稳健的中继协作通信网络优化算法研究

中继协作通信网络作为4G后备技术近年来已在全世界获得了广泛研究。目前，阻碍中继协作通信网络进一步广泛应用的主要原因在于现有网络优化算法性能依赖难以获得的准确的信道信息，而少数对信道信息误差稳健的网络优化算法则存在以下局限：（1）多针对较简单的中继网络结构；（2）仅考虑高斯背景噪声；（3）信道信息误差仅采用高维球误差模型或仅考虑信道信息估计误差。针对上述问题，本项目拟开展以下研究：（1）发展适用于复杂MIMO中继网络的优化算法；（2）建立涵盖估计误差和反馈时延的信道信息误差模型、以现有的高维球误差模型为特例的高维椭球误差模型；（3）可抑制冲击噪声和混合噪声的中继协作通信网络优化准则；（4）基于上述误差模型和噪声抑制准则，结合现有及本项目提出的中继网络优化算法，发展对信道信息误差和复杂噪声联合稳健的中继协作网络优化算法。通过上述研究，推动中继协作通信网络的进一步广泛应用。

本项目开展稳健的中继协作通信网络优化算法研究的目标是突破现有的中继协作网络结构简单、CSI误差模型不够完善以及背景噪声拘泥于高斯噪声这些局限，发展对复杂背景噪声和CSI误差联合稳健的中继协作网络优化算法，提高现有中继协作网络技术的实用性。研究成果简介如下：一、复杂MIMO中继协作网络优化算法研究：考虑收发多天线多用户，多天线多中继的协作网络，在双向通信的条件下，通过三种优化准则对中继权值矩阵和接收均衡矩阵进行优化，从而实现对MIMO中继协作网络优化。这三种优化准则包括：1、在收发用户信噪比下界满足的条件下，基于zero forcing准则最小化系统总功率；2、在系统总功率一定的条件下，最大化收发用户的信噪比下界；3、在zero forcing准则约束下，在各中继功率受限的条件下，最大化收发用户的信噪比下界。此协作网络系统包含一对多天线的收发端和若干个多天线的中继节点。在第一个时间节拍，中继节点通过完全的CSI接收到来自两个收发端发送的信号。在第二个时间节拍，中继节点再把接收的信号转发给另一个收发端。最后通过ZF均衡器处理来还原出所需的信号。二、更完善的CSI误差模型研究：在CSI估计误差的基础上，考虑了信道反馈时延误差，并将二者结合给出了CSI误差模型的较完善描述。基于上述模型的条件期望最小均方误差算法可以用来设计最优算法。三、复杂噪声背景下中继协作网络优化准则研究：将冲击噪声建模成混合高斯和拉普拉斯分布，考虑到中继网络一般有多个中继节点，因而在接收端会出现多个冲击噪声的叠加，叠加后的冲击噪声分布较为复杂，本项目给出了混合高斯分布和拉普拉斯分布冲击噪声叠加后的概率密度函数，进而提出了冲击噪声背景下中继协作网络优化算法。四、稳健中继协作网络优化算法研究：考虑了由一个多天线的源节点，一个多天线的目的节点和一个多天线的中继节点形成的MIMO中继协作通信网络。此模型中不考虑从源节点直接传送信号到目的节点的链路，此外该信道模型考虑的是常见的复高斯变量。这里联合考虑信道时延误差和估计误差的CSI误差统计模型。基于该统计模型，通过最小化接收端条件均方误差准则实现中继协作网络的优化。受项目资助，一共录用/发表SCI期刊论文11篇，国际会议论文5篇，申请国家发明专利1项，培养在读硕士研究生2名。