Vol. 51, No. 8, 2021 封面 目录

关键词

隐蔽无线通信, 隐蔽威胁区域, 3D波束成形, 莱斯衰落, 噪声不确定

关键词

区块链, 属性密码, 访问控制, 身份认证, 隐私保护

关键词

RS码, Chase算法, 概率计算, 提前输出算法, 搜索半径辅助的选择方法

关键词

无源互调干扰, 松散电接触, 同轴连接器, 接触阻抗, 新一代移动通信系统

Vol. 51, No. 7, 2021 封面 目录

摘要

群智感知系统中针对数据流的实时发布和深度学习在极大方便人们日常生活的同时,也严重威胁了参与用户的隐私信息.现有隐私保护机制在处理动态性强、时空相关性复杂的数据流时,大都难以实现数据自适应性,从而导致较低的数据效用性.因此,基于ω-事件级差分隐私,本文提出了一种数据自适应的多维数据流隐私保护实时发布机制AdaPub.该机制通过集成基于多重哈希的维度划分策略和自适应累积回溯时间聚类策略分别学习数据流的空间和时间相关性,不需要预定义任何参数,能够根据数据流的动态变化趋势来自适应地调整隐私参数,从而保证了隐私保护机制的数据自适应性并有效提高了数据效用性.此外,本文进一步提出了一种面向层次数据流发布的隐私保护机制HierAdaPub,利用最优隐私预算分配策略来最小化扰动方差以保证数据效用性.大量仿真实验从不同角度均验证了所提出隐私保护机制能够在提供强隐私保护的同时,具有较高的数据效用性.

关键词

数据流发布, 数据自适应, 差分隐私, 时空相关性, 数据效用性

摘要

天线交叉极化隔离度与全极化相控阵雷达极化信息精确获取密切相关.为提高交叉极化隔离度,基于三馈点微带贴片天线阵元提出了一种全极化相控阵极化状态配置方法.不同于传统的固定极化状态,如线极化和圆极化,该方法可根据波束指向动态调整辐射信号的极化状态.将交叉极化隔离度提高问题建模成一个多变量带约束非线性最优化问题,从而实现全极化阵元激励幅度和相位的最佳配置.同时,为实现全极化相控阵在极化散射特性测量中的统一化表示,推导了任意极化状态下标准散射体的固有和后向散射矩阵的通用表达式.利用全极化相控阵天线验证了所提极化状态配置方法的有效性和可行性.通过仿真分析,结果表明该方法能够获得更高的交叉极化隔离度,并且能够适应相控阵天线波束宽角扫描特性.经过极化状态配置后的隔离度参数可以显著提高全极化相控阵雷达极化测量精度.

关键词

交叉极化隔离度, 全极化相控阵雷达, 极化测量, 极化状态配置, 三馈点微带贴片天线

摘要

围绕如何提高椭圆球面波(prolate spheroidal wave functions, PSWFs)多载波调制系统频带利用率,采用对PSWFs信号分组优化,利用信号索引与脉冲幅度调制进行两个维度的信息加载,在保证信号高能量聚集性的同时提高系统频带利用率的思路,提出了基于信号分组优化的PSWFs多载波调制方法.该方法依据信号路数、分组数,优选高能量聚集性PSWFs信号,保证信号波形具有高能量聚集性;采用I/Q 2个相互独立支路,同时利用信号索引、脉冲幅度调制进行信息加载,增加调制符号组合数,提高系统频带利用率.理论与仿真分析表明,本文所提方法相对于基于PSWFs的正交和非正交调制,在未明显降低信号功率谱、峰均功率比特性的前提下,能够有效提高系统频带利用率.如当误比特率为10~(-5)时,所提方法相对于基于PSWFs的正交调制,以牺牲0.05 dB的系统误码性能为代价,系统频带利用率可提升约18.2%;相对于基于PSWFs的非正交调制,系统频带利用率可提升约17%,同时系统误码性能提升约0.2 d B.此外,相对于经典的结合信号索引的正交频分复用,所提方法具有更高的系统频带利用率和系统误码性能,如当误比特率为10-5时,系统频带利用率可提升约9.1%,同时系统误码性能提升约0.13 dB.

关键词

椭圆球面波函数, 频带利用率, 波形设计, 多载波调制, 分组优化, 信号索引

摘要

大规模MIMO阵列是第五代移动通信(5G)的关键技术之一.然而,阵列在经历了长时间工作之后,会出现部分通道失效的情况,从而对大规模MIMO阵列的辐射性能造成不同程度的影响.本文针对5G毫米波大规模MIMO阵列中不同数量通道失效以及失效通道处于不同失效状态时的辐射特性进行了系统的仿真与实验研究,并在此基础上对MIMO阵列的辐射性能进行了统计分析.提出并建立了大规模MIMO阵列部分通道失效状态下的方向图参数概率模型,对概率模型的结果和统计分析的结果进行了对比,验证了概率模型的正确性和有效性,所给出的概率模型可以代替基于大量样本的仿真或实验结果进行统计分析的方法,对有不同比例的通道失效及不同失效状态时阵列的辐射特性进行快速评估,直接得出阵列主要辐射参数的期望值和方差.此外,本文还分析了不同失效比例和状态下主要辐射特性的概率分布.

关键词

5G, 大规模 MIMO, 毫米波, 有源天线阵列, 失效

Vol. 51, No. 6, 2021 封面 目录

论文

CCA安全的抗泄露IBE机制的新型构造

A new construction of leakage-resilient CCA secure IBE scheme

Website Google Scholar
周彦伟, 杨波, 夏喆, 张明武
中国科学: 信息科学, 2021, 51(6): 1013-1029

摘要

隐私信息的泄露已成为密码系统当前的严重安全性隐患,因此抗泄露性将是密码机制必备的安全属性之一.目前,通常基于非交互式零知识论证系统、一次性损耗滤波器、强一次性签名等密码基础工具来实现选择密文攻击(chosen-ciphertext attack, CCA)安全的抗泄露身份基加密(identity-based encryption, IBE)机制的通用构造;然而,由于底层工具的计算效率较低,导致传统通用构造尚未达到理想的计算效率.针对上述不足,本文提出一个双封装密钥的身份基哈希证明系统(identity-based Hash proof system with two encapsulated key, T-IB-HPS)的新密码学原语,并详细介绍了T-IB-HPS的形式化定义及安全属性;同时,基于T-IB-HPS和消息验证码(message authentication code, MAC)设计了CCA安全的抗泄露IBE机制的新型通用构造,并基于T-IB-HPS和MAC的安全属性,对通用构造的CCA安全性进行了形式化证明;为进一步展示本文通用构造的实用性,在T-IB-HPS形式化定义的基础上,我们设计了T-IB-HPS的具体实例,并基于判定的双线性Diffie-Hellman假设证明了本文实例的安全性.相较于传统CCA安全的抗泄露IBE机制的通用构造而言,本文通用构造未使用计算效率低的密码学基础工具,表明了本文的通用构造方法具有较高的计算效率.

关键词

哈希证明系统, 身份基哈希证明系统, 身份基加密机制, 抗泄露攻击

Vol. 51, No. 5, 2021 封面 目录

摘要

与传统的基于接收信号强度(received signal strength, RSS)的室内Wi-Fi定位方法相比,信道状态信息(channel state information, CSI)包含了信号传输过程中更细粒度和更多样化的物理层信息(如信道中各个子载波的振幅和相位信息),故基于CSI的室内Wi-Fi定位方法通常具有更高的定位精度.在利用CSI进行定位时,发送端采用正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术在多个正交子载波上并行发送数据并在接收端进行解调,但由于异步效应(如载波频率偏差(carrier frequency offset, CFO)、采样时钟频率偏差(sampling frequency offset, SFO)和符号定时偏差(symbol timing offset, STO))的存在,接收端子载波的正交性难以得到保证,于是,基于CSI的室内Wi-Fi定位方法的性能会因为符号间干扰(inter symbol interference, ISI)和载波间干扰(inter carrier interference, ICI)的影响而下降.对此,本文从频域的角度推导了不同异步效应下的CSI定位误差界以评估基于CSI的室内Wi-Fi定位性能.

关键词

室内定位; 异步效应; 定位误差界; 正交频分复用; Wi-Fi; indoor localization; asynchronous effect; localization error bound; orthogonal frequency division multiplexing(OFDM); Wi-Fi;

Vol. 51, No. 4, 2021 封面 目录

刊讯

无人机通信专题简介

Website Google Scholar
曾勇, 宋令阳, 张朝阳, 盛敏, 许杰, Robert SCHOBER
中国科学: 信息科学, 2021, 51(4): 691-692

关键词

无人机通信; 无人机领域; 移动通信网络;

Vol. 51, No. 3, 2021 封面 目录

摘要

大规模相控阵是解决毫米波无线传输距离受限的核心关键技术.传统的毫米波相控阵通常基于化合物半导体芯片加以实现,该类芯片成本高昂且难以实现系统单片集成,极大地限制了传统相控阵的应用范围.本文报道了基于CMOS成熟工艺的毫米波芯片设计及收发通道数为4096 (4096发射/4096接收)的超大规模集成相控阵实现技术. CMOS体硅工艺具有集成度高、成本低廉等优势,但面临有源器件高频性能差、无源器件及互连线高频损耗大、高低温性能差异大等一系列技术瓶颈.通过引入电流复用跨导增强型低噪声放大器、基于新型版图结构的高效率功率放大器、矢量调制型数控无源移相器、基于电容补偿的超宽带衰减器、紧凑型功分器,以及高低温自适应偏置电路等技术,可以较好地解决CMOS体硅工艺所面临的上述瓶颈问题.基于65 nm CMOS体硅工艺,所实现的Ka频段CMOS相控阵芯片噪声系数为3.0 d B,发射通道效率为15%,无需校准即可实现精确幅相控制,相关测试结果表明所研制的低成本相控阵芯片具有集成度高、幅相控制精确等优势,噪声系数等关键技术指标接近砷化镓工艺.以此为基础,本文给出了基于多层混压PCB工艺的1024发射/1024接收超大规模"集成相控阵"设计技术,并将其扩展至4096发射/4096接收相控阵规模,最后给出了低成本、高集成宽带卫星移动通信终端在车载和船载条件下的示范应用结果.

关键词

毫米波; 集成电路; CMOS工艺; 接收机; 发射机; 多层混压PCB工艺; 集成相控阵; 宽带卫星通信; millimeter wave; integrated circuit; CMOS technology; receiver; transmitter; multi-layer hybrid PCB technology; phased-array antenna; broadband satellite communication;

摘要

高光谱图像(HSI)的高维度、高冗余等特性给其传输和处理带来了极大的挑战.近年来基于压缩感知的HSI重建受到重视并成为一前沿问题,在这一领域中有效挖掘HSI的稀疏先验成为提高其重建质量的一个关键.本文首先定义了HSI波段组的"光谱维面",并以此为切入点对HSI光谱维的结构相关性进行研究,获得了如下结论:一是HSI光谱维面的纹理分布较空间域更为简单和均匀,且其纹理的对比度低、平稳度高,更容易被稀疏表达,二是在HSI光谱维面,与参考块相邻的搜索区域内存在着一定数量的与参考块具有较高相似度的光谱曲线块;进一步确定了基于光谱维面的HSI光谱维结构相关性的涵义,并提出了相应的稀疏测量模型;在此基础上,通过整合空间维非局部相关性与光谱维结构相关性的稀疏表示,提出了稀疏模型S-SCo SM,并以其为稀疏约束先验构建了HSI的稀疏重构模型.大量实验表明,所提出的稀疏模型S-SCo SM从空间维和光谱维两个角度更深层次地挖掘了HSI的相关性,获得了更为充分和有效的HSI稀疏约束先验,使HSI的重构质量得到进一步提升,在有效提高重构波段图像空间信息质量的同时,很好地保持了波段组的光谱属性.

关键词

高光谱图像; 光谱维面; 光谱维结构相关性; 联合稀疏; 稀疏重建; 波段组; hyperspectral image; spectral dimension; spectral dimensional correlation; joint sparse; sparse reconstruction; band group;

评述

5G安全技术研究与标准进展

Survey on research and standardization of 5G security technology

Website Google Scholar
强奇, 武刚, 黄开枝, 胡苏, 李少谦
中国科学: 信息科学, 2021, 51(3): 347-366

摘要

随着第五代移动通信系统(5th generation wireless systems, 5G)及其演进系统的商用和其在物联网、车联网等垂直领域的融合发展,其安全问题越来越受到关注.本文从潜在威胁、安全架构和安全技术3个方面阐述了相关研究进展.首先,根据攻击者对系统有效性、信息完整性、身份认证、隐私和机密性保护的不同安全目标,将5G潜在的安全威胁进行了分类,分析了各个层次可能面临的威胁与攻击手段.其次,简述了相关标准中的5G安全架构,讨论了5G及其演进系统潜在的物理层、网络层和应用层安全技术.最后,本文指出了未来继续提升5G及B5G安全的潜在研究方向.

关键词

5G安全; 5G演进; 系统架构; 安全威胁; 物理层安全; 5G security; beyond 5G; system architecture; security threats; physical layer security;

Vol. 51, No. 2, 2021 封面 目录

摘要

近地小行星既是人类科学探测的重要目标,也是对人类地球家园构成重要威胁的灾害之源.利用地基雷达系统进行近地小行星探测具有独特的技术优势.随着我国科技实力的不断增强,开展近地小行星雷达探测已经成为科学探测、国家安全和国际义务等领域的关注重点.本文以此为背景,探讨了我国在科学探测、国家安全和国际义务3个领域的近地小行星雷达探测需求,分析了国际上主要的行星雷达系统技术现状和后续重点技术发展方向.结合我国深空测控网和射电天文网的技术现状及未来的发展规划,对后续我国建设地基小行星探测雷达系统的主要技术途径进行探讨,并对不同技术途径的特点进行了初步分析.

关键词

近地小行星; 雷达探测需求; 行星雷达; 技术途径; near-Earth asteroids; radar detection requirements; planetary radar systems; technical approaches;

摘要

雷达成像是获取目标精细结构特征的重要技术途径.对于复杂运动目标,传统基于距离–多普勒(range-Doppler, RD)原理的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像性能下降:在距离维上,高速运动导致一维距离像展宽,且雷达系统硬件能力制约了大带宽实现,约束成像纵向分辨率;在多普勒维上,非合作复杂运动呈现的时变和非线性破坏成像条件,约束成像横向分辨率.本文首先分析了复杂运动对ISAR成像的影响机理,接着从距离和多普勒两个维度,对复杂运动目标ISAR成像技术进行了综述,阐述了高速运动补偿、多频段融合成像、高次相位补偿与稀疏ISAR成像等技术途径.进一步针对ISAR成像体制的局限,阐述了复杂运动目标波前调制超分辨雷达成像新途径,其中包括波前随机调制和电磁涡旋两种技术途径.最后对复杂运动目标雷达成像进行了总结与展望.

关键词

逆合成孔径雷达(ISAR)成像; 复杂运动; 高速运动补偿; 多频段融合成像; 稀疏ISAR成像; 波前随机调制; 电磁涡旋; inverse synthetic-aperture radar(ISAR) imaging; complex motion; high-velocity compensation; multiband fusion; sparse ISAR imaging; wave front random modulation; electromagnetic vortex;

论文

一种面向复杂场景的无线通信节点智能适变架构

An intelligent adaptative architecture for wireless communication in complex scenarios

Website Google Scholar
尹浩, 魏急波, 赵海涛, 熊俊, 梅锴, 张利军, 任保全, 马东堂
中国科学: 信息科学, 2021, 51(2): 294-304

摘要

针对可能存在对抗的未知通信环境,本文探讨了一种能进行智能适变的通信节点体系架构.该架构包括通信环境理解、通信波形适配和智能节点学习进化3个核心功能,以及支持这些功能的通信计算融合硬件平台.所提出的智能适变架构支持通信环境知识库、通信波形库,以及波形与环境适配知识图谱的不断累积和进化,通过波形在线重构,通信节点既能匹配典型通信场景,又能快速适应未知环境,因而支持智能通信节点的可持续发展.进一步本文梳理了强化学习、在线学习和迁移学习等3种机器学习技术在智能适变无线通信节点中的应用,并以最经典的信道估计过程为代表,给出了机器学习应用于通信环境识别的典型范例.

关键词

智能节点; 通信环境理解; 智能适变; 学习生长; 机器学习; 信道估计; intelligent node; communication environment understanding; intelligent adaptation; learning and evolution; machine learning; channel estimation;

Vol. 51, No. 1, 2021 封面 目录

刊讯

B5G网络安全专题简介

Website Google Scholar
季新生, 陶小峰, 黄开枝, 吴慧慈
中国科学: 信息科学, 2021, 51(1): 171-172

关键词

网络安全; B5G; 物理层安全;

摘要

在蜂窝车用无线通信(cellular vehicular-to-everything, C-V2X)系统中,车辆快速移动导致D2D链路的网络拓扑不稳定,频繁重构的网络拓扑增加了同频干扰问题的复杂度和拓扑管理信令的数量,造成基站的计算能力和带宽资源浪费.本文建立以簇为核心的全双工D2D (full-duplex device-to-device,FD-D2D)车载通信模型,提出基于超图聚簇(hypergraph clustering, HG-C)和干扰限制区域(interference limited area, ILA)理论的FD-D2D车载通信资源管理方案.利用链路依赖度(degree of link dependence, DLD)和车辆用户(Vehicle users, VUE)的计算能力提高簇的生存时间,降低基站的开销.同时,利用动态功率控制和复用区域映射辅助基站分配资源,削弱复用相同蜂窝链路的V-D2D (vehicular device-to-device)链路间和对蜂窝链路的同频干扰,提高频谱效率.最后,基于交通仿真建模软件VISSIM产生实时交通流数据,从而验证本文所提资源管理方案,结果表明:基站承担的网络拓扑管理任务量至少降低50%,与传统蜂窝D2D车载通信相比,频谱平均复用次数增加0.5次以上,频谱效率增加10%.

关键词

C-V2X; 超图聚簇; 干扰限制区域; FD-D2D车载通信; 频谱复用; cellular vehicle-to-everything; hypergraph clustering; interference limited area; full-duplex device-to-device vehicular communication; spectrum sharing;

摘要

近年来,基于无线射频信号的定位技术迅速发展.然而,已有基于商用Wi-Fi设备的定位系统在实用性和准确性上存在明显局限.新兴WiGig设备采用毫米波通信,天线数远多于Wi-Fi设备,具有更高的角度分辨率.然而受限于成本,商用WiGig设备采用模拟波束成型方法,无法获得各天线的信道响应.本文利用新兴毫米波设备,实现高精度定位系统WiGLoc.为此,首先对天线阵列接收信号强度建模(received signal strength, RSS),恢复天线的信道状态信息(channel state information, CSI);然后,对天线阵列进行校准,测量天线阵列参数;最后,利用天线信道状态信息和天线阵列布局信息估计发射端到目标的信号离开角(angle of departure, AoD),对目标定位.实验结果表明, WiGLoc平均三维追踪精度达到了6 cm,平均二维定位精度达到了27 cm.与此相比,已有基于波束成型的方法三维追踪和二维定位的精度分别仅为11 cm和44 cm.

关键词

室内定位; 无线感知; 毫米波; 阵列校准; 信道状态信息; indoor localization; wireless sensing; millimeter wave; array calibration; channel state information;

Vol. 50, No. 12, 2020 封面 目录

摘要

为应对网络空间中的未知安全漏洞,拟态防御系统作为一种动态异构冗余的新型防御架构破茧而出.拟态系统根据网络环境自发进行重配置,扭转了传统静态网络攻防不对等的局面.然而目前仍缺乏有说服力的能够定量评估并比较不同的安全防御系统有效性的实用方案.本文深入研究拟态架构,提出了一种二维分析模型,该模型将系统配置细节计算为量化结果,以比较不同动态网络的可靠性,且该模型在不同网络配置间可保持良好的可扩展性.具体来说,在分析的第1维度即单节点攻击分析时,我们详细介绍了系统配置,使用广义随机Petri网模型对攻击者和防御者的行为分别进行描述建模,刻画其对系统状态的影响.结合泊松过程、常见漏洞和暴露以及常见漏洞评分系统,我们对其影响设计函数进行赋值、量化计算.在分析的第2个维度即链路攻击中,我们采用马尔可夫(Markov)链,并用鞅理论进行计算,量化表达了攻击难度即攻击得手时长和网络配置之间的关系.最后,给出日常防御下和攻击情景下的安全度量方案,验证了拟态防御的有效性,为拟态系统的设计提供了理论指导.

关键词

拟态网络防御; 广义随机Petri网络; 通用漏洞评分系统; 安全分析; 安全模型; cyber mimic defense; generalized stochastic Petri net; common vulnerability scoring system; security analysis; security model;

Vol. 50, No. 11, 2020 封面 目录

人物风采

王金龙院士

Website Google Scholar
中国科学: 信息科学, 2020, 50(11): 1779-1780

摘要

随着物联网、无人系统和人工智能技术的飞速发展,无线通信网络的频谱使用呈现出复杂化、动态化和智能化的发展趋势,亟需解决用频行为准确认知、合法用户高效频谱协同以及与恶意用户智能频谱对抗等问题.为此,本文构建了电磁域、信号域、信息域、知识域和执行域"五域一体"的智能频谱协同与对抗体系架构,并基于博弈论和机器学习等理论方法,系统性阐述了频谱态势获取、用频行为识别与推理、多用户协同用频决策以及频谱对抗适配与演化等4个方面的关键技术.通过频谱态势认知和推理、频谱资源自主征用和释放,实现复杂电磁环境下的智能频谱协同与对抗.

关键词

人工智能; 频谱协同; 频谱对抗; 博弈论; 机器学习; artificial intelligence; spectrum collaboration; spectrum confrontation; game theory; machine learning;

Vol. 50, No. 10, 2020 封面 目录

人物风采

崔铁军院士

Website Google Scholar
中国科学: 信息科学, 2020, 50(10): 1588-1589

摘要

针对当前求解大时间带宽积椭圆球面波函数(PSWF)无统一表达式的问题,通过对基于Hermite函数和Legendre多项式的显式渐近表达式求解误差的理论和数值分析,提出一种大时间带宽积PSWF及其微分算子特征值的显式渐近表达式,明确了大时间带宽积(c> 10π) PSWF及其微分算子特征值基于Hermite函数和Legendre多项式的精确高效求解的适用条件和计算方法.性能对比分析结果表明,本文提出的表达式可保证各阶PSWF及其微分算子特征值始终满足误差要求,且正交性与能量聚集性具有显著优势.

关键词

椭圆球面波函数; 大时间带宽积; 显式渐近表达式; Hermite函数; Legendre多项式; PSWF; large time-bandwidth product; explicit asymptotic expressions; Hermite function; Legendre polynomial;

摘要

电磁超材料是由亚波长单元周期或非周期地排列而组成的人工电磁结构,可通过设计结构单元及其排布自由地控制电磁波,是信息领域的研究热点之一.本文介绍了东南大学毫米波国家重点实验室从事电磁超材料研究的历史和最新进展,主要分为3个发展阶段.第1阶段发展了等效媒质超材料,提出了超材料结构的等效媒质一般性理论,实验验证了宽带地面隐身衣、电磁黑洞、电磁幻觉及各向异性零折射率等奇特物理现象及功能器件,并在超材料变换光学透镜、平板透镜天线,以及宽带电磁隐身表面等方面获得了应用.第2阶段开拓了基于人工表面等离激元(surface plasmon polariton,SPP)传输线的微波领域新方向,提出一种超薄、低损耗、条带式的SPP传输线,能在共形曲面上传输无畸变的SPP波;基于此,研制了一系列微波SPP无源器件、SPP放大器和倍频器,以及SPP天线,构建了首个全SPP无线通信射频收发系统,在间距为深亚波长的两个通道上实现了两个独立视频无干扰的超视距传输.第3阶段创建了信息超材料新体系,提出用数字编码表征超材料的新思想,通过控制不同的数字编码序列实时地调控电磁波,实现了超材料的现场可编程功能;提出在信息超材料的物理平台上进行信息熵操作及相关的数字卷积定理和加法定理,在物理空间上构筑起数字空间,实现了对电磁波和数字信息的同时调控;基于此研制了新架构的微波成像系统、无线通信系统和智能感知系统.

关键词

电磁超材料; 等效媒质; 表面等离激元; 数字编码; 现场可编程; 信息超材料; 信息系统; electromagnetic metamaterial; effective-medium model; surface plasmon polaritons; digital coding metamaterial; field programmable; information metamaterial; information system;

Vol. 50, No. 9, 2020 封面 目录

摘要

本文从Shannon信息论及其扩展形式的角度,探讨未来6G移动通信系统性能提升的潜能.首先,对经典Shannon信道容量及传输性能折中理论框架进行了概括,并探讨了其在当代移动通信系统中应用的局限性.其次,对Shannon信息论的多输入多输出(MIMO)扩展形式进行了论述,指出了其在当代移动通信系统发展中所扮演的基础性作用;鉴于Shannon信息论及其MIMO扩展形式均为非构造性的,文中还分别讨论了信道容量构造性逼近的两种重要途径—信道极化和特征模式无线传输.然后,围绕更高的频谱效率与功率效率、更高的可靠性与更低的时延、更高的频段等6G技术发展需求,从基础理论的角度探讨其性能进一步提升的潜能,主要结论包括:通过引入更多的天线、无蜂窝网络构架创新,以及分块长度–差错概率–传输速率–最小天线数等关键参数的有效平衡等途径,未来6G技术仍然具有较大的提升潜能,但需要在系统性能与部署成本之间进行折中,并有针对性地有效获取高频段MIMO信道容量.最后本文对涉及未来发展的若干基础性问题进行了总结.

关键词

Shannon信息论; MIMO; 6G移动通信; 无蜂窝; 高可靠与低时延; Shannon theory; MIMO; 6G mobile communications; cell free; uRLLC;

摘要

光纤通信作为二战以来最有意义的四大发明之一,奠定了网络信息传输的基石,承载了全球90%以上数据流量,但预计其未来20年将遭遇"传输容量危机".本文围绕超高速率、超大容量、超长距离、超宽灵活、超强智能(ultra-high speed, ultra-large capacity, ultra-long distance, ultra-wideband flexibility, and ultra-powerful intelligence, 5U)这5个光纤通信的发展维度开展研究,在回顾了其50多年发展历程的基础上,对近10年来所取得的一系列最新进展进行了全面综述,并就未来10年甚至20年的演进趋势做出展望.

关键词

光纤通信; 光传输; 光网络; optical fiber communication; optical fiber transmission; optical network;

Vol. 50, No. 8, 2020 封面 目录

刊讯

B5G/6G中的毫米波和太赫兹通信技术专题简介

Website Google Scholar
王东明, 武刚, 朱鹏程
中国科学: 信息科学, 2020, 50(8): 1275-1276

关键词

毫米波; 太赫兹通信; B5G/6G;

Vol. 50, No. 7, 2020 封面 目录

摘要

本文围绕高分辨率对地微波成像雷达对天线高效率、低剖面和轻量化的迫切需求,分析研究了有源阵列天线的特点、现状、趋势和瓶颈技术,针对对集成电路后摩尔时代的发展预测,提出了天线阵列微系统概念、内涵和若干前沿科学技术问题,分析讨论了天线阵列微系统所涉及的微纳尺度下多物理场耦合模型、微波半导体集成电路、混合异构集成、封装及功能材料等关键技术及其解决途径,并对天线阵列微系统在下一代微波成像雷达中的应用进行了展望.

关键词

天线阵列微系统; 微电子; 混合集成; 封装材料; 微波成像雷达; antenna array microsystem; microelectronics; hybrid/heterogeneous integration; packaging materials; microwave imaging radar;

Vol. 50, No. 6, 2020 封面 目录

刊讯

AI驱动的光通信专题简介

Website Google Scholar
纪越峰, 吕超, Darko ZIBAR, 邢焕来
中国科学: 信息科学, 2020, 50(6): 933-934

关键词

光通信; 光网络;

人物风采

张平院士

Website Google Scholar
中国科学: 信息科学, 2020, 50(6): 931-932

评述

Ubiquitous-X: 构建未来6G网络

Ubiquitous-X: constructing the future 6G networks

Website Google Scholar
张平, 张建华, 戚琦, 胡铮, 聂高峰, 牛凯, 田辉
中国科学: 信息科学, 2020, 50(6): 913-930

摘要

本文从移动通信演进规律和泛在性出发,研究第六代移动通信系统(sixth generation, 6G).在前期引入代表智慧或意识的"灵"的基础上,提出6G信息交换中枢Ubiquitous-X网络,使人–机–物–灵的新通信对象全面协作和融合于现有网络,以构建未来的6G网络.针对Ubiquitous-X网络构架面临的信息密度非均匀增长导致的传播非线性、信息维度增加导致的信息空间高维性、承载服务差异化导致的信息处理复杂性3大挑战,借鉴复杂系统耗散理论和信息负熵促进有序的思想,给出设计与优化Ubiquitous-X网络的演进范式和核心技术,为6G研究提供参考.

关键词

移动通信; 网络构架; 人–机–物–灵; 泛在性; 耗散理论; mobile communication; network architecture; human-machine-thing-genie; ubiquity; dissipative theory;

Vol. 50, No. 5, 2020 封面 目录

摘要

针对椭圆球面波函数(prolate spheroidal wave functions, PSWFs)信号处理与检测复杂度高的问题,基于具有相同奇偶对称性的PSWFs信号进行线性运算后其奇偶对称性不变的特点,提出了时域严格奇偶对称的PSWFs信号构建方法.依据相同奇偶对称性的PSWFs信号在半符号周期与整符号周期其正交性相同的特性,采用对奇对称、偶对称信号分组处理,利用半符号周期信号进行检测,降低参与运算的信号数值解点数的思路,提出了基于时域奇偶特性的PSWFs信号检测方法.理论与数值分析表明,与相干检测相比,所提的信号检测方法能够在不降低系统误码性能的前提下,检测计算复杂度由O(NQ)降低为O(NQ/2),降低约50%.

关键词

奇偶对称; 信号检测; 椭圆球面波函数; 对折处理; 叠加平均处理; 分层处理; parity symmetric; signal detection; prolate spheroidal wave functions; folding processing; overlapping averaging processing; hierarchical processing;

摘要

气体传感器阵列的优化是电子鼻领域亟需解决的关键问题之一,同时也是一种特殊的特征选择问题.本文结合特征相关性和特征重要度,提出了一种有效的新型传感器(特征)重要性衡量方法——动态特征重要度,并在此基础上提出了一种新的基于动态特征重要度的电子鼻传感器阵列优化算法SAO DFI.通过对两种不同的气体环境下采集的数据进行分析,测试了重复传感器、传感器(特征)重要度、传感器(特征)相关性以及传感器特征参数对SAO DFI算法的影响,其优化结果证明了该阵列优化算法的有效性、鲁棒性和可解释性.

关键词

阵列优化; 气体传感器; 特征选择; 特征相关性; 电子鼻; 动态特征重要度; array optimization; gas sensor; feature selection; feature correlation; electronic nose; dynamic feature importance;

Vol. 50, No. 4, 2020 封面 目录

刊讯

遥感图像处理中的深度学习专题简介

Website Google Scholar
徐丰, 胡程, 李军, Antonio PLAZA, Mihai DATCU
中国科学: 信息科学, 2020, 50(4): 619-620

Vol. 50, No. 2, 2020 封面 目录

论文

基于分离字典的图像超分辨率重建

The algorithm of image super-resolution reconstruction via separable dictionaries

Website Google Scholar
张凤珍, 岑翼刚, 赵瑞珍, 王艳红, 张琳娜, 胡绍海
中国科学: 信息科学, 2020, 50(2): 275-288

摘要

传统的基于稀疏表示的图像超分辨率重建算法,需要将图像进行分块并列化为向量,这样就破坏了图像块内邻域像素间的相关性.为了更好地利用图像邻域内的结构信息,本文结合分离字典能从不同方向对图像块进行稀疏表示的特性,提出了基于分离字典的图像超分辨率重建算法.实验结果表明,与传统基于稀疏表示的图像超分辨率重建算法相比,本文算法不仅提高了图像重建的速度,而且在PSNR和SSIM两个衡量指标上都优于传统基于稀疏表示的超分辨率重建算法(PSNR提高约0.2 dB, SSIM提高约0.01).

关键词

图像超分辨率重建; 2D稀疏编码; 黎曼流形; 稀疏表示; 分离字典; image super-resolution reconstruction; 2D sparse coding; Riemannian manifold; sparse representation; separable dictionary;

Vol. 50, No. 1, 2020 封面 目录

特约论文

中国深空测控网现状与展望

Status and prospect of China's deep space TT&C network

Website Google Scholar
吴伟仁, 李海涛, 李赞, 王广利, 唐玉华
中国科学: 信息科学, 2020, 50(1): 87-108

摘要

深空测控网是支持深空探测任务实施的核心系统,在深空探测任务中具有不可替代的重要地位和作用.在中国探月工程带动下,分阶段建成了功能完备、性能先进、全球布局的中国深空测控网.未来在后续月球与行星探测工程的带动下,通过应用天线组阵、光通信、相位参考干涉测量等新技术,中国深空测控网将实现更强的深空测控通信能力,并可同时用于深空科学探测活动.

关键词

深空测控网; 功能与性能; 深空通信; 深空导航; 科学探测; deep space TT&C network; function and performance; deep space communication; deep space navigation; scientific exploration;

Vol. 49, No. 12, 2019 封面 目录

摘要

雷达探测是一种有效的对地观测手段,雷达图像目标识别是其重要研究方向.深度学习已在众多领域取得成功,然而训练深层神经网络需要大量数据,样本量不足已成为制约深度学习方法在雷达图像目标识别中应用的主要因素.本文对基于深度学习的雷达图像目标识别研究进展进行了综述,梳理和总结了具有代表性的方法.首先,介绍针对雷达图像目标识别的数据扩充和网络模型设计方法.然后,详细阐述本课题组针对小样本条件提出的基于迁移学习、度量学习和半监督学习的雷达图像目标识别方法.最后,讨论了目前仍然存在的问题,并给出了对未来发展趋势的展望.

关键词

雷达图像; 目标识别; 深度学习; 卷积神经网络; 小样本; radar image; target recognition; deep learning; convolutional neural network; few samples;

Vol. 49, No. 10, 2019 封面 目录

摘要

针对能量收集无线通信系统信息安全传输过程中保密速率的优化问题,提出一种基于Lyapunov框架优化的在线功率控制策略.系统模型为无线衰落信道下的一发二收的保密通信模型,包含一个由能量收集设备供电的源节点和两个目的节点,两目的节点间的信息相互保密.每时隙源节点根据两目的节点的信道状态,选择向信道状态较好的目的节点传输保密信息,根据当前电池电量和信道状态在线设置发送功率和保密速率.将电池电量约束转换为虚队列,而将优化目标转换为惩罚,通过优化发送功率最小化瞬时队列漂移加惩罚函数,在满足约束条件的前提下最大化长期时间平均保密速率.优化过程中兼顾了两目的节点的传输公平性.仿真结果表明本文提出的方案能够高效地利用收集的能量,有效提高系统的长期时间平均保密速率.

关键词

能量收集; 物理层安全; 保密传输; 在线功率控制; Lyapunov框架; energy harvesting; physical-layer security; secure transmission; online power control; Lyapunov frame;

Vol. 49, No. 9, 2019 封面 目录

刊讯

B5G通信网络专题

Website Google Scholar
王承祥, 尤肖虎, 梁应敞, 易芝玲
中国科学: 信息科学, 2019, 49(9): 1231-1232

关键词

多址接入; 网络专题; B5G; ALOHA; 杂志社;

摘要

本文考虑了一个利用full-duplex simultaneous wireless information and power transfer (FDSWIPT)双向中继提供移动通信蜂窝网络中小区覆盖,同时改进吞吐量和能量效率的应用场景.针对FD-SWIPT双向中继研究存在问题,提出了FD-SWIPT双向中继系统中基于天线选择与波束成形联合优化的高能效和吞吐量最大化方案.首先,给出了一种低复杂度次优天线分组算法,在中继接收端使用天线分组策略,将信道条件好的接收信号用于传输,剩下的信号用于能量采集.进一步,在中继发送端设计了波束成形方案,并利用最大广义特征值方法优化波束成形矢量,达到优化接收端信干噪比的目的.仿真结果表明,所提出的联合优化方案能有效提升系统的和吞吐量与能量效率,且天线选择方案起到了重要的作用.

关键词

全双工中继; 信息与能量同传; 波束成形; 天线选择; 吞吐量; 能量效率; full-duplex relay; SWIPT; beamforming; antenna selection; sum throughput; energy efficiency;

摘要

广义排列熵(PE_(q,δ))取恰当参数时能放大系统的微小变化,而信号的相位相比于幅度包含更多关键信息.本文将相位信息引入到广义排列熵中,提出了广义相位排列熵(PPE_(q,δ))算法,验证了广义相位排列熵在检测系统动态改变方面的优势,分析了参数q,δ选取对于系统动态改变的影响,探究了数据长度和噪声对于广义相位排列熵的影响.最后,将广义相位排列熵算法运用到异常心电信号检测分析中.仿真结果表明,当广义排列熵和广义相位排列熵的q,δ取值相同时,广义相位排列熵对于同一动态变化的检测效果更为显著.无论是针对logistic映射还是异常心电信号的动态变化检测,当q> 0,δ> 0时,减小q值或者增大δ值,或者同时减小q值增大δ值,都能提高广义排列熵和广义相位排列熵对于动态改变的检测效果.此外,数据长度改变对于广义排列熵和广义相位排列熵基本无影响且两者对噪声均具有良好的鲁棒性.

关键词

广义相位排列熵; 动态改变检测; logistic映射; 心电信号; 非线性分析; generalized phase permutation entropy; dynamic changes detection; logistic map; ECG signal; non-linear analysis;

论文

多边共管的多模态网络标识域名生成管理解析原型系统

Prototype and testing report of a multi-identifier system for re-configurable network architecture under co-governing

Website Google Scholar
李挥, 邬江兴, 邢凯轩, 伊鹏, 陈世胜, 梁伟, 魏进武, 李卫, 朱伏生, 田开颜, 朱江, 陆以勤, 徐恪, 宋佳兴, 刘怡俊, 董永吉, 韩永祥, 侯韩旭, 马军锋, 徐睿, 阙建明, 杨伟豪, 缪伟豪, 郑泽峰, 孙涛, 韦国华, 綦九华, 刘吉, 白永杰, 宁崇辉, 王菡, 张昕淳, 胡嘉伟, 黄健森, 吕赛, 刘馨蔚, 李更新
中国科学: 信息科学, 2019, 49(9): 1186-1204

摘要

面对新形势下互联网蓬勃发展给现有网络体系带来的挑战,现有单边主义下的域名管理系统(DNS)在专业化服务质量和安全管控方面已力不从心.本文从分析现有网络体系问题出发,结合世界网络发展趋势,明确新型网络基本技术特征,以高安全、高鲁棒、高效能和高可用性为导向,提出新型多模态域名管理技术框架,实现融合多边共管的投票管理和多模态网络下标识域名互访和互隧道功能的原型系统.原型系统通过现网测试验证了理论的正确性和可行性.该系统可以方便地应用于自主多模态标识空间下的主权网及高安全专网,为全世界对网络共管共治的诉求提供了中国方案.

关键词

多边共管; 域名解析; 多模态网络; 联盟链共识PoV; 多模标识互相隧道/互译; 后IP高安全专网; multilateral co-management; DNS; multimodal network; consortium blockchain consensus PoV; multi-identifier inter-translation; post IP high security private network;

Vol. 49, No. 8, 2019 封面 目录

摘要

随着5G网络开启规模商业部署,越来越多的研究机构及相关人员开始对下一代移动通信系统进行研究.本文将探讨10年后(2030年~)的6G概念.本文首先用4个关键词概括未来6G愿景:"智慧连接"、"深度连接"、"全息连接"和"泛在连接",而这4个关键词共同构成"一念天地,万物随心"的6G总体愿景.接着分析了实现6G愿景面临的技术需求与挑战,包括峰值吞吐量、更高能效、随时随地的连接、全新理论与技术,以及一些非技术挑战.然后分类给出了6G潜在关键技术:新频谱通信技术,包括太赫兹通信和可见光通信;基础性技术,包括稀疏理论(压缩感知)、全新信道编码、大规模天线、灵活频谱使用,以及基于AI的无线通信技术;专有技术特性,包括空天地海一体化网络和无线触觉网络.本文通过探讨6G愿景、需求与挑战,以及潜在关键技术,尝试勾勒出6G的整体框架,以期为后续展开6G研究提供方向性指引.

关键词

6G; 愿景; 太赫兹; 可见光通信; 压缩感知; 全自由度双工; 无线触觉网络; 6G; vision; terahertz; VLC; compressed sensing; free duplex; wireless tactile network;

观点与争鸣

信息通信网络的内涵及发展趋势

Concepts and trends of information communication networks

Website Google Scholar
李建东, 张琰, 盛敏, 杨春刚
中国科学: 信息科学, 2019, 49(8): 949-962

摘要

本文回顾了信息通信网络的发展历程,阐述了对信息通信网络内涵的基本理解,重新审视了信息通信网络发展的基础理论及其变化特征与趋势,重点分析了信息通信网络资源维度拓展的新方向及其面临的重要挑战,挖掘了多维资源协同管控的新增益,同时讨论了数据、网络、智能三者之间的耦合关系与关键技术,为信息通信网络向全频谱、全空间、全智能方向发展提供了参考.

关键词

信息通信网络; 资源新维度; 协同资源管理; 智能通信; information communication network; collaborative resource management; intelligent communication;

观点与争鸣

未来网络发展趋势与展望

Development trends and prospects of future networks

Website Google Scholar
黄韬, 霍如, 刘江, 刘韵洁
中国科学: 信息科学, 2019, 49(8): 941-948

摘要

网络信息技术极大地促进了人类社会的发展,网络空间已经成为了继陆、海、空和太空之后的人类第五疆域.随着信息社会的进一步发展,互联网业务形态和业务需求正发生着巨大变化,传统网络架构需要进行深刻的变革,未来网络迎来了新的发展机遇.本文首先分析了未来网络的发展需求,提出了该领域新型应用带来的新型能力需求,在此基础上,讨论了面向2030网络架构、网络操作系统、数据平面可编程、低时延与确定性网络、网络计算存储一体化、网络人工智能、网络技术开源等关键技术及其发展趋势.最后介绍了我国未来网络技术领域的几大热点工程系统,并对我国未来网络的发展进行了展望.

关键词

未来网络试验设施; 网络操作系统; 天地一体化网络; 海洋立体通信; China environment for network innovations; network operating system; space-ground integrated network; multi-dimensional communication for maritime environment;

Vol. 49, No. 7, 2019 封面 目录

论文

电磁频谱伞罩

Electromagnetic spectrum umbrella

Website Google Scholar
唐友喜, 许林, 吴飞, 赵宏志, 郭文博, 邵士海
中国科学: 信息科学, 2019, 49(7): 911-931

摘要

提出了一种电磁频谱伞罩的方法,在电磁频谱伞罩覆盖的三维空间内,非授权用户不可以正常接收其期望的电磁波信号,授权用户不受此限制.给出电磁频谱伞罩的构建方法,分析干扰设备的优化三维布置位置、非授权用户接收机灵敏度的损失量,给出授权用户接收机的结构及其灵敏度损失界,最后给出部分实验结果.

关键词

电子战; 授权用户; 非授权用户; 干扰能效; 接收机灵敏度损失; electronic war; authorized user; unauthorized user; interference energy enciency; receiver sensitivity loss;

摘要

稀疏恢复的主要任务之一是发展和分析在计算上易于处理的算法以得到欠定线性系统的稀疏解.焦雨领等(2015)提出了一种PDASC算法求解?0正则化最小二乘问题,并在一定的RIP条件下分析了PDASC的误差估计,进而建立了有限步全局收敛性.对一类具有强衰减特性的信号,本文将RIP常数条件减弱到与稀疏度T无关.此外,数据驱动的选择准则被提出用来选择适合的正则参数.数值实验验证了PDASC算法和数据驱动参数选择准则的效率和精度.

关键词

连续化; 衰减信号; 全局收敛; 原始对偶积极集; 正则参数选择; continuation; decaying signals; global convergence; primal-dual active set; regularization parameter selection;

论文

FBMC系统中的SR-NYQ原型滤波器设计

Design of SR-NYQ prototype filter in an FBMC system

Website Google Scholar
闻建刚, 华惊宇, 徐志江, 李枫, 陈浩
中国科学: 信息科学, 2019, 49(7): 886-899

摘要

FBMC (filter bank multicarrier)作为新一代移动通信中的候选方案,相对于OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)具有旁瓣衰减大、无需严格正交同步等多个方面的优势,在实现子载成形的原型滤波器上起到了重要作用.目前,常用FBMC原型滤波器包括PHYDYAS滤波器和IOTA滤波器,但在两者的相应设计中,可控参数较少而灵活性欠佳.因此,本文提出了一种约束优化方法来直接设计FBMC滤波器.在该方法中,将滤波器的阻带误差能量作为优化目标,目的在于减小FBMC波形的旁瓣泄漏.同时,通过近似方法在频域对NYQ (Nyquist)条件进行约束,实现对符号间干扰的控制.该NYQ约束包含线性矩阵不等式和针对截止频点的线性不等式,避免了原始约束中由卷积计算引起的非凸问题.通过半定规划算法可对约束优化问题进行求解,所得线性相位FIR (finite impulse response)滤波器能够在适当放宽NYQ条件的同时有效改善阻带衰减特性,从而提升FBMC波形的频率选择特性.误码率仿真结果表明优化所得滤波器相对于PHYDYAS滤波器和IOTA滤波器具有一定优势.此外,在本文设计方法下,可采用长度更短的滤波器,其BER(bit error rate)与采用PHYDYAS滤波器时的BER结果近似可比,而其乘法复杂度比PHYDYAS滤波器低.

关键词

滤波器组多载波; 原型滤波器; Nyquist条件; 阻带能量; 误码率; FBMC; prototype filter; Nyquist condition; stopband energy; BER;

摘要

由于无线局域网(wireless local area network, WLAN)的广泛部署和智能终端对WLAN协议的普遍支持,本文提出一种基于自适应深度射线树的WLAN室内目标入侵检测算法,其利用现有WLAN基础设施即可实现未携带任何信号收发设备的室内目标的入侵检测.为此,首先建立基于自适应深度射线树的准三维射线追踪模型,对室内静默和入侵状态下的接收信号强度(received signal strength, RSS)传播特性进行建模;其次,联合RSS均值、方差、最大值、最小值、极差值和中位值6种信号特征构建概率神经网络(probabilistic neural network, PNN)的训练数据库;最后,利用训练得到的PNN对新采集RSS数据进行多分类判决,进而实现对室内目标的入侵检测与区域定位.实验结果表明,本文所提算法具有较高的入侵检测概率和较低的数据库构建开销.

关键词

无线局域网; 入侵检测; 射线追踪; 遗传算法; 神经网络; WLAN; intrusion detection; ray tracing; genetic algorithm; neural networks;

摘要

近些年,基于期望传播(expectation propagation)的EP检测算法在高阶调制的大规模MIMO(multiple input multiple output)场景下展现出了相比于传统检测算法的巨大优势,但是由于其每次迭代都需要进行矩阵求逆运算,使得该算法的计算复杂度在实际应用中是难以接受的.本文提出了一种适用于大规模MIMO系统下的逐次更新EP-SU (expectation propagation successive updating)检测算法,一方面提出了逐次更新的信息节点更新方式,加快了信息更新效率的同时规避了原有EP中的矩阵求逆运算;另一方面优化了单个节点更新算法,提升了信息更新的有效性和准确性.仿真结果表明:本文提出的EP-SU检测算法在多种大规模MIMO场景下,都具有相比于原有EP检测器更加优秀的检测性能、更快的收敛速度、更低的误码平层和更低的计算复杂度,最后这些优势都会随着天线规模的增加而更加显著.

关键词

大规模MIMO; 期望传播; 逐次更新; 低复杂度; 快收敛; large-scale MIMO; expectation propagation; successive updating; low complexity; fast convergence;

论文

一种基于稀疏重构的主瓣拖曳式干扰抑制方法

A sparse reconstruction algorithm for mainlobe towed jamming suppression

Website Google Scholar
周必雷, 李荣锋, 段克清, 王永良, 刘维建, 陈风波
中国科学: 信息科学, 2019, 49(7): 838-852

摘要

提出了一种基于稀疏重构的主瓣拖曳式干扰抑制方法,可在干扰环境下有效提取目标的距离和空间角度信息.新方法首先利用正交匹配追踪算法估计主瓣拖曳式干扰的角度、幅度和相位,进而重构干扰数据;再利用接收数据减去干扰重构数据,大幅削弱主瓣拖曳式干扰的能量;然后利用稀疏Bayes算法来估计剩余干扰和目标的角度–距离信息;最后结合稀疏恢复结果,并根据目标在某一空间角度上仅占有2~3个距离单元,而剩余的干扰占满所有距离单元这一先验知识,可容易鉴别目标和干扰,进而提取目标参数.

关键词

主瓣拖曳式干扰; 稀疏重构; 雷达信号处理; 抗干扰; mainlobe towed jamming; MTJ; sparse reconstruction; radar signal processing; anti-jamming;

摘要

天地一体化信息网络是国家面向2030的重大科技工程,现有的基础架构及由此构建的技术体系在其节点高性能处理、网络高效互联、一体化安全防护等方面面临诸多挑战.本文从拟态技术应用的角度出发,在分析天地一体化信息网络面临的技术挑战和现有技术思路的基础上,提出将拟态计算、拟态防御和软件定义互连技术应用到天地网络架构、关键信息系统中的设计思路与应用构想,相关技术思路和设计可为高速、高效、灵活、安全的天地一体化信息网络建设提供参考.

关键词

天地一体化信息网络; 拟态防御; 拟态计算; 软件定义互连; space-ground integration information network; mimic defense; mimic computing; software-defined interconnection;

Vol. 49, No. 6, 2019 封面 目录

摘要

本文对降低低密度扩展多址接入系统的多用户检测算法复杂度进行了研究.针对上行系统中各用户信道质量存在差别,基站处各用户信号功率不同的特性,提出一种根据用户瞬时信道质量对用户进行分组检测、降低计算复杂度的多用户检测算法,并给出用户分组和相应的指示矩阵的设计准则.对计算复杂度进行分析,并在不同信道条件下对算法进行性能仿真,结果表明该算法在有效降低计算复杂度的情况下,用户性能损失很小.

关键词

非正交多址接入; 低密度扩展; 多用户检测; 计算复杂度; 用户分组; non-orthogonal multiple access; low-density spreading; multiuser detection; computational complexity; user grouping;

论文

大型射电望远镜的火星探测器跟踪技术

Tracking technology of Mars spacecraft for large radio telescope

Website Google Scholar
刘庆会, 赵融冰, 舒逢春, 贺庆宝, 郑鑫, 马茂莉, 付丽, 吴亚军, 虞林峰
中国科学: 信息科学, 2019, 49(6): 775-782

摘要

我国将于2020年发射由环绕器和着陆巡视器组成的火星探测器,需要利用大型射电望远镜进行跟踪.本文对大型射电望远镜的火星探测器跟踪技术进行了分析,并实际利用上海65 m射电望远镜跟踪火星探测器进行了测试验证.分析和测试结果表明,大型射电望远镜跟踪火星探测器时需要考虑和改正座架热变形、大气折射、光行时等引起的指向偏差.不考虑下行单程光行时的接收功率比考虑时降低约0.8 dB.在俯仰指向偏差为36′′和72′′时接收能力分别降低约0.8和3.5 dB.这些研究成果对我国的首次火星探测任务的顺利实施有重要的应用价值.

关键词

射电望远镜; 火星探测器; 跟踪; 光行时; 指向偏差; radio telescope; Mars spacecraft; tracking; light time; pointing offset;

Vol. 49, No. 5, 2019 封面 目录

摘要

螺旋桨节拍对水声目标宽带辐射噪声具有明显的幅度调制,其调制频率与螺旋桨的转速紧密相关,因而调制谱特征对水声目标分类和识别具有重要意义.本文针对传统的基于Fourier变换调制谱存在的缺点,提出一种基于子频带组稀疏结构的高分辨调制谱重构新方法.一方面,利用调制谱稀疏性特点,将稀疏调制谱的估计问题转化成逆Fourier基上的频率系数求解问题;另一方面,利用在分频技术中不同子频带间其稀疏调制线谱成组出现的特点,给出了组稀疏结构的调制谱重构方法.与传统的基于Fourier变换的调制谱不同,该稀疏调制谱会自动学习出线谱特征信息,有效地避免了在传统调制谱检测中的门限参数设计问题以及特征提取中人为因素.另外,本文提出的调制谱重构方法是非参数化的,可以自动学习出调制谱的稀疏度.

关键词

噪声包络调制分析; 组稀疏性; 高分辨率; 稀疏贝叶斯学习; detection of envelope modulation on noise(DEMON); group sparsity; high resolution; sparse Bayesian learning;

Vol. 49, No. 4, 2019 封面 目录

刊讯

高分辨雷达专题简介

Website Google Scholar
龙腾, 刘泉华, Francois LE CHEVALIER, Pramod K VARSHNEY, Aly E FATHY
中国科学: 信息科学, 2019, 49(4): 505-506

关键词

高分辨雷达; 宽带雷达; 波形设计;

摘要

针对现有密钥生成方法流程繁琐的问题,本文利用空域对称加扰和安全极化编码提出了一种无协商的密钥生成方法,仅需安全传输和隐私放大两步即可生成密钥.首先,空域对称加扰以类信号噪声代替传统的Gauss噪声具有更高的安全性并为合法信道提供了信道优势,保证了安全容量的存在性;然后,基于该信道优势和系统性能需求提出了基于Gauss近似和遗传算法的安全极化码构造算法,确保了传输比特的安全性;最后,利用安全极化编码和空域对称加扰实现了私密比特的安全传输,并对其进行隐私放大生成密钥.仿真结果验证了空域对称加扰和安全极化编码的有效性,并进一步说明了所提密钥生成方法能够满足系统性能的需求. NIST测试结果表明了生成的密钥具有很强的随机性.

关键词

密钥生成; 物理层安全; 空域对称加扰; 安全极化编码; 隐私放大; secret key generation; physical layer security; spatial symmetric scrambling; secure polar coding; privacy ampli?cation;

Vol. 49, No. 1, 2019 封面 目录

摘要

利用频控阵实现目标定位成为雷达领域一个新的研究热点.针对频控阵雷达存在距离模糊和定位精度不高的问题,本文基于提出的二维频率分集子孔径频控阵MIMO (frequency diverse subaperturing MIMO, FDS-MIMO)雷达,深入研究了目标三维定位方法.首先利用匹配滤波数据内在的多维结构,建立了5阶张量信号模型.针对该信号模型下的距离模糊问题,提出了一种在面阵两方向采用互质频偏的方案,该方案能够解决波束域最大无模糊距离和距离分辨率的矛盾.基于这种频偏结构,本文提出了基于张量的ESPRIT及其实值化算法,并根据传统子空间和张量子空间的定量关系,对该体制下的ESPRIT类算法进行了统一.与已有的ESPRIT算法和频偏方式相比,所提算法充分利用了回波数据内在的多维结构,在解决距离模糊的同时具有更高的定位精度.理论分析和仿真实验结果验证了本文方法的有效性.

关键词

FDS-MIMO雷达; 目标定位; 张量子空间; 距离依赖波束; 距离模糊; 互质步进; FDS-MIMO radar; target localization; tensor subspace; range-angle-dependent beampattern; range ambiguity; co-prime frequency offset;

摘要

高分四号(GF-4)卫星是中国首颗地球同步轨道高分辨率光学遥感卫星.由于地球同步轨道的高度是典型太阳同步轨道的70倍左右,因此,地球同步轨道光学遥感卫星对于星上微振动环境提出了更高的要求,对微振动幅值的要求相比于低轨卫星要小近两个数量级.本文在对动量轮、制冷机等典型星上扰振源特性进行研究的基础上,针对地球同步轨道可见红外一体化光学遥感卫星,建立了光机结构与微振动的耦合集成仿真模型;提出了基于结构优化以及减振和隔振相结合的微振动抑制方法,在国内首次实现了地球同步轨道高分辨率光学遥感器在轨微振动的有效抑制,为GF-4光学遥感卫星在轨获取优异图像奠定了基础.

关键词

微振动; 地球同步轨道; 隔振; 光机集成分析; 成像质量; micro-vibration; geosynchronous orbit; vibration isolation; opto-mechanical analysis; image quality;