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电信学院尹海帆教授团队破解5G移动性诅咒
日期:2020-07-08

    6月29日,电信学院尹海帆教授和刘应状教授、杭州电子科技大学王海泉教授、欧洲电信学院David Gesbert教授联合在通信领域国际顶级期刊IEEE Journal on Selected Areas in Communications(IEEE JSAC,影响因子9.3)发表最新成果“Addressing the Curse of Mobility in Massive MIMO with Prony-based Angular-delay Domain Channel Predictions”。该成果成功打破了5G中Massive MIMO的移动性诅咒。


  5G中引入的大规模多入多出技术(Massive MIMO)是可以通过增加基站天线数量将移动通信系统性能(频谱效率和能量效率)提升十倍以上的核心技术。然而工业界研究人员在5G实地测试与部署中发现了一个现实的挑战,即移动性诅咒(Curse of Mobility):在用户低速移动或静止环境中,Massive MIMO可以如理论论文中所预见的那样,将系统性能提升一个数量级。但是在用户的运动速度达到或超过30km/h的中高速移动环境下,测试团队发现5G系统的性能下降50%甚至80%。这个问题主要源于无线信道信息在移动环境中更难以获取并且很快过时。移动性问题已经成为当前阻碍Massive MIMO高速数据传输的最大痛点。近年来工业界投入了大量的科研力量,但始终无法有效解决,该问题因此被称为5G中“最难啃的硬骨头”。


  尹海帆团队针对这一业界痛点做了长期深入研究,并取得突破性进展和实质性成果。团队充分利用无线信道的角度、时延、多普勒结构特征和5G中Massive MIMO的极高角度与时延分辨率,提出了一项基于Prony频谱分析的高精度且低复杂度的信道预测技术,通过非常少量的历史信道采样来推测未来信道的变化,从而避免信道信息随用户移动而快速过时的问题。团队从理论上证明了,随着Massive MIMO中天线数量的增加,该技术可以在任意用户移动速度下使得信道预测误差收敛到零。以当前主流的5G商用系统中32或64天线配置为例,工业界性能验证平台下的评估结果表明,该技术在60km/h的中高速移动环境下也可以使Massive MIMO的性能逼近用户完全静止的场景。


  尹海帆长期从事5G核心技术Massive MIMO的研究。2013年在IEEE JSAC上发表论文“A Coordinated Approach to Channel Estimation in Large-scale Multiple-Antenna Systems”,该成果极大缓解了Massive MIMO的本质性瓶颈问题——导频污染,目前被引用次数超过1000次(Google Scholar数据),并得到了Massive MIMO的提出者——美国工程院院士Thomas Marzetta教授在内的多位国际顶尖学者的高度评价。在导频污染问题得到基本解决之后,移动性问题上升为Massive MIMO的最大挑战。尹海帆团队历经一年多的科研攻坚再一次实现了技术突破,极大缓解了5G在实地部署中面临的移动性诅咒这一痛点。

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