阵列化极宽频无线通信处理的关键技术研究

The enhancement of wireless network communication performance has always been the focus which is widely concerned in academia and industry. According to Shannon theorem, the communication rate is limited by its bandwidth and SNR of channel. Most recent researches based on OFDM, MIMO etc. are committed to improving SNR of channel, or optimizing the efficient of transmission to enhance the wireless communication performance. And the magnitude of enhancement has its restriction. This application start from breaking through the wireless network communication performance restrictions on fixed bandwidth, explores a new mechanism that take advantages of scalable bandwidth wireless channel to enhance the wireless communication performance, design a scalable frame of wireless communication, provides innovative ideas on new generation wireless communication process. For the limitation that wireless terminal works under the fixed bandwidth, Scalable bandwidth wireless signal processing technology implemented in using fixed and limited bandwidth wireless communication terminals is proposed innovatively, and technical solutions of hyper-wideband wireless signal processing are elaborated. For the requirements of high-performance hyper-wideband wireless signal computing, array-based scalable computing frame is designed. The anticipated achievements of this application are expected to provide original innovative technological breakthroughs for high-performance wireless communication. It has important theoretical significance and application prospects.

无线网络通信性能的提升，一直是学术界和产业界广泛关注的焦点问题。根据香农定理，无线信道的通信带宽受限于其频宽和信道上的信噪比。当前基于OFDM、MIMO等技术开展的研究工作，大多是致力于以提高信道信噪比、优化传输效率的方式提高无线通信性能，其性能提升空间日趋有限。本项申请从突破固定频宽对无线信道通信性能的限制入手，探索利用可扩展频宽的无线信道以大幅提升无线通信性能的新机制，设计可扩展的无线通信框架，为新一代无线通信的发展提供了创新思路。针对当前无线通信终端只能在固定频宽条件下工作的局限性，我们创新性地提出了利用固定、有限频宽的无线通信终端实现可扩展频宽的无线信号接收技术，给出了极宽频无线信号接收的技术方案；针对极宽频无线信号的高性能计算需求，设计了阵列化、可扩展的计算框架。本项申请的预期研究成果，有望为高性能无线通信提供原始创新性的技术突破，具有重要的理论意义和应用前景。

现代社会正在快速迈进无线时代，不断发展的无线技术和越来越多的无线终端推动着无线通信不断渗透到社会生活的各个领域，也在我们的社会生活中扮演着越来越重要的角色。为满足不断丰富的应用需求，无线通信呈现出高速化、高性能化的趋势。为满足高性能、可扩展的需求，本项目提出阵列化极宽频无线信号处理的新方向。我们的基本思路是，基于软件无线电，分离信号截获与信号处理的过程；然后借鉴高性能计算的并行化思路，通过接收设备的阵列化提供极宽频的信道感知与信号接收能力，通过计算的并行化提供很高的信号处理能力，从而建立面向极宽频通信的新型无线通信处理架构。根据以上思路，本项目申请的研究工作将主要包含以下几个方面的内容：1、阵列化极宽频通信系统中的高效并行传输机制设计。2、阵列化极宽频通信系统中信道分配与交汇机制研究。3、基于阵列化极宽频通信系统的人体行为感知技术研究。.课题组经过刻苦攻关，取得了下面几方面的成果：.基于干扰消除的无线网络系统设计。系统研究了利用干扰管理技术提高无线并发通信性能的关键技术：在支持干扰管理技术的无线网络中，研究建立新的干扰模型及信号接收模型，使其满足无线网络并发通信的需求、约束与目标；基于干扰管理技术，设计、优化无线网络并发通信传输协议及调度算法。.通过更强协调提高无线网络的数据传输效率。提出了一个方法RAC，即接收者有意识地参与竞争，允许接收者以协助信道的争夺，以实现高吞吐量。.无线网络频域与码分结合的信道竞争。我们提出了一种新的信道竞争机制FC-MAC，它有效地降低信道竞争的时间开销。其基本思想是在多载波多天线的网络中，联合使用频率与码分两类资源。.极宽频通信中盲信道交汇机制设计。盲信道交汇通过给每个用户分配一个序列，根据序列进行频率跳转，当发送者与预期的接收者跳转到同一个信道上就实现了两个用户间的通信。我们针对性的设计了基于盲信道交汇的网络层协议，实现跨层优化，提高系统通信效率。.提出了基于无线信号的动作质量分析技术。通过分析接收到的无线信号的变化特征，检测人体运动状态，并成功运用到疲劳驾驶的检测当中。.通过本项目的研究工作，课题组在构建阵列化极宽频通信系统中取得了若干关键技术成果，研究了极宽频条件下高效通信机制和方法，为进一步提升网络容量，提高网络性能奠定了基础，同时探索了基于极宽频信号的人体行为感知，具有广阔的应用前景。