoEnlace de retorno (canle multi-estado)FerramentasInformed outage capacity
6 Conclusións e liñas futuras
2 / 24
Introdución Obxectivos
Obxectivos do proxecto
Estudar a familia SL do estándar S-UMTS.Analizar a canle LMS (Satélite Móbil Terrestre).Implementar en Matlab o modelo de canle LMS multi-estado.Modificar o algoritmo do enlace de retorno e adaptalo para operar noenlace directo.Validar o correcto funcionamento dos algoritmos na canle LMS.
3 / 24
Introdución Obxectivos
BGAN: sistema comercial S-UMTS
Spectrum is the lifeblood of communication systemsEficiencia espectral (bit/s/Hz)
Cobertura sistema comercial BGAN (Inmarsat)
Parámetros:Frecuencia: banda L ∼ 1600 MHzAncho de banda: ↓41 MHz, ↑41 MHz
4 / 24
Compoñente satélite das IMT-2000
Arquitectura IMT-2000
Interfaces Radio Satélite (SRI)SRI-A, SRI-B, SRI-C, SRI-E, SRI-F, SRI-G, SRI-H
5 / 24
Estándar S-UMTS familia SL
Pila de protocolos
6 / 24
Estándar S-UMTS familia SL
Capa física: PHY
Taxas binarias: 3 - 850 kbpsTipos de portadoras (Bearers)
Modulación: 64-QAM, 32-QAM, 16-QAM, QPSK, π/4 QPSKTaxa de símbolo: 8.4 - 168 kbaudDuración: 5 ms, 20 ms, 80 ms
Subtipos de portadorasTaxa de codificación do turbo-codificador: 0.33 - 0.90
Data in
Buffer
Interleaver
SRCC
SRCC
p
d
q
nc
I1
Q1
I0
Q0
Variable Puncturing
7 / 24
Modelo de canle
Modelo de canle de Fontán
fR (r) =r
σ2r σln√2π
∫ ∞0
1aexp[−(ln a− µ)2
2σ2ln− (r2 + a2)
2σ2r
]I0
(ra
σ2r
)da
(1)
8 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Algoritmo robusto para o enlace directo
Escenario
Alberto Rico-Alvariño, Anxo Tato, Carlos Mosquera.
Robust Adaptive Coding and Modulation Scheme for the Mobile Satellite Forward Link. In
Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC), 2015 IEEE 16th
International Workshop on, pages 530–534, June 2015.
9 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Algoritmo robusto para o enlace directo
Exposición do problema
algoritmo de adaptación de enlace
feedback
MODCOD da trama i Obxectivo:Maximizar a eficiencia espectral Restrición:
10 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Algoritmo robusto para o enlace directo
Matemáticas...
Adaptación da marxe ci :Selección do MODCOD:
mi = Π(snri−d + ci ) (2)
Problema de optimización:
mincJ(c) = minc |E[ε]− p0|2 (3)
Descenso por gradiente:
ci+1 = ci − µi∂J
∂c(ci ) (4)
Esquema de adaptación:
ci+1 = ci − µ (εi−d − p0) (5)
11 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Algoritmo robusto para o enlace directo
Matemáticas... (2)
Adaptación da marxe ci e peso da SNR ξi :Selección do MODCOD:
mi = Π(ξi · snri−d + ci ) (6)
Esquema de adaptación:
ξi+1 = ξi − µ · (εi−d − p0) · snri−2d
12 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Algoritmo robusto para o enlace directo
Resultados (1)
Evolución da marxe e a FER acumulada
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
x 104
−3
−2.5
−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
Frame index
Ma
rgin
ci
6 km/h
25 km/h
50 km/h
120 km/h
(a) Marxe
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 50000
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
FE
R
Frame index
6 km/h
25 km/h
50 km/h
120 km/h
(b) FER acumulada
Figura: Contorna suburbana, FER obxectivo de 0.01 e LOS SNR de 6 dB
13 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Algoritmo robusto para o enlace directo
Resultados (2)
Eficiencia espectral e FER
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Spectral
Efficiency
(b/s/H
z)
LOS SNR (dB)
Ideal Throughput
Fixed margin
Adaptive margin
Adaptive margin and weight)
(a) Eficiencia espectral
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
FER
LOS SNR (dB)
Fixed margin
Adaptive margin
Adaptive margin and weight
(b) FER
Figura: Contorna urbana, velocidade 5 km/h, FER obxectivo de 0.001.
14 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Enlace de retorno (canle multi-estado)
Selección do MODCOD
15 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Enlace de retorno (canle multi-estado)
Resultados canle multi-estado
0 5 10 15 20 250.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Spectral
Efficiency
(b/s/H
z)
LOS SNR (dB)
DualOpen
ClosedARF-M
(a) Eficiencia espectral
0 5 10 15 20 250
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
FER
LOS SNR (dB)
DualOpenClosedARF-M
(b) FER
Figura: I-tree 60 km/h
16 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Ferramentas
Adaptación de enlace no dominio temporal
0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
Mar
gin
channel MI rate allowed
rate of the used MCS
errors
successful transmissions
errors provoke margindecreases rapidily
ACKs provoke margin increases slowly
17 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Informed outage capacity
Informed outage capacity
Cout,ρ̂ = log2(1 + ρout) (7)
−6 −4 −2 0 2 4 6 8 100
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7PDF channelPDF channel | CSI = 6dB, α = 0.5PDF channel | CSI 6 dB, α = 0.95
18 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Informed outage capacity
Resultados (1)
10−6
10−5
10−4
10−3
10−2
10−1
100
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
Outage probability
Ou
tag
e c
ap
acity (
bit/s
/Hz)
Outage capacity for LOS SNR of 5 dB
α = 0
α = 0.28
α = 0.5
α = 0.7
α = 0.9
α = 0.99
α = 0.999
(a)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
Correlation αO
uta
ge
ca
pa
city (
bit/s
/Hz)
Outage capacity for LOS SNR of 5 dB
p0 = 1E−4
p0 = 1E−3
p0 = 1E−2
p0 = 1E−1
(b)
19 / 24
Adaptación de enlace S-UMTS Informed outage capacity
Resultados (2)
0 2 4 6 8 100
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Spectral
Efficiency
(b/s/H
z)
LOS SNR (dB)
Genie−aided efficiency
Constrained outage capacity
Fixed margin
Adaptive margin
Adaptive margin and weight
Eficiencia espectral = 97% Informed Outage Capacity
20 / 24
Conclusións e liñas futuras
ConclusiónsMoi bos resultados coa canle multi-estado do algoritmo dual quebalancea as dúas SNRs.O algoritmo para o enlace directo amosa un bo comportamento entermos de FER.O algoritmo para o enlace directo acada o 97 % da informed outagecapacity.Novas ferramentas para analizar os resultados dos algoritmos deadaptación de enlace.
Liñas futurasExpandir o concepto de informed outage capacity á canle multi-estado.Realizar simulacións cos parámetros da capa física dos estándaresDVB-S2X/DVB-RCS2.Probas de campo para testear os algoritmos.
21 / 24
Conclusións e liñas futuras
Grazas pola súa atención
22 / 24
Conclusións e liñas futuras
Ecuacións algoritmos
Variante LMS Normalizado:
ci+1 = ci −µ
θ2 + snr2i−2d(εi−d − p̃0,i ) · θ (8)
co lazo de p̃0,i :p̃0,i+1 = p̃0,i − λ(εi−d − p0) (9)
23 / 24
Conclusións e liñas futuras
Ecuacións informed outage capacity
Modelo SNR efectiva
ρ = αρ̂+ (1− α)ρ̄+ σρ√
1− α2W (10)
FDP condicional
f (ρ|ρ̂) ∼ N(αρ̂+ (1− α)ρ̄, σρ
√1− α2
)(11)
∫ ρout
−∞f (ρ|ρ̂)dρ = p0 (12)
Cout,ρ̂ = log2(1 + ρout) (13)
Cout =
∫Cout,ρ̂f (ρ̂)d ρ̂ (14)
24 / 24