电讯技术杂志

电讯技术杂志2024年第5期

• 基于D-LinkNet与形态学计算的高分遥感图像车流量监测

  刘颖,吴凌寻,朱明辉

  针对城市交通路面车流量监测实时性和准确性高的需求，设计了一种利用高分遥感图像进行道路网自动提取和车辆自动监测的处理方法。综合利用D-LinkNet和形态学计算实现道路区域的二值化语义分割及连贯性、边缘扩展以及平滑性优化，同时将道路信息作为掩码并外溢后进行车辆目标检测，有效避免非道路区域车辆目标干扰。提出采用热力图的形式改进车流量监测方法，可以更直观显示道路拥挤程度。综合利用现有数据集对所提方法进行评价，车辆检测的平均精度达91.7%，道路提取平均交并比达85.3%，可以实现道路车流量的有效监测。

• 基于CNN的毫米波无蜂窝大规模MIMO信道估计

  申敏,董学林,毛翔宇

  针对小区间干扰导致蜂窝边缘无法满足不断增长的数据速率需求问题，毫米波无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)系统被认为是一种很有前途的解决方案。然而，毫米波的高频率、大带宽以及接入点配置的大量天线给信道估计带来了较大挑战。将毫米波大规模MIMO信道矩阵视为二维图像，结合图像去噪方法提出一种基于改进去噪卷积神经网络(Improved-Denoising Convolutional Neural Network,I-DnCNN)的信道估计算法。通过具有注意力机制的压缩与激励(Squeeze-and-Excitation,SE)模块，自适应调整提取的全局特征以增强对信道噪声特征的学习，根据接收信号估计出噪声等级图且增添为输入，提升对噪声的鲁棒性。最后，采用残差学习的方式获得估计信道矩阵。利用理论信道模型和基于波束追踪的信道数据集进行的仿真实验结果表明，与去噪卷积神经网络(Denoising Convolutional Neural Network,DnCNN)算法相比，所提算法在两个数据集下的信道估计精度可分别平均提升2.27 dB和2.60 dB。

• 基于快速超分辨率重建与残差连接的信道估计

  黄凤翔,段红光,刘何鑫

  将信道估计视为低分辨率图像重建为高分辨率图像，借鉴图像超分辨重建思想，提出了一种基于快速超分辨重建及残差连接思想的信道估计方法——ResFSRNet。采用最小二乘法(Least Square,LS)计算单个正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)子帧中所有导频处的信道响应，将其视为小尺寸低分辨率“图像”作为神经网络输入，利用多个卷积层对其进行特征提取，且融入残差连接提升性能，最后通过转置卷积重构出完整OFDM子帧信道响应。在不同抽头延迟线信道环境中进行仿真，通过信道估计误差和链路误码率结果比较，表明ResFSRNet性能优于LS、实用信道估计及基于超分辨率重建的ChannelNet，且较ChannelNet在减少约99%计算量的前提下提高了约2 dB信道估计性能。

• 5G异构网络中基于优先级的深度强化学习联合资源分配

  宋端正,郭业才,李晖,诸锦涛,王昊

  为了研究基于深度强化学习（Deep Reinforcement Learning，DRL）的5G异构网络模型的性能，同时在最小化系统能耗并满足不同类型终端用户的服务质量要求的基础上制定合理的资源分配方案，提出了一种基于DRL的近端策略优化算法，并结合一种基于优先级的分配策略，引入了海量机器类型通信、增强移动宽带和超可靠低延迟通信业务。所提算法相较于Greedy和DQN算法，网络延迟分别降低73.19%和47.05%，能耗分别降低9.55%和6.93%，而且可以保证能源消耗和用户延迟之间的良好权衡。

• SWIPT-D2D通信中基于深度强化学习的资源分配

  刘兴鑫,李君,李正权

  针对信道状态信息未知SWIPT-D2D（（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer Device to Device）无线通信网络环境下设备间信号干扰以及设备能量损耗问题，提出通过使用近端策略优化（Proximal Policy Optimization，PPO）算法，在满足蜂窝用户通信质量要求的前提下同时对D2D用户的资源块、发射功率以及功率分割比三部分进行联合优化。仿真结果表明，所提算法相比于其他算法能够为D2D用户制定更好的资源分配方案，在保证蜂窝用户保持较高通信速率的同时使D2D用户获得更高的能效。同时，当环境中用户数量增加时，所提算法相比于Dueling Double DQN(Deep Q-Network)以及DQN算法，D2D能效分别平均提高了15.95%和23.59%，当通信网络规模变大时所提算法具有更强的鲁棒性。

• 一种基于SO-CNN模型的可见光室内定位优化方法

  陈静,刘旋,王金元,章永龙,朱俊武

  针对基于机器学习的可见光室内定位方法存在的手工调参、定位精度低等问题，结合蛇优化（Snake Optimization,SO）算法的寻优能力与卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）处理复杂非线性问题的能力，提出了一种基于SO-CNN模型的可见光室内定位优化方法。在考虑多径效应影响的情况下，采集每个位置点处的信噪比和对应位置坐标构建指纹数据库，对SO-CNN模型进行训练和测试，以得到最佳定位模型。实验结果表明，在5 m×5 m×3 m的房间中，与未经优化的CNN相比，该方法的平均定位误差降低了35.13%；与反向传播神经网络（Back Propagation Neural Network,BPNN）、多层感知器（Multilayer Perceptron,MLP）、SO-MLP相比，该方法的平均定位误差分别降低了54.75%，48.08%，37.01%。

• 基于深度卷积对抗网络的电磁频谱异常检测

  嵇海鹏,张江,乔晓强,张涛

  为了解决电磁频谱异常检测精度不高的问题，在深度卷积神经对抗网络（Deep Convolution Generative Adversarial Network，DCGAN）的基础上加入了编码器（Encoder）用来重构频谱数据。编码器首先将真实频谱数据编码为低维特征表示，生成器通过学习编码后的低维特征生成重构频谱数据，判别器负责将重构频谱数据与真实频谱数据进行区分，并通过对抗性训练逐渐提高模型重构频谱数据的能力，最后计算重构频谱数据与真实频谱数据的均方误差，判别异常。实验结果表明，该模型能够在多个频段下实现有效的电磁频谱异常检测，在TV频段下，干信比为-5 dB时，相比于现有电磁频谱异常检测方法，所提方法的平均检测性能提升了18%以上。

• 基于低秩块Hankel矩阵正则化的阵元故障MIMO雷达DOA估计

  陈金立,瞿彦涛,陈宣

  多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)雷达在阵元故障时虚拟阵列输出数据矩阵会出现大量的整行数据丢失，由于阵列接收数据矩阵的不完整而导致对波达方向(Direction of Arrival，DOA)的估计性能恶化。大多数低秩矩阵填充算法要求缺失数据随机分布于不完整的矩阵中，无法适用于整行缺失数据的恢复问题。为此，提出了一种基于低秩块Hankel矩阵正则化的阵元故障MIMO雷达DOA估计方法。首先，通过奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)降低虚拟阵列输出矩阵的维度，以减少计算复杂度。然后，对降维数据矩阵建立基于块Hankel矩阵正则化的低秩矩阵填充模型，在该模型中将MIMO雷达降维数据矩阵排列成块Hankel 矩阵并施加Schatten-p 范数作为正则项。最后，结合交替方向乘子法(Alternate Direction Multiplier Method，ADMM)求解该模型，获得完整的MIMO雷达降维数据矩阵。仿真结果表明，所提方法能够有效恢复降维数据矩阵中的整行数据缺失，具有较高的DOA估计精度和实时性，在阵元故障率低于50.0%时DOA估计精度优于现有方法。

• 一种移动感知的太赫兹无线局域网定向MAC协议

  任智,陈春宇,古金东,姚毅

  现有太赫兹无线局域网定向MAC(Medium Access Control)协议中，节点移动情况下PNC(PicoNet)发送beacon帧时存在部分控制字段浪费、CTAP(Channel Time Allocation Period)中PNC与DEV(Device)进行波束赋形开销偏大等问题。为此，提出了一种移动感知的太赫兹无线局域网定向MAC（Mobility-aware Directional MAC，MA-MAC) 协议。该协议采用基于卡尔曼算法的节点扇区预测机制对移动节点的扇区范围进行迭代预测，采用基于DEV扇区预测的beacon帧内容填充机制对beacon帧中时隙分配字段进行填充，采用基于节点扇区预测的快速波束赋形机制使得PNC与DEV之间波束赋形操作简化。通过仿真验证，与基于IEEE 802.15.3c的太赫兹无线局域网定向MAC协议和现有协议进行对比，MA-MAC协议下网络吞吐量得到了提升，网络平均时延、网络整体控制开销得到了改善。

• 多机器人系统的可观测性及协同定位精度分析

  朱奎宝,温紫晴,狄世彦,张峰,郭广源,康浩楠

  多机器人协同系统的编队队形影响系统的可观测性，应用中发现系统绝对定位能力也是影响协同定位精度的主要因素。针对系统不可观测情况下无法实现协同定位问题，提出了通过增强系统绝对定位能力实现协同定位的方法，重点分析了不同绝对定位能力的多机器人协同定位系统的可观测性对定位精度的影响，确定了系统可观测性的最佳条件。以3个机器人组成的集群为例进行仿真验证了同一观测度情况下，系统的绝对定位能力越强，协同定位精度越高。

• 基于IAVOA-GRU网络的高频地波雷达电离层杂波预测

  乔铁柱,尚尚,祝健,石依山

  电离层杂波的精确预测对提升高频地波雷达的探测性能具有重要作用。提出了一种基于改进非洲秃鹫优化算法优化门控循环单元(Improved African Vultures Optimization Algorithm Optimization Gated Recurrent Unit,IAVOA-GRU)网络的电离层杂波预测方法。首先，依据电离层杂波的混沌特性，通过相空间重构方法对接收到的电离层杂波进行相空间重建，构建GRU网络的输入、输出样本集；然后，利用IAVOA对GRU网络的隐层节点数、迭代次数及初始学习速率3个超参数值执行优选；最后，重新训练优化后的GRU网络，并进行预测。实测结果表明，相较其他6种对比预测模型，所提出的IAVOA-GRU网络模型具有较高的预测精度和可靠性，为有效改善高频地波雷达的探测性能提供了一种思路和方法。

• 一种非相干扩频信号跟踪中HPK-P位同步捕获法

  胡一皓,刘才瑞,王晋阳,曾艳文,梁显锋

  星载非相干扩频应答机在接收非相干扩频信号时，特别是在低信噪比条件下，信号跟踪环路中积分结果会因比特翻转而衰减严重，从而影响跟踪环路性能。针对上述问题，提出了一种HPK-P(Half-period Kokkonen-Pietila)位同步捕获法，将位同步时钟捕获精度缩短至半个伪码周期长，降低积分值衰减量，提高了跟踪前期的环路性能。仿真结果表明，与K-P法、半周期直方图法相比，〩PK-P法更适合-24 dB低信噪比下的环路跟踪。在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）上对HPK-P法进行测试，在信噪比为-24 dB，多普勒频偏范围为±1.5 kHz，多普勒加速度为+2.5 kHz/s条件下验证了该设计的可行性。

• SOQPSK-TG信号的EM半盲载波频偏估计

  赵丹辉,王天乐,史长鑫,曾妮,王泽龙

  针对成形偏移四相相移键控-TG（Shaped Offset Quadrature Phase Shift Keying-Telemetry Group version,SOQPSK-TG）信号在训练序列长度受限时频偏估计精度较低的问题，利用双二进制分解(Doubinary Decomposition,DBD)原理提出基于期望最大化(Expectation Maximization,EM)的SOQPSK半盲载波频偏(Carrier Frequency Offset,CFO)估计算法。为了确保EM算法收敛到预期性能范围，使用基于非线性四次方码元定时估计算法的非数据辅助频偏估计方法优化了EM算法初始点选择。仿真实验结果表明，该算法相比于使用训练序列进行数据辅助估计的方法，在不增加辅助数据数量的前提下能够进一步提升CFO估计的精度，并在较高信噪比下拥有接近序列总长度所对应的克拉美罗界(Cramér-Rao Bound,CRB)的优秀性能。

• 一种低驻波宽角波束超宽带双锥线阵列天线研制

  胡振威,吴迪,林敏,朱卫平

  设计和制作了一种实现宽角波束扫描的1×3超宽带双锥线极化阵列天线，可以应用于无人机上实现空地宽带通信。由于无人机平台安装尺寸受限，通过用椭球形阵子代替传统锥形阵子，并切割椭球振子外部轮廓使其安装在250 mm×130 mm×90 mm的空间内，实现了低剖面、小型化等特点。仿真结果表明，该阵列天线在0.8~2.4 GHz的频带范围内电压驻波比均小于2.5，在±45°波束扫描范围内的4个波束的最低增益均超过了2 dBi，满足实际的应用需求。

• 面向软件无线电的物理下行共享信道优化与实现

  李姣军,左迅,喻涛,杨川,杨凡

  针对软件无线电平台Open Air Interface(OAI)终端侧物理下行共享信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH）中解扰模块和信道译码模块数据延时大的问题，提出了基于图形处理单元（Graphic Processing Unit，GPU）中统一计算设备架构的PDSCH优化方案，对传输块进行比特级和码块级数据划分，设计了多GPU下的并行解扰和并行信道译码，降低了数据延时，提高了下行峰值速率。实验结果表明，该优化方案基本维持了原有循环冗余校验码错误率，且在不同传输块大小下，解扰模块耗时最大降低92.1%，信道译码模块耗时最大降低83.7%，终端PDSCH耗时最大降低77.8%，下行峰值速率最大提高138.3%，有效提升了OAI平台性能。

• 基于龙芯LA132软核处理器的宇航级SoPC设计

  刘珍妮,安军社,胡婉如

  针对现有星载计算机主控系统灵活性差和在空间辐射环境中存在单粒子翻转等问题，设计了一种灵活性强、可靠性高、自主可控的宇航级片上可编程系统（System-on-Programmable-Chip,SoPC）。该系统将龙芯LA132软核处理器应用于航天领域，降低了星载计算机主控系统的体积。为系统存储单元设计实现了一种基于矩阵算法的RS(8,4)码，可在无延迟的情况下实现错误检测与纠正功能，增强了系统的可靠性。测试结果表明，该SoPC系统在Xilinx KCU105硬件平台上可实现单周期内对两个错误符号的检测与纠正，满足宇航级安全性与可靠性的需求，为星载计算机主控系统的小型化提供了一种新的解决方案。

• 基于AD9361星载USB测控接收设备设计

  何林飞,李晓飞,韩俊博

  针对星载统一S频段（Unified S-band，USB）测控应答机遥控接收高动态问题，提出了一种USB接收设备的设计方法。该方法基于AD9361 +现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）硬件平台，采用并行+串行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)实现信号载波频率捕获，载波环路使用2阶锁频环（Frequency Lock Loop，FLL）辅助3阶锁相环（Phase Lock Loop，PLL）环路进行跟踪，遥控副载波环路采用2阶PLL环进行跟踪。对方法的可行性进行了理论推导，使用Matlab进行仿真，结果表明该方法可以满足多普勒动态不小于32 kHz/s下遥控数据解调要求。

• 一种优化FPGA布线拥塞的FHO-BP网络

  聂廷远,孔琪,王艳伟,王振昊

  超大集成电路的高度复杂化造成的布线拥塞可能导致电路的不可布性，早期的布线拥塞预测对于提高集成电路的最终设计质量非常关键，因此针对现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA），引入火鹰优化（Fire Hawk Optimizer,FHO）算法机制优化反向传播（Back Propagation,BP）神经网络，提出一种基于复杂网络和FHO-BP网络的布线拥塞优化方法，将电路布局的复杂网络特征向量应用到布线拥塞度预测模型中，并利用提出的优化算法改善电路布线拥塞。实验结果表明，与经典的BP网络相比，所提FHO-BP预测模型具有更高的预测精度和收敛速度，决定系数达到92.62%，模型的平均训练时间为94.55 s，平均预测时间为0.57 s，并且利用布线拥塞优化算法对布局进行优化后的布线实际拥塞程度明显缓和。

• 一种新颖的宽频共缆微带分路器设计

  胡大成,杜明

  随着有源相控阵天线技术的发展，天线设备同系统中的收发终端需要通过采用各类射频、数字和电源类型的线缆进行互联，采用宽频共缆传输技术可以有效降低工程成本和系统重量。设计了一种宽频共缆微带分路器，通过采用传输线的多级阻抗变换原理，在不用额外的滤波电路情况下，在射频工作频段内，总输入端口的电压驻波比小于1.8，通往射频分端口2的玈21大于-0.6 dB，通往控制分端口3和电流分端口4的玈31小于-45 dB和玈41小于-105 dB，实现了良好的隔离度和传输效果。该分路器具有设计简单、隔离度高、信号能量损耗小和易于调试的优点。

• 一种满摆幅输入的高精度Σ-Δ调制器设计

  崔子豪,郭兴龙,朱友华,张洋,吴庆晴,杜彦航

  针对高精度 Σ-Δ 调制器因采用高阶或者级联结构而存在满摆幅输入条件下积分器容易过载以及电路复杂度较高的问题，利用Matlab设计了一种满摆幅输入的高精度 Σ-Δ 调制器。采用描述调制器时域模型的方法，使用代码自动综合出满足要求的调制器系数。该调制器电路采用Tower Jazz 0.18 μm CMOS工艺进行设计与仿真，结果表明，带宽内的信噪失真比达到105.5 dB，有效位数为17.2位，版图面积为0.4 mm2，在5 V电源电压下功耗为1.2 mW。该调制器可用于对任意输入信号幅度的低频微弱信号进行精确检测的传感器信号采集电路中。

• 一种K频段4通道高精度有源移相器

  张然

  基于130 nm 双极型晶体管与互补金属氧化物半导体（Bipolar and Complementary Metal Oxide Semiconductor，BiCMOS）工艺，采用矢量合成架构的高精度移相器架构，提出了一款满足5G与民用卫星通信应用需求的K频段4通道高精度有源移相器。在移相器输入端和输出端，为了实现单端信号与差分信号的互相转换，同时为信号链路提供一定的增益，采用了有源巴伦结构。为了以更小的芯片面积实现差分信号到4路I/Q正交信号的转换，采用了折叠朗格耦合器；为了实现高精度的相位调节控制，采用了有源矢量合成器。芯片实测结果表明，在18~22 GHz的带宽内，各通道小信号增益在-3~-2 dB之间，增益平坦度小于1 dB，在-45 ℃~85 ℃之间增益波动小于3.5 dB，6位移相器移相误差均方根（Root Mean Square，RMS）小于2.5°。芯片尺寸为2.68 mm×2.5 mm。

• 卫星导航欺骗干扰检测与抑制技术综述

  倪淑燕,陈世淼,付琦玮,毛文轩,雷拓峰,宋鑫

  全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)欺骗式干扰具有隐蔽性强、危害性大的特点，对GNSS造成了严重的安全威胁。介绍了生成式和转发式欺骗干扰的原理和关键技术，总结了现有的欺骗式干扰检测方法和抑制方法，并从成本、性能、复杂度、研究重点等方面对现有技术进行了详细分析。以性能和成本为指标，对比分析了现有干扰攻击、检测和抑制方法。最后，对未来欺骗式干扰防御研究值得关注的问题进行了展望，以期为后续研究提供思路。