南京邮电大学学报(自然科学版)杂志

南京邮电大学学报(自然科学版)杂志2019年第2期

• 亚波长理想LED模型及实验实现

  王永进,章燕,高绪敏,倪曙煜,王帅

  文中提出亚波长理想LED模型。当LED器件的中心发光波长远大于器件厚度时，器件内部的波导模式被抑制消除，集成底部金属电极反光镜，发射光完全逸出器件，实现理想LED出光结构。采用晶圆级制造工艺，研制出厚度为225 nm、中心发光波长为410 nm的垂直结构LED。该器件完全消除了器件内部的波导模式，实验证明了亚波长理想LED模型，是目前世界上已报道的最薄垂直结构LED。

• 一种基于弹性模量的颈动脉衰老模型及其应用

  成谢锋,詹桥松,戴世诚

  心血管系统是人体最重要的循环系统，老龄化是心血管衰老的首要原因，随着年龄的增长，颈动脉血管弹性逐渐丧失，弹性模量逐渐变大，并且颈动脉内中膜厚度变厚。文中建立一种颈动脉衰老模型，该模型使用颈动脉弹性模量和内中膜厚度作为评估标志，通过分析增龄与颈动脉弹性模量、内中膜厚度之间的非线性关系，描述心血管随年龄增加所发生的衰老过程。仿真结果验证了颈动脉衰老模型的合理性和可行性，所描述的各年龄段下颈动脉内中膜厚度和弹性模量的变化规律与相关医学文献检测的数据是基本一致的，这表明用分段式方法表示增龄与内中膜厚度的关系是有效的。另外，颈动脉弹性模量是评价心血管衰老的一个客观指标，因而该模型可用于辅助分析心血管衰老和相关疾病的发生与发展过程，为多种衰老相关疾病的防治提供了新思路，开辟了新视野。

• 基于偏微分方程的新的图像去噪模型

  闵莉花,李振华,冯灿,朱铭锋

  针对二阶偏微分方程处理含噪声图像时存在的阶梯效应，文中提出了一个新的四阶偏微分方程图像去噪模型。首先对提出的模型利用有限差分法进行数值计算，然后分别对Lena图像、Cameraman图像和彩色Lena图像、彩色Peppers图像进行MATLAB仿真实验，将文中提出的模型与已有的去噪模型进行比较，分析结果表明文中提出的新模型能有效去除乘性噪声。

• 多播广播单频网动态资源分配与重分配算法

  陈雷

  现有多播广播单频网（MBSFN）的资源分配算法主要以降低资源块使用数量为目标，并未考虑MBSFN的干扰抑制问题。针对该问题，提出了基于干扰抑制的MBSFN动态资源分配算法（MDRAA IS）。与此同时，针对MBSFN网络拓扑会随用户移动而改变，而现有的资源分配算法消耗资源块过多的问题，给出了动态资源重分配算法。仿真表明MDRAA IS算法与另外两种传统算法相比在系统传输速率和覆盖率上都有较大的提升，且能够通过调整资源复用距离中的相关参数来调整消耗的资源块数，而且，使用动态资源重分配算法，能有效减少重分配的资源块数。

• 短期功率约束下的无小区大规模MIMO中的功率分配研究

  张尧,齐畅,杨龙祥

  文中考虑了一个下行无小区大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output，MIMO）系统，其中M个单天线接入点（access point，AP）和K个单天线用户随机分布在服务区内，M>K。同一用户可以在同一时间、同一频率上被所有接入点服务。在短期功率约束（short-term power constraint，STPC）下，文中针对两种不同的优化问题分别提出了相对应的功率分配算法。第一个优化问题是在满足用户服务质量（quality-of-service，QoS）约束的条件下最大化用户总速率，该问题可以利用连续凸逼近（successive convex approximation，SCA）的方法求解。此外，第二个优化问题是一个混合QoS约束问题。它可以在保证高优先级用户（high propriety user，HPU）的QoS需求的基础上，为其余低优先级用户（low propriety user，LPU）提供相同速率的服务。该问题是拟凹的，因此可以通过二分法求解。仿真结果表明，文中提出的功率分配算法具有很好的性能。此外，同长期功率约束（long-term power constraint，LTPC）相比，STPC可以显著提高用户下行速率。

• 无人机辅助可疑中继系统下的主动窃听

  陆海全,王保云

  针对可疑用户可能部署无人机从事侵犯他人隐私，危害公共安全等行为的问题，文中研究了无人机辅助可疑中继系统下的无线监听，其中合法监视器采用主动窃听方式监视可疑链路并窃听可疑信息。基于平均干扰功率的限制，构建以平均窃听速率最大化为目标的优化问题。首先证明了该优化问题满足时分特性(time-sharing property)，从而能够保证对偶间隙为0。然后基于拉格朗日对偶问题，推导得出最优干扰功率分配方案。仿真结果表明，采用该主动窃听方案能够有效提高平均窃听速率。

• 基于频率复用的单星多波束天线干扰源定位

  赵凡,赵来定,姜玉文,阮岑

  文中基于频率复用原理和多波束天线的特性，对单星干扰源方法进行了分析。文中首先分析了多波束天线的覆盖特性，主受波束和其同频波束会同时接收到干扰信号，从而引出单星干扰源定位原理；接着构建天线增益指向模型，并结合地球星历信息得到干扰源的位置；最后分析定位误差，对其进行理论推导和仿真，并得出结论：功率误差、波束中心指向误差和高程误差对定位误差影响比较大，卫星轨道误差对定位误差影响相对较小。

• 基于自适应压缩感知的OFDM稀疏信道估计研究

  费洪涛,何雪云,梁彦

  针对OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统信道稀疏且稀疏度未知的特性，提出了一种新的稀疏度自适应压缩感知信道估计方法，即弱选择分段自适应匹配追踪(Weak Selection Stagewise Adaptive Matching Pursuit,WSStAMP)算法。该算法结合了原子预选和变步长的思想，在初选阶段设置模糊阈值进行原子的预选，删去不理想的原子；又引入一个新的标识参数，通过标识参数进行每步的可变步长操作,同时文中设计了一种幂函数型的变步长方法，以克服SAMP算法固定步长导致的重建精度问题。仿真结果表明，相比于传统的自适应重建算法，文中提出的WSStAMP算法能得到更好的信道估计性能，且算法复杂度更低。

• 单载波与多载波MIMO-OFDM实现高频谱效率方案研究

  薛玉洁,周杰,刘雪阳

  文中研究了单载波时域均衡（SCM-TDE）模型、单载波频域均衡（SCM-FDE）模型以及多载波MIMO-OFDM模型在典型毫米波无线多输入多输出（MIMO）系统中的可实现频谱效率与能量效率。在考虑毫米波频率下MIMO信道特殊性能的基础上，分析了发射机功率放大器的非线性影响，对3种调制方案的收发信号处理与传播信道的频率选择性进行了研究，同时量化讨论了全数字波束成形与混合波束成形结构对收发器性能的影响。研究结果表明，经过频域均衡的单载波调制，由于非线性失真而具有最小的损耗，并且使用均衡方案可以进一步改善其性能。此外，当链路长度超过100 m且发射功率低于0 dBW时，系统性能会严重下降。这一结论对于无线通信系统的设计具有重要的参考价值。

• 基于译码转发的混合星地中继网络的安全容量分析

  陶祥帅,尹春岩

  针对星地融合网络的安全问题，提出了一种实现安全传输的波束形成方案。首先，基于卫星-中继链路的瞬时信道状态信息以及中继-用户链路的统计信道状态信息，以最大化安全传输速率为目标，同时满足中继最大发射功率约束，建立一个优化问题。然后，利用矩阵分析、瑞利熵理论等数学工具解决这个优化问题，从而得到最优的中继天线接收和发射权重以及中继发射功率。为了进一步分析该方案的安全性能，推导了系统的遍历安全速率的解析表达式。最后，通过仿真，证明提出的安全传输方案可有效提高网络的安全性能。

• 异构网络中射频能量收集技术研究与实现

  杜月林,边伟成,郑宝玉

  异构通信网络中存在大量射频信号，文中设计了一套射频能量收集系统，该系统由中心频率为2.45 GHz的四阵列层叠耦合贴片微带天线模块、电压倍增器模块、阻抗匹配电路等组成，通过天线参数的选择，电压整流放大，利用可编程最大功率点跟踪技术实现阻抗匹配提高输出功率，验证了无线能量收集并给后级传感器节点供电的可行性。

• 一种面向雾计算的可扩展访问控制方案

  许建,雷喆,戴华,杨庚

  雾计算面临各种安全问题，其中在开放性雾环境下如何实现授权用户对资源的访问控制是关键问题之一。针对该问题，提出了一种适用于雾计算的可扩展访问控制方案，采用线性秘密分享矩阵(LSSS)作为访问结构实现基于属性的访问控制，利用雾节点作为边缘服务节点，通过合理分配访问控制中的加解密运算，降低终端用户在访问控制中的运算开销。该方案具有可扩展性，即可以在保持原有访问策略的基础上添加新的合法成员形成新的访问策略，同时还能够检测访问用户在上传新访问策略时是否对原始数据进行了篡改，实现对原始数据完整性的保护。理论分析和实验结果表明，方案能够在有效降低终端用户计算开销的同时，实现雾计算环境下访问控制策略的扩展以及数据的完整性检测。

• 基于协同进化教与学优化算法的图像分割

  孙希霞,白晓东,许斌,潘甦

  提出了一种基于协同进化教与学优化(Co-evolutionary Teaching-and-Learning based Optimization，CTLBO)算法的二维最大熵多阈值分割方法。首先，给出了二维熵多阈值分割的最优化模型。然后，针对教与学优化（Teaching-and-Learning based Optimization，TLBO）算法存在的早熟收敛和停滞问题，提出了一种CTLBO算法，并将该算法应用于二维熵多阈值分割最优化模型的求解。该算法将整个班级分为多个子班级，每个子班级的学员同时向所有子班级的老师学习，从而提高种群多样性。此外，每隔一定的代数，各子班级的老师组成新的班级进行信息交流，从而提高收敛速度。最后，应用仿真实验对所提方法的有效性和可行性进行了验证。实验结果表明：与基于传统TLBO算法及其相关改进算法、粒子群算法的图像分割方法相比，所提方法具有更好的优化能力和分割性能。

• 一种基于区块链的去中心化数据溯源方法

  张国英,毛燕琴

  为了避免数据欺诈（如数据被篡改）等情况发生，必须保持数据创建、修改和转移的历史记录，即溯源。传统的数据溯源系统大多采用中心化的存储模式，存在易遭受内部、外部攻击，且有单点故障等弊端。区块链是一种随着比特币系统发展起来的，基于互联网的去中心化信任管理机制，其难以被篡改、可追溯等特性为安全的数据溯源提供了新的解决途径。文中提出了一种基于区块链的去中心化数据溯源方法，其中包括建立PROV溯源数据模型描述溯源数据；设计了一套溯源数据管理的合约，通过智能合约将溯源数据存储到区块链上，确保用户获得的溯源数据真实可靠；搭建了一个以太坊的私有区块链网络，通过设计一个基于React的JavaScript Web应用程序，仿真实现和测试了所提出的方法，测试结果证明所提出方案的正确性和可行性。

• 一种基于ACB的机器类通信接入拥塞控制方案

  邵羽丰,江凌云

  机器类通信（或MTC通信）是指在没有人为干预的情况下实现机器间自主数据通信的技术，大量MTC设备直接连接到当前的蜂窝网络将导致随机接入过载，造成低接入效率和不可容忍的延迟。文中针对这些问题，提出一种面向静态MTC场景的随机接入方案。该方案在ACB基础上，根据网络实时的拥塞情况，对前导资源进行动态分配；并利用TAI（定时提前信息）实现对拥塞设备的识别，降低前导冲突率。仿真结果证明：与其他相关方案相比，该方案保持了较高的资源利用率，并有效降低了时延。

• 物联网中无身份弱终端的通用认证框架

  谢豪,朱成亮,王志伟

  大规模物联网系统会随时随地收集大量数据，而这会导致用户隐私泄露，特别是在医疗系统或日常生活中使用物联网系统时隐私泄露问题尤为严重。保护隐私是一个重要的问题，通常越高的隐私需求需要越弱的身份，使用随机身份能够很好地保护身份信息。文中设计了一个适用于物联网无身份终端设备的通用认证框架，该框架结合单向哈希链和随机数代表随机身份，既能够实现有效的身份认证又实现了隐私保护的功能。