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2020年第2期

• 基于5G新场景下的传播模型校正与链路预算

  许贤泽,方屹涛,郑成林

  基于第五代移动通信的新场景，研究了新型无线传播模型的校正及链路预算问题。在3GPP 38.901协议中提出的针对5G频段的网络传播模型——UMa模型的基础上，根据武汉市密集信号区域提出了新的传播模型并进行校正与优化。通过对实测数据进行数据预处理，在Matlab中基于最小二乘法进行传播模型的校正。将校正前后的传播模型与实测数据进行仿真对比与误差分析，确定了可以代表市区热点区域的通用传播模型。并且对该地区进行了上下行链路预算，估算出了单个宏基站在满足通信需求下的最大覆盖半径，能够有效完善基站的网络覆盖与城市的站址规划设计，为5G新型网络规划提供了一定的理论基础与参考价值。

• 基于信号循环平稳特征的神经网络频谱感知算法

  张士兵,张硕,陈家俊,张晓格

  高效、准确的频谱感知是实现认知无线网络的重要前提。文中针对低信噪比环境下的认知无线网络频谱感知问题，研究基于主用户调制信号循环平稳特征的神经网络频谱感知算法。在该算法中，将信号循环平稳特征的感知网络与神经网络的特征输入层有机结合，构造一个全连接的人工神经网络，并在神经网络的输出层连接一个Soft max网络，对频谱进行判决。该算法不需要预设频谱判决门限，有效降低了噪声波动对频谱感知性能的影响。仿真结果表明，在低信噪比和噪声波动等复杂信道环境下，该算法具有良好的频谱感知性能。

• 听诊位置对心音生物识别效果的影响

  成谢锋,单煦,佘辰俊

  心音信号作为一种生物特征已成为身份识别研究领域的新热点，并且已经有大量研究结果证明心音应用于身份识别技术是可行的，然而不同听诊位置采集到的心音信号具有一定的差异性，因此本文研究这种差异性对身份识别的影响。首先利用自制的4通道同步心音传感器记录来自二尖瓣、三尖瓣、肺动脉瓣、主动脉瓣的心音信号，然后对原始心音进行去噪和分段预处理，再通过线性预测编码（LPC）的方法提取S1和S2的共振峰频率作为心音识别的特征向量，并结合欧氏距离度量样本之间的相似性，分别对四个听诊位置进行身份识别实验。实验结果表明，不同听诊位置的识别率略有差异：在肺动脉瓣获得的识别率为92.5%，主动脉瓣的识别率为90%，二尖瓣和三尖瓣的识别率分别为87.5%和85%，并且肺动脉瓣获得的心音信号与实验对象的性别基本无关。这为心音采集与识别提供了一种有实用价值的参考。

• 双基地展开互质阵列MIMO雷达DOD、DOA降维估计算法

  周围,王强,唐俊,张维

  展开互质阵列将两个子阵完全展开，因而可在阵元数目受限情况下获得相较于均匀阵列以及传统互质阵列更大的阵列孔径。文中基于双基地展开互质阵列多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)雷达阵列结构，提出了基于降维多重信号分类(Multiple Signal Classification，MUSIC)算法的双基地展开互质阵列MIMO雷达离开角(Direction of Departure，DOD)、到达角(Direction of Arrival，DOA)联合估计算法。算法通过增加约束并构造代价函数的方式，将二维MUSIC算法中的穷尽搜索二维谱峰转化为求解带约束二次优化问题，先后得到DOA、DOD，并且DOD与DOA自动配对。降维思想的引入使得算法无需二维搜索，因而复杂度显著下降。同时，得益于展开互质阵列MIMO雷达形成的虚拟阵列与大幅扩展的阵列孔径，提出的算法亦获得了显著提升的分辨率、自由度以及低信噪比下更为优异的估计性能。此外，子阵数目的互质消除了阵元间距大于半波长可能导致的相位模糊问题。仿真验证了算法的有效性。

• 基于改进蜘蛛网局部图像特征的图像配准算法

  杨真真,匡楠,杨永鹏,许鹏飞

  为了解决传统基于特征描述匹配算法鲁棒性和精度较差的问题，提出一种基于改进的蜘蛛网局部图像特征(Spider Local Image Feature，SLIF)描述子的图像配准算法。该算法对SLIF描述子进行改进，将特征点采样模型范围内的方形、径向、环形邻域像素信息纳入描述范围，增强SLIF描述子空域描述能力。此外，还对SLIF描述子描述方法进行改进，利用特征点采样模型范围内像素点之间自相似性构建特征描述方法。实验表明，该方法在平移旋转图像特征点配对的准确率和配准精度高，抗噪声能力强，具有较好的鲁棒性和图像变换适应性。

• 移动网络用户隐私与信息安全研究

  陈发堂,赵昊明,吴晓龙,李阳阳

  移动网络的安全性研究一直是热点问题，目前已知的许多攻击都以知道目标所在位置跟踪区（Tracking Area，TA）为前提，已有的TA定位方法所需条件苛刻且个别方法在5G系统中不再适用。文中提出了一种只需要知道目标手机号，即可实现如TA定位、拒绝服务、强制降级、IMSI获取的攻击方法，并在现网下测试验证了对用户隐私与财产安全造成影响的“GSM嗅探”攻击。由于攻击具有普遍适用性，该工作可以为将来改进和更新相关过程提供基础。

• 对称阵列中基于原子范数的远近场混合源定位

  吴晓欢

  目前现有的基于子空间和压缩感知的远近场混合源定位方法受到了网格划分的制约。同时现有方法大多仅考虑均匀阵列，缺乏对稀疏阵列定位场景的研究。提出了一种基于稀疏对称阵列的无网格远近场信源定位方法。该方法首先建立一个四阶累积量矩阵，利用阵列对称性质消除距离参数的影响。再利用原子范数理论，建立基于低秩矩阵重构的半正定规划问题，并通过非凸优化方法进行模型求解。进而利用范德蒙分解定理得到角度的估计值。再通过一维搜索方法来得到近场信源距离的估计值。该方法在实现角度估计时无需网格划分，因此具有较高的估计精度。该方法还能实现对信源类型的自动判断以及角度和距离参数的自动配对。同时，该方法不仅适用于均匀阵列，还能适用于具有对称结构的稀疏阵列，具有更加广泛的应用场景。文中还通过一系列仿真实验验证了所提算法的有效性。

• 基于全双工的主动监听系统中合法通信速率最大化方法设计

  吴伟,胡冰,胡峰

  提出了一种新颖的全双工主动监听系统，该系统具备两种工作模式：干扰模式和中继模式。在干扰模式下，监听器以发送干扰信号的方式干扰可疑通信进而确保成功监听。在中继模式下，监听器以全双工中继辅助的方式降低可疑发送者的信息发送功率并保证合法通信的有效进行。研究目标是在满足监听器的发送功率限定和最低监听速率要求情况下，通过联合优化监听器的发送波束成形和工作模式，从而实现对合法链路通信速率的最大化设计。建模的混合整式规划问题非凸且难以求解，文中将其分解为对两个标量的搜索问题，有效地降低了问题的复杂度。进一步地提出了高效的数学算法，给出了该问题的最优解。仿真结果表明了所提系统和方法的优越性。

• 一种H2H和M2M共存下基于异构云的资源分配算法

  田辉,肖书春,马文峰,王聪,何雷

  由于H2H (human to human)业务和M2M(machine to machine)业务的特性存在很大差异，现有的资源分配算法无法有效地同时解决H2H业务的可靠传输需求和M2M业务海量接入需求。文中提出两种异构资源分配算法：采用反应函数求解的博弈资源分配方法和最佳反应动态博弈资源分配迭代算法。采用该算法，不同服务提供商可通过共享网络资源，实现网络资源的空间复用度增加，从而达到网络资源利用率的提升，以缓解共存场景中H2H业务的QoS保障和M2M业务的海量传输带来的资源分配压力。仿真结果表明，由于引入一种惩罚机制，提出的方法能够有效地消除构建过程中的贡献过度和“搭便车”问题，同时能够明显地提升网络容量，可同时解决M2M业务的海量接入和H2H业务的QoS保障问题。

• 一种用于GSM/WCDMA/LTE的宽带功率放大器

  潘茂林,刘蕾蕾

  基于GaAs HBT工艺设计了一款高线性、全集成的宽带功率放大器（PA）。芯片采用倒扣的装配方式。该功率放大器包括驱动级和功率级，工作频率为1.71~2.05 GHz。通过多级匹配增大带宽，实现了对GSM/WCDMA/LTE中多个上行频段的覆盖。测试结果表明，在整个工作频带内功率增益约为30 dB。工作电压为3.5 V，输出功率为28 dBm，采用10 MHz 50RB QPSK LTE信号测试时，功率附加效率（PAE）约为37%，邻信道泄漏比（ACLR）约为-38 dBc。芯片尺寸为0.755 mm×0.8 mm。

• 自适应负载状态的车联网信道接入算法

  王维,包志华,王慧玲,邱恭安

  为解决现有车联网信道接入算法中安全性消息接入成功率低和接入时延高等问题，提出了一种自适应负载状态的车联网信道接入算法。算法首先将区域内的车辆密度和通信流量负载率作为输入参数，运用D S证据理论对输入参数进行融合，其次通过判决准则对链路负载状况进行推理和评估，最后运用自适应退避算法实现车辆节点安全性消息在不同负载状态下的信道接入。仿真结果表明，与不考虑链路负载状态的二进制指数退避算法相比，该算法接入成功率提升26.9%，接入信道时延平均降低43.8%，能够有效提升车联网无线通信的性能。

• 大规模MIMO NOMA系统中联合功率分配的用户配对

  张伟,傅友华

  文中探讨了大规模MIMO非正交多址（NOMA）网络中的用户配对问题。在上行链路，基站根据大尺度衰落系数来完成用户配对，配对的两个用户共享同一个导频，在下行链路，配对的两个用户采用NOMA的形式发送数据。由于用户配对固有地与功率分配交织，故根据用户的服务质量（QoS）要求，优化边缘用户（EU）和中心用户（CU）之间的用户配对和功率分配，旨在最大化系统的吞吐量，这是混合整数规划问题。为了解决这个非凸问题，首先利用交替优化的方法获得最优功率分配矩阵，进而计算出速率矩阵；然后基于匈牙利算法提出最佳用户匹配方案，且考虑到匈牙利算法用户之间的竞争问题，提出一种低复杂度的用户配对算法。仿真结果表明，在大规模MIMO NOMA系统中，提出的用户配对的NOMA的性能明显优于正交多址（OMA），并优于采用随机用户配对的NOMA的性能。

• 多核服务器边缘计算系统中任务卸载调度和功率分配的研究

  凌雪延,王鸿,宋荣方

  在单用户多核服务器的移动边缘计算系统中，对多个独立计算任务的卸载调度策略和功率分配问题进行了研究。首先，基于混合流水车间调度模型对系统任务的卸载调度进行了建模，获得了系统时延的计算表达式，并在此基础上对系统能耗进行了建模；其次，利用混合编码方式的遗传算法，对系统时延和能耗的加权和最小化问题进行了求解，确定了最优的任务卸载调度策略和系统时延与能耗间的权衡关系。通过仿真分析，获得了最优的任务卸载甘特图；揭示了系统时延随任务数量线性增长；与随机任务卸载策略相比，同样条件下，文中所提出的卸载策略具有较小的系统时延；同时，可得到系统能耗和系统时延成反比的关系，在不增加系统时延的条件下找到了有效的节能方式。

• 基于协作频谱预测和频谱分割的认知无线电网络吞吐量优化

  方浩军,齐丽娜

  随着无线通信技术的迅猛发展，频谱资源变得日益紧张。认知无线电技术(Cognitive Radios，CR)旨在充分利用授权无线电频谱资源。而当前的CR技术在认知无线电网络吞吐量上存在一定程度的限制，原因是传统的频谱感知技术随机选择信道进行感知操作，从而导致次用户(Secondary User，SU)在认知无线电网络中的吞吐量较低。文中为了优化系统吞吐量，结合协作频谱预测和频谱分割技术重新设计次用户的感知帧结构。具体实现上先将次用户的频谱划分为两个子频带，其中一个子频带加入协作频谱预测功能，旨在提高次用户选择空闲信道进行感知的概率。由于引入了分频工作思想，整个帧时隙全部可以用于数据传输，从而进一步提高了系统的吞吐量。文中讨论了在协作频谱预测条件下，分别在主用户(Primary User，PU)通信强度和预测精度不同时的系统吞吐量，并与传统感知帧结构下的系统吞吐量进行了对比，仿真结果表明，与传统感知帧结构相比，文中所提出的方案在系统吞吐量性能上有较大提升。

• 基于改进的全变分图像去噪算法研究

  谈晶圩,杨敏

  图像去噪常采用全变分模型，此模型在对噪声图像进行平滑的同时保护边缘信息，但噪声较大时，容易产生梯阶效应。传统全变分模型仅考虑垂直和水平方向的梯度信息，没有充分考虑像素的邻域信息，从而忽略了图像一些结构信息。针对上述缺点，提出全变分图像去噪优化的新算法，该算法使用新定义的全变分，并利用预解式原偶混合梯度算法优化求解，将全变分正则化项转成对偶形式求解，保真项以原问题求解。仿真实验结果表明，在信噪比、图像一致性方面，文中方法都有所提升，能产生更清晰的边缘和图像结构，提高了去噪性能。

• 基于深度学习的能量高效雾计算迁移研究

  汤蓓,郑忆敏,陈思光,吴蒙

  任务计算迁移作为大数据物联网场景下有效缓解计算压力的新型模式，引起了学者们的极大关注，虽然计算迁移在一定程度上缓解了原始感知设备的计算压力，提高了数据处理速度，但它并不能动态自适应地做出迁移决策。文中基于深度学习理论对雾计算迁移的任务完成时间与能耗最小化进行了深入研究。首先构建了任务完成时间最小化雾计算迁移优化问题，提出了一个基于深度学习的雾计算迁移决策算法用于解决上述优化问题；其次，为了进一步优化雾计算迁移的能耗，构建了终端用户能耗最小化雾计算迁移优化问题，基于上述迁移决策算法求解的最优迁移决策，提出了一个最优传输功率分配求解算法用于解决上述优化问题；最后，仿真结果表明所提算法具有较快的收敛速度，并在最小化任务完成时间迁移决策的基础上有效降低了终端用户能耗。

• 基于K Means的WSN动态信任度双簇头选取算法

  张顶,张琳

  簇头选取是无线传感器网络中的一个重要研究方向。簇头的选取不当以及频繁选取，会加速消耗传感器能量并缩短无线传感器网络的生命期，破坏整个无线传感器网络的安全性。为了解决这一问题，提出了一种基于K Means的动态信任机制聚类算法DTK Means。先基于K Means算法将节点快速分簇并选取初始簇头，接着基于动态信任度进行双簇头的选取，选取的主簇头管理节点之间的数据通信。性能分析与仿真结果表明，通过双簇头轮换，较好保证节点间数据包传递率，提高无线传感器网络的生存时长。