[发明专利]基于不完全信道状态信息的大规模MIMO系统跨层设计方法

说明书

本发明公开了一种基于不完全信道状态信息的大规模MIMO系统跨层设计方案，针对不完全信道状态信息下的大规模MIMO系统，建立了系统模型，基于破零检测推导出用户的有效信噪比及近似信噪比。通过近似误包率计算出瞬时误包率约束下的物理层AM的切换阈值，并基于阈值和有效信噪比的条件概率密度函数，给出了系统平均频谱效率和平均误包率的闭式表达式，经仿真验证，本发明所提出的跨层设计方案可以有效地提升系统的性能。

技术领域：

本发明涉及移动通信系统的跨层设计方法,尤其涉及一种基于不完全信道状态信息的大规模MIMO系统跨层设计,其属于移动通信领域。

背景技术：

在基站处部署数百个天线的大规模多输入多输出(MIMO，Multiple-InputMultiple-Output)系统在相同的时频资源下可以为多个用户服务，具有较高的数据速率和分集增益，已经成为5G蜂窝网络的关键技术。

随着物联网和虚拟现实技术的飞速发展，对通信系统的可靠性提出了更高的要求。跨层设计(CLD，Cross-layer Design)方案在保持一定的服务质量要求的同时可以提高系统频谱效率，从而受到了广泛的关注。特别是物理层的自适应调制(AM,adaptivemodulation)和数据链路层的自动重复请求(ARQ,automatic retransmission request)技术相结合的CLD方案在各种系统中得到了广泛的应用。

AM方案是指在服务质量的要求下，根据信道状态信息(CSI,channel stateinformation)选择最优调制方式。因此，在给定的质量条件下，AM能够充分利用信道条件来改善频谱效率(SE,spectral efficiency)。ARQ协议是保证系统在数据链路层可靠性的可靠方法，截断式ARQ是应用最为广泛的一种。当数据包错误时，ARQ协议会要求发送器重新发送，这样可以纠正意外错误的数据包，保证系统的可靠性。

文献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.)中基于用单输入单输出系统提出一种CLD方案，证明了具有CLD方案的系统比只在物理层AM的系统具有更好的性能。文献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传统MIMO系统CLD方案的性能。文献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.)给出MIMO-OFDM系统中的跨层设计方案。

以上文献分析了不同系统中跨层设计方案的性能，但是都只考虑了完全CSI的情况，在实际中是不太可能实现的。综上，现有研究中缺乏对大规模MIMO系统的跨层设计方案的相关研究，尤其在不完全CSI的情况下。因此本发明在不完全CSI的情况下，对大规模MIMO系统跨层设计方案进行研究，并给出系统平均频谱效率和平均误包率。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明提供一种基于不完全信道状态信息的大规模MIMO系统跨层设计，基于不完全CSI对大规模MIMO系统跨层设计方案进行研究，提供了一种推导系统平均频谱效率和平均误包率表达式的方法，从而在误包率约束下提升频谱效率。

本发明所采用的技术方案有：一种基于不完全信道状态信息的大规模MIMO系统跨层设计，包括以下步骤：