多用户MIMO系统高可靠低时延通信的能效优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61801191
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0105.移动通信
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Ultra-reliable and low latency communications (URLLCs) are very important scenarios in the fifth generation (5G), which require guaranteeing the reliability of 99.999% in one millisecond or less. The existing theories and methods on the quality of service (QoS) guarantees have to pay the price of low spectral efficiency and high energy consumption for achieving URLLCs. Thus, how to achieve URLLC in an energy-efficient way is a hot but difficult problem..Focusing on the above issue, jointly considering the grant-free access scheme recommended by 3GPP recently, this project dedicates to solving the problem by leveraging the combined advantage of diversity and multiplexing of MIMO techniques. The features and innovation points of this project include: (1) Focusing on the features of short packets of URLLC traffic, we construct the MAC-PHY cross-layer service model for multi-users MIMO systems; (2) Based on the martingales theory, we propose to transform the sporadic arrival of URLLC traffic and the service characterising the cross-layer access into exponential super-martingales. Most importantly, we explore the new theories and methods to analyse and guarantee the reliability-delay performance for multi-users MIMO systems. (3) Relying on our theoretic results, we investigate the cross-layer grant-free access schemes and algorithms in multi-users MIMO systems to achieve the optimum joint configuration of multiple parameters (i.e., the access parameters, the power controlling, the trade-off between the diversity and multiplexing, and the duration of a slot) for maximizing the energy efficiency of system on the premise of carrying URLLC traffic..The research findings can provide not only theoretic support but also technical references for boosting URLLC as a trump application scenario.
高可靠低时延通信(URLLC)是5G重要场景,需在1毫秒内至少满足99.999%的可靠性。现有的服务质量(QoS)保障理论只能以带宽及能耗为代价支持URLLC。如何高能效地支持URLLC是当前研究的热点和难点。.鉴于此,结合3GPP新近推荐的免授权机制,本项目利用MIMO技术分集和复用的联合优势致力于解决上述问题。项目特色与创新在于:(1)针对URLLC业务的短包特性,构建多用户MIMO系统中MAC-PHY跨层服务模型;(2)基于鞅论,提出将URLLC偶发到达、及表征跨层接入的服务分别转换为指数上鞅,探索多用户MIMO系统可靠性-时延性能分析与保障的新理论新方法;(3)在此基础上,研究多用户MIMO的跨层免授权接入机制与算法,实现接入参数、功率控制、分集-复用和时隙时长的最优联合设置,以支持URLLC、使系统能效最大。.项目成果将为URLLC成长为5G杀手级应用场景提供理论支撑和技术参考。

结项摘要

高可靠低时延通信(URLLC)类业务的数据包短、偶发性强,要求在1毫秒内至少满足99.999%的可靠性。现有的QoS分析和保障方法主要是稳态分析方法,高估了URLLC对带宽和功耗的需求。因此,基于这些方法只能以带宽和功耗为代价来支持URLLC,尤其是上行URLLC。如何高能效地实现上行URLLC是一个具有挑战性的问题。鉴于此,本项目主要关注上行多用户MIMO系统,研究多用户MIMO系统可靠性、时延QoS的瞬态理论分析方法,以及满足URLLC高可靠、低时延要求的多用户MIMO系统的高能效传输方案。主要研究内容包括:(1)综合考虑无线信道的不确定性、URLLC业务偶发特性以及5G/B5G新空口传输特性,研究了多用户MIMO上行传输的服务速率的统计模型。(2)分别以鞅论和吸收马尔可夫理论为基础,研究了时延-可靠性QoS的瞬态分析新方法,揭示出时延和可靠性QoS要求、随机到达特性以及物理资源需求量之间的关系。(3)基于理论分析结果,设计了多用户MIMO系统能效最大的参数配置最优配置方案、提出了自适应的免授权传输机制。研究结果表明,数据包差错概率与时延界、接收天线数目等近似呈现负指数依赖关系。更为重要的是,在上行MIMO系统中实现了高能效、高可靠和低时延的跨层传输,为工业互联网和触觉互联网等新型应用落地提供理论指导和技术支撑。.项目资助发表12篇论文和1项授权专利。其中,8篇论文发表在IEEE TWC、IEEE TVT等IEEE主流期刊上,2篇发表在IEEE ICC 2020和2021会议上。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(1)
Achieving Energy-Efficient Uplink URLLC with MIMO-Aided Grant-Free Access
通过 MIMO 辅助的无授权接入实现节能的上行链路 URLLC
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Wireless Communications
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Linlin Zhao;Shaoshi Yang;Xuefen Chi;Wanzhong Chen;Shaodan Ma
  • 通讯作者:
    Shaodan Ma
Martingale-Based Bandwidth Abstraction and Slice Instantiation Under the End-to-End Latency-Bounded Reliability Constraint
端到端时延受限可靠性约束下基于鞅的带宽抽象和切片实例化
  • DOI:
    10.1109/lcomm.2021.3122305
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Communications Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Baozhu Yu;Xuefen Chi;Xuan Liu
  • 通讯作者:
    Xuan Liu
QoE-based MEC-assisted Predictive Adaptive Video Streaming for On-road Driving Scenarios
适用于道路驾驶场景的基于 QoE 的 MEC 辅助预测自适应视频流
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Wireless Communications Letters
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wanting Yang;Xuefen Chi;Linlin Zhao;Zehui Xiong
  • 通讯作者:
    Zehui Xiong
Bandwidth abstraction and instantiation under closed-loop latency constraint for tactile slice based on martingale theory
基于鞅理论的触觉切片闭环时延约束下的带宽抽象与实例化
  • DOI:
    10.1016/j.comcom.2020.06.008
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Computer Communications
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Baozhu Yu;Xuefen Chi;Hongliang Sun
  • 通讯作者:
    Hongliang Sun
Analysis on latency-bounded reliability for adaptive grant-free access with multipackets reception (MPR) in URLLCs
URLLC 中多数据包接收 (MPR) 自适应无授权访问的延迟有限可靠性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Communications Letters
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Linlin Zhao;Xuefen Chi;Lei Qian;Wanzhong Chen
  • 通讯作者:
    Wanzhong Chen

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面向遥操作的触觉通信时延和可靠性服务质量分析与保障方法
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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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