太赫兹固态通信系统技术发展现状与挑战

太赫兹固态通信系统被认为是下一代通信的重要技术备选方案,其高速、实时、大容量传输特性为“万物智联”提供了可能。当前,太赫兹固态通信系统面临诸多技术挑战。为进一步推动太赫兹固态通信系统研制,梳理了太赫兹波段信号调制、固态器件、天线以及收发系统的研究进展与关键技术,并剖析了太赫兹通信系统未来的发展方向。太赫兹固态通信系统将进一步加快通信系统小型化研究,促进信号、器件、芯片、系统等多项技术深度优化融合,为商业化应用提供技术基础。

面向空天地一体化网络的数字孪生技术架构及应用

详细探讨了数字孪生技术在空天地一体化通信中的具体架构,以及网络优化方面的应用。将数字孪生分为虚拟空天地一体化网络和智能决策层。虚拟网络是对物理空天地通信网的精准映射,支持实时监控和测试验证功能。在智能决策层,通过环境感知与业务预测实现网络优化。最后,验证了面向空天地一体化的数字孪生技术在动态通信网络优化中的巨大潜力,为网络优化的未来发展提供了创新思路。

智能增强的免授权多址接入技术

免授权多址接入技术是未来海量物联(IoT)场景的关键使能技术。在免授权接入系统中,由于用户和基站间缺少授权信息,易产生用户难识别以及用户间强干扰等问题,一方面可将免授权多址技术与非正交多址接入技术结合来缓解随机接入造成的用户干扰问题,另一方面也可以进一步利用人工智能技术强大的数据特征提取能力,对收发机算法进行优化,以有效降低用户碰撞概率,实现海量物联场景下的大规模通信。分析了当前未来移动通信网络中多址接入技术的需求、发展历程及研究现状。指出未来需要针对全场景进行接入技术拓展和智能技术弹性演进研究,以助力智能内生多址技术发展。

面向无人机通信的区域化智能波束管理

面向新一代无线通信的技术革新,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)在未来通信系统中的应用越来越不可忽视。考虑传统波束管理(Beam Management,BM)方法在高动态、高频段空地链路中波束对准的高额开销,设计了一种基于人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术的BM方案。方案基于长短时记忆(Long-Short Term Memory,LSTM)网络模型,利用深度学习(Deep Learning,DL)方法实现基站(Base Station,BS)-UAV通信过程中的BM。以参考信号接收功率(Reference Signal Receive Power,RSRP)为性能指标对BM方案进行评估,基于BM历史经验数据将UAV终端轨迹划分为数个区域,训练特定的区域模型以更好地适应各区域中的信道传播环境特征。在模型部署阶段,根据区域划分结果按区域切换模型,实现基于模型切换的区域化AI-BM(Model Switching based Area-Specific AI-BM,MSAS AI-BM)。仿真结果表明,所提的MSAS AI-BM方案相比传统的简单穷举BM方案能够极大降低系统开销,拥有良好的RSRP保持性能。

基于SINS/GBAS组合导航的高精度进近着陆导航技术

可重复使用运载器在进近着陆阶段对位置偏差有较高的精度要求,而现有的组合导航方式的导航误差波动幅度较大,难以满足运载器在进近着陆段的导航要求。因此,本文利用捷联惯导系统(strap-down inertial navigation system,SINS)的非线性误差传播模型,以陆基增强系统(ground based augmentation system,GBAS)输出的精确位置信息为基础,建立SINS/GBAS组合导航方法,并给出“输出+反馈”的组合导航复合修正结构。通过在GBAS中引入电离层误差及对流层误差,从而实现了对于运载器定位误差在厘米级的精确定位。此外,通过引入扩展卡尔曼滤波技术,有效地抑制了惯导误差漂移的问题。通过数值模拟仿真,证明SINS/GBAS组合导航对飞行器进近着陆段的水平与高程定位误差不大于0.05 m,测速误差不大于0.05 m/s,从而证实了SINS/GBAS组合导航方式在可重复运载器在进近着陆段导航的可行性。

基于边缘计算的无人机通感融合网络波束成形与资源优化

为了解决传统通信−感知融合网络模式对地面基础设施的依赖,针对复杂场景下通感融合网络系统功耗较大、信号阻塞、覆盖盲区等问题,提出了一种无人机搭载边缘计算服务器与雷达收发器辅助通感融合网络。首先,在满足用户传输功率、雷达估计信息率、任务卸载比例限制的条件下,通过联合优化无人机雷达波束成形、计算资源分配问题、任务卸载量划分、终端用户发射功率和无人机飞行轨迹,建立系统总能耗最小化问题;其次,将该非凸优化问题重新构建为一个马尔可夫决策过程,使用深度强化学习中的近端策略优化算法实现系统的优化决策。仿真结果表明,所提算法训练速度较快,能够在保证应用的感知与计算时延需求的同时有效降低系统能耗。

6G通感融合网络中的物理层安全:机遇与挑战

第六代无线通信(6G)网络对通信速率与感知精度均提出更高要求,通信感知融合技术引起了广泛关注。一方面,感知波形的强指向性使得通信感知融合系统的信息传输面临严峻的安全挑战,另一方面,系统的感知能力也为利用物理层安全技术提升系统安全性提供了新的契机。为了研究面向6G的通感融合网络中的物理层安全问题,首先对通感融合网络中潜在的窃听模型进行总结,随后探索了利用感知能力获取窃听方信道信息的可行性,展示了物理层安全技术在6G通感融合网络中的应用实例,例如感知辅助干扰、协作干扰等,最后讨论了新兴技术在物理层安全辅助的通感融合网络中的潜在应用方向。

面向低轨卫星的长时多星跳波束功率分配技术

低轨卫星由于具有低成本、低时延和较小的路径损耗等特点而具有较优越的发展前景,在物联网、B5G等领域应用广泛。针对LEO卫星与其覆盖区域处于移动状态的问题,提出一种基于凸优化的长时多星跳波束功率分配算法以实现系统容量最大化。重点关注一段时间内的多星跳波束场景,根据长时同轨多星跳波束场景与长时异轨多星跳波束场景分别建立了系统模型。考虑星间干扰、负载均衡和星间资源分配优先级等因素的影响,以加权目标函数作为优化目标,对两种长时多星跳波束场景进行资源分配算法设计,提出基于凸优化的长时跳波束资源分配算法。仿真结果表明,与传统方案相比,所提方案可以提高系统的资源利用率。

基于用户分组的低轨卫星动态跳波束算法

在部署了大规模MIMO的卫星通信系统中,当用户数量远超卫星的波束数时,即便增加射频链的数量,即增加同时服务用户的数量,仍然难以满足卫星通信系统的时延要求。针对以上问题,提出一种基于用户分组的动态跳波束方案,根据用户组进行通信服务覆盖。所提方法利用信道角域分布的稀疏性,根据用户能量最大的波束方向自适应划分用户分组。由于卫星上功率限制使得射频链数量受限,且增加同时服务的用户组会增加用户组间的干扰,因此共信道用户组的数量受到功率和干扰约束,限制了通信业务服务时延减小。于是进一步提出波束簇分组的跳波束方案,此时波束簇通过增加同一时刻服务用户的数量,来减小用户的时延。由于以上问题是非凸的,采用数据驱动的行列式点过程方法简化跳波束方案中的波束调度。仿真结果表明,基于用户分组的动态跳波束算法能够有效减小用户的平均时延,与单波束方案相比,平均时延减少超过52%。同时在仿真结果中也验证了行列式点过程模型的泛用性。

面向巨型星座网络的多星多波束协作传输方法

以低轨卫星系统为代表的巨型星座网络由于传输距离远、卫星数量大,星地链路受到较大路径损耗和同频干扰影响,通信性能受限。采用协作多点联合传输技术,首先提出一种基于瞬时信道信息的多星联合预编码设计算法,抑制通信链路间干扰并提高通信信号信噪比。以所提算法为基础,进一步利用大维信道的确定性等同原理设计渐近最优的多星联合传输预编码。该方法仅需卫星间交互统计信道信息完成预编码计算,在发掘多星协作传输性能增益的同时,极大降低了星间信令交互流量,利于在巨型星座网络中部署。仿真结果验证了所提算法的有效性。

基于LTE系统的巨量机器类通信性能分析

主要研究基于LTE(long term evolution)系统开展巨量机器类通信业务的性能.介绍了机器类通信的业务特点,并以北京近郊区的抄表类业务为例,分析了现有LTE系统开展机器类巨量用户通信时存在的问题.从理论上分析得到了随机接入资源和调度资源受限是制约终端接入数量的主要因素.本文搭建了符合3GPP标准的系统级仿真平台,仿真了不同用户数和不同下行控制信道资源对系统吞吐量、时延、接入碰撞概率等的影响,仿真结果验证了理论分析的正确性.

基于IEEE 802.16e标准中低密度校验码的码率适配设计

针对宽带无线接入标准IEEE 802.16e,提出了实用的、低复杂度的码率适配（RC）低密度校验（LDPC）码构造方案.依据标准中LDPC码校验矩阵和参数集合,采用校验位删除和校验矩阵扩展两种算法来实现码率0.1-0.9范围内动态变化的RC LDPC码,比较、分析用两种方法构造不同码率时的译码性能.仿真结果表明,校验矩阵扩展方法适用的码率动态范围明显大于校验位删除;扩展方案基本满足系统业务对码率的需求,具有良好的译码性能和较低的实现复杂度,适用于IEEE 802.16e标准中的混合ARQ等链路自适应技术.

Investigation of Adaptive Multi-Rate Link Adaptation of 3G System

In term of the features of 3G system, a novel AMR link adaptation strategy for 3G system is proposed. The impacts of AMR codec modes and power control on traffic quality of service are taken into account in the strategy at the same time. By synthetically comparing the signal-to-interference ratio value with the switching threshold and comparing the transmission power with its threshold, radio resource management can always keep each link on its proper codec mode with the corresponding optimal power level to achieve both robust speech quality and link capacity enhancement. Based on the WCDMA FDD uplink link-level simulation platform, AMR link adaptation platform is constructed. Simulation results show that the algorithm can track the fast change of channel conditions and select the most robust codec mode, thus the synthetic speech quality of AMR is better than that of signal mode during a wide range of channel conditions. The result will provide a reference strategy for AMR link adaptation of 3G system.

HSDPA系统中高码率混合重传协议映射准则优化

针对高速下行分组接入(HSDPA)系统中的混合重传(HARQ)协议,提出适用于高码率Turbo码的全增余(FIR)和部分增余(PIR)型的映射准则优化方法.分析了不同编码比特的重传优先级,通过向高优先级的比特提供高可靠性差错保护实现不等差错优化,并且在优化策略中使不同编码比特在初始传输和重传过程中的可靠性度量尽可能均匀.仿真结果表明,在高码率的全增余和部分增余型HARQ协议中,优化策略能够提高系统性能,而复杂度不会有明显增加.

引入影视片段打造深入浅出的通信课堂

随着科学技术的快速发展,通信日益改变着人们的生活方式,从学习、工作、社交、娱乐、军事等领域影响着现代社会人类生活的方方面面。北京理工大学高等数字通信课题组在通信相关领域的教学活动中,考虑到通信带来的巨大影响,以及其高度覆盖的特征,也为了便于学生对通信技术进行初步了解,培养学生对于通信知识的学习热情,以影视作品中体现的通信技术为切入点,在教学过程中以深入浅出、生动易懂的方式揭示通信的发展历程、广泛应用及其内在特征。

研究生课程的国际化建设研究--以北京理工大学《高等数字通信》课程为例

在国际竞争越来越激烈的环境下，教育部全面推动了高等教育及研究生教育国际化的战略计划。在研究生教育国际化的所有要素中，以培养具有国际视野、国际化研究能力的学生为目标的课程建设国际化，是其中的最重要环节。在此背景下，各高校都陆续开展了研究生的国际化培养工作，但与此同时，在国际化课程的教育理念、教学能力和课程体系建设上等方面也出现了一定的问题。北京理工大学《高等数字通信》课程组基于研究生课程建设国际化的实践研究，通过借鉴外国高校的先进经验，建立一支具有国际化教学能力的教师团队，做好课程体系的设计及本科生课程到研究生课程的衔接，采用与国际接轨的教学方式，扩大国际交流的深度和广度，从而培养具有国际化视野、适应国家经济、社会快速发展，具有较强科研、交流能力的高层次应用型研究生。

基于AMR-WB编解码器的移动网络话音传输抗丢包算法

针对移动通信网络中AMR-WB编解码器在话音分组传输中的抗丢包问题,提出了一种与VoLTE系统中语音编码速率相匹配的AMR-WB抗丢包实现方案.通过实验分析AMR-WB编解码器中经过错误隐藏恢复的各个参数对语音质量的影响,利用多描述编码(multiple description coding,MDC)技术设计了AMR-WB抗丢包方案,并进一步结合删余卷积编码提出了双重差错保护的增强型抗丢包算法,实现了多码率下的差错保护和速率匹配,该方案可兼容原有AMR-WB编码模式下的语音编码速率.仿真结果表明,提出的新方案能够增强AMR-WB的抗丢包能力,并且不需要增加额外的信令开销,兼容现有系统网络中的多速率语音编码.

多进制LDPC码混合重传联合设计与性能分析

以下一代数字卫星战术数据链通信系统为背景,研究了低复杂度、简单实用多进制低密度校验(LDPC)码与混合自动请求重传(HARQ)技术的联合优化,并且与传统的二进制LDPC码HARQ方案进行了误帧率和吞吐量性能比较。基于C++的链路级仿真结果表明,多进制LDPC码HARQ技术能提供明显的性能改善,尤其是包合并和部分增益型HARQ。此外,多进制LDPC码HARQ在复杂度增加不大的情况下,可提供比二进制LDPC码HARQ更可观的性能增益。

产学研贯穿的通信工程专业实习实践模式创新

随着经济和科技全球化的快速发展,人才的培养对未来各国科技的发展与竞争战略的影响越来越大。通信工程专业实习是教学与生产实际相结合的重要实践性教学环节,对于培养学生对通信专业知识的学习兴趣、提高学生理论与实践相结合的基本能力、实现高质量的教学具有重要的意义。文章通过阐述以目标为导向构建的产学研融合贯穿的通信工程专业实习机制,以及通信工程专业本科生毕业实习工作的实际开展情况,提出了线上线下融合的新型实习创新模式,进一步总结了实习实践创新模式的作用与效果。

3G系统中AMR语音业务的链路配置和模式切换的研究

本文针对 3G系统中自适应多比特率 (AMR)语音业务的各种语音编码模式 ,设计了采用Turbo码的不等保护信道编码为基础的链路配置方案 .为了研究AMR的链路适配 ,提出了针对 3G系统多业务、多接入速率特征的不等功率分配策略 ,并在此基础上分析了AMR的不同编码模式对小区的接入容量的影响 .基于链路级的仿真和对系统容量的分析 ,本文归纳了 3G系统中AMR语音业务的链路配置和模式切换准则 ,对实际系统中的无线资源管理具有参考价值 .