宽带M2M通信系统的信道认知与估计技术

围绕宽带移动终端对移动终端（M2M）通信链路的鲁棒性和高效性需求问题，充分利用信道统计特性、多维稀疏性，研究适合M2M通信系统的信道认知与估计理论。课题重点针对符合实际场景的宽带M2M信道模型，解决两个相关问题：一是如何利用新的M2M信道特性，提高通信链路的可靠性和传输效率？二是如何评价一种非理想信道估计是否满足设计需求？即基于规则几何随机信道模型，研究相关的定量误差性能分析方法、M2M信道认知与估计方法、最优训练设计理论三方面主要内容。课题的创新点在于应用等效处理手段，将M2M信道特性和信道认知技术结合，以提升M2M通信系统性能；课题的创新点还在于将M2M信道特性和新颖的压缩感知理论相互融合，探索可突破通常M2M通信系统性能限的压缩信道估计理论。课题完成可促进宽带无线通信、移动自组织网、机车间通信等领域的技术发展，并有助于在相关标准化进程中提出具备自主知识产权的关键技术提案。

本项目围绕如何增强宽带移动终端对移动终端（M2M）通信链路的鲁棒性和高效性的问题，从信道建模与特性分析、信道认知估计算法与估计误差影响分析、基于移动中继的协作M2M系统设计与性能分析等方面展开系统的研究。一方面，针对如何利用新的信道特性提高通信链路的可靠性和传输效率问题，课题：（1）在双环椭圆M2M信道模型的基础上，利用其稀疏特性和压缩感知理论提出了新的压缩信道估计算法和训练信号图样，较传统信道估计方法，需要更少的插入导频且具有更高的估计精度，从而提高了利用率和链路可靠性；（2）结合分布式技术的发展，课题基于衰落信道假设，首次分析推导了基于移动中继的协作M2M通信系统的理论分集性能，为进一步具体设计提供了可靠的理论参考，包括放大转发、译码转发以及选择转发等不同中继转发协议、等增益合并和最大比合并等不同合并方式、以及单中继或多中继等不同场景；研究中提出了一些适用的理论分析方法，包括一种概率密度函数近似的放大转发M2M理论分析方法、基于矩母函数分解的误符号率分析方法、最优功率分配方法等。理论分析结果表明：协作M2M系统在重叠衰落信道假设下，会造成一定的性能损失，但仍然可以获得类似常规衰落信道的分集增益；（3）研究基于分布式空时码提高系统分集增益，并考虑双向通信进一步提高链路效率，首次提出了基于双天线中继的最优重叠分布式空时码设计，较传统的分布式空时码，仍然具有全分集特性，并可获得更高的编码增益，理论和仿真结果证明了设计的有效性；课题同时提出了一种基于“唯一分解对”的协作调制方式，用于两发一收系统，较经典的Alamouti空时块码，在高阶调制方式下，具有更高的编码增益性能。另一方面，针对如何评价一种非理想信道估计是否满足设计需求问题，课题基于高斯信道估计误差假设，推导了信道估计误差对协作系统的性能影响，理论及仿真结果表明：信道估计误差会造成错误平层，可以通过多中继辅助有效降低估计误差影响。.课题完成了两个相关软件平台：一是基于MATLAB的M2M关键算法仿真平台，用以评估理论分析结果；二是基于VC的LTE链路仿真平台，用于验证提出算法对系统性能的影响。课题组发表了多篇高质量论文，并对相关成果申请了软件著作权和技术专利。课题研究成果对下一代无线通信网、机车间通信、无线自组织网络等领域的发展具有促进作用，有助于在下一代相关标准化制定进程中提出具备自主知识产权的关键技术提案。