基於認知無線電的中繼與協同通信研究

《基於認知無線電的中繼與協同通信研究》是依託清華大學，由曹志剛擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：基於認知無線電的中繼與協同通信研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：曹志剛
• 項目類別：重點項目

項目摘要

認知無線電是近年來無線通信領域提出的一項全新頻譜資源使用方式，它通過各節點或網路主動、自治、智慧型的感知電磁環境並選擇合理的傳輸頻帶和方式，獲得無線頻譜使用效率的極大提升。與此同時，為提高無線通信的傳輸可靠性、網路連通性和區域覆蓋性，節點中繼與協同技術在網路體系結構演進中扮演著日益重要的角色。隨著無線通信的發展，認知無線電創新技術與節點中繼協同通信方式將相互滲透，可共同提高下一代無線網路的資源效率和服務質量。本項目旨在探索基於認知的中繼協同通信系統，為下一代網路的體系結構和關鍵協定算法提供理論和實驗基礎。具體將探索如下四個統一在共同網路構架下的科學問題：面向中繼協同通信的認知方法和技術；分散式認知中繼選擇與協同資源配置理論；多跳認知通信系統的資源合作博弈；基於跨層最佳化的多網異構認知中繼協同。本項目不僅有助於最佳化多系統並存的無線網路體制，而且能夠從理論上闡明認知多跳無線信息網路的若干性能極限。

結題摘要

項目承擔單位對基於認知無線電的中繼與協同通信開展研究，闡明了認知中繼與協同通信的四維頻譜空洞使用機理和感知方法，提出了精確控制空間頻譜形態的中繼與協同通信方法，建立了可逼近分集-復用增益極限的頻譜共享中繼通信理論框架，並通過跨層設計，最佳化了中繼與協同通信在認知場景下的服務質量。圍繞項目的四個子課題，項目取得了重要的理論創新成果。第一、提出了基於時-空-頻-向四維頻譜空洞的CORE-4中繼與協同通信系統架構。第二、提出了基於半測距定位的四維頻譜空洞感知方法，在此基礎上利用序貫檢測和壓縮感知方法，可使頻譜空洞感知速度和精度獲得明顯提升。第三、提出了基於四維頻譜空洞的中繼傳輸方案，採用非恆速碼（Rateless Code）和分散式波束成形，顯著提高了系統的吞吐量、可靠性和頻譜空洞利用率。第四、首次套用隨機多分超圖與匹配理論，建立了認知與協同通信的頻譜共享解析理論，並提出了相關的低複雜度算法。第五，提出了認知中繼通信的跨層最佳化理論框架，基於物理層信道和網路層佇列的聯合狀態，最佳化中繼調度策略，並對協同通信中跨層設計的共性問題開展研究，提出了若干機率估界方法。課題組還依託於北郵為認知無線電973項目和基金重點項目群建設的演示平台，研製了基於非恆速碼的認知中繼與協同通信演示系統，和認知無線電通信抗干擾演示系統，部分驗證了理論研究成果。獲得資助以來，發表學術論文152篇，其中IEEE期刊論文23篇，其他SCI論文16篇，EI論文139篇。獲2010年國家科技進步二等獎，2009年IEEE馬可尼論文獎，國際會議最佳論文獎5項，國際會議特邀論文4篇。論文成果得到國際學術界的高度評價，SCI他引35次、EI他引77次，Google他引334次，引用者包括10餘位IEEE Fellow。申請國家發明專利20項。成功參與主辦包括ICC，VTC，CCNC，ICCC和ICCT等IEEE國際學術會議6次，境外學術報告20餘次，參加國際學術會議40餘人次，邀請了包括美國工程院院士Kumar，英國工程院院士Hanzo等20餘名海外知名教授來訪講學與合作研究。項目培養博士14名，碩士20名，博士後5名。其中一人獲山東省優秀博士論文，5人入職清華大學等高校任職。項目組青年成員獲IEEE亞太區最傑出青年學者獎，獲首屆973青年科學家專題項目並任首席科學家，入選教育部新世紀優秀人才計畫和北京市科技新星計畫。