• 2020年 第43卷 第6期 刊出日期：2020-12-28 上一期 下一期

综述

• 智简无线网络赋能行业应用
• 张平, 许晓东, 韩书君, 牛凯, 许文俊, 兰岳恒
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 1-9. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-260
• 摘要 ( 1347 )     PDF ( 962 ) HTML( 962 )     　　
• 针对第5代移动通信系统赋能行业应用时在通信、控制、计算与安全方面面临的需求和挑战，提出了面向行业应用赋能的移动通信系统向第6代移动通信系统演进的形式——智简无线网络.基于信息论并以系统论为指导，强调利用语义信息的原生智能以及内生简约架构，以实现移动网络赋能行业应用的系统优化，智简无线网络为移动通信系统向第6代移动通信系统的发展提供了演进路径.
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• 6G愿景、业务及网络关键性能指标
• 崔春风, 王森, 李可, 董静, 郑智民
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 10-17. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-160
• 摘要 ( 1459 )     PDF ( 1446 ) HTML( 1446 )     　　
• 面向2030年，对第6代移动通信系统（6G）的总体愿景和典型业务场景进行了探讨，并提出了6G网络关键性能的指标测算方法.根据预测的6G典型业务场景及推算的性能指标得到了业务模型，结合业务模型和用户模型的特征参数，对典型应用场景下的关键性能指标进行了测算.
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• 面向生态可持续的下一代通信网络架构与评价体系
• 吕廷杰, 宋罗娜, 滕颖蕾, 丰业媛
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 18-26,35. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-134
• 摘要 ( 661 )     PDF ( 585 ) HTML( 585 )     　　
• 随着新一代通信技术的迅猛发展和万物互联时代的到来，通信基础设施的新增部署和能源消耗增大，也带来了潜在的网络安全和生态环境影响等问题.面向第6代移动通信系统（6G）网络架构的研究应从对网络性能和用户体验的关注逐步扩展到对网络全方位可持续性发展的关注.在传统网络的基础上，探讨了面向6G的生态可持续网络架构设计，讨论了多层次的系统构建框架，并分析了6G网络与现实物理世界的动态交互.考虑到对网络可持续性能等方面的评估需求，设计了面向新型网络架构的综合评价体系.针对网络多维跨域可持续性能的分析，给出了基于机器学习的通信网络评价方法，为网络的生态可持续能力的构建和优化提供参考.
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论文

• OAM-MIMO通信系统的信道容量研究
• 唐杰, 李凯, 林楚婷, 宋彦, 周恩丞
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 27-35. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-198
• 摘要 ( 941 )     PDF ( 764 ) HTML( 764 )     　　
• 轨道角动量（OAM）具有独特的模分复用（MDM）方式，可以大大提高传输容量.为了提高系统的信道容量和频谱利用率，提出了一种结合OAM和多输入多输出（MIMO）技术的OAM-MIMO复用通信系统，可以在不增加带宽和天线发射功率的情况下提高信道容量和频谱利用率.采用巴特勒矩阵作为相移器，馈送信号给均匀圆形阵列天线（UCA），使得每个UCA可以同时并且独立地生成携带多种不同OAM模态信号的载波，从而显著提高系统的信道容量.实验结果表明，OAM-MIMO复用通信系统的信道容量和频谱利用率在宏小区、微小区环境下得到了很大提高.
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• 基于SiGe工艺的28 GHz变压器匹配差分 Cascode功率放大器
• 张尧祯, 刘昱
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 36-41. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-182
• 摘要 ( 703 )     PDF ( 938 ) HTML( 938 )     　　
• 针对第6代移动通信系统（6G）设计了一款基于锗硅（SiGe）工艺的28 GHz高功率、高效率毫米波功率放大器.利用高性能异质结双极晶体管形成差分共射-共基极（Cascode）放大器结构，Cascode结构中的共基极管基极的低阻抗可显著提高耐压能力，能够在很大程度上增大输出电压的摆幅，得到更高的输出功率.利用变压器实现了阻抗匹配，相比普通的LC匹配网络有更小的插入损耗和更宽的带宽，适合应用在毫米波频段.从仿真结果可知，功率放大器输出1 dB压缩点为18.6 dBm，功率附加效率为28.9%，功率增益为17.3 dB.将功率放大器应用于6G的仿真实验中，构建出了89路的基站天线驱动系统，达到了1.34 Tbit/s的下行传输速率.
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• IRS辅助的边缘智能系统中基于数据重要性感知的资源分配
• 田辉, 倪万里, 王雯, 郑景桁, 贺硕
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 51-58. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-162
• 摘要 ( 904 )     PDF ( 847 ) HTML( 847 )     　　
• 针对智能反射面（IRS）辅助的边缘智能系统中模型参数汇聚的问题，提出一种基于数据重要性感知的资源分配算法.利用凸优化和分支定界等方法交替优化用户的发射功率、传输次数和智能反射面的相移矩阵.仿真结果表明，所提算法能够基于本地数据的重要性差异有效汇聚分布式智能体的模型参数，并最大化加权和速率.
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• 基于信道测量的短距离太赫兹信道特性分析
• 田浩宇, 唐盼, 田磊, 张建华, 何敬锁
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 59-65. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-170
• 摘要 ( 693 )     PDF ( 774 ) HTML( 774 )     　　
• 无线通信信道的特性决定了无线通信系统的性能上限.为了解短距离太赫兹信道特性，基于310 GHz频段的信道测量，对太赫兹信道的大尺度衰落特性和小尺度衰落特性进行了研究.分析结果显示，短距离场景下太赫兹信道的路径损耗在0.2 m处与自由空间的路径损耗模型结果一致，0.2 m后实测的路径损耗结果较小，传播条件优于自由空间.对莱斯K因子和均方根时延扩展的结果分析表明，与低频段信道相比，太赫兹信道的时延色散程度更低，直射径信号占据主要的接收信号能量；莱斯K因子与均方根时延扩展表现出了强相关性.这些结果为设计和优化短距离太赫兹通信提供了理论模型的基础.
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• 面向6G边缘网络的云边协同计算任务调度算法
• 马璐, 刘铭, 李超, 路兆铭, 马欢
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 66-73. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-161
• 摘要 ( 1625 )     PDF ( 1691 ) HTML( 1691 )     　　
• 提出了一种分布式的第6代移动通信系统（6G）云边协同计算架构，设计了基于近似雅可比交替方向乘子法的云边协同计算任务的调度算法.将云边协同计算任务的调度问题建模为综合考虑时延、能耗、带宽成本及服务质量损失等因素的系统开销最小化问题，并通过高效的分布式并行计算方式进行求解.仿真实验结果表明，该算法可在保障用户服务质量的同时降低网络运营成本的开销，收敛速度快，执行效率高.
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• 无人机网络的覆盖及切换性能研究
• 焦铭晗, 彭木根, 刘晨熙
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 74-81. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-142
• 摘要 ( 676 )     PDF ( 611 ) HTML( 611 )     　　
• 无人机网络具有按需部署、灵活机动等优势，但传统陆地蜂窝网络的分析方法不再适用.为此，考虑了两层无人机网络中地面用户的移动性，推导了系统覆盖概率、传输速率、边界的长度强度以及用户最大移动速度约束等网络关键性能指标的解析表达式，探究了无人机部署的密度、高度、地面用户移动速度对无人机网络覆盖及切换性能的影响.理论及仿真结果表明，自适应地调整无人机部署的密度和高度能有效提升无人机网络的覆盖及切换性能.
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• 全双工小蜂窝中基于最大流算法的用户匹配策略
• 赵飞飞, 周墨淼, 胡树楷, 杨涛
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 82-87. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-173
• 摘要 ( 423 )     PDF ( 239 ) HTML( 239 )     　　
• 在全双工基站使能的新型小蜂窝中，考虑用户间同频干扰对服务质量的影响，提出了一种最大化满意用户对数的上下行用户匹配策略，用于服务质量敏感的各类新型通信业务.首先依据用户的速率需求和其可达的实际传输速率，构造包含所有潜在满意上下行用户对的匹配可行图；再将可行图转化为单位容量网络，并证明单位容量网络的最大流数目即为最大满意用户对数目，最终由最大流路径推导出最优匹配策略.仿真结果表明，所提策略可获得超出最大和速率策略两倍的满意用户对数，且仅具有多项式级的复杂度.
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• 雾计算中用户和属性可撤销的访问控制方案
• 王峥, 李玲, 李娜
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 88-95. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-092
• 摘要 ( 430 )     PDF ( 282 ) HTML( 282 )     　　
• 雾计算中的属性基加密技术在解决数据细粒度访问控制问题的同时也带来了用户和属性的撤销问题，对此，提出一种用户和属性可撤销的访问控制方案.改进了现有的基于属性组撤销属性的访问控制方案，使其适用于雾计算，同时提高了密钥更新效率.另外，利用雾节点实现了用户的撤销，同时为了降低用户端的负担，将部分计算和存储开销从用户端转移到了临近的雾节点.基于判定双线性diffie-hellman （DBDH）假设的安全性分析结果表明，所提方案可以抵抗选择明文攻击.对方案进行了理论和实验，分析结果表明，所提方案具有较高的撤销效率和实用价值.
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• 基于KM算法的分布式无线节点任务分配方法
• 田兴鹏, 朱晓荣, 朱洪波
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 96-102. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-089
• 摘要 ( 504 )     PDF ( 452 ) HTML( 452 )     PDF (0KB) ( 0 ) 　　
• 单个节点无法满足各种新颖的应用程序对时延或能耗的要求，为此提出了一种分布式无线节点任务协同分配方法，通过利用周围节点的空闲资源，来降低所有节点处理任务的总时延或总能耗.首先根据层次分析法（AHP）综合任务的多维属性，如计算负载、最晚完成时间等，确定任务执行的优先级；然后建立时延和能耗的优化模型，并将其转化为二分图最大权值的匹配问题，采用Kuhn Munkras （KM）算法求解得到任务分配的最优解，实现终端节点在网络边缘高效地协同执行任务.仿真结果表明，该算法能够有效地降低任务处理的时延和能耗.
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• 多天线无人机通信系统中的安全波束成形方案
• 汪萧萧, 淡振雷, 顾晨伟, 朱卫平, 林敏
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 103-109. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-108
• 摘要 ( 584 )     PDF ( 836 ) HTML( 836 )     　　
• 针对第6代移动通信系统中多天线无人机通信下行链路传输系统，在有多个合法用户和单个窃听者的场景以及已知窃听者统计信道状态信息的情况下，提出了2种安全波束成形方案：一种是基于迫零算法的波束成形方案，在系统传输总功率受限条件下最大化系统可达安全速率，得到了波束成形权矢量和功率分配因子的闭合解；另一种是基于增强信漏噪比算法的波束成形方案，采用一种分式规划和交替方向乘子法（ADMM）相结合的迭代算法，实现波束成形权矢量和功率分配因子的设计.仿真结果表明，相比较于迫零算法，基于ADMM的增强信漏噪比算法能够有效地提升系统的安全性能.
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研究报告

• 基于协作的大规模NGSO星座间频率兼容共存研究
• 李伟, 潘冀, 严康, 魏文康, 张磊
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 110-117. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-189
• 摘要 ( 672 )     PDF ( 582 ) HTML( 582 )     　　
• 针对大规模非静止轨道（NGSO）通信星座系统间的同频干扰问题，在综合分析传统干扰评价指标的相互转换关系的基础上，建立了基于链路夹角的干扰分析模型，将通信干扰约束转化为几何构型约束.通过卫星选择和链路组合选择定义了系统可用性指标，基于此，开展了基于协作的大规模NGSO星座间频率兼容共存研究，并给出了协作模式下NGSO星座的工作方式.仿真中，选取OneWeb和Telesat系统实际工作参数，评估了全球范围内系统的可用性.结果表明，非协作模式下系统平均可用性为72.82%，在27.18%的时间内系统之间将产生严重干扰，而协作模式下系统平均可用性为96.00%，协作模式将大幅提升NGSO星座系统之间的频率兼容性.
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• 基于改进双层LT码的天基物联网数据收集方法
• 何建华, 赵辉, 徐晓斌, 闫蕾, 王尚广
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 118-125. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-148
• 摘要 ( 506 )     PDF ( 484 ) HTML( 484 )     　　
• 将卫星网络、无人机集群引入物联网应用，为第6代移动通信系统提供了参考的应用场景.对天基物联网中各层的数据收集方法进行了分析，提出了天基物联网中的数据收集策略.融合当前网络编码和多层分布式LT码的优势，提出了一种基于改进双层LT码的数据收集策略.该策略采取自适应分组编码机制，避免了因多路径交叉导致的数据丢失.仿真实验结果表明，该策略能够在网络连接不稳定的情况下，有效提升数据传输的成功率和吞吐量.
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• 基于mMIMO的MEC安全节能资源分配方法
• 赵伟, 王斌, 鲍慧, 赵品芳, 李保罡
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 126-131. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-066
• 摘要 ( 746 )     PDF ( 284 ) HTML( 284 )     　　
• 移动边缘计算（MEC）系统在恶意用户干扰攻击和窃听的双重威胁下，会带来上行卸载受阻、用户信息泄露、系统能源利用率低等问题.对此，利用物理层安全技术防止窃听，并利用大规模多输入多输出（mMIMO）技术来减少干扰及用户能耗.此外，在时延受限的条件下，通过联合优化用户的卸载决策、发射功率以及卸载速率，实现用户总能耗最小化.针对此非凸的多目标优化问题，首先利用拉格朗日乘数法得到用户卸载数据量的闭合表达式，然后利用迭代算法得到用户最优的发射功率以及最大卸载速率.仿真结果表明，所提出的mMIMO-MEC安全卸载方案在解决干扰和窃听等安全问题的同时，有效地降低了系统的总能耗.
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• 基于DRL的6G多租户网络切片智能资源分配算法
• 管婉青, 张海君, 路兆铭
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 132-139. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-211
• 摘要 ( 1020 )     PDF ( 945 ) HTML( 945 )     　　
• 未来第6代移动通信系统（6G）网络服务支持虚实结合、实时交互，亟需快速匹配多租户个性化服务需求，对此，提出了一种两层递阶的网络切片智能管理方案，上层部署全局资源管理器，下层部署面向不同租户的本地资源管理器.首先，考虑不同租户多类型切片请求的差异性，基于端到端切片的实时状态描述建立服务质量评估模型.结合服务质量反馈，利用深度强化学习（DRL）算法，优化上层全局资源分配和下层局部资源调整，提升不同域多维资源的使用效益，并使能租户资源定制化.仿真结果表明，所提方案能够在优化资源供应商长期收益的同时，保障服务质量.
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• 无线网络中区块链共识算法的开销分析
• 曹傧, 聂凯君, 彭木根, 周治中, 张磊
• 北京邮电大学学报. 2020, 43(6): 140-146. DOI:10.13190/j.jbupt.2020-206
• 摘要 ( 708 )     PDF ( 946 ) HTML( 946 )     　　
• 选取工作量证明（PoW）和实用拜占庭容错（PBFT）作为公/私链代表，对比分析了两者在无线网络中的系统资源消耗，为区块链类型的选择提供合理评估.首先，建立公平统一的网络模型和区块链标准流程；然后，考虑无线网络传输失败导致的区块丢失，推导分析了相应的PoW分叉和PBFT视图更换概率；最后，分析了无线网络规模对PoW和PBFT的通信开销和算力开销的影响.仿真结果表明，PBFT的算力开销远小于PoW，但PBFT的通信开销受节点规模的影响较大，可扩展性较差；PoW的通信开销受节点规模的影响相对平缓，可扩展性相对较好.
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