MIMO认知无线电系统的最优线性联合收发机设计的统一框架研究

In the context of the Underlay Cognitive Radio system, this project attempts to propose the unified framework design schemes of different optimal linear joint transceivers resulted from different optimizaion crireria, for the cases of point-to-point single MIMO cognitver user transmission, multiple-point-to-point multiple cognitiver users multiple access channel (MAC) uplink transmission, multiple cognitiver users point-to-multiple-point broadcast channel (BC) downlink transmission and multiple-point-to-multiple-point interference channel transmission system, respsectively, based on joint utilization of majorizaiton theory, semidefinite programming, dual tranfromaion, enhanced Fritz John condtion, Polite water-filling Transformation, subgradient algorthm and so on. Consenquely, for each optimal linear joint transceiver imposed by some given optimization criterion, there exists a corresponding coninial form whithin the unified framework. Hence the design of optimal linear transceiver can be completely charaterized.

本项目考虑Underlay场景下的认知无线电系统，分别针对点对点MIMO单个认知用户通信系统、多点对点多个MIMO认知用户的MAC上行通信系统、点对多点的多个MIMO认知用户的BC下行通信系统、以及多点对多点多个MIMO认知用户的干扰信道通信系统，拟运用受控理论、半正定规划、对偶变换、增强Fritz John条件、礼貌注水，子梯度法等多项关键理论与算法，为不同的优化准则条件下的所推导的不同的最优线性联合收发机建立统一架构，从而使每一种最优线性联合收发机在统一框架内都能找到与之相对应的标准形式，从根本上解决线性联合收发机的设计问题。

本项目主要针对MIMO认知无线电系统中的授权用户和认知用户存在相互干扰时，研究如何设计MIMO联合收发机，从而有效抑制干扰，提高系统的性能。针对MIMO-OFDM认知无电系统，设计保护授权用户的认知用户的收发机，从而完全消除了认知用户对授权用户的干扰；针对MIMO授权用户和MIMO认知用户共存的情景，联合设计MIMO稀疏型收发机，从而优化系统的性能；针对MIMO认知异构网络，采用干扰对齐技术，设计了授权用户和认知用户的联合收发机，从而避免了授权用户和认知用户之间的干扰；针对认知无线电系统中的认知用户设计频谱聚合方案，在保证不对授权用户产生干扰的前提下，提升了认知用户的频谱效率；针对授权用户和认知用户协作的场景，设计了认知用户的频谱租赁方案，从而实现授权用户和认知用户的双赢；针对MIMO中继传输中的干扰问题，联合设计了收发机，从而优化系统的性能；针对MIMO中继传输，设计了最优的几何均值联合收发机；针对MIMO中继传输，设计了最优正交空时码联合收发机。本项目研究问题深入，成果丰硕，对相关领域的未来研究提供了有价值的参考。