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2020年第43卷第4期刊出日期：2020-08-28 上一期下一期

论文

基于柔顺控制的机器人装配技术
喻洋, 王耀兵, 魏世民, 马如奇, 唐玲
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 1-6. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-227
摘要 ( 1055 ) PDF ( 1106 ) HTML 　　
针对复杂接触环境下机器人柔顺装配困难的问题，提出了一种基于受力信息精准获取与改进力/位混合控制算法的柔顺装配方法.在对机器人末端力传感器进行零点补偿及负载重力补偿后，通过矩阵变换实时计算出装配接触点处机器人末端执行器的真实受力，并在力控制过程中让机器人的运动遵循双曲正切速度-力关系.实验结果表明，机器人在装配过程中并未发生明显的抖动，所提算法具有良好的柔顺装配效果.
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基于图形分割的城市地下车库车位排布优化方法
黄逸彬, 杨赫, 周钟秉, 刘晓
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 7-14. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-212
摘要 ( 866 ) PDF ( 736 ) HTML 　　
为辅助设计师排布外轮廓形状复杂、面积大、障碍物多的大规模地下车库，针对局部复杂轮廓内同向车位与车道共同优化排布问题，提出了基于图形分割的混合整数线性规划模型.考虑了车位排列角度及位置的优化，能够处理任意轮廓内的车位与车道排布.开发了基于粒子群优化的分解算法，并通过实际的工程图纸验证了模型和算法的有效性.结果表明，该算法能快速有效地排布局部车位，辅助设计者给出最佳优化排布方案.开发的可视化及人机交互功能可大大提高设计者的开发效率.
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一种动态自纠正最小和LDPC码的译码算法
陈容, 陈岚
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 15-20. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-222
摘要 ( 594 ) PDF ( 534 ) HTML 　　
针对低密度奇偶校验（LDPC）码的译码算法复杂度和译码性能的均衡，为了提高译码算法的可靠性和适用性，在自纠正最小和（SCMS）算法的基础上，提出了一种动态自纠正最小和（DSCMS）算法.该算法在迭代译码的过程中，根据变量节点消息设置阈值，明确了SCMS算法中对消息可靠性的判断，提高了算法的误码特性和收敛特性.仿真结果表明，所提出的DSCMS算法的误码性能和收敛性能都要优于SCMS算法及其改进算法.当编码效率为1/2时，DSCMS算法与SCMS算法相比，最多能降低7.15%的迭代次数.
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面向移动通信网络覆盖的四元数域粒子群优化算法
秦运慧, 皇甫伟, 隆克平
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 21-26. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-260
摘要 ( 550 ) PDF ( 483 ) HTML 　　
为优化移动通信网络的覆盖性能，针对天线指向变量中方位角与下倾角的内在关联性，提出了四元数域粒子群优化算法.该算法利用四元数表示天线指向，并基于四元数域乘法所表示的旋转实现粒子群算法的可行解沿最短路径进行更新.由于四元数域乘法不符合交换律，故在无穷小移动的概念上进一步提出了调和四元数粒子群优化算法，使粒子群中可行解的更新与惯性速度、朝向个体历史最优解和全局最优解的移动次序无关.实验结果表明，提出的两类算法，特别是调和算法在收敛速度和覆盖性能上均优于经典粒子群算法、萤火虫算法和遗传算法.
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不等长十字形谐振器双频带带通滤波器设计
喇东升, 关鑫, 李钰莹, 李弘诚, 郭经纬
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 27-31. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-268
摘要 ( 601 ) PDF ( 680 ) HTML 　　
提出一种简单结构的双频带带通滤波器，由不等长十字形谐振器和平行耦合线馈电结构组成.由于滤波器分布电路具有对称性，首先利用奇偶模分析法对带通滤波器奇偶模输入阻抗、传输零点和传输极点进行分析.所设计的滤波器具有3个传输零点和4个传输极点.传输零点的位置不随阻抗参数的变化而变化.在4个传输极点中，第1个偶模传输极点和第1个奇模传输极点构成了第1个通带，剩下2个传输极点构成了第2个通带.与等长十字形谐振器滤波器相比，该结构多了一个极点.滤波器的通带带宽可以通过调节传输极点位置进行调整.给出了滤波器实物的结构参数，并且利用仿真软件进行仿真优化，得到了滤波器插入损耗和回波损耗的仿真结果.制作和测试了滤波器，给出了测试结果.仿真结果和测试结果基本上一致，验证了设计理论的正确性.
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基于改进3D-ESPRIT算法的三维GTD模型参数估计
郑舒予, 张小宽, 宗彬锋, 徐嘉华
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 32-38. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-261
摘要 ( 612 ) PDF ( 422 ) HTML 　　
三维旋转不变子空间（3D-ESPRIT）算法估计三维几何绕射理论（GTD）的散射中心模型时，参数精度不高，噪声鲁棒性较差，为此，提出一种改进的3D-ESPRIT算法.通过构建原始回波数据的共轭矩阵、对协方差矩阵叠加、取平均、平方处理，可提高对目标原始回波数据的利用率，并增大信号特征值与噪声特征值之间的差距，增大了信噪比，从而提高参数的估计精度.基于不同算法估计得到的三维GTD模型参数，比较了不同算法估计的参数均方差.仿真结果表明，改进算法的参数估计性能及噪声鲁棒性均优于经典3D-ESPRIT算法和改进的免配对3D-ESPRIT算法.
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一种面向定点轨迹数据的行程识别方法
张宽, 赵卓峰, 郭炜强
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 39-47. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-216
摘要 ( 581 ) PDF ( 593 ) HTML 　　
为了对长周期定点轨迹数据进行行程识别，提出了一种基于动态阈值的定点轨迹数据行程识别方法.首先，采用聚类方法确定与阈值相关的时空多粒度参数；其次，根据参数对历史记录进行统计，计算参数对应的阈值；利用时空相关参数获取对应阈值，对轨迹进行分段，进而实现行程识别.基于真实的城市交通卡口数据的实验结果表明，使用时空相关的动态阈值方法对定点轨迹数据进行行程识别在准确率和覆盖率上都要优于传统基于固定和单一阈值的方法.
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传感云中基于边缘计算的差分数据保护方法
梅雅欣, 沈雪微, 赵丹, 王田
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 48-53,75. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-208
摘要 ( 487 ) PDF ( 583 ) HTML 　　
为了改进存储机制，以提供一个通用的隐私保护服务，提出了一种基于边缘的数据保护模型，将无线传感器网络收集的原始数据交由边缘服务器，并利用隐私计算算法进行差分处理.少量核心数据存储在边缘服务器和本地服务器上，其他数据传输到云端存储.基于该模型，即使存储在云中的数据被泄露，原始数据也无法被恢复，数据的隐私权得以保证；采用差分存储方法，减少了发送到云端的数据，降低了通信成本和存储成本.理论分析和大量实验结果证实了该方法有效.
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Nakagami-m信道衰落下的多时隙能量收集无线通信
王明伟, 李慧贞
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 54-60. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-214
摘要 ( 599 ) PDF ( 502 ) HTML 　　
由于无线信道存在衰落，射频能量收集（EH）器可将收集到的电磁波能量转化为用于无线通信的电源，其功率具有动态随机特性.为此，研究了Nakagami-m信道衰落下的多时隙"收集-存储-使用"能量收集方案的有效吞吐量以及"收集-使用"能量收集方案的二进制相干和非相干解调平均误比特率性能指标，推导出了精确的理论闭合公式.仿真结果表明，在Nakagami-m信道衰落的无线通信环境下，采用"收集-存储-使用"能量收集方案的无线通信存在最佳时隙数，以实现最大有效的吞吐量，而采用"收集-使用"的能量收集方案时，无线通信会使用少量时隙来平衡误码率和通信迟延.
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Massive-MIMO系统中能效和频效的性能折中方法
李民政, 丁健, 刘宁, 王浩
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 61-67. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-163
摘要 ( 759 ) PDF ( 467 ) HTML 　　
Massive-MIMO多用户系统中，现有能效（EE）和频效（SE）性能折中方法在单个目标优化时无法适应变化场景，进而无法对优化目标进行有效追踪.对此，提出了一种能够适应变化场景需求的能效和频效性能折中方法.通过构建折中优化函数，将非凸的多目标优化问题转化为单目标凸优化问题，并利用拉格朗日乘子法进行求解.理论分析和仿真结果表明，提出的性能折中方法能够在系统电路功耗的限制下，通过设定折中因子改变系统能效值或频效值，并同时获取能效和频效的最佳性能折中.
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基于时序相关性的云平台多负载序列联合预测
张志华, 王梦情, 毛文涛, 刘春红, 程渤
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 68-75. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-244
摘要 ( 493 ) PDF ( 377 ) HTML 　　
为提高云平台负载预测的精度，提出了一种基于时序相关性的多负载序列联合预测方法.首先，为获得相似的负载序列，采用长短时记忆网络提取负载序列的时序特征，再利用层次聚类法，获得在时序特征空间相似的负载序列类；其次，对获得的每个负载序列类分别构建多任务学习模型，挖掘和利用负载序列间隐藏的共享领域知识，提高模型泛化能力和预测精度，并实现多个负载序列的联合预测.使用Google数据集的中央处理器负载监控日志进行验证，结果表明，时序特征聚类可有效提取和利用负载序列的全局时序特征，降低原始序列的噪声，获得特征上相似的序列；与常用的负载预测方法比，所提方法对不同变化规律的负载序列都具有更精确的预测效果.
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研究报告

一种基于PPI网络的乳腺癌差异基因分析算法
王小玉, 冯阳
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 76-82. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-174
摘要 ( 716 ) PDF ( 600 ) HTML 　　
为了提高对于乳腺癌差异基因筛选的准确率，从分子层面出发，结合拷贝数与基因表达两方面特征，分析了乳腺癌差异表达基因，研究了乳腺癌的发病机制，为乳腺癌的诊疗提供了新的研究思路.在癌症基因组图谱中下载乳腺癌的拷贝数和基因表达数据，利用R软件通过卡方检验提取乳腺癌拷贝数差异基因，结合edgeR差异基因分析算法，筛选乳腺癌差异表达基因，利用ks检验关联两方面差异基因，分析其相关性，结合string数据库构造蛋白质互作网络，筛选核心基因，通过生存分析和GO富集分析验证结果的准确性.以基因差异表达倍数大于1，p值小于0.05为标准，筛选出基因表达差异基因共有10 579个，上调基因7 543个，下调基因3 036个，经验证发现，ATAD2B等8个基因与乳腺癌的发生发展密切相关.
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一种基于对偶Regev加密的门限公钥加密方案
李增鹏, 王九如, 张问银, 马春光
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 83-87. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-239
摘要 ( 888 ) PDF ( 521 ) HTML 　　
针对Regev方案不能有效地抵抗密钥恢复攻击的问题，提出一种基于Gentry-Peikert-Vaikuntanathan（GPV）方案的门限公钥加密方案.方案主要由分布式密钥生成协议和有效非交互的解密协议构成，融合了Shamir秘密共享算法和拉格朗日算法，使之能够抵抗静态和被动敌手收买的攻击.通过理论分析证明了所提方案的正确性.在通用可组合的框架下，验证了所提方案的安全性.
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基于FPGA的高精度时间数字转换电路设计
戴庆达, 叶茂
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 88-94. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-235
摘要 ( 1043 ) PDF ( 1665 ) HTML 　　
时间数字转换电路（TDC）的分辨率、线性度、温度适应范围等参数指标直接影响着激光雷达系统的测距精度和成像清晰度.基于Xilinx Artix-7系列28 nm工艺的现场可编程门阵列（FPGA）芯片，设计了一种以进位链为延时单元的高分辨率双链三路TDC.该TDC可打破延时单元的分辨率限制，细分进位链中的宽码，具有低成本、高分辨率的优势.设计了流水线编码电路，以提高逻辑单元的使用效率，采用码密度方案逐一确定bin宽的精确值和等效分辨率.调用FPGA中赛灵思的特殊模数转换器（XADC）模块测量芯片温度，进而转换为温度校准系数，修正测量值.常温（27 ℃）下的等效bin宽为5.63 ps，方均根测量数值为11.7 ps，电路可在5~85 ℃温度范围内完成温度补偿.相比于六链延时线TDC，双链三路TDC具有相近的指标参数，并使FPGA逻辑资源使用降低约43.1%，芯片功耗降低约36.8%.
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一种基于Shapelet算法的指纹定位方法
常紫英, 王文涵, 李涛, 刘芬, 陈朋朋
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 95-100. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-223
摘要 ( 559 ) PDF ( 360 ) HTML 　　
信道状态信息（CSI）受时空影响较大，导致现有基于CSI的室内定位技术鲁棒性差.针对这一问题，提出了基于Shapelet算法的指纹定位方法.在训练阶段将CSI作为原始位置数据，通过3-σ异常值处理法和卡尔曼滤波对原始数据进行处理、修正；再使用Shapelet算法提取每个位置的指纹，并建立指纹库；最后使用指纹库构建Shapelet决策树，通过决策树分类实现较为精准的定位.通过与主成分分析算法以及k近邻算法的对比实验，结果表明，该方法在不同时间的定位精度较高，且能保持性能稳定，所需训练集更小.
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一种面向边缘计算节点能量优化的QoS约束路由算法
张德干, 陈露, 陈晨, 张婷, 崔玉亚
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 101-105. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-203
摘要 ( 551 ) PDF ( 542 ) HTML 　　
在满足节点间端到端时延、可靠性服务要求的基础上，为了解决现有多路径路由协议能耗较高的问题，提出一种面向边缘计算节点能量优化的多服务质量（QoS）约束路由算法（MQEN）.考虑端到端延迟、可靠性、能量消耗的QoS约束条件，采用边缘计算、机器学习相关技术，构建多约束最优路径传感器网络模型，引入能量感知节点唤醒策略、学习自动机奖惩机制.该算法结合边缘计算，预处理节点的原始数据，加快有效数据的传输、处理.采用自动机与环境交互的方式加快算法收敛.使用控制节点休眠激活状态的方法优化网络能量消耗，延长网络生命周期.实验结果证明，MQEN算法可降低网络能量消耗，并且能满足多QoS约束对端到端延迟、可靠性服务的要求.
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基于罚函数与水波优化的WSN定位算法
余修武, 张可, 刘永
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 106-112. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-193
摘要 ( 470 ) PDF ( 489 ) HTML 　　
为了提高启发式定位算法的搜索效率和定位精度，提出了基于罚函数和水波优化的无线传感器网络（WSN）定位算法.首先利用bounding-box方法构造罚函数，提高算法搜索的效率和定位精度；然后利用动态学习策略对传统水波优化算法的传播阶段进行改进，促使个体对周围优秀个体的学习，并通过动态波高提高个体在后期局部搜索的概率，进一步提高搜索效率和求解精度.仿真结果表明，罚函数策略与改进水波优化算法能提高搜索效率和定位精度，所提出的算法在WSN节点定位上有较好的可行性和有效性.
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基于度约束最小生成树的域间路由恢复算法
王禹, 张连成, 张宏涛, 郭毅
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 113-119. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-198
摘要 ( 376 ) PDF ( 568 ) HTML 　　
低速拒绝服务攻击对于域间路由系统造成威胁，已有失效恢复算法未能有效解决恢复拓扑计算的时间复杂度高和节点聚合控制等问题，为此，提出一种基于度约束最小生成树的失效恢复算法.通过设计基础迁移子算法和复杂迁移子算法，在满足度约束的条件下根据遭袭路由系统生存拓扑构建新的恢复拓扑，并针对上述两类迁移子算法，分别提出关键点选择子算法，用于判定和计算迁移过程所需的关键节点.理论分析和仿真实验结果证明，该算法生成的恢复拓扑在有效控制节点度的同时，具有较优的性能.
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基于正交索引调制多址接入的检测和性能分析
金小萍, 吴青, 金宁, 陈东晓, 王嘉天
北京邮电大学学报. 2020, 43(4): 120-126. DOI:10.13190/j.jbupt.2019-197
摘要 ( 413 ) PDF ( 532 ) HTML 　　
为了降低正交索引调制多址接入技术（QIMMA）检测算法的复杂度，提出基于接收端球形译码和基于排序的接收端球形译码2种低复杂度检测方案.通过对时隙组合进行加权排序，以增强检测准确性，并且减少搜索次数，达到降低复杂度的效果.与最大似然检测器相比，新方案可以在无性能损失的情况下使检测复杂度降低三分之一以上.此外，根据QIMMA系统特性，推导出了平均误码率的理论值.仿真结果表明，理论结果在中高信噪比范围内与数值仿真结果近乎一致.
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