多向中繼通信高效安全傳輸理論研究

《多向中繼通信高效安全傳輸理論研究》是依託北京交通大學，由王方剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多向中繼通信高效安全傳輸理論研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王方剛
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

多向中繼通信作為新興研究熱點，在第五代移動通信和物聯網技術中均具有廣泛的套用前景。本課題擬結合網路編碼、干擾對齊等熱點技術，研究多向中繼通信的高效傳輸方案及物理層安全算法。目前對多向中繼的研究主要針對特定場景，缺少對任意業務需求，特別是用戶和中繼均配備多天線場景的研究。本課題擬建立通用多向中繼通信模型，進而實現任意單播、組播和廣播業務需求，並在此模型基礎上分析多向中繼信道最大可達容量自由度和安全自由度，為後續傳輸方案設計及其有效性評估提供指導。建立以傳輸有效性和安全性為目標，以用戶、中繼最大發射功率為約束，涉及多向中繼、網路編碼、干擾對齊、功率分配及多用戶調度等關鍵技術的聯合最佳化問題，從全局最最佳化的角度提出多技術聯合設計機制，探索有效的傳輸方案設計。本課題將為豐富網路編碼和干擾對齊理論提供思路，為多向中繼的安全通信提供保障，為多向中繼通信步入標準化進程，及將來的實際套用提供理論支持。

結題摘要

本課題研究了多向中繼通信中的物理層關鍵技術，以高效、安全傳輸兩個核心目標，創新性地提出採用物理層網路編碼的通用多向中繼模型，實現了任意單播、組播和廣播業務需求。隨後根據多向中繼信道的傳輸特徵，利用網路編碼及干擾對齊等技術方案，推導並證明了雙業務軌道和三業務軌道中繼系統的可達可達容量自由度和容量自由度上界，該研究結果為後續的高效傳輸方案提供了理論上界參考。考慮到實際通信場景下，中繼很難獲取完美的信道狀態信息，我們分別對時分雙工下和頻分雙工模式下，多向中繼不確定信道進行建模，更精確地刻畫了實際場景下兩種雙工模式下的信道不確定性。在該模型和容量自由度分析的基礎上，以最小均方誤差為準則，通過對中繼預編碼和用戶自干擾消除和接收濾波的聯合最佳化，利用凸最佳化和矩陣分析理論，提出了低複雜度的疊代算法，分別在頻分雙工和時分雙工模式下設計了非完美信道狀態信息下多向中繼魯棒性收發機方案。利用設備的移動性信息，提出了一種移動感知的自適應方案，以最大化下行鏈路雲無線電接入網路的加權和速率；提出了移動輔助信道狀態信息採集方法，相比於傳統的基於導頻的信道狀態信息採集方法，降低了信令開銷；提出了一種自適應算法來提高對信道不確定性的魯棒性。研究了雙業務軌道和三業務軌道下的安全自由度容量，對多向中繼信道不同場景的物理層安全容量進行定義並建模，得到了物理層安全自由度的等效模型。推導並證明了不同用戶、中繼天線配置情況下的系統物理層安全自由度，揭示了非可信中繼情況下實現安全信息傳輸的機理。接下來研究了物理層安全傳輸算法，以物理層安全速率為最佳化目標，設計了保證物理層安全通信的傳輸方案，提出了不同噪聲條件下，中繼輔助下的輻射源識別問題。本課題的研究，分析了多向中繼系統中的傳輸極限，從全局的角度設計了多技術聯合的傳輸方案，為多向中繼通信高效安全傳輸提供了理論保障，為解決寬頻移動通信瓶頸問題提供了技術參考。