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面向密集场景的空天地网络资源分配算法

电子与信息学报 2024年第5期46卷 1968-1976页

作者：张鸿廖彧歆王汝言吴大鹏杜慧敏重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 先进网络与智能互联技术重庆市高校重点实验室重庆400065 泛在感知与互联重庆市重点实验室重庆400065

空天地网络具有覆盖范围大、吞吐量高、弹性强等优点。该文针对大量用户并发接入、网络负载不均衡所引发的网络拥塞、服务质量恶化等问题,提出一种面向密集场景的资源分配算法。首先以用户需求为中心,根据不同类型用户任务的偏好来构建... 详细信息

空天地网络具有覆盖范围大、吞吐量高、弹性强等优点。该文针对大量用户并发接入、网络负载不均衡所引发的网络拥塞、服务质量恶化等问题,提出一种面向密集场景的资源分配算法。首先以用户需求为中心,根据不同类型用户任务的偏好来构建用户效用函数,然后基于匹配博弈的网络选择算法和结合对偶上升法的功率控制算法来实现负载均衡,优化资源分配方案。实验表明,相较于传统策略,所提策略整体用户接入率至少提高35%,时延和吞吐量方面性能提升超过50%;在密集场景下,能更有效地均衡负载,提升网络性能。

关键词：空天地一体化网络资源分配博弈论密集场景

面向B5G毫米波40~50 GHz通信的漫散射传播与去极化建模

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2425-2433页

作者：廖希陈心睿王洋任明浩陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 复杂环境通信重庆市重点实验室重庆400030

漫散射传播与极化特性对于准确刻画、掌握毫米波(mmWave)信道传播机理,建立高精度毫米波通信信道模型至关重要。针对毫米波频段建筑材料粗糙面引起的漫散射传播和去极化特性表征不足,缺乏去极化理论模型的问题,该文提出一种基于有效粗... 详细信息

漫散射传播与极化特性对于准确刻画、掌握毫米波(mmWave)信道传播机理,建立高精度毫米波通信信道模型至关重要。针对毫米波频段建筑材料粗糙面引起的漫散射传播和去极化特性表征不足,缺乏去极化理论模型的问题,该文提出一种基于有效粗糙度理论的漫散射去极化建模方法。从电磁波的极化维度分解粗糙面材料引起的漫散射辐射传播电场,引入去极化指数构建传播模型,利用40~50 GHz频段典型材料的实测数据,研究了功率角度谱、去极化指数和交叉极化鉴别比等漫散射传播及极化特性。结果表明,所提模型能够描述表面粗糙和光滑建筑材料的极化特性,去极化转化率分别高达39%和4%。

关键词：毫米波漫散射极化特性交叉极化鉴别比

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密集城市群中基于智能反射面的传输方案

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 112-118页

作者：庄陵刘宇航重庆邮电大学通信与信息工程学院/移动通信技术信产部重点实验室重庆400065

由于低频段资源紧缺,未来移动通信网络将逐渐转移至更高频段,电磁波的自由空间传播损耗、绕射损耗以及穿透损耗较大,容易产生覆盖盲区以及弱覆盖区域。智能反射面(RIS)通过重新配置信号的传播环境以提高网络性能并扩大网络覆盖范围,成... 详细信息

由于低频段资源紧缺,未来移动通信网络将逐渐转移至更高频段,电磁波的自由空间传播损耗、绕射损耗以及穿透损耗较大,容易产生覆盖盲区以及弱覆盖区域。智能反射面(RIS)通过重新配置信号的传播环境以提高网络性能并扩大网络覆盖范围,成为解决密集城市群覆盖问题的新热点。基于有RIS参与的下一代移动通信网络密集城市群布网时的多跳通信模式,对多跳RIS传输方案与提出的一种解码转发(DF)中继辅助多跳RIS传输方案(DF-RIS)进行全面比对。首先,对两种传输方案的传输损耗、能效以及系统容量进行了理论推导及分析。其次,在密集城市群三维环境模型中进行仿真,为改善复杂环境搜索效率降低以及计算量增大的问题提出了一种改进Lazy Theta*算法,并对改进算法与常见路径搜索算法的搜索时间以及搜索路径长度进行仿真对比。使用改进算法选取相同仿真环境下两种传输方案分别所需节点,节点选取中考虑了DF中继位于多跳DF-RIS传输方案中的不同位置。最后在确定节点后对两种传输方案的传输损耗、能效以及系统容量进行仿真分析比较。仿真结果不但验证了改进Lazy Theta*算法的有效性,也说明了RIS反射元件数与两种传输方案性能之间的关系。表明两种传输方案各有其适用性,可根据对性能的实际需求选择合适的传输方案。

关键词：智能反射面 DF中继多跳传输改进Lazy Theta*算法密集城市群

基于数字孪生的多自动驾驶车辆分布式协同路径规划算法

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2525-2532页

作者：唐伦戴军成章超张鸿鹏陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

针对多辆自动驾驶车辆(AVs)在进行路径规划过程中存在的车辆之间协作难、协作训练出来的模型质量低以及所求结果直接应用到物理车辆的效果较差的问题,该文提出一种基于数字孪生(DT)的多AVs分布式协同路径规划算法,基于可信度加权去中心... 详细信息

针对多辆自动驾驶车辆(AVs)在进行路径规划过程中存在的车辆之间协作难、协作训练出来的模型质量低以及所求结果直接应用到物理车辆的效果较差的问题,该文提出一种基于数字孪生(DT)的多AVs分布式协同路径规划算法,基于可信度加权去中心化的联邦强化学习方法(CWDFRL)来实现多AVs的路径规划。首先将单个AVs的路径规划问题建模成在驾驶行为约束下的最小化平均任务完成时间问题,并将其转化成马尔可夫决策过程(MDP),使用深度确定性策略梯度算法(DDPG)进行求解;然后使用联邦学习(FL)保证车辆之间的协同合作,针对集中式的FL中存在的全局模型更新质量低的问题,使用基于可信度的动态节点选择的去中心化FL训练方法改善了全局模型聚合质量低的问题;最后使用DT辅助去中心化联邦强化学习(DFRL)模型的训练,利用孪生体可以从DT环境中学习的优点,快速将训练好的模型直接部署到现实世界的AVs上。仿真结果表明,与现有的方法相比,所提训练框架可以得到一个较高的奖励,有效地提高了车辆对其本身速度的利用率,与此同时还降低了车辆群体的平均任务完成时间和碰撞概率。

关键词：数字孪生自动驾驶去中心化联邦强化学习路径规划

数字孪生辅助联邦学习中的边缘选择和资源分配联合优化

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电子与信息学报 2024年第4期46卷 1343-1352页

作者：唐伦文明艳单贞贞陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

在基于联邦学习的智能驾驶中,智能网联汽车(ICV)的资源限制和可能出现的设备故障会导致联邦学习训练精度下降、时延和能耗增加等问题。为此该文提出数字孪生辅助联邦学习中的边缘选择和资源分配优化方案。该方案首先提出数字孪生辅助联... 详细信息

在基于联邦学习的智能驾驶中,智能网联汽车(ICV)的资源限制和可能出现的设备故障会导致联邦学习训练精度下降、时延和能耗增加等问题。为此该文提出数字孪生辅助联邦学习中的边缘选择和资源分配优化方案。该方案首先提出数字孪生辅助联邦学习机制,使得ICV能够选择在本地或利用其数字孪生体参与联邦学习。其次,通过构建数字孪生辅助联邦学习的计算和通信模型,建立以最小化累积训练时延和能耗为目标的边缘选择和资源分配联合优化问题,并将其转化为部分可观测的马尔可夫决策过程。最后,提出基于多智能体参数化Q网络(MPDQN)的边缘选择和资源分配算法,用于学习近似最优的边缘选择和资源分配策略,以实现联邦学习累积时延和能耗最小化。仿真结果表明,所提算法在保证模型精度的同时,有效降低联邦学习累积训练时延和能耗。

关键词：智能驾驶联邦学习数字孪生深度强化学习

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工业物联网中数字孪生辅助任务卸载算法

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1296-1305页

作者：唐伦单贞贞文明艳李荔陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

针对工业物联网(IIoT)设备资源有限和边缘服务器资源动态变化导致的任务协同计算效率低等问题,该文提出一种工业物联网中数字孪生(DT)辅助任务卸载算法。首先,该算法构建了云-边-端3层数字孪生辅助任务卸载框架,在所创建的数字孪生层中... 详细信息

针对工业物联网(IIoT)设备资源有限和边缘服务器资源动态变化导致的任务协同计算效率低等问题,该文提出一种工业物联网中数字孪生(DT)辅助任务卸载算法。首先,该算法构建了云-边-端3层数字孪生辅助任务卸载框架,在所创建的数字孪生层中生成近似最佳的任务卸载策略。其次,在任务计算时间和能量的约束下,从时延的角度研究了计算卸载过程中用户关联和任务划分的联合优化问题,建立了最小化任务卸载时间和服务失败惩罚的优化模型。最后,提出一种基于深度多智能体参数化Q网络(DMAPQN)的用户关联和任务划分算法,通过每个智能体不断地探索和学习,以获取近似最佳的用户关联和任务划分策略,并将该策略下发至物理实体网络中执行。仿真结果表明,所提任务卸载算法有效降低了任务协同计算时间,同时为每个计算任务提供近似最佳的卸载策略。

关键词：工业物联网数字孪生边缘关联任务划分深度强化学习

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小样本学习驱动的无线频谱状态感知

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1231-1239页

作者：申滨李月王欣王紫昕重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

无线频谱状态感知是实现无线频谱资源高效利用及各种用频系统和谐共存的先决条件之一。针对复杂无线传播环境下获取的频谱观测往往存在数据稀疏性、数据类别分布不稳定、标记数据严重不足的情况,该文提出基于插值和小样本学习(FSL)分类... 详细信息

无线频谱状态感知是实现无线频谱资源高效利用及各种用频系统和谐共存的先决条件之一。针对复杂无线传播环境下获取的频谱观测往往存在数据稀疏性、数据类别分布不稳定、标记数据严重不足的情况,该文提出基于插值和小样本学习(FSL)分类的无线频谱状态感知方法。首先,对捕获的稀疏频谱观测数据插值,构建频谱状态地图,作为频谱状态分类器的输入数据。其次,针对频谱数据类别分布不稳定、数据量严重不足的问题,基于小样本学习方法,利用嵌入模块和度量模块协同工作,以实现快速精确的频谱状态分类。具体地,利用嵌入模块将频谱数据映射到嵌入空间,提取频谱数据中的隐含特征;在度量模块的设计中,分别提出基于原型和基于样例的两种类别表示方式,通过计算待分类样本与类别之间的相似度判断待分类样本类别。最后,为了确保分类模型克服测试样本数量少导致过拟合问题,设置A-way B-shot任务训练模型。仿真结果表明,与传统机器学习方法相比,本文模型可以在低信噪比条件下进行精准分类;同时,在测试集样本数很少的情况下,或者在测试集中出现在训练集从未见到的新类时,所训练的模型也可以精准快速判别无线频谱的场景类别。

关键词：频谱状态感知频谱状态地图插值小样本学习

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空中智能反射面增强的URLLC多无人机网络

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西南交通大学学报 2024年第4期59卷 907-916页

作者：崔亚平应兆朋何鹏郑玉峰吴大鹏王汝言陈烙重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学先进网络与智能互联技术重庆市高校重点实验室重庆400065 重庆邮电大学泛在感知与互联重庆市重点实验室重庆400065

在多无人机超可靠低时延通信(ultra-reliable low-latency communications,URLLC)网络中,为满足超可靠低时延要求,引入空中智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助通信,提出一种多智能体深度确定性策略梯度(multi-agent deep deterministic policy gradient,MADDPG)方法.首先,建立URLLC多无人机系统模型,其中,多架主无人机作为空中基站为多个地面用户提供服务,一架辅无人机携带IRS作为空中无源中继,辅助主无人机与地面用户通信;然后,考虑多种信道条件和能耗,分别建立复合信道模型和总能耗模型;接着,对问题进行分析,在满足有限块长、无人机能量以及IRS相移的约束下,通过联合优化通信调度、IRS相移以及块长,达到总解码错误率最小化的目标;最后,考虑集中式训练在URLLC场景下的时延敏感限制以及分布式训练在无人机资源限制下的能量限制,设计集中式训练、分布式执行的MADDPG框架.研究结果表明:总解码错误率随着IRS反射单元的增加而急剧下降;同时,总解码错误率随着块长和发射功率的增大而减小,具体来说,块长每增加20个符号,总解码错误率减小91.1%.

关键词：多无人机智能反射面可靠性多智能体

时间反转OFDM系统中增强安全性能的功率分配与人工噪声设计

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电子学报 2024年第5期52卷 1570-1581页

作者：雷维嘉毕文佳雷宏江唐宏重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

时间反转技术特有的时空聚焦特性使其具有抗窃听能力.本文对提高时间反转正交频分复用系统安全性能的优化方案进行研究.首先,通过应用时间反转预滤波的时空聚焦特性来提高合法接收端相对于窃听端的信号强度;然后,以最大化保密速率为目... 详细信息

时间反转技术特有的时空聚焦特性使其具有抗窃听能力.本文对提高时间反转正交频分复用系统安全性能的优化方案进行研究.首先,通过应用时间反转预滤波的时空聚焦特性来提高合法接收端相对于窃听端的信号强度;然后,以最大化保密速率为目标对子载波的功率分配进行优化.为进一步提升系统保密传输能力,利用循环前缀提供的自由度实现零空间人工噪声,在对窃听端形成有效干扰的同时,不对合法接收端造成影响.通过对子载波功率分配和人工噪声协方差阵进行联合优化,最大化系统的保密传输速率.仿真结果表明,所提优化方案能显著提高系统的保密速率.

关键词：物理层安全正交频分复用时间反转功率分配人工噪声

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