高移動(dòng)性寬帶無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)理論基礎(chǔ)研究2012年度報(bào)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(dòng)、復(fù)雜干擾等場(chǎng)景下的寬帶無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)理論體系。以信息理論為主要基礎(chǔ)和重要手段，重點(diǎn)研究寬帶無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的性能容量限、逼近性能容量限的網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)理與干擾應(yīng)對(duì)策略。該研究2012年的研究進(jìn)展如下。第一，研究了：（1）未知信道參數(shù)場(chǎng)景下的信道容量；平穩(wěn)不可分解的不可控制有限狀態(tài)信道及其（前饋）容量和反饋容量。（2）接收端選擇錯(cuò)誤信道參數(shù)給系統(tǒng)性能帶來(lái)的損失，給出了帶正交發(fā)送分量的半確定性中繼信道容量；提出了高移動(dòng)環(huán)境下MIMO Y信道的多源信號(hào)協(xié)作通信干擾調(diào)度優(yōu)化方案，同時(shí)理論推導(dǎo)了系統(tǒng)自由度表達(dá)式和天線(xiàn)約束條件。第二，研究了：（1）MIMO衰落信道的服務(wù)量。（2）衰落信道容量逼近策略：通過(guò)引入緩存機(jī)制克服衰落信道時(shí)變和隨機(jī)特性，得到了保持緩存隊(duì)列穩(wěn)定的平穩(wěn)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(chē)載移動(dòng)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(yù)編碼技術(shù)；獲得的基于匹配加權(quán)信號(hào)泄漏噪聲比的多用戶(hù)預(yù)編碼算法。（2）快變信道下的高效編碼調(diào)制技術(shù)。（3）極性碼應(yīng)用前景：已完成Polar碼在AWGN信道上的應(yīng)用研究，正在進(jìn)行衰落信道上Polar碼的設(shè)計(jì)工作。第四，研究了：（1）移動(dòng)性增強(qiáng)寬帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容量和性能的機(jī)理。（2）不同中繼系統(tǒng)的容量區(qū)域。（3）快變信道下中繼策略與分集協(xié)作性能。（4）移動(dòng)條件下網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)分集和傳輸時(shí)延的優(yōu)化折中。第五，從干擾分析角度出發(fā)，研究了：（1）衰落特別是快變信道下小區(qū)、中繼與天線(xiàn)間的干擾分離與干擾避免技術(shù)：提出了高移動(dòng)環(huán)境下基于酉空時(shí)調(diào)制的多小區(qū)聯(lián)合傳輸方案；基于干擾對(duì)齊技術(shù)，提出了基于宏分集技術(shù)的基站協(xié)作策略；將干擾對(duì)齊技術(shù)應(yīng)用于兩跳的多中繼場(chǎng)景，獲得的傳輸方案在性能上優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)；提出了基于天線(xiàn)選擇的SSK技術(shù)，避免天線(xiàn)間干擾，降低發(fā)射與接收機(jī)復(fù)雜度；提出了基于空間調(diào)制SM技術(shù)的多址接入方案，克服用戶(hù)間干擾。（2）車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)：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(jié)點(diǎn)攻擊識(shí)別方法。（3）仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)：設(shè)計(jì)了高鐵頻譜地圖、鏈路級(jí)、系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)總體架構(gòu)，完成了主要模塊、功能文檔、接口定義以及編碼規(guī)范的設(shè)計(jì)編寫(xiě)工作。第六，研究了：（1）高移動(dòng)信道估計(jì)理論與算法。（2）OFDM預(yù)編碼、接收機(jī)與傳輸方案的設(shè)計(jì)。（3）干擾對(duì)齊和廣義Hamming重量的關(guān)系：得到了廣義Hamming重量判斷干擾可解問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：寬帶無(wú)線(xiàn)通信 網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)理 信道容量 MIMO衰落信道 MIMO預(yù)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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