多天线认知无线电网络中具有能量约束的干扰对齐算法研究

It is well known that there are grievous and complex interferences in cognitive radio networks. Interference alignment is an interference management technique described as confining the interference to a subspace of the received signal space such that an interference free subspace becomes available for the desired signal. Interference alignment promises new degrees of freedom that allow more parallel transmissions to take place within the same spectrum and free of interference from each other. Interference alignment is an effective solution to the interferences problem in cognitive radio networks. The project explores key techniques and algorithms of Interference alignment with energy constraint in MIMO cognitive radio networks to improve capacity and performance. Some highlights of the project include: (1) propose new interference alignment algorithms with both energy constraint and interference constraint; (2) give some advanced interference alignment algorithms for limited/partial Channel knowledge and imperfect Channel status information. (3) develop some novel interference alignment algorithms from collaboration between secondary users and primary users. (4) introduce cross-layer approach to interference alignment algorithms to overcome the problems of dynamic and complex interferences in a cognitive radio network.

认知无线电网络中干扰问题严重和复杂，干扰对齐/对准将所有干扰对齐到与信号空间正交的较小维度空间中，并可达到干扰信道的最大和容量。干扰对齐可以有效地解决认知无线电网络中的干扰问题，同时认知无线电网络中次用户的认知能力可以使干扰对齐发挥更好的效果，因此，研究认知无线电网络中的干扰对齐算法具有重要前景。针对多天线认知无线电网络中干扰问题的快速多变和复杂性，项目以干扰对齐方法为手段，开展同时具有能量约束和干扰约束的干扰对齐算法、部分信道信息缺失和不匹配条件下的干扰对齐算法、主次用户间协作的干扰对齐算法、基于跨层的干扰对齐方案等研究，从能量约束、信道特征、协作和跨层等多视角与多维度处理认知无线电网络中的干扰，其成果对系统解决多天线认知无线电网络中干扰问题具有重要的理论意义和应用价值。

认知无线电(Cognitive Radio，CR)网络中干扰问题严重和复杂，干扰对齐(Interference Alignment，IA)将所有干扰对齐到与信号空间正交的较小维度空间中，并可达到干扰信道的最大和容量。干扰对齐可以有效地解决认知无线电网络中的干扰问题，同时认知无线电网络中次用户(认知用户)的认知能力可以使干扰对齐发挥更好的效果，进一步认知无线电涉及较多处理导致能量受限，因此，项目开展了多天线认知无线电网络(CRN)中具有能量约束的干扰对齐算法研究。.针对多天线认知无线电网络中干扰的快速多变和复杂性，同时认知无线电涉及较多处理导致能量受限问题，首先，考虑对授权主用户(法定用户)的严格保护及能量约束下认知无线电传输要求，建立多天线认知无线电网络中系统模型和分析干扰形态；其次，以干扰对齐方法为手段，突破了非理想信道信息和能量约束下的干扰对齐算法、基于主次用户间协作与跨层的干扰检测和干扰控制算法、基于多天线干扰对齐的物理层安全算法等关键技术；进一步，从能量约束、信道特征、协作、跨层和安全等多视角多维度处理认知无线电网络中的干扰，构建一套解决多天线认知无线电网络中干扰和能量受限问题的干扰对齐算法与实施方案；最后，将算法与方案应用于新一代移动通信(5G/IMT-Advanced)网络和云存储(Cloud Storage)系统。其算法、方案和专利成果对系统解决多天线认知无线电网络中干扰和能量受限问题具有重要的理论意义和应用价值。.项目组在IEEE Transactions on Vehicular Technology、Wireless Personal Communications、Journal of Communications and Networks、International Journal of Distributed Sensor Networks、Electronics Letters、China Communications、电子学报、通信学报、电子与信息学报、中国科学（信息科学版）、系统工程与电子技术等国内外重要期刊发表高水平论文50篇(SCI期刊9篇、EI期刊40篇、中文核心期刊1篇)、CRC Press出版英文著作1章、获发明专利13项(授权5项、受理8项)；在项目研究过程中，锻炼和培养青年教师3名、博士研究生和硕士研究生27名。