[發(fā)明專利]MIMO系統(tǒng)中基于不完全信道狀態(tài)信息的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210064029.7
• 申請(qǐng)日: 2012-03-13
• 公開（公告）號(hào): CN102571179A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 虞湘賓;周婷婷;劉曉帥;殷馨;陳小敏;楊穎;朱秋明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/06
• 分類號(hào): H04B7/06;H04W72/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.MIMO系統(tǒng)中基于不完全信道狀態(tài)信息(CSI)的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括步驟如下：

(1)MIMO系統(tǒng)中，利用反饋時(shí)延引起的不完全CSI，結(jié)合物理層自適應(yīng)調(diào)制(AM)、功率分配、特征波束成形和數(shù)據(jù)鏈路層的自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)進(jìn)行跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)的建模；

(2)通過對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析，利用系統(tǒng)平均頻譜效率(ASE)與平均誤包率(PER)之間的關(guān)系，給出與系統(tǒng)ASE相聯(lián)系的誤包率性能表達(dá)式，即其表示調(diào)制方式n基于過期CSI的瞬時(shí)誤包率，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)頻譜效率；

(3)結(jié)合壓縮信噪比(SNR)的方法，給出基于最大化ASE的閉式功率分配因子解。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(1)包括：

(1a)首先，調(diào)制信號(hào)經(jīng)過空時(shí)分組編碼(STBC)后進(jìn)行功率優(yōu)化分配，再結(jié)合特征波束成形來調(diào)整發(fā)射信號(hào)波束方向，最后從各發(fā)射天線上發(fā)送出去；在接收端，通過良好的信道估計(jì)獲得CSI，用來STBC譯碼和自適應(yīng)解調(diào)，同時(shí)反饋給ARQ生成器來決定重傳次數(shù)，另外還需要反饋給發(fā)送端來進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制、功率分配以及特征波束成形；

(1b)根據(jù)步驟(1a)所述的無線MIMO通信系統(tǒng)，求解出系統(tǒng)瞬時(shí)接收信噪比γ。

3.根據(jù)權(quán)利要求1至2所述的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(2)包括：

(2a)由系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析可知，步驟(1b)所述的系統(tǒng)接收信噪比γ的概率密度函數(shù)不容易求出，故無法依此優(yōu)化系統(tǒng)平均頻譜效率以及相應(yīng)的功率分配方案。因此需要將優(yōu)化問題進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化。通過分析，最大化系統(tǒng)ASE等價(jià)于最小化瞬時(shí)誤包率其可以通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算獲得閉式解；

(2b)功率優(yōu)化問題就轉(zhuǎn)化為在發(fā)射功率一定的約束條件下，最小化通過利用拉格朗日乘子法對(duì)上述優(yōu)化問題進(jìn)行建模求解，獲得相應(yīng)的功率分配因子。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(3)包括：

(3a)由于步驟(2b)所述的優(yōu)化問題建模后，需要通過迭代搜索求解最后的功率分配因子。因此，利用壓縮接收信噪比γ_α來進(jìn)行優(yōu)化，以期獲得功率分配因子的閉式解。首先利用最小化等價(jià)于最大化信噪比的原則，在發(fā)射功率一定的約束條件下最大化γ_α，利用拉格朗日乘子法獲得P_i與壓縮因子α(0＜α＜1)的關(guān)系表達(dá)式，進(jìn)而表示為的函數(shù)；

(3b)將P_i代入到瞬時(shí)誤包率則可表示成關(guān)于μ的函數(shù)L(μ)，進(jìn)而問題轉(zhuǎn)化為求使L(μ)最小的μ。這個(gè)可借助于對(duì)L(μ)在μ＝0處進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(忽略2次項(xiàng)以上的各項(xiàng))，并求其極值點(diǎn)而獲得。即利用展開的L(μ)，求時(shí)對(duì)應(yīng)的μ值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟(3b)包括：

(3b1)將獲得的μ值代入P_i關(guān)于μ的函數(shù)中，即可獲得閉式的功率分配因子，大大簡(jiǎn)化了已有的最優(yōu)功率分配算法的計(jì)算復(fù)雜度。

(3b2)利用優(yōu)化得到的功率分配因子，結(jié)合自適應(yīng)調(diào)制和自動(dòng)請(qǐng)求重傳，可極大地提高系統(tǒng)的頻譜效率，實(shí)現(xiàn)了跨層優(yōu)化設(shè)計(jì)。