[01647127]面向5G的动态频谱高效感知与认知路由关键技术及应用

1.背景意义 电磁频谱是支撑未来无线网络发展的基本要素,是信息时代不可或缺的国家战略资源。随着移动互联网、物联网的迅猛发展,无线通信业务呈爆炸式增长,使有限的频谱资源与日益增长的需求矛盾凸显,日益严峻的“频谱赤字”现象已成为制约5G和未来无线通信发展的瓶颈。与此同时,未来无线网络超密集、大连接、高异构、高动态、低时延、智能化的特征,以及频谱动态接入带来的节点可用信道随时间和空间变化的特性,使得认知网络路由与外界电磁环境尤其是授权网络行为之间存在相互作用,从而使得认知网络路由优化成为难题。 2.依托项目 为此,本项目在国家自然科学基金等重要项目支持下,深入研究了面向5G的动态频谱高效感知与认知路由关键技术,不仅实现了认知用户对复杂动态电磁环境下时频空多域空闲频谱的快速准确感知以提高频谱利用率,而且提出了双次协同感知、自适应时分多址接入调度机制、认知机会路由决策等理论方法,显著提高了信息感知与传输可靠性,降低了时延,并已小规模应用于无人机、轨道交通等通信信息领域。 3.项目创新点 项目组取得系列原创性成果,已达到国际先进水平,主要创新点包括： （1）复杂环境下动态频谱的多维高效协同感知技术：针对无线电磁环境非常恶劣的认知无线网络,提出双次协同频谱感知模型和适应此新模型动态变化特性的自适应时分多址接入调度机制,从时-频-空三维空间分析了影响频谱感知准确性和时间敏捷性的关键因素,给出多维度协同参数优化设置方案,实现了空闲可用频谱的快速精准感知。 （2）跨层机会认知路由优化策略：针对未来无线网络的高异构和高动态特性,将物理层的频谱感知技术、MAC层的调度机制与网络层的路由技术相联合进行跨层设计及优化,提出了基于双次协同频谱感知的机会认知路由策略及优化方法,提高了通信链路稳定性和减少了传输时延。 （3）基于学习预测的移动认知网络路由决策技术：针对移动邻节点密集且链路复杂的移动无线认知网络,研究了网络连通性、链路稳定性、网络拓扑和路径优化,提出链路代价最小的局部认知拓扑控制路由算法,实现了对移动认知网络链路可用时间的预测及网络拓扑的优化,确保了最佳路由的选择。 （4）原型实验平台设计：搭建了基于USRP的认知网络性能验证平台,设计了网络虚拟仿真系统,实现了对授权信号的快速精确感知,以及能量阈值的自适应调整。 4.研究成果与第三方评价 本项目申请中国发明专利23件（授权19件）,授权实用新型专利与外观设计6件,软件著作权2件;发表通信学报、电子学报等权威期刊代表性论著5篇他引11次。相关研究成果得到本领域多位知名学者的关注和认可,获IEEE NORTH JERSEY ADVANCED COMMUNICATIONS SYMPOSIUM “CERTIFICATE OF APPRECIATION”,全国无线电应用与管理学术会议优秀论文奖,中国博士后“物联网—感知世界”学术论坛特邀学术报告及优秀论文。教育部科技查新报告显示本项目成果在国内未见相同报道。常州市科技局组织专家验收项目对所取得成果给予高度评价,一致同意通过。成果应用企业给出具有先进性、创新性的评价。 5. 推广应用、经济效益和社会效益 本项目所取得成果使常州工学院电子信息工程国家一流专业、江苏省高等学校优秀科技创新团队与常州市智能感知与无人机应用技术研究重点实验室建设成功获批,项目成员荣获省高校“青蓝工程”中青年学术带头人1人,青年骨干教师2个;省“双创计划”科技副总3人,常州市三八红旗手标兵称号1人。研究成果已在多家企业小规模应用,带动营收3327.43万元以上,拉动了地方经济创新发展。