非理想信道条件下中继系统性能分析与优化

本项目拟针对实际中继系统中存在的非理想信道估计、信道信息反馈延迟等非理想因素，建立非理想信道的数学模型，分析在非理想信道条件下中继系统的性能限，并设计鲁棒的中继收发机结构和无线资源分配算法，进一步提高中继系统在实际工作环境下的系统性能。具体研究内容包括：抽象和建模非理想信道因素，基于非理想信道条件数学模型，分析在多中继系统中天线选择、波束赋形等技术的中断概率和误码率，探索非理想因素对于中继系统性能的影响机理；根据非理想信道条件中继性能的理论分析结果研究OFDM中继系统中多载波频偏对性能的影响以及鲁棒的接收机算法；针对MIMO中继系统，研究非理想信道条件下鲁棒的接收机结构以及发送端的联合预编码算法；针对OFDM中继系统，研究非理想信道因素下基于鲁棒优化理论的资源分配方法。通过本项目，将探索和掌握非理想信道条件下中继系统的性能分析和优化设计方法，为中继系统实际应用奠定理论基础。

随着中继技术理论研究的深入和标准化的进展，非理想信道条件下中继系统的分析和设计已经成为指导中继技术实用化而急需解决的研究问题。其中的主要问题是如何对影响中继系统性能非理想信道条件进行抽象和建模，以及如何基于非理想信道模型分析中继系统性能、设计收发机以及资源分配算法。课题组深入分析了中继系统的非理想信道特性，建立数学模型以进一步分析中继系统的性能测度，并基于理论分析结果来设计了中继收发机结构以及资源分配算法。主要研究内容包括：存在主用户干扰下的解码转发认知中继系统中断概率的分析；配备大规模天线阵列的双向中继网络的性能分析；可变增益放大转发双向中继系统中新型传输策略研究；放大转发MIMO中继系统联合收发机设计算法研究；放大转发多天线中继网络存在信道估计误差时中继节点预编码和目的节点接收机的联合优化设计；多用户上行中继系统基于能量有效性的资源优化研究；基于能效最大化的资源分配问题的研究；以及3D信道的传播特性和建模研究。共计录用和发表EI检索论文37篇，其中SCI检索论文11篇。其中重要科技进展和标志性结果包括：推导出了非理想信道条件模型下中继系统性能限和存在主用户干扰时的认知中继网络性能限，为理解信道非理想性对中继系统的性能影响提供了一条快速的路径，研究成果发表在期刊IEEE Communications Letters上，自2012年发表以来，他引26次（Web of Science数据）；设计出了中继网络的联合收发机预编码优化算法，将非理想信道状态下的联合收发机算法设计转化为理想信道状态下的联合优化算法，发表在SCI期刊IET Communications上；研究了多用户下行OFDM协作中继系统的联合子载波和功率分配问题，并将多参量联合优化问题分解为子载波分配和功率分配两个子问题分别推导解析解，并通过仿真验证了算法在收敛性、能效性和中断概率方面的优越性，研究成果发表在SCI期刊IEEE Communications Letters上；完成了准确可靠的3D MIMO信道建模，给出了真实环境下信号在三维空间的统计特性，研究成果发表在在网络通信领域顶级杂志IEEE Communications Magazine（IF影响因子4.007），提交6篇文稿被3GPP标准化组全部采纳，已经在业内广泛应用。综上，项目取得的成果远超预期目标，取得丰硕的研究成果。