《无线通信网络高效频谱共享与安全利用技术研究》

无线电频谱是不可再生的自然资源,广泛应用于通信等领域中。无线通信网络的发展,以手机为典型应用,时时刻刻地改变着人们的生活,为衣食住行提供极大便捷,然而其对频谱资源的依赖程度也日益加剧,尤其是超高清视频、虚拟现实等流媒体的应用与推广,将导致频谱资源不堪重负。如何实现频谱资源的高效共享与安全利用,满足人类信息时代的业务需求,是无线通信网络亟待解决的问题。因此,深度挖掘频谱利用效率,为化解频谱资源匮乏危机,找到切实安全有效的解决途径,确保频谱资源的可持续利用,具有十分重要的科学研究价值和现实推广意义。

该项目依托国家863计划重点项目、国家自然科学基金青年基金和面上基金项目,探索无线通信网络频谱高效共享与安全利用的新理论和新方法,围绕如何最大化多用户并发通信、授权用户与认知用户共存下的系统容量、以及如何利用频谱分析技术进行隐蔽通信监测,维护公共安全等问题开展研究,获得了创新性研究成果。主要科学发现如下:

1.首次提出“天线-子载波”子信道共享方法,细化频谱资源分配颗粒度,显著提高了资源利用率,有效提升了无线通信网络容量,为缓解频谱资源匮乏危机提供了新方法;

2.提出基于用户感受质量的跨层资源分配方法,将频谱资源与时间、功率联合分配,解决了多业务类型下频谱高效利用与用户感受质量相统一的难题,为新型无线通信系统设计提供了新思路;

3.揭示了授权用户与认知用户协作条件下表征网络极限容量的自由度上界,并提出了相应的可达联合频谱共享方法,突破了干扰传输下的理论限,奠定了认知无线网络有限干扰通信的理论基础;

4.提出基于差分分布统计建模的LSB匹配隐蔽通信监测方法,大幅降低了计算量、提高了监测效率和准确率,是国际上最早提出的单特征LSB匹配隐蔽通信监测方法,为隐蔽通信监测领域开辟了新思路;

5.提出基于高斯混合模型聚类的隐蔽通信监测方法,有效提高了混合异构信源环境下的隐蔽通信监测性能,部分解决了困扰学术界的载体-载密失配问题,是首次提出的结合聚类的隐蔽通信监测方法,为后续问题解决提供了有效的技术指导;

6.提出一种新型无监督通用隐蔽通信监测框架,减弱了载体差异带来的影响,避免了模型失配问题,性能明显优于传统的无监督异常检测方法,为频谱资源的安全利用提供了理论支撑。

该项目取得了一批高水平学术成果,8篇代表性论文先后发表于该领域国内外顶级权威期刊,其中SCI检索4篇,包括JCR(中科院分区标准)1区1篇,JCR 3区2篇,JCR 4区1篇,该领域国内顶级权威期刊《电子学报》1篇(EI检索),《通信学报》3篇(EI检索)。成果累计他引47次,其中大部分为该领域顶级权威期刊的引用,形成了广泛的学术影响和较高的认可度。

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