Performance closed-form derivations and analysis of hybrid ARQ retransmission schemes in a cross-layer context

• Auteur / Autrice : Aude Le Duc
• Direction : Philippe Ciblat, Christophe Le Martret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris, Télécom ParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Efficacité

Qualité de service

Systèmes de communication sans fil

Résumé

Cette thèse porte sur l'établissement des expressions analytiques des performances des schémas Hybrid ARQ dans un contexte d'optimisation inter-couches. Le mécanisme Hybrid ARQ permet de tirer profit des propriétés de l'ARQ et des propriétés d'un FEC, selon la valeur du SNR. Par conséquent, la quantité de redondance transmise est automatiquement adaptée à la qualité du canal, en se basant sur l'acquittement de la transmission précédente. Sachant qu'aujourd'hui, tous les systèmes opèrent (ou sont sur le point d'opérer) sous le protocole IP, il est intéressant d'étudier leurs performances au niveau de la couche IP. Les métriques considérées sont le taux d'erreur paquet, l'efficacité, le délai et la gigue. Ces métriques sont utiles puisque les besoins en QoS dépendent d'une combinaison de celles-ci. Cependant, dans la littérature, les performances des schémas HARQ sont surtout analysées au niveau MAC. De plus, elles sont souvent évaluées au moyen de simulations. L'objectif est donc ici d'établir les expressions analytiques des quatre métriques de performances pour tout type de mécanisme HARQ, aux niveaux MAC et IP, en prenant en compte des solutions existantes d'optimisation entre les couches MAC et IP. Il est ensuite prouvé que ces dérivations sont utiles pour construire des algorithmes dédiés à la gestion des ressources radio aussi bien qu'à la protection inégale des données.

This thesis deals with the performance closed-form derivations and the analysis of Hybrid ARQ retransmission schemes in a cross-layer context. Hybrid ARQ mechanism enables us to take benefit from the properties of both ARQ and FEC according to the SNR value. As a consequence, the total amount of transmitted redundancy is automatically adapted to the channel quality, based on the acknowledgment of the previous transmission. Actually, since all the systems operate or are going to operate under IP, it is of interest to evaluate their performance at the IP layer. The metrics considered here are the Packet Error Rate, the efficiency, the delay and the jitter. These four metrics are useful since the different QoS requirements depend on a combination of them. However, in the literature, the performance of HARQ based systems are mainly analyzed at the MAC level only. Furthermore, the analyses are often carried out by means of simulations. The goal is then here to derive the four performance metrics for any HARQ mechanism, at both MAC and IP level, by taking into account some existing optimizations between the IP and MAC layers. Our theoretical derivations are proven to be useful for building algorithms dedicated to radio resource management as well as to unequal data protection.