[发明专利]MIMO系统中基于不完全信道状态信息的跨层优化设计方法

权利要求书

1.MIMO系统中基于不完全信道状态信息(CSI)的跨层优化设计方法，其特征在于包括步骤如下：

(1)MIMO系统中，利用反馈时延引起的不完全CSI，结合物理层自适应调制(AM)、功率分配、特征波束成形和数据链路层的自动请求重传(ARQ)进行跨层优化设计的建模；

(2)通过对系统性能进行分析，利用系统平均频谱效率(ASE)与平均误包率(PER)之间的关系，给出与系统ASE相联系的误包率性能表达式，即其表示调制方式n基于过期CSI的瞬时误包率，以实现优化系统频谱效率；

(3)结合压缩信噪比(SNR)的方法，给出基于最大化ASE的闭式功率分配因子解。

2.根据权利要求1所述的跨层优化设计方法，其特征在于所述步骤(1)包括：

(1a)首先，调制信号经过空时分组编码(STBC)后进行功率优化分配，再结合特征波束成形来调整发射信号波束方向，最后从各发射天线上发送出去；在接收端，通过良好的信道估计获得CSI，用来STBC译码和自适应解调，同时反馈给ARQ生成器来决定重传次数，另外还需要反馈给发送端来进行自适应调制、功率分配以及特征波束成形；

(1b)根据步骤(1a)所述的无线MIMO通信系统，求解出系统瞬时接收信噪比γ。

3.根据权利要求1至2所述的跨层优化设计方法，其特征在于所述步骤(2)包括：

(2a)由系统的数学分析可知，步骤(1b)所述的系统接收信噪比γ的概率密度函数不容易求出，故无法依此优化系统平均频谱效率以及相应的功率分配方案。因此需要将优化问题进行等价转化。通过分析，最大化系统ASE等价于最小化瞬时误包率其可以通过相应的数学计算获得闭式解；

(2b)功率优化问题就转化为在发射功率一定的约束条件下，最小化通过利用拉格朗日乘子法对上述优化问题进行建模求解，获得相应的功率分配因子。

4.根据权利要求1所述的跨层优化设计方法，其特征在于所述步骤(3)包括：

(3a)由于步骤(2b)所述的优化问题建模后，需要通过迭代搜索求解最后的功率分配因子。因此，利用压缩接收信噪比γ_α来进行优化，以期获得功率分配因子的闭式解。首先利用最小化等价于最大化信噪比的原则，在发射功率一定的约束条件下最大化γ_α，利用拉格朗日乘子法获得P_i与压缩因子α(0＜α＜1)的关系表达式，进而表示为的函数；

(3b)将P_i代入到瞬时误包率则可表示成关于μ的函数L(μ)，进而问题转化为求使L(μ)最小的μ。这个可借助于对L(μ)在μ＝0处进行泰勒级数展开(忽略2次项以上的各项)，并求其极值点而获得。即利用展开的L(μ)，求时对应的μ值。

5.根据权利要求4所述的跨层优化设计方法，其特征在于所述步骤(3b)包括：

(3b1)将获得的μ值代入P_i关于μ的函数中，即可获得闭式的功率分配因子，大大简化了已有的最优功率分配算法的计算复杂度。

(3b2)利用优化得到的功率分配因子，结合自适应调制和自动请求重传，可极大地提高系统的频谱效率，实现了跨层优化设计。