无线信道统计复用基础理论研究

针对无线信道传统复用方式（FDM（频分复用）、TDM（时分复用）、CDM（码分复用））存在对信号的频谱或时隙或码字有严格限制的缺陷、运用不够灵活、频谱利用率还不够高等这些问题，我们提出了无线信道统计复用（WSDM）的新方法（已申请国家发明专利）。无线信道统计复用是指允许在无线信道上同时同频传送多路信号，接收端利用各路源信号之间固有的统计独立性或统计特性差异，从统计域上区分出不同信号，完成信号的正确接收，实现无线通信，提高无线频谱的利用效率。.本项目拟（1）从理论上完善无线信道统计复用方法的可行性与正确性的证明；（2）基于信号统计特性，研究分离时域和频域完全混叠的多路信号算法；（3）联合考虑信号统计特性和时频特性，研究分离时域和频域完全混叠的多路信号算法；（4）探索低复杂度、稳健（Robust）的分离时域和频域完全混叠的多路信号算法。

无线信道传统的复用方式主要包括频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM），但是它们分别对信号占用的频率、时隙、码字有严格的约束和限制，致使这些复用方式运用不够灵活、频谱资源利用率不高，因此无线频谱资源的利用率还有很大的潜力可挖。无线信道统计复用技术（Wireless Statistical Division Multiplexing, WSDM）便是在这种情况下应运而生的，它允许在无线信道上同时同频地传送多路信号，接收端利用各路源信号之间固有的统计独立性或统计特性差异，从统计域上分离处理混合信号，完成源信号的正确恢复，实现无线信道复用。本项目的主要研究内容包括：1）完成WSDM系统模型的构建及系统可行性的理论分析与证明；2）研究WSDM系统中混合信号的低复杂度分离方法、基于源信号与通信环境不同特征的分离算法、长时长通信信号分段分离不确定的消除方法；3）构建WSDM无线通信实验平台，验证分离方法的实际可分离性，分析对比分离方法的实际应用性能。本项目的主要研究成果包括：1）构建了一般性的WSDM系统模型，理论上证明了基于源信号统计独立特性的WSDM系统的可行性；2）提出了多种低复杂度、稳健的分离方法，设计了未知/动态信源数目、卷积混合、欠定条件下的分离算法，研究了长时长通信信号分段分离不确定性的消除方法；3）成功搭建了WSDM无线通信实验平台，完成了分离方法的可分离性、可实现性、实际应用性能的分析对比。本项目研究发现WSDM系统的频谱利用率较传统的复用系统提高了大约一倍，分离方法的计算复杂度降低了大约30%~40%，分离方法的成功率达到90%以上。本项目的研究成果提高了WSDM系统的运行效率和实际应用能力，推进了WSDM的实用化进程，对于无线频谱利用率的提高具有重要的理论价值和实用意义。