协作通信网络的中继统计模型及其闭环跨层资源分配的优化

本项目首先从中继协作通信网络的协作传输机制和调度过程入手，建立相应的中继统计理论模型，进而分析协作通信网络的统计特性及其性能，为协作通信网络的资源预测、分配与管理及其优化设计奠定思想方法和理论基础；然后，深入研究中继协作通信网络中功率、速率、子载波等资源分配的优化理论模型与优化算法，特别是基于有效容量和基于自适应效用函数的OFDM中继协作通信网络多目标闭环跨层资源分配优化模型与优化算法及其低复杂度快速算法；最后研究协作通信网络的中继匹配协作策略与匹配模型及其算法。在此基础上，进一步分析与比较有关优化方法的特点与适用场景，并验证有关算法的性能，从而建立相应的最佳优化方法、优化模型和优化算法，为协作通信网络的系统设计与优化提供有效的理论方法和重要的理论依据及技术支撑，推动无线协作通信技术的应用。

无线中继协作通信技术可以有效增加信号传输的可靠性以及信号的覆盖范围，在诸如Ad-hoc和4G蜂窝网等无线通信网络中得到了广泛应用，同时也是下一代无线通信系统的关键技术之一。而中继协作通信技术与OFDM技术和MIMO技术结合，可以获得各种技术的优势，但同时也使得无线协作通信系统的设计与优化变得更为复杂。为此，本项目首先研究了与OFDM、MIMO相结合的中继协作通信优化设计问题，通过跨层设计、资源分配优化以及天线选择等方法，提高了无线中继协作通信系统的性能。考虑到多中继技术由于可以获得更多的空间分集而成为学界和业界的研究热点，因此，我们进一步研究了AF和DF中继协议下的协作OFDM多中继系统和协作MIMO多中继系统的资源联合分配算法，有效提高了系统频谱效率。另外，我们采用跨层优化方法，提出并设计了提供时延QoS保证的OFDM多中继系统资源分配算法。.认知无线电可以有效提高频谱利用率，被认为是解决频谱紧缺问题的有效方法，协作中继是获得传输分集的有效方式。因此，将协作中继和认知无线电相结合，能显著提高认知中继协作通信系统的性能。以往人们对认知中继协作通信系统性能的研究往往忽视主用户对次用户的干扰，仅仅考虑信道衰落的影响。为此，本项目研究了有主用户干扰的各种系统模型和发射功率约束下的认知中继协作通信系统的次用户中断性能，进而研究了认知中继协作通信系统的理论模型与优化方法及其算法，提出并设计了多天线非再生认知中继网络中的鲁棒波束成形设计方案和算法及其求解方法。.新兴的信息和能量同时无线传输技术有望解决能量受限无线系统中的能量消耗问题。因此，本项目将中继技术与与信息和能量同时无线传输技术相结合，研究了信息和能量同时无线传输方式下无线协作通信系统的波束成形方案与优化方法及其鲁棒性和安全通信问题，提出并设计了相应的优化算法与求解方法。.在以上研究工作的基础上，进一步分析与比较有关优化方法的特点与适用场景，并验证有关算法的性能。上述理论模型和优化方法与算法，为协作通信网络的系统设计与优化提供了有效的理论方法和重要的理论依据及技术支撑，有重要的学术意义和应用参考价值。