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2023年 第39卷 第12期 刊出日期：2023-12-20

2023年 第39卷 第12期
刊出日期：2023-12-20

  

综述

6G无线通信物理层关键技术

倪善金, 沈亮, 宁珊, 万辛

2023, 39(12):  1-18.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023250

摘要 ( 143 )   在线阅读 ( 42 )   PDF下载 (2329KB) ( 216 )   可视化   

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业界预计在2030年前后商用6G技术。与5G技术相比，6G将在流量密度、连接数密度和能量效率等多个性能指标方面大幅度提升。为满足 2030 年及以后的垂直行业的个性化、多样化需求，6G 将采用诸多新技术，如新型网络架构、新物理层无线传输技术以及新的安全可持续性技术。从6G物理层潜在关键技术入手，重点介绍了太赫兹（THz）、超大规模多输入多输出（MIMO）、智能反射面（IRS）及物理层安全等技术。此外，还概括地介绍了6G潜在关键技术挑战，希望为未来6G物理层相关研究提供一定的参考。

车载边缘计算研究综述

彭雪飞, 刘奥辉

2023, 39(12):  19-28.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023262

摘要 ( 90 )   在线阅读 ( 18 )   PDF下载 (751KB) ( 158 )   可视化   

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随着计算密集和时延敏感型车辆应用的爆炸式增长，集中式云架构产生了高工作负载和任务时延阻塞。为了保证服务质量，车载边缘计算应运而生，这种计算模式将计算能力和存储资源，推移到离数据源更近的边缘服务器或边缘网关等边缘节点上，通过在边缘节点进行实时数据处理和决策，可以显著地减少数据传输时延。首先介绍了车载边缘计算的基本概念，接着对现有研究进行了梳理分类，最后讨论了对车载边缘计算的展望和未来研究方向。

研究与开发

免授权频段通信技术与未来频谱需求

刘胜利, 余官定

2023, 39(12):  29-41.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023256

摘要 ( 36 )   在线阅读 ( 5 )   PDF下载 (2097KB) ( 71 )   可视化   

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随着信息通信技术（information and communication technology，ICT）的进步以及数据流量的不断增加，需要越来越多的免授权频段资源支持无线通信和物联网的发展。为了研究未来免授权频段的通信发展方向以及频谱需求，首先综述了现有免授权频段政策、免授权频段通信技术及免授权频段通信的若干具体应用场景。以下一代Wi-Fi和超宽带（ultra wideband，UWB）技术为例，根据现有应用的数据流量预测，分析了未来的免授权频谱需求。结果表明，为了满足未来增强现实/虚拟现实（augmented reality/virtual reality，AR/VR）、高精度定位及8K高清视频传输等应用需求，更多的6 GHz以及60 GHz免授权频段资源需用来支持新型业务。最后对未来免授权频段的发展趋势进行探讨，指出干扰管理等技术是未来提升免授权频段利用效率的关键。

基于自注意力的无监督室内定位信号异常检测

袁江华, 艾浩军

2023, 39(12):  42-52.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023258

摘要 ( 38 )   在线阅读 ( 8 )   PDF下载 (1079KB) ( 111 )   可视化   

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基于射频信号的室内指纹定位技术，以其精度高、部署成本低等优点被广泛运用于室内定位领域。室内信号环境的变化会直接影响定位精度。深度神经网络也用于时序数据异常检测，在此基础上，提出了一种基于自注意力机制的无监督室内定位信号异常检测模型。训练模型的输入是易获得的正常信号环境下无位置标签的指纹数据。该模型的注意力模块关注提取指纹数据中不同信号来源之间的相互关联，结合关联误差和重构误差来放大正常与异常的可区分性，从而提升室内定位信号检测的精度。在实验室采集的蓝牙信号数据集和一个公开的Wi-Fi数据集UJIIndoorLoc中进行性能评估，实验结果表明，与其他算法相比，所提模型具有最好的异常检测性能。

基于数据和知识的5G网络故障诊断方法

潘庆亚, 张衡, 刘文杰, 朱晓荣

2023, 39(12):  53-64.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023257

摘要 ( 54 )   在线阅读 ( 16 )   PDF下载 (2045KB) ( 60 )   可视化   

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针对现有5G网络故障诊断的准确率和运维效率不高的问题，提出了一种基于数据和知识的5G网络故障诊断算法。首先，利用图卷积神经网络（graph convolutional network，GCN）训练5G网络故障数据集，得到故障诊断模型；然后，对多源数据源进行知识整合、知识抽取、知识融合和表示，构建一个5G网络故障知识图谱（knowledge graph，KG）；最后，利用知识图谱分析故障诊断模型输出结果，生成故障报告，进而提高故障诊断模型输出的可解释性。所提方法为5G网络故障诊断提供了一种新的准确而高效的解决方案，实验表明，该故障模型准确率达到了95%。此外，5G网络故障知识图谱能够为运维人员提供支持，助力分析故障原因。

C-V2X网络下基于传输损失函数的数据传输策略

郝奕, 黄雷

2023, 39(12):  65-75.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023244

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蜂窝车联网是智能网联汽车发展的重要方向。为了提高通信过程中的数据传输质量，对平均端到端通信时延、时延抖动程度和丢包率进行计算，提出了表征系统性能的传输损失函数；设计和实现了基于传输损失函数的专用短程通信（DSRC）短消息（DSM）数据传输策略，并将其与透明传输策略进行了试验测试与对比分析。试验结果表明，相比于透明传输策略，提出的数据传输策略在静态直道、静态弯道、动态直道、动态弯道 4 种场景下，传输损失分别下降了 48.95%、52.96%、47.79%和 50.86%。提出的数据传输策略确保了网络直连通信的有效性、稳定性和可靠性的综合优化。

电力线和自由光混合通信系统的中断概率分析

张际, 徐溯, 刁杨华, 陈志, 于宝辉

2023, 39(12):  76-84.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023198

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分析了混合电力线通信（power line communication，PLC）-自由空间光（free-space optical，FSO）通信系统的中断概率。具体而言，首先在PLC链路中考虑背景噪声和脉冲噪声，在FSO链路中考虑指向误差等实际因素的情况下，建立多用户场景下的混合PLC-FSO通信系统模型，并在中继采用门限判断译码转发协议的条件下，得到系统的输出信噪比计算式。接着，假设 PLC 链路服从对数正态分布，而 FSO 链路服从Gamma-Gamma 分布，推导出系统的中断概率闭合计算式。为了便于进一步分析系统的性能，还分析了高信噪比条件下的系统中断概率近似计算式、分集度和阵列增益。最后，仿真验证了理论分析的正确性，并进一步分析相关参数对系统性能的影响，从而为整个系统设计提供参考。

垂直联邦学习中特征维度即服务的真实高效拍卖机制设计

来中意, 倪郑威, 冯韶翰

2023, 39(12):  85-99.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023260

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考虑垂直联邦学习（vertical federated learning，VFL）架构，将特征维度作为资源，进行了拍卖机制的设计。该机制包括一个可信任的第三方中央控制端作为拍卖方，以及若干任务需求者作为竞标方。为了防止竞标者进行欺诈性投标，首先提出了一种基于 Vickrey-Clarke-Groves（VCG）机制的最优特征维度即服务（Optimal-FDaaS）机制，并通过整数线性规划确定拍卖的赢家。该机制能够最大化社会效益，但是计算复杂度较高。为了降低计算复杂度，提出了贪心特征维度即服务（Greedy-FDaaS）机制。以上两种机制都能保证3 种性质，即真实性、个体理性与效率性。最后，通过仿真分析证明了所提机制的有效性。

量子保密通信应用服务体系研究

田野, 何申, 李德志, 粟栗, 杜海涛

2023, 39(12):  100-109.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023263

摘要 ( 85 )   在线阅读 ( 25 )   PDF下载 (2479KB) ( 86 )   可视化   

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基于量子密钥分发（quantum key distribution，QKD）的量子保密通信能够应对量子计算带来的安全挑战，现已进入产业规模应用阶段。然而，受QKD网络架构及服务能力的制约，现有体制无法满足未来量子保密通信在业务多样化、用户规模化、应用泛在化等方面的发展需求。针对此问题，提出量子保密通信应用服务体系架构模型及机制，实现量子密钥的统一管理并支持各类用户设备及业务应用以各种方式灵活、安全地获取量子密钥。该系统通过引入量子安全服务层将QKD网络与上层应用解耦，有效协调了QKD网络发展与保密通信业务发展两个方面，有利于促进量子保密通信大规模应用落地。

安全高效的隐私保护公共可验证矩阵乘法外包计算方案

孙守道, 杨沈, 陈一恒, 王强

2023, 39(12):  110-121.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023251

摘要 ( 35 )   在线阅读 ( 8 )   PDF下载 (2183KB) ( 57 )   可视化   

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外包计算允许那些资源有限的数据拥有者将复杂的计算外包给资源丰富的云服务器。矩阵乘法在科学计算和密码学领域都有着重要的应用。可验证矩阵乘法外包计算允许数据拥有者将外包矩阵$M$和请求向量$x$外包给不可信的云服务器进行乘法计算，并且验证云服务器返回计算结果的正确性及完整性。但是，现有方案无法同时解决如下问题：外包矩阵$M$的隐私性、请求向量$x$的隐私性、不支持公共验证、效率低下难以应用。为解决上述问题，提出了一种安全高效的隐私保护公共可验证矩阵乘法外包计算方案，并给出了该模型的形式化定义及安全性定义。采用矩阵盲化技术保证外包矩阵$M$和请求向量$x$的隐私性，采用闭型效率的伪随机函数实现计算结果的公共可验证及方案整体的高效性。理论与实验结果表明，与现有方案相比，所提方案在保证外包矩阵$M$和请求向量$x$隐私性的同时还支持公共验证，具有更全面的功能。同时，所提方案整体计算效率更高，与现有方案相比至少能提升14%的效率，具有较高的实用价值。

工程与应用

基于日志可观测的云—边协同微服务部署优化

孙梦宇, 林睿

2023, 39(12):  122-132.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023254

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依托微服务、容器化等云原生能力，数字化业务可拆分成细粒度的微服务模块，通过云边协同的方式优化微服务部署模式。一般来说，边缘计算可通过将计算资源扩展到网络边缘侧，降低物联网应用的响应时延及运行开销，但边缘侧设备计算及存储能力有限，通常难以满足组合服务多类型资源需求。因此，将中心云与边缘侧设备的微服务功能进行划分，是提高服务质量、优化网络性能的必要手段。为了实现微服务模块的合理配置，提出了一种基于日志可观测的云—边协同微服务部署优化方法，构建基于微服务的时序过程模型，并通过时序约束挖掘算法发现微服务间连接关系。采用多目标优化算法，最小化微服务配置时延和能耗，实现云—边协同微服务部署优化。最后，实验验证了方法的有效性。

一种5G融合校园网部署方案

孙玮

2023, 39(12):  133-143.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023255

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在实施教育数字化战略行动的背景下，高校信息化朝着智能化、数字化、大带宽、云存储的方向发展。传统高校校园网已经无法更好地服务于新形势下的高校教学科研管理工作。5G定制专网的出现，给高校用户提供了一种便捷安全的组网方案。分析了高校校园网的场景特征，主要对5G融合校园网中的双域专网和核心网容灾两个关键技术进行了探讨。最后针对福建某大学5G融合校园网提供了一种实施方案，并进行了验证测试，为5G融合校园网建设提供参考。

5G+北斗高精度定位服务质量测试方案与质差原因

严茂胜, 刘学刚, 刘玮, 马学军, 石一涵, 马骠, 李天任

2023, 39(12):  144-151.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023259

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随着我国北斗导航产业的发展与北斗卫星全球组网的成熟建设，5G+北斗高精度定位服务在如测量测绘、形变监测、驾考驾培、自动驾驶等行业的应用正处在规模推广阶段。行业客户对高精度定位产品服务质量评估的需求也逐渐显现，现有的评估方法侧重在基准站、接收机终端侧，无法为行业用户所有使用或选择高精度定位服务提供参考。因此，需要一套面向行业应用的高精度定位服务质量评价体系为行业应用提供参考。创新性地提出了一套评估指标体系，特别是结合3GPP Release17定义及车企等行业客户需求，搭建了完整的类指标体系，并在全国范围的不同区域、不同场景进行了验证。最后，通过对大量数据结果进行处理分析，以及对动态遮挡场景的影响、高精度定位平台与终端适配等用户侧更为关注的方面进行了分析，给出了服务质量改善的优化建议。特殊地，对比分析了单北斗条件下的服务质量。

基于BPNN回归预测算法的专家数量预测模型

商天文, 仉健维, 黄昊晨

2023, 39(12):  152-160.  doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2023252

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为迎合新型电力系统对数智化技术的发展需求，提升在集中招标采购数字化、智慧化过程中对数据价值提升、数据挖掘和数据分析的能力，站在招标人的角度，研究并提出了一种基于反向传播神经网络（back propagation neural network，BPNN）回归预测算法的预测模型。首先，深入探讨了电力行业的招标采购专家抽取现状，发现在集中招标采购过程中，需要大量专家参与其中，但专家数量的预测十分困难；其次，分析和学习历史数据，基于现有采购需求的情况及采购策略，有效定位专家需求基本情况，快速准确地预测专家数量；最后，验证了模型在资格预审与资格后审环节中的预测精度，为实际应用提供了参考，达到了降本增效的效果。