基于空域资源的认知无线网络接入理论及技术研究

通过WiFi、WiMAX和3G等无线接入技术，各国都建设了城市主要地区的宽带无线接入网，用户通过无线接入点以竞争方式接入，导致热点区域碰撞加剧，频谱利用率降低，通信质量下降，同时日益增长的高速率及大容量多媒体信息传输，使得无线频谱资源问题愈加突出，成为制约未来宽带无线通信发展的瓶颈，迫切需要寻找解决频谱资源严重短缺的有效途径，而在某些授权频段，大部分频谱空闲，频谱利用率极低。本项目基于认知无线电中借道授权频谱的原则，在WiFi网络无线接入点中引入分布式天线的架构和无线传感协同定位技术，通过研究基于空域资源的认知无线网络接入理论与技术，主要包括分布式天线多用户定位协作频谱感知技术的理论和基于空域资源的认知无线MAC协议，用以提高频谱感知检测数据可靠性和在不干扰授权用户条件下充分利用授权频谱资源，达到大幅度提高网络传输速率、传输质量和网络容量的目的。

本项目主要通过研究基于空域资源的认知无线MAC协议，包括分布式天线多用户定位协作频谱感知技术的理论和基于空域资源的认知无线MAC协议，用以提高频谱感知检测数据的可靠性和在不干扰授权用户条件下充分利用授权频谱资源，达到大幅度提高网络传输速率、传输质量和网络容量的目的。项目的研究成果1.在认知网络中引入分布式天线，并在网络中增加中继，研究低秩视距分布式天线中继系统容量，得出在发送和接收端中，阵列天线的距离和角度，中继节点的位置都对MIMO分布式天线系统的容量产生一定影响,相关结果发表在IET COMMUNICATIONS期刊上。2.在分布式认知无线网络中充分利用空域资源，研究基于空域资源的频谱感知和定位技术，提出基于频谱复用和分簇协商的CFMAC协议和认知无线异步流水线MHC-MAC协议，可提高频谱检测概率和频谱利用率，成果发表在MATHEMATICAL AND COMPUTER MODELLING 期刊（SCI检索JCR2区）。3将多天线无线定位和功率控制技术引入HC-MAC改进协议中，设计多天线异步认知多信道MAC协议（Multi-Antenna Asynchronous Cognitive MAC, MAAC-MAC），通过多天线对PU进行定位以提高频谱资源感知检测的性能，通过功率控制在不干扰PU的条件下充分利用授权频谱，提高传输速率及传输质量。相关成果发表在Intelligent Automation Soft Computing[SCI]期刊上。4.设计基于空域资源的认知无线MAC协议上，提出室内分布式多输入多输出（MIMO）系统通过在发射端利用角域信息构造信道信息矩阵进行天线选择优化功率分配，利用室内分布式MIMO提供额外的空间自由度增益和多天线分集增益，可显著提高系统信噪比，增加系统的频谱资源利用率和稳定性, 成果发表在Journal of computers期刊上（EI检索）和两个发明专利授权。5.基于空域资源的认知无线电接入方案和协议，研究了多用户MIMO-MAC协议，在认知无线网络中引入分布式天线，研究了分布式天线选择算法，提出Ad-hoc与有中心模式共存的异构网络架构和基于分布式天线的同步MAC（DAHCWNS-MAC）协议，进行了数学建模以及性能仿真，。表明用分布式天线进行频谱感知与数据传输，可提高频谱感知的性能，扩大原单跳网络中节点的通信范围。