5G移动通信系统关键技术研究

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2/313G4G5G研究背景：第五代移动通信系统研究背景无论从社会需求、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!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3/31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total2HetNetsChannelslog(1/)iiCBPN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：NokiaResearchCenter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（MassiveMIMO）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…Receiver1Receiver2CSIfeedbackUsersYHxnYHxn8/31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13/31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、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B4GMIMO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项3项技术储备：−在IEEEJSAC，IEEETrans.WC，IEEETrans.SP，IEEETrans.VT等国际权威期刊、以及IEEEICC、IEEEGLOBECOM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：“AdHoc、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,andHHChen,“Quality-of-ServiceDrivenPower,BitandSubcarrierAllocationpolicyforVehicularCommunicationNetworks,”IEEEJSAC,vol.29,no.1,pp.197-206,Jan.2011.C.ZhangandK.K.Parhi,“Low-LatencySequentialandOverlappedArchitecturesforSuccessiveCancellationPolarDecoder,”IEEETrans.SignalProcessing,vol.61,issue10,pp.2429-2441,May2013.J.Zhang,X.Ge,Z.Li,G.MaoandY.Yang,“Analysisoftheuplinkmaximumachievableratewithlocationdependentinter-cellsignalinterferencefactorsbasedonlinearwynermodel,”IEEETrans.VehicularTechnology,vol.62,no.9,Nov.2013.Q.Li,S.H.Ting,A.PandharipandeandM.Motani,“Cooperate-and-AccessSpectrumSharingwithARQ-BasedPrimarySystems,”IEEETrans.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IEEEJSAC,TWC,TVT等国际著名期刊发表论文348篇，其中SCI56篇，EI292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IEEETransactionsonCircuitsandSystemsI，IEEETransactionsonSignalProcessing等国际学术期刊，以及IEEEAPCCAS，IEEEISCAS，IEEEICC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）NSFC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“AdHoc、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（