60GHz毫米波通信系统关键技术研究

60GHz无线通信技术以其高达5GHz带宽、免许可特性及高保密性成为短距离高速传输最具竞争力的技术，其广阔的应用前景必将对社会生活各领域产生巨大的影响。本项目作为一种应用基础研究，将分别从非相干接收机设计、空间复用方式和MAC帧设计三方面展开对60GHz相关技术的探索与研究。首先，研究一种全新的基于模式识别的非相干接收方案，希望在没有信道估计情况下亦能正确解调信息,且具备良好稳健性；其次研究基于多波束智能天线空间复用模式，拟将Rosenbrock优化算法应用于波束搜索过程，以期有效降低波束搜索耗费的时间复杂度；最后针对MAC帧设计探索相应的改进方案：通过在MAC层中设置不同优先级别的延迟B-ACK来提高网络吞吐量，以及采用自适应超帧来提高网络灵活性。本项目研究成果将有助于推动60GHz关键技术的突破，为我国60GHz的标准化工作提供参考方案和理论依据，对中国标准的制定将起到一定的促进作用。

60GHz无线通信技术以其高达5GHz带宽、免许可特性及高保密性成为短距离高速传输最具竞争力的技术，其广阔的应用前景必将对社会生活各领域产生巨大的影响。本项目从新型宽带信号非相干接收技术、基于预定义波束码本的相控阵天线波束形成、毫米波系统信号功率控制与MAC接入等几个方面展开了深入研究，并取得了重要成果：.（1）本项目基于模式识别的原理与思想提出了新型非相干接收方案。首先从协方差矩阵入手，设计了接收信号的特征谱，并提出了一组信号量化特征值，将密集信道下的接收信号映射到高维信号特征空间，由此将信号的非相干检测建模为模式分类问题。基于该模型，分别提出了基于模糊C-均值聚类和蚁群聚类的盲信号检测算法，前者具有较快收敛速度和较低计算复杂度，后者则具有更加优良的检测性能。.（2）本项目针对基于预定义波束码本的波束形成系统，提出了快速波束搜索技术。以收发双方的波束编号为自变量，以接收信号的信号噪声比为目标函数值，将波束搜索问题建模为无约束最优化问题，并为避免优化搜索算法陷入局部最优值，本项目结合Rosenbrock与Powell直接搜索技术提出了逐步细化的快速波束搜索算法。该算法利用宽窄波束逐步缩小搜索范围，以对数级搜索时间复杂度收敛于全局最优点。.（3）考虑采用离散相位移相器的相控阵天线，针对不同的阵列天线规模，本项目提出了N相位波束码本设计方案，该方案适用于多种规模的相控阵天线，并可根据系统的设计复杂度来生成不同规模的码本空间。此后本项目利用天线的辐射因子建立无约束优化问题，提出了任意波束码本设计方案，并设计了适合于快速波束搜索技术的波束码本。该码本可利用全部相控阵天线单元产生不同宽度与形状的波束码本，以满足不同应用场景的需求。.（4）本项目针对多波束智能天线空间复用资源管理，提出一种ER算法与功率控制相结合的改进的时隙分配方案。通过在ER算法中加入功率控制，并根据信道质量合理分配ER半径，该方案能够获得更好的空间复用效果，改善了信道容量。此后，基于自适应帧聚合提出了新型MAC多播协议，该协议以误包率作为信道质量标志，并调整聚合帧中子帧的大小，最终实现网络吞吐量的最大化。最后，基于非合作博弈论，提出了一种多用户功率控制算法，该算法通过设计系统的效用函数与代价函数，能够实现在满足系统QoS需求前提下的最低信号发射功率，有效降低了网络的共道干扰，提升了网络的容量。