基于认知与协作的绿色无线接入网络关键技术研究

结合认知技术的自感知、自配置、自学习等智能特点，以及协作通信能实现虚拟MIMO、获得空间分集、提高传输可靠性和系统容量的技术优势，针对目前无线接入网络静态规划和部署、网络资源浪费的问题，本课题提出基于认知与协作的绿色无线接入网络，并研究以下关键技术：1）基于环境感知与基站协作的动态小区管理技术，通过随机控制理论中统计最优化算法实现对小区布局的自适应控制，使得网络工作在最优状态；2）面向绿色接入的协作中继技术，包括能量感知的中继选择算法和能量高效的动态中继策略，从而降低网络的能量消耗；3）面向绿色接入的认知无线电技术，包括以低功耗为目标的频谱感知方案、频谱选择算法以及认知接入策略，通过无线传输参数的智能化配置，解决无线接入网络资源浪费的问题。本课题转变了传统通信网络以提高性能为设计目标的思路，而是以提高能量效率为无线接入网络的设计目标，致力于创新性的理论探索并预期具有潜在应用价值。

针对绿色节能无线接入网络涉及的关键问题，本课题提出了一系列创新方案和算法，并进行了理论分析和仿真验证，达到了预期目标。研究内容主要包括：1）针对目前移动网络静态部署和网络资源浪费的问题，首先提出了基于马尔可夫链的数据包级业务量跟踪模型，基于业务量模型提出了面向绿色节能的动态小区管理方案，针对基站休眠带来的网络覆盖问题，提出了基于动态协作的邻居基站协同覆盖策略，使得网络能在保证网络覆盖的前提下提高资源利用率、降低能量消耗；2）为了提高能源利用率和网络性能，本课题创新性地将协作中继技术应用于绿色通信领域，在以往的协作中继技术研究的基础上，提出协作中继网络中高效的协作方案、节能动态中继选择策略、一种改进的博弈论模型中继选择算法以及一种无线多跳中继网络中节能路由及功率分配方法，从而在保证高可靠性、高网络性能的前提下，提高能量利用率、减少电磁辐射；3）针对频谱资源紧缺的问题，同时考虑网络能耗的限制，本课题在以往认知无线电研究的基础上，引进提高能量利用率的绿色通信概念，从频谱感知、频谱分析、频谱决策、接入控制等几个认知的关键技术点入手，在感知算法和策略方面提出降低能耗的具体方案，包括基于置信度的协作感知节点选择算法、一种将粗感知与细感知并存的感知机制、面向节能的QoS保障的动态接入方案、基于非理想信道检测的认知无线电网络中能量感知频谱接入、基于双边拍卖的频谱交易机制、基于增强型学习的双边拍卖动态频谱接入算法以及基于后备信道与即时感知的频谱切换模型。从而优化认知能力，达到利用认知技术实现提高频谱利用率的同时减少网络能耗开销的目的。.本课题按计划顺利完成了各技术点的研究目标，基于相关研究成果，发表学术论文21篇（其中SCI已检索6篇、EI已检索8篇、EI待检索6篇、核心期刊1篇），申请发明专利9项（其中已授权2项），参与撰写和制定欧洲ETSI标准1项，出版专著1本，培养博士和硕士研究生27人，超额完成了预期目标。