[發(fā)明專利]基于不完全信道狀態(tài)信息的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)方法

有效

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• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112039568B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜雨衡;虞湘賓;王慧;滕濤;黨小宇;黎寧
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了一種基于不完全信道狀態(tài)信息的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)方案，針對不完全信道狀態(tài)信息下的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)模型，基于破零檢測推導(dǎo)出用戶的有效信噪比及近似信噪比。通過近似誤包率計(jì)算出瞬時誤包率約束下的物理層AM的切換閾值，并基于閾值和有效信噪比的條件概率密度函數(shù)，給出了系統(tǒng)平均頻譜效率和平均誤包率的閉式表達(dá)式，經(jīng)仿真驗(yàn)證，本發(fā)明所提出的跨層設(shè)計(jì)方案可以有效地提升系統(tǒng)的性能。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及移動通信系統(tǒng)的跨層設(shè)計(jì)方法,尤其涉及一種基于不完全信道狀態(tài)信息的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì),其屬于移動通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在基站處部署數(shù)百個天線的大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO，Multiple-InputMultiple-Output)系統(tǒng)在相同的時頻資源下可以為多個用戶服務(wù)，具有較高的數(shù)據(jù)速率和分集增益，已經(jīng)成為5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的飛速發(fā)展，對通信系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。跨層設(shè)計(jì)(CLD，Cross-layer Design)方案在保持一定的服務(wù)質(zhì)量要求的同時可以提高系統(tǒng)頻譜效率，從而受到了廣泛的關(guān)注。特別是物理層的自適應(yīng)調(diào)制(AM,adaptivemodulation)和數(shù)據(jù)鏈路層的自動重復(fù)請求(ARQ,automatic retransmission request)技術(shù)相結(jié)合的CLD方案在各種系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

AM方案是指在服務(wù)質(zhì)量的要求下，根據(jù)信道狀態(tài)信息(CSI,channel stateinformation)選擇最優(yōu)調(diào)制方式。因此，在給定的質(zhì)量條件下，AM能夠充分利用信道條件來改善頻譜效率(SE,spectral efficiency)。ARQ協(xié)議是保證系統(tǒng)在數(shù)據(jù)鏈路層可靠性的可靠方法，截斷式ARQ是應(yīng)用最為廣泛的一種。當(dāng)數(shù)據(jù)包錯誤時，ARQ協(xié)議會要求發(fā)送器重新發(fā)送，這樣可以糾正意外錯誤的數(shù)據(jù)包，保證系統(tǒng)的可靠性。

文獻(xiàn)1(Q.W.Liu,S.Zhou,and G.B.Giannakis,“Cross-layer combining ofadaptive modulation and coding with truncated ARQ over wireless links,”IEEETrans.Wireless Commun.,vol.3,pp.1746–1755,Sept.2004.)中基于用單輸入單輸出系統(tǒng)提出一種CLD方案，證明了具有CLD方案的系統(tǒng)比只在物理層AM的系統(tǒng)具有更好的性能。文獻(xiàn)2(X.F.Lu,G.X.Zhu,G.Liu and L.Li,“A cross-layer design over MIMO Rayleighchannels,”in Proc.IEEE WiCOM 2005,pp.30–33,Sept.2005)中分析了瑞利信道下傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)CLD方案的性能。文獻(xiàn)3(Zhang L,Heng W.“Cross-layer Adaptive ModulationAnd Coding Design For Space-time Block Coded MIMO-OFDM Systems,”ComputerCommunications,2009,32(3):p.540-545.)給出MIMO-OFDM系統(tǒng)中的跨層設(shè)計(jì)方案。

以上文獻(xiàn)分析了不同系統(tǒng)中跨層設(shè)計(jì)方案的性能，但是都只考慮了完全CSI的情況，在實(shí)際中是不太可能實(shí)現(xiàn)的。綜上，現(xiàn)有研究中缺乏對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的跨層設(shè)計(jì)方案的相關(guān)研究，尤其在不完全CSI的情況下。因此本發(fā)明在不完全CSI的情況下，對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，并給出系統(tǒng)平均頻譜效率和平均誤包率。

發(fā)明內(nèi)容：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于不完全信道狀態(tài)信息的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)，基于不完全CSI對大規(guī)模MIMO系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究，提供了一種推導(dǎo)系統(tǒng)平均頻譜效率和平均誤包率表達(dá)式的方法，從而在誤包率約束下提升頻譜效率。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案有：一種基于不完全信道狀態(tài)信息的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)，包括以下步驟：