高移动性宽带无线通信网络重点理论基础研究2012年度报告

范平志 马征 陈庆春 唐小虎 代彬

摘 要：该研究旨在建立高速移动、复杂干扰等场景下的宽带无线通信网络重点理论体系。以信息理论为主要基础和重要手段，重点研究宽带无线通信网络的性能容量限、逼近性能容量限的网络传输机理与干扰应对策略。该研究2012年的研究进展如下。第一，研究了：（1）未知信道参数场景下的信道容量；平稳不可分解的不可控制有限状态信道及其（前馈）容量和反馈容量。（2）接收端选择错误信道参数给系统性能带来的损失，给出了带正交发送分量的半确定性中继信道容量；提出了高移动环境下MIMO Y信道的多源信号协作通信干扰调度优化方案，同时理论推导了系统自由度表达式和天线约束条件。第二，研究了：（1）MIMO衰落信道的服务量。（2）衰落信道容量逼近策略：通过引入缓存机制克服衰落信道时变和随机特性，得到了保持缓存队列稳定的平稳分布和溢出概率以及ε溢出容量，推广了中断容量的概念。（3）车载移动通信容量分析。第三，研究了：（1）衰落信道特别是快变衰落信道下MIMO预编码技术；获得的基于匹配加权信号泄漏噪声比的多用户预编码算法。（2）快变信道下的高效编码调制技术。（3）极性码应用前景：已完成Polar码在AWGN信道上的应用研究，正在进行衰落信道上Polar码的设计工作。第四，研究了：（1）移动性增强宽带无线网络容量和性能的机理。（2）不同中继系统的容量区域。（3）快变信道下中继策略与分集协作性能。（4）移动条件下网络容量、网络分集和传输时延的优化折中。第五，从干扰分析角度出发，研究了：（1）衰落特别是快变信道下小区、中继与天线间的干扰分离与干扰避免技术：提出了高移动环境下基于酉空时调制的多小区联合传输方案；基于干扰对齐技术，提出了基于宏分集技术的基站协作策略；将干扰对齐技术应用于两跳的多中继场景，获得的传输方案在性能上优于现有技术；提出了基于天线选择的SSK技术，避免天线间干扰，降低发射与接收机复杂度；提出了基于空间调制SM技术的多址接入方案，克服用户间干扰。（2）车联网系统中的认知无线电技术：提出了部分硬判决部分软判决的频谱感知融合方法，并获得了新型恶意节点攻击识别方法。（3）仿真平台实现：设计了高铁频谱地图、链路级、系统级仿真平台总体架构，完成了主要模块、功能文档、接口定义以及编码规范的设计编写工作。第六，研究了：（1）高移动信道估计理论与算法。（2）OFDM预编码、接收机与传输方案的设计。（3）干扰对齐和广义Hamming重量的关系：得到了广义Hamming重量判断干扰可解问题。

关键词：宽带无线通信 网络传输机理 信道容量 MIMO衰落信道 MIMO预编码

Abstract：This project aims to establish the broadband wireless communication theory in high mobility and complex interference scenario. From the information theory point of view， we focus on the capacity of the broadband wireless communication network， and try to find the capacity-achieving network transmission mechanism and the strategies to deal with the interference. The details of the research are as follows. First； （1）the capacity of the stationary indecomposable finite state channel with or without feedback； （2）the capacity of the semi-deterministic relay channel. Second； （1）the service capacity of the MIMO fading channel； （2）the capacity-achieving strategies of the fading channel； （3）the capacity analysis of the mobile communication. Third； （1）the MIMO pre-coding schemes in the fading channel.（2）the coding and modulation technology of the fast varying channel； （3）the application of the Polar code. Fourth； （1）the capacity of the broadband wireless communication network； （2）the capacity region of the relay systems； （3）the performance of the diversity cooperation and relay strategies in fast varying channel； （4）the mobile network capacity. Fifth， （1）the research of adaptive modulation and channel encoding-decoding schemes in high mobility circumstance； （2）the research of the MIMO pre-encoding and the relay technology in high mobility circumstance； （3）the design of the transmission system of high speed railway. Sixth； （1）High mobility channel estimation theory and algorithm； （2）OFDM pre-coding and the design of the transmission schemes； （3）the relationship of the interference alignment and generalized Hamming weight.

Key Words：Broadband wireless communication； Network transmission mechanism； Channel capacity； MIMO fading channel； MIMO pre-coding

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