电信科学

智慧城轨交通通信技术的分析与展望

赵军辉, 张丹阳, 贺林

2021, 37(4): 1-13. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021029

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为解决由城轨环境特殊性导致的通信可靠性、时延性能降低以及运营效率瓶颈等问题，首先从整体运营控制的角度分析了城轨通信需求。结合新型智能运行控制技术及T2T（train to train，列车到列车）通信、5G、人工智能、移动边缘计算等新兴信息技术对城轨通信关键技术进行梳理、总结与展望；然后提出了一种新型城轨通信网络架构，最后探讨了智慧城轨通信技术的研究方向与面临的挑战，为智慧城市的发展提供研究基础。

大规模MIMO信道测量与建模综述

卢艳萍, 刘留, 付丽琴, 邱佳慧, 刘凯

2021, 37(4): 14-27. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021067

摘要 ( 383 )

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归纳了国内外已开展的大规模多天线协作通信系统的无线信道测量活动，总结了国际标准化机构关于大规模多天线无线信道的相关提案和候选模型，分析了大规模多天线无线信道在实际测量环境中的传播特性，基于实际测量的问题，讨论了传统的建模方法以及基于大数据理论和人工智能理论的大规模多天线无线信道建模方法，最后提出了未来的研究方向。

基于图数据库的5G数据流转安全防护机制

粟栗, 陆黎, 张星, 刘畅

2021, 37(4): 28-36. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021058

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5G 网络与关乎国计民生的政务、医疗、金融等行业紧密融合，5G 网络所承载数据的安全性至关重要。首先对5G数据及流转场景进行了分析，然后对5G数据进行分类分级；结合数据全生命周期防护要求，创新提出了一种基于图数据库的5G数据安全标记模型，能同时满足静态分类分级与动态流转防护的需求。以该模型为基础，从节点自身安全、数据流转监控及数据安全风险处置3个方面构建了5G数据安全防护机制，实现了对5G数据的全生命周期防护。

基于扩展传染病模型和马尔可夫链的物联网可用度评估方法

叶晓彤, 孙文飞, 沈士根

2021, 37(4): 37-45. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021063

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为反映恶意程序传播环境下物联网可用的状态，基于扩展的SEIRD传染病模型和马尔可夫链提出一种物联网可用度评估方法。根据物联网节点的实际状态，扩展经典传染病模型SIR建立SEIRD物联网节点状态转换模型。由物联网节点各个状态之间的动态变化过程，构建物联网节点处于5种状态的概率动力学方程，得到反映各状态转换的马尔可夫矩阵，进一步得到物联网节点的可用度计算方法。以典型的星形和簇形物联网拓扑结构为例，给出整个物联网可用度的评估方法。通过实验，为管理员如何合理部署正常工作节点数、路由数提供建议。研究成果对提高物联网可用度、促进物联网成功应用具有理论指导意义。

非正交多址接入无线能量采集协作系统

金小萍, 吴青, 翟文超, 包建荣

2021, 37(4): 46-53. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021054

摘要 ( 158 )

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近年，非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）技术作为一种应用于5G无线网络的多址接入技术，引起了人们的广泛关注。为了提高NOMA技术的频谱效率、覆盖范围和抗噪性能，并降低系统的能耗，设计了一种基于正交索引调制多址接入（quadrature index modulation multiple access，QIMMA）技术的无线携能（simultaneous wireless information and power transfer，SWIPT）协作网络上行NOMA传输系统，记为协作QIMMA-SWIPT。具体来说，多个远端用户组成一个QIMMA系统，然后通过协作中继的译码转发拓展系统的覆盖范围，并在中继端采用SWIPT技术以便信息在译码的同时进行能量的采集，降低系统的能耗。详细推导了QIMMA-SWIPT系统平均误码率的理论上界，并在频谱效率一定的情况下通过模拟仿真对比分析，得出协作QIMMA-SWIPT系统的误码率性能优于协作IMMA-SWIPT和SCMA-SWIPT系统的结论。此外，深入研究了功率切割因子和信源到中继的距离对系统误码性能的影响。

基于混合高斯变分自编码网络的异常检测算法

陈华华, 陈哲, 郭春生, 应娜, 叶学义, 章坚武

2021, 37(4): 54-61. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021044

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异常数据是指偏离大量正常数据点的数据，往往会对各类系统产生负面影响，存在较大风险。异常检测作为一种有效的防护手段，能够检测数据中的异常，为各类系统的正常运转提供重要支撑，具有重要的现实意义。提出了一种基于混合高斯变分自编码网络的异常检测算法，该算法首先使用混合高斯先验构建变分自编码器，对输入数据进行特征提取，然后以混合高斯变分自编码器构建深度支持向量网络，压缩特征空间，并寻找最小超球体分离正常数据和异常数据，通过计算数据特征到超球体中心的欧氏距离衡量数据的异常分数，并以此进行异常检测。最后在基准数据集MNIST和Fashion-MNIST上评估了该算法，平均AUC分别达到了0.954和0.937。实验结果表明，所提出的算法取得了较好的异常检测效果。

大型IP网络时延的主成分分析

韦烜, 黄晓莹

2021, 37(4): 62-72. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021059

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网络时延是评估网络性能的关键指标之一。主成分分析（PCA）是数据挖掘领域常用的一种多变量分析和降维算法。通过对大型 IP 网络时延进行 PCA 分析，旨在挖掘网络时延的深层原因及网络各节点间的相互依赖关系，并搭建一个科学合理的网络时延评价体系，最终得到IP网络建设、优化改造的有效建议。对历史网络时延进行离线分析只是主成分分析方法的一种初步应用，今后可结合网络拓扑结构、现网流量流向、路由、距离等相关因素，将主成分分析方法应用到针对网络流量、网络时延、网络丢包等网络性能的实时在线监测分析中，进一步提升网络运营的效率和质量。

基于深度学习的快速QTMT划分

彭双, 王晓东, 彭宗举, 陈芬

2021, 37(4): 73-81. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021062

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与之前的编码标准相比，多功能视频编码（versatile video coding，VVC）进一步提高了压缩效率。嵌套多类树的四叉树（quadtree with nested multi-type tree，QTMT）结构是提高编码增益的关键之一，同时极大地增加了编码复杂度。为降低VVC编码复杂度，提出了一种基于深度学习的快速QTMT划分方法。首先，提出了注意力-非对称卷积结构来预测划分模式的概率。然后，基于阈值提出了快速划分模式决策。最后，提出了编码性能与时间的代价函数来求解最优阈值，提出了阈值决策方法。实验表明，算法在不同档次下的时间节省分别为48.62%、52.93%、62.01%，BDBR分别为1.05%、1.33%、2.38%。结果表明，算法的时间节省和率失真性能优于其他快速算法。

降低GFDM峰均功率比的低复杂度算法

蔡建辉, 李光球, 沈静洁

2021, 37(4): 82-89. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021064

摘要 ( 209 )

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为降低广义频分复用（GFDM）系统的峰均功率比（PAPR）、实现复杂度，提出了基于 T 变换和选择性映射（SLM）的TSLM算法，该算法的设计思想是利用SLM算法增加GFDM时域备选信号的数量以降低其PAPR，利用T变换实现串联的沃尔什－哈达玛变换和离散傅里叶反变换以降低GFDM系统的复杂度。为进一步降低 GFDM 系统的 PAPR，提出了将 TSLM 算法和转换向量（CV）相结合的 TCSLM 算法，利用CV向量进一步增加GFDM时域备选信号的数量。结果表明，在子载波数为64、子符号数为3、相位序列数为2时，与SLM算法相比，TSLM算法和TCSLM算法的实现复杂度分别降低约21.9%和60.9%；在互补累计分布函数（CCDF）为10^-3时，TSLM算法和TCSLM算法的PAPR分别降低约0.6 dB和1 dB；在误比特率为10^-3时TSLM算法和TCSLM算法的误码性能均改善约2 dB。

基于多层感知机模型的天线方位角诊断

陈向荣

2021, 37(4): 90-96. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021061

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作为影响移动通信质量的关键因素，天线方位角的准确性将直接影响网络优化质量。提出一种基于多层感知机的天线方位角诊断方法，将方位角分为12个区间类别，每个类覆盖30°范围，即[0, 30°)记为类别0，…，[330°，360°)记为类别11，利用多层感知机算法识别天线方位角的区间，自动识别天线方位角的角度范围，为网络优化（网优）工程师判断实际的网络覆盖问题提供了有效的数据支撑，在核查天线性能方面极大地减少了工作量，降低了人工成本。实验结果表明，该方法能够有效快速判别天线方位角区间类别，识别准确率达到了92.6%，高于随机森林和逻辑回归分类算法的分类准确率。

一种动态特征匹配的部分重叠点云配准方法

杜辉, 郑长亮, 苗春雨, 张小孟

2021, 37(4): 97-107. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021010

摘要 ( 175 )

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点云配准方法能够有效地完成对不同重叠率、不同规模点云间的配准，可确保三维重建模型的精度。针对该问题，提出一种动态特征匹配的部分重叠点云配准方法，首先基于欧氏距离分割法将点云分割为子点云；然后提取子点云特征，考虑到不同点云的规模不同，提取的特征规模也是不同的，提出利用动态时间规整算法（DTW）完成子点云间的映射；最后利用迭代配准算法求取拼接点云间的平移、旋转矩阵，利用该矩阵完成点云间的配准和拼接。实验结果表明，提出的方法能够有效地解决部分重叠点云和不同规模点云的配准问题。

基站设备断电节能凝露现象的研究

付吉祥, 张瑞艳, 张敏, 陶琳, 邓伟

2021, 37(4): 108-115. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021057

摘要 ( 269 )

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5G基站多收发通道数、宽带宽、高流量、高发射功率等特性，导致其满载功耗较4G基站大幅增加。5G发展初期，现网基站可能存在长时间无用户的场景，对无用户基站设备进行间隔断电起到节能的效果。间隔断电节能也会带来设备凝露，引起器件、PCB等腐蚀、烧毁，造成基站设备失效。介绍了凝露的基本原理，设计了凝露实验并对基站设备进行对比验证，分析了基站设备产生凝露的原因，最后给出了基站设备避免凝露的使用方案建议。

以OSU为核心的M-OTN技术创新与验证

荆瑞泉, 霍晓莉, 李俊杰, 丁一

2021, 37(4): 116-124. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021060

摘要 ( 527 )

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随着运营商停止对SDH/MSTP网络的投资，OTN将逐步替代SDH网络并向城域网的边缘延伸，从而对OTN技术提出了新的需求。针对城域光传送网发展面临的挑战和新的业务需求，提出了以OSU为核心、面向城域优化的M-OTN技术体系。对OSU技术的标准化进展情况进行了介绍，并重点对OSU技术标准的主要内容进行了概要介绍，包括OSU帧结构和开销、OSU管理帧、无损带宽调整机制等。给出了关于M-OTN设备形态和现网演进策略的考虑。对主流厂商的M-OTN样机进行了测试，测试结果表明OSU技术在时延、带宽调整和承载效率等方面具有显著的优势。

5G终端空闲态节能方案分析

杨拓, 胡丽洁, 王飞, 刘建军, 胡南, 李男, 胡臻平

2021, 37(4): 125-131. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021066

摘要 ( 430 )

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由于大带宽、大规模天线、高速率等新特性的引入，5G终端的能耗问题比4G终端更加严峻，成为影响5G网络用户体验的重要原因之一。3GPP标准化组织开展了与NR终端节能课题相关的研究，R16协议版本主要面向连接态下的终端节能优化，R17 协议版本则主要面向空闲态终端节能优化。首先分析了空闲态下的终端节能问题，同时与LTE终端能耗进行对比。针对寻呼检测和时频跟踪过程的能耗问题提出了节能优化解决方案，进行了节能增益分析，该方案可以降低5G终端的能耗，为后续5G商用终端空闲态的节能技术指明了方向。

Wi-Fi 6的多用户技术

王姣姣, 邵震, 黄国瑾

2021, 37(4): 132-139. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021065

摘要 ( 161 )

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Wi-Fi 6是Wi-Fi联盟对IEEE 802.11ax的新命名方式，以便于这项Wi-Fi新技术的推广。Wi-Fi 6技术聚焦高密度场景的多用户性能、效率等方面，引入OFDMA、上行MU-MIMO等多用户技术，极大提升系统容量，降低传输时延。阐述OFDMA、MU-MIMO、MU-RTS/CTS技术的原理，详细介绍多用户场景的通信流程，并从理论角度分析Wi-Fi 6的上下行并发用户能力，最后对Wi-Fi 6技术的应用前景进行展望和总结。

5G时代4G/5G共天馈面解决方案

余勇昌, 张典, 丁明玲

2021, 37(4): 140-150. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021043

摘要 ( 449 )

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4G 建设时期，存在站点天面资源紧缺、无法新增抱杆、物业协调困难等问题，因此，5G 时代在现有站点上新增抱杆的需求较难实现，如何实现4G/5G天线共天馈面及快速部署异常紧迫。探讨了4G/5G共天馈面的解决方案，提出一种适合中国电信单抱杆场景网络建设的天馈面解决方案，可以解决5G网络建设中无法新增抱杆、物业协调困难的问题。由于不增加天面资源，可减少铁塔租金，降低网络运营成本，同时可实现5G网络部署简化、便捷、高效。

5G室内新型覆盖方案对比与分析

陈燕雷, 孟俊仙, 刘玮, 王勋

2021, 37(4): 151-158. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021069

摘要 ( 313 )

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5G进入规模部署阶段，室内是重点场景之一。随着新技术的演进，新型室分建设方案层出不穷，如RRU/pRRU+射频功率放大设备、多通道联合收发技术、变频系统等，相较于传统室分覆盖方案，具有成本低、性能好的特点，可以在相应场景作为5G室内建设可选覆盖方案。创新性地综合分析了上述新型室分方案的技术原理、基本性能、关键问题和产业现状，并通过实际试点验证，总结对应的目标场景与部署建议，为5G室内建设工作提供有力支撑。

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