EAGER: Hybrid Precoding for Massive MIMO Communication Networks

EAGER:大规模 MIMO 通信网络的混合预编码

基本信息

  • 批准号:
    1827592
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 20万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-15 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

EAGER: Hybrid Precoding for Massive Multiple-Input Multiple-Output Millimeter Wave Wireless Communication NetworksFuture smart and connected communities will place tremendous demand on wireless communications due to the ever-growing popularity of smartphones, autonomous vehicles, and mobile devices. The massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) technology, in combination with millimeter wave (mmWave) spectrum utilization, is considered as a key breakthrough for enabling enormous data-rate increase for next generation wireless networks. In massive MIMO systems, a very large number of antennas is employed at the base station to communicate many mobile users simultaneously. However, this large number of antennas can lead to prohibitive cost and power consumption if conventional approach which requires one radio frequency (RF) chain per antenna is adopted. This project focuses on novel hybrid precoding designs which will not only reduce the number of RF chains but also maximize the data rate. The hybrid precoding consists of analog and digital precoders, where the digital precoder is realized by a small amount of RF chains, and the analog precoder is realized by phase shifters. Therefore, the cost, complexity and power consumption of massive MIMO systems can be reduced dramatically. The proposed research can have a large impact on the design and development of future generation of wireless networks, for which massive MIMO and mmWave are key enabling technologies. The research results will be integrated into the classes for electrical engineering and computer engineering majors through designing new course projects. Research findings will be broadly disseminated through conference presentations and journal publications. Moreover, the project will help increase participation of under-represented minorities and enhance outreach activities to attract female students to careers in engineering. This project aims to investigate hybrid precoding design methods that can drastically reduce the cost, complexity and power consumption while approaching the optimal performance of fully-connected, unconstrained massive MIMO systems. The project formulates the hybrid precoding design of multi-user massive MIMO systems into a joint optimization of analog and digital precoders with dynamic resource allocation which includes subarray selection, power allocation, and modulation-coding-rate selection. The joint optimization will enable the hybrid system with a significantly reduced number of RF chains to achieve similar performance of fully-connected massive MIMO systems at a fractional cost. The dynamic resource allocation will help to achieve best throughput for given channel conditions. Furthermore, the proposed approach utilizes finite-alphabet inputs and statistical channel state information (CSI) instead of the idealistic Gaussian inputs and instantaneous CSI, thus improving the robustness of the optimized precoders for practical systems. The objective of this project is expected to be accomplished by three specific tasks. First, theoretical studies of the achievable data rates will address the fundamental tradeoff between performance and cost of hybrid precoding. Second, algorithm research will derive low-complexity solutions to solve the NP-hard optimization problems. Third, machine learning techniques will be applied to learn the features and transition probabilities of the Markov decision processes governing the online resource allocation and hybrid precoding.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
EAGER:大规模多输入多输出毫米波无线通信网络的混合预编码由于智能手机、自动驾驶汽车和移动的设备的日益普及,未来的智能互联社区将对无线通信提出巨大的需求。大规模多输入多输出(MIMO)技术与毫米波(mmWave)频谱利用相结合,被认为是实现下一代无线网络的巨大数据速率增加的关键突破。 在大规模MIMO系统中,在基站处采用非常大量的天线来同时与许多移动的用户通信。然而,如果采用每个天线需要一个射频(RF)链的常规方法,则这种大量的天线可能导致过高的成本和功耗。该项目的重点是新型的混合预编码设计,不仅可以减少RF链的数量,而且还可以最大限度地提高数据速率。混合预编码由模拟预编码器和数字预编码器组成,其中数字预编码器由少量RF链实现,模拟预编码器由移相器实现。因此,大规模MIMO系统的成本、复杂性和功耗可以大幅降低。拟议的研究可能会对下一代无线网络的设计和开发产生重大影响,其中大规模MIMO和毫米波是关键的使能技术。研究成果将通过设计新的课程方案融入到电气工程和计算机工程专业的课程中。研究结果将通过会议介绍和期刊出版物广泛传播。此外,该项目将有助于增加代表性不足的少数群体的参与,并加强外联活动,以吸引女生从事工程职业。本项目旨在研究混合预编码设计方法,可以大大降低成本,复杂性和功耗,同时接近全连接,无约束的大规模MIMO系统的最佳性能。该方案将多用户大规模MIMO系统的混合预编码设计问题转化为模拟和数字预编码器的联合优化问题,包括子阵选择、功率分配和调制编码速率选择等动态资源分配。联合优化将使具有显著减少的RF链数量的混合系统能够以较小的成本实现与完全连接的大规模MIMO系统相似的性能。动态资源分配将有助于在给定信道条件下实现最佳吞吐量。此外,该方法利用有限字母输入和统计信道状态信息(CSI),而不是理想的高斯输入和瞬时CSI,从而提高了实际系统的优化预编码器的鲁棒性。该项目的目标预计将通过三项具体任务来实现。首先,可实现的数据速率的理论研究将解决混合预编码的性能和成本之间的基本权衡。 其次,算法研究将得出低复杂度的解决方案,以解决NP难优化问题。第三,机器学习技术将被应用于学习控制在线资源分配和混合预编码的马尔可夫决策过程的特征和转移概率。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multicell Massive MIMO Multicast Transmission With Finite-Alphabet Inputs
  • DOI:
    10.1109/tvt.2019.2917069
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Wenqian Wu;Chengshan Xiao;Xiqi Gao
  • 通讯作者:
    Wenqian Wu;Chengshan Xiao;Xiqi Gao
Robust Linear Precoder Design for 3D Massive MIMO Downlink With A Posteriori Channel Model
  • DOI:
    10.1109/tvt.2022.3163392
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    An-an Lu;Xiqi Gao;Chengshan Xiao
  • 通讯作者:
    An-an Lu;Xiqi Gao;Chengshan Xiao
Linear MIMO Precoders With Finite Alphabet Inputs via Stochastic Optimization and Deep Neural Networks (DNNs)
通过随机优化和深度神经网络 (DNN) 实现有限字母输入的线性 MIMO 预编码器
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Chengshan Xiao其他文献

Linear Precoding for MIMO Broadcast Channels With Finite-Alphabet Constraints
具有有限字母表约束的 MIMO 广播信道的线性预编码
Joint Channel Equalization and Symbol Detection for IoT Devices in Severe Multipath Channels
严重多径信道中物联网设备的联合信道均衡和符号检测
Achievable Rate Region Characterization of the MIMO Broadcast Channel with Channel Distribution Information
利用信道分布信息对 MIMO 广播信道可实现的速率区域进行表征
Improved L2-sensitivity for state-space digital system
  • DOI:
    10.1109/78.564172
  • 发表时间:
    1997-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Chengshan Xiao
  • 通讯作者:
    Chengshan Xiao
Precoder Design for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer Systems With Finite-Alphabet Inputs
具有有限字母输入的同步无线信息和电力传输系统的预编码器设计

Chengshan Xiao的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Chengshan Xiao', 18)}}的其他基金

CIF: Small: Signal Processing for Multi-user Communications under Finite Alphabet Constraints
CIF:小:有限字母表约束下的多用户通信信号处理
  • 批准号:
    0915846
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Signal Processing for Wireless Communications over Triply Selective Fading Channels
三重选择性衰落信道无线通信的信号处理
  • 批准号:
    0832833
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Signal Processing for Wireless Communications over Triply Selective Fading Channels
三重选择性衰落信道无线通信的信号处理
  • 批准号:
    0514770
  • 财政年份:
    2005
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

一种经心房覆膜血管支架植入 Hybrid Fontan 手术的 临床新技术研究
  • 批准号:
    20Y11910600
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于深度压缩技术的Hybrid像素探测器读出系统原型机研制
  • 批准号:
    11875146
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    62.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
模拟胰岛“hybrid”修饰抗原诱导tolDC免疫保护1型糖尿病β细胞研究
  • 批准号:
    81770777
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
PSMA靶向Hybrid-SiO2基纳米诊疗剂用于前列腺癌HIFU治疗及增效机制研究
  • 批准号:
    81601499
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    17.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
穿戴式步行辅助的Hybrid控制体系及其据需辅助效应研究
  • 批准号:
    51505048
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于Hybrid数据的复杂系统辨识与优化设计及在低渗透油井中的应用
  • 批准号:
    61572084
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    67.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
波-流-植被耦合环境下射流Hybrid RANS/LES数值模拟研究
  • 批准号:
    51509075
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Hybrid加速结构的理论及预制研究
  • 批准号:
    11475201
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    100.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于BGM法结合Hybrid同化开展暴雨短期集合预报方法研究
  • 批准号:
    41205073
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于Hybrid方法的大型冗余驱动机构控制策略研究
  • 批准号:
    51205392
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

CAREER: Hybrid Surface Coating Toward Corrosion-Controlled Magnesium-Based Implants
职业:针对腐蚀控制镁基植入物的混合表面涂层
  • 批准号:
    2339911
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: High-Resolution Hybrid Printing of Wearable Heaters with Shape-Changeable Structures
职业:具有可变形结构的可穿戴加热器的高分辨率混合打印
  • 批准号:
    2340414
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Nanoengineered hybrid coatings that control inflammation to artificial bone
控制人造骨炎症的纳米工程混合涂层
  • 批准号:
    DP240103271
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
Development of hybrid permanent combined-function magnet for sustainable accelerators
开发用于可持续加速器的混合永磁组合功能磁体
  • 批准号:
    24K21037
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Hybrid AI and multiscale physical modelling for optimal urban decarbonisation combating climate change
混合人工智能和多尺度物理建模,实现应对气候变化的最佳城市脱碳
  • 批准号:
    EP/X029093/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Fellowship
Hybrid Electrochemically-paired Light Irradiated Organic Synthesis (Acronym: HELIOS)
混合电化学配对光照射有机合成(缩写:HELIOS)
  • 批准号:
    EP/Y037413/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Research Grant
Sustainable Responsive Hybrid Ionic Liquid-Polymer Gel Electrolyte Materials
可持续响应杂化离子液体-聚合物凝胶电解质材料
  • 批准号:
    EP/Y005309/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Research Grant
CAREER: Multiscale Reduced Order Modeling and Design to Elucidate the Microstructure-Property-Performance Relationship of Hybrid Composite Materials
职业:通过多尺度降阶建模和设计来阐明混合复合材料的微观结构-性能-性能关系
  • 批准号:
    2341000
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAS: Photocatalysis on Hybrid Plasmonic Materials
CAS:混合等离子体材料的光催化
  • 批准号:
    2349887
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Deciphering and Directing Hierarchical Self-Assembly in Hybrid Chiral Films
破译和指导混合手性薄膜中的分层自组装
  • 批准号:
    2344586
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 20万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了