认知无线电中主动探知技术的研究

In cognitive radio, the channel information between primary and cognitive users and that between primary users is critical for spectrum sharing, which enables the coexistence between the two kinds of users. It is very hard and becomes a bottleneck for cognitive user to obtain those channel information distributedly. To deal with the issue, this proposal intends to investigate a proactive probing technique without the need of communication between primary and cognitive radios. First, primary receiver probing will be studied from the prospective of detection. The optimal probing signal and its detector will be designed, where the corresponding performance will be provided. Second, the channel information between primary and cognitive users and that between primary users will be obtained from the prospective of estimation. Different estimators will be proposed and the low bound of estimation error will be analyzed as well. Finally, the application of proactive probing in femtocells will be developed from the prospective of implementation. In particular, the interference management enhanced by proactive probing will be considered. .The results of this proposal will enable the coexistence between primary and cognitive users at the same time, in the same frequency band, and in the same area, which significantly expands the applications of cognitive radio. The results can also be applied to distributed base station cooperation in multi-cell networks, where the overall system performance can be improved by obtaining channel information from adjacent cells.

认知用户与主用户之间无线信道，以及主用户收发机之间无线信道的分布式获取是制约认知无线电进行频谱共享，实现与主用户共存的主要技术瓶颈。本项目拟研究在认知用户与主用户不交换信息的前提下，获取这两类信道信息的主动探知技术。首先从检测角度研究主用户接收机的主动探知技术，给出最优探测信号和检测器的设计方法及性能；然后从估计角度研究认知用户与主用户之间，以及主用户收发机之间信道增益的主动探知技术，设计获取不同估计量的估计器并分析估计误差的下界；最后从应用角度研究主动探知技术在分布式家庭基站中的应用，特别是基于主动探知的分布式干扰管理技术。.本项目研究成果可以使认知用户与主用户进行同时同频同区域共存，将极大扩展认知无线电技术的应用场景。另外，研究成果还可以用于未来移动通信中的多小区分布式协作，通过分布式获取相邻小区信息来提高整个系统的性能。

本项目以认知无线电系统为背景，在认知无线电用户与主用户之间无信息交互的情况下，研究如何检测主用户接收机、如何估计认知用户与主用户接收机之间的干扰信道增益信息、以及如何基于检测估计结果进行干扰管理的新技术。针对接收机检测技术，提出利用主用户发射机信号进行接收机检测的新思路，分析了接收机检测的机理，获得了有效可行的检测算法；针对干扰信道增益估计技术，提出利用全双工中继进行“无干扰”主动频谱探知的新方法，分析了中继转发与主用户通信之间的关系，得到了有效的估计算法；针对认知用户对主用户的干扰管理技术，提出基于检测和估计结果的干扰管理新方法，实现认知用户与主用户之间的同时同频同区域频谱共享，有效提高频谱复用效率。..通过本项目的研究，我们获得了一套完整的理论体系和方案，用于解决认知用户与主用户进行同时同频同区域共存时频谱感知和干扰管理方面的问题，主要研究成果为IEEE核心SCI期刊5篇（如TSP，TWC，TCOM，SPL），IEEE主流国际会议EI论文11篇（如ICC ，Globecom，ICASSP等），申请国家发明专利7项，获得授权专利1项。另外，基于以上研究成果，我们与Springer出版社已经签订版权转让协议，将于2016年发表一本英文专著。因此，本项目的研究成果为未来认知无线电技术的进一步发展提供了重要的理论基础。