多跳分布式无线通信网中的自适应协作传输关键问题研究

Recently, cooperative communication has been considered as one of the most influential and revolutionary techniques for wireless communications, and has received considerable attention in academic and industrial communities. To study the pressing theoretical and technical problems for multi-antenna cooperative transmission in multi-hop distributed wireless communication networks, the project will implement the following works: ① In the case of inaccurate channel state information (CSI), the capacities of the dual-hop asymmetric relay channels and the distributed coordinated multiple point (CoMP) wireless channels will be analyzed. ② Functional model and constituent elements of cognitive network node technology (CNNT), which includes the efficient methods of CSI acquisition, limited feedback and intelligent decision based on learning and deduction, will be proposed. ③ By considering the asymmetric relay channels and imperfect CSI, the cooperative relay technology will be presented, which includes the foundation of optimal criterion, the design of suboptimal algorithm based on correlative match, and the adaptive adjustment of the transmission strategies using CNNT. ④ Beam-space joint processing CoMP technique will be presented, and furthermore, the multidimensional joint optimization design, the combination with other space-time processing technology and the adaptive mode switching method adopting the CNNT will all be put forward. The innovative study of the project will provide theoretical bases and technical schemes to solve several bottleneck problems constraining the development of cooperative communication, and then promote the cooperative transmission technique to be applied in civilian and military areas as soon as possible.

作为近年来无线通信领域最具影响力的革命性传输技术，协同通信成为业界关注的焦点。本项目旨在探索多跳分布式无线通信网络架构下多天线协同传输领域亟待解决的理论问题和技术方案，开展以下工作：①分析信道状态信息(CSI)不准确时双跳非对称中继信道和分布式多点协作(CoMP)无线信道的容量；②提出认知网络节点技术(CNNT)的功能模型及构成要素,尤其是高效率的信道信息获取和有限反馈策略以及基于学习和推理的智能决策机制；③研究非对称信道和CSI存在误差时的协同中继优化准则建立、基于相关匹配的次优求解算法以及利用CNNT的传输策略自适应调整；④提出波束域联合处理CoMP技术，探索利用不准确CSI的多维域联合优化设计、与其它空时处理技术的有机结合以及通过CNNT的自适应工作模式切换。本项目的创新性研究将会为尽快解决制约协同通信发展的若干瓶颈问题提供理论依据和技术方案，推动其在民用和军事无线通信领域的应用。

协同通信作为近几年来无线通信领域极具影响力的革命性传输技术，成为业界关注的焦点。本项目围绕多跳分布式无线通信网中协作传输领域亟待解决的理论问题和技术方案进行了深入的研究，主要研究内容及学术贡献如下：（1）首次推导出多种典型场景下协同传输系统的容量闭合表达式，尤其是从多个角度深入地分析了基于地面中继辅助卫星信号传输的星地融合协作传输系统性能，不仅为通过协同传输来提升无线通信的性能提供了理论依据，而且丰富了协同通信理论；（2）提出了认知无线网络架构下，基于完美信道信息和不准确信道信息的波束形成算法，并进一步对其性能进行评估，不仅为无线通信系统间实现频谱共享提供了技术支撑，而且对于规划我国新一代无线通信系统具有重要的参考价值；（3）提出了基于机器学习的无线通信系统优化设计算法，提高了系统的鲁棒性和环境适应能力，不仅推动了人工智能与无线通信系统设计的有机结合，而且丰富了无线通信优化理论和方法；（4）提出了面向星地融合无线通信网的物理层安全框架，并针对不同的信道状态信息完成了星地一体化联合优化设计和性能分析，不仅为提升卫星通信网的安全性能提供了技术支撑，而且可以对规划我国的网络空间安全技术具有很好的参考价值；（5）提出了面向无人机中继平台的无线通信和飞行航路联合优化算法，为如何通过无人机来提升无线通信的覆盖范围和通信质量提供了技术支撑。.在四年的研究时间内，本项目共投入研究人员21人。经过课题组的齐心协力和刻苦攻关，在IEEE JSAC、TCOM等顶级国际期刊和IEEE ICC、ICASSP等顶级国际会议上共发表论文41篇，其中IEEE 期刊论文9篇，SCI检索22篇，EI检索19篇（不含双收录）；申请国防发明专利3件，授权1件；培养博士后1名、博士生5名、硕士生8名，获得2015年度全军优秀硕士论文1篇。本项目的创新性研究为尽快解决制约协同通信发展的若干瓶颈问题提供理论依据和技术方案，推动其在民用和军事无线通信领域的应用。