高通量天基信息网络容量与多址技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61771158
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0106.空天通信
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2018-12-31

项目摘要

High throughput space-based information networks (SIN) will enable a “Terabit data rate capacity” broadband wireless access, which previously possible only with fiber-optic links, and offer the access availability of “anywhere and anytime” inherent to the satellites. The project will focus on a fundamental theoretical framework and advanced signal processing and network protocols of the high throughput SIN, and will be a significant enabling factor for the integrated space/air/terrestrial information network of China. First, we will develop a real channel model for the Ka/Q/V band millimeter wave systems, and propose a practical time-varying prediction model based on the AutoRegressive-Moving-Average (ARMA) model. The optimal resource allocation policy is analytically derived by utilizing the partially observable Markov decision process. Then, by taking into account the properties of highly directive antennas at Ka band, we will research on 1) adaptive constellation multiplexing for Ka band MIMO downlink transmission, 2) uncoordinated NOMA aloha uplink protocol with finite blocklengths, 3) decentralized frequency reuse patterns in multibeam broadband satellite communications. Last, the quantitative analysis of capacity of SIN cooperative multi-hop transmission will be modeled, based on a rational Laplace transform to derive closed-form throughput expressions in a matrix exponential distribution form. Then, we will form a cross-layer resources model, and derive the optimal matching policy over multi-type service demands and communication resource cognitive approach. In addition, a multi-hop transmission simulation platform will be developed, by hardware/software co-design method to verify the performance of the above algorithms and protocols. The targeted optimal design of SIN transmission mechanism will serve as an integrated multi-hop transmission scheme for high-efficiency and high reliability transmission. Our outcomes will have a significant impact on the standardization and design of future broadband SIN.
高通量天基信息网(SIN)将提供一种比拟光纤网的宽带接入方法,系统容量可达Terabit/s,实现“无处不在"的高速宽带接入。本项目面向国家“十三五”科技规划的“天地一体化网络”重大工程需求,首先,探索Ka/Q/V频段的毫米波链路多、变参数信道,建立ARMA信道预测模型,利用部分观测马尔科夫决策求解最大期望吞吐量的资源配置策略。在此基础上,发掘Ka频段指向性天线特性,研究最大化系统吞吐量的上下行多址接入技术和资源复用方法,包括:自适应星座复用Ka频段MIMO下行传输方案、非协作NOMA Aloha上行随机接入协议、非中心化的资源管理与复用算法。最后,采用矩阵指数分布拉普拉斯变换的方法,定量分析SIN多跳协作的容量和跨层资源模型,给出适配业务需求和通信资源认知的多跳传输方法,建立高通量SIN容量理论,并搭建软-硬件联合系统实验平台验证。希望通过本项目的研究,为天基宽带网的建设提供关键的解决方案。

结项摘要

本项目瞄准空间通信的发展趋势,以高通量GEO卫星为骨干节点,研究我国天基信息网络的拓扑构建与链路性能,探索了天基信息网络的高效传输机理,力争实现比拟光纤网的无线宽带接入能力。本项目从2017年8月获批之后,到2018年12月底的项目执行期内,按照计划书的预定目标和计划开展了研究,完成了全部的研究内容:首先,研究了高通量天基信息网络的记忆性信道与网络模型,包括,1)时变信道建模及预测算法;2)时变信道容量分析与传输策略;3)基于摄动分析的天基骨干网络构型与链路性能分析。然后,研究了高通量卫星Ka频段下的多址接入与资源配置,包括,1)基于OSTBC-MIMO系统的天基信息网络LTP-HARQ传输协议设计;2)天基信息网络的非协作随机接入技术;3)面向多波束的高通量卫星功率优化策略。.项目执行期间,发表学术论文33篇,其中15篇SCI检索期刊论文,参与了6次国际学术会议并进行学术报告,发表EI检索会议论文18篇,标注率100%。申请及授权国家发明专利8项。培养了硕士研究生12名。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(8)
Performance Analysis of Space Information Networks with Backbone Satellite Relaying for Vehicular Networks
车载网络骨干卫星中继空间信息网络性能分析
  • DOI:
    10.1155/2017/4859835
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Wireless Communications and Mobile Computing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jian Jiao;Houlian Gao;Shaohua Wu;Qinyu Zhang
  • 通讯作者:
    Qinyu Zhang
Partially Observable Markov Decision Process-Based Transmission Policy over Ka-Band Channels for Space Information Networks
空间信息网络Ka波段信道上基于部分可观测马尔可夫决策过程的传输策略
  • DOI:
    10.3390/e19100510
  • 发表时间:
    2017-09
  • 期刊:
    Entropy
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Jiao Jian;Sui Xindong;Gu Shushi;Wu Shaohua;Zhang Qinyu
  • 通讯作者:
    Zhang Qinyu
Bounds on the Reliability of RaptorQ Codes in the Finite-Length Regime
有限长度体制下RaptorQ码可靠性的界限
  • DOI:
    10.1109/access.2017.2768158
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhang Ke;Zhang Qinyu;Jiao Jian
  • 通讯作者:
    Jiao Jian
ARMA-Based Adaptive Coding Transmission Over Millimeter-Wave Channel for Integrated Satellite-Terrestrial Networks
基于 ARMA 的星地综合网络毫米波信道自适应编码传输
  • DOI:
    10.1109/access.2018.2825256
  • 发表时间:
    2018-01-01
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Gu, Shushi;Jiao, Jian;Zhang, Qinyu
  • 通讯作者:
    Zhang, Qinyu
Outage Analysis of Multirelay Multiuser Hybrid Satellite-Terrestrial Millimeter-Wave Networks
多中继多用户混合星地毫米波网络的中断分析
  • DOI:
    10.1109/lwc.2018.2855133
  • 发表时间:
    2018-12-01
  • 期刊:
    IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS LETTERS
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Jiang, Xiao;Jiao, Jian;Zhang, Qinyu
  • 通讯作者:
    Zhang, Qinyu

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其他文献

A Rainfall Interception Model for Alfalfa Canopy under Simulated Sprinkler Irrigation
模拟喷灌下苜蓿冠层降雨拦截模型
  • DOI:
    10.3390/w8120585
  • 发表时间:
    2016-12
  • 期刊:
    Water
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    焦健;苏德荣
  • 通讯作者:
    苏德荣
苹果HSP90家族基因鉴定及高温胁迫下的表达分析
  • DOI:
    10.16420/j.issn.0513-353x.2020-0895
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    园艺学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚富文;王枚阁;宋春晖;宋尚伟;焦健;王苗苗;王昆;白团辉;郑先波
  • 通讯作者:
    郑先波
Comparison of Water Distribution Characteristics for Two Kinds of Sprinklers Used for Center Pivot Irrigation Systems
中心支轴灌溉系统两种喷头布水特性比较
  • DOI:
    10.3390/app7040421
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    applied sciences
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    焦健;韩立亮;王亚东;苏德荣
  • 通讯作者:
    苏德荣
5-氨基乙酰丙酸提高玉米幼苗抗低温性及其生理机制
  • DOI:
    10.13292/j.1000-4890.201607.011
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    生态学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙阳;王燚;曲丹阳;李晶;焦健;曹鑫波;顾万荣;魏湜
  • 通讯作者:
    魏湜
Dynamics of Water Vapor Content around Isolated Sprinklers: Description and Validation of Model
孤立喷头周围水蒸气含量的动态:模型的描述和验证
  • DOI:
    10.3390/w9050307
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    water
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    焦健;苏德荣
  • 通讯作者:
    苏德荣

其他文献

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面向火星临近空间时变信道的文件可靠传输机理
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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