《大规模物联网的高能效智能组网技术及其应用》

项目概况:

该项目属于信息制造业领域,依托国家科技重大专项和国家自然科学基金等10多项课题,取得了系列关键性理论创新。其中物联网的高能效大连接智能组网技术的研发,则主要和知名企业华为技术有限公司合作完成,部分理论成果已被全球国际标准IEEE 802.11ac/ah等采纳并推广应用,成为未来B5G/6G的重要组成部分。

该项目主要成果包括发表学术论文56篇,SCI检索29篇(IEEE汇刊12篇)。授权发明专利19项(含2项国际专利,申请55项),16篇标准提案被IEEE 802.11国际标准化组织和IMT 2020(5G)推进组采纳。项目成果已与多家企业联合研发,有望实现该项目科学理论的技术成果转化,具有潜在的良好社会效益和应用前景。

主要技术内容

物联网信息技术是实现信息强国中国梦的主要技术之一,是经济社会发展的战略需求焦点。该技术受到大规模传感器节点计算能力低、发射功率低等导致的传输范围小、传输速率慢和干扰强等多个复杂因素的耦合制约。该项目在多个国家自然科学基金和国家重大科技专项等课题的资助下,聚焦物联网信息技术中大规模传感器的协同接收转发、旁听干扰信息的非对称方向转发传输、基于云接入架构的传感器智能组网回传的物联网等场景,深入探索了物联网信息传输和组网的新技术和新方法,提出了若干物联网信息传输和智能组网的广覆盖、低功耗和高速率的重要理论和关键技术,形成较为完整的物联网智能组网新体系。该项目分别从大规模物联网干扰大、传输距离近和传输速率低等方面,形成的主要创新性技术成果如下:

首先(方法创新),针对大规模物联网系统中干扰信号强的技术难题,提出了多时隙多信源的发射新协议,节省了发射时隙开销,设计出新协议下多信源时域协作新方法,完成了新协议下自适应接收机优化设计,并基于无线大规模节点的干扰机理获得渐进最优的发射机最优预编码发送和最佳接收机设计的解析结果,解决了物联网中干扰信号强的难题,有效节省了物联网传输的时频开销,明显提升了物联网传输传输系统性能。

其次(原理创新),考虑到物联网中信息传输衰减大导致传输距离近的技术难题,提出了大规模传感器的协同转发多跳互联前传技术,基于凸优化方法完成了信源端的发射预处理设计,并基于瑞利熵理论获得了分布式大规模传感器节点转发的协同接收解析方法,成功设计了两步迭代优化算法,并完成了相应的迭代收敛性和局部最优性的理论论证,显著扩大了物联网的覆盖范围。

同时(理论创新),针对广覆盖物联网基于中继传感器传输速率低的技术难题,提出了基于旁听干扰的双向传感器转发协议,设计了一个信息传输方向的传感器自适应接收技术和相反信息传输方向的传感器自适应发射机技术新框架,基于凸优化方法完成了信息传输两个方向的收发机联合最优化设计,明显提升了频谱效率,降低了干扰信号的强度,扩大了物联网广覆盖的同时提升了数据传输速率。

最后(应用创新),为了解决大规模物联网系统中信令传输携带误差的实际工程问题,提出了基于信令统计信息的物联网信息传输收发技术,获得了系统信息传输误码率性能关于信令均值和方差参数的解析结果,构建了资源约束下基于信息传输误码率最小化的收发技术联合设计最优化问题,分析了以信令统计参数为自由变量的最优收发机性能,显著提升了大规模物联网中信息受误差污染的智能组网技术的鲁棒性。

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