[00363955]基于全双工的无线传输与中继协作理论及技术

众所周知，信息通信行业是中国科技发展最活跃、最具全球科技竞争力的优势领域之一，《“十三五”国家信息化规划》将第五代移动通信(5G)列为实施网络强国战略的重点发展领域。国际电信联盟确定5G的三大应用场景：(1)增强型移动宽带，如高清度移动视频数据；(2)超高可靠与低延迟的通信，如自动驾驶通信：(3)大规模机器类通信，比如移动健康、增强现实与触觉互联网。 相比于4G，5G的核心宏观目标为提升用户容量1000倍、频谱效率3-4倍。已列入标准建议的大规模多天线、超密集组网等技术都有了长足的进展，在此基础上，应用同时同频全双工(简称“全双工”)传输与协作网络传输策略，深挖授权频带内的频谱倍增潜力，突破4G通信的频谱效率限制，可为5G及后5G时代的目标达成提供可行的理论支撑与有力的技术保障。 全双工无线通信利用收发同时同频工作，主要挖掘“时-频”域的频谱利用率倍增潜力；协作通信利用空间域的自由度，从“时-空"域提升频谱利用率。更进一步，基于全双工中继的协作通信可综合利用“时-空-频"域的多维资源，提升频谱利用率。 该项目得到国家科技重大专项、教育部重大项目、国家自然科学基金项目等的支持，属于无线通信与网络领域的前沿课题。项目组围绕全双工与协作传输的频谱效率基础问题开展科学研究，重点解决干扰自适应、协作传输高效规划和自干扰转化利用等瓶颈问题。项目的主要科学发现点包括： 1.全双工传输的干扰自适应理论与方法。 揭示全双工残余自干扰与资源分配的内在联系，构建全双工无线传输的干扰信道模型，提出有效利用残余自干扰特征的创新思想，设计自适应于残余自干扰的全双工资源分配策略，从而使全双工传输系统在具有残余自千扰的情况下有效逼近两倍于传统半双工传输系统的频谱效率。 首次提出了全双工网络的异构时延服务质量保障机制，创新性地设计了面向异构时延服务质量保障的资源分配方法，以及有效容量、有效频谱效率和有效功率效率统-衡量体系，建了从频谱与能量的角度衡量全双工异构时延服务质量保障机制的有效途径。 2.分布式协作传输的高效规划与管理。 从协作规划、分布式空时编码与调制、干扰管理等方面，深度挖掘分布式协作传输网络所蕴含的“空-时域”资源，实现传输网络的覆盖增强及总体谱效提升。 提出了分步获得满分集增益的低开销分布式协作传输全局规划方法，将信道信息开销降低一个数量级；提出了局部链路判决反馈机制，在显著降低信令开销与规划时延的前提下，可获得逼近全局链路规划方法的传输性能。 提出了协作多点传输异步空时码编码及串扰分布式空时编码方法，可有效克服“时-频偏”对协作通信性能的影响并降低协作网络中继节点间的串扰；提出了基于阶梯调制的自适应中继传输方法，使中继节点可自适应地选择转发方式，独立地控制各层的误码性能。 面向认知协作传输场景，首次提出了频谱共享条件下的低复杂度中继选择方法，给出了分集增益和阵列增益的闭式解，揭示了干扰信道估计误差对系统可靠传输的免疫性。 3.全双工中继协作传输中的自干扰转化与利用。 在协作传输中引入全双工中继技术，可进一步提升网络频谱效率，但同时带来全双工中继网络多节点自干扰的复杂化与节点交互信息开销的剧增。该项目通过揭示全双工中继节点干扰的特殊性及干扰自编码特征，从而简化自干扰抑制的复杂度与降低交互信息开销^针对全双工中继节点的自干扰抑制问题，首次提出了将自干扰信道建模为“虚拟多径信道”的新思路，设计了基于抗多径技术的低复杂度全双工中继节点协作传输自干扰抑制新方法。 揭示全双工中继节点自干扰的“自编码特征”与异步空时码的内在关联，设计了基于“自编码特征”的异步协作空时编码新方法，可以较低复杂度实现全双工中继协作网络的满分集增益。在此基础上，提出低开销的残余自干扰自适应全双工协作传输资源分配策略。 项目在该领域国内外顶级期刊、旗舰会议发表学术论文80篇，其中IEEEJSAC(5篇、一区)、IEEE Transactions等中科院SCI一区/二区期刊47篇，IEEE INF0C0M、GL0BEC0M、ICC等国际旗舰会议35篇，8篇主要论文他引548次，SCI他引231次，单篇他引最高166次，被包括三十多位欧美科学院、工程院院士、IEEE Fellow在内的世界各国学者引用。项目成果申请国家发明专利45项，其中授权24项，部分成果纳入LTE-Advanced和3GPP国际标准中。项目成果可为构建下一代大容量、广覆盖、高可靠的无线通信网络提供必要的理论支撑。