电讯技术杂志

电讯技术杂志2020年第12期

• 面向安全通信的智能反射面网络能效优化算法

  刘期烈,杨建红,徐勇军,卢光跃

  为了提高智能反射面网络传输安全性和能效，提出了一种面向安全通信的智能反射面网络能效最大资源分配算法。针对多输入单输出的智能反射面辅助蜂窝通信系统，考虑用户的安全速率约束、基站的最大发射功率约束以及连续相移约束，建立了非线性、多变量耦合的能效最大化资源分配模型。利用Dinkelbach方法将目标函数转化为辅助变量相减的形式，采用交替迭代算法求解原变量耦合的非凸优化问题。仿真结果表明，所提算法与传统算法对比，能效提升了8.3%，中断概率下降了77%。

• 一种深度残差网络构建的5G无线智能传播模型

  武敏,毛宇星,李长青

  为建立更为准确的全覆盖、全应用、全频谱的5G无线信道模型，提出通过认知无线电与深度神经网络相结合的方法研究无线电波传播特性。根据传统无线传播模型并考虑到不同传播环境，根据信道大尺度衰落特性（包括路径损耗、阴影衰落和小尺度衰落特性）的统计结果，通过BP算法提取特征，并应用FeatureTools进行深度特征综合建立特征方程，计算特征变量与传播损耗的相关系数，进行相关系数的置信区间及变量独立性检验，最终筛选出22个特征并排序。基于深度残差网络建立传播路径损耗的回归模型，结合批正则化过拟合测算平均接收功率，为建立更精确的无线信道模型提供了量化依据，并最终在测试数据集上取得均方根误差8.36（本地）和10.03（云端）的成绩，对工程实践具有较强的参考价值。

• 敏捷成像卫星快速需求筹划算法

  宋竹

  敏捷成像卫星需求筹划主要解决如何判断敏捷卫星对地观测需求是否可执行以及何时执行的问题。首先，根据敏捷卫星对地观测的约束和特点，将敏捷卫星对地观测场景抽象成基于力学的理想弹簧系统，提出了常量机动时间和劲度系数的计算方法，实现模型关键参数的映射；然后，提出了一种启发式算法，利用理想弹簧系统的平衡状态时对应观测综合角度和最小的特点，通过计算系统的力平衡状态求解多个观测需求的整体最佳观测时间；最后，利用实际的观测需求，通过仿真对比验证了算法的有效性。仿真结果显示，所提算法提高了观测需求满足率和需求的优先级权重和，并且整体成像质量最优。

• 一种针对用户GNSS时钟的转发式欺骗方法

  赵香香,陈潇,郭旭强

  全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)转发式欺骗干扰具有系统搭建容易、干扰实施方便、成本低等优点，目前已成为一种重要的GNSS欺骗方式。针对多峰值抗转发欺骗干扰检测算法，提出一种针对目标接收机GNSS时钟的转发式欺骗干扰方法。相比于传统转发式欺骗的各通道卫星信号时延一致的特点，该方法根据待欺骗接收机和转发式欺骗源的位置计算各卫星通道转发时延，使待欺骗目标接收到的GNSS欺骗信号的时延为伪码周期整数倍，并随时间自适应动态调整转发时延，使得欺骗检测失效，进一步欺骗静态目标接收机的GNSS时钟。模拟实验和仿真实验验证了该转发式欺骗方法的有效性。

• 卫星地面站高速数据传输终端平台设计

  马力科

  提出了一种具有开放式架构的新型高速数据传输终端平台，它以RapidIO作为各处理板卡的监控指令接口，以两个8×PCIe作为各处理板卡的数据接口。设计了有源交换网络背板实现系统互联；设计了通用处理板卡通过软件重构以实现数据上行调制或数据下行接收功能；下行接收的数据通过块数据传输，传输速率最高达40 Gb/s；通过独立磁盘冗余阵列扩展固态盘阵列实现数据高速记录，数据记录速率不低于500 MB/s；通过万兆以太网接口实现数据高速实时转发，数据转发速率不低于4 Gb/s；上行调制数据实时注入实时调制，数据速率不低于2 Gb/s。该平台硬件可扩展，软件可升级，控制和数据总线解耦合，可通过软件重构实现功能配置和在线更新，具有良好的扩展性和通用性，已在地面终端站高速数据传输系统中得到工程应用。

• 基于深度强化学习的协作通信中继选择

  胡文杰,钟良骥

  协作通信是无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)实现数据可靠传输的关键技术，而协作通信技术的关键在于中继方案的选择。为此，提出了一种基于深度强化学习的协作通信中继选择算法(Deep Q-Learning Based Relay Selection Scheme,DQ-RSS)。首先，将WSN中具有中继选择的协作通信过程建模为马尔科夫决策过程，并采用Q学习在未知网络模型的情况下获取最佳中继选择策略；其次，针对高维状态空间下Q学习收敛时间长的问题，采用DQN(Deep-Q-Net)算法来加速Q学习的收敛。对比仿真实验结果表明，DQ-RSS在中断概率、系统容量和能耗方面均优于现有的中继选择方案，且能够有效节省收敛时间。

• 采用功率倒置准则的分布式天线阵列信号合成方法

  李晓青,李鹏杰,刘鑫,贺占权,李创

  对于分布式天线系统，虽然传统迫零接收算法能够通过信道估计获得无线信道状态信息，从而取得分集增益，但对于相干信道，迫零方法因为无法准确估计信道而不再适用。为此，提出一种新方法，针对相干信道，利用功率倒置准则，并使用最小均方自适应滤波算法校正各个接收通道信号的相位差完成信号合成，最终获得阵列增益。该方法无需信道状态信息或者信号波达方向等先验信息，实现简单。计算机仿真证明了算法的有效性。

• 一种新的基于压缩感知的毫米波信道估计算法

  申敏,余开文

  针对传统稀疏重构算法需要信道稀疏度先验信息、复杂度高、不利于实际应用的问题，提出了一种新的基于波束空间分解的稀疏度自适应毫米波信道估计算法。该算法利用毫米波信道稀疏性的特点对信道进行波束空间分解，构造基于码本的感知矩阵，获得?l?1?范数约束问题模型；其次结合分段弱匹配追踪算法，采用弱阈值从感知矩阵筛选原子，再通过分组选择机制对选择的原子进行二次优化；最后根据最小二乘法估计出毫米波信道。仿真结果表明，所提算法的估计精度和复杂度在低信噪比和低训练长度情况下明显优于传统匹配追踪算法。

• 一种采用可变同步帧的OFDM符号定时同步算法

  张羽丰,陈青岳,李炯卉,王竹刚,熊蔚明

  符号定时同步是正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）系统中最为关键的同步之一。针对现有的基于数据辅助类的同步算法中帧头存在持续时间长、抗噪声性能差和对载波频偏敏感等问题，提出了一种可变长度的同步帧结构，采用滑动差分相关算法完成符号定时同步。仿真结果表明，提出的同步帧结构持续时间短于一个OFDM符号周期，并且训练序列长度可以通过估算信噪比大小而灵活控制。同时，所提算法在归一化载波频偏为12（远远超过晶振的误差范围 ±10??-5?）的情况下正常工作；在高斯白噪声和多径衰落信道中都有较好的性能，且其流水线结构易于硬件实现。

• 基于连续相位稠密匹配的结构光三维重建优化方法

  熊召龙

  提出了一种基于连续相位稠密匹配的结构光三维（3D）重建优化方法。利用标定的相机阵列获取投影的结构光变形条纹，利用格雷码划分相位级次，提出等相位约束条件，实现不同相机图像之间的稠密匹配；然后利用空间3D点与相机阵列之间的投影关系，建立各相机位姿与重建点云全局优化模型；利用观测值反向投影的欧式距离建立非线性优化的目标函数，并将此优化问题转为李代数上的图优化模型进行迭代求解。利用公开数据集和实测数据进行实验，结果表明，所提方法可以实现360°无遮挡的3D重建，且重建精度相对传统无优化结构光方式提高了6.94%，相机位姿精度提高了9.77%。所提方法相比参考方法对相机畸变标定精度要求低，并可用于模型点云的非刚体融合。同时由于相机阵列的使用，重建过程中目标物体无需多次旋转，使得物体的3D重建更加方便。

• 一种基于码本轮转的有限反馈量化方法

  卞宝银,刘叶,李文猛,郑王里,黄鑫,韩东升

  大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）系统中随着天线数目的增加，其反馈比特数将随之大幅度增加。为此，提出了一种基于码本轮转的有限反馈量化方法。该方法中，用户在前一时刻得到最佳码字之后，在码本中选取轮转区域构成虚拟码本，判断当前时刻的信道向量，满足轮转条件的用户将虚拟码本轮转到码本起始位置，在虚拟码本中进行量化；不满足轮转条件的用户在原始码本中进行量化，选出当前时刻的最优码字。反馈比特数分析与仿真结果表明，所提方法可轮转的虚拟码本减少了量化码字的数量，从而减少了反馈比特数，是系统性能与反馈比特数的一种折中。

• 基于列生成的毫米波多连接链路配置调度算法

  王潇潇,孙长印,江帆

  多连接技术允许用户同时建立和保持与多个小区/接入点的连接，通过网络元素之间的协调在吞吐量和可靠性方面大幅提高网络性能。针对毫米波通信中超高频段的链路中断问题，研究了多连接基于链路配置的调度算法，以提高链路调度效率，降低复杂度。首先，在系统模型中采用链路配置作为优化变量；其次，设计了多连接比例公平的调度准则；最后，提出一种基于列生成算法的链路配置调度优化算法，利用Dantzig-Wolfe分解将原问题分解为限制主问题和定价问题，并结合分支定界方法获得最优解。仿真结果表明，所提算法能够在数值上逼近全局最优，并且比现有的毫米波蜂窝网络链路调度方案增益平均提高40%以上。

• 基于累积和的改进超宽带循环平稳检测算法

  王晓蓉,宋晓鸥

  针对超宽带循环平稳检测存在的门限难以设定、低信噪比下检测延迟较大的问题，提出了基于累积和的改进超宽带循环平稳检测算法。首先将信号整个三维循环谱归一化为二维灰度图，与噪声对应的灰度图比较差异，再将两类图像放入卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）自行训练提取特征，解决门限难以确定的问题。若分析三维循环谱的时间块长过短，将导致信号灰度图特征在有无噪声情况下区别不大；若块长过长会导致检测延迟较大。为此，采用累积和算法提取网络全连接层输出的信号概率作为累积和的观测统计量，自适应检测所需采样时间长度。将所提算法与传统循环平稳检测以及结合了CNN的循环平稳检测进行对比，仿真表明所提算法在低信噪比下性能最优。

• 一种改进的GMSK相干解调方法

  滕飞,李云涛,廖育荣

  利用Laurent分解方法可以将GMSK（Gaussian Filtered Minimum Shift Keying）信号表示成一系列脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation,PAM）信号之和的特性，对基于Laurent分解的GMSK信号次优化相干检测技术进行改进，多加入了一个PAM波形，调整了维特比检测分支度量的计算方法，并在不同相位关联长度下仿真分析了GMSK信号最优化、次优化和改进相干检测算法的误码率性能及实现复杂度。结果表明，与次优化检测算法相比，所提算法在不明显增加解调模块复杂度的情况下提高了解调误码性能。

• 极化码特定码型的快速译码

  钟储苓,程方

  在5G通信网络中，极化码作为一种高性能纠错码技术，应用于广播信道以及控制信道。针对极化码串行抵消(Successive Cancellation,SC)译码算法存在冗余运算、译码时延过高的问题，在传统的串行抵消译码算法基础上，提出了对三种不同码型的快速译码方法，避免了对子节点的遍历，消除了冗余。通过理论分析该特定码型的快速译码方法，在不改变译码的误码率的条件下，这三种特定码型的时钟消耗从?t－3、t－3、2t－5?减小为?1、1、2?，大大降低了译码时延。

• 一种基于Zynq-7000+AD9361的通用调制平台设计

  胡婉如,王竹刚,胡俊杰,陈青岳,陈轩

  针对一般调制平台互联性差、灵活性差、复用性差等问题，采用软硬件协同设计和部分动态可重配置等技术，设计了一种基于Zynq-7000和AD9361的通用调制平台。采用16APSK和QPSK的调制方式对通用调制平台的设计进行验证，其中平方根升余弦成形滤波器采用查找表形式的多相滤波器结构实现，该实现方法只用到加法运算。测试结果表明，在不同Zynq-7000开发板和不同调制方式下，替换部分硬件功能模块和修改软件配置，平台均能正常工作。与传统调制平台相比，本平台的设计以及功能实现具有灵活性强、复用性高等特点，具有广阔应用前景。

• 一种新型SoC启动方案的设计与实现

  黎霖,宋树祥

  传统片上系统（System on Chip，SoC）启动方案中通常采用ROM（Read-Only Memory）或Flash等非易失性存储器来存储程序并引导内核启动，但是ROM在制造之后不能更改数据内容；Flash等可擦写存储器则需要专用的擦写接口，且制造费用高昂。针对以上问题，设计了SoC启动控制器和引导加载程序，通过读取片外Micro SD（Secure Digital）卡中存储的程序，提出了一种直接从片内SRAM（Static Random Access Memory）中启动SoC的新型方案，从速度、面积和成本等方面折中考虑，给出了设计过程并进行验证分析。结果表明，所设计的SoC启动控制器完成数据加载并直接从SRAM引导SoC启动。该方案采用SMIC 0.13 μm CMOS 1P6M工艺流片验证测试，在?800 ms?内将?64 kB?数据加载到片上SRAM并成功引导SoC启动，系统工作频率?32 MHz?，SoC面积为?2 mm?2?，其中启动控制器面积仅为?0.3 mm?2?。相比于传统片内ROM/Flash启动方式和片外Flash加载方式，所提方案无需使用片内ROM或Flash IP核，面积减少了20%，IO管脚减少了6个，为SoC提供了一种新型的低成本启动方案。

• 一款车载型天通卫星通信天线

  王冠君,李德强,谢亚运

  对叠层结构的微带天线采用四端口直接馈电和空间耦合馈电的方式，设计了一种车载型天通卫星通信天线。通过引入寄生单元，大幅度提高了天线的低仰角增益和轴比特性，使其远场方向图呈现宽波束圆极化辐射特性和优异的前后比。天线还集成了天通卫星上下行频段射频收发通道，射频电路的上下行频段间隔离度高，带外抑制和噪声系数性能优异，附加效率和输出功率高。天线可在复杂电磁环境和恶劣的野外环境下保证强劲的移动通信和数据传输能力。

• 用于数字D类音频功放的伪自然采样算法综述

  于泽琦,张珂,白鸽,王凤琴

  伪自然采样方法是对数字D类音频功放中均匀采样脉冲宽度调制（Uniform-sampling Pulse Width Modulation,UPWM）失真校正的主流方法。近年来，如何使伪自然采样算法在校正谐波失真的同时降低算法的计算复杂度成为研究重点。首先介绍了伪自然采样方法的谐波失真校正原理，然后从UPWM面临的问题出发分别描述和分析了近年来涌现的各种伪自然采样算法的原理及其存在的问题，最后从谐波失真校正效果和计算复杂度方面比较和综合评价了不同伪自然采样算法，并展望了伪自然采样算法未来需要进一步研究的方向。

• 涡旋电磁波无线通信技术发展综述

  周余昂,谢文宣,朱永忠,李乐

  由于携带轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)，涡旋电磁波具有螺旋相位结构以及不同模态相互正交的空间性质，因此将其应用于无线通信技术领域以提升频谱利用率以及通信容量受到学界关注。介绍了涡旋电磁波的结构以及特殊性质，总结了近几年国内外涡旋电磁波在天线技术的进展并对比了各类天线性能，分析了涡旋电磁波在多输入多输出、复杂环境传输以及模态混叠检测领域的不足与发展态势，指出了未来基于涡旋电磁波无线通信发展的方向以及挑战。