硬件受限的大规模天线能效建模、优化和传输理论研究

With the rapid development of information and communication technologies (ICT), the increasing energy consumption of ICT industry has become an important factor restricting the sustainable development, and this problem becomes more serious results from the rapid growth of wireless communication data. How to improve the energy efficiency has become an important technical challenge when designing future communication systems. Massive MIMO technology can bring a significant improvement on system spectral efficiency and energy efficiency, and is one of the key technologies which can address the technical challenge. However, most researches about energy efficiency and communication theories in massive MIMO system based on the ideal assumption of communication link. These researches cannot depict the general influence of hardware imperfect features on system energy efficiency, so they cannot be used to guide the design of an actual system design. The project will focus on the core problem that how to overcome the influences caused by hardware imperfections on system performance and realize the joint optimization of system communication performance and energy efficiency. The first research problem will be the communication capacity and energy efficiency theory in hardware-constrained massive MIMO system. Then the channel state information acquisition, precoding and receiver design based on energy efficiency improving will be researched. Furthermore, we will also research the system resource management methods considering both hardware resource and wireless resource, and come up with the joint optimization of energy and system resource.

随着信息通信技术（ICT）的快速发展，通信能耗增加已成为制约无线通信系统可持续发展的重要问题。这一问题随未来无线数据业务的急剧增长而日益严重。如何提升能量效率成为未来无线通信系统设计所面临的重大技术挑战。大规模天线技术不但可以大幅度提升频谱效率，还具有巨大的能量效率提升潜力，是满足未来无线通信需求的关键技术之一。已有大规模天线系统能效建模、优化和传输理论研究大多基于理想通信链路假设，因而难以针对硬件非完美特性，指导实际硬件受限的无线通信系统设计。本项目将“围绕如何克服硬件非完美特性对系统传输性能造成的负面影响以实现系统传输质量和能量效率改善”这一核心问题，研究硬件受限的大规模天线系统传输容量与能效理论、高能效信道状态信息获取技术和预编码、接收机方案，以及能效优先的硬件资源和无线资源管理优化方法，以期为未来高能效实际无线通信系统设计提供理论指导。

随着信息通信技术的快速发展，通信能耗增加已成为制约无线通信系统可持续发展的重要问题。大规模天线技术不但可以大幅度提升频谱效率，还具有巨大的能量效率提升潜力，是满足未来无线通信需求的关键技术之一。已有大规模天线系统能效建模、优化和传输理论研究大多基于理想通信链路假设，因而难以针对硬件非完美特性，指导实际硬件受限的无线通信系统设计。本项目围绕"如何克服硬件非完美特性对系统传输性能造成的负面影响以实现系统传输质量和能量效率改善”这一核心问题，研究硬件受限的大规模天线系统传输容量与能效理论、高能效信道状态信息获取技术和预编码、接收机方案，以及能效优先的硬件资源和无线资源管理优化方法三部分内容，为未来高能效实际无线通信系统设计提供理论指导。针对硬件受限的大规模天线系统传输容量与能效理论，本项目研究了非完美硬件特性条件下的传输容量理论以及能量效率理论；针对硬件受限的大规模天线系统高能效传输理论方法，本项目研究了针对硬件非完美特性的系统信道状态信息获取方法与高能效发送预编码与接收机方案；针对能效优先的硬件受限大规模天线系统资源管理方法，本项目通过权衡能量效率与用户服务质量需求，建立了高能效资源调度、配置和管理机制，给出了能效与资源联合优化的方法。在本项目的资助下，项目组共发表论文44篇，其中期刊论文27篇，包括通信领域顶级期刊 IEEE J. Sel. Areas Commun. 3篇，IEEE Trans. 11篇，会议论文17篇，包括IEEE ICC, IEEE GLOBECOM 等通信领域国际旗舰会议4篇，并获得国际会议2018’ ICNC 以及 2020’ PIMRC最佳论文奖2项。申请专利39项，授权28项，部分研究成果获山东省科学技术（自然科学）奖二等奖，超额完成既定目标。