MIMO無線通信系統(tǒng)的跨層設(shè)計研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、未來無線通信系統(tǒng)需要在保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(QoS)的同時,在有限的頻帶內(nèi)提供更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)充分開發(fā)空域資源,可以在不額外增加帶寬和功率的條件下,成倍增加傳輸速率和大幅改善鏈路質(zhì)量,它也因此被很多無線通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)采納,例如微波存取全球互通(WiMAX)和3GPP長期演進(jìn)(LTE)。傳統(tǒng)的分層設(shè)計方法難以適應(yīng)動態(tài)變化的無線環(huán)境,很難保證用戶多樣和可變的QoS,針對該問題,論文重點對MIMO系統(tǒng)中的跨層設(shè)

2、計進(jìn)行了研究,主要包括以下幾部分內(nèi)容:
   首先,對引入自適應(yīng)調(diào)制編碼(AMC)技術(shù)的MIMO系統(tǒng)的跨層設(shè)計進(jìn)行了研究。分析在業(yè)務(wù)隨機到達(dá)以及鏈路層緩沖區(qū)長度有限的條件下,MIMO-AMC系統(tǒng)的分組排隊特性。提出了一種以系統(tǒng)總丟包率最小化為目標(biāo)的跨層設(shè)計。該跨層設(shè)計將問題的求解建模為馬爾科夫決策過程,利用線性規(guī)劃推導(dǎo)出最優(yōu)的自適應(yīng)傳輸策略。相對于傳統(tǒng)AMC策略,所提跨層設(shè)計可以顯著降低系統(tǒng)總丟包率。
   其次,將自動

3、重傳請求(ARQ)技術(shù)引入到MIMO-AMC系統(tǒng)的跨層設(shè)計中。在討論傳統(tǒng)跨層設(shè)計的基礎(chǔ)上,分析了信道估計誤差等實際系統(tǒng)限制條件對系統(tǒng)性能的影響,通過馬爾科夫鏈穩(wěn)態(tài)概率推導(dǎo)出系統(tǒng)吞吐量、丟包率以及平均時延的閉式解,提出了一種適用于實際MIMO系統(tǒng)的跨層設(shè)計。該跨層設(shè)計能夠在滿足業(yè)務(wù)QoS要求的基礎(chǔ)上,最大化系統(tǒng)有效吞吐量。仿真結(jié)果驗證了推導(dǎo)結(jié)果的準(zhǔn)確性,并且相對于傳統(tǒng)跨層設(shè)計,能夠有效改善系統(tǒng)吞吐量。
   然后,針對無線通信系統(tǒng)

4、實際上只能提供統(tǒng)計意義QoS保證的問題,利用有效帶寬和有效容量理論,分析了物理層傳輸服務(wù)過程和鏈路層分組排隊過程對MIMO系統(tǒng)中分組時延QoS的聯(lián)合作用,推導(dǎo)出分組時延QoS違反概率的表達(dá)式?;谠摫磉_(dá)式,提出一種MIMO系統(tǒng)中保證業(yè)務(wù)時延QoS條件下,最大化系統(tǒng)有效吞吐量的跨層設(shè)計。仿真結(jié)果表明,該跨層設(shè)計在系統(tǒng)信噪比較低時能顯著改善系統(tǒng)性能。
   最后,對存在信道估計誤差時MIMO系統(tǒng)中的自適應(yīng)資源分配問題進(jìn)行了研究。針對

5、迫零接收MIMO系統(tǒng),在給定系統(tǒng)錯包率和發(fā)送總功率受限條件下,結(jié)合傳統(tǒng)的空域注水定理和比特分配算法,提出了一種以系統(tǒng)有效吞吐量最大化為目標(biāo)的功率分配與自適應(yīng)調(diào)制算法,仿真結(jié)果證明,獲得的系統(tǒng)總速率逼近于最優(yōu)值,并且算法運算量適中;針對迫零發(fā)送MIMO系統(tǒng),提出一種跨層自適應(yīng)資源分配算法(Cross-layer Adaptive Resource Allocation Algorithm,CLARA),該算法在最大化系統(tǒng)有效吞吐量的同時還

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