电讯技术杂志

电讯技术杂志2024年第2期

• 基于任务生灭过程模型的边缘计算批处理调度算法分析与设计

  罗雨,顾忆宵,夏斌

  移动边缘计算技术为低时延要求、资源敏感的计算任务需求提供解决方案，通过研究任务请求特征以提高调度算法效率是边缘计算的重要研究方向。不同于现有研究将任务请求特征建模为单一随机变量的做法，提出基于任务请求生灭过程模型的边缘计算架构，将求解最优调度决策的过程建模为无限期平均成本马尔可夫决策过程。在使用贝尔曼方程分析问题的过程中，利用任务的生灭特性对未来的请求到达做出估计以判断当前决策对未来系统时延能耗成本的影响，进而辅助确定当前状态的最优决策，并结合任务相关性感知提出批处理任务调度控制算法。所提算法根据生灭状态信息对策略迭代的状态空间和决策空间进行剪枝以降低策略改进的复杂度，突破了策略迭代算法的复杂度瓶颈。仿真结果表明，所提算法相较于传统的策略迭代算法具有明显的低复杂度优势，且能在不同系统条件下保持低时延、能耗成本。

• 基于元强化学习的自适应卸载方法

  郑会吉,余思聪,邱鑫源,崔翛龙

  计算卸载是移动边缘网络中的一个关键问题，基于深度学习的算法为高效生成卸载策略提供了一种解决方法。但考虑到移动终端设备的动态性以及不同任务场景之间的转换，需要大量的训练数据和较长的训练时间重新训练神经网络模型，即这些方法对新环境的适应能力较弱。针对这些不足，提出了一种基于元强化学习（Meta Reinforcement Learning,MRL）的自适应卸载方法，先对外部模型进行预训练，处理具体任务时再基于外部模型训练内部模型。该方法能快速适应具有少量梯度更新的样本的新环境。仿真实验表明，该算法能够适应新的任务场景，效果良好。

• RIS辅助共生无线电通信的速率分拆多址资源分配方案

  陈静,邓炳光,伍志攀,冯彦博

  随着通信场景和网络架构的日益复杂，无线电网络频谱资源稀缺与能耗问题是无线通信的关键挑战，为此，提出了一种新的基于速率分拆多址接入技术（Rate Splitting Multiple Access，RSMA）广播信号的可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface,RIS）辅助共生无线电（Symbiotic Radio，SR）系统方案。在该方案中主发射机采用RSMA的方式广播信号，并将传统高功耗次发射机用低功耗RIS替代协作信号的后向散射传输。在主发射机发射波束形成，RIS相移系数和公有信息速率分配约束下，构建了最大化主接收最小速率的问题。由于问题的非凸性和变量的耦合性，提出了一种基于逐次凸逼近，凸差函数，罚函数的交替优化方法以求得次优解。仿真结果表明，与空分多址接入和非正交多址接入方案相比，所提RSMA方案能显著提升用户速率。

• 一种模型驱动的深度学习OFDM接收机

  刘檬,卢敏,胡娟,李卓敏

  针对正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）接收机解调精度低和计算复杂度高的问题，采用深度学习方法构建了一种新的模型驱动的接收机模型，称为FBLTNet（Fully Connected，Bi-LSTM and Transformer-encoder Neural Network）。该模型分为信道估计和信号检测两个部分，其中信道估计以全连接神经网络（Fully Connected Deep Neural Network，FCDNN)替代线性插值，信号检测则使用深度自注意力网络编码器Transformer-encoder和双向长短期记忆网络（Bidirectional Long-Short Term Memory，Bi-LSTM）的组合网络，实现信号的解调和比特流的恢复。在瑞利衰落信道下测试了不同调制方式的接收机性能，结果表明FBLTNet与基于深度学习的接收机以及传统接收机相比，误比特率性能得到了显著的改善；与数据驱动的无线接收机算法相比，线下训练模型收敛时间和测试时间分别减少了33.0%和25%，网络结构参数减少了29.5%。

• 融合视觉机制和多尺度特征的小目标检测算法

  武德彬,刘笑楠,刘振宇,杨娜

  针对SSD(Single Shot MultiBox Detector)目标检测算法对小目标检测能力不足的问题，提出一种引入视觉机制和多尺度语义信息融合的VFF-SSD(Vision Feature Fusion SSD)改进算法。为了增大浅层网络的感受野提高特征提取能力，首先在SSD浅层特征层中加入视觉机制，然后利用改进PANet(Path Aggregation Network)多尺度特征融合网络与深层特征增强网络得到新的特征层，旨在增强浅层网络的语义信息并加强深层特征的特征表达能力，最后应用注意力机制模块提高对重要信息的学习能力。实验结果表明，在PASCAL VOC2007测试集检测的mAP(Mean Average Precision)值达到81.1%，对数据集中小目标的mAP值较原SSD提高了6.6%。

• 基于压缩感知追踪算法的低计算量分组稀疏均衡方案

  刘佳宁,牛安东,苗硕,李英善

  在广义频分复用（Generalized Frequency Division Multiplexing,GFDM）系统中，为了应对复杂的信道带来的符号间干扰，基于信道的稀疏特性，使用广义记忆多项式(Generalized Memory Polynomial,GMP)模型对均衡器输入信号进行非线性建模，进而提出了一种基于压缩感知追踪算法和分组数据模式的低计算量分组稀疏均衡方案。该方案中，为了适应复杂变化的信道，均衡过程中采用了分组数据模式，此外，利用分块矩阵求逆的原理，摒弃了复杂的矩阵求逆运算，在每步的循环中使用矩阵乘法进行迭代计算的方式对正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法及双正交匹配追踪(Double OMP,DOMP)算法进行了改进。仿真结果表明，此分组数据模式有效地改善了均衡效果，同时提出的改进算法在保证误符号率性能的前提下明显地降低了计算量，提升了运算速度。

• 卫星图像数据高速传输与处理系统的设计与验证

  白玉,胡旋,耿世松

  传统星上系统开发与研制通常是基于特定的专用宇航器件，这使得其开发周期长且可移植性较差。针对该问题，提出了一种基于Xilinx ZYNQ UltraScale+平台的ARM+可编程逻辑的解决方案。该方案用Vivado配置FPGA硬件架构，采用SDK(Software Development Kit)配置ARM实现两者数据交互。在整个系统设计中，通过集成在芯片内部的高速串行收发器和Aurora协议作为载体进行高速片间传输；采用自定义帧协议保证传输可靠性及安全性；采用AXI-Stream接口使其具有各类算法即插即用的灵活性；最后为验证本系统可以支持各类算法进行星上实时图像处理，通过在逻辑侧添加 Sobel 边缘检测算法进行验证。测试结果表明该系统图像数据传输无误码，星上串行高速传输速率较高，系统总体传输延时较低，且系统具有较强的算法通用性。

• 面向数据传输稳定性的无人机群频谱接入方法

  吴义政,杜奕航,张余,钱鹏智

  针对频繁变化的无线通信环境中无人机群频谱资源使用问题，在保障无人机数据传输稳定的前提下，以降低无人机间用频冲突率、提升信道利用率和系统吞吐量为目标，设计了基于多用户非耦合排队频谱接入方法。该方法中无人机之间不需要信息交互和中心控制节点，仅需根据自身数据传输需求、互扰功率和历史信道使用状态信息来构建学习效益函数，生成频谱使用策略。仿真结果表明，所提方法在确保无人机数据传输稳定和兼顾无人机用频公平性的前提下，能有效降低无人机间用频冲突，提升无人机群吞吐量。

• 泊松点距离约束下无人机辅助地面应急网络覆盖性能研究

  乌云嘎,姚媛媛,潘春雨,岳新伟,李学华

  在用户数量激增的应急通信场景下，为保证地面用户的通信质量，提出了基于距离约束的用户自适应接入方案。首先采用泊松点距离约束策略(Poisson Point under Distance Constraint,PPDC)对无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的位置进行建模，避免无人机区域重叠带来的干扰问题。其次，引入基站负载传输协议(Base Station Load Transfer Protocol,BSLTP)，当接入基站的用户数量超过给定阈值时，超载用户由无人机提供服务。此外，分别分析了地面基站和无人机的覆盖性能，得到了系统整体覆盖概率，并研究了无人机高度、覆盖半径、激增用户密度对网络覆盖性能的影响。最后，通过仿真验证了理论结果的正确性，且所提部署方案能够有效提升网络覆盖性能。

• 双层三阶多项式拟合的弹道导弹发射点估计方法

  邱明劼,周垂红,汪圣利

  发射点估计是炮位侦察校射雷达的重要任务之一。在仅利用雷达测量数据的情况下，先通过三阶函数拟合弹道导弹主动段时间-高度曲线估计导弹的绝对发射时刻，从而求得各个弹道轨迹点相对于绝对发射时刻的相对发射时间，然后再次利用三阶函数拟合主动段相对时间-水平位移，进而得到弹道导弹发射点估计结果。通过弹道导弹运动模型仿真具有一二级助推的弹道数据，并增加雷达观测误差，分析验证了所提方法的有效性和精确性。经测试，所提方法求解过程简单，对主动段弹道拟合准确，发射点估计精度达到0.6%以内，定位误差较传统方法降低了50%以上。

• 分集接收技术在海上升空通信中继系统中的应用

  陈书恒,张鑫,朱倪瑶,赵勇

  海上升空通信中继系统是解决海上广域无线宽带通信的重要手段，但其性能易受海面波动带来的多径衰落影响。为了有效提升中继系统接收信号质量，提出了一种多天线分集接收方法，通过现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）实现相应的接收处理。仿真分析及实验室测试表明，所提出的四天线分集接收技术能够带来近6 dB的合成增益。经海上对比试验验证，采用所提出的多天线分集接收技术的升空通信中继系统，其数据接收完整性提升了10%~20%，系统性能显著改善。

• 基于解调重构的跳频信号辐射源个体识别方法

  刘人玮,查雄,李天昀,章昕亮,龚佩

  现有跳频信号辐射源个体识别方法大多围绕跳变瞬态的特征进行讨论，其捕获和精准定位的难度较大。因此，提出了一种基于解调重构的跳频信号辐射源个体识别方法，能够有效利用跳频信号的稳态信息进行辐射源个体识别。首先对跳频信号进行跳变定时，提取出各跳的基带波形；然后解调出各跳的符号，并将其经过理想成型滤波器，得到理想的重构基带波形；最后将原始波形和重构波形一起送入神经网络，得到分类结果。给出发射机畸变模型和畸变参数范围，经过多次测试给出网络参数的建议取值范围，并进行验证实验。实验结果表明，该方法能够有效地完成跳频信号辐射源个体识别任务。

• 一种融合时差频差和测向的运动目标跟踪方法

  徐海源,苏成晓,汪华兴

  传统的星载无源定位系统对空中辐射源定位求解通常采用假设高程的方法，高程假设误差将对定位跟踪精度造成较大影响。为实现未知高程运动辐射源的高精度定位跟踪，针对异轨三星构型的无源定位系统，提出了一种基于时差、频差和二维测向融合的迭代扩展卡尔曼滤波（Iterative Extended Kalman Filter,IEKF）跟踪方法。在WGS-84坐标系下建立了状态方程和观测方程，并采用IEKF方法对目标状态进行估计。仿真结果表明，该方法可对未知高程的运动目标进行高精度状态估计，典型仿真场景下的目标高程估计精度达到百米量级，相对于已有方法收敛时间更短，并且在卫星覆盖范围内具有更大的高精度定位跟踪区域。

• 电力应急通信非合作博弈资源分配方法

  吴庆,胡明,孟子健,方爽,王志刚,赵训威,刘迪

  电力应急通信Mesh网络承载单兵装备业务能力受到现场无线信道质量、节点通信资源抢占等影响，不合适的信道资源分配将降低Mesh网络整体服务质量。在构建Mesh拓扑网络的基础上，提出考虑单兵装备业务类型的非合作博弈资源分配方法，构建节点报价-业务通信-节点惩罚机制，实现无线信道资源合理分配。仿真结果表明，在明确接入单兵装备业务类型的前提下进行节点报价和信道资源分配，能够提升Mesh网络整体服务质量，为应急作业效率优化提升提供参考。

• 基于GRU和LSTM组合模型的车联网信道分配方法

  王磊,王永华,何一汕,伍文韬

  针对车联网中高通信需求和高移动性造成的车对车链路（Vehicle to Vehicle,V2V）间的信道冲突及网络效用低下的问题，提出了一种基于并联门控循环单元（Gated Recurrent Unit,GRU）和长短期记忆网络（Long Short-Term Memory,LSTM）的组合模型的车联网信道分配算法。算法以降低V2V链路信道碰撞率和空闲率为目标，将信道分配问题建模为分布式深度强化学习问题，使每条V2V链路作为单个智能体，并通过最大化每回合平均奖励的方式进行集中训练、分布式执行。在训练过程中借助GRU训练周期短和LSTM拟合精度高的组合优势去拟合深度双重 Q学习中Q函数，使V2V链路能快速地学习优化信道分配策略，合理地复用车对基础设施（Vehicle to Infrastructure,V2I）链路的信道资源，实现网络效用最大化。仿真结果表明，与单纯使用GRU或者LSTM网络模型的分配算法相比，该算法在收敛速度方面加快了5个训练回合，V2V链路间的信道碰撞率和空闲率降低了约27%，平均成功率提升了约10%。

• 一种基于分布式功率控制的侧行链路高谱效传输机制

  何小祥,王碧钗

  第五代（5th Generation，5G）无线通信系统除了支持蜂窝通信，还支持侧行链路（Sidelink，SL）通信，即两个用户设备（User Equipment，UE）之间可以直接通信，而不需要经过基站中转，有利于降低传输时延、提升资源利用率。在现有的SL分布式系统中，主要通过简单的能量测量进行干扰规避，资源复用准则欠佳，导致中高用户密度场景下吞吐受限。为此，提出了一种基于分布式功率控制的SL高谱效传输机制。各发送UE基于目标链路的信道状态信息（Channel State Information，CSI）和其他干扰链路的CSI进行功率优化，以实现局部范围内多个通信链路的和吞吐最大化；进一步，设计了广播式的CSI测量上报机制能实现多链路的分布式功率控制和资源选择。仿真结果表明，所提方案相比于现有的SL分布式资源分配机制，在中高用户密度下可获得30%~100%的吞吐增益；此外，所提方案相比于现有WiFi的载波侦听多址（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）分布式信道接入机制，在中高用户密度下可获得50%~200%的吞吐增益。

• 基于GA-MP的低复杂度OTFS检测算法

  孙宇彤,贾皓翔,何欣,郭梦琪,赵旦峰

  针对正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）通信系统信号检测复杂度高的问题，提出一种改进的高斯近似消息传递（Gaussian Approximate Message Passing,GA-MP）检测算法。依据最大后验概率检测准则，对发送信号及隐变量进行逐符号高斯近似，基于置信传播算法与联合因子图进行消息传递，用边缘后验概率替代GA-MP中的外部信息以减少运算量，结合阻尼因子提升收敛速度，同时引入概率阈值减少后续更新的节点数，从而使运算复杂度得到有效降低。实验结果表明，改进后的GA-MP算法在保证误码率性能的前提下具有更低的复杂度。

• 融合路径度量值和行重特性的Polar码SCL译码算法

  周泉,陈海强,曾俏丽,廖兰娟,孙友明,黎相成

  首先提出基于初始对数似然比（Log-Likelihood Ratio，LR）与路径度量值（Path Metric,PM）的PM-LLR-SCL译码算法，在接收端初始LLR和PM值之间建立映射关系，并通过重排PM值完成翻转功能。其次，提出基于极化码生成矩阵的行重特性和PM值的PM-RW-SCL译码算法，不仅考虑了Polar码的最小码距和极化子信道可靠度，同时将路径分裂每一层的PM值引入到译码策略中，从而提高了译码性能。仿真结果显示，与串行抵消列表比特翻转（Successive Cancellation List Bit-flip,SCLF）相比，提出的PM-LLR-SCL算法最大可获得约0.23 dB的性能增益，而基于路径数量的复杂度降低了约62%；与基于行权重的串行抵消列表翻转译码算法相比，PM-RW-SCL算法最大可获得约1.5 dB的性能增益，而复杂度降低了约39%。

• SpMV计算的ARM和FPGA异构加速器设计

  朱明达,薛济擎,艾纯瑶

  针对稀疏矩阵向量乘（Sparse Matrix-Vector Multiplication，SpMV）在边缘端实施效率不高的问题，以稀疏矩阵的存储格式、SpMV的现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）加速为研究对象，提出了一种多端口改进的行压缩存储格式（Modified Compressed Sparse Row Format，MCSR）与ARM+FPGA架构任务级数据级硬件优化相结合的加速方法。使用多个端口并行存取数据来提高计算并行度；使用数据流、循环流水实现循环间、循环内的并行加速；使用数组分割、流传输实现数据的细粒度并行缓存与计算；使用ARM+FPGA架构，ARM完成对系统的控制，将计算卸载到FPGA并行加速。实验结果表明，并行加速优化后的ARM+FPGA方案相较于单ARM方案最高可达10倍的加速效果，而且增加的资源消耗在可接受范围内，矩阵规模越大非零值越多加速效果越明显。研究成果在边缘端实施SpMV计算方面有一定实用价值。

• 基于SMART数据模式的HDD硬盘状态预测方法

  万成威,王霞,王猛

  硬盘广泛应用于各类信息系统中，其工作状态预测对信息系统的正常运行管理有着重要意义。现有基于SMART(Self Monitoring Analysis and Reporting Technology)属性的机器学习预测算法为保证其通用性，普遍选取部分典型属性作为特征，带来一定的信息丢失。在分析SMART数据特点的基础上，提出数据模式分类后再进行机器学习预测的SMART数据处理方法。实际测试结果表明，经分类处理后，采用简单的机器学习算法即可获得与强分类器接近的性能，同时，该方法可有效简化SMART数据机器学习时的特征选择过程，有效降低算法的资源消耗。

• 面向车联网通信的OTFS信号检测算法综述

  王健,王吉哲,沈正华,龚黎慧倩,高歌,廖勇

  车联网（Vehicle to Everything，V2X）通信被认为是未来无线通信网络最重要的应用之一。然而，车辆在高速移动时引起的高多普勒频移会严重恶化V2X通信链路的性能。正交时频空（Orthogonal Time Frequency Space,OTFS）调制技术可以将时间和频率选择性信道转换为时延-多普勒（Delay-Doppler,DD）域的非选择性信道，从而显著提高无线通信系统在高移动性场景下的性能，在V2X通信中具有重要的应用价值。但OTFS调制技术极大地增加了系统接收端的复杂度，研究低复杂度信号检测算法成为了新一代无线通信系统采用OTFS调制的关键问题之一。为此，综述了面向车联网V2X通信的OTFS信号检测算法。首先介绍了OTFS系统模型，然后概述了现有的低复杂度OTFS信号检测算法，并将其分为线性检测算法、消息传递（Message Passing，MP）检测算法及其改进算法、基于神经网络的检测算法3类，最后探讨了V2X通信中OTFS信号检测目前所面临的技术挑战与未来的发展趋势。

• 无人机辅助智能边缘网络技术综述

  张换然,申凌峰,任资卓,郑杰,王宁,屈凌波

  简要介绍了无人机作为空基信息平台的主要应用场景，结合6G多接入网络和用户为中心网络架构，讨论了无人机在构建智能边缘网络中的重要作用。结合无人机平台在不同场景下的通、感、算能力特点，介绍无人机自组网、无人机通感一体化、无人机边缘计算等无人机辅助智能边缘网络关键技术。最后，围绕无人机在构建智能边缘网络过程中与无线接入网新技术结合时产生的新问题，探讨无人机通信信道建模、三维立体部署与路径规划、携能有限与续航问题、无人机网络安全、无人机集群异构网络融合等关键技术挑战和未来研究方向。