电信科学

AI算法在车联网通信与计算中的应用综述

康宇, 刘雅琼, 赵彤雨, 寿国础

2023, 39(1): 1-19. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023019

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在5G时代，车联网的通信和计算发展受到信息量急速增加的限制。将AI算法应用在车联网，可以实现车联网通信和计算方面的新突破。调研了AI算法在通信安全、通信资源分配、计算资源分配、任务卸载决策、服务器部署、通算融合等方面的应用，分析了目前AI算法在不同场景下所取得的成果和存在的不足，结合车联网发展趋势，讨论了AI算法在车联网应用中的未来研究方向。

平台化服务网络——新型移动通信系统架构研究

王晓云, 段晓东, 孙滔

2023, 39(1): 20-29. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023008

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5G的部署让网络从服务个人向服务产业扩展。分析了移动通信系统的演进历程，提出了新的架构发展方向——平台化服务网络。面向网络碎片化这一产业互联网发展中的根本性挑战，新的架构中通过平台化解决成本问题，通过“服务化”实现异构能力，通过二者的协同实现网络可靠、可保障。给出了平台化服务网络的定义、总体架构及数学模型。结合5G服务化架构（service-based architecture，SBA）设计的创新实践，提出了服务设计的原则，并进而给出了层次化的设计思路。

智能铁路新一代移动通信关键技术探索与展望

鲁玉龙, 沈海燕, 张俊尧, 杨兴磊, 解亚龙, 杨玲玲

2023, 39(1): 30-41. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023002

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移动通信技术的进步驱动着各行各业的产业变革。铁路现有移动通信系统历经几十年的发展，其承载能力越来越难以满足高速增长的现代铁路网建设步伐和智能化发展需求。基于智能铁路应用对移动通信带宽、时延、覆盖等需求和新一代移动通信面临的挑战，开展新一代通信频谱技术、信道编码技术及多功能综合射频技术等新一代移动通信关键技术研究，构建以“车-地、车-车、车-人”信息无缝协同交互为目标的“空天车地一体化”网络，研究并展望通信-导航一体化、通信-计算-存储一体化在智能铁路中的场景应用，提升铁路移动通信服务能力和效率，赋能我国铁路智能化发展。

基于随机共振和非中心F分布的频谱感知算法

范圆梦, 刘顺兰

2023, 39(1): 42-50. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023003

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为解决频谱感知算法在低信噪比（SNR）时检测概率较低且检测所需采样点数较多的问题，提出了基于随机共振和非中心F分布（SRNF）的频谱感知算法。通过引入直流随机共振噪声，建立了SRNF的系统模型，推导了服从非中心 F 分布的检验统计量表达式、虚警概率与检测概率以及判决门限表达式，并采用数值法求解最佳的随机共振噪声参数。仿真结果表明，在低信噪比时，所提基于SRNF算法的检测性能优于能量检测（ED）算法和基于F分布的盲频谱感知（BSF）算法，当虚警概率为5%、信噪比为-12 dB、采样点数为200时，所提算法的检测概率是95%，分别比BSF算法和ED算法高34%和67%；当信噪比为-12 dB、检测概率达到95%时，所提算法所需的采样点数是210，比BSF算法节省了340个采样点。此外，噪声不确定度对所提算法的影响小于ED算法。

基于GSIC的上行链路毫米波大规模MIMO-NOMA系统低功耗传输方法

王晖, 邰其心, 刘镠, 王鸿, 宋荣方

2023, 39(1): 51-59. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023010

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非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）和毫米波大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output，MIMO）的结合能够支持未来无线通信网络的巨流量大连接需求。研究了上行链路毫米波大规模MIMO-NOMA系统中的功率最小化问题，提出了基于群体串行干扰消除（group-level successive interference cancellation，GSIC）的混合波束成形毫米波MIMO-NOMA上行传输系统新架构。具体来说，根据信道增益对用户进行群体划分，不同群体用户由NOMA服务，群体内用户采用空分多址区分。通过给不同群体设计模拟波束成形矩阵，对数字波束成形和功率控制进行联合优化，提出了一种并行迭代算法来解决优化问题。仿真结果表明，所提出的新架构在总功率方面优于传统的基于分簇和用户级串行干扰消除的毫米波大规模MIMO-NOMA。

数字孪生辅助的智能楼宇多模态通信资源管理方法

石珵, 刘朋矩, 杜治钢, 张孙烜, 周振宇, 白晖峰, 何国庆, 孙文文, 马跃

2023, 39(1): 60-71. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023017

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多模态通信网络为智能楼宇能源调控数据的采集、传输、处理以及能源调控模型训练提供了通信支撑。数字孪生可以提供计算资源、信道特性等状态估计，辅助多模态通信资源管理优化，提高能源调控模型训练精度。然而，数字孪生辅助的智能楼宇多模态通信资源管理面临能源调控模型训练误差大、多时间尺度资源分配耦合、模型训练精度提高与能耗优化相互矛盾等挑战。针对上述挑战，提出基于数字孪生和经验匹配学习的多时间尺度通信资源管理优化算法，通过联合优化大时间尺度网关选择和小时间尺度信道分配与功率控制，最小化全局模型损失函数和能耗加权和。仿真结果表明，所提算法可以提高全局模型损失函数和能耗加权和性能，保障智能楼宇能源精准调控需求，促进智能楼宇能源调控低碳运行。

基于中心对称局部二值模式的合成伪装语音检测方法

徐嘉, 简志华, 金宏辉, 吴超, 游林, 吴迎笑

2023, 39(1): 72-78. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023005

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针对基于局部二值模式的伪装语音检测方法的合成语音检测准确度较低的情况，提出了一种基于中心对称局部二值模式的伪装语音检测方法。该方法通过短时傅里叶变换得到语音信号的语谱图，再利用中心对称局部二值模式提取语谱图的纹理特征，并用该纹理特征训练随机森林分类器，从而实现真伪语音的判别。该方法综合考虑语谱图中像素点的数值大小和位置关系，包含了更加全面的纹理信息，并将特征维度降低至16维，有利于减少计算量。实验结果表明，在ASVspoof 2019数据集上，与传统的基于局部二值模式的伪装语音检测方法相比，所提方法将合成伪装语音的串联检测代价函数（t-DCF）降低了 16.98%，检测速度提高了89.73%。

基于Fisco-Bcos平台的区块链系统性能精确分析模型

许鸣睿, 姚玉才, 朱晓荣

2023, 39(1): 79-91. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023013

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为了解决区块链系统实际部署面临的性能难以估计、所需的硬件设施性能难以确定等问题，建立了不同网络结构下基于模型和数据融合的区块链网络吞吐量精确表达模型。通过分析实用拜占庭容错（practical Byzantine fault tolerance，PBFT）算法区块链系统的交易流程，综合考虑网络拓扑结构、采用的共识算法、节点的通信方式等状况，基于大量实际数据建立了Fisco-Bcos区块链平台的交易吞吐量（transaction per second， TPS）精确表达模型。实际的区块链系统测试结果表明，本文建立的 TPS 预测模型可以在不同的网络结构下保持较高的预测精确度。

基于Dijkstra算法的电力光通信网络智能运维设备脱网故障区段定位方法

张海龙, 李博, 贾娜娟

2023, 39(1): 92-99. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023012

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智能运维设备发生脱网故障后，往往难以定位，为实现脱网故障区段与故障电流分布间映射关系的确定、寻找脱网故障区段与故障电流分布间映射关系的最短路径，设计一种基于Dijkstra算法的电力光通信网络智能运维设备脱网故障区段定位方法。选择数据驱动方法中的 LightGBM 算法，通过大量样本确定离网故障区段与故障电流分布之间的映射关系。基于Dijkstra算法寻找映射关系的最短路径，实施脱网故障区段搜索。设计电力光通信网络智能运维设备脱网故障区段定位平台，实现脱网故障点即智能运维设备信号丢失的定位与告警。对比实验显示，在SDH环网电路区域中的光缆中断导致的脱网故障区段定位、多路由段的光缆故障下的脱网故障区段定位，以及在环状电力区域中的多路由段的光缆故障下的脱网故障区段定位场景中，该方法的定位结果与实际位置最贴近，定位最准确。

基站价值评估模型的应用研究

巩传兵, 杨明帅, 吴松, 葛海平, 张守国, 刘磊, 祁云山, 徐辉

2023, 39(1): 100-107. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023001

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新建站的价值评估和效益分析一直是困扰运营商网络建设的难题，相比传统基于覆盖、投诉等维度建立的评估方法，从成本、收入、相邻基站负荷、区域业务发展潜力等维度，构建了一种全新的基站价值评估模型，给出了评估模型的具体指标构成、指标权重和计算方法。最后，对模型的适用场景给出了建议，并且举例说明了实际的应用方法。

基于KPCA-GA-BP神经网络的POI质量预测研究

刘璐, 杨丹, 陈睿杰, 李嘉, 周熹

2023, 39(1): 108-116. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023004

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目前移动网络优化一般基于小区进行网络质量评估及预测，遵循“升维研究，降维实施”的研究思路，提出了兴趣点（point of interest，POI）网络质量的柔性评价体系，但其涉及较多网络关键绩效指标（key performance indicator，KPI），导致POI网络综合质量评价体系较为庞杂且预测精度不高，为提高POI网络质量预测精准性，采用核主成分分析（kernel principal component analysis，KPCA）算法对反向传播（back propagation，BP）神经网络的输入变量进行相关性压缩，简化了BP神经网络结构，然后通过遗传算法（genetic algorithm，GA）优化了BP神经网络连接权值及阈值参数。与传统BP神经网络预测结果进行对比，在预测准确度方面提高了10.90%，均方误差性能显著降低，对研究POI网络质量的预测可起到较好的支撑作用。

用于电力物联网随机接入的低碰撞跳频通信系统

杜书, 马玫, 赵波, 曾琦, 刘星

2023, 39(1): 117-125. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023018

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通信网络是电力物联网数据采集和信息传输的必要组成部分。为了适应未来多种电力业务爆发式发展，接入灵活和扩展性强的无线通信技术是电力物联网发展方向之一。面向电力物联网节点大规模接入、接入时刻随机、信息传输安全可靠性高等特点，提出一种随机接入下具有低碰撞概率的电力跳频通信方式，采用移位跳频序列组合方法给出了该跳频图案的产生方法。并通过理论计算和仿真给出了这类跳频序列特性和电力跳频通信系统传输误码率性能。通过分析验证了所提新型低碰撞跳频序列及其通信系统可以满足电力物联网大规模接入、高可靠通信需求，具有较好的应用前景。

5G在工业领域的应用现状、问题及推广建议

张孟哲, 夏宜君

2023, 39(1): 126-135. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023009

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5G的巨大价值在于支撑实体经济的高质量发展。基于5G在工业领域的应用现状及面临的瓶颈问题，构建了“划分类型、有所侧重”的工作推进路径，根据工业领域5G典型应用场景呈现的特征，将其划分为引领型、探索型和滞后型3种类型，并提出与之相适应的推广建议。

融合量子密钥分配的电信运营商密码应用体系

罗俊, 刘驰, 王丙磊

2023, 39(1): 136-145. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023015

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基于量子密钥分配（quantum key distribution，QKD）的通信网络具备实现 “perfect secrecy”（完美保密性）的能力，当前还不能满足大规模应用的需求，在实际应用中需要结合经典密码技术。提出了融合量子密钥分配的电信运营商密码应用体系的功能架构模型，介绍了模型的层次结构、核心的网元和功能模块以及接口关系，给出了应用体系的整体框架，介绍了框架的主要组成部分，描述了应用体系的典型应用场景及其工作流程。

云化IP城域网中vBRAS池化部署研究

龚霞, 陈华南, 朱永庆, 袁世章, 杨冰

2023, 39(1): 146-152. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023016

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云网融合/云网一体已成为IP承载网的主要发展方向。作为最贴近用户的承载网，IP城域网拥有丰富的业务特性，是网络云化转型的重要试验田。面向多元接入、流量流向变化等网络承载需求，IP城域网从传统南北向树状架构向城域Spine-Leaf架构转型，以适应固移融合、多云接入等新型业务场景。基于云化IP城域网演进，对vBRAS池化部署方案及关键技术进行详细剖析，为vBRAS规模商用部署和技术演进提供技术参考。

蜂窝物联网核心网目标架构演进探讨

马洪源, 周维, 付艳, 邵永平, 黎丹

2023, 39(1): 153-161. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023007

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物联网存在面向2G、4G、窄带物联网（narrow band Internet of things，NB-IoT）的传统专用核心网以及面向5G的toB物联网核心网。随着网络的进一步云化演进，为简化网络、增强能力、提升效益、方便运维，需要明确面向未来的物联网核心网目标架构。基于现网存在的问题，结合网络演进驱动力，对物联网网络演进目标架构、演进策略以及业务解决方案进行了分析和探讨，以此为运营商物联网规划建设提供参考。

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