通信学报

专题导读

李少谦, 陈智, 李玲香, 崔琪楣, 韩充

2022, 43(1): 1-2. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022007-1

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太赫兹通信感知一体化波形：现状与展望

尉志青, 冯志勇, 李怡恒, 马昊, 贾锦竹

2022, 43(1): 3-10. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022007

摘要 ( 1089 )

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面向6G时代机器通信、沉浸式业务对高精度感知与高速率通信的需求，通信感知一体化技术应运而生。基于此，针对太赫兹通信感知一体化波形的场景、波形设计方法和未来展望进行了阐述和总结。首先，概括了太赫兹通信感知一体化波形设计所面临的场景与需求，包括感知辅助通信场景、感知催生的新业务场景等。然后，从太赫兹电磁波的传播特点、太赫兹器件的特点、通信与感知对波形的要求等方面，分析了太赫兹通信感知一体化波形的特点，综述了太赫兹通信感知一体化波形的研究现状。最后，指出了太赫兹通信感知一体化波形的未来研究方向。

光子辅助的宽带太赫兹通信技术

余建军, 周雯, 王心怡, 王凯辉

2022, 43(1): 11-23. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022012

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首先，介绍了光子辅助的宽带太赫兹通信系统中的关键技术。然后，介绍了大容量和长距离太赫兹无线和有线通信技术方面的研究进展。采用这些关键技术，先后实现了太赫兹信号超过1 Tbit/s的无线传输，以及超过100 Gbit/s 太赫兹信号在无太赫兹放大器的情况下无线传输54.6 m。最后，介绍了采用空芯光纤进行有线传输超过100 Gbit/s的太赫兹信号。

室内单载波太赫兹无线信号传播及覆盖性能分析

彭木根, 杨闯, 周天航

2022, 43(1): 24-33. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022014

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针对太赫兹无线信号与传统频谱的差异性制约其应用于室内通信场景的问题，提出了一种室内太赫兹无线信号传播的修正模型，并分析了宽带单载波太赫兹无线信号传播及覆盖性能。具体地，考虑障碍物厚度导致的吸收损耗问题，建立了宽带太赫兹信道传递函数模型。基于射线追踪技术，阐明了障碍物厚度、信号带宽对上述性能的影响。研究表明，非视距障碍物反射可增强覆盖。此外，太赫兹通信存在覆盖范围与容量性能间的均衡问题，且理论频谱效率随太赫兹载频升高而下降。

太赫兹电波传播及信道特性

弋浩凡, 官科, 何丹萍, 艾渤, 赖峥嵘, 钟章队

2022, 43(1): 34-48. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022013

摘要 ( 1035 )

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首先，综述太赫兹电波相较于低频电波传播的不同特性，包括气象因素和材料粗糙表面对电磁波的影响。接着，提出利用射线跟踪技术仅通过有限的信道测量数据校准目标场景中的三维环境模型以及材料电磁参数；然后，利用从射线跟踪仿真反演出的参数在类似场景中进行大量仿真，代替信道测量生成大量真实有效的全维度信道数据；最后，提取并分析信道特性，例如路径损耗、阴影衰落、莱斯K因子、均方根时延扩展、角度扩展及多普勒参数。2 个案例研究是从室内桌面通信到室外智能车联网场景，分别代表了 6G 移动通信从近到远用例的两端，对于室外场景还额外考虑了不同气象条件下对信道参数的影响，对太赫兹系统的设计和评估具有重大意义。

RIS辅助的混合RF/THz系统性能分析

黎赛, 杨亮, 崔琪楣, 于思源

2022, 43(1): 49-58. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022005

摘要 ( 489 )

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针对太赫兹（THz）链路传输距离短的问题，研究了智能反射表面（RIS）辅助的混合双跳射频（RF）/THz系统的性能。RIS用于增强信号强度，从而提升系统性能。采用固定增益放大转发协议，推导了混合RF/THz 链路端到端信噪比的累积分布函数和概率密度函数表达式。利用这些统计特性，进一步推导了该混合中继系统的中断概率、平均误码率和平均信道容量的分析表达式。此外，还对中断概率和平均误码率进行了渐近分析，获得了混合RF/THz系统的分集度。仿真结果表明，RIS可以有效提高混合RF/THz系统的性能。此外，系统的性能还与信道衰落参数、指向误差和距离有关。

高效的基于数据与模型的信道估计算法

梅锴, 赵海涛, 刘潇然, 刘军, 熊俊, 任保全, 魏急波

2022, 43(1): 59-70. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022019

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针对正交频分复用（OFDM）系统，提出一种新型的数据与模型联合驱动下的信道估计算法。该算法结合一种可在线训练的低复杂度学习型估计方法与线性最小均方误差（LMMSE）估计，既赋予信道估计器通过在线训练提升了估计性能的能力，又借助模型解决了在线生成训练数据会造成额外导频开销的问题，提升了系统效率。仿真结果表明，所提算法在低信噪比下的性能和对实际非理想因素的适应性等方面优于传统信道估计算法。

基于分区初等元胞自动机的二维伪随机耦合映像格系统及其动态特性

董有恒, 赵耿, 马英杰

2022, 43(1): 71-82. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022001

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针对基于耦合映像格的时空混沌系统中，某些控制参数会导致弱混沌的现象，以及系统生成序列频率分布不均的情况，提出了一种基于分区初等元胞自动机的二维伪随机耦合映像格系统。首先，基于初等元胞自动机，设计了高维的分区初等元胞自动机。然后，根据该高维自动机的输出，实现了伪随机的耦合方案，同时将自动机的输出作为扰动添加至时空混沌系统中。利用K熵、分岔图等对二维伪随机耦合映像格系统的动态特性进行了对比分析，同时对系统生成序列的分布特性、相关性以及随机性进行了研究。结果表明，该系统建立了更强更广泛的混沌特性，拥有良好的复杂性、遍历性和非周期性。此外，该系统生成的序列具有更均匀的分布和序列之间更低的相关性，并拥有良好的伪随机性。因此，二维伪随机耦合映像格系统在密码系统和混沌保密通信中具有广阔的应用前景。

可控内存写漏洞自动利用生成方法

黄桦烽, 苏璞睿, 杨轶, 贾相堃

2022, 43(1): 83-95. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022003

摘要 ( 307 )

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针对现有漏洞自动利用生成方法无法实现从“可控内存写”到“控制流劫持”的自动构造问题，提出一种可控内存写漏洞的自动利用生成方法。首先，基于内存地址控制力度的动态污点分析方法检测可控内存写漏洞；然后，基于漏洞利用模式进行利用要素搜索，通过约束求解自动构造可控内存写漏洞的利用。实验结果表明，所提方法可以有效检测可控内存写漏洞，搜索漏洞利用要素，自动生成从可控内存写到控制流劫持的利用。

面向无人机集群的双层分组拜占庭容错算法

陈宇, 贾连兴

2022, 43(1): 96-103. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022021

摘要 ( 532 )

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针对区块链技术应用于无人机集群通信时存在的通信复杂度高、稳健性差等问题，提出了一种双层分组拜占庭容错算法。根据无人机的编队结果对节点进行分组，并从每组选取一部分高信誉节点组成委员会，其他节点作为共用节点，形成双层分组共识结构。使用门限签名技术降低通信复杂度，仅通过委员会节点与其他分组节点通信，减少分组间通信次数，使平均通信时延大幅度减小。分层结构使主节点身份隐匿于委员会之中，降低了主节点被敌方自适应攻击的风险，提升了系统的稳健性。实验结果表明，所提算法相比于对比算法，共识过程的时延显著降低，同时能够有效保证系统的活性。

基于分布式部分连接结构的多用户大规模MIMO混合预编码

张雷, 王勤

2022, 43(1): 104-116. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022008

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在多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统中，针对传统方案受限于集中式部分连接结构和固定匹配相控算法而未能充分利用空间资源的问题，提出一种基于分布式部分连接结构的低复杂度相控迫零混合预编码方案。所提方案设计了多于射频链路数的逻辑天线子阵列，以使每个射频链路能连接多个分布子阵列，从而提供更高的空间分集增益。进一步通过分析相控模拟预编码对迫零数字预编码的影响，并以最大化系统频谱效率上界为优化目标，提出串行最大化用户总体子阵列增益的相控模拟预编码算法。分析和仿真结果表明，所提方案相较于传统方案在略微增加计算复杂度的前提下能显著提升系统频谱效率，且对非完美信道状态信息不敏感。

智能反射表面辅助的MISO通信系统的物理层安全设计方案

景小荣, 宋振远, 高维, 雷维嘉, 陈前斌

2022, 43(1): 117-126. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022018

摘要 ( 460 )

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智能反射表面（IRS）可通过调整反射单元的相位来提升无线通信物理层安全。针对 IRS 辅助的多输入单输出（MISO）通信系统，提出一种基于交替迭代的物理层安全设计方案。首先基于安全速率最大化原则，构建一个含有非凸约束的非凸目标函数；然后采用丁克尔巴赫算法和黎曼流形优化算法将非凸问题转化为一系列易于求解的子问题；最后采用交替迭代法实现发送波束成形和IRS相移矩阵的优化设计。仿真结果表明，与现有方案相比，所提方案在计算复杂度与系统安全速率之间取得了更好的折中。

边缘协同的轻量级隐私保护分类框架

熊金波, 周永洁, 毕仁万, 万良, 田有亮

2022, 43(1): 127-137. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022004

摘要 ( 450 )

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针对边端计算环境下存在感知图像数据泄露与隐私保护分类框架计算低效的问题，提出一种边缘协同的轻量级隐私保护分类框架（PPCF），该框架支持加密特征提取和分类，在边缘节点协同分类过程中实现对数据传输和计算过程的隐私保护。首先，基于加性秘密共享技术设计一系列安全计算协议；在此基础上，两台非共谋的边缘服务器协同执行安全卷积、安全批量归一化、安全激活、安全池化等深度神经网络计算层以实现 PPCF。理论与安全性分析证明了PPCF的正确性和安全性，性能评估结果显示，PPCF可达到与明文环境等同的分类精度；与同态加密和多轮迭代计算方案相比，PPCF在计算开销和通信开销方面具有明显优势。

基于骨骼及表观特征融合的动作识别方法

王洪雁, 袁海

2022, 43(1): 138-148. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022020

摘要 ( 268 )

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针对传统动作识别算法不易区分相似动作的问题，提出一种基于深度关节与手工表观特征融合的动作识别方法。首先将关节空域位置及约束输入具有时空注意力机制的长短期记忆（LSTM）模型中，获取时空加权且高可分的深度关节特征；然后引入热图定位关键帧及关节，手工提取关键关节周围表观特征以作为深度关节特征有效补充；最后基于双流网络逐帧融合表观特征及深度骨骼特征来实现相似动作有效判别。仿真结果表明，与主流方法相比，所提方法能有效区分相似动作，进而显著提升动作准确率。

面向机器学习模型的基于PCA的成员推理攻击

彭长根, 高婷, 刘惠篮, 丁红发

2022, 43(1): 149-160. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022009

摘要 ( 381 )

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针对目前黑盒成员推理攻击存在的访问受限失效问题，提出基于主成分分析（PCA）的成员推理攻击。首先，针对黑盒成员推理攻击存在的访问受限问题，提出一种快速决策成员推理攻击fast-attack。在基于距离符号梯度获取扰动样本的基础上将扰动难度映射到距离范畴来进行成员推理。其次，针对快速决策成员推理攻击存在的低迁移率问题，提出一种基于PCA的成员推理攻击PCA-based attack。将快速决策成员推理攻击中的基于扰动算法与PCA技术相结合来实现成员推理，以抑制因过度依赖模型而导致的低迁移行为。实验表明，fast-attack在确保攻击精度的同时降低了访问成本，PCA-based attack在无监督的设置下优于基线攻击，且模型迁移率相比fast-attack提升10%。

基于K均值聚类的SPPM分步分类检测算法

王惠琴, 侯文斌, 彭清斌, 曹明华, 黄瑞, 刘玲

2022, 43(1): 161-171. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022010

摘要 ( 223 )

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针对空间脉冲位置调制系统中采用最大似然检测算法时存在计算复杂度高的问题，依据空间脉冲位置调制信号矩阵的特点，提出了一种基于K均值聚类的分步分类检测算法。首先，采用基于信号向量检测算法完成训练样本中光源索引号的检测，利用 K 均值聚类算法对训练样本进行离线训练得到其质心与调制符号间的映射关系。然后，以该映射关系为准则完成在线调制符号的实时检测，以穷搜索方式检测出光源索引号。最后，采用蒙特卡罗方法研究了聚类数目、初始化次数等关键参数对系统误比特率性能的影响。仿真结果表明，所提算法能够取得近似最大似然算法的误比特率性能，同时大幅度降低了信号检测的计算复杂度。与线性译码算法相比，所提算法还可适用于探测器数目小于光源数目的通信场景。

基于载波相位的高精度室内快速定位算法

范绍帅, 荣志强, 田辉, 李立华

2022, 43(1): 172-181. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022017

摘要 ( 420 )

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为了提高室内无线环境下定位的精度以及位置解算的速度，提出了一种基于载波相位的高精度室内快速定位算法。该算法通过引入参考终端，利用待定位终端和参考终端载波相位测量值间的双重差分完全消除了设备间钟差对定位算法精度的影响。利用锁相环不失锁期间整周模糊度不变的特性，设计了一种基于多时间点测量数据的整周模糊度迭代解算算法，实现了整周模糊度的快速解算。在解算出整周模糊度后，利用精确的载波相位差分测量值可以实现待定位终端的高精度定位。仿真结果表明，所提定位算法可以完全克服钟差对定位性能的影响，并且能够在极少的采样时间点上实现厘米级的定位精度。

VANET系统中基于中国剩余定理的群内相互认证密钥协商协议

张海波, 陈舟, 黄宏武, 贺晓帆

2022, 43(1): 182-193. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022002

摘要 ( 299 )

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针对车载自组网（VANET）系统中车辆在公开网络上相互通信容易受到恶意攻击的问题，提出一种VANET系统中群内相互认证密钥协商协议。利用中国剩余定理建立动态车辆群，以适应VANET拓扑的快速变化。通信双方利用签名信息快速认证消息发送方的身份，并通过切比雪夫混沌映射的半群性进行密钥协商。采用假名更新和私钥更新机制，保护车辆的身份隐私安全。对于恶意车辆的身份，利用签名信息进行准确追溯，并通过修改公钥信息实现快速撤销。此外，使用 BAN 逻辑模型证明了协议的语义安全。仿真结果表明，所提协议相较于现有同类方案，能有效降低通信消耗，并显著降低计算消耗。

基于深度学习的区块链蜜罐陷阱合约检测

张红霞, 王琪, 王登岳, 王奔

2022, 43(1): 194-202. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022011

摘要 ( 688 )

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针对当前检测方法准确率不高以及模型泛化性较差的问题，提出了基于 KOLSTM 深度学习模型的蜜罐陷阱合约检测方法。首先，通过分析蜜罐陷阱合约的特点，提出了关键操作码的概念，并设计了可用于选取智能合约中关键操作码的关键词提取方法；其次，在传统的LSTM模型中加入关键操作码权重机制，构建了可以同时捕获蜜罐陷阱合约中隐藏的序列特征以及关键操作码特征的 KOLSTM 模型。最后，通过实验表明，该模型具有较高的识别精确率，在二分类和多分类检测场景下的F值较LightGBM模型分别提升2.39%与19.54%。

基于深度学习的位置大数据统计发布与隐私保护方法

晏燕, 丛一鸣, Adnan Mahmood, 盛权政

2022, 43(1): 203-216. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022006

摘要 ( 399 )

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针对传统位置大数据统计划分发布结构不合理、划分发布方法效率低下的问题，提出一种基于深度学习的位置大数据统计划分结构预测方法和差分隐私发布方法，以提高位置大数据统计划分发布数据的可用性和执行效率。首先对二维空间进行细致划分和自底向上合并，从而构建合理的空间划分结构。然后将划分结构矩阵组织为三维时空序列，借助深度学习模型提取时空特征，实现对划分发布结构的预测。最后结合预测划分发布结构进行差分隐私预算分配和 Laplace 噪声添加，实现位置大数据统计划分发布信息的隐私保护。通过实际位置大数据集的实验，证明了所提方法在提高发布数据查询精度和运行效率方面的优势。

HRDA-Net：面向真实场景的图像多篡改检测与定位算法

朱叶, 余宜林, 郭迎春

2022, 43(1): 217-226. doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2022016

摘要 ( 663 )

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针对主流篡改数据集单幅图像仅包含一类篡改操作，且对真实图像定位存在“伪影”问题，构建面向真实场景的多篡改数据集（MM Dataset），每幅篡改图像包含拼接和移除2种篡改操作。针对多篡改检测与定位任务，提出端到端的高分辨率扩张卷积注意力网络（HRDA-Net），利用自顶向下扩张卷积注意力（TDDCA）模块融合图像 RGB 域和 SRM 域特征。最后，采用混合扩张卷积模块（MDC）分别提取拼接、移除和篡改检测任务特征，实现篡改区域定位和篡改置信度预测。为提高网络训练效率，提出余弦相似度损失函数作为辅助损失。实验结果表明，在MM Dataset下，与主流语义分割方法相比，HRDA-Net具有较优的性能和较强的稳健性；在单篡改数据集CASIA和NIST下，与主流单篡改定位方法相比，HRDA-Net的F1和AUC分数均较优。

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