提名国家自然科学奖项目公示.DOC

1、提名国家自然科学奖项目公示项目名称 移动终端协作通信基础理论研究提名单位 教育部项目简介：未来无线数据流量增长将超出网络负载能力，由于“固定基础设施数量以及接入信道”的限制，传统通过密集部署提升网络容量的方案受到严峻挑战。因此，要从进一步提高无线频谱资源利用的有效性，需要改进现有的无线通信体系框架，引入新的“通信自由度”，这是一个挑战性的问题，解决该问题将为蜂窝网络发展提供重要科学支撑。该项目在国家自然基金委优秀青年基金和青年 973 等项目的持续支持下，在传统蜂窝网络中增加“移动终端直通协作层”，揭示了通过终端复用提升网络容量机理，建立了协作信道模型，提出了高效传输和优化方案。主要科学发现如

2、下：1. 揭示了移动终端复用提升网络容量机理：发现了移动接入点数量和网络容量指数递增的规律，首次提出了通过在蜂窝网络中引入终端通信自由度提升网络容量的方法，建立终端直通局域网络架构和优化理论，逼近了蜂窝网络容量极限。2. 建立了移动终端间协作通信信道模型：提出了基于动态散射体密度的终端间直通几何统计信道建模方法，首次给出了区域散射体密度的概念，建立了一套完整的终端间协作信道模型，已被广泛作为无线终端间协作通信技术理论研究的统一信道平台。3. 提出了移动终端网络安全传输和优化方法：阐明了动态拓扑结构的多跳终端协作系统中路径选择对网络性能的影响，剖析了移动中继信道安全容量，提出了自适应无线网络安全

3、编码，大幅度提升无线中继系统的鲁棒性。8 篇代表性论文被 SCI 论文他引 700 余次，其中 5 篇入选 ESI 高被引用论文, 1 篇获 IEEE ComSoc 的伦纳德 亚伯拉罕奖（Leonard G. Abraham Prize，IEEE JSAC 最佳论文奖）。共发表 SCI 论文 50 余篇，相关工作获得专利 8 项，5 项联合提案被第四代移动通信国际标准规范采纳（3GPP LTE ）。第一完成人是杰青以及首届青年 973 项目负责人，第二完成人是获得国家自然基金委优秀青年基金和 IEEE 亚太地区杰出科学家奖。第一完成人在国际重要会议做Tutorial 报告 10 次。项目主要成

4、果获得 2017 年度教育部自然科学一等奖。客观评价：该项目围绕移动终端间协作通信的基础理论开展了系统研究，提交的 8 篇累计被他人引用 700 余次，其中 5 篇论文入选 Thompson ESI 相关领域近十年高被引用论文，其中一篇论文曾被收录为 ESI 热点论文，一篇论文获得 IEEE ComSoc 的伦纳德亚伯拉罕。代表性论文被美国科学院院士、美国工程院院士、加拿大工程院院士、欧洲科学院院士、英国皇家科学学会院士以及 IEEE Fellow、ACM Fellow 等 40 余位国际机构学者写入 9 本著作和 50 篇论文综述。以下列出了代表作重要评价情况：【科学发现 1：揭示了终端复用

5、提升网络容量机理】代表性论文 1 和 2 涉及终端直通通信网络架构和优化方法，这是本项目的研究基础。以下代表性引文明确指出并且证实了项目的第一个科学发现，即 D2D-LAN 网络架构的有效性和创新性，以及通过引入终端自由度，可以提升网络容量和频谱效率。 日本东北大学 Nei Kato 教授（IEEE Fellow、IEICE Fellow、IEEE Network Magazine 主编） ，其 2 篇文章中明确指出 “提出了一种新颖的 D2D-LAN 架构，在理论上提升网络容量” 。 美国得克萨斯奥斯丁大学 Jeffrey G. Andrews 教授（IEEE Fellow、IEEE Tra

6、nsaction on Wireless Communications 主编）评价“提出的排列组合优化的资源分配算法，是非常有趣的思想，可以实现高效频谱管理” 。【科学发现 2：建立了终端间协作信道模型】项目通过合理的针对移动终端协作通信环境的特殊性进行描述和建模，并被收录为 ESI 高被引论文。以下代表性引文证实了项目的第二个科学发现，即首次提出了基于动态散射体密度的终端间直通建模方法，建立了一套完整的终端间协作信道模型，已被广泛作为无线终端间协作通信技术理论研究的统一信道平台。 普林斯顿大学工程和应用科学学院院长 H. Vincent Poor 教授（美国科学院院士、美国工程院院士、欧洲科

7、学院院士、英国皇家科学院院士、IEEE Fellow、IEEE信息论协会前主席，IEEE Transactions on Information Theory 前主编）, 加拿大滑铁卢大学 Jon W. Mark 教授（ IEEE Fellow and Life Fellow） ，加拿大滑铁卢大学Sherman Shen 校级教授（英国皇家科学院/加拿大科学院 /工程院三院院士、IEEE Fellow、IEEE Internet of Things Journal 主编）联合撰文指出“根据提出的协作信道对于信号能量衰减的模型，本文中能量路径损失可以一般性的描述协作信道” 。 加拿大滑铁卢大学

8、Sherman Shen 校级教授（ 英国皇家科学院/加拿大科学院/ 工程院三院院士、IEEE Fellow、IEEE Internet of Things Journal 主编）和中国科学院于全院士评价“代表性论文中关于无线信道特性全面且完备研究的相关工作，对于移动终端协作 V2V 的性能研究和设计有着非常重要的作用” 。【科学发现 3：提出了终端直通传输理论和优化方法】项目剖析了动态拓扑网络中数据的路由传播规律，为提高移动环境下频谱效率奠定了理论基础。以下代表性引文明确指出并且证实了项目的第三个科学发现，即提出具有线性复杂度的自适应网络中继节点选择算法和逼近无线安全容量的物理层网络安全编码

9、： 普林斯顿大学 Vincent Poor 教授（美国科学院院士、美国工程院院士、欧洲科学院院士、英国皇家科学院院士、IEEE Fellow）在其 2 篇论文中也指出“提出的min-max 算法是解决信号多跳路由问题的最优分集策略”。美国马里兰大学 K. J. Ray Liu 教授（IEEE Fellow、IEEE 信号处理协会主席）指出“获得了双向中继选择系统的理论误码率界” 。 美国加州大学 A. Lee Swindlehurst 教授（IEEE Fellow、现 IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing 主编）指出 “考虑了

10、双向中继系统中的网络编码系统的方法最大化系统安全容量”。普林斯顿大学 Vincent Poor 教授（美国科学院院士、美国工程院院士、欧洲科学院院士、英国皇家科学院院士、IEEE Fellow）4 篇论文中指出“通过双向中继选择提升了无线网络的安全性能 ”；英国帝国理工学院 K. K. Leung 教授（欧洲科学院院士、IEEE Fellow）和普林斯顿大学 Vincent Poor 教授（美国两院院士、英国皇家协会院士、IEEE Fellow）在其论文中指出“代表性论文通过双向中继节点选择以及干扰源选择提升了无线网络的安全性能”。代表性论文专著目录：1. Lingyang Song, Dus

11、it Niyato, Zhu Han, and Ekram Hossain, “Game-theoretic Resource Allocation Methods for Device-to-Device (D2D) Communication,“ IEEE Wireless Communications Magazine, vol. 21, no. 3, pp. 136-144, Jun. 2014.2. Chen Xu, Lingyang Song, Zhu Han, Qun Zhao, Xiaoli Wang, and Bingli Jiao, “Efficiency Resource

12、 Allocation for Device-to-Device Underlay Communication Systems: A Reverse Iterative Combinatorial Auction Based Approach”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, special issue “on Peer-to-Peer Networks”, vol. 31, no. 9, pp. 348-358, Sep. 2013.3. Xiang Cheng, C.-X. Wang, B. Ai, and H. Agg

13、oune, “Envelope Level Crossing Rate and Average Fade Duration of Non-Isotropic Vehicle-to-Vehicle Ricean Fading Channels,” IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 15, no. 1, pp. 62-72, Feb. 2014.4. Yuping Zhao and S. G. Haggman, “Intercarrier interference self-cancellation sche

14、me for OFDM mobile communication systems,” IEEE Transactions on Communications, vol. 49, no. 7, pp. 1185 1191, July 2001.5. Lingyang Song, “Relay Selection for Two-way Relaying with Amplify-and-Forward Protocols,” IEEE Transactions on Vehicle Technology, vol. 60, no. 4, pp. 1954-1959, May 2011.6. Li

15、ngyang Song, Hong Guo, Bingli Jiao, and Mrouane Debbah, “Joint Relay Selection and Analog Network Coding Using Differential Modulation in Two-Way Relay Channels,” IEEE Transactions on Vehicle Technology, vol. 59, no. 6, pp. 2932 2939, July 2010.7. Jingchao Chen, Rongqing Zhang, Lingyang Song, Zhu Ha

16、n, and Bingli Jiao, “Joint Relay and Jammer Selection for Secure Two-way Relay Networks,” IEEE Transactions on Information Forensics and Security, vol. 7, no. 1, pp. 388-396, 2012.8. Rongqing Zhang, Lingyang Song, Zhu Han, and Bingli Jiao, “Physical Layer Security for Two Way Relay Communications wi

17、th Untrusted Relay and Friendly Jammers,” IEEE Transactions on Vehicular Technologies, vol. 61, no. 8, pp. 3693-3704, Oct. 2012.主要完成人情况： 1. 宋令阳，排名 1，院长助理，教授，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学，是该项目主要负责人，对发现点 1、2、3 均有重要贡献，在科学发现 1：提出了通过在蜂窝网络中引入终端通信自由度提升网络容量的方法，建立终端协作局域网络架构和优化理论，逼近了蜂窝网络容量极限。在科学发现 2: 协助建立了终端间协作信道模型。在科学

18、发现 3：阐明了动态拓扑结构的多跳终端协作系统中路径选择对网络性能的影响，剖析了移动中继信道安全容量，提出了自适应无线网络安全编码，大幅度提升无线中继系统的鲁棒性。2. 程翔，排名 2，教授，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学，是该项目主要负责人，对发现点 1、3 均有重要贡献，在科学发现 1：协助建立终端协作局域网络架构和优化理论，逼近了蜂窝网络容量极限。在科学发现 2: 建立了终端间协作信道模型。3. 赵玉萍，排名 3，教授，工作单位：北京大学，完成单位：北京大学，是该项目主要负责人，对发现点 2 有重要贡献，是 1 篇代表性论文的第一作者，对提出了基于动态散射体密度的终端间协作几何统

19、计信道建模方法，并建立了完整的终端间协作信道模型有重要贡献。4. 许晨，排名 4，讲师，工作单位：华北电力大学，完成单位：北京大学，是该项目主要负责人，对发现点 1 有重要贡献，是 1 篇代表性论文的第一作者，具体提出了通过在蜂窝网络中引入终端通信自由度提升网络容量的方法，建立终端协作局域网络架构和优化理论，建立了相应的资源管理和优化方案。5. 张荣庆，排名 5，博士后，工作单位：美国科罗拉多州立大学，完成单位：北京大学，是该项目主要负责人，对发现点 3 有重要贡献，是 1 篇代表性论文的第二作者和 1 篇代表性论文的第一作者，阐明了动态拓扑结构的多跳终端协作系统中路径选择对网络性能的影响，提

20、出了自适应无线网络安全编码以及相关应用，剖析了无线协作中继安全容量，解决了双向移动中继场景下的物理层安全问题。完成人合作关系说明：在“移动终端协作通信基础理论研究”项目中： 主要完成人宋令阳、程翔和赵玉萍的工作单位为： 北京大学信息科学技术学院、现代通信研究所、无线通信和信号处理中心； 许晨和张荣庆为该中心博士生（已毕业） 。许晨为宋令阳博士生、目前为华为电力大学讲师，宋令阳和许晨是 1 篇代表性论文的共同作者；张荣庆为宋令阳共同指导的博士生，目前为美国科罗拉多州立大学大学博士后，宋令阳和张荣庆是 2 篇代表性论文的共同作者；宋令阳和程翔是 1 篇代表性论文的共同作者，共同参与首届青年 973 项目；宋令阳和赵玉萍共同参多个国家重大科技专项项目（2009ZX03003-007，IMT-Advanced 新型无线资源管理研究及验证；2010ZX03003-001，面向 IMT-Advanced 跨层优化技术；2009ZX03002-012，TD-LTE 组网技术的研究等） ，面向工信部 IMT-2020 推进组，共同提出多个提案（双向中继网络中放大转发机制下的中继选择方法；Relay Selection for Two-way Relay Networks 等） ；程翔和赵玉萍有多篇合作发表论文和共同参与项目。知情同意证明：