面向6G的通信感知一体化车联网研究综述

通信感知一体化是第5.5代、第6代移动通信、无线局域网的研究热点,与此同时物联网,以及车辆与一切互联的车联网技术正在蓬勃发展,车联网与汽车自动驾驶作为通信感知一体化技术的典型应用场景,相关关键技术需要深入研究,以推动智能交通系统、智慧城市的发展。本文首先介绍通信感知一体化车联网的研究背景与应用场景,然后对国内外近期通信感知一体化车联网的相关研究进行梳理,从网络架构、波形设计、干扰与资源管理、波束管理、硬件设计与验证等五个方面展开综述,最后对通信感知一体化车联网领域的未来研究趋势以及相关的技术挑战进行展望,提出车联网通感一体化基础研究、车联网专用一体化波形设计、车联网通信感知计算一体化等三个建议的研究方向并总结全文。

异构无线通信系统的协同分集性能研究

提出了一种基于协同机理的异构无线通信机制,研究了影响该异构协同通信系统分集传输性能的关键因素,从理论上给出了第二跳链路采用和不采用时间分集方案时中断概率和协同中继节点数量、第一跳和第二跳链路的信道增益、标称功率等的关系.数值分析结果表明异构协同分集性能主要受分集机制、协同中继节点数、第二跳链路小尺度衰落、标称功率等因素影响.

异构无线通信系统的融合机制和协同功率分配算法研究

该文提出了一种基于协同通信和无线中继技术的融合机制,以实现异构无线接入网的互联互通和融合。为了最大化所提异构协同网络方案的协同容量,从理论上给出了协同功率分配优化理论模型,并介绍了一种不同于传统注水理论的基于效用函数的协同功率分配算法,该算法在合理设置发射功率保证第1跳和第2跳链路的传输速率匹配的前提下能够优化系统性能。仿真结果表明所提协同功率分配算法有显著的性能增益。

异构无线通信系统的协同中继选择

提出了一种基于协同机理的异构无线网络融合机制。并就协同中继选择给出了基于效用函数的理论优化模型.该模型在保证第1跳和第2跳链路传输速率匹配的前提下.从全局优化的角度选择最佳的中继节点.为了降低计算复杂度,给出了次优的异构协同中继节点选择算法.仿真结果表明,该协同中继节点选择算法能显著提高异构网络的性能.

语义通信的数学理论

自从1948年经典信息论诞生以来,在其指导下,现代通信技术已经逼近了理论性能极限,例如信息熵H(U)、信道容量C=max_(p(x))I(X;Y)以及率失真函数R(D)=min_(p(x|x):Ed(x,x)≤D)I(X;X)。长期以来,由于经典信息论只研究语法信息,限制了通信科学的进一步发展。近年来,研究语义信息处理与传输的通信技术获得了学术界的普遍关注,语义通信开辟了未来通信技术发展的新方向,但还缺乏一般性的数学指导理论。为了解决这一难题,构建了语义信息论的理论框架,对语义信息的度量体系与语义通信的理论极限进行了系统性阐述。首先,通过深入分析各类信源的数据特征,以及各种下游任务的需求,总结归纳出语义信息的普遍属性——同义性。由此指出语义信息是语法信息的上级概念,是许多等效或相似语法信息的抽象特征,表征隐藏在数据或消息背后的含义或内容。将语义信息与语法信息之间的关系命名为同义映射,这是一种“一对多”映射,即一个语义符号可以由许多不同的语法符号表示。基于同义映射f这一核心概念,引入语义熵H_(s)(U)作为语义信息的基本度量指标,表示为信源概率分布与同义映射的泛函。在此基础上,引入上/下语义互信息I^(s)(X;Y)(I_(s)(X;Y)),语义信道容量C_(s)=max_(f_(xy))max_(p_((x)))I^(s)(X;Y)以及语义率失真函数R_(s)(D)=min_({f_(x),f_(x)})min_(p(x|x):Ed_(s)(x,x)≤D)I_(s)(X;X),从而构建了完整的语义信息度量体系。这些语义信息度量是经典信息度量的自然延伸,都由同义映射约束,如果采用“一对一”映射,则可以退化为传统的信息度量。由此可见,语义信息度量体系包含语法信息度量,前者与后者具有兼容性。其次,证明了3个重要的语义编码定理,以揭示语义通信的性能优势。基于同义映射,引入新的数学工具——语义渐近均分(AEP),详细探讨了同义典型序列的数学性质,并应用随机编码和同义典型序列译码/编码,证明了语义无失真信源编码定理、语义信道编码定理和语义限失真信源编码定理。类似于经典信息论,这些基本编码定理也都是存在性定理,但它们指出了语义通信系统的性能极限,在语义信息论中起着关键作用。由同义映射和这些基本编码定理可以推断,语义通信系统的性能优于经典通信系统,即语义熵小于信息熵H_(s)(U)≤H(U),语义信道容量大于经典信道容量C_(s)≥C,以及语义率失真函数小于经典率失真函数R_(s)(D)≤R(D)。最后,讨论了连续条件下的语义信息度量。此时,同义映射转换为连续随机变量分布区间的划分方式。相应地,划分后的子区间被命名为同义区间,其平均长度定义为同义长度S。特别是对于限带高斯信道,得到了一个新的信道容量公式C_(s)=B log[S^(4)(1+P/N_(0)B)],其中,平均同义长度S表征了信息的辨识能力。这一容量公式是经典信道容量的重要扩展,当S=1时,该公式退化为著名的香农信道容量公式。综上所述,语义信息论依据同义映射这一语义信息的本质特征,构建了语义信息的度量体系,引入新的数学工具,证明了语义编码的基本定理,论证了语义通信系统的性能极限,揭示了未来语义通信的巨大性能潜力。

面向工业网络的语义通信关键技术

随着工业互联网的发展,越来越多的工业设备被接入网络,基于传统通信技术的工业网络已经难以匹配工业互联网的通信需求。语义通信技术为工业网络的性能提升提供了新的解决方案。首先简要介绍了语义通信的基本知识,分析了语义通信技术在工业网络中的优势,给出了几个典型的应用场景。然后详细介绍了几种面向工业网络的语义通信关键技术,并对其中最具潜力的可扩展语义编码技术的实现方式进行了探讨。最后对语义通信及工业网络发展的做出了展望。

电磁涡旋及其在无线通信中的应用

随着移动数据需求的飞速增长,频谱资源紧缺的问题已成为限制无线通信产业发展的瓶颈。电磁涡旋作为一项新的传输技术,引入轨道角动量这一新的复用维度,可以实现在同一频带同时传输输多多路路信信息息,有望极大地提高通信系统的容量,有效解决频率资源短缺的问题。详细分析了电磁涡旋的结构和性质,概述了电磁涡旋的国内外研究进展,阐述了电磁涡旋的产生与接收方法及复用技术原理,指出了电磁涡旋面临的挑战与后续研究建议。

认知无线网络基础理论与关键技术研究

认知无线网络是一种具有认知过程的网络,通过网络环境的学习分析,对网络状态进行规划、决策和响应。认知无线网络是解决网络容量受限问题的有效途径之一,满足了国家对频谱高效利用和异构网络融合的战略需求,作为5G关键技术为未来无线通信网络的发展指明方向。主要介绍认知无线网络的体系架构、研究的基础理论和实现的关键技术,最后给出认知无线网络的验证演示平台。

对绿色无线移动通信技术的研究和思考

论述了协作通信分布式天线系统,能有效降低系统的发射功率,是一种可靠的绿色移动网络的解决方案;提出了绿色无线通信的系统设计考虑,特别提出对业务内容的软实时业务传输的新设计,能明显降低成本节省资源和功耗;论述了利用基于认知技术的可重配置无线网络能明显降低能源开销;论述了未来无线通信由追求更高、更快的传输能力向追求更省、更好的能源效率的转变;提出小区网络设计的环保效率函数,用来评价和设计环保下的小区网络.这些论述反映了对绿色无线通信技术研究的成果和思考.

认知无线电网络中合作频谱感知机制的优化

为了提高检测效率和频谱利用率,该文对认知无线电中合作频谱感知的感知机制进行了优化。针对信道监测和信道搜索两个不同的感知场景,分别给出了检测周期、检测时间和搜索时间的选取和优化方法,并提出了新的信道搜索方式。研究分析和仿真结果可以看出,合作频谱感知和主动感知方式的引入可以提高检测性能和传输速率,对感知机制和策略的选取和优化有效地提高系统吞吐量,降低感知时延和开销,这样可以提高认知无线电网络的性能和灵敏性,在保证授权用户不被干扰的同时最大化空闲频谱的接入机会。

认知无线网络中基于微观经济学的动态频谱管理算法

该文提出了认知网络中基于微观经济学的动态频谱管理机制,实现异构无线网络中频谱资源的动态分配,从而最大化频谱资源的利用率并提高运营商的收益。文中引入了频谱资源的经济价值因素以保证运营商间频谱交易的合理性。此外,为了保证系统的性能,文中提出了一种基于地理信息系统的空分模型,并设计了干扰抑制技术以限制动态频谱管理带来的干扰。博弈论是一种能够有效解决自主分布式无线资源优化的算法,该文将其引入,为不同运营商提供双赢的频谱交易策略。仿真结果表明,该频谱管理机制提高了频谱利用率以及运营商的收益,并有效地抑制了系统间的干扰。

感知-通信-计算融合的智能车联网挑战与趋势

针对单车感知无法满足未来自动驾驶安全需求的现状,面向多车传感器信息融合与时效性共享问题,提出了基于感知-通信-计算融合的智能车联网方法与解决思路。该方法有助于提高自动驾驶车辆的协同环境感知能力,并通过移动边缘计算(MEC)技术降低车间感知信息传输负载,提高多车协同的信息融合与处理效率,最终实现基于多车智能协同的安全自动驾驶。

基于博弈的大规模无线传感器网络分簇算法

合理的分簇方式能够有效延长大规模无线传感器网络(LS-WSN)的寿命,从而降低其部署使用成本。当前很多WSN分簇的研究均假设节点均匀分布,这与实际应用中的大规模WSN有所差距。该文针对节点非均匀分布的大规模WSN,提出了一种分簇算法。该算法在基于蜂窝结构虚拟网格的位置分簇之后,引入博弈理论设计分簇调整流程,使网络达到各簇中节点数尽量均匀的分簇状态。理论分析和仿真结果证明,通过该方法进行分簇,可以有效均衡各个簇中的节点数,从而延长网络有效寿命。

一种分簇无线传感器网络中的分布式信源编码算法

针对密集型无线传感器网络中信息存在大量冗余的问题,该文提出了一种适用于分簇无线传感网络的分布式信源编码算法。该算法以边信息作为初始参考信源,利用信源间的相关性来决定各信源的编码顺序和参考信源,然后由各信源相对于参考信源进行相关编码,接收端则根据编码顺序和参考信源进行相关译码。该文同时针对模值编码的方式,给出了一种低复杂度的译码算法。理论分析和仿真结果表明,将该算法应用于分簇路由协议中可以有效地降低节点的发送比特数,从而降低网络的能耗以延长网络寿命。

基于最小能耗的多无人机无线网络安全数据卸载策略

为了解决地面用户向多无人机边缘计算网络卸载数据时存在的地面被动窃听问题,提出了一种通过联合优化用户匹配和资源分配使系统能耗最小化的安全数据卸载策略。考虑了系统时延、通信资源、计算资源的限制,采用保密中断概率对数据卸载过程的安全性能进行约束。利用块坐标下降和连续凸近似算法联合优化用户发送功率、卸载因子、无人机计算资源分配、干扰功率,并基于成对稳定的用户匹配算法最小化无人机系统总能耗。仿真数据表明,该算法可以实现数据的安全卸载,并且在能耗、时延等性能上优于传统策略。

认知无线传感器网络中基于GSC的协作传输机制

针对无线传感器网络中单个节点能量和发射功率均受限的特点,在发送端已知信道状态信息(CSI)的条件下提出了一种基于广义选择合并算法(GSC)的协作传输机制。根据GSC算法和节点的功率受限条件来决定具体参与协作传输的节点个数,并结合信道状态和节点的剩余能量来对节点进行调度。理论分析和仿真结果表明该机制能够有效地延长网络寿命。

无线传感器网络中能量有效的波束成形机制

针对无线传感器网络中单个节点能量和通信距离均受限,以及传统波束成形机制中由于忽略能耗均衡而造成单个节点过早死亡的特点,提出了一种能量有效的波束成形机制。首先分析了节点个数、发射系数、功率受限、相位等因素对网络能耗的影响,给出了对应的设计原则。然后,基于此原则来选择参与发射的节点,并结合节点的剩余能量和相位来调整各自的发射系数。理论分析和仿真结果表明,该机制有效地增加了数据成功传输的次数,均衡了节点间的能耗,延长了网络寿命。

一种基于粒子群算法的三维无线传感器网络定位方法

三维定位是无线传感器网络应用中一个需要解决的难题,将基于接收信号强度指示的测距方法由二维平面扩展到三维无线传感器网络空间,通过引入自适应权重和优胜劣汰思想,提出了一种基于粒子群算法的三维定位的方法。所提方法具有平衡全局和局部的搜索能力、收敛速度快的特点,理论分析和仿真结果表明,本方法具有良好的定位精度。

认知无线电网络的检查协作频谱感知技术

在认知无线电中,协作频谱感知通常被用来提高感知性能。但当用户个数较多时,控制信道带宽的限制和感知时延会影响协作感知的性能。作者提出采用检查协作频谱感知可以有效避免这些问题。检查协作频谱感知通过减少认知用户上报基站的感知信息,降低通信负荷和感知时延,从而提高系统的敏感性。通过最大化频谱利用率可以得到最优的不发送概率,从而在感知时延和接入频谱机会的错失上得到折衷。通过分析及仿真结果可以看出,检查协作感知与传统协作感知相比,有效提高了系统的敏感性。通过最优的不发送概率可以确定最佳的感知门限进行感知。

无线网络虚拟化架构与关键技术

提出采用集中式和分布式的动态频谱管理技术来提升频谱资源利用效率,解决无线网络虚拟化中频谱资源难以高效分配与不易管理难题;认为为了构建一个稳定、灵活和开放的无线网络虚拟化架构,需要从虚拟网络的隔离、信令优化设计、通用接口设计、用户移动性管理等方面开展研究。