羅智泉教授團(tuán)隊(duì)與華為合作取得5G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用智能反射面技術(shù)的突破
近日，在香港中文大學(xué)（深圳）副校長(zhǎng)、深圳市大數(shù)據(jù)研究院院長(zhǎng)羅智泉教授的帶領(lǐng)下，由深圳市大數(shù)據(jù)研究院、香港中文大學(xué)（深圳）、華為技術(shù)有限公司聯(lián)合成立的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室完成了無(wú)需信道狀態(tài)信息的IRS技術(shù)的原型研發(fā)，在不需要改變現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議的前提下驗(yàn)證了IRS技術(shù)的可行性。實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的IRS技術(shù)適合在現(xiàn)有5G網(wǎng)絡(luò)中低成本、大規(guī)模地推廣部署。
?作為6G的研究熱點(diǎn)技術(shù)之一，智能反射面（Intelligent Reflecting Surface, IRS）可以通過(guò)控制平面上大量低成本的無(wú)源反射元件的相位智能地重構(gòu)無(wú)線傳播環(huán)境，顯著地提升無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，IRS提供了突破網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)限制進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量的新思路。此前學(xué)術(shù)界提出的大部分超表面技術(shù)需要基于信道狀態(tài)信息的估計(jì)，不適宜在現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。總體而言，IRS技術(shù)在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在以下挑戰(zhàn)：
1. 對(duì)于當(dāng)前的sub-6GHz頻段而言，真實(shí)信道中多徑成分非常豐富，難以準(zhǔn)確地估計(jì)主要能量的來(lái)波方向。
2. 對(duì)于多徑豐富的場(chǎng)景，IRS發(fā)揮作用需要與基站交互信道CSI信息，進(jìn)而要設(shè)計(jì)獨(dú)立的信息傳輸鏈路以及IRS側(cè)具備通信信號(hào)接收和處理的相應(yīng)功能，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議并不支持。
3. 引入信道交互以及IRS接收機(jī)能力后，對(duì)應(yīng)IRS成本大幅抬升，若與基站成本相當(dāng)，則難以大規(guī)模推廣部署。
為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的思想，羅教授帶領(lǐng)的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了基于盲波束賦形的反射面相位控制技術(shù)。具體而言，該項(xiàng)技術(shù)不需要獲取信道狀態(tài)即可通過(guò)自學(xué)習(xí)建立場(chǎng)景化模型，得到IRS陣列在當(dāng)前場(chǎng)景下的最優(yōu)相位組合。理論證明，在處理二元相位選擇Φ={0，π}時(shí)，以上算法可以漸進(jìn)達(dá)到全局最優(yōu)；而在處理多元相位選擇Φ={0,π/K,2π/K,...,((K-1)π)/K}，K>2時(shí)，以上算法可以漸進(jìn)達(dá)到全局最優(yōu)的75%以上。
目前，針對(duì)上述技術(shù)，羅教授帶領(lǐng)的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了基于真實(shí)5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（現(xiàn)網(wǎng)5G 2.6GHz頻段）的初步測(cè)試驗(yàn)證，證實(shí)了基于盲波束賦形的IRS技術(shù)能夠?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)兩方面的性能提升：室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋補(bǔ)盲以及SINR提升；室外5G網(wǎng)絡(luò)RANK提升。
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從實(shí)際測(cè)試效果來(lái)看，在室內(nèi)典型的弱覆蓋場(chǎng)景下，能有效改善區(qū)域弱覆蓋，覆蓋增益14dB，SINR增益12dB，速率提升200%。
在室外的空曠場(chǎng)景下，多徑較少，RANK較低。通過(guò)引入IRS，RANK提升一階，速率增益為50%。
當(dāng)前已初步完成原型機(jī)規(guī)模應(yīng)用的前期準(zhǔn)備工作，下一步計(jì)劃在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中更豐富的場(chǎng)景中進(jìn)行驗(yàn)證與應(yīng)用，支撐5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化。另，此研究中的智能反射面面板由南京大學(xué)馮一軍、陳克教授團(tuán)隊(duì)合作完成，特此鳴謝！
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教授簡(jiǎn)介
羅智泉教授，國(guó)際著名大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用科學(xué)家、加拿大皇家科學(xué)院院士、香港中文大學(xué)（深圳）副校長(zhǎng)、深圳市大數(shù)據(jù)研究院院長(zhǎng)。他于1984年獲北京大學(xué)數(shù)學(xué)系學(xué)士學(xué)位，1989年獲美國(guó)麻省理工學(xué)院電子工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系博士學(xué)位。他是SIAM 會(huì)士和IEEE 會(huì)士以及IEEE信號(hào)處理期刊主編（2012-2014）。
他的學(xué)術(shù)成果包括無(wú)線通信的收發(fā)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)、最優(yōu)魯棒波束成形設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)頻譜管理等，相關(guān)論文被IEEE等權(quán)威學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)7次評(píng)為年度最佳論文；因在優(yōu)化理論方面的杰出貢獻(xiàn)，2010年被美國(guó)運(yùn)籌和管理科學(xué)協(xié)會(huì)授予Farkas獎(jiǎng)，2018年被國(guó)際數(shù)學(xué)優(yōu)化學(xué)會(huì)授予Tseng紀(jì)念獎(jiǎng)。2020年，他被聘為華為eLab實(shí)驗(yàn)室主任，挑戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)效能最大化的難題。他主持研發(fā)的5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)已落地華為GTS平臺(tái)，供數(shù)萬(wàn)工程師在全球多個(gè)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，提升網(wǎng)絡(luò)平均數(shù)率15+%，能耗下降10+%。他領(lǐng)導(dǎo)的5G網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)最優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)榮獲華為2020年創(chuàng)新與技術(shù)突破獎(jiǎng)（華為公司科技創(chuàng)新最高獎(jiǎng)）。
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文章轉(zhuǎn)自深圳市大數(shù)據(jù)研究院官網(wǎng)，鏈接為http://www.sribd.cn/article/361
