移动通信是新一代信息科技的基础。为支撑近年千倍增长的移动业务流量，宽带移动通信成为国家科技重大发展方向和战略聚焦点。面向新兴智能产业和社会的重大需求，移动通信系统正经历从人与人连接到人、机、万物互联的重大转型。与场景、业务、资源单一的原有系统不同，新一代移动通信具有场景业务多样化、资源多域多维化、资源颗粒度细化的特点。针对多维时空大流量通信系统建设，如何通过系统优化设计深入挖掘利用时、频、空域多维度资源，提高频谱和能量效率，是宽带移动通信领域的核心理论问题。在中组部青年千人计划、国家自然科学基金、上海市优秀学术带头人、上海市曙光计划等的资助下，本项目利用最优化的思想与方法，围绕正交空时分组码、非正交多址接入、双向中继预编码、混合时频域均衡中的瓶颈问题，探索了多维时空宽带移动通信最优传输机理及高效低复杂度传输机制，得到了系统性、创新性的研究成果：1.为克服宽带无线信道的频率选择性衰落，发现并证明了单载波混合时频域均衡具有比时域均衡更低的复杂度和比多载波传输更低的信号峰均功率比；从单用户单天线到多用户多天线依次提出了单载波混合时频域信道均衡器的最优设计。所提出的基于噪声预测的非线性混合时频域均衡器，被公认为是混合时频域均衡器的标准结构之一；设计适用于时域反转空时编码系统的混合时频均衡器，保证系统能够在频选衰落信道中同时获得频率分集增益和空间分集增益。2.基于网络演算法揭示了严格时限下突发数据的最优传输策略具有低复杂度的简单结构，设计了线性复杂度的“多水位注水”方法，获得时变信道中任意数据到达过程和截止时限下逼近理论最优的传输能效；运用单调优化方法提出了统一的双向中继系统波束成型优化设计体系，解决了结合模拟网络编码进行高效的多用户双向中继系统波束成型设计的关键性难题。3.针对随机接入中的数据包冲突问题，提出了基于随机化发送功率的非正交多址NOMA技术，解决了NOMA技术主要依赖于集中控制的关键性难题；所提策略可以大大提高随机接入系统的吞吐量，同时显著降低发送功率损耗和数据包传输延时。4.在正交空时分组码的设计中，提出了通过适当降低码率从而大大降低延迟的思想来设计正交空时分组码，给出了高效的构造方法，利用该方法可以构造出之前几乎所有的高效的正交空时分组码。解决了一个平衡的正交空时分组码的公开猜想。发表SCI论文52篇，其中44篇发表在一流IEEE会刊，SCI他引608次。8篇代表性论文发表在IEEE JSAC上2篇、IEEE TIT上1篇、IEEE TWC上2篇、IEEE TCOM上1篇、IEEE TSP上1篇、IEEE TVT上1篇，SCI他引202次。英国皇家工程院院士Hanzo教授评价我们在判决反馈频域均衡器设计做出“重大贡献”；IEEE信号处理学会最佳论文奖获得者TH Chang教授的论文17次引用我们的“多水位注水”方法，进行反复分析与评价。