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基于超材料的电磁神经网络研究进展

电子与信息学报 2024年第5期46卷 1529-1545页

作者：马骞冯紫瑞高欣欣顾泽游检卫崔铁军东南大学毫米波国家重点实验室南京210096 东南大学电磁空间研究院南京210096 香港城市大学太赫兹毫米波国家重点实验室中国香港999077

随着人工智能技术的广泛应用,面向智能计算的算力需求呈井喷式增长。目前芯片的快速发展已经逼近其工艺制程的瓶颈,同时功耗也不断增加,因此高速、高能效的智能计算硬件研究是一个重要方向。以光子电路神经网络和全光衍射神经网络为代... 详细信息

随着人工智能技术的广泛应用,面向智能计算的算力需求呈井喷式增长。目前芯片的快速发展已经逼近其工艺制程的瓶颈,同时功耗也不断增加,因此高速、高能效的智能计算硬件研究是一个重要方向。以光子电路神经网络和全光衍射神经网络为代表的计算架构因其计算快、功耗低等优势而受到广泛关注。该文回顾了光神经网络的代表性工作,通过3维衍射神经网络和光神经网络芯片化发展两条主线进行介绍,同时,针对光学衍射神经网络和光子神经网络芯片面临的瓶颈和挑战,如网络规模和集成度等,分析比较它们的特点、性能和各自的优劣势。其次,考虑到通用化的发展需求,该文进一步讨论神经形态计算硬件的可编程设计,并在各个部分中介绍了一些可编程神经网络的代表性工作。除了光波段的智能神经网络,本文还讨论了微波衍射神经网络的发展和应用,展示了其可编程能力。最后介绍智能神经形态计算的未来方向和发展趋势,及其在无线通信、信息处理和传感方面的潜在应用。

关键词：超材料全光衍射神经网络电磁神经网络智能计算

基于45 nm CMOS SOI工艺的毫米波双频段低相噪压控振荡器设计

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电子学报 2024年第7期52卷 2161-2169页

作者：陈喆王品清周培根陈继新洪伟东南大学毫米波全国重点实验室

本文基于45 nm互补金属氧化物半导体绝缘体上硅工艺（Complementary Metal Oxide Semiconductor Silicon On Insulator,CMOS SOI）设计了一款支持5G毫米波24.25～27.5 GHz和37～43.5 GHz双频段的低相位噪声压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator,VCO）.基于CMOS SOI工艺良好的晶体管开关特性，结合开关电容阵列及开关电感方案，提高宽带调谐电容、电感Q值，扩展VCO工作频段，降低相位噪声.同时，输出匹配网络也采用开关电容切换方式，实现了5G毫米波双频段良好阻抗匹配及稳定功率输出.流片测试结果表明该VCO可以完整覆盖5G毫米波双频段24.25～27.5 GHz和37～43.5 GHz，低频段输出功率-4.8～0 dBm，高频段输出功率-6.4～-2.3 dBm.在24.482 GHz载频，1 MHz频偏处的相位噪声为-105.1 dBc/Hz；在43.308 GHz载频，1 MHz频偏处的相位噪声为-95.3 dBc/Hz. VCO核心直流功耗15.3～18.5 mW，电路核心面积为0.198 mm2.低频段（高频段）的FoM(Figure of Merit)及FoMT优值分别达到-181.3 dBc/Hz(-175.4 dBc/Hz)、-194.3 dBc/Hz(-188.3 dBc/Hz).

关键词：互补金属氧化物半导体绝缘体上硅工艺压控振荡器 5G毫米波双频段

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基于改进YOLOv5卷积神经网络的SAR图像目标识别

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现代雷达 2024年第2期46卷 138-145页

作者：曾祥书黄一飞蒋忠进东南大学毫米波国家重点实验室江苏南京210096

提出一种改进YOLOv5网络,并将其用于SAR图像目标识别。为了优化网络性能,文中进行了三个方面的改进:使用宽度比和高度比作为标注框之间的距离度量,并采用k-means聚类方法生成先验锚点框,作为预测框优化时的框尺寸初始值;改进框回归损失... 详细信息

提出一种改进YOLOv5网络,并将其用于SAR图像目标识别。为了优化网络性能,文中进行了三个方面的改进:使用宽度比和高度比作为标注框之间的距离度量,并采用k-means聚类方法生成先验锚点框,作为预测框优化时的框尺寸初始值;改进框回归损失函数,引入Scylla交并比来代替竞争性交并比,以提高对密集分布目标的定位精度;改进置信度损失函数,使用焦点损失来替代二元交叉熵,以提高在复杂背景下的目标识别精度。基于MSAR数据集,选择了YOLOv3、常规YOLOv5作为对比网络,进行了大量的SAR图像目标识别实验。实验结果表明,相比两种对比网络,改进YOLOv5网络对各种目标均具有更高的识别准确率、召回率和F1值,以及更高的综合指标平均精度值和平均精度均值。

关键词：卷积神经网络 YOLOv5网络 SAR图像目标识别

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

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红外与毫米波学报 2024年第2期43卷 187-191页

作者：李泽坤陈继新郑司斗洪伟东南大学毫米波全国重点实验室江苏南京210096 紫金山实验室江苏南京211111

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现... 详细信息

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

关键词：砷化镓赝配高电子迁移率晶体管低噪声放大器宽带 W波段

基于复合基线时间调制阵列的单通道高精度测向系统

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2028-2035页

作者：林昱龙王无忌武军伟程强东南大学电磁空间研究院南京210096 东南大学毫米波全国重点实验室南京210096 鹏城实验室深圳518055 琶洲实验室(黄埔) 广州510555

随着定位系统的快速发展,人们对高精度、低成本测向技术的需求日益增大。传统测向方法复杂的硬件结构和高昂的经济成本阻碍了其广泛应用。近年来,基于时间调制阵列(TMA)的测向技术克服了传统测向方法的缺陷,但为了确保测量精度,阵列中... 详细信息

随着定位系统的快速发展,人们对高精度、低成本测向技术的需求日益增大。传统测向方法复杂的硬件结构和高昂的经济成本阻碍了其广泛应用。近年来,基于时间调制阵列(TMA)的测向技术克服了传统测向方法的缺陷,但为了确保测量精度,阵列中仍必须保持足够的单元数量。因此出现了一个问题,即是否能在确保高测向精度的前提下减少时间调制阵列中的单元数量,从而尽可能降低系统的硬件复杂度。所以,该文提出一种基于时间调制阵列的单通道复合基线测向方法并进行了实验验证。该方法将4根天线按特定的间隔排列,形成复合基线系统,利用现场可编程门阵列(FPGA)和单接收通道,实现了高精度、低成本的测向。为了验证所提方法的有效性,该文设计、制作并测量了工作在S波段的原型系统,并与现有测向方法进行了详细比较。该工作对高精度、低成本测向系统的开发和应用具有重要意义。

关键词：测向频谱谐波分析时间调制阵列天线阵列

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多LED可见光定位通信一体化稳健功率分配

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1186-1195页

作者：杨瑞鑫张冠杰马帅柴进晋徐刚李世银中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 鹏城实验室深圳518055 空军工程大学防空反导学院西安710051 东南大学毫米波国家重点实验室南京210000

为了实现可见光定位(VLP)与可见光通信(VLC)一体化信号传输,保证稳健通信和有效定位,该文提出一种基于频分复用(FDM)的可见光定位通信一体化(VLPC)信号传输方案,并设计了一种多LED VLPC稳健功率分配方案。首先提出了一种基于频分复用的V... 详细信息

为了实现可见光定位(VLP)与可见光通信(VLC)一体化信号传输,保证稳健通信和有效定位,该文提出一种基于频分复用(FDM)的可见光定位通信一体化(VLPC)信号传输方案,并设计了一种多LED VLPC稳健功率分配方案。首先提出了一种基于频分复用的VLPC传输方案,实现两种信号一体化传输,频谱资源独立分配,从而降低传输时延,提高定位实时性;然后基于定位结果进行可见光信道估计,揭示了信道估计误差、通信速率与实际定位误差之间耦合关系与统计特性;更进一步,基于所得到的耦合关系,研究了多LED VLPC联合功率分配问题,从而最小化定位误差克拉默-拉奥下界(CRLB),并满足功率约束和通信速率中断概率约束,并利用半正定松弛、最差情况条件风险值和连续凸近似等方法,将难以求解的非凸问题转化为一系列凸半正定规划问题进行迭代求解,并获得高质量可行解;最后,经过数值仿真验证,所提出的方案能够同时实现稳健通信和有效定位。稳健传输速率超过350 Mbit/s,并且当最小速率门限为200 Mbit/s,最大中断概率门限为0.01时,在直射路径加散射路径场景中,可以实现厘米级定位。

关键词：可见光定位可见光通信稳健功率分配

基于改进型RBF神经网络的直接数字频率合成器设计

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固体电子学研究与进展 2024年第2期44卷 149-156页

作者：倪崧顺张长春王静张翼南京邮电大学集成电路科学与工程学院南京210003 东南大学毫米波国家重点实验室南京210096

提出了一种基于改进型径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络的高性能直接数字频率合成器,相比于传统的直接数字频率合成器避免了相位截断误差并降低了资源消耗。为了进一步提高RBF神经网络的训练效率及稳定性,提出一种改进型... 详细信息

提出了一种基于改进型径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络的高性能直接数字频率合成器,相比于传统的直接数字频率合成器避免了相位截断误差并降低了资源消耗。为了进一步提高RBF神经网络的训练效率及稳定性,提出一种改进型的RBF神经网络训练算法。该算法在粗调阶段,利用K-means++算法快速确定初始激活函数中心,使激活函数中心分布更加合理;在细调阶段则采用L-BFGS-B算法,对粗调阶段得到的最佳中心进行精细调整,进一步降低输出误差。通用FPGA平台的实验结果表明,基于改进型RBF神经网络的直接数字频率合成器当输出时钟频率为1.53 MHz时,无杂散动态范围为85.26 dB,相位噪声为-90.50 dBc/Hz@100 kHz,且无需占用额外ROM资源。

关键词：直接数字频率合成器 RBF神经网络相位截断误差现场可编程门阵列

RIS辅助的ISAC系统抗多径衰落及路径损耗方法研究

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无线电通信技术 2024年

作者：于飞桥陈志敏陈鹏上海电机学院电子信息学院东南大学毫米波国家重点实验室

车联网作为未来智慧交通系统中的重要组成部分，对通信和感知的要求也越来越高。通信感知一体化（Integrated Sensing and Communication，ISAC）作为车联网方向极具潜力的一项技术，因其可以解决通信场景下的位置感知问题而引起业内的... 详细信息

车联网作为未来智慧交通系统中的重要组成部分，对通信和感知的要求也越来越高。通信感知一体化（Integrated Sensing and Communication，ISAC）作为车联网方向极具潜力的一项技术，因其可以解决通信场景下的位置感知问题而引起业内的广泛关注。由于城市场景中电磁环境更加随机和不可控，使得当前传统的通信系统架构已经无法满足车-路侧单元（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）系统中的通信与感知需求。对此，考虑在传统的V2I系统加入智能反射面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS），将其与ISAC技术结合，构建多径场景下新的被动感知模型。深入分析了在新的被动感知模型下，RIS辅助ISAC通信系统的抗多径性能优化。提出一种大尺寸RIS单元优化分组方法，使部分单元参与信号的反射，然后将单元优化分组后的大尺寸RIS与相同单元数的小尺寸RIS进行系统性能对比。仿真结果表明，优化设计大尺寸RIS实现了高于小尺寸RIS大约1.5bit/s的信号传输效率，在提升系统信号传输性能的同时有效地减少了信道的估计开销。

关键词：通信感知一体化智能反射面多径路径损耗

一种集成DFE和CDR的56 Gbit/s PAM-4 SerDes接收机设计

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微电子学 2024年第3期54卷 450-457页

作者：郭嘉乐张长春张翼王静南京邮电大学集成电路科学与工程学院南京210023 东南大学毫米波国家重点实验室南京210096

基于65 nm CMOS工艺设计了一款1/4速率56 Gbit/s PAM-4 SerDes接收机,该接收机集成了可变增益放大、连续时间线性均衡(CTLE)、判决反馈均衡(DFE)、自适应阈值电压跟踪和无参考时钟数据恢复(CDR)等电路。可变增益放大技术被用来对接收信... 详细信息

基于65 nm CMOS工艺设计了一款1/4速率56 Gbit/s PAM-4 SerDes接收机,该接收机集成了可变增益放大、连续时间线性均衡(CTLE)、判决反馈均衡(DFE)、自适应阈值电压跟踪和无参考时钟数据恢复(CDR)等电路。可变增益放大技术被用来对接收信号进行幅度调节;CTLE和2抽头DFE被用来进行信道畸变补偿;自适应阈值电压跟踪技术用来确定最优的PAM-4信号判决电平;无参考时钟CDR技术则在无外部参考时钟的前提下,被用来产生最佳判决时钟,同时基于边沿检测技术有效降低了PAM-4信号非对称电平转换引起的时钟抖动。后仿真结果表明,在1.2 V电源电压下,所设计的PAM-4接收机能够实现6.75~20.75 dB的可调增益范围和高达16 dB@14 GHz的信道高频衰减补偿,且在16.1 dB@14 GHz信道下,CDR提取出的7 GHz时钟抖动峰峰值为7.21 ps。工作于56 Gbit/s速率下,接收机功耗为227 mW,能效为4.05 pJ/bit。

关键词：四电平脉冲幅度调制 SerDes接收机判决反馈均衡器时钟数据恢复阈值电压跟踪