数学与通信完美结合——罗智泉教授团队与华为合作取得5G网络中应用智能反射面技术的突破
数学与通信完美结合
罗智泉教授团队与华为合作
取得5G网络中应用智能反射面技术的突破
近日，在香港中文大学（深圳）副校长、深圳市大数据研究院院长罗智泉教授的带领下，由深圳市大数据研究院、香港中文大学（深圳）、华为技术有限公司联合成立的未来网络系统优化创新实验室完成了无需信道状态信息的IRS技术的原型研发，在不需要改变现有移动网络结构和协议的前提下验证了IRS技术的可行性。实验室所研发的IRS技术适合在现有5G网络中低成本、大规模地推广部署。
Intelligent Reflecting Surface (IRS)
此前学术界提出的大部分超表面技术需要基于信道状态信息的估计，不适宜在现有的5G网络中实现。总体而言，IRS技术在当前网络应用中存在以下挑战：
1. 对于当前的sub-6GHz频段而言，真实信道中多径成分非常丰富，难以准确地估计主要能量的来波方向。
为了应对上述挑战，基于数据驱动的思想，罗教授带领的联合研发团队创新性地提出了基于盲波束赋形的反射面相位控制技术。具体而言，该项技术不需要获取信道状态即可通过自学习建立场景化模型，得到IRS阵列在当前场景下的最优相位组合。理论证明，在处理二元相位选择Φ={0，π}时，以上算法可以渐进达到全局最优；而在处理多元相位选择Φ={0,π/K,2π/K,...,((K-1)π)/K}，K>2时，以上算法可以渐进达到全局最优的75%以上。
目前，针对上述技术，罗教授带领的联合研发团队已经完成了基于真实5G网络环境（现网5G 2.6GHz频段）的初步测试验证，证实了基于盲波束赋形的IRS技术能够为5G网络带来两方面的性能提升：
1. 室内5G网络覆盖补盲以及SINR提升。
2. 室外5G网络RANK提升。
从实际测试效果来看，在室内典型的弱覆盖场景下，能有效改善区域弱覆盖，覆盖增益14dB，SINR增益12dB，速率提升200%。
在室外的空旷场景下，多径较少，RANK较低。通过引入IRS，RANK提升一阶，速率增益为50%。
当前已初步完成原型机规模应用的前期准备工作，下一步计划在真实网络中更丰富的场景中进行验证与应用，支撑5G网络系统级优化。
注：此研究中的智能反射面面板由南京大学冯一军、陈克教授团队合作完成，特此鸣谢！
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罗智泉教授
罗智泉教授，国际著名大数据分析与应用科学家、加拿大皇家科学院院士、香港中文大学（深圳）副校长、深圳市大数据研究院院长。他于1984年获北京大学数学系学士学位，1989年获美国麻省理工学院电子工程与计算机科学系博士学位。他是SIAM 会士和IEEE 会士以及IEEE信号处理期刊主编（2012-2014）。
他的学术成果包括无线通信的收发机优化设计、最优鲁棒波束成形设计、动态频谱管理等，相关论文被IEEE等权威学术机构7次评为年度最佳论文；因在优化理论方面的杰出贡献，2010年被美国运筹和管理科学协会授予Farkas奖，2018年被国际数学优化学会授予Tseng纪念奖。2020年，他被聘为华为eLab实验室主任，挑战网络效能最大化的难题。他主持研发的5G网络优化技术已落地华为GTS平台，供数万工程师在全球多个网络中应用，提升网络平均数率15+%，能耗下降10+%。他领导的5G网络体验最优化技术创新团队荣获华为2020年创新与技术突破奖（华为公司科技创新最高奖）。
未来网络系统优化创新实验室
未来网络系统优化创新实验室是华为技术有限公司联合香港中文大学（深圳）和深圳市大数据研究院共同建立的联合创新实验室，隶属华为服务与软件研发管理部。实验室在加拿大皇家科学院院士、SIAM/IEEE Fellow、罗智泉教授的带领下，通过吸引、连接全世界优秀科学家与工程师，挑战网络系统优化基础理论技术的学术无人区，让数学能力和华为优秀的工程能力相结合产生化学反应，共同推进数学、人工智能技术在未来网络系统级创新中的应用，解决多年来困扰通信业界和科学界的难题，使千百个网络体验与效能最大化。
深圳市大数据研究院
深圳市大数据研究院(Shenzhen Research Institute of Big Data)为深圳市十大基础研究机构之一，属于市属二类事业单位。围绕大数据基础理论与算法、大数据通用软件与技术、大数据驱动的智能应用技术三大方向，研究院现已发展3个研究所，下属9个实验室。
研究院由罗智泉教授及其领衔的孔雀团队在2016年3月组建，现已聚集一批包括院士、国家杰出青年基金获得者、长江学者等世界级领军人物，吸引了一批国际顶尖的全职/双聘科研人员、访问教授/学者。同时，研究院与香港中文大学（深圳）等国内外一流高校成立了多个联合人才培养项目，为大数据领域积极培育创新人才。
建院至今，研究院成员在国际顶级期刊发表论文200余篇，并作为负责人及核心成员承担多项国家和广东省重大和重点项目。研究院与香港中文大学（深圳）、华为共同建立了“未来网络系统优化创新实验室”，并与腾讯、京东、深圳市气象局、深圳市罗湖区人民医院等政企单位展开了广泛的产业化合作，在医疗、通讯等领域已实现科研技术可落地实操的阶段性突破。
香港中文大学（深圳）
香港中文大学（深圳）是一所经国家教育部批准，按中外合作办学条例设立的大学。大学以创建一所立足中国、面向世界的一流研究型大学为己任，致力于培养具有国际视野、中华传统和社会担当的创新型高层次人才。大学的办学特色是国际化的氛围、中英并重的教学环境、书院制传统、通识教育、新型交叉学科设置和以学生为本的育人理念。
香港中文大学（深圳）建校以来，以创新驱动为指引，以粤港澳大湾区需求为导向，研究领域契合了国家战略发展需求，涵盖了地方新兴产业和未来产业发展方向，包括人工智能与机器人、大数据与数据科学、信号与信息处理、类脑研究、生物医药、生物信息、先进材料、新型电子元器件、智能电网、新型网络、金融物流等。
CUHKSZ-SRIBD-HUAWEI
未来网络系统优化创新实验室
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