全双工认知无线电的位置优选研究

Compared with the traditional Time Division Duplex (TDD) and Frequency Division Duplex (FDD) cognitive radio, Co-time Co-frequency Full Duplex Cognitive Radio (CCFD-CR) gets better performance in frequecy efficiency and spectrum sensing reliability, since spectrum sensing and data transmission can be done in the same frequency and at the same time. In the traditional cognitive radio mobile communication network, location will impact the transmission loss, channel correlation, etc. And then it will further impact the performance of spectrum sensing reliability, network capacity, and so forth. There is no literature available on the optimal location in CCFD-CR.. This project focuses on following aspects in the CCFD-CR:. (1) Study the relationship between the optimal location and cell layout in different service type.. (2) Discover the relationship between the antenna location and the self-interference cancellation.. (3) Develop the location-based spectrum sensing scheme.. (4) Analyze the method suitable in the optimization of antenna and base station locations in engineering application.. (5) Provide the constraits among the network performance and the corresponding spectrum sensing scheme, antenna location, and base station location.. This project will promote the development of CCFD-CR, and is also of theoretical and economic value in the popularization and application of CCFD-CR.

同时同频全双工认知无线电与传统时分双工(TDD)或频分双工(FDD)认知无线电相比，频谱感知与数据传输同时同频进行，频谱效率与频谱感知可靠性均能得到提升。在传统认知无线电移动通信网中，不同的位置布局，将产生不同的传输损耗、信道相关性等信道随机特性，从而影响频谱感知可靠性及网络容量等性能。针对全双工认知无线电的位置优选机制，目前还没有文献报道。. 本项目将研究全双工模式下，认知无线电的位置优选与不同小区形式、不同业务模型之间的关系；探索全双工认知无线电的天线位置与自干扰消除能力的关系；研究与位置有关的频谱感知新算法；分析适合工程应用的天线及基站位置优化方法。揭示网络性能与对应频谱感知算法、天线位置、基站位置间的约束机制。. 该项目将促进同时同频全双工认知无线电技术的进步，对同时同频全双工认知无线电的普及与应用，具有理论与经济价值。

同时同频全双工是5G技术之一，项目目标是探索全双工模式下认知无线电网络的位置布局、自干扰抑制技术及影响。.项目围绕全双工认知无线电的位置优选技术，发表了论文9篇(其中IEEE期刊论文3篇)，录用论文2篇，授权和申请发明专利12个(国内授权2个，国际授权1个)，培养了7位硕士生、1位青年教师。项目开展全双工模式下的认知无线电位置技术研究，提出位置优化技术及自干扰抑制技术，完成实验验证：.(1)研究不存在大型障碍物的一般场景下，全双工认知无线电网络的次用户基站位置优化问题。研究发现残余自干扰强度在一定范围的变化，不影响次用户基站的最优位置。但是，随着残余自干扰强度的不断增大，次用户网络的覆盖面积将不断减小，当残余自干扰强度超过门限时，次用户网络的覆盖面积将急剧减小。.(2)研究大型障碍物场景下，全双工认知无线电网络的次用户基站位置优化问题。存在大型障碍时，次用户网络的覆盖范围区域可以划分为阴影覆盖区域与非阴影覆盖区域两部分。如果次用户基站位置固定，随着障碍与主用户之间的距离d增加，次用户网络覆盖范围减小，同时次用户基站的最优位置会远离主用户。此外，随着距离d不断增加，次用户基站最优位置将接近一般场景下最优位置。.(3)研究全双工认知无线电网络的天线位置优化问题。基于天线自干扰抑制，推导出最佳接收天线的位置为双曲线与横坐标交点。进一步基于接收功率最大化，发现2000MHz频率下发射天线最佳位置为3R/80附近处，R为小区半径。同时分析了位置偏差的影响。.(4)研究自干扰抑制对全双工认知无线电的频谱感知影响。研究分析数字自干扰抑制分别采用RLS算法和SGD算法时，频谱感知性能的差异。RLS算法遗忘因子增大，检测概率随之增加。SGD算法步长减小，检测概率增加。RLS算法比SGD算法得到更优的频谱感知性能。.(5)研究发现全双工自干扰抑制技术会影响位置信息的准确度，进而对自干扰抑制关键技术进行相关研究，包括：射频反馈通道隔离度对自干扰抑制技术的影响及解决方法；发射信号调制波形对全双工自干扰抑制性能的影响；有用信号对自干扰抑制的影响及解决方法；全双工认知无线电系统导频图案设计；全双工认知无线电系统协同干扰消除；射频干扰消除降低放大器噪声系数影响的方法等。