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基于神经网络的低码率语音编码技术研究综述

信号处理 2024年

作者：王晶徐亮陈晓娇谢湘费泽松北京理工大学信息与电子学院

语音编码算法在无线或网络语音的传输过程中具有重要作用，在降低语音编码速率的同时确保编码语音质量不变甚至提升一直是设计者们追求的核心目标。然而，传统语音编解码器在较低速率下经过压缩后的语音音质、可懂度和有效带宽均有明显... 详细信息

语音编码算法在无线或网络语音的传输过程中具有重要作用，在降低语音编码速率的同时确保编码语音质量不变甚至提升一直是设计者们追求的核心目标。然而，传统语音编解码器在较低速率下经过压缩后的语音音质、可懂度和有效带宽均有明显下降，极大程度上影响了用户的听觉体验。随着人工智能技术的不断进步，深度神经网络模型在语音处理任务中的应用也日益广泛，其性能普遍远超传统方法。在语音编解码领域，近年来很多研究也开始关注如何将神经网络模块融入编解码器，以实现更高效的语音传输，旨在低码率下实现传统方案无法达到的性能，为无线或网络语音传输提供新的解决方案。本文对基于神经网络的低码率语音编解码算法进行全面的整理分析和分类汇总，详细介绍了使用传统方法与神经网络结合的混合式编解码器以及使用编码器-解码器联合训练的端到端编解码器的发展历程、原理、特点及评价指标，并总结了这些方法的优势与不足。最后，结合当前各类编解码器的发展状况，对低速率语音编解码器的未来进行展望。基于神经网络的低码率语音编码技术有望解决实际通话中传输带宽受限时通话质量不佳的问题，为实时语音通信的进一步发展提供有力支持，并为未来压缩编码的研究方向提供新的思路。

关键词：语音编码低码率神经网络混合式编码器端到端编码器

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面向无人机通信的区域化智能波束管理

无线电通信技术 2024年第3期50卷 503-509页

作者：赵乐郑重王新奕费泽松北京理工大学信息与电子学院北京100081

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(Artific... 详细信息

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。

关键词：波束管理人工智能参考信号接收功率长短时记忆模型切换

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

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通信学报 2023年第9期44卷 228-237页

作者：李斌彭思聪费泽松南京信息工程大学计算机学院江苏南京210044 北京理工大学信息与电子学院北京100081

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... 详细信息

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。

关键词：感知−通信−计算融合网络无人机深度强化学习资源分配与优化

面向空天地异构网络的边缘计算部分任务卸载策略

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电子与信息学报 2022年第9期44卷 3091-3098页

作者：李斌刘文帅费泽松南京信息工程大学计算机与软件学院南京210044 北京理工大学信息与电子学院北京100081

空天地异构网络作为一种新型网络构架,是未来6G实现泛在连接的关键支撑。该文提出一种面向空天地异构网络(SAGIN)的移动边缘计算部分任务卸载方案。首先,分析了低轨(LEO)卫星的覆盖时间。其次,联合考虑用户与无人机(UAV)匹配关联因子、... 详细信息

空天地异构网络作为一种新型网络构架,是未来6G实现泛在连接的关键支撑。该文提出一种面向空天地异构网络(SAGIN)的移动边缘计算部分任务卸载方案。首先,分析了低轨(LEO)卫星的覆盖时间。其次,联合考虑用户与无人机(UAV)匹配关联因子、任务分配、带宽分配、无人机计算资源分配以及无人机轨迹,旨在建立一个能耗最小化问题。最后,采用交替迭代优化算法,将原非凸问题分解为3个子问题,并利用变量替换和连续凸逼近方法将问题转化为凸问题进行求解。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性能,并有效地降低系统能耗。

关键词：空天地一体化网络移动边缘计算计算卸载无人机

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6G无线覆盖扩展技术

中国科学：信息科学 2024年第5期54卷 1144-1176页

作者：许晓东韩书君赵芸王静贤何睿斯王德胜侯延昭费泽松张雪菲侯利明郭婧艾渤牛勇熊轲王方刚章嘉懿沈霞杜滢刘玲杜清河王碧舳孙梦颖张静璇谭力北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 北京邮电大学网络空间安全学院北京100876 北京邮电大学电子工程学院北京100876 鹏城实验室深圳518055 中国移动通信有限公司研究院北京100053 中国电子科技集团有限公司电子科学研究院北京100041 北京交通大学电子信息工程学院北京100091 北京交通大学计算机与信息技术学院北京100091 华中科技大学电子信息与通信学院武汉430074 北京理工大学信息与电子学院北京100041 中信科移动通信技术股份有限公司北京100083 中国信息通信研究院北京100191 中国科学院计算技术研究所北京100190 西安交通大学信息与通信工程学院西安710049

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... 详细信息

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

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太赫兹固态通信系统技术发展现状与挑战

无线电通信技术 2024年第1期50卷 41-57页

作者：李尧高岩张淅秦雪妮周雨萌赵亮郑重费泽松于伟华北京理工大学集成电路与电子学院北京100081 北京理工大学信息与电子学院北京100081 北京理工大学长三角研究院浙江嘉兴314099 北京理工大学重庆微电子研究院重庆400031

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... 详细信息

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。

关键词：太赫兹通信功率放大器低噪声放大器片上天线太赫兹固态电路

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智能反射面赋能无人机边缘网络计算卸载方案

通信学报 2022年第10期43卷 223-233页

作者：李斌刘文帅谢万城费泽松南京信息工程大学计算机与软件学院江苏南京210044 北京理工大学信息与电子学院北京100081

针对无人机辅助边缘计算城市场景,因无人机与地面用户之间的任务卸载链路易受障碍物遮挡而造成卸载速率低的问题,提出了一种智能反射面赋能的无人机边缘计算部分任务卸载方案。联合考虑任务分配、用户发射功率、智能反射面相移矩阵、无... 详细信息

针对无人机辅助边缘计算城市场景,因无人机与地面用户之间的任务卸载链路易受障碍物遮挡而造成卸载速率低的问题,提出了一种智能反射面赋能的无人机边缘计算部分任务卸载方案。联合考虑任务分配、用户发射功率、智能反射面相移矩阵、无人机计算资源分配以及无人机轨迹,建立了一个用户最小平均数据吞吐量最大化问题。由于该问题是一个随机优化问题,且优化变量之间密切耦合,难以直接求解。因此,首先通过利用数学期望的性质,将随机优化问题转换为确定性优化问题;其次,利用块坐标下降算法将确定性优化问题分解为3个子问题,并通过引入辅助变量、利用连续凸近似和半定松弛技术将非凸问题转换为凸优化问题,进而得到问题的近似次优解。仿真结果表明,所提方案具有良好的收敛性能,并有效地提高了地面用户的平均数据吞吐量。

关键词：无人机通信移动边缘计算智能反射面计算卸载资源分配

面向空天地一体化网络的数字孪生技术架构及应用

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移动通信 2024年第1期48卷 95-102页

作者：李媛费泽松晁子云黄靖轩李斌郑重北京理工大学信息与电子学院北京100081 南京信息工程大学计算机学院江苏南京210044

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... 详细信息

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。

关键词：数字孪生技术空天地一体化网络环境感知业务预测网络优化

基于SINS/GBAS组合导航的高精度进近着陆导航技术

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系统工程与电子技术 2023年第1期45卷 210-220页

作者：高利春高铭阳陈晓芳饶建兵费泽松倪少杰中国航天科工集团空间工程总体部北京100854 武汉理工大学管理学院湖北武汉430070 北京理工大学信息与电子学院北京100081 国防科技大学电子科学学院湖南长沙410003

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... 详细信息

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。

关键词：组合导航卫星导航陆基增强系统进近着陆