面向5G的基于稀疏码多址接入技术的多播传输研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61701038
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    28.0万
  • 负责人：
    王冬宇
  • 依托单位：
    北京邮电大学
  • 学科分类：
    F0105.移动通信
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In the next generation (5G) systems, data service will be widely distributed in the indoor and hot spots. New mobile business emerge in endlessly, the requirements of a variety of applications such as high definition video, virtual reality and augmented reality for mobile communication are increasing, meanwhile the demands of the transmission rate, delay and the number of connections also are growing. Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS) transmission can share the same data for multiusers by using the same resources, which can effectively improve the frequency utilization rate of the mobile communication system. However, due to the wide distribution of 5G network nodes, the increasing of the network structure and the number of service requirements, the transmission problems of multicast become more complex, moreover, network performance degradation is particularly highlighted because of the various channel conditions of the multicast transceiver, which makes the improvement of multicast transmission efficiency more difficult. In this project, non-orthogonal multiple access (NOMA) technology will be introduced into the multicast system and the SCMA-based multicast transmission strategy is proposed. By using the multicast transmission characteristic, it could improve the resource utilization rate, meanwhile the non-orthogonal multiple access technology can further enhance the efficiency of spectrum, expand the number of user connections with the limited resources, and improve the transmission efficiency of multicast. It provides a new idea for solving the problem of the lack of wireless resources in future broadband wireless mobile communication system, which has certain theoretical significance and practical value.
5G网络中，高清视频、虚拟现实、增强现实等各种应用对无线网络的传输速率、时延及连接数的要求日益提高。多媒体广播/组播技术可以利用同一时频资源为多个用户传输相同的业务，然而由于5G网络的异构性和业务的多样性，多播传输速率受限于信道状况最差用户这一特性更为凸显，限制了OFDMA多播频谱效率的进一步提升。本课题拟在5G中将非正交多址接入技术引入多播系统，研究单小区和多小区两种典型应用场景下基于SCMA的多播传输策略。首先，分析和推导两种场景中多播的网络容量区域及时延等性能参数的表达式，并分析各网络性能参数之间的制约关系。其次，根据得出的各性能参数的变化规律，进行SCMA的码本优化和分配，借助SCMA技术提升无线多播的传输性能及连接数。最后，对功率等资源进行合理调度，进一步提升传输性能。本项目研究为解决未来宽带无线移动通信系统中的无线资源匮乏问题提供一种新的思路，具有一定的理论研究意义和实用价值。

结项摘要

本课题通过研究基于SCMA的无线多播系统，充分利用两者的优势，即可以提升空口效率，又可以节省频谱资源，从性能分析、系统设计以及资源分配等方面，研究基于SCMA 的无线多播传输技术。.首先，对SCMA多播系统的性能进行理论分析与验证。推导了SCMA多播系统中用户平均中断概率的闭合表达式，并从理论分析和数值仿真两个角度验证了SCMA多播系统相比传统OMA多播系统在性能上的增益。针对SCMA码域多址的特性，研究SCMA多播系统的误比特率性能。分析了SCMA单播系统的BER上边界，在此上边界基础上结合无线多播的系统特性，推导了SCMA多播系统BER 上边界的一个闭合表达式，并推导了当多播组内用户数趋于无穷时系统BER上边界的一个渐进表达式，进而得到了发送信噪比和多播组内用户数对系统BER的影响。.其次，研究了基于SCMA的分层多播系统，用以改善传统多播系统总速率受限于组内信道增益最差用户的问题。本课题将分层信源编码引入到SCMA多播系统中，并根据信道状态信息的可用性提出了两种发送方案。第一种方案需要每个用户反馈CSI给基站，虽然产生大量的反馈开销，但是可以最大程度的保证所有用户都有最基本的服务。第二种方案则不需要每个用户的CSI，无法保证所有用户的基本服务质量。基于此本课题提出了一种最优的资源分配方案。仿真结果表明，两种分层多播发送方案的中断性能和系统总速率都优于传统多播，所提的资源分配算法可以有效提升系统性能。.最后，研究了基于SCMA的协作多播系统，利用协作分集增益来提升通信可靠性。本课题提出了一个基于SCMA的中继协作多播系统模型。首先通过数学理论推导了用户平均中断概率的精确表达式。其次，分析了高SNR场景下中断概率的渐进表达式，并根据该表达式利用理论分析以及数值策略求解了最优功率分配因子和中继位置。最后通过仿真结果验证了理论表达式的正确性，以及所提优化方案的有效性。相比直接多播系统，SCMA协作多播可以有效地降低用户的平均中断概率，尤其是在高SNR场景，所提的中继设计方案可以进一步提升系统性能。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（5）
专利数量（3）
Task Caching, Offloading, and Resource Allocation in D2D-Aided Fog Computing Networks
D2D 辅助雾计算网络中的任务缓存、卸载和资源分配
  • DOI：
    10.1109/access.2019.2929075
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Lan, Yanwen;Wang, Xiaoxiang;Zhang, Yibo
  • 通讯作者：
    Zhang, Yibo
Mobility-Aware Task Offloading and Migration Schemes in Fog Computing Networks
雾计算网络中的移动感知任务卸载和迁移方案
  • DOI：
    10.1109/access.2019.2908263
  • 发表时间：
    2019-01-01
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Wang, Dongyu;Liu, Zhaolin;Lan, Yanwen
  • 通讯作者：
    Lan, Yanwen
Reinforcement Learning-Based Joint Task Offloading and Migration Schemes Optimization in Mobility-Aware MEC Network
移动感知MEC网络中基于强化学习的联合任务卸载和迁移方案优化
  • DOI：
    10.23919/jcc.2020.08.003
  • 发表时间：
    2020-08-01
  • 期刊：
    CHINA COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Wang, Dongyu;Tian, Xinqiao;Liu, Zhaolin
  • 通讯作者：
    Liu, Zhaolin
A Range-Division User Relay Selection Scheme and Performance Analysis in NOMA-based Cooperative Opportunistic Multicast Systems
基于NOMA的协作机会组播系统中的范围划分用户中继选择方案和性能分析
  • DOI：
    10.3390/electronics8050544
  • 发表时间：
    2019-05
  • 期刊：
    Electronics
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    张玉芳;王晓湘;王冬宇;赵强;张一博
  • 通讯作者：
    张一博
On the Design of Computation Offloading in Cache-Aided D2D Multicast Networks
缓存辅助D2D组播网络中计算卸载的设计
  • DOI：
    10.1109/access.2018.2876893
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    IEEE ACCESS
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    王冬宇;兰延文;赵铁柱;尹珍平;王晓湘
  • 通讯作者：
    王晓湘

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其他文献

肿瘤微环境对肿瘤血管生成的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    肿瘤
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王冬宇;路静
  • 通讯作者：
    路静
Con A亲和层析法在纯化糖蛋白中的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    齐齐哈尔大学学报(自然科学版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王冬宇;郑喜群
  • 通讯作者：
    郑喜群

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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