[00140940]大規模用戶接入網絡譜效與能效優化理論與方法

隨著移動終端的急劇增加,以感知器為基礎的智慧城市、智能家居、智能電網、智能交通、健康醫療等物聯網領域的快速發展,超高清視頻、虛擬現實、增強現實、在線游戲等高速率高用戶體驗業務逐漸興起并以超乎預期的速度持續地迅猛發展,5G和未來無線通信網絡正面臨“大規模用戶廣域連續接入”、“熱點區域超高容量”、“低功耗高能效”、“短延時長服務”等四大基本問題。針對這四大基本問題,亟需引入非正交多址接入技術,推動無線通信網絡從正交多址接入機制向正交與非正交的混合多址接入技術變革。 該項目面向國家重大需求和國際學術前沿,經過5年的持續攻關,發現了大規模用戶接入網絡譜效與能效提升機理,建立了多種基于非正交多址接入機制的網絡架構,發展了非正交多址接入機制下譜效與能效提升的資源優化理論與方法,提出了非正交多址接入機制下信息安全傳輸機制,取得了重要的科學發現與成果應用。 1：大規模用戶接入網絡譜效與能效提升機理：發現了引入功率域的非正交多址接入機制對譜效與能效提升的作用,揭示了非正交多址接入機制與云無線接入技術、頻譜共享技術和毫米波通信技術相互作用機理,建立了基于非正交多址接入機制的云無線網絡架構、基于非正交多址接入機制的認知無線電網絡架構和基于非正交多址接入機制的毫米波通信網絡架構,為解決“大規模用戶廣域連續接入”、“熱點區域超高容量”和“短延時長服務”等三大難題提供了網絡架構方案。 2：大規模用戶接入網絡譜效與能效提升的資源優化理論與方法：發現了大規模用戶接入網絡中譜效與能效矛盾機理,分別建立了非正交多址接入機制下云無線網絡和毫米波云無線網絡的譜效和能效優化問題框架,提出了譜效和能效提升的非凸優化理論,分別設計了最佳譜效和能效的資源分配策略,證實了非正交多址接入機制相比于正交多址接入機制在犧牲用戶接收機設計復雜度情況下能有效提升頻譜效率和能量效率,為解決“低功耗高能效”難題提供了資源優化方案。 3：非正交多址接入機制下信息安全傳輸機制：針對大規模用戶接入網絡引入非正交多址接入機制面臨因頻譜開放性導致信息傳輸安全性難以保證的問題,提出了安全性提升的協作非正交多址接入方案,推導了安全中斷概率,建立了聯合分析大規模用戶接入網絡的安全性和可靠性框架,證實了所提方案能有效提升大規模用戶接入網絡的信息傳輸安全性,為解決大規模用戶接入網絡面臨信息安全傳輸難以保證的難題提供了新型傳輸機制。 該項目3篇代表性論文均為IEEE頂級期刊論文,其中兩篇入選ESI前1%高被引論文,Google Scholar他引171次;獲得IEEE Life Fellow、美國國家科學院院士、美國國家工程院院士、美國藝術與科學院院士H. Vincent Poor,IEEE Fellow,英國工程院院士Lajos Hanzo,IEEE Fellow加拿大工程院院士Xuemin Shen, Halim Yanikomeroglu, Octavia A. Dobre等10位院士和40位IEEE fellow正面評價;受邀擔任了國際通信頂級期刊IEEE Transactions on Communications, IEEE Systems Journal, IEEE Wireless Communications Letters等期刊編委;培養了中國科協青年托舉工程人才1名,江西省杰出青年基金獲得者1名,取得了重大社會和經濟效益。