Cooperative Hybrid ARQ Technology for Mobile Multimedia Communications

Abstract

In the next generation mobile communication systems, it is expected that delay sensitive real-time multimedia services which require higher data rate will become more common. For higher performance of the system, an efficient system architecture for mobile ad hoc networks (MANET) should be investigated. Also, cognitive radio and relay based cooperative transmission technology have emerged for performance enhancement in 4G mobile communications. Cooperative hybrid automatic repeat request (HARQ) schemes are very effective to enhance the quality of multimedia data transmission. In this study, we aim at developing system architecture ensuring real-time mobile multimedia applications for MANET environment using relay technology with cognitive radio functions which enable sensing nearby radio environment. We propose a cooperative HARQ strategy in ad hoc cognitive relays for mobile multimedia communication for supporting instantaneous cooperation in MANET environment. In the proposed strategy, to support real-time delay sensitive services, whenever a data frame is transmitted from the source, each relay actively senses the SINR of the signal transmitted from the source, and determine whether to propose retransmission or not before the destination transmits feedback signal. That is, nearby relays proactively propose cooperative retransmission, if necessary, before the receiver replies with NACK feedback. To minimize the false cooperation decision or needless retransmission, we propose an adaptive sensing threshold optimization algorithm to maintain suboptimal sensing thresholds for each relay By computer simulation, it is shown that the proposed cooperative HARQ cooperation scheme outperforms the conventional schemes with respect to frame transmission delay and frame loss probability in real-time multimedia data transmission system.;고용량의 멀티미디어 데이터 전송이 비약적으로 늘어나는 차세대 이동통신 시스템에서 cooperative ARQ 기법은 단말의 QoS를 만족시키기 위한 효과적인 방법이다. 그러나 기존의 cooperative ARQ 기법은 수신 노드의 feedback을 받아서 재전송을 하기 때문에 채널 변화가 극심한 MANET 환경에서는 실시간 전송을 보장하기 어렵다는 단점이 있다. 본 논문에서는 ad-hoc 통신 네트워크에서 cognitive relay를 이용한 협력통신 기반 cooperative HARQ 재전송 기법을 제안한다. 제안된 기법에서는 송신 노드가 전송한 신호의 SINR을 relay가 사전에 sensing함으로써, 수신 노드가 feedback 신호를 전송하기 전에 협력통신을 능동적으로 제안한다. 이를 통하여, 무선 채널의 변화에 따른 지연 분산 특성을 극소화함으로써 실시간 통신을 원활하게 한다. 또한, relay에서 협력 통신을 제안할 때, 잘못된 제안을 최소화하기 위하여 최적의 sensing threshold를 유지할 수 있도록 하는 적응적 sensing threshold 최적화 알고리듬을 제안한다. 모의실험을 통하여, 실시간 멀티미디어 데이터 전송 시스템에서 제안된 cooperative HARQ 재전송 기법이 기존의 알고리듬에 비하여 프레임 전달시간 및 프레임 손실률 측면에서 우수한 성능을 가짐을 확인하였다.