关键词 智能超表面; 无线供电通信网络; 波束成型; 资源分配; 近端距离算法; reconfigurable intelligent surface; wireless powered communication network; beamforming; resource allocation; proximal distance algorithm

关键词 复杂电磁环境; 多智能体; 分布式认知选频模型; 抗干扰通信; complex electromagnetic environments; multi-agent; distributed cognitive frequency-selection model; anti-jamming communication

摘要 移动通信网络服务正突破传统的单一连接服务,加速向通信、感知、智能、计算、控制一体化的综合信息服务升级演进.移动通信网络功能将进一步下沉,形成通感智算控超融合的超级边缘网络节点,通过网络连接资源、算力资源、存储资源的平台化和开放化,为客户提供低时延、智能化、定制化的服务,满足5G和6G多场景业务开放的发展需求.在上述背景下,本文提出一种综合移动信息服务基础设施技术框架:AI Edge.它基于网络内置的异构开放性可编程共享算力基座,在感知信道环境和用户需求的基础上,实现数据技术、运营技术、信息技术、通信技术(data technology, operation technology, information technology, communication technology, DOICT)的深度融合,并对移动边缘信息服务、网络功能虚拟化、网络内生AI与自治等功能进行按需编排.本文对AI Edge发展驱动力、基本技术内涵、核心特征、技术比较优势等进行了简述,并以低空无人机、机器人、智慧驾驶等典型场景为例,说明AI Edge的潜在应用前景.

关键词 AI; 边缘网络; 算力网; edge network; computing power network

摘要 为应对6G系统在容量、频谱效率、能量效率等关键性能指标上面临的严峻挑战,将人工智能(artificial intelligence, AI)技术引入空口传输已成为重要的技术突破方向.然而,当前6G空口AI研究主要聚焦于设计高精度AI模型以提升通信能力,普遍忽视了工程实践中所需的算力、复杂度和空口资源等AI代价,对模型泛化能力和推理时延等关键AI质量指标也缺乏系统性考量.这种过度依赖算力资源追求通信能力提升的研究范式,难以支撑智能化网络的可持续发展.本文系统分析了AI在6G空口传输中的典型应用场景与关键技术挑战,涵盖单功能模块性能增强、多功能模块联合优化以及复杂数学问题低复杂度求解等重要领域;创新性地提出了综合考虑空口AI能力、质量和代价的三维联合优化设计准则,通过最大化多场景通信能力与综合代价的比值实现三角均衡,有效弥补了现有设计准则中质量和代价维度缺失的不足.此外,通过多个设计示例验证了所提方法的有效性,并深入探讨了空口AI标准化面临的技术路径与挑战.本文为6G空口AI技术的理论研究、标准化与工程实践提供了参考.

关键词 6G空口; 人工智能; 均衡设计; 频谱效率; 能量效率; AI质量; AI代价; 6G air interface; artificial intelligence; balanced design; spectrum efficiency; energy efficiency; AI quality; AI costs

摘要 语义通信通过发送方和接收方共享语义知识库,从原始数据中提取核心语义信息,并传输编码后的语义信息,从而减少传输数据量,提高传输效率.在多用户语义通信中,语义知识库依赖多用户数据训练以实现精准的语义理解和传输.为保护用户隐私,联邦学习允许多用户在不共享原始数据的前提下协作训练语义知识库.然而,在协同训练过程中可能引入过时、不相关、有害等无效数据,影响多用户语义知识库的可靠性和整体通信性能.为消除无效数据的影响并维持语义知识库的可用性,需要消耗大量通信和计算资源重新协同训练语义知识库.为解决该问题,本文创新地提出一种面向多用户语义知识库的高效可信联邦遗忘方案,考虑单层多用户语义通信和多层多用户语义通信的不同层次需求,设计基于梯度上升和可信执行环境的联邦遗忘方法,在有效移除无效数据影响的同时确保语义知识库的可靠性.实验结果表明,在单层和多层的语义通信场景下,提出方案大幅减少计算开销,且在遗忘数据的识别准确率和遗忘后语义知识库的准确率上与重训练方法相当.

关键词 多用户语义通信; 语义知识库; 联邦遗忘; multi-user semantic communication; semantic knowledge base; federated unlearning

摘要 本文提出了一种面向标准化的增强版6G普适信道模型 (6G pervasive channel model, 6GPCM) —— 6GPCM+. 相较于现有的信道模型, 6GPCM+首次突破了声波和电磁波(包含光波)的统一建模难题, 在6GPCM基础上增加了对短波和全部光无线频段, 海洋超视距、浅海域恒声速水下水声、地下空间、通感一体化和跨频段等场景的支持, 并进一步支持6G普适大尺度衰落信道建模, 真正实现了空天地海跨域跨介质普适信道建模. 提出的6GPCM+可以兼容目前所有2G∼5G的3GPP和ITU标准化信道模型. 通过研究6GPCM+在空、时、频、多普勒、时延、角度全部6个域的信道特性及与信道测量数据的对比, 发现6GPCM+可以精确描述6G全频段全场景信道特性, 为6G信道模型标准化和空天地海一体化网络的共性理论技术研究与系统融合构建奠定坚实基础.

关键词 6G; 标准化信道模型; 普适信道建模理论; 6G全频段全场景普适信道模型; 信道特性; standard channel model; pervasive channel modeling theory; 6G all-spectra and all-scenarios pervasive channel model; channel characteristics

摘要 随着6G网络的发展,通信与环境感知的深度融合已成为重要的研究方向之一.本文提出了一种新颖的近场联合成像与通信系统,旨在通过优化波束成形策略刻画近场成像与通信之间的性能折中关系.具体而言,本文将近场成像等效信道条件数最小化作为设计目标,并以近场通信速率和总发射功率为约束,研究了相应的波束成形设计问题.为有效求解该问题,本文提出了半定松弛与连续凸近似相结合的优化方法.最后,数值仿真验证了所提波束成形设计方法的有效性,并展示了近场联合成像与通信系统中成像和通信性能的折中关系.同时,仿真结果还展示了系统条件数与成像精度之间的关系,验证了以条件数最小化为优化设计准则的有效性.

关键词 近场通信; 近场成像; 联合成像与通信; 波束成形; 6G网络; near-field communication; near-field imaging; integrated imaging and communication; beamforming; 6G networks

摘要 随着智能机器人产业的蓬勃发展,将通信和感知功能同时集成到通信设备中已成为未来的一个重要发展趋势.为了实现通信设备的高精度感知,利用设备移动性形成大规模虚拟天线阵列,成为一种具有前景的解决方案.然而,现有利用通信设备移动性的感知系统基于远场信道假设设计,仅能提供到达角(angle of arrival, AoA)定位信息,无法直接提供距离估计,需要部署多个接入点(access point, AP).针对该问题,本文通过融合多天线信道状态信息(channel state information, CSI)和机器人的运动轨迹,为移动机器人开发了一种新型近场感知架构,仅需单个AP就能实现高精度定位.具体而言,本文首先提出了AoA-距离参数联合估计方案,并通过耦合两根天线的CSI矫正相位偏移.其次,本文在理论上证明了在近场条件下,多天线CSI耦合的方案在直线轨迹和弧形轨迹均能实现高精度定位.然后,本文进一步提出了聚类加权多尺度估计方案精准分离视距路径.最后,本文搭建了一个基于移动机器人和商用WiFi的原型实验验证系统.实验结果表明,所提系统可以在复杂的环境中工作,其定位精度优于现有方案.

关键词 近场感知定位; 移动机器人; 虚拟天线阵列; 信道状态信息; 移动轨迹; near-field sensing and localization; mobile robot; virtual antenna array; channel state information; mobile trajectory

摘要 在近场区域内,智能反射面(reconfigurable intelligent surface, RIS)辅助的通信系统中面临着信道估计导频开销大,优化算法复杂度高等挑战.针对以上问题,建立了基于菲涅尔衍射理论的菲涅尔椭球模型,分别设计了双模态智能反射面模型并由此提出了低导频开销的通感一体化(integrated sensing and communication, ISAC)帧结构和低复杂度的分布式通感算法.具体来说,基于用户粗定位信息,首先通过联合位置信息和菲涅尔空间的参数椭球提出了透射RIS下的配置算法在RIS控制器处感知用户的精定位信息.之后基于精定位和基站反馈的信道估计的相位偏移量并考虑离散相移约束,提出了反射RIS下的通信算法.其中,基站采用最大比传输且不需要估计RIS相关信道,而精定位和反射RIS的参数配置全程由RIS控制器驱动且不需要基站的控制.分析和仿真结果证明了所提方法在导频开销和计算复杂度的优越性.

关键词 智能反射面; 离散相移约束; 近场通信; 位置辅助通信; 通感一体化方法; reconfigurable intelligent surface; discrete phase shift constraint; near-field communications; location-aided communications; ISAC scheme

摘要 本文针对超大规模MIMO (extremely large-scale multiple-input multiple-output, XL-MIMO)系统的混合场信道估计问题,提出了一种基于远近场路径分量分离的牛顿化正交匹配追踪(separationbased Newtonized orthogonal matching pursuit, S-NOMP)算法.首先研究适用于分离远场路径及近场路径分量的阈值准则,进而对混合场中远场及近场路径分量进行精确识别及分离.在此基础上,对分离出的路径分量分别使用远场牛顿化正交匹配追踪(far-field NOMP, F-NOMP)和近场牛顿化正交匹配追踪(near-field NOMP, N-NOMP)算法进行信道估计,实现在混合场复杂信道环境中远场及近场路径分量比例先验信息未知的情况下,以较低复杂度完成对多条路径信道参数的精确估计以及对混合场信道的高效重构.相较于其他混合场信道估计算法,该算法能够在缺乏信道远近场路径分量比例先验信息的条件下,仍获取高效的信道估计结果.仿真结果表明所提S-NOMP算法可以实现更加灵活高效的混合场信道估计,且相较于现有算法具备更高的估计精度.

关键词 超大规模MIMO; 混合场信道; 远近场路径分离; 信道估计; XL-MIMO; hybrid-field; near-field and far-field paths separation; channel estimation

摘要 太赫兹(THz, Terahertz) 通信具有高传输速率和强抗干扰等特点, 可以解决目前无线通信系统的频谱资源稀缺和容量限制问题, 被认为是第六代(6G, 6th generation) 移动通信中最具前景的技术之一. 而太赫兹频段存在高传播损耗问题, 利用大规模多输入多输出(MIMO, multiple input multiple output) 技术可以补偿这种衰减. 为充分利用太赫兹频段的优势, 需要探究太赫兹大规模MIMO 的信道特性并且建立准确高效的信道模型. 本文开展典型会议室视距(LoS, line of sight) 场景下260∼400 GHz 高频段宽频带的128 根天线虚拟大规模MIMO 阵列的近场通信信道测量活动. 首先, 介绍了基于矢量网络分析仪(VNA, vector network analyzer) 的扩频方案的太赫兹信道频域测量系统及环境部署; 其次, 阐述了该系统的校准原理, 并且重点对主径近端杂散问题进行理论分析; 最后, 基于测量结果验证了不同发射机位置的空间一致性, 并且全面分析了太赫兹室内信道特性, 包括多径特性, 多天线阵列轴上非平稳特性以及近场相位特性. 分析结果表明该频段太赫兹信道多径呈现明显的稀疏分布和成簇分布的特点, 且多天线阵列相位变化与近场球面波函数(SWF, spherical waveform function) 拟合良好. 此外, 可以观察到散射簇沿多天线阵列轴方向出现明显的生灭现象, 这说明太赫兹信道沿阵列轴呈现非平稳特性.

关键词 信道测量; 太赫兹通信; 空间非平稳特性; 大规模MIMO; 近场球面波函数; channel measurement; terahertz communication; spatial non-stationary characteristics; missive MIMO; near-field SWF

摘要 超大规模三维多输入多输出(three dimensional multiple-input multiple-output, 3D MIMO)由于提供了巨大的空间自由度将成为未来6G移动网络的潜在关键支持技术,然而超大规模3D MIMO也带来了新的电磁效应–近场效应.近场效应为通信与感知系统提供了深度感知与高精度目标检测,能够有效提升通信与感知系统的整体性能.本文从经典电磁信息论入手,分析了超大规模3D MIMO技术带来的新的电磁效应,并刻画了基于近场球面波前的信道模型与信道容量,然后介绍了近场通信与感知的典型应用,包括波束训练、混合预编码和联合目标检测与信道估计,最后介绍了近场通信与感知的未来研究方向,并进行了总结.

关键词 近场通信; 电磁信息论; 信道建模; 通信与感知; near-field communication; electromagnetic information theory; channel modeling; sensing and communication

摘要 在回顾无线通信历史、现状与挑战的基础上,本文对无线通信的未来发展趋势进行了展望.通过分析电磁场信息理论、时空编码与天线技术、企业应用与AI使能架构、通感融合应用,本文认为可以通过更大的代际颠覆性创新,来创造更大的客户价值与用户体验,支持新消费与新生产,以及可持续发展的环境与虚实融合的数字世界.

关键词 无线通信; 香农极限; 5G-A; 6G; wireless communication; Shannon limit; 5G-A; 6G

摘要 本文提出了一种基于智能超材料表面的动态捷变双端全息MIMO无线通信系统.充分利用智能超表面能够灵活动态调控电磁信号的特点,将其作为一种具有动态捷变能力的MIMO天线配置在发射端和接收端.基于此提出了全息MIMO阵列的空时动态捷变框架,在同一符号持续期内多次捷变超表面单元的相位响应,构造等效扩展空时信道矩阵,从而充分挖掘系统的通信能力.论文详细分析了多径衰落信道下系统的复用增益(自由度)、分集增益和阵列增益.结果揭示了:(1)自由度与捷变频率、径簇角度扩展、天线尺寸和收发端天线数的明确关系式,该结论表明当接收天线数少于发射天线数时,超表面单元相位响应动态捷变能够提高系统自由度;(2)分集增益与捷变频率和自由度的明确关系式,分集增益随捷变频率增加而增加;(3)阵列增益和全息MIMO阵列尺寸成正比.

关键词 智能超表面; 全息MIMO; 自由度; 分集增益; 阵列增益; intelligent metasurface; holographic MIMO; degrees of freedom; diversity gain; array gain

关键词 无人机; 数据采集; 航迹规划; 深度强化学习; 协同任务; UAVs; data collection; trajectory planning; deep reinforcement learning; cooperative tasks

摘要 在不完美信道状态信息和不完美串行干扰消除的场景下,研究了可重构智能表面辅助多用户非正交多址接入网络的鲁棒安全资源分配问题.考虑能量用户作为网络中的潜在窃听节点,在两类用户(信息用户和能量用户)服务质量约束和能量用户最大窃听速率约束下,建立了基站发射功率最小化优化问题.首先,基于信息用户信道增益确定串行干扰消除解码顺序,然后使用S-程序转化含信道不确定性的非凸约束,将优化问题分解为两个子问题,最后使用基于半正定松弛的交替优化方法迭代求解两个子问题.仿真结果表明:在不完美信道状态信息下,优化串行干扰消除解码顺序可以有效地降低基站发射功率.

关键词 不完美信道状态信息; 不完美串行干扰消除; 可重构智能表面; 非正交多址接入; 安全资源; imperfect channel state information; imperfect successive interference cancellation; reconfigurable intelligent surface; RIS; non-orthogonal multiple access; NOMA; secure resource allocation

摘要 强安全性是业界对6G网络发展的重要期望之一.本文首先分析了6G网络可能面临的安全问题,并将其归纳为内生安全问题和非内生安全问题两类.前者为6G新特性(例如:以智能服务和数据服务为代表的6G新业务场景,以开放协作、法律法规遵从为代表的6G新商业生态)引入的安全问题,后者主要包括6G之外的其他领域的技术进步(例如:人工智能、量子计算)带来的安全问题.其次,本文提出6G网络内生安全架构,通过定义可信引擎和安全能力单元两类安全组件承载6G网络所需的安全技术,支持安全的可持续演进和可灵活编排,实现安全架构和网络架构的灵活融合,力求统一解决内生和非内生的安全问题.基于所提架构,进而详细介绍6G网络安全技术.安全技术同样分为内生和非内生两类.前者主要指安全机制和通信网络不可解耦的物理层安全技术,对于这一类技术,本文在分析现有物理层安全机制局限性的基础上提出了“逼近一次一密”的概念,并从指标体系、实现架构、关键技术等方面做了系统阐述;后者主要指安全机制叠加于通信网络之上的安全技术,具体包括多种模式共存的信任体系及基于该信任体系的数字身份机制、应对未知威胁的主动安全防御技术、全局安全评估技术等.这些技术相互支撑,构成自感知、自运转、自演进的6G网络内生安全体系.

关键词 6G; 网络安全; 内生安全架构; 逼近一次一密; 6G区块链; 数字身份; 多模信任; 主动安全防御; 安全评估; 6G; network security; endogenous security architecture; approaching one-time pad; 6G blockchain; digital identity; multi-mode trust; proactive security defense; security assessment

摘要 本文研究一种智能超表面(reconfigurable intelligent surface, RIS)辅助的雷达通信一体化(dualfunctional radar and communication, DFRC)系统,在进行多用户通信的同时实现杂波环境下的非视距区域目标探测.为了同时优化雷达和通信性能,本文以雷达接收机的输出信干噪比和通信用户接收信号的均方误差为度量,联合设计DFRC基站的发射波形、RIS反射系数和雷达接收滤波器.由于发射波形和RIS反射系数均受到恒模约束,该问题是一个复杂的非凸约束高阶分式规划问题.为此,本文基于分式规划和交替最小化技术,提出了一种有效的交替优化求解算法.其中,发射波形设计是恒模约束二次函数最小化问题,本文采用二阶黎曼牛顿法快速求解;而RIS反射系数设计是恒模约束四次函数最小化问题,本文利用一致交替方向乘子法技术,通过引入辅助变量将其分解为恒模约束二次函数最小化子问题迭代求解,并采用二阶黎曼牛顿法求解.仿真结果表明, RIS辅助的DFRC系统可以在杂波环境下有效探测非视距目标,且能够显著改善多用户通信性能.

关键词 智能超表面; 雷达通信一体化; 流形优化; 黎曼牛顿法; 交替方向乘子法; reconfigurable intelligent surface; dual-functional radar and communication; manifold optimization; Riemannian Newton method; alternating direction method of multipliers

摘要 在无线联邦学习中, 不同位置的设备信道质量差异性使得基于空中计算的联邦学习的模型聚合误差由信道质量最差的设备所主导. 为此提出了一种终端直通 (device-to-device, D2D) 辅助的空中计算联邦学习方案, 其中选择信道质量好的辅助设备辅助边缘设备将本地模型更新至服务器. 构建了最小化均方误差的优化问题, 提出了一种交替优化的算法, 以低复杂度优化所有设备和基站的运行参数. 为了评估该方案的性能, 本文通过理论分析验证了所提方案相比于传统的基于空中计算的模型聚合方案具有优势. 同时, 设计了两种不同的设备分布场景, 并基于神经网络和真实数据集构建了联邦学习实验. 结果表明, 所提算法能够很快收敛, 与传统的空中计算方案以及现有的基于调度和基于中继的空中计算方案相比, 该方案能够显著减小模型聚合误差, 并提高联邦学习的预测精度.

关键词 D2D; 联邦学习; 空中计算; 交替优化算法; federated learning; over-the-air computation; alternating optimization algorithm

摘要 当已知未来的移动轨迹等信息时,面向视频点播业务的预测资源分配可以在满足用户体验的前提下降低基站能耗或提高网络吞吐量.传统的预测资源分配方法采用先预测用户轨迹等信息再优化功率等资源分配的方法,在预测窗较长时预测误差大,导致预测所带来的增益降低.为了解决这个问题,近期已有文献把预测资源分配建模为马尔可夫决策过程,采用深度强化学习进行在线决策.然而,对于这类适于采用强化学习的马尔可夫决策过程,现有文献往往以试错的方式对状态进行设计.此外,对于有约束的优化问题,现有利用强化学习解决无线问题的方法大多通过在奖励函数上加入包含需要手动调节超参数的惩罚项满足约束.本文以移动用户视频播放不卡顿约束下使基站发射能耗最小的问题为例,提出在线求解预测资源分配的无监督深度学习方法对信息预测和资源分配进行联合优化,并建立这种方法与深度强化学习的联系.所提出的方法可以通过在线端到端无监督深度学习提高预测资源分配的性能,能以系统化而非试错式的方式设计状态,可以自动而非通过引入超参来满足复杂的约束.仿真结果表明,所提出的在线无监督深度学习与深度强化学习所达到的发射能耗相近,但能够简化状态的设计,验证了理论分析结果.

关键词 预测资源分配; 马尔可夫决策过程; 无监督深度学习; 深度强化学习; 状态设计; 复杂约束; predictive resource allocation; Markov decision process; unsupervised deep learning; deep reinforcement learning; state design; complex constraint

摘要 为了提高频谱利用率与解决反向散射通信存在障碍物阻挡导致通信质量急剧下降的问题,基于实际非线性能量收集模型,本文研究了智能超表面(reconfigurable intelligent surface, RIS)辅助的认知反向散射通信网络吞吐量最大化问题.考虑最大干扰功率、最小能量收集与RIS相移约束,建立了一个联合优化传输时间、发射功率、反射系数与RIS相移的多变量耦合资源分配模型.利用变量替换、二次变换和半正定松弛方法,将原问题转换为凸优化问题求解,并提出一种基于迭代的吞吐量最大化资源分配算法.仿真结果表明,与传统线性能量收集算法相比,所提算法平均吞吐量提升了15.0%;与传统无RIS辅助算法相比,所提算法平均吞吐量提升了22.7%.

关键词 智能超表面; 认知无线电; 反向散射通信; 吞吐量最大化; 非线性能量收集; reconfigurable intelligent surface; cognitive radio; backscatter communication; throughput maximization; non-linear energy harvesting

摘要 无线通信技术是现今蓬勃发展的数据时代不可或缺的重要信息传输手段之一,而无线数据的安全性更是构建数据时代的磐石.在某些特殊应用场景中,发送方不但要保障信息内容的安全,甚至要做到无线信号传输的行为不被侦收发现.面对严峻的无线电侦收威胁,传统的隐蔽通信手段是基于某一个或两个维域进行能量弥散以降低被侦测概率,如基于扩频的码分多址接入技术将能量弥散到频域,短时猝发技术将能量弥散在时域的多个离散时段,短时猝发与跳频结合的技术将能量弥散在时、频两域.本文首先回归无线传输过程中信号能量弥散的物理本质,将隐蔽通信模型从能量在单维域弥散扩展至时–频–空的多维域能量弥散.即利用此模型并借助无线电传播理论以及数字信号处理方法等工具对无线信号能量在时–频–空3个维域的能量弥散进行建模,设计了侦听方面向时–频–空维域的能量检测器.接下来,在此多维域能量检测模型下,推导了侦听方收集能量的表达式,侦听方使用平均噪声能量作为门限的检测概率上下边界表达式,以及在纽曼–皮尔逊(Neyman-Pearson)能量检测器下的检测概率上下边界表达式.然后,结合理论推导分析、归纳并证明了扩维域能量弥散以实现隐蔽通信思路的正确性.然后,结合仿真结果,从博弈的角度讨论了在多维域能量检测模型下发送方隐蔽性存在的条件以及侦听方接收机的改进策略.最后,针对实际工程,揭示了无线隐蔽通信系统隐蔽性与可靠性这一内生矛盾及相互作用机理,进而给出了实现无线隐蔽传输的原理及技术途径.

关键词 隐蔽通信; 多维域能量弥散; 无线电传播理论; 无线电侦收; 纽曼-皮尔逊检验; covert communications; energy dispersion in multi-domains; radio propagation theory; interception of radio signal; Neyman-Pearson detection

摘要 隐蔽通信是保证无线通信安全的关键技术之一.为增强通信的安全性,提出了智能反射面辅助的非正交多址接入系统的隐蔽通信传输方案.考虑到信道估计误差和非完美串行干扰消除两种非理想因素,首先推导出监测者的检错误概率和最佳阈值精确表达式,然后给出了平均最小检测错误概率和用户的中断概率.最后,平衡网络的可靠性和隐蔽性,以最大化系统的有效隐蔽速率.仿真结果表明,所提方案可以实现隐蔽通信,并且系统有效隐蔽速率存在上限.此外,非理想信道状态信息和非完美串行干扰消除会恶化系统性能.

关键词 隐蔽通信; 非正交多址接入; 智能反射面; 有效隐蔽速率; 检测错误概率; covert communication; NOMA; IRS; effective covert rate; detection error probability

摘要 本文针对智能反射面(intelligent reflecting surface, IRS)辅助的非正交多址接入系统的物理层安全问题,考虑窃听信道为非完美信道状态信息,基站在IRS的辅助下给合法用户传输数据.在基站最大发射功率、IRS相移和连续干扰消除解码顺序约束下,建立了一个联合优化基站波束形成向量、IRS相移的系统安全速率最大化问题.首先,基于合法用户的组合信道增益来确定连续干扰消除解码顺序,然后将优化问题解耦为两个子问题交替优化,利用基于惩罚的连续凸逼近、松弛变量、一阶泰勒展开等方法将目标函数和约束进行转化,再利用S-procedure方法处理窃听信道的不确定性,将子问题转化为凸优化问题并求解.仿真结果表明,本文所提方案与集中部署IRS、随机相移、无IRS方案对比,能够有效提高系统的安全速率.

关键词 智能反射面; 非正交多址接入; 物理层安全; 非完美信道状态信息; 波束成形; intelligent reflective surface; non-orthogonal multiple access; physical layer security; imperfect channel state information; beamforming

摘要 移动边缘计算通过将计算任务卸载到无线网络边缘,可有效减少任务延迟与终端能耗.对于偏远地区分布的大量物联设备(如风电、光伏等电力物联终端),现有地面网络无法为其提供有效的网络服务.因此,本文重点研究空地一体化异构网络模型,通过联合设计无人机轨迹、任务卸载与计算资源分配,以最大限度地减少物联设备任务执行延迟与能耗.针对目标函数的非凸性和网络动态造成的信息不确定性,本文将问题建模为马尔可夫(Markov)决策过程,并提出一种基于MATD3的UAV轨迹与网络资源协同优化算法.实验结果表明,与基准算法相比,本文提出的方案在系统计算能耗和时延方面性能更优.

关键词 空地一体化异构网络; 卸载决策; 资源分配; UAV轨迹优化; 多智能体深度强化学习; air-ground integrated heterogeneous network; offloading decision-making; resource allocation; UAV trajectory optimization; multi-agent deep reinforcement learning; MADRL

摘要 空间信息网络是由部署在不同轨道、执行不同任务的航天器、航空器,以及地面通信设施构成的空天地一体化网络,具有超大规模、多层拓扑结构、开放的通信环境、支持多种业务等特点,通过卫星节点、空中节点和地面节点之间的组网与互联,实现无缝隙的高效全球通信.另一方面,空间信息网处于高度开放的状态,缺少了物理隔离,这在方便信息传播的同时,也容易导致信息的泄露.因此,空间信息网络面临着巨大的安全挑战.隐蔽通信是一种重要的安全传输技术,当发送端向接收端发送信息时,能够保证非法窃听者检测到该传输的概率足够小,从而隐藏发送端的传输行为.利用隐蔽通信技术可以保障空间信息网络传输的可靠性与安全性.本文对空间信息网络的隐蔽通信进行综述,从背景介绍、关键技术、应用场景和未来挑战等几个方面介绍空间信息网络中隐蔽通信的研究工作与最新进展.

关键词 空间信息网络; 隐蔽通信; 天基网; 空基网; 地基网; space information network; covert communication; space-based network; air-based network; groundbased network

摘要 未来6G网络的业务主体将转变为赋能千行百业的智能物联网应用,因此在提供高可靠低延时通信(ultra-reliable and low-latency communications, u RLLComm)的同时,还要实现高可靠低延时的智能计算(uRLLComp)与智能控制(uRLLCtrl)(以下简称uRLLC3).这对于传输环境、业务需求与网络资源配置均高度动态变化的移动网络来讲是一个巨大挑战.本文面向6G时代的智慧网联与网联智能,从排队论中几个超越直觉的定理出发,尝试为u RLLC3的实现提供一些有益启示,并系统地给出实现高可靠低延时通信、计算与控制的理论与方法.同时,以未来智慧网联汽车的智能控制为例,在描述信息新鲜度的信息年龄(age-of-information, AoI)性能指标的基础上,提出一种新的信息时效性表征指标——信息紧迫度(urgency-of-information, UoI),并在此基础上给出几种UoI意义上最优的移动终端调度与控制算法,验证所提UoI指标的有效性.

关键词 移动通信; 6G; 高可靠低延时; 车联网; 信息年龄; 信息时效性; mobile communication; ultra-reliable and low-latency; vehicular network; age of information; information timeliness

摘要 5G与大数据、云计算和AI等技术的融合正在赋能千行百业的数字化转型,加速整个社会走向数字化和智慧化.面向2030年,社会发展的愿景将是“数字孪生、智慧泛在”,更加差异化和碎片化的业务场景将对移动通信网络提出全新的挑战,未来网络将从提供信息传输服务,拓展到信息感知、传输、存储、处理、利用等全过程服务,实现从传统通信网络向移动信息网络的重大转变.为了高效实现这一转变, 6G网络将通过通信、感知、大数据、计算、AI和安全等多领域技术的跨界融合,实现柔性、按需服务、至简、智慧内生、数字孪生和安全内生的网络设计,带来“按需服务”和“一切皆服务”的范式转变.本文从面向2030年的新应用需求、新技术趋势,以及5G网络面临的问题与挑战出发,分析6G网络发展的三大驱动力,提出6G网络架构的整体设计思路,并设计了“三层六面” 6G网络逻辑功能架构和实际部署架构,打造一站式提供通信、感知、计算、AI、大数据和安全等服务的全新能力,全面提升6G网络的业务和场景适应能力,实现面向全行业、全场景、全生态的按需服务,在有效解决5G网络面临的高成本、高功耗、操作和维护难等主要问题的同时,全面赋能“数字孪生、智慧泛在”社会发展愿景的实现.

关键词 6G; 网络架构; 柔性至简; 按需服务; 智慧内生; 数字孪生; 安全内生; network architecture; soft and lite network; on-demand service; native AI; digital twin; native security

摘要 太赫兹通信具有频谱资源丰富、传输速率高、保密性强、易实现通信感知一体化等优势,在6G通信和空间通信等方面都具有重要的应用前景.然而,太赫兹频段的器件机理和传播特性迥异于微波频段:一是太赫兹波与现有器件材料的互作用效率较低,二是通信和感知的波形体制相互矛盾,三是太赫兹波传播的粒子效应突出.这些差异使得太赫兹通信感知一体化面临信号高效调控难、信号处理复杂度高、移动接入和覆盖受限3个难题.针对如何突破这些难题,本文将从系统架构、射频前端、波形产生、信号处理、组网的角度出发,介绍太赫兹通信感知一体化的背景、概念、特征、面临的挑战、需要解决的关键问题、一些研究进展,以及未来研究方向.

关键词 太赫兹通信; 通信感知一体化; 一体化架构; 一体化波形; 一体化组网; Terahertz communications; joint sensing and communications; integrated system architecture; integrated waveform; integrated networking

摘要 星地融合移动通信朝着“5G体制兼容、6G系统融合”的技术路径发展, 6G星地融合可以充分发挥卫星通信和地面移动通信各自的优势,极大地提高网络的覆盖能力和系统性价比,实现全球立体覆盖的目标.本文概述了星地融合移动通信发展背景与趋势,分析了6G星地融合移动通信需求与技术挑战,针对无线传输效率低、网络架构设计复杂、移动性管理难、网络质量保障难等系列问题,从无线传输、网络架构、资源管控和移动性管理、天基计算、频谱共享等多个方面开展6G星地融合移动通信关键技术研究.针对各关键技术,首先分析发展现状,然后提出创新技术,并开展相应的性能评估验证其有效性.

关键词 6G; 星地融合移动通信; 多波束协同; 弹性可重构网络架构; 频谱共享; 移动性管理; 天基计算; integrated satellite-terrestrial mobile communication; multi-beam coordination; flexible and configurable network architecture; frequency sharing; mobility management; space-based computing

摘要 根据国际电信联盟关于IMT-2030愿景,第6代移动通信系统(the 6th generation mobile networks, 6G)的覆盖服务需求将从单场景覆盖向多场景覆盖扩展, 6G基础设施的部署也将逐步从2D覆盖向3D覆盖扩展、从局部覆盖向全球覆盖扩展、从中低频段融合使用向更高频段按需开启.上述需求使得6G在提升容量的同时,需要进一步考虑无线覆盖扩展需求.本文针对如何在6G网络结构时空尺度跨度大、全场景业务需求差异大、超密集覆盖能耗大等关键挑战下实现容量和能效约束下的覆盖能力扩展这一重大科学问题,首先提出了面向6G无线覆盖扩展的智能柔性组网架构;其次研究了面向6G无线覆盖扩展的关键技术,包括面向6G广域覆盖的多维立体空天地覆盖扩展技术、面向深度覆盖的超密集异构覆盖扩展技术和面向6G平滑度覆盖的超高速移动覆盖扩展技术;接着分析了基于语义通信的覆盖扩展技术;最后给出了6G全场景无线覆盖扩展仿真验证,通过定义6G无线覆盖扩展技术指标体系,进行了典型场景的覆盖性能仿真验证.

关键词 6G; 无线覆盖扩展; 组网架构; 关键技术; 指标体系; wireless coverage extension; networking architecture; key technologies; metrics

摘要 随着第六代移动通信(the six generation, 6G)的前沿研究在全球范围内陆续开展,工业界和学术界提出了多种新技术、新频段和新应用,如通信感知一体化(integrated sensing and communication,ISAC)、超大规模多输入多输出天线阵列(extra-large-scale massive multiple-input multiple-output, XLMIMO)、多频段通信、可重构智能超表面(reconfigurable intelligent surface, RIS)和空–天–地–海通信等,旨在提供更高速率、更低时延、更广覆盖的高可靠移动通信服务.信道是移动通信系统收发端之间信号承载的媒介,其深入的传播特性发现与精确的建模对6G系统的研发、评估和优化至关重要.因此本文首先回顾了第一代到第五代移动通信的信道研究发展趋势,指出了多频段、多场景和多种新技术趋势下6G信道研究面临的挑战.随后,详细总结了6G信道新特性研究的最新进展,包括ISAC信道的共享性、XL-MIMO信道的近场和空间非平稳性、RIS信道的级联特性,以及多频段信道频率依赖性等.然后,本文提出了一种面向6G标准的扩展几何统计性信道模型,将所发现的信道新特性纳入统一建模框架,所提模型后向兼容主流的高精度5G标准模型,便于代际更迭的信道仿真器实现.最后,指出了面向6G演进的信道特性与建模方法研究有待深入的问题,并聚焦6G网络自治化的未来愿景,展望了一种基于环境感知重构和人工智能预测技术的信道数字孪生新范式.

关键词 6G; 信道测量; 信道特性; 信道建模; 人工智能; 数字孪生; 通信感知一体化; 超大规模MIMO; 可重构智能超表面; 空-天-地-海通信; channel measurement; channel characteristics; channel modeling; artificial intelligence; AI; digital twin; integrated sensing and communication; extra-large-scale massive MIMO; reconfigurable intelligent surface; space-air-ground-sea communication

摘要 自20世纪80年代以来,移动通信已彻底改变世界,对人们的生活产生了深远影响.在5G成功商用的今天,人们又开始思考6G会是什么样子.作为下一代移动通信系统, 6G不仅在频谱效率、时延、可靠性等通信KPI指标上提出了更高的要求,其内涵也将涉及人工智能、感知等新元素,远超传统意义上移动通信的范畴.为了实现6G愿景,迫切需要业界研究与之相适应的先进无线技术方案.本文重点介绍了6G无线空口多个研究方向的技术趋势和进展,包括信道编码技术、多址和波形技术、智能超表面技术、智能MIMO (multiple input multiple output)技术等,提出并初步验证了一系列创新技术点,如便车码、格码多址等.这些创新技术的提出,对6G愿景和KPI指标的实现起到有力的支撑作用.

关键词 第六代移动通信技术; 6G; 信道编码; 多址; 波形; 智能超表面; 智能MIMO; channel coding; multiple access; waveform; intelligent metasurface; intelligent MIMO

摘要 超可靠低时延通信是5G及未来6G无线通信系统的重要组成部分.针对该类通信场景,如何从MIMO传输的角度实现时延和可靠性的最佳折中,是近年来备受关注的一项研究课题.由于现有基于长包假设的经典MIMO传输体系难以满足系统对于时延和可靠性的严苛要求,亟需研究更具挑战性的有限块长MIMO传输理论和技术.本文围绕有限块长MIMO信息论、发射机以及接收机设计的已有研究工作进行全面总结,并重点介绍二维空时信道编码以及MIMO一体化接收机等新型技术,为显著提升超可靠低时延通信的性能提供指导.另外,本文简要介绍了作者所在课题组搭建的MIMO超可靠低时延试验验证平台,为后续相关理论与算法的验证奠定试验基础.

关键词 超可靠低时延通信; 有限块长; MIMO传输; 二维空时信道编码; MIMO一体化接收机; ultra-reliable and low-latency communication; URLLC; finite blocklength; MIMO transmission; 2D space-time channel coding; integrated MIMO receiver; MIMO

摘要 6G移动通信系统面临着复杂动态的网络,其多样化的场景和个性化的需求为网络服务的提供和价值的实现带来了极大挑战.因此, 6G网络应转向“以服务为中心”的新范式,综合运用先进网络技术和多维网络资源在全域全场景实现按需服务.本文对6G全场景按需服务研究展开综述,首先对按需服务的必要性进行说明,梳理了全场景按需服务的研究价值;然后对其内涵、挑战和机遇进行了阐述;接着对于6G全场景按需服务的架构和关键技术进行了分析;最后展望了6G全场景按需服务的前景和潜在研究方向.

关键词 6G; 全场景按需服务; 知识; 意图驱动网络; 人工智能; omni-scenario on-demand service provision; knowledge; intent-driven networks; AI

摘要 移动通信业务网络负责基础网络与业务应用之间的适配. 5G以前的业务网络是在建好基础网络以后,通过叠加逻辑网络方式构建. 6G时代,“场景驱动”将成为移动通信发展的主要演进范式,业务网络的重要性更加突出. 6G业务网络应与基础网络同步规划和建设,由6G全场景驱动设计,实现全场景全域按需服务.传统业务网络仅从独立视角设计安全认证、网络控制和能力开放等机制,难以实现细粒度、动态资源管控,无法高效适配6G全场景业务应用.为此,本文基于国家首批6G重点研发计划专项“全场景按需服务关键技术”项目成果与当前学术研究进展,梳理和总结了6G网络按需服务的挑战、6G智能业务网络的愿景和总体架构设计,设计了涵盖资源接入、能力开放与场景解析3个层次以及安全内生、智能内生和协作共享3个关键管控平面的6G智能业务网络,实现对全域资源的细粒度智能管控.最后结合大模型、元宇宙、绿色节能等技术与通信网络深度融合的趋势,展望了6G智能业务网络更加广阔的应用发展空间.

关键词 业务网络; 按需服务; 全场景; 智能内生; 协作共享; 大模型; 6G; service network; on-demand services; full-scenario; native intelligence; collaboration and sharing; large foundation model

摘要 国家重点研发计划 6G 专项研究自 2019 年启动以来已取得重要阶段性研究成果与突破. 面向2030 移动通信网络, 该专项围绕 6G 愿景、关键技术遴选与分析、关键技术验证等方面展开研究, 形成的核心技术观点获广泛共识, 并在国际电信联盟 (ITU) 发布的《2030 及未来发展的框架和总体目标建议书》中得以充分体现. 本专刊汇聚 6G 专项研究的上述最新成果, 以飨读者, 以期助力推动中国乃至世界上的 6G 技术研发.

摘要 随着国家“双碳战略”的稳步推进,无线通信领域缺少合理评估碳效用的相关指标,而传统的碳效用评估指标无法满足变化愈加剧烈的网络流量和网络部署、运维的特点.针对上述问题以及无线通信网–能源互联网双网融合的新趋势,本文提出了面向双网融合系统的集成相对碳效用指标(integrated relative carbon efficiency, IRCE).该指标不仅可以反映无线通信网络的容量和流量在时空上的动态变化,而且能够准确反映能源互联网的各个单元对双网融合系统的碳效用的影响.实验证明,所提出的集成相对碳效用指标不仅可以评估双网融合系统的碳效用水平,还可以反映能源供给侧不同的电能调度方式对碳效用的影响.

关键词 碳效用评估; 无线网络; 能源互联网; 双网融合; 虚拟电厂; carbon efficiency evaluation; wireless network; energy Internet; joint dual network; virtual power plant

摘要 随着无线通信系统中用户数量和通信数据量的不断增加,通信系统所消耗的能源量也在急剧增长,为了实现可持续发展并达成绿色通信目标,将可再生能源与电网能源相结合,并采用多源供电方式为蜂窝通信系统供电,成为一种具有前景的解决方案.本论文旨在针对实际场景下的太阳能生产情况,基于随机几何理论,建立精确的基站能耗模型以及新能源捕获模型.进一步,提出了一种基于非平衡最优传输的启发式基站间新能源调度算法,以达到提高新能源利用率,降低网络碳排放率的效果.该算法有效降低了通信系统对电网能源的依赖,为新能源移动通信基站的节能减排探索提供了有益的参考.

关键词 蜂窝网络; 可再生能源; 随机过程; 非平衡最优运输; 能源共享; cellular networks; renewable energy sources; stochastic processes; unbalanced optimal transport; cooperative energy sharing

摘要 随着新一代信息通信技术(information and communication technologies, ICT)的高速发展以及新基建的部署,移动通信系统的能耗和碳排放出现较快增长的趋势. ICT行业在自身节能减排之外,使能其他行业节能减排,可有效降低其他行业的碳排放,是未来理论研究行业应用的重要领域.本文基于ICT使能碳减排评估框架,提出两个定量衡量使能效果的指标,使能减碳比(enable carbon reduction ratio, ECRR)和使能低碳系数(enable carbon reduction coefficient, ECRC)以及相应的定量分析方法,用于评估被使能企业的实际碳减排效果.本文研究可保护数据隐私的多方数据共享,基于安全多方计算(secure multi-party computation, SMPC)框架,提出保护各方数据隐私的使能碳减排评估方法.本文通过实际案例,完成数据采集、分析验证,对所提指标和方法论证其有效性和实用性.

关键词 ICT使能; 碳减排量化评估; 隐私保护; 全生命周期碳足迹; 使能低碳系数; ICT enablement; quantitative evaluation of carbon reduction; privacy protection; life cycle assessment of carbon reduction; enable carbon reduction coefficient

摘要 语义通信关注传输信息的内在含义,通过语义提取可显著减少需要传输的数据量,提高通信效率,在未来智能设备通信场景中展现出巨大的潜力.然而,深度学习使能的语义编解码进一步加剧传统通信的能量消耗.针对该问题,本文提出一种联合跨层优化框架,并设计了一种语义能效指标来评估用户的体验质量和全局系统的能量损耗.将该优化过程建模为部分可观测的马尔可夫过程,联合优化物理层中的功率控制和语义层中的语义压缩配置:功率分配用于消除小区间干扰,语义压缩等级配置用于优化语义传输效率.仿真结果表明,所提框架和算法能够有效解决语义层和物理层的联合优化问题.

关键词 资源分配; 语义通信; 语义感知网络; 能量效率; 多智能体强化学习; resource allocation; semantic communications; semantic-aware network; energy efficiency; multiagent reinforcement learning

摘要 5G的大规模部署伴随着网络能耗呈指数级增长,与此同时,国家提出了“碳达峰”与“碳中和”的“双碳”目标,因此移动网络的节能减排已刻不容缓.然而,一方面随着人工智能等技术的发展,未来6G网络中计算类业务预期将迎来大幅增长;另一方面,实现绿色低碳需要提升可再生能源的利用率,但绿色新能源供能不稳难以保证服务质量.为应对以上挑战,本文提出一种能量与信息服务深度融合的低碳网络架构,通过构建一个协调异质资源的智能控制面,充分利用并调度移动网络中泛在的算力、通信和储能,在保证6G个性化业务服务质量要求的同时,以期大幅降低网络能耗与碳排放.本文同时还讨论了该架构下的调度机制设计以及可能的未来研究方向.

关键词 6G; 低碳; 节能; 通信计算融合; 绿色能源; low carbon; energy saving; communications and computing integration; green energy

摘要 由我国首次提出的“双碳”目标(即“碳达峰”与“碳中和”),是“十四五”规划中的重要布局,也是未来移动通信网络实现绿色、可持续发展的关键目标,更是奠定我国国际碳资产定价权与世界碳交易平台的基础.其中,实现绿色通信的难点在于保持业务量增长的同时,降低网络能耗及碳排放.本文从移动通信网络侧节能减排的角度和通信网与多能能源网融合架构的角度对绿色通信技术展开研究.研究结果表明,实现绿色通信技术的关键在于进行网络资源、能量资源与业务分布的相互匹配,而现有技术仅能实现网络资源与业务分布的单向匹配,或能量资源与业务分布的单向匹配.基于此,本文提出一种通信、感知和能量融合的原生绿色网络架构,该架构具备能量感知与业务感知能力,支持网络资源、能量资源与业务分布双向匹配方法,通过消除业务分布与能量分布的随机性与突发性,实现业务量持续增长的同时,显著降低移动通信网络侧耗能及碳排放.

关键词 双碳; 绿色通信; 双网融合; 绿色网络架构; 节能减排; carbon peaking; carbon neutrality; green communication; integration of communication network and energy network; green network architecture; energy saving and emission reducing

摘要 为进一步推动面向 “双碳” 战略的超低功耗的移动通信系统新技术的研究, 及时报道我国学者在超低功耗移动通信系统领域的最新成果,《中国科学: 信息科学》组织出版 “面向 ‘双碳’ 的移动通信系统与方法专题”, 经过高质量、高效率的同行评议, 共录用了 6 篇学术论文, 涵盖 6G 原生绿色网络新指标、体系架构与关键技术等.

摘要 随着大量计算密集型和时延敏感型任务的出现,利用移动边缘计算(mobile edge computing,MEC)来提高用户体验并降低系统能耗已成为研究热点.然而,在密集部署的MEC网络场景下,无线网络状态复杂的空间相关性和动态性给卸载方案的制定带来了严峻挑战.本文针对多基站多用户MEC网络场景,研究了一种智能协作的计算卸载和资源分配算法.首先,提出了卸载决策、信道分配、传输功率分配和计算资源分配的联合优化问题,旨在用户时延约束下最小化系统的能耗.其次,由于该问题是一个混合整数非线性规划问题,本文提出了一种基于图注意力网络的混合动作多智能体强化学习算法(graph attention network-based hybrid-action multi-agent reinforcement learning, Gat-HMARL),将基站作为智能体并配置该算法. Gat-HMARL算法通过图注意力网络捕捉无线网络状态之间潜在的空间相关性,使基站有选择性地关注邻域中其他基站的无线网络状态信息,从而学习更优的计算卸载和资源分配策略.最后,仿真结果表明Gat-HMARL与基准算法相比在性能上有明显提升.

关键词 移动边缘计算; 计算卸载; 资源分配; 多智能体强化学习; 图注意力网络; mobile edge computing; computing offloading; resource allocation; multi-agent reinforcement learning; graph attention network