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2023年 第39卷 第5期 刊出日期：2023-05-20

2023年 第39卷 第5期
刊出日期：2023-05-20

  

专题：可见光通信

专题导读

刘建明

2023, 39(5):  1-2.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023106-1

摘要 ( 54 )   在线阅读 ( 31 )   PDF下载 (1852KB) ( 105 )   可视化   

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多光源可见光通信关键技术

王甫镔, 孙士渊, 王梦辉, 杨昉, 王小斐, 宋健

2023, 39(5):  3-10.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023106

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可见光通信技术主要基于发光二极管（light emitting diode，LED），依托现有照明网络基础设施完成信息传输与组网。针对室内多灯照明场景，研究了照明约束下的星座图优化与功率资源优化；并结合光学智能反射表面，动态调控反射信道，以提升系统传输数据率与覆盖范围。同时，通过初步研究，揭示了低频调制光信号的频闪效应对人体的影响，意味着LED光生物效应需要在未来的信号设计中全面考虑。

基于BO-BiGRU的后均衡器在水下高速可见光通信系统中的应用

张昊宇, 姚力, 陈超旭, 施剑阳, 沈超, 迟楠

2023, 39(5):  11-19.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023107

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信号在水下可见光通信（UVLC）信道传输的过程中易受到非线性效应的影响，为了提高系统通信性能，对接收的信号进行均衡是至关重要的。提出了一种基于贝叶斯优化算法的双向门控循环单元（BO-BiGRU）模型作为 UVLC 系统中的后均衡器，其能够自动寻找模型最优超参数，以实现模型的最佳性能。BO-BiGRU模型应用于1.2 m水下实验平台，采用64正交调幅（QAM）-无载波幅相调制（CAPM），在系统的误码率（BER）低于3.8×10^-3的7%前向纠错（FEC）阈值的情况下，实现了3.10 Gbit/s的数据传输速率，比传统的后均衡方法提高了128 Mbit/s。

基于可见光通信的零能耗光标签

马天洋, 陈雄斌, 徐义武

2023, 39(5):  20-27.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023102

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为了实现可见光标签的零能耗，利用MATLAB、MULTISIM对接收机的阻抗匹配进行了仿真，使一阶均衡电路的输入阻抗与太阳能电池面板内阻相匹配，在拓展系统带宽的同时保证太阳能电池面板输出功率达到最高。仿真结果表明，均衡电路输入阻抗与太阳能电池面板内阻匹配时，相比常见的50 ?不匹配状态，输出功率提高了86.2%。搭建了可见光零能耗光标签原型系统，使用15 W的发光二极管（light emitting diode， LED）灯以115 200 Baud发送字符，1.3 m远处的碲化镉太阳能电池面板收集能量并接收信号，低功耗单片机通过模数转换（analog-to-digital converter，ADC）计算进行数据恢复后，使用有机发光二极管（organic light-emitting diode，OLED）屏幕显示接收到的标签字符。接收机的信号接收、处理计算与屏幕显示的能量均由太阳能电池面板提供，不需要电池或外接电源供电，实现了零能耗的可见光标签显示业务。

基于多节点协作的鲁棒可见光智能定位

刘思聪, 苏丹萍, 卫天阔, 王先耀

2023, 39(5):  28-41.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023103

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可见光通信凭借频谱资源丰富、不易受电磁污染和绿色安全等优势有望成为6G的关键备选技术之一，也给高精度室内定位提供了新的思路。然而，在可用作锚点的LED数量不足或被严重遮挡等恶劣室内环境下，定位精度会大幅下降。为此，研究了一种基于多节点协作的鲁棒可见光智能定位方法，在考虑可见光非视距传播和用户终端朝向动态变化的情况下，通过建立用户终端之间的协作定位机制获取互信息增益，并设计一种卷积-循环神经网络，且对协作定位精度性能进行了理论分析。仿真结果表明，引入协作定位机制能有效提高恶劣条件下的定位性能。

基于DQN的UUV辅助水下无线光通信轨迹规划系统

胡珈玮, 刘晓谦, 唐昕柯, 董宇涵

2023, 39(5):  42-47.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023108

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无人水下航行器（unmanned underwater vehicle，UUV）作为重要潜基通信平台可以辅助水下无线光通信（underwater wireless optical communication，UWOC）。然而，在实际应用中，水体波动特性、不同水质环境、多用户接入等给UUV辅助UWOC系统带来很大挑战，因而适当的路径规划策略可以应对上述挑战并最大限度地提升系统整体和每一个用户的性能。将深度强化学习（deep reinforcement learning，DRL）用于无人载具路径规划中，提出了一种 UUV 辅助 UWOC 系统的轨迹规划方案。通过 DRL 中深度 Q 网络（deep Q-network，DQN）方法让UUV自动决策航行方向，从而提升系统和用户的链路通信容量。同时，研究了不同水质对容量提升效果的影响。仿真实验表明，DQN输出策略可以在一定程度上提升系统整体和各个用户的链路通信容量，并且UUV在清澈海水中的容量提升效果优于纯净海水但低于沿岸水。

水下无线光MIMO链路空间信道建模

刘晓谦, 唐昕柯, 董宇涵

2023, 39(5):  48-56.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023109

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水下无线光通信（underwater wireless optical communication，UWOC）因具有高速率、低时延、高灵活性及可拓展性的特点而被广泛应用于水下通信组网的建设。然而，由于海水的吸收和散射效应，UWOC 链路的空间特性尚未得到广泛研究，尤其是在多输入多输出（multiple-input multiple-output，MIMO）场景中。考虑了线性阵列MIMO UWOC链路几何模型，提出使用加权指数函数多项式（weighted exponential function polynomial，WEFP）建模具有任意数量光源的通用MIMO UWOC系统链路接收平面的光子辐照度分布的方法。数值结果表明，提出的WEFP模型与浑浊海水环境下的蒙特卡洛仿真结果高度吻合。

基于可见光的通信定位一体化技术研究

王玮, 王建萍, 冯莉芳, 金建力

2023, 39(5):  57-66.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023114

摘要 ( 126 )   在线阅读 ( 27 )   PDF下载 (2199KB) ( 200 )   可视化   

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可见光无线技术通过可见光传递信息，利用发光二极管（LED）光源在照明的同时实现通信和定位。可见光通信定位一体化（VLCP）技术是未来大规模物联网（IoT）应用的关键支撑技术之一。采用正交频分复用（OFDM）技术可将不同的频谱资源分别分配给可见光通信（VLC）和可见光定位（VLP）系统，同时实现通信和定位功能。资源分配是提升VLCP系统效率、拓展VLCP系统适用范围的关键所在。提出了一种基于误差矢量幅度（EVM）的新型资源分配方法，利用EVM分配VLCP系统中用于定位和通信的子载波，依据信道参数动态调整通信与定位性能，保证系统服务质量（QoS），提升系统信道利用率。实验结果表明，在1.5 m×1.5 m×1.5 m的室内环境下，提出的资源分配算法比固定资源分配算法至少可提高19.5%的信道利用率，在与采用信噪比（SNR）进行资源分配的算法性能相当的前提下，可大大节省系统资源，易于实际应用。

综述

以ChatGPT为代表的生成式AI对通信行业的影响和应对思考

张嗣宏, 张健

2023, 39(5):  67-75.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023116

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ChatGPT的发布引发生成式AI热潮，代表着通用人工智能奇点时刻的到来，信息产业生态系统极有可能重构，国内产业界纷纷加强以ChatGPT为代表的智算领域研究，运营商作为算网基础设施建设的主力军，迎来智算发展的新机遇。详细剖析了生成式AI的能力、发展情况和应用前景，思考了生成式AI背后的技术要素、对于算网资源的诉求、对通信行业带来的影响，以及运营商在生成式AI发展浪潮中面临的机遇和挑战，最后探讨了运营商的定位和应对策略。

运营商智能客服的关键技术和发展趋势

马晓亮, 刘英, 杜德泉, 安玲玲

2023, 39(5):  76-89.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023110

摘要 ( 318 )   在线阅读 ( 64 )   PDF下载 (1018KB) ( 391 )   可视化   

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探讨了运营商智能客服的技术发展趋势，介绍了自动语音识别（automatic speech recognition，ASR）转写纠错技术、语义提取技术、加密数据库以及坐席访问控制等技术。分析了语音识别的错误检测和自动纠错两种不同的研究方向；在语义理解方面分析了小样本训练下的有监督学习和无监督的关键词提取；介绍了大数据加密和坐席访问控制技术。同时，展望了多模态交互技术、智能推荐技术和面向残疾人服务等技术方向。总之，智能客服技术的发展与创新将为通信行业带来更高效、便捷的服务体验，推动行业服务水平的进步。

研究与开发

低轨星座通导一体化：现状、机遇和挑战

赵亚飞, 闫冰, 孙耀华, 彭木根

2023, 39(5):  90-100.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023087

摘要 ( 312 )   在线阅读 ( 57 )   PDF下载 (2524KB) ( 592 )   可视化   

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随着毫米波、高通量卫星通信等技术日渐成熟，及其对全球宽带通信服务的迫切需求，低轨巨型通信星座建设受到极大关注，高达数千颗卫星的低轨通信星座被部署，大量部署的低轨通信卫星实现了高频射频信号对地面的多重覆盖，同时地面通信资源为信号接收提供了硬件平台，为通信导航一体化的发展创造了条件。讨论了低轨通导一体化星座的现状、机遇和挑战，重点阐述了低轨通导一体化星座与全球卫星导航系统所需资源的差异，按照空间段、地面段和用户段分别进行了阐述，最后给出了结论和对未来研究的展望。

基于用户多特征融合的个性化推荐模型

卢敏, 胡娟, 张先超, 丁伟健, 乐光学

2023, 39(5):  101-115.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023111

摘要 ( 172 )   在线阅读 ( 38 )   PDF下载 (1265KB) ( 385 )   可视化   

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个性化推荐是提取特定信息的有效手段之一，针对传统推荐法中缺少用户特征问题，提出一种基于多特征融合的广义矩阵分解与深度长短期记忆网络混合推荐模型（hybrid recommendation model of generalized matrix factorization and deep long short-term memory network based on multi-features fusion，HMF）。该模型利用潜在特征向量维度表征年龄、职业对项目的选择性影响，凸显用户个性化；利用长短期记忆（long short-term memory，LSTM）获取用户与项目间的时序特征，再通过多层感知机挖掘其深层次的时序非线性高阶交互关系；将广义矩阵分解（generalized matrix factorization，GMF）获得的简单非线性低阶交互关系与复杂时序非线性高阶交互关系融合，经全连接层得出最终预测评分。HMF有效地利用用户多特征和用户—项目交互信息，实现个性化动态精准推荐。为验证模型的有效性和可行性，在公开数据集MovieLens-1M上进行测试。仿真实验表明，当HMF的潜在特征向量维度为50、MLP层数为7时，HR@10和NDCG@10分别为0.983 1、0.974 9，相比传统单特征模型NCF最优解分别提高了27.61%、54.29%。

基于并行可分离卷积和标签平滑正则化的脑电情感识别

张永, 刘纪奎, 柯文龙

2023, 39(5):  116-128.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023112

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近年来，基于深度学习和脑电图（EEG）的情感识别方法取得了较好的效果。然而，现有方法依然存在脑电情感特征提取不够全面、受人工错误标注的情感标签影响较大等问题。对此，提出了并行可分离卷积和标签平滑正则化（PSC-LSR）网络模型。首先，通过注意力机制，赋予EEG重要时间点和重要通道更大的权重，得到 EEG 的浅层情感特征；其次，采用并行可分离卷积模块全面提取 EEG 情感信息，得到深层情感特征；最后，在优化模型参数时采用了情感标签平滑正则化方法，使模型对错误标签有更大的容错概率，增强了网络模型的泛化性和鲁棒性，提高了脑电情感识别的准确率。提出的方法在两个数据集进行了验证，其中，在DEAP数据集中，唤醒和效价两个维度的平均准确率分别达到了99.23%和99.13%；在Dreamer数据集中，唤醒和效价两个维度的平均准确率分别达到了97.33%和97.25%。

基于改进变分模态分解的电力线宽带载波通信干扰耦合协同抑制方法

董丹丹, 孙宁

2023, 39(5):  129-135.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023084

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电力线宽带载波通信干扰耦合加重了子载波间的频域拖尾，降低了抑制方法的敏感性，通信质量较差，对此，提出了基于改进变分模态分解的电力线宽带载波通信干扰耦合协同抑制方法。以电力线宽带载波通信的信道特性为基础，建立了存在多径传播和多普勒效应的通信信道模型，模拟发出通信信号，利用改进变分模态分解算法预处理原始信号，将抑制问题转化为变分问题，同时以非约束性变分问题的离散形式表示信号，对变分问题不断更新，完成对信号的分离处理，实现对通信干扰的协同抑制。实验结果表明，所提方法在应用过程中，误比特率低、频率偏移小，抑制过程的敏感性得到了提高，具有实际应用价值。

基于电力大数据的电力骨干通信网络毁伤韧性评估方法

韩雪

2023, 39(5):  136-143.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023105

摘要 ( 104 )   在线阅读 ( 8 )   PDF下载 (841KB) ( 118 )   可视化   

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研究了基于电力大数据的电力骨干通信网络毁伤韧性评估方法，利用毁伤韧性评估结果制定保护策略，提升网络的生存能力。将电力骨干通信网络与攻击方设为博弈双方，利用极大极小法确定双方的纳什均衡策略，利用纳什均衡策略获取节点的毁伤概率，将节点毁伤概率转化为网络破坏形态。针对网络破坏形态，利用云计算技术调取电力大数据中包含的修复条件，依据各节点重要度为节点分配修复资源以及修复预算，构建电力骨干通信网络的性能时程响应曲线，输出网络毁伤韧性的动态评估结果。实验结果表明，利用云计算技术处理海量电力大数据的所有操作时间不超过 330 ms，当修复预算与修复资源均为最高时，电力骨干通信网络的毁伤韧性最高可达0.925，说明该方法可以有效评估电力骨干通信网络的毁伤韧性。

工程与应用

基于5G网络的VoWi-Fi互操作研究

许浩, 吴琳

2023, 39(5):  144-154.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023113

摘要 ( 107 )   在线阅读 ( 19 )   PDF下载 (4355KB) ( 196 )   可视化   

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通过参考VoWi-Fi在4G下的业务组网架构和互操作方案，对VoWi-Fi在5G下的业务组网架构和互操作方案进行研究和差异性分析。在网络和终端产业链尚不支持独立组网（SA）和Wi-Fi互操作的现状下，提出了过渡期的互操作变通方案，并给出了终端和网络侧的配置建议，实现基于5G网络的VoWi-Fi与VoLTE互操作，确保用户无感知。通过实际测试验证了该方案的可行性，为VoWi-Fi的实际部署提供了参考。

IPv6+智能骨干网络技术研究

刘建国, 渠灏, 黄红明, 朱智丹

2023, 39(5):  155-166.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023115

摘要 ( 159 )   在线阅读 ( 31 )   PDF下载 (5877KB) ( 167 )   可视化   

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中央广播电视总台（以下简称总台）骨干网是连接总台、数据中心、国内外各总站/记者站和全国“百城千屏”的关键基础设施，IPv6+是下一代 IP 网络的主要技术路线。主要分析了总台骨干网的现状和面临的挑战，介绍了IPv6+核心的原理、优势和技术特点，研究和探讨了IPv6+技术如何适应广播电视业务的发展需求，最后提出了基于IPv6+构建和部署下一代广播电视骨干网的构想和建议，为未来广播电视台骨干网建设提供了简化协议、加速业务开通的新思路。