面向超密集无线组网的干扰利用与协同优化研究

To provide ubiquitous connectivity for smart city, Ultra-dense Network (UDN) has been promoted. It is believed that UDN holds tremendous potentials to facilitate wireless networking in smart city. However, as the proliferation of heterogenous terminal devices and the explosion in the wireless data traffic, interference amid terminals becomes a great issue. We need new wireless networking technologies for interference utilization and cooperation, so that we maximize the resource efficiency. To break this stalemate, we investigate the architecture of interference management for UDN. We shed light on design principles and key challenges and introduce PHY layer multi-dimension interference sensing. Based on interference sensing, we propose current transmission via adjacent channel interreference, and non-orthogonal multiple access via co-channel interference. Finally, we present hybrid MAC, to find the best correlation between ultra-dense network environment and interference cooperation in space, time and frequency domain. By reaping the benefits of interference, the network usage efficiency can be maximized. This project paves the way for interreference cooperation in UDN and pushes forward the wireless city development.

超密集组网作为构建下一代无线城市的关键技术之一，为加快智慧城市的泛在互联提供了有力支撑。然而，随着超密集组网拉近接入点与终端设备的距离，终端之间的干扰也呈井喷式发展，成为制约用户泛在互联体验的最大挑战。目前亟需解决超密集组网带来的干扰雪崩问题，在有限频谱资源条件下大幅提升无线网络的资源利用率。为此，项目将系统的研究面向超密集无线组网的干扰利用与协同优化体系，将干扰变废为宝，最大化利用干扰进行并发传输。项目首先从干扰本质出发，通过探讨无线干扰理论的深层次机理，建立基于物理层信息的多维干扰源感知模型。在此基础上，提出基于临信道干扰的并发传输技术和基于同信道干扰的非正交多址接入技术。最后，通过设计基于时频空三维干扰的混合MAC资源优化协议，实现超密集网络环境与干扰协同的动态紧耦合，通过对干扰的有效利用，提高网络资源的利用率。项目可实现超密集组网下干扰协同的理论创新和技术突破，推进无线城市发展。

随着超密集组网技术拉近了接入点与终端设备的距离，终端之间的干扰也呈井喷式发展，成为制约用户泛在互联的最大挑战。本项目从干扰的本质出发，通过研究无线干扰理论的深层次机理，建立干扰感知、超密节点协同、时-频-空干扰优化的耦合关系，从根本上解决超密集组网资源短缺的问题。经过四年工作，本项目研究主要完成：(1)基于物理层的多维度干扰感知模型，在空间和频域上建立干扰资源和网络环境的耦合关系，为干扰管理提供度量信息；(2)基于临信道干扰的并发传输技术，利用部分重叠信道的冲突不均匀特性进行干扰净化，成功解决了临信道的干扰难题，提高资源利用率；(3)基于同信道干扰的非正交多址接入技术，利用自适应载波编码建立新的非正交复用维度，成功解决了同信道的干扰难题，提高频谱复用效率；(4)面向超密部署的时-频-空多维干扰的混合MAC资源优化体系，成功解决了干扰资源多维度并发利用的难题，提高无线网络资源的利用率和网络容量。这些研究成果极大的优化了超密集组网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15篇，其中中科院JCR一区TOP期刊IEEE WCM (影响因子9.202) 2篇、IEEE IOT Journal(影响因子9.515) 1篇、IEEE Network(影响因子7.230) 1篇等，CCF推荐A类期刊TMC 2篇、《计算机研究与发展》1篇，CCF B类推荐期刊TOSN 2篇，CCF推荐A类会议MobiCom 1篇、UbiComp 1篇，CCF推荐B类会议SECON 1篇，CCFC类推荐会议Interspeech 1篇等；授权中国发明专利25件、欧洲专利1项，签订2项专利实施许可合同，实现成果技术转移金额15万人民币；获中国专利奖优秀奖(排名第二)1项和广东省专利奖优秀奖(排名第二)1项，以及ACM SIGAPP新星奖1项。.总之，本项目的开展，从根本上提高超密集组网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。