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2023年 第39卷 第7期 刊出日期：2023-06-15

2023年 第39卷 第7期
刊出日期：2023-06-15

  

研究与开发

CF-mMIMO系统中一种基于用户极坐标的低复杂度导频分配算法

郭劭, 潘鹏, 范耀宗

2023, 39(7):  1-10.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023120

摘要 ( 95 )   在线阅读 ( 12 )   PDF下载 (3188KB) ( 259 )   可视化   

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为了减小去蜂窝大规模MIMO系统上行链路的导频污染，提出了一种基于用户极坐标的低复杂度导频分配算法。首先，提出了一种基于高斯加权的密度算法，在系统覆盖区域内寻找一个质心作为极坐标中心点，按每个用户的极坐标角度信息进行导频的预分配，使复用同一导频的用户有较大的概率具有较远的距离。其次，提出一种低复杂度的距离检测算法，以保证任意两个复用同一导频的用户间距大于所设定的阈值。仿真结果表明，所提导频分配算法有效减小了导频污染，提升了系统 95%用户的上行吞吐量，并且能够在性能与复杂度之间获得较好的折中。

面向电力业务质量保障的NR-U与Wi-Fi频谱共享

刘峻朋, 夏玮玮, 刘晗, 修成林, 燕锋, 沈连丰

2023, 39(7):  11-22.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023148

摘要 ( 96 )   在线阅读 ( 8 )   PDF下载 (1842KB) ( 101 )   可视化   

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为了缓解5G授权频谱资源短缺的问题，使用非授权频谱成为重要的解决方案。随着电力终端的大规模接入，面向电力业务保障的NR-U（NR in unlicensed spectrum）与Wi-Fi频谱共享成为重要的研究热点。首先，提出了一种NR-U上行传输机制，在保障Wi-Fi用户平均速率的同时实现了电力业务终端的数据上行传输。此外，还提出了联合传输时间和子载波分配（joint transmission time and subcarrier allocation，TTSA）的资源优化算法，以保障各类型电网业务的服务质量（quality of service，QoS），并最大化终端的总速率。将该优化问题解耦，使用近端策略优化（proximal policy optimization，PPO）为终端分配子载波。仿真结果表明，与已有算法相比，提出的TTSA资源优化算法在保障电力业务QoS和最大化终端总速率方面性能优越。

基于粒子群优化算法的5G波束权值寻优方法

王建斌, 王恒钧, 吴松, 王贞凯

2023, 39(7):  23-34.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023146

摘要 ( 145 )   在线阅读 ( 20 )   PDF下载 (1835KB) ( 326 )   可视化   

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为解决高层建筑物室内5G信号覆盖不足、优化难度大的问题，提出基于粒子群优化（particle swarm optimization，PSO）算法的5G波束权值寻优方法。通过采集终端数据将网络解耦成多个子网切片，对单小区权值库进行规划和仿真，构建多小区权值组变量以及适应度函数。最后，采用PSO算法求解多小区波束权值组局部最优值。测试结果表明，平均参考信号接收功率（reference signal receiving power，RSRP）提升8.7%，平均信干噪比（signal to interference plus noise ratio，SINR）提升17.5%，下行速率提升27.3%。所提方法在5G天线波束权值寻优上具有低成本、高效率、智能化的优势，可以改善高层室内用户的感知。

支持多个多播组业务的多中继协作NOMA系统中断性能研究

褚翼飞 , 杨新杰 ,

2023, 39(7):  35-45.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023135

摘要 ( 62 )   在线阅读 ( 8 )   PDF下载 (1210KB) ( 174 )   可视化   

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提出在协作非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）系统中使用多中继方案支持主用户和多个多播组业务。考虑在瑞利信道下，从每个多播组中选出信道条件最好的次级用户作为中继节点协助解码转发目标单播主用户的信号，在主用户处使用最大比合并（maximum ratio combining，MRC）技术以提升信干噪比（signal to interference and noise ratio，SINR）。分别对全双工和半双工模式下应用多中继同时转发（multi-relay simultaneous forwarding，MRSF）和最优中继转发（optimal relay forwarding，ORF）两种策略的主用户中断概率进行理论分析并通过蒙特卡洛仿真验证。结果显示，全双工对半双工中继具有性能优势，并发现对相同个数多播组，MRSF策略相比ORF策略可有效提升单播主用户的中断性能且随多播组个数增加变得更显著。

对抗逃避攻击的过滤式对抗特征选择研究

黄启萌, 吴苗苗, 李云

2023, 39(7):  46-58.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023140

摘要 ( 85 )   在线阅读 ( 10 )   PDF下载 (1340KB) ( 59 )   可视化   

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随着机器学习技术的高速发展和大规模应用，其安全性越来越受关注，对抗性机器学习成为研究热点。在对抗性环境中，机器学习技术面临着被攻击的威胁，如垃圾邮件检测、交通信号识别、网络入侵检测等，攻击者通过篡改少量样本诱使分类器做出错误的分类决策，从而产生严重后果。基于最大相关最小冗余（mRMR），并考虑对抗逃避攻击的安全度量，设计了过滤式对抗特征选择的评价准则。此外，还基于分解策略的多目标演化子集选择（DPOSS）算法，提出一种鲁棒性对抗特征选择算法 SDPOSS，其不依赖后续模型，且能有效处理大规模高维特征。实验结果表明，随着分解个数的增加，SDPOSS 的运行时间会线性下降，且获得很好的分类性能。同时，SDPOSS算法在逃避攻击下的鲁棒性较好，为对抗性机器学习提供了新的思路。

基于IRS辅助的OFDM-IM系统设计

赵萌萌, 何立明, 刘芳芳

2023, 39(7):  59-67.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023136

摘要 ( 94 )   在线阅读 ( 11 )   PDF下载 (1200KB) ( 134 )   可视化   

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索引调制（index modulation，IM）和智能反射面（intelligent reflecting surface，IRS）是新兴的移动通信技术。为了提高传统正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）系统的可靠性，设计一种基于 IRS 的索引调制正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing-index modulation， OFDM-IM）系统。首先，使用空间调制和频域调制设计OFDM-IM系统，增大子载波间的欧几里得距离。其次，通过建立等效电路模型，设计实用的IRS模型。最后，使用交替优化算法联合优化接入点（access point， AP）的主动发射功率和IRS处的被动波束形成。仿真结果表明，基于IRS辅助的OFDM-IM系统与基准方案相比，其误符号率（symbol error rate，SER）或误码率（bit error rate，BER）可以降低60%～90%，在较高信噪比情况下，系统SER或BER可达到1.0×10^-6，这说明IM和IRS技术的引入优化了端到端通信系统的链路传输质量。此外，以基于IRS辅助的OFDM-IM系统为标准，仿真结果证明了IRS模型和IM中各参数对系统的影响，并得出了系统中各模型参数要根据信道状态信息（channel state information，CSI）合理选择的结论。

自适应调制MIMO无线系统的物理层安全

李辉, 李光球, 罗延翠, 刘会芝

2023, 39(7):  68-79.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023141

摘要 ( 77 )   在线阅读 ( 10 )   PDF下载 (885KB) ( 230 )   可视化   

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针对主动窃听场景下单输入单输出（single-input single-output，SISO）自适应调制频谱效率低和物理层安全（physical layer security，PLS）性能差的问题，提出了一种多输入多输出（multiple-input multiple-output， MIMO）安全自适应调制（secure adaptive modulation，SAM）无线系统PLS模型。其设计思路是：通过在发送端采用发送天线选择（transmit antenna selection，TAS）、在合法接收端采用最大比合并（maximal ratio combining，MRC）的天线分集技术来提高主信道的信噪比，以改善频谱效率；同时，限制主动窃听者的误比特率，使之无法解调出主信道发送的机密信息，从而保证合法接收端的PLS。在平均发射功率和PLS的联合约束下，推导 SAM-MIMO 系统的最佳切换门限和频谱效率以及窃听者的平均误比特率的解析表达式。数值计算与仿真结果表明：与SAM-SISO系统相比，采用TAS/MRC技术的SAM系统既可以提高主信道的频谱效率，又可以确保对主动窃听者的PLS。

一种基于随机森林和改进卷积神经网络的网络流量分类方法

云本胜, 干潇雅, 钱亚冠

2023, 39(7):  80-89.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023138

摘要 ( 170 )   在线阅读 ( 39 )   PDF下载 (1803KB) ( 110 )   可视化   

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为了提高网络流量分类模型的效率、降低模型复杂度，提出了一种基于随机森林和改进卷积神经网络的分类方法。首先，利用随机森林评估了网络流量各个特征的重要性，并根据重要性排序进行特征选择；其次，采用 AdamW 优化器和三角循环学习率优化了卷积神经网络分类模型；最后，将该模型搭建在 Spark集群上实现模型训练的并行化。采用循环幅度恒定的三角循环学习率，选择1 024、400、256和100个最重要的特征作为输入的实验结果表明，模型的准确率分别提高到97.68%、95.84%、95.03%和94.22%。选择256个最重要的特征，采用不同学习率的实验结果表明，循环幅度减半的三角循环学习率的效果最佳，模型的准确率提高到95.25%，模型训练时间减少近1/2。

基于改进灰色聚类算法的云架构数据中心网络异常流量过滤算法

周雪峰, 徐强, 谭艳婷, 郎嘉忆, 经航, 赵志强

2023, 39(7):  90-98.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023137

摘要 ( 78 )   在线阅读 ( 6 )   PDF下载 (1008KB) ( 56 )   可视化   

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为避免异常流量影响云架构数据中心网络安全运行，需要对云架构数据中心网络异常流量进行过滤。异常流量在不同信噪比和信道条件下过滤难度不同，为了在不同过滤条件下保障异常流量过滤效果，提出了基于改进灰色聚类算法的云架构数据中心网络异常流量过滤算法。通过时间-频率分析构建了云架构数据中心网络流量传输模型，采集网络流量序列；引入加权广义距离改进灰色聚类算法，利用改进的灰色聚类算法计算网络流量序列特征最佳聚类结果，实现流量序列特征提取；通过主成分分析法获取流量序列特征的主分量特征值，构建两个子空间，将流量特征以矩阵方式映射到两个子空间中；根据映射周期向量的平方预测误差与阈值计算结果，过滤异常流量。实验结果表明，该算法可通过聚类实现数据中心网络流量序列特征提取，在不同信噪比和信道条件下有效过滤异常流量；当网络信噪比为 25 dB 且流量在高斯信道中传输时，异常流量过滤效果更突出。

一种基于深度可分离卷积的VVC帧内编码快速块划分算法

叶振, 王国相, 宋俊锋, 刘昊坤, 黎天送

2023, 39(7):  99-108.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023132

摘要 ( 112 )   在线阅读 ( 17 )   PDF下载 (2921KB) ( 206 )   可视化   

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最近，联合视频探索工作组（JVET）将通用视频编码（VVC）作为新一代视频编码标准，它利用复杂的四叉树加多类型树（QTMTT）划分结构有效地提升了编码性能，但也导致编码复杂度急剧攀升，大幅地增加了编码时间。为解决上述问题，提出了一种基于深度可分离卷积的VVC帧内编码快速块划分算法，将编码单元（CU）的原始像素值作为输入，利用轻量化的深度可分离卷积神经网络提取CU纹理信息特征指导CU的划分模式选择，实现精准的划分模式预测。该方案通过跳过低概率的划分模式，减少CU划分模式的遍历，大幅地降低编码器的复杂度。实验结果表明，所提算法在VTM 15.2平台上实现了18%～48%的编码时间节省，仅仅带来了平均0.15%的性能损失，并且轻量化的深度可分离卷积计算带来的额外复杂性也可以忽略不计。

基于柔性太阳能电池和超薄水凝胶薄膜的手势识别

吴如成, 丁文伯, 徐晓敏, 宋林琦, 徐伟涛

2023, 39(7):  109-115.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023143

摘要 ( 104 )   在线阅读 ( 24 )   PDF下载 (1935KB) ( 70 )   可视化   

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人们在日常生活中会用到各种各样的手势，如何将不同的手势与现有的智能可穿戴设备等结合起来对生活质量的提升有不可或缺的作用，利用太阳能相关设备的光电转换特性可以很好地解决手势识别和设备能耗问题。在柔性太阳能电池与手势识别结合的研究中，采集了5种常用手势数据，进行了Z-Score、低通滤波、滑动窗口等信号处理方法，并利用随机森林、支持向量机和神经网络等对其进行分类，成功地在小样本的基础上实现了100%的预测精度，可以证明该方法在手势识别的应用中有显著优势。

基于区块链与可信度函数的电子加密信息上链存储方法

周婷

2023, 39(7):  116-123.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023147

摘要 ( 75 )   在线阅读 ( 6 )   PDF下载 (1157KB) ( 42 )   可视化   

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为优化加密信息在区块链的存储空间占比，提高上链存储速度，提出了基于区块链与可信度函数设计电子加密信息上链存储方法。建立基于区块链和可信度函数的信息加密分类模型，获取溯源凭证判定函数，对电子信息进行代理重加密；计算集群存储空间容量，使用加密密文直接匹配访问结构树；区分主体可信度与客体可信度，基于可信度函数分类电子加密信息，设计电子加密信息上链存储方法。实验结果表明，应用所提方法后，当文件数量在1 000～10 000个时，数据存储速度最快，存储空间占比以及存储速度上均有较大优化。

综述

5G车联网资源优化分配方案综述

郑成渝, 姚依婷, 梁宏斌, 王磊

2023, 39(7):  124-138.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023139

摘要 ( 231 )   在线阅读 ( 53 )   PDF下载 (1776KB) ( 385 )   可视化   

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车联网作为智慧交通发展的必要组成部分，可加快我国智慧交通基础建设，对于智慧城市建设具有重要的现实意义。汽车数量及其产生的海量数据使得通信车辆节点之间的传输冲突率大幅上升，导致通信资源、计算资源短缺等问题，因此，有效的资源分配方案可以保证车联网的通信质量，从而提高车辆通信的可靠性，降低时延。首先分析了国内外车联网对智慧交通发展现状的影响以及当前车联网发展瓶颈；然后针对智慧交通通行效率、安全性方面，分析了当前车联网的资源分配问题；接着通过总结5G技术的优点，分析了5G在车联网资源优化分配管理上的贡献；最后，在车联网通信、计算和存储资源优化分配管理的应用背景下，结合人工智能技术提出了基于5G+V2X的智慧交通发展前景。

工程与应用

复杂建筑群物联网非均匀分布节点随机负载均衡性优化模型

郭文磊

2023, 39(7):  139-148.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023145

摘要 ( 70 )   在线阅读 ( 6 )   PDF下载 (2650KB) ( 70 )   可视化   

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为了提高复杂建筑群物联网的负载均衡性，维护复杂建筑群物联网稳定运行，提出了复杂建筑群物联网非均匀分布节点随机负载均衡性优化模型。在复杂建筑群中布设传感器设备以及接入无线网络，构建复杂建筑群物联网；确定物联网环境中各个节点的分布位置，收集并整合非均匀分布节点随机负载数据；采用IALBR路由协议，计算非均匀分布节点优先级；通过生成调度链路以及计算调度量，完成模型的节点负载均衡调度任务，优化物联网的负载均衡性。实验结果表明：与传统模型相比，设计模型下节点的负载偏衡指数的平均值为0.002，应用设计模型能够有效降低物联网的拥塞概率、提高网络吞吐量。

一种面向集客专线的高效益SPN下沉部署策略

陈骋, 汪晗, 南蜀崇

2023, 39(7):  149-155.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023142

摘要 ( 77 )   在线阅读 ( 11 )   PDF下载 (1289KB) ( 52 )   可视化   

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5G 网络演进过程中组网模式的改变导致 SPN 面临着泛在覆盖的局限性，进而导致集客专线客户接入距离远。基于运营商面向效益的建设思路，解决SPN覆盖进一步深化的过程中面临的网络效益问题。以典型配置的经验价值成本为例，针对不同场景提出 3 种下沉部署策略。搭建仿真环境，采用高斯混合模型模拟集团客户点位分布特征，并分析稀疏、普通、密集场景下的总客户数、下沉SPN设备数与客户覆盖率之间的关系，测试不同下沉策略的网络效益。由仿真结果可知，策略3在总客户数为600时，仅面向下沉效益高的区域覆盖，最大覆盖率只能达到55.27%，但随着客户点数增多，策略3最大覆盖率可达到82.71%，具有明显的覆盖优势，同时平均下沉设备可覆盖客户数最多，实现了保障高效益条件下的高覆盖能力。

超分辨率重建技术及其在智能终端上的应用

祝谷乔, 姜超, 徐煜烨

2023, 39(7):  156-165.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023150

摘要 ( 100 )   在线阅读 ( 12 )   PDF下载 (2174KB) ( 151 )   可视化   

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简单介绍了超分辨率重建技术的发展历程和几种有代表性的超分方法及其实现原理，提出了在智能终端上实现超分辨率重建技术的方案，通过实验仿真，给出了采用插值算法和深度学习算法实现的单图像超分辨率对终端处理性能、图像质量等方面的评估与分析，提出了利用智能终端实现超分的适用场景的建议。并进一步探讨了该技术在娱乐视频与家庭监控业务中的典型应用场景，展望了超分辨重建技术未来可能的研究方向以及与相关图像处理技术相融合的发展趋势。