5G移动通信系统关键技术研究_图文

国家国际科技合作专项
国家国际科技合作专项 5G移动通信系统关键技术研究
项目负责人: 袁东风 教授
信息科学与工程学院, 山东大学
项目启动会 @ 济南,2014年7月23日

报告提纲
研究背景 拟开展的研究内容 合作必要性和合作基础 预期研究成果
2/31

研究背景:第五代移动通信系统研究背景

第五代移动通信系统的研究意义:

百姓需求

市场巨大

标准话语权
5G 4G 3G

无论从社会需求、巨大的市场、还是国际话语权,开展5G移动
通信系统研发皆具有重要意义!
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答辩提纲
研究背景 拟开展的研究内容 合作必要性和合作基础 预期研究成果
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拟开展的合作研究:研究目标与关键问题

5G目标:业务量提高1000倍、单位面积吞吐量提升25倍、能效、谱效提升10倍,峰值速率 达到 10Gbps

通信需求

通信资源

更高

更快

更强

吞吐量 数据速率 服务质量

频谱资源 消耗殆尽

能量资源 绿色环保需求

移动通信中的 根本矛盾与核心问题

如何在频谱、能量资源受限的前提下,解决通信需求快速增长与通信资源 匮乏之间的矛盾,提升系统容量,实现第五代移动通信系统的目标要求? 5/31

拟开展的合作研究:研究方向

更多网络覆盖:
保证通信稳定的 问题

更多的频谱: 合理解决频谱 资源受限问题

? ? Ctotal ?

Bi log2 (1? Pi / N)

HetNets Channels

更多的空间信道:
有效解决频谱效率 提升问题

更多的功率:
妥善高效使用 功率的问题

子课题1 频谱资源拓展技术
子课题2 频谱效率提升技术
子课题3 能量效率提升技术
子课题4 覆盖度增强技术

子课题5 可验证部分 关键技术的
仿真平台

完整的5G移动通信系统技术方案

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拟开展的合作研究:子课题1

子课题1:拟频谱开资源展拓展的技术合作研究:

频谱资 源拓展

现有资源的 循环使用
获取新的可 用频段

? 认知无线电技术
? 联合考虑用户QoS与网络资源的认知 模型
? 以博弈论、凸优化为基础的动态资源 分配策略

来源:Nokia Research Center
? 高频段(可见光、毫米波)通信技术
? 信道建模与信号特性分析 ? 协作布局组网、传输调制机制设计
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拟开展的合作研究:子课题2
子课题2:频谱效率提升技术

大规模天线系统 (Massive MIMO)

信道特性及容量增 长规律

信道信息的获取

多用户、多数据流传 输机制

能效与谱效关联的 资源管理



Transmitter
CSI feedback

Receiver 2
Receiver 1

Y ? Hx ? n
Y ? ? Hx ? n
Users
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拟开展的合作研究:子课题3
子课题3:能量效率提升技术

能量效率提升

网络能量消耗模型

自适应跨层能效传输机 制

异构网间协作资源分配 策略

? 以随机服务的思想从业务端到端的角度,分析网络能效与时延之间的定量映射关系 ? 根据业务的服务质量要求、空时分布,设计面向能效的弹性跨层自适应传输机制 ? 分析不同网络架构特点,建立多小区异构网络小区平均能效模型,给出多小区协作通信
的高能效资源分配策略

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拟开展的合作研究:子课题4

子课题4:移动覆盖率增强技术

移动覆盖 率增强

针对高速移 动场景

针对人口密 集地区

? 移动飞蜂网
? 通过电磁场理论与实际测量手段相 结合,建立高速移动场景的信道统 计模型
? 利用空间拓扑理论,探讨覆盖度与 能效的折中,设计最优的接入点布 局方案与组网结构
? 采用跨层设计思想,进行网络扁平 化设计,减少信令载荷及时延、实 现小区间高效切换

? 小蜂窝组网
? 建立结合小蜂窝和宏蜂窝的异构网 络架构模型
? 研究异构网络干扰协调、消除等干 扰管理技术(IA)
? 采用小区间负载均衡、资源调度以 及多点协同技术,实现灵活切换与 资源的有效利用
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拟开展的合作研究:技术路线

频效提升 技术

频谱拓展

技术





高频段通信组网设计



5G

认知的频谱接入 多天线资源调度

高频段通信传输方案

跨层调度机制

大规模天线传输机制

能效优先的资源
物理层传输方案 分配策略



异构组网方案

术 体



移动飞蜂网扁平化设计 小蜂窝异构组网方案 能效优先的区间资源调度

移动飞蜂网传输技术
小蜂窝传输技术
能效优先的自适应传 输机制

覆盖增强 技术

能效提升 技术

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报告提纲
研究背景 拟开展的研究内容 合作必要性和合作基础 预期研究成果
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合作必要性
欧盟:METIS项目 (5千万欧元,2013年)

中国:IMT-2020 工作推进组成立 (2013年)

美国:纽约理工学院、国家仪器公司 正在进行5G研发

韩国:Samsung宣布开发出 第一套以5G技术为核心的系统 (2013年)
国际合作专项: 搭建一个国际共同研发的平台
? 国际上对于5G的研发皆处于起步阶段,属于占领5G技术的关键时机 ? 国际上现有的研究组织具有鲜明的地域性,鲜有国际间的合作产生
本项目致力于打造国际研发合作平台,通过深度研究合作,取各家之长,实现协同 创新;提升我国在国际上的竞争力,通过平台推广,提升我国在国际上的影响力和 认知度。
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合作必要性



? 良好的人才、资源储备



? 具有潜力的科研人才团队 ? 良好的科研平台与设备

基 础





? 原始理论的技术实现

亟 需

? 科研人才资源的支撑 ? 基础理论的实现设计

优势互补 合作双赢



? 先进的5G关键技术



? 国际领先的原创理论思路 ? 科研人员培养与快速成长

亟 需





? 深厚的理论研究基础

基 础

? 一系列原创基础理论成果 ? 学术水平一流的国际学者

通过原始理论成果的技术再创新,迅速获取一批有竞争力的5G关键技术 实现我国从“通信大国”到“通信强国”的转变
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合作基础:合作单位

中方申报单位
? 山东大学

中方协作单位
? 东南大学 ? 华中科技大学 ? 上海无线通信研
究中心

外方合作单位
? 英国赫瑞瓦特大 学

外方协作单位
? 英国爱丁堡大学

? 山东大学、东南大学、华中科技大 学
?主持、参加多项国家级重大、重点以及国际 合作项目
?“985工程”国家重点高校 ?各有所长,优势现互补
? 上海无线通信研究中心
?无线通信国际合作研究中心 ?国际科技合作基地 ?下一代移动通信系统关键技术的研究开发
? 赫瑞瓦特大学
?中英科技桥计划 “B4G无线移动通信的研 发”,主持单位
? 爱丁堡大学
?在通信领域具有一系列先进的技术理论成果 ?世界排名前20的传统强校
?占领空时调制技术、可见光通信研究15前/3沿1

合作基础:前期合作
? 中英科技桥项目(UC4G):超四代(B4G)无线移动通信研发
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合作基础:前期合作
? 中英科技桥项目(UC4G):超四代(B4G)无线移动通信研发
取得的标志性成果:
? 致力于B4G无线通信新技术开发 ? 发表论文约100篇(50篇期刊论文;4篇国际会议
最佳论文);或授权专利2项 ? 人员互访交流30人次;8次项目国际研讨会 ? B4G MIMO无线平台(世界第一次硬件演示了新
型MIMO技术:空间调制) ? 成立中英未来无线网络联合研发中心
? 成员构成:本项目牵头与参与单位都是UC4G的核心合作伙伴,具有良好的前期合作基础 ? 研究延续:UC4G致力于B4G无线通信新技术研发,为本项目提供了良好的技术储备 ? 交流平台:形成的中英未来无线网络联合研发中心为本项目提供天然的合作平台 ? 优势互补:英方先进的基础理论技术与中方深厚的研发团队实力将形成良性互补
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合作基础:中方团队简介

? 中方团队构成:
袁东风教授团队 张川博士团队 张靖、李强副教授团队 王江副研究员团队

山东大学 (牵头单位) 东南大学 (移动通信国家重点实验室) 华中科技大学 上海无线通信研究中心(科技部无线通信国际合作研究中心)

? 科研积累:
? 曾承担国家级国际合作类项目5项 ? 曾承担、参与国家科技重大专项3项
? 技术储备:
? 在IEEE JSAC,IEEE Trans. WC, IEEE Trans. SP,IEEE Trans. VT等国 际权威期刊、以及IEEE ICC、IEEE GLOBECOM等会议发表论文300余篇
? 申请专利80余项

? H. Zhang, Y. Ma, D. Yuan, and HH Chen, “Quality-of-Service

Driven Powe?r, Bit中an国d瑞Su典b国ca际rri合er作Al基loc金at项ion目p:ol“icyAfdorHVoech、icular Communication N传et感wo器rk、s,M” IeEsEhE网络JS及A协C,作vo网l. 络29:, n自o.组1,织pp. 197206, Jan. 201?1. 无IM线T-接Ad入va网n关ce键d:技多术址研技究术”研发

? CO.veZrhlaapnpgeadnA??drcKh.i科协I术tKMe.c作技研TPt-u通A部究arredh信对开svi,af关欧发o“nLr键盟coSewu技技d-cL:术术cae移t专合essn动项作icvy通e研:SC信究“eaq无n”无uc线ee线nl组lta网iat网il络oan技中nPdolar Decoder,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 61, issue 10, pp. 2429-244??1, M科IaMy技T2-A部01d国3v.a际n合ce作d:专关项键:技“术下仿一真代平绿台色无 线蜂窝网联合研究”
? J. Zhang, X. Ge, Z. Li, G. Mao and Y. Yang, “Analysis of the
uplink maxim?um a科ch技ie部va国bl际e r合at作e w专it项h l:oc“at未ion来d宽ep带en无d线ent intercell signal interfer接en入ce关fa键ct技or术s b研as发e”d on linear wyner model,”

IEEE Trans.?Veh国icu家la自r T然e科ch学no基lo金gy重, 大vo国l. 6际2,合n作o.项9,目N:ov. 2013. ? Q. Li, S. H. Ting, “A.绿Pa色n通dh信ar网ipa络nd信e息an空d间M协. M作o优tan化i,理“C论ooperate-
and-Access Spec与tru关m键S技ha术rin研g究wi”th ARQ-Based Primary

Systems,” IEEE Trans. Communications, vol. 60, no. 10, pp.

2861-2871, Oct. 2012.

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合作基础:中方团队简介

山东大学——中方牵头单位

平台 (2个)
中国虹计划协同 创新中心
山东省高校无线 通信重点实验室

优势领域:无线网络跨层设计通信理论、新一代无线传输关键技术

国家重大专项 (1项)

NSFC重点项目 (1项)

NSFC面上项目 (4项)

IMT-Advanced多址技术研发:基于 OVCDMA的多址和同频组网技术研 发(2009ZX03003-006-04)

基于认知无线电的中继 与协同通信研究 (60832008 )

基于空间调制的多天线传输理论与应 用研究(61271229)

异构无线传感器网络中的协作多媒体 通信理论研究与实现(61071122)
认知无线电中功率控制算法的研究 (60972043)

宽带无线通信网络中跨层联合设计的 研究(60672036)

袁东风——教授、中国虹计划协同创新中心首席科学家
享受国务院政府特殊津贴专家,国家教育部电子信息学科理科教学指导委员 会委员,IEEE高级会员,IEEE山东分会主席,山东省电子学会副理事长,山 东省有突出贡献的中青年专家,北京邮电大学兼职教授博导

承担国家科技重大专项、国家自然科学基金重点项目等项目20余项,获教育 部提名国家自然科学二等奖、山东省自然科学二等奖等省部级奖励10余项

在IEEE JSAC, TWC, TVT等国际著名期刊发表论文348篇,其中SCI 56篇,EI 292篇,申报国家发明专利52项(25项授权)

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合作基础:中方团队简介

东南大学——中方合作单位

? 先后参与国内首个2G、3G和4G试验系统的研发 ? 牵头完成我国第一套MIMO移动通信实验系统 ? 获得国家技术发明一等奖、IEEE莱斯奖

优势领域:大规模天线研究(谱效提升技术)

平台 (1个)
移动通信国家 重点试验室

NSFC重大项目 (1项)
未来移动通信系统基础理论与 技术研究(60496310)

863课题 (2项)
新型天线与分集技术研 究(2002AA123031)
新型天线与分集技术研 究(2005AA123830)

国家国际科技合作专项 (1项)
中国瑞典国际科技合作基金项目“Ad Hoc、传感器、 Mesh网络及协作网络:自组织无线接入网关键技术研 究”(2008DFA12090)

张川——副教授
主要研究方向为数字通信、数字信号处理、高速低功耗VLSI电路设计。

研究成果发表于IEEE Transactions on Circuits and Systems I,IEEE Transactions on Signal Processing等国际学术期刊,以及IEEE APCCAS, IEEE ISCAS,IEEE ICC等国际学术会议。

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合作基础:中方团队简介

华中科技大学——中方合作单位

优势领域:绿色通信(能效提升技术)

平台 (1个)

NSFC重大国际合作项目 (1项)

科技部国际科技合作专项 (1项)

湖北省国际科技合作基 绿色通信网络信息空间协作优化

地—绿色宽带无线通信国 理论与关键技术研究

际科技合作基地

(61210002)

下一代绿色无线蜂窝网联合研究 (2012DFG12250)

NSFC面上项目 (1项)
基于泛函级数模型的异 构网络能效优化技术研 究(61271224)

韩涛——副教授
主要研究领域为:无线通信,多媒体通信以及计算机网络 在所研究领域发表论文30余篇,其主要研究成果发表在 IEEE Trans. VT, IEEE Network Magazine等业界知名学术期刊,以及 IEEE ICC, IEEE VTC等 国际主要学术会议论文集上。
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合作基础:中方团队简介

上海无线通信研究中心——中方合作单位

优势领域:覆盖度增强技术、平台搭建

平台 (2个)

国家重大项目 (1项)

科技部国际合作 (1项)

无线通信国际合作研究中心 IMT-Advanced关键技术仿真平 未来宽带无线接入关键技术研

台(2009ZX03003-008)

发(2010DFB10410)

国际科技合作基地

王江——副研究员
主要研究方向为混合网络中无线资源管理、密集小小区部署下的干扰管理与 节能技术、无线网络跨层优化,B4G/5G通信系统网络架构设计、系统性能评 估分析以及相关技术的标准化。
已承担或作为核心研发人员参与十余项国家以及省市级科研项目,共申请专 利20项(其中10 项为国际专利);在核心期刊发表论文10余篇,向标准化组 织提交多篇提案;获2012年上海市科学技术进步二等奖。
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合作基础:外方团队简介

? 英方团队构成:

Prof. S. McLaughlin 团队
Prof. C.-X. Wang

赫瑞瓦特大学(外方牵头单位)

Prof. J. Thompson 团队 Prof. H. Haas
? 基础设施储备:

爱丁堡大学

? 赫瑞瓦特大学AWiTec实验室. 以及爱丁堡大学IDCoM中心在项目期间将免费中方合作单位开放;

? 技术储备:

? 在认知无线电、绿色通信、时空调制、多天线等领域拥有一系列创新性成果:

? I. Krikidis, J. N. Laneman, J. Thompson, and S. Mclaughlin, “Protocol design and throughput analysis for multiuser cognitive cooperative systems,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 8, no. 9, pp. 4740-4751, Sept. 2009.
? X. Cheng, C.-X. Wang, etc, “Cooperative MIMO channel modeling and multi-link spatial correlation properties,” IEEE JSAC, vol. 30, no. 2, pp. 388-396, Feb. 2012.
? M. Di Renzo and H. Haas, “Bit error probability of spatial modulation MIMO over generalized fading channels,” IEEE Trans. Vehicular. Technologies., vol. 61, no. 3, pp. 1124-1144, Mar. 2012.
? M. Lexa, M. Davies, and J. Thompson, “Reconciling compressive sampling systems for spectrally sparse continuous-time signals,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 60, no. 1, pp. 155 -171, Jan. 2012.
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合作基础:外方团队简介
赫瑞瓦特大学——外方牵头单位,中英无线通信合作桥头堡
Stephen McLaughlin——赫瑞-瓦特大学工程与自然学院院长,信号与图像 处理联合研究所教授,RAE Fellow, RSE Fellow, IEEE Fellow, IET Fellow
主要研究方向为无线传感器网络、自适应信号处理以及非线性信号处理在通信方向 的应用等,在国际期刊(包括IEEE JSAC、IEEE TWC和IEEE TSP等IEEE顶级期刊) 发表期刊论文35篇以上。

C.-X. Wang——赫瑞-瓦特大学教授,AWiTec 实验室主任,IET Fellow,HEA Fellow

主要研究方向为无线信道建模与仿真、认知无线电网络、绿色通信、车载网络、大 规模MIMO系统、B4G关键技术等。

发表学术论文180余篇,被引1400多次(Google Scholar),在12个国际会议上作大会 主旨报告或特邀报告,有4篇论文获IEEE Globecom 等国际会议“最佳论文奖”。担 任11个国际期刊(包括IEEE JSAC、IEEE TWC和IEEE TVT等3个IEEE顶级期刊)的 编辑或客座编辑,担任70多个国际会议的总主席、主席或技术程序委员会成员。

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合作基础:外方团队简介
爱丁堡大学——世界排名20强
Harald Haas —— 爱丁堡大学教授,可见光通信和空间调制领域的顶级专家 主要研究方向是无线光通信,时空调制,以及无线通信干扰消除。空间调 制技术发明人;可见光通信领域权威专家。在权威期刊和会议上发表论文 270余篇,被引4000余次,其中单篇最高被引700余次,出版专著5部,获 各种学术奖励7项,授予20多项专利。
John S. Thompson ——爱丁堡大学教授,绿色通信领域的顶级专家 主要研究方向是无线通信系统的信号处理算法,天线阵列技术和多跳无线 通信技术。绿色通信领域权威专家,主持过多项欧盟和EPSRC 的科研项目, 在权威期刊和会议上共发表论文200余篇。
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合作方式:组织实施方案

组织方式
? 牵头单位:整体负责 ? 协作单位:子课题分工承担,共同研发
合作形式
? 举办年度学术研讨会 ? 长期互派研究人员 ? 成立“第五代移动通信协同中心”
任务分工
? 频谱资源拓展技术(子课题1):山东大学、赫瑞瓦特大学 ? 频谱效率提升技术(子课题2):东南大学、赫瑞瓦特大学 ? 能量效率提升技术(子课题3):华中科技大学、爱丁堡大学 ? 覆盖度增强技术(子课题4):上海无线通信研究中心、爱丁堡大学 ? 仿真实验平台研发(子课题5):山东大学、赫瑞瓦特大学、上海无线通信研究中心

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合作方式:整体实施进度

第一年度

第二年度

第三年度

? 任务目标:
? 发表学术论文8篇
? 申请相关专利2项
? 中方赴英方学术访问3 人月
? 英方专家赴中方合作2 人月
? 举办项目研讨进度会议 1次
? 形成年度报告1份

? 任务目标:
? 发表学术论文10篇
? 申请相关专利3项
? 向国内标准化推进组提 交文稿2篇
? 确定硬件平台搭建方案
? 中方赴英方学术访问4人 月
? 英方专家赴中方合作3人 月
? 举办项目研讨进度会议
? 形成年度报告1份

? 任务目标:

? 发表学术论文9 篇

? 申请相关专利2 项(1项合 作国际专利)

? 向国内标准化推进组提交文 稿2篇

? 完成硬件平台建设

? 完成至少3个关键技术点的 验证

? 中方赴英方学术访问2人月

? 英方专家赴中方合作2人月

? 举办项目总结会议

? 形成项目结题报告1份

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报告提纲
研究背景 拟开展的研究内容 合作必要性和合作基础 预期研究成果
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预期研究成果:预期成效

人才引进与培养
? 派遣中方研究人员赴英国 学术访问9人月
? 引进外方研究人员共计7人 月
标准提案
? 国内IMT-2020标准化推进 组提交文稿5篇
? 与外方合作完成国际标准 提案1篇

学术论文

? 英文学术论文 29篇 ? 中文核心期刊2篇 ? 与外方合著10篇

预期成效

知识产权
? 申请国内专利7项; ? 外方合作完成国内专利2项 ? 合作申请申请国际专利1项
可持续发展能力
? 成立中英5G无线通信协同 研发中心
? 搭建可测试关键技术的实 验平台
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预期研究成果:权益分配
设备仪器: ? 项目期间由各方投入购置的科研设备属项目共同使用 ? 项目结束后归设备购买方所有
论文专著: ? 执行阶段多方联合研发获得的项目阶段性成果;在产出的论文专著时相关
参与单位人员享有署名发表的权利 ? 执行阶段一方独立完成的阶段性成果;享有独立发表论文专著的权利
知识产权: ? 执行阶段中外方根据研发所获阶段性成果联合申请的专利,由多方共同享
有;按中方50%,外方50%分配 ? 执行阶段一方单独获得的成果,申请方享有独立申请发明专利的权力
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国家国际科技合作专项
Thanks for your attention!
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