基于导频提取技术的下一代无线网络性能优化研究

Wireless technologies received an explosive growth over the last two decades, and proved to be a prevailing direction of informatization. Compared with cellular network, wireless local area networks (WLAN) has the advantages of low cost, high data rate and flexible deployment. Thus it becomes the key technology for smart home, internet of things and vehicular networks. However, with the rapid growth of wireless users, and the user demand for high speed wireless services, the existing WLAN encounters performance bottlenecks. The fundamental reason is the overhead of control information, which greatly reduces the channel usage efficiency. .To solve the above problem, we propose a new cross-layer technique to extract available pilot signal. These new pilots are extracted from the data packet, and used to convey control information with minimum cost. Thus the transmission overhead is reduced, and the channel usage efficiency and the network performance is enhanced. We first investigate the theoretical analysis of pilot extraction technique. Then based on the extracted pilot, several network optimization schemes are designed, including error correcting and rate adaptation. Finally, we will implement pilot extraction technique and its network optimization schemes on software radio platform to verify its performance.

无线传输技术在近些年实现了跨越式发展，成为了信息化的主要方向。相比于蜂窝移动网络，无线局域网以其低成本、高速率、快速部署等优势，成为引领智能家居、工业物联网和车联网等信息产业发展的关键技术。然而，随着无线用户数量的急剧增加，无线服务对传输速率要求的大幅提高，现有的无线局域网发展遭遇瓶颈。其根本因素在于协议控制信息的传输代价过高，极大制约了信道利用率。.为了解决以上问题，本项目将研究一种新的导频提取技术，通过数据中的已知信息提取可用的导频信号，并将其转化为控制信息的传递媒介，从而降低控制信息的传输代价，提高信道利用率和网络性能。我们首先研究导频提取技术的基础理论和实现，在此基础上研究基于提取的可用导频的多种网络优化机制，包括纠错编码机制和速率自适应机制。最后基于以上优化机制，我们将搭建基于导频提取技术的原型系统和测试平台，并在该平台上进行算法评估和系统验证。

随着无线局域网技术的飞速发展，无线用户的数量呈爆炸式增长，使得现有的无线局域网技术面临着极大挑战。目前全球学术界和工业界都在深入研究如何提高无线网络的传输性能。本项目从无线网络的物理层信息入手，着重研究了基于物理层的导频提取技术，并基于提取的导频对上层协议进行优化，从根本上解决制约无线网络性能的难题，即降低控制信息的传输代价，从而提高无线网络的信道利用率，增强网络的整体性能。经过三年的工作，本项目研究主要完成：(1) 物理层导频提取和分析技术，成功发掘了物理层的可用控制信息，提高了数据传输效率；(2) 基于导频的纠错编码优化机制，成功解决了无线局域网编码效率低、编码准确性低的难题；(3) 基于导频的速率自适应优化机制，实现了信道质量与传输效率的强耦合； (4) 基于导频的QoS感知MAC优化机制，利用极低的代价解决了无线局域网多用户资源分配不均的难题。这些研究成果极大的降低了控制信息的传输代价，优化了无线网络传输的多种传输协议。本项目的研究成果也获得了国内外同行的认可，在项目期间发表（含录用）学术论文20篇，其中中科院JCR一区TOP期刊IEEE WCM (影响因子9.202) 1篇、IEEE IOT Journal(影响因子5.863) 1篇，中科院JCR 二区TOP期刊IEEE Network(影响因子7.230) 1篇、IEEE TWC(影响因子4.951) 1篇等， CCF推荐B类会议IEEE SECON 1篇、IEEE ICNP 1篇，CCF推荐C类会议IEEE ICC、IEEE Globecom 4篇等；授权中国发明专利6项、美国专利1项；获广东省科学技术奖（科技进步）一等奖1项、（技术发明）二等奖1项，CCF推荐B类会议IEEE SECON唯一最佳论文奖1项，国际会议MSN最佳学生论文奖1项。.总之，本项目的开展，从根本上提高无线网络的传输效率以及协议性能，实现高速、低耗、稳定的无线传输，为国家今后真正实现完全承载移动互联网的大规模应用和发展提供可靠的平台，为中国建设智慧型城市，实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用提供强有力的支持，解决民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动等各种需求，建立真正的智慧型城市。