通信学报

基于区块链的频谱设备网络中防御拜占庭攻击的分布式共识机制

杨健,陈曦,丁国如,赵杭生,张林元,孙佳琛

2020, 41(3): 1-16. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020044

摘要 ( 680 )

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针对大规模、超密集部署移动互联网和物联网引发的精确频谱共享需求，基于区块链技术提出联网海量个人无线设备构成频谱设备网络：频谱管理服务器、移动基站、个人无线设备形成云计算与边缘计算相结合的频谱设备网络架构，以频谱数据获取、频谱区块添加、频谱数据传输、频谱数据采集的激励构成了基于区块链的频谱设备网络的基本运行机制，通过感知节点共识融合、验证节点共识验证、簇头节点共识确认，在一定置信度下的假设检验判断是否有恶意感知节点发动伪造频谱数据的拜占庭攻击。仿真结果表明分布式共识机制在防御恶意感知节点伪造频谱数据的拜占庭攻击上的有效性和可靠性。

面向拟态云服务的异构执行体调度算法

普黎明,刘树新,丁瑞浩,王凯

2020, 41(3): 17-24. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020052

摘要 ( 349 )

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针对当前异构调度模型仅从空间或者时间特性进行建模设计，缺少对时空特性的综合考虑且存在动态性和异构性不够均衡的问题。为使拟态云服务系统的动态、异构和冗余特性能够平衡互补，提出一种基于优先级和时间片的执行池调度算法，该算法基于执行池相似性指标进行优先级预排序，结合时间片等策略进行方案调度。实验结果表明，所提算法有较好的动态性，结合时间片策略能够获得动态性和异构性的综合平衡，且算法耗时较低。

次成分提取信息准则的加权规则方向收敛分析

杜柏阳,孔祥玉,冯晓伟

2020, 41(3): 25-32. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020014

摘要 ( 186 )

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对并行次成分提取算法在信号特征提取中实现方向收敛的过程进行了研究。采用比较未加权的PAST次子空间跟踪算法和加权的PAST并行次成分提取算法，分析加权规则对次成分提取算法方向收敛行为的限定方式。理论分析表明，加权规则对状态矩阵的各个向量和次成分之间的角度限定存在规律，并给出了加权规则对状态矩阵各个向量方向的作用方式和定理和讨论。最后，Matlab仿真实验验证了理论分析的结果。

噪声稳健性的卡方生成对抗网络

李洪均,李超波,张士兵

2020, 41(3): 33-44. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020041

摘要 ( 337 )

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针对不同分布噪声下生成对抗网络生成样本质量差异明显的问题，提出了一种噪声稳健性的卡方生成对抗网络。所提网络结合了卡方散度量化敏感性和稀疏不变性的优势，引入卡方散度计算生成样本分布和真实样本分布的距离，减小不同噪声对生成样本的影响且降低对真实样本的质量要求；搭建了网络架构，构建全局优化目标函数，促进网络不断优化并增强博弈的有效性。实验结果表明，所提网络在不同噪声下的生成样本质量和稳健性优于目前几种主流网络，且图像质量差异较小。卡方散度的引入不仅提高了生成样本质量，而且提升了网络在不同噪声下的稳健性。

毫米波massive MIMO系统中混合连接的混合预编码设计

赵宏宇,姚红艳

2020, 41(3): 45-52. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020057

摘要 ( 478 )

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为了提高混合连接的混合预编码的频谱效率，首先利用连续干扰消除（SIC）的原理得到理想条件下的最优混合预编码矩阵，然后利用梯度下降理论将最优混合预编码矩阵分解为数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵，最后考虑模拟预编码矩阵的恒模约束条件，并以最大化频谱效率为目标利用交替最小化方法优化模拟和数字预编码矩阵。所提出的混合预编码设计算法基于混合连接结构，因而能量效率远优于部分连接的和全连接的混合预编码。同时，该算法不会增加混合连接的混合预编码的硬件复杂度且只少量增加计算量。仿真结果表明，该算法能提升混合连接的混合预编码的频谱效率，特别是当射频（RF）链路数大于数据流数时，频谱效率的提升更加显著。由于分块不需要满足正交性，该算法比现有混合连接的混合预编码更适合实际应用。

基于位置语义和查询概率的假位置选择算法

王洁,王春茹,马建峰,李洪涛

2020, 41(3): 53-61. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020061

摘要 ( 315 )

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针对传统位置隐私保护方案中未充分考虑攻击者拥有背景知识而导致的隐私泄露问题，基于位置语义和查询概率提出一种假位置选择算法。在假位置集中的位置之间满足语义差异性、查询概率相近且地理位置尽量分散的条件下，避免了攻击者结合背景知识过滤假位置，同时保证了查询结果的精确性。仿真实验验证了所提算法能有效保护用户的位置隐私。

基于分组SIFT的图像复制粘贴篡改快速检测算法

肖斌,景如霞,毕秀丽,马建峰

2020, 41(3): 62-70. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020045

摘要 ( 491 )

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针对现有图像复制粘贴篡改检测算法计算复杂度过高的问题，提出了一种基于分组尺度不变特征变换的图像复制粘贴篡改快速检测算法。首先，利用简单线性迭代聚类将输入图像分割成非重叠且不规则的块；然后，根据图像块内结构张量属性将其分为平坦块、边缘块和角点块，提取图像块内的SIFT特征点作为块特征；最后，通过块特征的类间匹配定位篡改区域。所提算法通过图像块分类和类间匹配，在保证检测效果的同时，有效地降低了特征匹配定位篡改区域阶段的时间复杂度。实验结果表明，所提算法检测准确率为97.79%，召回率为90.34%， F值为93.59%；图像尺寸为1 024像素×768像素时算法时间复杂度为12.72 s，图像尺寸为3 000像素×2 000像素时算法时间复杂度为639.93 s。与已有的复制粘贴算法相比，所提算法能够快速精准地定位篡改区域，且具有较好的稳健性。

D2D中继辅助通信的能效优化算法研究

王雪,金涛,钱志鸿,胡良帅,王鑫

2020, 41(3): 71-79. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020048

摘要 ( 411 )

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针对蜂窝系统下D2D中继辅助通信的能量效率优化问题，在保证蜂窝用户与D2D用户服务质量的条件下，提出了一种能效优化算法。首先，以最大化系统中总 D2D 用户能效为目标，将优化问题建模为一个混合整数非线性规划问题。然后，将能效优化问题转化为功率控制、中继选择和信道分配3个子问题分别进行求解。最后，利用Dinkelbach方法和拉格朗日乘子方法解决功率控制问题；利用所提出的基于Q学习的中继选择算法完成中继的选择；基于功率控制和中继选择，利用匈牙利算法完成信道的分配。仿真结果表明，与现有算法相比，所提算法可有效提高系统D2D用户的总能效。

委托计算下基于区块链的公平支付方案

李沓,田有亮,向康,高鸿峰

2020, 41(3): 80-90. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020046

摘要 ( 385 )

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传统委托计算中，由于参与者双方的自利行为，存在委托方抵赖和计算方不诚实计算等问题。在支付阶段，需采用第三方来保证支付的公平性，从而导致额外的开销且存在泄露参与者隐私的风险。利用博弈论分析了支付过程中双方达到纳什均衡解，提出一种基于比特币时间承诺的公平支付协议。首先，利用比特币时间承诺技术保证参与者支付的公平性；其次，利用区块链去中心化的特性来取代第三方服务保护各方隐私且实现责任溯源；最后从安全性和正确性对方案进行分析，证明了参与者在支付过程中诚实选择行为策略。所提方案不仅解决了传统委托计算中公平支付的难题而且保护了参与方的隐私。

基于多特征加权的SAR影像舰船检测优化方法

赵泉华,王肖,李玉,王光辉

2020, 41(3): 91-101. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020013

摘要 ( 290 )

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针对虚警目标较多的复杂场景中，传统舰船检测算法检测结果精度偏低的问题，提出了一种基于多特征加权的SAR影像舰船检测优化方法。首先，采用标记分水岭算法对SAR幅度影像进行去陆操作；其次，利用基于对数正态分布的恒虚警率算法，得到去陆 SAR 影像的候选目标；再次，提取候选目标的长宽比、舰船面积和对比度3个特征；最后，提出变异系数法对3个特征进行权重分配，并结合候选目标的归一化特征矢量计算其特征置信度，再确定最佳置信度，去除候选目标中的虚警目标，优化舰船检测结果。为了验证所提方法，选取不同复杂场景的高分三号SAR影像进行舰船检测实验。实验结果表明，所提方法具有可行性和有效性。

RoF-DAS架构下具有差错重传的预约式WLAN MAC协议研究

官铮,熊磊,贾徭,何敏,杨志军

2020, 41(3): 102-111. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020056

摘要 ( 237 )

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为减少控制帧消耗，降低系统接入时延，提出了预约式门限服务轮询接入（SGPA）策略，将站点接入时刻缓存区中的排队数据整合为数据集，对数据集进行统一发送和确认。针对RoF-DAS 架构下WLAN差错重传机制与网络接入性能的定量关系进行分析，建立了具有内部数据的门限服务轮询（IAGP）排队模型，利用轮询系统中内部数据的到达和服务过程描述数据差错重传机制，然后基于马尔可夫链和概率母函数方法推导出站点数据时延性能与重传次数、重传概率等参数的定量关系表达式。仿真实验结果表明，SGPA 与典型 IEEE 802.11 PCF相比有效降低了接入时延；采用IAGP模型对系统时延性能分析的理论计算值与仿真结果一致。该分析模型为非理想信道环境和差错重传机制下的RoF-DAS WLAN网络接入性能分析提供了一种快速评估机制。·

基于Zadoff-Chu矩阵的最优码本构造方法

李玉博,刘胜毅,张景景,贾冬艳

2020, 41(3): 112-119. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020021

摘要 ( 266 )

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具有低相关性质的码本在同步码分多址系统（CDMA）、量子信息理论以及压缩感知领域都有重要应用。为扩展码本数量，放宽了变换矩阵的限制条件。基于Zadoff-Chu矩阵，利用差集、几乎差集以及有限域特征和构造了新的码本，得到的码本依照Welch界限或Levenstein界是最优或几乎最优的。通过实验仿真发现，基于该类码本构造的确定性测量矩阵在压缩感知中具有良好的性能。

多样化软件系统量化评估方法

姚远,潘传幸,张铮,张高斐

2020, 41(3): 120-125. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020051

摘要 ( 279 )

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为了指导多样化软件系统在不同应用场景下的冗余变体选取，在研究多样化软件评价指标的基础之上，建立针对软件多样化系统的可用性评价指标体系、安全性评价指标体系、性能指标评价体系，并在此基础上构建了针对多样化软件系统的层次评价体。采用实例验证了所提层次评价体系在小规模变体数目下的可行性。

基于时延的LEO卫星网络SDN控制器动态放置方法

韩珍珍,赵国锋,徐川,周文涛,周洋洋

2020, 41(3): 126-135. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020054

摘要 ( 528 )

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针对控制器进行信息同步维护全局网络视图时网络时延大的问题，基于对网络时延的分析提出了一种能够满足动态组网覆盖需求的 SDN 控制器放置方法。首先，根据卫星与终端的相对速度设计基于冗余覆盖的卫星子网划分机制；然后，对卫星网络分布式控制网络时延的进行研究，建立基于时延的控制器放置模型；最后，将控制器放置问题转化为基于软容量限制的设备放置问题，设计近似算法对模型进行求解。实验结果表明，所提方法能够在满足网络覆盖需求的同时优化网络时延。

有限字符输入下基于截断速率的安全空间调制天线选择算法

丁青锋,奚韬,杨倩,丁旭

2020, 41(3): 136-144. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020047

摘要 ( 193 )

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针对有限字符输入下人工噪声辅助空间调制系统的安全传输问题，提出了一种基于截断速率的天线选择算法。考虑到保密速率的闭式表达式难以得到，通过引入截断速率作为保密速率的一种近似的有效指标，将最大化保密速率问题转化为最大化截断速率优化问题。同时，为降低算法复杂度，对截断速率算法的搜索进行优化，通过对矩阵范数按列展开，将对应天线组合的矩阵范数问题简化为对应天线的列范数问题。最后，将只对窃听者产生干扰的人工噪声矢量映射在合法信道空间，进一步提升系统保密速率。仿真结果表明，所提出的基于截断速率算法的系统保密速率性能优于基于信漏噪比算法和最大化保密速率算法，并具有更低的复杂度。

基于预测原理的回声状态网络在线盲均衡算法

杨凌,韩琴,程丽,赵傲男,杜娟

2020, 41(3): 145-153. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020031

摘要 ( 288 )

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针对非线性信道，基于预测原理提出了回声状态网络（ESN）在线盲均衡算法，首先将具有良好非线性映射能力的ESN代替传统的线性预测误差滤波器，并采用递归最小二乘（RLS）算法计算网络的输出权值，使网络预测误差达到最小；然后进行幅值和相位的调整。仿真实验表明，对于16QAM信号，所提算法可以有效降低非线性信道对发送信号产生的畸变。与其他基于预测原理的盲均衡算法相比，所提算法有更低的均方误差值和更快的收敛速度。

数据因果一致性研究综述

田俊峰,王彦骉,何欣枫,张俊涛,杨万贺,庞亚南

2020, 41(3): 154-167. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020055

摘要 ( 504 )

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数据因果一致性是分布式存储中保障数据一致性的重要方案之一，目前的因果一致性方案研究重点包括时钟方法的优化、协议的设计以及操作事务序列的优化等方面。实际上云环境除了时钟漂移、查询放大等情况之外，还存在木马、不可信第三方等不安全因素，以致于破坏因果一致性元数据、用户操作结果的一致性，甚至影响存储环境的可用性。从一致性存储性能提升和安全保障角度出发，结合区块链等共识机制，对比分析了时钟同步方法、数据复制策略、服务端协议的分析设计以及操作事务序列化等研究方向，总结讨论了它们的的原理、优势、局限性以及安全约束方面的不同效用，进而指出未来的发展趋势和后续研究方向，期望对该领域的研究起到参考和帮助作用。

混沌保密光通信研究进展

义理林,柯俊翔

2020, 41(3): 168-181. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020008

摘要 ( 733 )

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针对混沌保密光通信的关键技术和最新的研究进展，首先介绍了基于不同非线性器件的混沌生成方法；然后重点研究了混沌光通信的研究前沿，包括如何提高安全性、如何提升混沌保密光通信的传输容量和距离；最后讨论了混沌保密光通信的局限性和潜力，并对混沌保密光通信的关键技术和研究进展进行了总结。

16QAM-LFM雷达通信一体化信号设计

曾浩,吉利霞,李凤,李创

2020, 41(3): 182-189. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020050

摘要 ( 532 )

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设计了一种16QAM信号与LFM脉冲相结合的高阶雷达通信一体化波形，把LFM信号作为16QAM信号的载波，在不影响雷达基本功能的前提下实现高速率的通信。对16QAM-LFM这一新型一体化波形的性能分析和计算机仿真表明，在通信性能方面，该波形与 16QAM 信号的通信误码率特性相同，具有比 BPSK-LFM、MSK-LFM等低阶调制的一体化信号更高的频带利用率，比OFDM-LFM等高效率一体化信号更低的复杂度；在雷达性能方面，该波形因为其雷达模糊函数接近图钉型，具有比 LFM 信号更高的距离和速度分辨力，对低速目标的检测概率则相同。

基于循环码和信息压缩融合的量子保密通信算法

马鸿洋,张鑫,徐鹏翱,刘芬,范兴奎

2020, 41(3): 190-196. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020059

摘要 ( 321 )

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针对经典保密通信中信息安全传输的问题，提出了一种基于循环码和信息压缩的量子保密通信算法。首先，发送端对传输的信息进行预处理，将其分割为长度不等的2组数据，分别用于循环编码和压缩编码。然后，发送端添加一串量子态传输至接收端，采用误码数作为信道安全检测的依据，若信道安全，则对预处理后的数据量子态处理，利用量子稳定子码编码分段并传输，依据稳定字码的特性克服环境引起的误码。最后，接收端接收到量子信息后进行解码，并解循环和解压缩从而获得数据。安全性分析表明，所提量子保密通信算法能较好地抵抗篡改和截断信息的攻击。仿真结果表明，对于数据压缩部分按5分段能获得较好的效果。

位置社交网络中谱嵌入增强的兴趣点推荐算法

刘真,王娜娜,王晓东,孙永奇

2020, 41(3): 197-206. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020053

摘要 ( 460 )

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为了有效地捕捉LBSN中丰富的签到、社交等多维上下文信息的空间特性，并深层挖掘用户和POI之间的非线性交互，提出了一种谱嵌入增强的POI推荐算法——PSC-SMLP，设计了偏好增强的谱聚类算法PSC和谱嵌入增强的神经网络SMLP。在2个经典数据集上与现有的POI推荐算法相比，PSC-SMLP可以深层学习用户对POI的个性化偏好，在准确率、召回率、nDCG、平均精度等指标中均获得较大提升。

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