5G移动通信系统关键技术研究知识讲稿课件

1、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 拟开展的研究内容 合作必要性和合作基础 研究背景 预期研究成果2/31答辩提纲 拟开展的研究内容 合作必要性和合作基础 研究背景 预期研究成果4/31通信资源拟开展的合作研究：研究目标与关键问题通信需求 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？更高更快更强吞吐量数据速率服务质量频谱资源能量资源消耗殆尽绿色环保需求移动通信中的根本矛盾与核心问

2、题Capacity V.S. Resources5G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 10Gbps5/31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更多的频谱：合理解决频谱资源受限问题更多网络覆盖：保证通信稳定的问题更多的空间信道：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6/31拟开展的合作研究：研究方向拟开展的合作研究：子课题1：频谱资源拓展技术认知无线电技术联合考虑用户QoS与网络资源的认知

3、模型以博弈论、凸优化为基础的动态资源分配策略高频段（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、传输调制机制设计来源：Nokia Research Center频谱资源拓展获取新的可用频段现有资源的循环使用7/31拟开展的合作研究：子课题1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TransmitterReceiver 1Receiver 2CSI feedback8/31拟开展的合作研究：子课题2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

4、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9/31拟开展的合作研究：子课题3子课题4：移动覆盖率增强技术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

5、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移动覆盖率增强针对高速移动场景针对人口密集地区10/31拟开展的合作研究：子课题4物理层传输方案跨层调度机制异构组网方案认知的频谱接入多天线资源调度高频段通信传输方案大规模天线传输机制高频段通信组网设计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能效优先的资源分配策略完整的5G技术体系频效提升技术频谱拓展技术覆盖增强技术能效提升技术11/31拟开展的合作研究：技术路线报告提纲 拟开展的研究内容 合

6、作必要性和合作基础 研究背景 预期研究成果12/31欧盟：METIS项目（5千万欧元，2013年）韩国：Samsung宣布开发出第一套以5G技术为核心的系统（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。合作必要性13/

7、31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中方基础先进的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中方亟需深厚的理论研究基础一系列原创基础理论成果学术水平一流的国际学者外方基础原始理论的技术实现科研人才资源的支撑基础理论的实现设计外方亟需优势互补合作双赢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14/31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

8、、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、可见光通信研究前沿15/31合作基础：合作单位中英科技桥项目（UC4G)：超四代(B4G)无线移动通信研发16/31合作基础：前期合作中英科技桥项目（UC4G)：超四代(B4G)无线移动通信研发合作基础：前期合作 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

9、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17/31中方团队构成：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

10、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余项袁东风教授团队山东大学 （牵头单位）张川博士团队东南大学 （移动通信国家重点实验室）张靖、李强副教授团队华中科技大学王江副研究员团队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）中国瑞典国际合作基金项目：“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”科技部对欧盟技术专项：“无线网络中协作通信关键技术合作研究”科技部国际合作专

11、项：“下一代绿色无线蜂窝网联合研究”科技部国际合作专项：“未来宽带无线接入关键技术研发”国家自然科学基金重大国际合作项目：“绿色通信网络信息空间协作优化理论与关键技术研究”IMT-Advanced：多址技术研发IMT-Advanced：移动通信无线组网技术研究开发IMT-Advanced：关键技术仿真平台H. Zhang, Y. Ma, D. Yuan, and HH Chen, “Quality-of-Service Driven Power, Bit and Subcarrier Allocation policy for Vehicular Communication Networks,

12、” IEEE JSAC, vol. 29, no. 1, pp. 197-206, Jan. 2011.C. Zhang and K. K. Parhi, “Low-Latency Sequential and Overlapped Architectures for Successive Cancellation Polar Decoder,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 61, issue 10, pp. 2429-2441, May 2013.J. Zhang, X. Ge, Z. Li, G. Mao and Y. Yang, “Analys

13、is of the uplink maximum achievable rate with location dependent inter-cell signal interference factors based on linear wyner model,” IEEE Trans. Vehicular Technology, vol. 62, no. 9, Nov. 2013.Q. Li, S. H. Ting, A. Pandharipande and M. Motani, “Cooperate-and-Access Spectrum Sharing with ARQ-Based P

14、rimary Systems,” IEEE Trans. Communications, vol. 60, no. 10, pp. 2861-2871, Oct. 2012.18/31合作基础：中方团队简介袁东风教授、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,

15、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）山东大学中方牵头单位优势领域：无线网络跨层设计通信理论、新一代无线传输关键技术平台（2个）国家重大专项（1项）NSFC重点项目（1项）NSFC面上项目（4项）中国虹计划协同创新中心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)山东省高校无线通信重点实验室异构无线传感器网络中的协作多媒体通信理论

16、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)19/31合作基础：中方团队简介东南大学中方合作单位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。优势领域：大规模天线研究（谱效提升技术）平台（1个）NSF

17、C重大项目（1项）863课题（2项）国家国际科技合作专项（1项）移动通信国家重点试验室未来移动通信系统基础理论与技术研究（60496310）新型天线与分集技术研究（2002AA123031）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）新型天线与分集技术研究（2005AA123830）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20/31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

18、）NSFC重大国际合作项目（1项）科技部国际科技合作专项（1项）NSFC面上项目（1项）湖北省国际科技合作基地绿色宽带无线通信国际科技合作基地绿色通信网络信息空间协作优化理论与关键技术研究（61210002）下一代绿色无线蜂窝网联合研究（2012DFG12250）基于泛函级数模型的异构网络能效优化技术研究（61271224）21/31合作基础：中方团队简介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

19、VTC等国际主要学术会议论文集上。上海无线通信研究中心中方合作单位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。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关键技术仿真平台（2009Z

20、X03003-008）未来宽带无线接入关键技术研发（2010DFB10410）国际科技合作基地22/31合作基础：中方团队简介英方团队构成：基础设施储备：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：Prof. S. McLaughlin团队赫瑞瓦特大学（外方牵头单位）Prof. C.-X. WangProf. J. Thompson 团队爱丁堡大学 Prof. H. HaasI. Krikidis, J. N. Laneman, J. Thompson, and S

21、. Mclaughlin, “Protocol design and throughput analysis for multi-user 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.

22、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 syste

23、ms for spectrally sparse continuous-time signals,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 60, no. 1, pp. 155 -171, Jan. 2012.23/31合作基础：外方团队简介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

24、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。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

25、IEEE顶级期刊）发表期刊论文35篇以上。赫瑞瓦特大学外方牵头单位，中英无线通信合作桥头堡24/31合作基础：外方团队简介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。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。爱丁堡大学世界排名20强25/31合作基础：外方团队简介合作方式：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）