电信科学

面向6G的卫星通信网络架构展望

吴晓文, 焦侦丰, 凌翔, 刘冰, 朱立东, 韩磊

2021, 37(7): 1-14. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021147

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分析和研究了未来6G卫星网络架构并提出了设想。首先介绍国内外星地融合的研究现状，结合6G网络的愿景、需求和6G网络架构的当前研究成果，总结了6G网络架构的技术特征；然后通过对人工智能（AI）在通信领域的研究和应用分析，以及AI在6G网络中关键作用的深入挖掘，提出了AI赋能的6G卫星通信网络总体架构、接入网架构及核心网架构的设想，同时提出了分阶段演进和分步骤实现的建设思路，最后对基于区块链的6G卫星通信网络韧性鲁棒机制进行了技术探讨。

专题导读

陈芳炯

2021, 37(7): 15-15. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021147-1

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海洋数据传输网络体系结构及挑战

姜胜明, 葛丽阁, 徐艳丽

2021, 37(7): 16-24. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021142

摘要 ( 258 )

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海洋数据传输网络与陆地网络相比具有以下明显特征：网络边界和路径以及通信资源的高度动态性和不确定性、通信介质的异构性和节点性能的非对称性、海洋通信网络资源构成的复杂性和能力局限性以及海洋空间网络用户构成的复杂性和大流动性及低密度分布等。针对上述特点，从业务特征、网络构成、网络特点、体系架构方面探讨海洋数据传输网络体系，重点指出体系架构面临的 5 个方面挑战，包括自适应性、智能组网、透明传输、漫游支持、安全传输。

海洋物联网关键技术研究与应用

瞿逢重, 来杭亮, 刘建章, 涂星滨, 姜园

2021, 37(7): 25-33. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021149

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传统的海洋观测网孤立、碎片化的传感数据已经难以满足我国海洋观测领域的需求，低成本投入、低功耗运作、互联互通的海洋物联网是海洋信息领域的主流研究方向。介绍了海洋观测网的发展历程及研究现状，并在浙江大学摘箬山岛海底观测网络的研究基础上，提出一种新型的海洋物联系统架构以及一系列海洋物联网关键设备与平台，包括小型化海洋中控机、水声通信机、窄带物联网浮球、坐底式试验平台、便携式声学释放平台。未来，海洋物联网将向着轻量级、通信方式多样化与智能化的方向发展，并接入陆地互联网，实现“空天地海”万物互联。

面向海工装备智能化的海洋异构物联网架构

付振华, 李杰, 季飞, 余华

2021, 37(7): 34-39. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021150

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海洋工程装备正向智能化、信息化方向发展，对海洋工程装备、海上作业平台的状态安全监控及环境监测技术提出了更高的要求。提出了一种面向海工装备智能化的海洋异构物联网架构，基于水声通信、海上无线通信及智能网关和云平台实现海上作业装备及平台的远程监控与在线监测。介绍了网络架构的主要模块、关键技术及主要挑战。该网络架构可为基于物联网实现海工设备的远程诊断，最终实现全方位智能化提供借鉴与参考。

海洋探测无人艇：平台设计及应用

王伟平, 何西, 董超, 郑兵, 李雪

2021, 37(7): 40-47. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021146

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海洋探测无人艇应用范围广泛，但无人艇姿态易受风、浪、流、漂浮垃圾等环境因素影响，导致结构损坏、观测数据精度下降等问题。设计了无人艇双体宽甲板平台，多波束测深系统安装在升降机构上，保障最佳航行姿态和换能器安全，提高了采集数据的精度。2020年，该无人艇参与江西应急抗洪救灾堤坝勘察任务，在水流湍急、水质浑浊、漂浮垃圾多等不利环境下，圆满完成14 km堤坝底质勘察任务，共发现4处堤坝风险位置点，为抗洪抢险提供了重要的数据支撑。

水面无人艇远距离通信系统设计与实现

李雪, 胡海驹, 王伟平, 陈焱琨, 郑兵, 董超

2021, 37(7): 48-56. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021141

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无人艇远距离通信在开展海洋调查作业中具备重要用途，从岸端通信设备和艇载通信设备两方面开展无人艇远距离通信系统设计与设备研制，并在万山和黄海周边海域开展该通信系统的宽带和窄带测试，辅助采用系留无人机对整套系统进行通信增程试验。测试结果表明，岸端通信设备升高129 m时，宽带通信可达45 km；岸端通信设备升高180 m时，窄带通信可达50 km，通信质量稳定可靠，满足无人艇远距离通信需求。

基于KVM的虚拟机Post-Copy动态迁移算法稳定性优化

陈双喜, 赵若琰, 刘会, 吴春明, 阮伟

2021, 37(7): 57-66. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021145

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虚拟机动态迁移技术为虚拟化系统的资源调度提供了强有力的支撑，Post-Copy算法作为虚拟机动态迁移的两个核心算法之一，凭借其总体迁移时间稳定与迁移停机时间短的优点，一直是国内外学者研究的热点问题。对虚拟机的故障容错机制、迁移过程中的内存页面传输方式与缺页错误的关联性，以及QEMU-KVM平台源码进行了深入的研究，提出了基于事务同步的故障容错方法以提升Post-Copy迁移算法的稳定性。试验结果表明，提出的虚拟机Post-Copy迁移优化算法，能保证迁移过程中源端虚拟机故障、目标端虚拟机故障以及网络故障的迅速修复，能通过较小的代价解决稳定性问题，所提出的方法有效地提升了Post-Copy迁移算法的稳定性，也为以后的优化研究方向提供了参考。

一种新型低复杂度双层分组天线选择算法

张沛昌, 安万年, 钟世达, 黄磊, 庄春生, 张伟

2021, 37(7): 67-76. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021111

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针对平坦相关瑞利衰落信道环境下的端到端大规模MIMO系统复杂度过高的问题，提出一种基于离散布谷鸟搜索的低复杂度双层分组天线选择算法。该算法首先基于天线信道相关性对大规模天线阵列进行分组处理，进而利用新型双层算法对分组的天线集合进行优化天线选择。其中，新型双层算法的第一层是每小组天线基于离散布谷鸟搜索的内部选择，第二层是对第一层选择的所有天线利用离散布谷鸟搜索进行最终的选择。提出的新型天线选择算法可有效降低大规模MIMO系统复杂度。仿真结果验证了在平坦相关瑞利衰落信道环境下，提出的天线选择算法能够以较低选择复杂度获得接近最优选择方法的容量性能和较优的BER性能。

基于持续同调性的人脑认知过程格式塔模式识别拓扑分析

刘再生, 倪霏, 李荣鹏, 张宏纲, 刘畅, 张解放, 谢松云

2021, 37(7): 77-85. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021124

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信息通信技术和神经科学的融合发展预示了脑对脑无线通信的可能性与巨大潜力。将持续同调分析方法与脑电图（EEG）结合，提取了在格式塔完形（Gestalt）认知测试中大脑对不同轮廓和形状的神经反应的生理学特征。实验结果表明，当被试者观察随机序列图像（random sequence diagram，RSD）时，其大脑额叶涉及的活动区域多于其观察有序格式塔图像（Gestalt image，GST）。同时，RSD诱发的EEG信号在几个频带上与GST的持续同调熵（persistent entropy，PE）有着显著不同，这表明人类对形状和轮廓的认知过程，可以通过拓扑分析在一定程度上实现分类区分。该方法可以在保留原生信号的整体和局部特征的前提下实现神经信号的数字化。总的来说，通过对EEG信号的持续同源性特征评估量化了认知过程神经信号的相关性，提供了实现B2BC中神经信号数字化的可行方法。

5G在铁路智能车站中的应用

陈瑞凤, 李君, 徐春婕, 程清波, 吕晓军

2021, 37(7): 86-95. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021117

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加速推进5G“新基建”战略方针已成为铁路智能车站建设的必然发展趋势。首先分析了我国铁路智能车站相关业务的发展现状，然后梳理了5G通信在智能车站中的应用需求，并构建了基于云边协同的智能车站 5G 通信网络架构，最后分别针对旅客出行服务、车站生产组织、安全保障和绿色节能业务，提出了基于5G通信和云边协同的智能车站业务应用模式。基于5G通信的智能车站应用可推动车站转型升级，优化旅客服务品质，提升旅客出行体验，提高车站客运生产组织效率。

基于吸引模式的局部二阶梯度轮廓人脸识别算法

叶学义, 钱丁炜, 应娜, 王涛

2021, 37(7): 96-106. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021140

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针对现有LDP类算法在特征提取有效性和特征编码稳定性之间难以平衡的问题，提出一种吸引局部二阶梯度轮廓（ALSGC）模式，以提升人脸识别性能。首先，利用Kirsch算子计算人脸的邻域边缘响应图；其次，引入吸引描述子，参考边缘响应图的局部、全局平均灰度值和邻域中心灰度值完成局部吸引模式编码；再次，遍历整幅图像，得到人脸ALSGC特征图并对ALSGC特征图分块分别计算，得到各个分块中不同模式的统计直方图；最后，级联所有分块的统计直方图后生成对应的特征向量，以支持向量机完成分类识别。所提算法克服了LBP、LDP、LDN等算法提取一阶特征有效性的不足，以及DLDP、CSLDP、GCSLDP等算法提取的二阶特征对表情、姿态、饰物遮挡、光照、随机噪声等变化敏感的缺点，较好地实现了特征提取有效性与特征编码稳定性的平衡，兼顾了识别率和稳健性。

频谱资源经济价值评估和定价机制研究及展望

董洁, 李恒志, 陈岩, 王文娟

2021, 37(7): 107-114. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021138

摘要 ( 138 )

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首先从自然资源价值的角度，对频谱资源的价值构成、时间性、整体性、结构性、社会性等价值特征以及价值存在形式进行阐述，并尝试给出频谱资源经济价值评估和频谱资源定价的定义和内涵，最后对基于频谱费的定价方法、基于行政管理费的定价方法、基于用户总收入的定价方法和机会成本法 4 种频谱资源定价方法，以及调研了解的部分国家采用的频谱资源定价方法进行梳理分析，并就我国进一步完善频谱资源经济价值评估和定价机制提出了建议。

基于电力大数据的中国工业增加值现时预测

彭放, 彭高群, 祁亚茹, 刘甜甜, 周晓磊

2021, 37(7): 115-125. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021143

摘要 ( 173 )

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工业增加值是衡量实体经济运行状况的重要指标，为充分挖掘电力数据在宏观经济现时预测中的价值，服务于政府政策制定和经济社会发展，以电力数据和传统统计数据为基础，采用Bagging和Boosting等算法对工业增加值进行了现时预测。结果表明：第一，传统统计数据可以显著提升ARIMA模型的预测效果；第二，电力数据的预测效果取决于电力指标的选择，选择恰当的电力指标有助于更及时、准确地预测工业增加值；第三，电力数据信息对当期工业增加值的预测能力可能会低于对未来期工业增加值的预测能力，这意味着电力数据更适用于超前的预测。

面向5G STN承载网络FlexE切片技术

尹远阳, 林贵东, 杨广铭, 卢泉, 蓝双凤

2021, 37(7): 126-133. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021068

摘要 ( 573 )

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网络新技术的发展为5G注入了新的活力，针对5G新定制化网络应用领域及需求，如何构建一张具备灵活切片能力的移动承载网，成为5G承载网建设重中之重。从FlexE技术架构及应用场景等方面进行了深入研究与探索，详细介绍了FlexE接口技术原理与应用，并与FlexE电路交叉技术进行了对比分析，创新性地提出了基于IP/MPLS机制结合FlexE接口技术的STN承载网切片架构，并给出了5G STN承载网采用FlexE接口部署网络切片发展方向与建议，满足推进5G STN承载网切片大规模商用部署。

5G网络上行覆盖增强研究

胡煜华, 王鑫炎, 李贝

2021, 37(7): 134-141. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021148

摘要 ( 393 )

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当前5G网络频段多为高频段，带宽资源丰富，但路径损耗、穿透损耗较高，上行覆盖相对较弱，如果引入低频段资源进行上行传输，高、低频载波协同有助于提升上行覆盖。结合频谱特性及行业现状，分析2.1 GHz和3.5 GHz等频段的链路预算和覆盖性能，比较上行覆盖增强的3种方案，并对载波聚合方案的优势和限制进行了具体分析，结果表明载波聚合方案是5G网络上行覆盖增强的优化解决方案。

基于5G的水泥行业数字矿山应用场景及网络建设难点

赵慧杰, 张学智, 谢东

2021, 37(7): 142-147. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021098

摘要 ( 219 )

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5G在水泥矿山领域的应用发展受到关注。水泥工厂通常依石灰石矿山而建，通过5G网络可满足无人机安全巡检、矿山3D建模、矿车无人驾驶/远程控制等移动业务需求。首先，分析了5G在水泥行业矿山的主要业务场景及网络需求。其次，通过对5G水泥矿山网络部署的实际案例及测试数据分析，矿山5G网络覆盖的难点在于山坡状梯田式开采的石灰石矿山由于山体屏蔽及遮挡作用，5G网络覆盖率和信号强度欠佳。最后，从网络配套、规划仿真以及环境动态变化几个方面总结了5G矿山网络覆盖的难点并给出了初步建议。

5G赋能海上无人值守平台

夏如君

2021, 37(7): 148-154. doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2021144

摘要 ( 247 )

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海洋石油的勘探、开发和生产具有“高风险、高投入、高科技”的特点。海上自然环境的恶劣性、油气生产的高风险性等诸多制约因素以及对通信信号稳定性、设备运行可靠性、应急保障及时性的需求，加大了海上井口平台无人值守的实现难度。通过对海上无人平台的现状、发展趋势和实现要求进行分析，提出了海上井口平台无人值守5G通信方案。在中心平台与井口平台间搭建5G网络，并进行传输速率、距离、时延等现场测试，测试结果显示5G通信满足井口平台安防监控、远程操控、紧急停车等高可靠低时延稳定性传输。该方案为海上无人值守井口平台的建设积累了经验，奠定了坚实的基础。

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