[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

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及无线通信的跨层优化设计方法，更具体的说涉及MIMO系统中基于不完全信道状态信息(CSI，Channel State Information)和功率分配的跨层优化设计方法。

背景技术

目前，无线通信技术已广泛地应用于社会生活各方面，而各种无线通信数据业务对容量需求呈现爆炸性的增长，尤其是互联网的无线接入和多媒体应用对信息吞吐量需求的增长，已经超过已有技术所支持的数据速率，一种使得数据速率得以有效增长的重要技术就是在系统发送端和接收端安置多副天线，即多输入多输出(MIMO，Multiple Input and Multiple Output)技术，其核心思想是空时信号处理，技术主要包括空间分集和空间复用等。空间分集是用来克服无线传输中的信道衰落的，其利用多天线实现空间多个重复信号的独立传输，可以有效提高系统的可靠性。空间分集可分为接收分集和发射分集。当发射信号到达不同接收天线的信道衰落不相关时，通过合并不同接收天线收到的信号，可实现接收分集。而对于发射分集，又以空时分组编码(STBC，Space Time Block Coding)技术最令人关注。然而，现有STBC是基于开环发射方案的，即无需知道当前的信道状态信息(CSI，Channel State Information)，使得系统性能提高受限。与开环发射方案相对的即为闭环方案，发射端根据接收端反馈来的CSI自适应调整传输模式等参数，从而更好地优化无线MIMO通信系统的性能。特征波束成形(Eigen-BF，Eigen-Beamforming)技术，作为闭环MIMO发射技术之一，可利用反馈的CSI设置权值来对发射机进行优化，增强发射的期望信号，已成为第三代合作伙伴计划(3GPP，3rd Generation Partnership Project)LTE的关键技术之一。

同时，为了更好地适应无线通信环境，充分利用有限的无线网络资源来实现优化设计，人们提出了跨层设计方案，其主要思想是指通过在协议栈的各层之间传递特定的信息，来协调协议栈各层之间的工作，使得在无线通信环境切实保证多媒体业务的服务质量(QoS，Quality of Service)，跨层设计的结构如附图1所示。由附图1可以看出，跨层设计就是在传统的分层协议栈的基础上增加了一个跨层设计模块，该模块与协议栈的各层相连接，存储和协调各层的关键参数，使得信息可以在协议栈的各层之间传递，而不再是仅限定在相邻的两层之间，所有层作为一个整体来设计，这样才能使有限的无线资源得到最大的利用，提高无线通信系统的性能。在众多跨层设计方案中，点到点的跨层设计，即数据链路层以上的各层无需考虑，一般只考虑物理层和数据链路层这两层的跨层设计，作为无线通信跨层设计的基本组成部分，已受到极大的关注和研究。为了提高无线通信系统的频谱效率，在物理层提出自适应调制(AM，Adaptive Modulation)技术，目的是让信息传输速率与时变的信道相匹配。然而要在物理层达到高的可靠性，就要降低调制速率或者编码速率。另一种提高信息传输可靠性的办法就是引入链路层的自动请求重传(ARQ，Automatic Repeat re-Quest)机制，接收端在接收数据包出错的时候，请求发送端重发，但重传次数增多将会降低系统频谱效率。为了解决信息传输速率和可靠性之间的矛盾，将联合物理层的AM和链路层的ARQ进行跨层设计。在数据链路层，使用ARQ可以修正偶然的误包，这就减少了物理层AM的错误控制请求，从而使用高速率的调制方式，达到提高系统频谱效率的目的。