高移動性寬帶無線通信網絡重點理論基礎研究2012年度報告

范平志 馬征 陳慶春 唐小虎 代彬

摘 要：該研究旨在建立高速移動、復雜干擾等場景下的寬帶無線通信網絡重點理論體系。以信息理論為主要基礎和重要手段，重點研究寬帶無線通信網絡的性能容量限、逼近性能容量限的網絡傳輸機理與干擾應對策略。該研究2012年的研究進展如下。第一，研究了：（1）未知信道參數場景下的信道容量；平穩不可分解的不可控制有限狀態信道及其（前饋）容量和反饋容量。（2）接收端選擇錯誤信道參數給系統性能帶來的損失，給出了帶正交發送分量的半確定性中繼信道容量；提出了高移動環境下MIMO Y信道的多源信號協作通信干擾調度優化方案，同時理論推導了系統自由度表達式和天線約束條件。第二，研究了：（1）MIMO衰落信道的服務量。（2）衰落信道容量逼近策略：通過引入緩存機制克服衰落信道時變和隨機特性，得到了保持緩存隊列穩定的平穩分布和溢出概率以及ε溢出容量，推廣了中斷容量的概念。（3）車載移動通信容量分析。第三，研究了：（1）衰落信道特別是快變衰落信道下MIMO預編碼技術；獲得的基于匹配加權信號泄漏噪聲比的多用戶預編碼算法。（2）快變信道下的高效編碼調制技術。（3）極性碼應用前景：已完成Polar碼在AWGN信道上的應用研究，正在進行衰落信道上Polar碼的設計工作。第四，研究了：（1）移動性增強寬帶無線網絡容量和性能的機理。（2）不同中繼系統的容量區域。（3）快變信道下中繼策略與分集協作性能。（4）移動條件下網絡容量、網絡分集和傳輸時延的優化折中。第五，從干擾分析角度出發，研究了：（1）衰落特別是快變信道下小區、中繼與天線間的干擾分離與干擾避免技術：提出了高移動環境下基于酉空時調制的多小區聯合傳輸方案；基于干擾對齊技術，提出了基于宏分集技術的基站協作策略；將干擾對齊技術應用于兩跳的多中繼場景，獲得的傳輸方案在性能上優于現有技術；提出了基于天線選擇的SSK技術，避免天線間干擾，降低發射與接收機復雜度；提出了基于空間調制SM技術的多址接入方案，克服用戶間干擾。（2）車聯網系統中的認知無線電技術：提出了部分硬判決部分軟判決的頻譜感知融合方法，并獲得了新型惡意節點攻擊識別方法。（3）仿真平臺實現：設計了高鐵頻譜地圖、鏈路級、系統級仿真平臺總體架構，完成了主要模塊、功能文檔、接口定義以及編碼規范的設計編寫工作。第六，研究了：（1）高移動信道估計理論與算法。（2）OFDM預編碼、接收機與傳輸方案的設計。（3）干擾對齊和廣義Hamming重量的關系：得到了廣義Hamming重量判斷干擾可解問題。

關鍵詞：寬帶無線通信 網絡傳輸機理 信道容量 MIMO衰落信道 MIMO預編碼

Abstract：This project aims to establish the broadband wireless communication theory in high mobility and complex interference scenario. From the information theory point of view， we focus on the capacity of the broadband wireless communication network， and try to find the capacity-achieving network transmission mechanism and the strategies to deal with the interference. The details of the research are as follows. First； （1）the capacity of the stationary indecomposable finite state channel with or without feedback； （2）the capacity of the semi-deterministic relay channel. Second； （1）the service capacity of the MIMO fading channel； （2）the capacity-achieving strategies of the fading channel； （3）the capacity analysis of the mobile communication. Third； （1）the MIMO pre-coding schemes in the fading channel.（2）the coding and modulation technology of the fast varying channel； （3）the application of the Polar code. Fourth； （1）the capacity of the broadband wireless communication network； （2）the capacity region of the relay systems； （3）the performance of the diversity cooperation and relay strategies in fast varying channel； （4）the mobile network capacity. Fifth， （1）the research of adaptive modulation and channel encoding-decoding schemes in high mobility circumstance； （2）the research of the MIMO pre-encoding and the relay technology in high mobility circumstance； （3）the design of the transmission system of high speed railway. Sixth； （1）High mobility channel estimation theory and algorithm； （2）OFDM pre-coding and the design of the transmission schemes； （3）the relationship of the interference alignment and generalized Hamming weight.

Key Words：Broadband wireless communication； Network transmission mechanism； Channel capacity； MIMO fading channel； MIMO pre-coding

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