并行信道系统中面向统计QoS 保障的动态无线资源分配研究

随着无线通信需求的不断增长，如何有效的使用有限的无线资源为用户提供所需的服务质量（QoS），已成为无线网络发展迫切需要解决的问题。动态无线资源分配由于能够有效提高系统的频谱效率而广受关注，然而现有基于瞬时网络状态的无线资源分配策略难以为用户提供确定的QoS 指标，难以在实时业务中应用。本项目针对这一问题，首先从影响物理层传输过程的关键因素入手，建立适用于统计性能分析的动态资源分配模型；进而利用有效容量理论，从QoS 性能保障和瞬时性能优化两个角度出发，建立联合统计网络状态信息（NSI）和瞬时NSI优化的跨层传输和资源分配框架；最后基于该框架，针对包含实时性业务的多用户并行信道无线通信系统，研究联合统计NSI和瞬时NSI的资源分配策略，建立既能够有效利用瞬时NSI优化频谱效率，又能够提供确定时延QoS 指标的动态资源分配解决方案。

本项目基于申请时所确定的研究思路和技术路线，围绕无线通信系统中面向服务质量（QoS）保障的无资源分配和传输等关键技术展开研究。项目首先针对现有基于瞬时网络状态的无线资源分配策略难以为用户提供确定的QoS指标的问题，建立适用于统计QoS分析的动态资源分配模型。以此为基础，对认知无线电系统、多天线系统、大规模多天线系统以及异构网络和多向中继系统中的相关技术进行了深入研究，具体如下：.1.针对认知无线电系统，考虑到在传统能量检测方法中，检测门限通常被设为一个固定值，本项目通过分析表明这一方法不能获得最佳传输性能。针对这一问题，我们提出了一种根据认知用户的瞬时信道状态动态调整能量检测门限的方案。进而，项目基于有效容量提出了具有保障用户传输时延的动态功率分配算法。.2.针对多天线系统，提出了一类基于接收矢量估计的分布式协调波束赋形方案，该方案通过在基站间共享少量信息实现对接收矢量的估计，进而将其引入到发送波束赋形矢量优化中以提升性能。此外，针对协作多天线系统，提出一种能够保障用户信息安全的物理层保密协作预编码策略。.3.针对大规模多天线系统，分析了在天线数量有限时大规模多天线系统的上行传输性能，推导出考虑导频开销时的上行链路频谱效率的闭式表达，并在此基础上讨论了基站天线数目和服务用户数目对系统性能的影响。进而，针对导频污染这一大规模多天线系统中的固有问题，提出了一种应用于导频时移机制下的分布式协调波束赋形方案, 该方案一方面能够提高信道估计精度，另一方面能够在保证有用信号接收质量的前提下抑制小区内干扰，从两个方面着手提升系统的频谱效率性能。.此外，项目还对多向中继系统及异构网络中的波束赋形、天线选择及资源分配技术进行了研究。基于上述研究，发表学术文章11篇，申请国家发明专利6项。