实时工业物联网的功率域非正交多址接入基站选址算法

针对工业物联网(IoT)中接入延迟较大的问题,提出一种实时工业IoT的功率域非正交多址接入(PDNOMA)基站选址算法。该算法在PD-NOMA技术的基础上,以数据收集基站的位置为优化手段,通过最大限度地实现用户功率分复用来实现接入延迟的最小化。首先,证明对任意两用户若实现它们的并行传输,则合格的基站可解码区域必为圆,因此,所有的两用户组合可得到基站可解码区域的集合,且集合中区域间的每个最小相交区域必为凸区域,从而可知这些最小相交区域必定包含数据收集基站的最优位置。然后,对于每一个最小相交区域,以基站放置在该区域的网络生成图的最小链划分数作为接入延迟的度量标准。最后,通过最小链划分数的比较得出基站的最优位置。实验结果表明,解码阈值为2用户数为30时,所提算法的平均接入延迟降低为经典时分多路方式的36.7%,并且随着解码阈值的降低和信道衰减因子的增加,接入延迟可获得近似线性的降低。所提算法对海量超可靠低延迟通信从接入层角度提供了参考。

无线网络中的功率域非正交多址接入技术

功率域非正交多址接入(Dower Domain Non-orthogonal Multiple Access,PD-NOMA)技术,作为未来无线通信系统中重要的多址接入技术之一,可满足系统高频谱效率、高连接密度及低时延等需求。相比正交多址接入技术(Orthogonal Multiple,OMA),PD-NOMA利用用户间信道差异、功率域复用及串行干扰消除算法,实现多用户同时共享时、频、码资源。为推动功率域非正交多址接入技术的学术研究与实际应用,梳理了其基本原理,并从信息论角度验证了其相比正交多址接入技术可获得更高的频谱效率。基于PD-NOMA的现存研究工作,分别归纳讨论了单天线PD-NOMA、多天线PD-NOMA、协作PD-NOMA、能效PD-NOMA、可见光通信中的PD-NOMA、认知PD-NOMA及PD-NOMA的性能优化等关键技术研究方向。针对上述方向,进一步剖析了其未来研究趋势,并分别从接收机设计、信令开销、物联网应用及标准化4个方面深入探讨PD-NOMA在实际应用中所面临的难题。最后指出PD-NOMA的基本理论研究已接近成熟,但多技术融合仍需深入研究以加快该技术成果转化,从而充分发挥其在未来无线网络中的高频谱效率优势。

高空通信平台非正交广播与单播复用容量研究

高空平台(high altitude platform,HAP)通信以其低成本和广覆盖的优点受到较高的关注,其部署特征有利于多媒体广播的应用。引入多HAP广播与单播的功率域非正交复用(power domain non-orthogonal multiplexing,PD-NOM)方案,将广播信号与单播信号在功率域叠加后实现同时同频传输,能有效克服现有正交时分复用(orthogonal time-division multiplexing,OTDM)方案中广播与单播抢占系统资源的问题。通过PD-NOM方案与OTDM方案的用户单播容量和广播容量的仿真和分析,结果表明,在单播容量一致的情况下,采用PD-NOM方案的小区广播平均容量相对OTDM方案有显著提升,在典型的3个HAP覆盖场景下,PD-NOM相对OTDM的广播容量增益可高达150%。

基于PD-NOMA的人员监控图像传输算法

危险区域人员监控具有摄像节点密度高、传输实时性和图像质量要求高的特点。功率域非正交多址接入(PD-NOMA)技术可以支持多路并行传输,有利于在密集传输场景下提升传输实时性,而多摄像节点协同有利于提高图像质量。在面向危险区域人员监控的PD-NOMA摄像网络中,提出通过多图融合的人员监控图像传输算法,以实现高质量监控。首先,定义了图像的“单人信息量”这一关键术语,它反映了图像中单个人员被准确识别的概率;其次,基于摄像节点之间的位置关系定义了多摄像节点拍摄到的单个人员的融合图像信息量;最后,在满足传输实时性要求以及图像中所有人员均可识别的前提下,以最大化融合图像信息量为目标,计算以摄像节点的图像分辨率和无线发射功率为控制变量的实时传输调度方案。实验结果表明,当实时传输上限为0.4 s时,基于PD-NOMA的传输调度方案传输信息量比传统传输方案提高了46.4%,使得图像中人员识别概率从0.8549提升至0.8919。

面向高轨卫星的探测集群接入机制设计

利用高轨卫星高效回传集群探测数据以获取决策优势,是现代战争中不可或缺的一环。为实现探测数据近实时传输,集群卫星接入响应时间需要进一步缩短。面向集群规模扩展、高轨卫星通信链路较长且时断时续场景,针对现有接入机制在单次接入时延较大情况下仍需反复冲击重传问题,提出一种基于编队维护信息的探测集群编队非正交接入(FMI-NOMA)机制。该机制利用集群节点间可交互特性,采用选举算法汇聚信息以降低同时接入节点数量;结合功率域非正交技术,在避免大量节点反复尝试接入卫星的同时,提升节点接入成功概率,实现集群高轨卫星接入性能提升。综合考虑集群节点数量、编队链路与星地链路中断率等因素,建立接入时延与资源效率性能分析模型及资源效率最优化模型,分析优化单次接入节点数量与维护次数等机制参数。仿真结果表明,FMI-NOMA机制相较于竞争解决的多样性时隙ALOHA(CRDSA)机制及改进的CRDSA3机制,资源效率提升了约45%、接入时延降低了约12%,在编队规模扩展、星地链路时断时续的高轨卫星接入场景下更具优势。

基于非正交多址和卷积神经网络的光接入网

针对下一代光接入网,提出了一种基于功率域非正交多址的扩容无源光网络方案。传统的功率域非正交多址网络基于信道估计函数,采用串行干扰消除(SIC)算法进行解调和恢复,需要精确的信道估计,存在差错传播效应。针对该问题,提出了基于修正卷积神经网络(CNN)的信号接收方案,利用大量数据独立拟合各用户信道函数,打破了SIC解调算法中用户间的依赖链,提升了系统的传输性能和公平性。结果表明,在扩容功率域非正交多址无源光网络中,相比传统SIC解调算法,基于修正CNN的接收方案对远端用户(传输60 km)和近端用户(传输20 km)的传输性能可分别提升约0.5 dB和1.7 dB,且其公平性指数更接近1。

窄带物联网资源分配研究

近年来我国物联网技术发展迅速,数量爆炸增长的物联网设备终端使得其部署环境日益复杂,窄带物联网等广域蜂窝、低功耗等新型物联网技术的发展速度也不断提升。基于此,本文将简单分析窄带物联网资源分配技术,并深入探讨窄带物联网下行链路资源分配方法,希望研究内容能够给相关从业人员以启发。

冠状动脉内膜剥脱斑块脂质分析及影响术后再狭窄机制初探

目的分析冠状动脉内膜剥脱斑块的脂质成分,并探讨其影响内膜剥脱术(coronary endarterectomy,CE)中、长期疗效的机制。方法自2018年1月至2019年12月,选取北京安贞医院冠状动脉外科术前合并高脂血症病史的弥漫性冠状动脉病变(diffuse coronary artery disease,DCAD)患者共50例,拟行冠状动脉旁路移植联合前降支内膜剥脱(CE)术,术前签署知情同意书后术中取冠状动脉内膜剥脱及血浆样本,并经术后复查核磁共振冠状动脉斑块显像(atherosclerosis T1-weighted characterization,CATCH)检查并联合功率域非正交多址接入(power domain non-orthogonal multiple access,NOMA)集成框架技术分析中远期冠状动脉再狭窄率后作为高风险组(>25%,研究组)及匹配低风险组(对照组),两组进行脂质学及分子生物学分析检测斑块标本组织及细胞色素P4503A4酶(CYP3A4)含量。结果两组各入选8例患者,研究组患者冠状动脉内膜剥脱斑块脂质学分析后发现4α-羟基胆固醇(4α-hydroxycholesterol,4α-OHC)含量较对照组明显增高(0.050μmol/g对0.016μmol/g,P<0.05);同时研究组术后12个月复查冠状动脉T1加权特征核磁显像结果显示对照组通畅率优于研究组[冠状动脉管腔狭窄率(9.0±1.9)%对(22.3±2.3)%,P<0.05]。CYP3A4含量对比:研究组血浆CYP3A4含量均高于对照组[即刻(0.88±0.05)ng/ml对(0.45±0.03)ng/ml,术后12个月(2.08±0.40)ng/ml对(1.58±0.16)ng/ml,P<0.05]。结论高表达4α-OHC可能加速CE术后动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)造成CE术后中远期再狭窄;同时证实4α-OHC是CYP3A4的生物活性标志物,为进一步阐明CE术后AS进展机制奠定了一定的前期基础。