認知無線網路中分散式波束成形技術的研究

《認知無線網路中分散式波束成形技術的研究》是依託北京郵電大學，由郭莉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：認知無線網路中分散式波束成形技術的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭莉
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

認知無線電以自適應頻譜分配方式改進現有的頻譜管理模式。波束成形是空分多址的一種有效實現技術。本申請擬研究認知無線網路中的分散式波束成形技術。包括：根據資訊理論原理，基於完整信道狀態信息和部分信道狀態信息，對系統認知用戶的和容量進行理論分析，推導容量界和認知增益；研究不同最佳化目標、不同限制條件下的分散式波束成形最佳化問題，設計複雜度低、魯棒性好的波束成形算法，提出分散式波束成形最佳化方案，形成一套自適應的最佳化體系；設計分散式波束成形中的載波同步方案和算法；研究分散式波束成形信息反饋機制,設計反饋時延控制機制和信息有效性保障機制。從而解決一直以來阻礙分散式波束成形算法在傳統移動通信網路和認知無線網路中真正套用的若干關鍵問題；實現在認知無線網路中，認知用戶與主用戶共享頻譜資源的通信目標。並在充分保證主用戶通信質量的同時，考慮認知用戶的用戶體驗，回歸通信質量保障的真正目的。

結題摘要

本項目針對認知無線網路中的分散式波束成形技術進行深入研究，從而解決一直以來阻礙分散式波束成形算法在傳統移動通信網路和認知無線網路中真正套用的若干關鍵問題。項目組緊密圍繞基於分散式波束成形的認知無線網路和容量的分析、認知無線網路中分散式波束成形最佳化、載波同步、反饋機制四項關鍵問題展開研究並搭建仿真平台。同時，根據移動通信技術發展，將預定研究內容與5G關鍵技術結合，為在5G場景下套用認知無線網路技術進行了探索，體現研究的前沿性；並拓展研究了認知無線網路中存在的竊聽隱患及由此產生的安全通信機制和方法；探索了研究成果在紫外光通信系統中的套用。 在基於分散式波束成形的認知無線網路和容量分析方面，項目組一方面研究套用干擾對齊技術，提升系統自由度增益，進而提升系統容量的方案。另一方面基於波束成形技術設計認知用戶的和速率最佳化算法，從而達到或逼近認知無線網路的和容量界。 認知無線網路中分散式波束成形最佳化問題的研究，項目組從發射功率最小化和用戶體驗（QoE）最佳化兩方面入手，設計了低能耗、高性能的認知中繼網路波束成形算法，並將QoE最佳化目標和波束成形技術有機結合，提出有效的最佳化算法，回歸通信質量保障的真正目的。考慮實際套用，項目組進一步研究多個認知網路並存下的認知中繼波束成形問題，針對多認知網路加權均衡速率問題和物理層安全問題進行了全新的討論。 認知無線網路中的分散式波束成形載波同步問題的研究方面，項目組基於閉環和開環相位同步，分別提出了GAP算法和一種基於時隙往返的載波同步算法，提出了解決分散式波束成形載波同步問題的快速算法和模型。 在認知無線網路分散式波束成形反饋機制的研究方面，項目組從提高信道狀態信息反饋效率和降低反饋信息開銷兩方面入手，提出了基於高效預編碼算法和有限反饋波束成形算法的信息反饋方案。 同時，項目組進一步從主、從協作安全通信模型建立和低複雜度物理層安全算法設計兩方面研究了認知無線網路中的安全通信機制。