下一代无线通信系统中协作通信以及中继技术的关键问题研究

无线泛在网络为人们提供了"无时不在"、"无处不在"的无线接入，在改善数字化生活和工作的同时，也对未来无线通信技术的发展提出了新的挑战。协作通信（Cooperative Communications）技术为满足上述挑战提供了良好的解决途径。然而，目前国内外学术界在该领域的研究主要关注于窄带简单协作通信网络结构，而对宽带复杂协作通信系统的基础理论与核心技术的研究明显不足，因而现有的研究成果远不能满足人们对无线接入的"泛在化、宽带化"的需求。本项目将重点研究并解决宽带复杂协作通信系统中的关键理论和核心技术问题，包括：①宽带复杂协作通信网络的信道建模与容量优化；②宽带多跳中继路由协作通信系统中的导频序列优化与高效参数估计算法设计；③复杂协作通信网络中的干扰建模与消除方法。项目研究成果将合理优化宽带多跳中继网络的信道容量，显著降低复杂网络中的干扰强度，从而有效提高无线泛在网络的链路质量与解调性能。

在国家自然科学基金委的资助下，自然基金面上项目《下一代无线通信系统中协作通信以及中继技术的关键问题研究（批准号61172050）》开展了一系列面向多中继协同通信系统的优化设计，在基础理论、关键算法设计与平台搭建等方面取得了一系列创新性研究成果。典型成果归结为以下3部分：（1）基础理论方面，深入研究多中继自组织网络中的仿生学算法，提出了基于仿生学的四个多中继网络组网机理与优化策略；研究多中继协作通信系统信道容量优化理论，提出了基于非实时信道状态信息（CSI）环境下利用部分信道状态信息进行中继选择时的速率与功率最佳适配信道容量优化策略；（2）关键算法设计方面，研究基于非实时信道信息的中继选择算法，提出了“认知用户利用部分信道状态信息选择固定增益中继协作通信策略”以及“优化信道容量的次优功率分配策略”，并设计了基于3GPP LTE系统的低复杂度PSS同步算法；（3）平台建设方面，搭建了无线接入网络系统级仿真平台，支持3GPP LTE以及多跳中继协作等新技术，并基于OMNeT++网络仿真工具建立了多跳中继自组织仿真平台。研究成果共计发表学术论文22篇，其中包括IEEE Communications Surveys & Tutorials、IEEE Wireless Communications、IEEE Transactions on Vehicular Technology、Science China Information Science、China Communications等SCI收录11篇以及国际会议ICC、ICASSP等，最高影响因子6.806，并分别获得IEEE ICCT2012与IETICT2013获得最佳论文奖。本项目申请专利6项（其中，已授权3项），培养博士生1名、硕士生8名，达到了项目的预期目标。