异构无线网络分布式盲区检测及信号增强技术研究

Femtocell technology provides infrastructure support to solve blind area coverage. But at present, the research on deployment and management of Femtocells still focuses on enhancing signal coverage on a specific area, instead of coordinating several Femtocells to recognize blind area and realize effective coverage. In this research project, distributed signal processing will be used as a main technical method. First of all, the research group will propose a method, distributed consensus compressive sensing, to realize distributed information acquisition and exchange. Then, the method of fitting surface reconstruction of unorganized data points is studied to distinguish obstacles and construct blind area. After that, the strategy of distributed network deployment based on Q-learning will be considered so that the signal in blind area can be enhanced. Finally, based on distributed Bayesian filter, coordination and handover will be studied to provide lower delay and lower outage probability. By this research project, blind area can be effectively recognized and signal enhancement can be realized for specific space, so user experiences can be effectively improved.

Femtocell技术的运用为解决盲区覆盖提供了有力的基础设施支撑。但是目前，Femtocell的部署与管理方面的研究更多地是停留在改善某个特定区域的信号覆盖质量上，国际上尚没有提出切实可行的方法来协调多个Femtocell从而实现对盲区的识别与有效覆盖。本课题将以分布式信号处理为主要技术手段，首先研究基于共识压缩感知的分布式信息采集方法，解决分布式信息采集与交换问题；然后研究基于散乱数据空间重建的分布式盲区重构方法，解决遮挡物识别和盲区重构问题；接着研究基于Q学习的分布式网络部署策略，解决盲区内信号增强问题；最后研究基于分布式贝叶斯滤波的协作与切换方法，解决低延时和低中断概率的通信问题。通过本项目的研究，可以实现对盲区的有效检测和对特定空间的信号增强，从而有效提升用户体验。

针对5G采用毫米波等更高频段电磁波，因而信号衰减更快，室内盲区现象更为严重的问题，本项目重点研究异构无线网络分布式盲区检测和信号增强技术。主要研究内容体现在以下几方面：1）首先提出了分布式场景下的量化Gossip算法，并对该算法的收敛性和收敛速度进行了理论分析，该项研究内容为本课题的分布式信息采集、分布式信号增强和分布式协作定位提供了理论支撑。2）提出了基于高斯过程回归和分数傅里叶变换的盲区检测和重构算法，可以有效缓解多径对盲区检测结果的不利影响，仿真和演示验证证明了该方法的有效性。3）提出了基于障碍物位置、尺寸和材质自动识别的异频盲区重构算法，从而可以利用成本较低的低频段设备进行室内盲区检测，进而反演到高频段的室内盲区结果，减低测试成本，仿真分析表明了该方法的正确性。4）提出了保证用户公平性的盲区信号增强算法，通过Macrocell和Femtocell双层异构网络的功率控制，可以在满足通信质量要求的前提下保证区域内用户SINR的公平性，从而提升网络覆盖范围内用户的信号质量。5）研究了基于Cell-Free Massive MIMO架构的用户位置预测、信道预测、上行合并、下行预编码和功率控制等技术。通过所有AP给所有用户服务的新型架构引入，从而从根本上解决小区切换问题，在此基础上对成功传输概率进行了理论分析。本项目的相关研究对于探索室内信号覆盖和信号增强具有指导意义，并且通过Cell-Free Massive MIMO等分布式天线系统架构的引入，有效规避了小小区间越区切换问题，提升了用户体验，具有一定的科学研究价值。本课题的相关成果已经应用于国家重点研发计划项目的子课题中，取得了较好的演示验证效果。