SpecEES: Toward Spectral and Energy Efficient Cross-Layer Designs for Millimeter-Wave-Based Massive MIMO Networks

SpecEES:面向基于毫米波的大规模 MIMO 网络的频谱和节能跨层设计

基本信息

  • 批准号:
    2140277
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 55万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-06-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Millimeter-wave (mmWave) and Massive MIMO (M-MIMO) technologies have strong potential to impact future 5G wireless networks and support data rates 50 times greater than the current 4G LTE wireless communications. As such, 5G multi-Gigabit wireless networks are poised to enable a myriad of applications for (e.g., Internet-of-Things, virtual/augmented reality, etc.). However, the highly directional propagation of mmWave signals and the special mmWave hardware requirements introduce fundamental technical challenges for mmWave-based M-MIMO network systems that may require a clean-slate of hardware and software beamforming architectures. In light of these challenges, the goal of this research program is to advance knowledge in both hardware design and theoretical foundations of mmWave and M-MIMO wireless networks. By exploring new hardware-software technologies for mmWave M-MIMO wireless networks, this research program is envisioned to serve a critical need in mmWave communications, signal processing, networking, and control research communities. In terms of broader impacts, the PIs plan to incorporate findings into graduate courses and develop new special topic courses on the fundamentals of mmWave and M-MIMO communication networks. Engagement of undergrad and high school students is also planned with the aim to provide hands-on experience in RF components, communications, networking, control, and signal processing techniques.The proposed research address foundational problems in mmWave large antenna arrays and communication networks, with potential breakthroughs in both theory and practice to enable the success of on future multi-Gigabit wireless communications and associated networking applications. This research program spans broad areas of communications and signal processing to establish a network-level understanding of mmWave M-MIMO networks through a unified research program, which includes the development and exploration of: i) tractable theoretical models, ii) theoretical performance bounds and capacity limits, and iii) low-complexity algorithms. The novelty of this project lies in the joint beam training and scheduling algorithms through the introduction of novel algorithms in the radio-frequency front-end, and in the exploitation of subarray clustering to increase throughput and reduce energy consumption. The PIs' efforts are organized around three interdependent research thrusts: i) Transceiver and beamforming architectures that offer large agility in frequency tuning and high performance at several metrics, ii) Spectral-efficiency optimization algorithms based on mmWave-based subarray clustering, and iii) Energy-efficiency scheduling algorithms based on mmWave-based subarray clustering. In addition to theoretical studies, the PIs plan to validate the analytical techniques and models via extensive simulations, trace-driven emulations, and field tests.
毫米波 (mmWave) 和大规模 MIMO (M-MIMO) 技术具有影响未来 5G 无线网络的强大潜力,并支持比当前 4G LTE 无线通信高 50 倍的数据速率。因此,5G 多千兆位无线网络有望实现多种应用(例如物联网、虚拟/增强现实等)。然而,毫米波信号的高度定向传播和特殊的毫米波硬件要求给基于毫米波的 M-MIMO 网络系统带来了根本性的技术挑战,可能需要全新的硬件和软件波束成形架构。鉴于这些挑战,该研究计划的目标是增进毫米波和 M-MIMO 无线网络的硬件设计和理论基础方面的知识。通过探索毫米波 M-MIMO 无线网络的新硬件软件技术,该研究计划旨在满足毫米波通信、信号处理、网络和控制研究社区的关键需求。 就更广泛的影响而言,PI 计划将研究结果纳入研究生课程,并开发有关毫米波和 M-MIMO 通信网络基础知识的新专题课程。还计划让本科生和高中生参与,目的是提供射频组件、通信、网络、控制和信号处理技术方面的实践经验。拟议的研究解决了毫米波大型天线阵列和通信网络的基本问题,理论和实践方面的潜在突破,使未来多千兆位无线通信和相关网络应用取得成功。该研究计划涵盖通信和信号处理的广泛领域,旨在通过统一的研究计划建立对毫米波 M-MIMO 网络的网络级理解,其中包括开发和探索:i) 易于处理的理论模型,ii) 理论性能范围和容量限制,以及 iii) 低复杂度算法。 该项目的新颖性在于通过在射频前端引入新颖算法来实现联合波束训练和调度算法,以及利用子阵列聚类来提高吞吐量和降低能耗。 PI 的工作围绕三个相互依赖的研究重点进行:i) 收发器和波束成形架构,可在频率调谐方面提供极大的敏捷性并在多个指标上提供高性能,ii) 基于毫米波子阵列聚类的频谱效率优化算法,以及 iii)基于毫米波子阵列聚类的能效调度算法。除了理论研究之外,PI 还计划通过广泛的模拟、跟踪驱动的仿真和现场测试来验证分析技术和模型。

项目成果

期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Decentralized Learning for Overparameterized Problems: A Multi-Agent Kernel Approximation Approach," in Proc. ICLR, Virtual Event, April 2022
针对过度参数化问题的去中心化学习:多代理核逼近方法,”Proc. ICLR,虚拟活动,2022 年 4 月
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Khanduri, P.;Yang, H.;Hong, M.;Liu, J.;Wai, H.;Liu, S.
  • 通讯作者:
    Liu, S.
PRECISION: Decentralized Constrained Min-Max Learning with Low Communication and Sample Complexities
Finite-Time Convergence and Sample Complexity of Multi-Agent Actor-Critic Reinforcement Learning with Average Reward," in Proc. ICLR, Virtual Event, April 2022
具有平均奖励的多智能体 Actor-Critic 强化学习的有限时间收敛和样本复杂性,”Proc. ICLR,虚拟活动,2022 年 4 月
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hairi, FNU;Liu, Jia;Lu, Songtao
  • 通讯作者:
    Lu, Songtao
DIAMOND: Taming Sample and Communication Complexities in Decentralized Bilevel Optimization
  • DOI:
    10.1109/infocom53939.2023.10228853
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Pei-Yuan Qiu;Yining Li;Zhuqing Liu;Prashant Khanduri;Jia Liu;N. Shroff;E. Bentley;K. Turck
  • 通讯作者:
    Pei-Yuan Qiu;Yining Li;Zhuqing Liu;Prashant Khanduri;Jia Liu;N. Shroff;E. Bentley;K. Turck
A Stochastic Linearized Augmented Lagrangian Method for Decentralized Bilevel Optimization
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Songtao Lu;Siliang Zeng;Xiaodong Cui;M. Squillante;L. Horesh;Brian Kingsbury;Jia Liu;Mingyi Hong
  • 通讯作者:
    Songtao Lu;Siliang Zeng;Xiaodong Cui;M. Squillante;L. Horesh;Brian Kingsbury;Jia Liu;Mingyi Hong
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Jia Liu其他文献

KNOWLEDGE FLOWS IN CHINA : A PATENT CITATIONS ANALYSIS Presented
中国的知识流动:专利引证分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jia Liu
  • 通讯作者:
    Jia Liu
Aberrant peripheral immune responses in acute Kawasaki disease with single-cell sequencing
通过单细胞测序发现急性川崎病的异常外周免疫反应
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhen Wang;Lijian Xie;Sirui Song;Liqin Chen;Guang Li;Jia Liu;T. Xiao;H. Zhang;Yujuan Huang;Guohui Ding;Yixue Li;Min Huang
  • 通讯作者:
    Min Huang
電力貯蔵装置を有する半導体変圧器の仮想同期機制御
带蓄电装置的半导体变压器虚拟同步机控制
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mustafa Al-Tameemi;Jia Liu;Hassan Bevrani;and Toshifumi Ise;小谷駿介・劉佳・三浦友史・阪部茂一・伊瀬敏史;小谷駿介・三浦友史・伊瀬敏史;樋口順也・三浦友史;樋口順也・三浦友史;樋口順也・三浦友史
  • 通讯作者:
    樋口順也・三浦友史
Two-dimensional plasma grating by non-collinear femtosecond filament interaction in air
空气中非共线飞秒灯丝相互作用的二维等离子体光栅
  • DOI:
    10.1063/1.3650709
  • 发表时间:
    2011-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Jia Liu;Wenxue Li;Haifeng Pan;Heping Zeng
  • 通讯作者:
    Heping Zeng
QAM Modulation Based on Lowest Energy Consumption in Passive CRFID

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  • 发表时间:
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  • 批准号:
    2338987
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 55万
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    2023
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    $ 55万
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    ES/W004860/1
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    2021
  • 资助金额:
    $ 55万
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  • 批准号:
    2134689
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CPS: Medium: An AI-enabled Cyber-Physical-Biological System for Cardiac Organoid Maturation
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  • 批准号:
    2038603
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    2020
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    $ 55万
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  • 批准号:
    2110259
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    2020
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  • 财政年份:
    2020
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    $ 55万
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  • 批准号:
    1943226
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 55万
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    Continuing Grant
CIF: Small: Taming Convergence and Delay in Stochastic Network Optimization with Hessian Information
CIF:小:利用 Hessian 信息驯服随机网络优化中的收敛和延迟
  • 批准号:
    2110252
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

库车坳陷沿走向差异构造变形成因机制定量研究
  • 批准号:
    42372264
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
北祁连-河西走廊盆地地壳结构沿盆山走向变化及揭示的青藏高原东北缘地壳变形方式的差异
  • 批准号:
    42274134
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
含走向非一致结构面岩体真三轴卸荷力学响应及破坏模式研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Toward a general theory of intermittent aeolian and fluvial nonsuspended sediment transport
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
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  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:

相似海外基金

CAREER: Toward Smart Surface Acoustic Wave Devices with Gate-Tunability
职业:开发具有栅极可调谐性的智能表面声波器件
  • 批准号:
    2337069
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Hybrid Surface Coating Toward Corrosion-Controlled Magnesium-Based Implants
职业:针对腐蚀控制镁基植入物的混合表面涂层
  • 批准号:
    2339911
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
レーザー走査した光熱微小気泡がつくる配向集積場の理解と配向配線技術の開発
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  • 批准号:
    24K08145
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
ハムストリング肉離れの受傷予防と走能力向上を達成する骨格筋の構造的・機械的特性
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  • 批准号:
    24K20565
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Motion Sense-free Cabin:自動走行時の快適性向上を目的とした搭乗者の移動感覚制御
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  • 批准号:
    24K02978
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 55万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了