极化域频谱感知理论与技术研究

课题将传统时-频-空域频谱机会的感知进一步扩展，开创性地提出极化域频谱感知理论与技术，以充分挖掘极化域存在的巨大频谱资源潜力。课题的研究围绕如何实现极化域频谱机会的感知展开。为保证不对授权用户造成有害干扰，首先研究无线多径传播环境中的去极化建模理论和部分极化授权信号的瞬时极化状态识别与分析方法，实现授权信号发射和接收极化状态的感知，进而研究基于虚拟极化原理的认知无线电发射信号变极化理论与方法；同时为防止授权用户对认知无线电用户的干扰，研究满足认知无线电用户通信质量要求的接收信号变极化优化方法。课题的研究为缓解当然频谱资源紧缺现状，开发频谱资源开辟了新的途径。研究成果将创建新的极化域频谱感知理论，给出实现极化域频谱机会感知的一系列新方法，力争在学术界开创一个频谱感知研究的新分支。

为充分挖掘极化域潜在的频谱资源，项目围绕极化域频谱机会的感知和利用展开。项目开创性地将传统时-频-空域频谱机会的感知扩展到极化域，在去极化效应分析及建模理论、瞬时极化状态识别与分析方法、授权信号极化状态的感知方法、认知无线电发射信号和接收信号变极化理论与方法等方面取得丰富研究成果，达到了国际领先水平。具体工作包括：课题首次系统地研究了无线信道的去极化效应及模型，解析构建了极化相关信道模型，推导出了接收极化状态的统计分布；针对极化状态受无线信道影响产生随机变化而限制其在无线通信中应用的现状，课题提出的低复杂度瞬时极化状态识别与分析方法有望解决这一难题；课题通过理论推导创新性地发现信号潜在的极化特征可用于识别授权用户的出现，在此基础上提出的新型极化域频谱感知方法率先将检测与估值理论扩展到极化域。同时，为了能够更好地考查和验证项目所提出一系列理论与算法的实用性和先进性，课题将原计划搭建授权用户与认知无线电用户极化域频谱资源共享系统的仿真平台工作，调整为搭建基于USRP(Universal Software Radio Peripheral)射频硬件和GNU radio程序开发软件套件的演示验证平台。开发了支持双极化通道的认知基站和认知终端设备，并将课题所提出的新型极化域频谱感知理论与算法在演示验证系统中分别进行了实现。目前已从认知用户对授权用户丢包率的影响、系统频谱利用率提升两个角度进行了实际平台性能测试，得到了有价值的结论。研究成果为缓解当前无线频谱资源紧缺现状，开发频谱资源提供了新的途径。