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多输入多输出(MIMO)技术能够在不增加带宽的条件下极大地提高链路健壮性、系统容量和频谱效率,因而得到广泛的关注。与单用户MIMO相比,多用户MIMO能够充分利用多用户分集增益和复用增益,进一步提高整个系统的频谱利用率和可靠性。跨层设计(CLD)通过网络各层间交互信息进行统一协调,从而实现网络资源的合理有效分配。因此,针对MIMO系统提出了联合物理层自适应调制(AM)和数据链路层自动重传请求(ARQ)的多用户跨层设计方案。本文针对实际场景中用户的统计特性是独立非同分布的,以及发送端天线存在空间相关性,研究空间相关信道下异构多用户MIMO基于不完全信道估计的跨层设计性能,为提高跨层设计的实用性提供必要的理论依据。全文的主要工作安排如下:1、研究异构多用户MIMO系统基于公平调度的跨层设计。在实际的通信中,用户的信噪比的统计特性是独立非同分布的,传统的调度策略不能保证用户间的公平性,为此提出一种联合发送天线选择、自适应调制、自动重传请求及比例公平调度的多用户MIMO跨层设计方案。该方案可以在保证小区内所有用户被公平调度的前提下,充分利用多用户分集提高系统性能。2、研究空间相关信道下异构多用户MIMO系统跨层设计。在实际的无线通信环境中,由于发射机天线尺寸的限制或散射体不够丰富等原因,MIMO无线信道不再相互独立,而是存在着空间相关性。基于此,提出一种空间相关信道下异构多用户MIMO跨层设计方案,并对系统性能进行了分析,仿真结果验证了理论分析的正确性。3、研究基于不完信道估计信息的异构多用户MIMO系统跨层设计。针对信息反馈链路的不稳定或者接收端信道有估计错误等因素,接收端获得的信息是不完全的,提出研究信道估计错误对跨层设计系统性能的影响,并推导了系统平均频谱效率(ASE)和平均误包率(PER),为提高跨层设计的实用性提供理论依据。