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RIS辅助多用户波束跟踪系统与硬件试验

电信科学 2024年第7期40卷 13-24页

作者：丁陈龙许文俊张鸿涛北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室北京100876

可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS,也称智能超表面)通过智能调控电磁传播路径,有效提高了6G通信系统的性能。然而,RIS集成大量反射单元使得多波束调控复杂度高、码本搜索空间大,导致实时调控能力不足,难以应用于... 详细信息

可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS,也称智能超表面)通过智能调控电磁传播路径,有效提高了6G通信系统的性能。然而,RIS集成大量反射单元使得多波束调控复杂度高、码本搜索空间大,导致实时调控能力不足,难以应用于多用户波束跟踪。为提升RIS在多用户移动场景的适用性,创新基于逆衍射的场源迭代模型,快速生成近远场多用户调控码本,设计RIS辅助单基站定位方案,感知用户移动位置实时切换波束。研制RIS辅助多用户波束跟踪系统原型,实现多用户移动过程中快速波束对准。试验结果表明,毫秒级波束切换可实现移动多用户的实时信息传输。

关键词：智能超表面多波束生成波束跟踪硬件试验

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语义通信的数学理论

通信学报 2024年第6期45卷 7-59页

作者：牛凯张平北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室北京100876 北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室北京100876

自从1948年经典信息论诞生以来,在其指导下,现代通信技术已经逼近了理论性能极限,例如信息熵H(U)、信道容量C=max_(p(x))I(X;Y)以及率失真函数R(D)=min_(p(x|x):Ed(x,x)≤D)I(X;X)。长期以来,由于经典信息论只研究语法信息,限制了通信... 详细信息

自从1948年经典信息论诞生以来,在其指导下,现代通信技术已经逼近了理论性能极限,例如信息熵H(U)、信道容量C=max_(p(x))I(X;Y)以及率失真函数R(D)=min_(p(x|x):Ed(x,x)≤D)I(X;X)。长期以来,由于经典信息论只研究语法信息,限制了通信科学的进一步发展。近年来,研究语义信息处理与传输的通信技术获得了学术界的普遍关注,语义通信开辟了未来通信技术发展的新方向,但还缺乏一般性的数学指导理论。为了解决这一难题,构建了语义信息论的理论框架,对语义信息的度量体系与语义通信的理论极限进行了系统性阐述。首先,通过深入分析各类信源的数据特征,以及各种下游任务的需求,总结归纳出语义信息的普遍属性——同义性。由此指出语义信息是语法信息的上级概念,是许多等效或相似语法信息的抽象特征,表征隐藏在数据或消息背后的含义或内容。将语义信息与语法信息之间的关系命名为同义映射,这是一种“一对多”映射,即一个语义符号可以由许多不同的语法符号表示。基于同义映射f这一核心概念,引入语义熵H_(s)(U)作为语义信息的基本度量指标,表示为信源概率分布与同义映射的泛函。在此基础上,引入上/下语义互信息I^(s)(X;Y)(I_(s)(X;Y)),语义信道容量C_(s)=max_(f_(xy))max_(p_((x)))I^(s)(X;Y)以及语义率失真函数R_(s)(D)=min_({f_(x),f_(x)})min_(p(x|x):Ed_(s)(x,x)≤D)I_(s)(X;X),从而构建了完整的语义信息度量体系。这些语义信息度量是经典信息度量的自然延伸,都由同义映射约束,如果采用“一对一”映射,则可以退化为传统的信息度量。由此可见,语义信息度量体系包含语法信息度量,前者与后者具有兼容性。其次,证明了3个重要的语义编码定理,以揭示语义通信的性能优势。基于同义映射,引入新的数学工具——语义渐近均分(AEP),详细探讨了同义典型序列的数学性质,并应用随机编码和同义典型序列译码/编码,证明了语义无失真信源编码定理、语义信道编码定理和语义限失真信源编码定理。类似于经典信息论,这些基本编码定理也都是存在性定理,但它们指出了语义通信系统的性能极限,在语义信息论中起着关键作用。由同义映射和这些基本编码定理可以推断,语义通信系统的性能优于经典通信系统,即语义熵小于信息熵H_(s)(U)≤H(U),语义信道容量大于经典信道容量C_(s)≥C,以及语义率失真函数小于经典率失真函数R_(s)(D)≤R(D)。最后,讨论了连续条件下的语义信息度量。此时,同义映射转换为连续随机变量分布区间的划分方式。相应地,划分后的子区间被命名为同义区间,其平均长度定义为同义长度S。特别是对于限带高斯信道,得到了一个新的信道容量公式C_(s)=B log[S^(4)(1+P/N_(0)B)],其中,平均同义长度S表征了信息的辨识能力。这一容量公式是经典信道容量的重要扩展,当S=1时,该公式退化为著名的香农信道容量公式。综上所述,语义信息论依据同义映射这一语义信息的本质特征,构建了语义信息的度量体系,引入新的数学工具,证明了语义编码的基本定理,论证了语义通信系统的性能极限,揭示了未来语义通信的巨大性能潜力。

关键词：同义映射语义熵上/下语义互信息语义信道容量语义失真语义率失真函数语义典型序列同义典型序列同义长度

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面向工业互联网的语义编码传输方法及应用

中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2024年

作者：牛凯鲁延鹏董超北京邮电大学人工智能学院泛网无线通信教育部重点实验室鹏城实验室

通过将语义通信技术引入工业网络，构建了一个面向工业互联网的语义编码传输系统。系统中设计了语义编解码器以提取信源中的语义信息，相对于传统通信系统，基于语义信息的通信有更高的信息压缩效率与更高的符号差错容忍能力。同时引入... 详细信息

通过将语义通信技术引入工业网络，构建了一个面向工业互联网的语义编码传输系统。系统中设计了语义编解码器以提取信源中的语义信息，相对于传统通信系统，基于语义信息的通信有更高的信息压缩效率与更高的符号差错容忍能力。同时引入信源信道联合编解码器，以信源信道联合编码的方式将语义信息转化为信道符号传输，进一步提升系统对工业网络通信资源的利用效率。所有编解码器均构建在深度神经网络架构Transformer上，确保了编解码器对语义信息的理解能力及系统的泛化能力。在工业药品生产场景中，对该系统进行测试，结果显示：相较于传统通信方案，该语义编码传输系统在图像重建质量和传输处理速度方面均有显著提升。且系统对下游任务的性能影响极小，保证了工业生产中如缺陷检测等关键任务的准确性。

关键词：工业互联网数据压缩与传输语义通信深度学习

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面向6G移动通信的极化多址接入技术

中兴通讯技术 2024年第1期30卷 19-25页

作者：崔宏基牛凯北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室中国北京100876

极化码是第一种达到信道容量的编码方案,是5G信道编码方案之一。面对6G更高可靠度、更低时延、更大连接的业务需求,提出面向6G的极化多址接入技术。极化多址接入技术能够充分利用多用户之间的极化效应,以实现更高的系统容量和系统接入... 详细信息

极化码是第一种达到信道容量的编码方案,是5G信道编码方案之一。面对6G更高可靠度、更低时延、更大连接的业务需求,提出面向6G的极化多址接入技术。极化多址接入技术能够充分利用多用户之间的极化效应,以实现更高的系统容量和系统接入能力。有源极化编码接入方案能够满足6G大容量高可靠的传输需求,无源极化编码随机接入方案能够提高系统的接入能力。这些方案表明,极化多址接入技术能够满足6G移动通信系统的超高可靠、高频谱效率、大容量的传输需求,是重要的候选技术之一。

关键词：多址接入极化编码随机接入非正交多址接入

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基于马尔可夫决策过程的边缘云业务迁移算法

北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1931-1939页

作者：马安华潘甦南京邮电大学宽带无线通信与传感网技术教育部重点实验室南京210003

在移动互联网中,当用户位置发生改变时,业务迁移可用来提升服务质量(QoS)。基于此,提出一种基于马尔可夫决策过程的边缘云业务迁移算法。与对比算法相比,所提算法考虑了不同业务类型对QoS的差异化需求,并全面考虑了业务迁移过程中的收... 详细信息

在移动互联网中,当用户位置发生改变时,业务迁移可用来提升服务质量(QoS)。基于此,提出一种基于马尔可夫决策过程的边缘云业务迁移算法。与对比算法相比,所提算法考虑了不同业务类型对QoS的差异化需求,并全面考虑了业务迁移过程中的收益及开销。所提算法将业务分为实时和非实时2类,将终端的业务运行状态和与服务器的距离作为状态空间,并基于与业务体验紧密相关的可用速率和时延2个QoS指标构建收益函数,同时将业务迁移过程中的系统资源消耗作为迁移开销,通过最大化全局收益来获取最优迁移策略。通过与对比算法的模拟比较,所提算法在多种场景下都有更高的全局收益。

关键词：业务迁移马尔可夫决策过程服务质量迁移开销业务类型

移动边缘计算使能的星地网络D2D辅助任务卸载

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北京邮电大学学报 2024年第1期47卷 25-30页

作者：佟明磊李松王晓湘北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室北京100876 中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116

针对地面设备计算资源未得到有效利用的问题,研究了移动边缘计算使能的星地网络中设备到设备(D2D)辅助任务卸载。建模了最大化所有用户设备、服务设备和低轨道地球卫星的效用的问题,并将其分解为任务卸载比例优化子问题和任务卸载决策... 详细信息

针对地面设备计算资源未得到有效利用的问题,研究了移动边缘计算使能的星地网络中设备到设备(D2D)辅助任务卸载。建模了最大化所有用户设备、服务设备和低轨道地球卫星的效用的问题,并将其分解为任务卸载比例优化子问题和任务卸载决策子问题。通过理论推导分别得到了D2D卸载和移动边缘计算卸载的最优任务卸载比例的解析解,并设计了一种基于匹配博弈的任务卸载决策算法,提出了一种任务卸载比例和任务卸载决策联合优化方案。仿真结果证明,与参考方案相比,所提方案具有更好的性能。

关键词：移动边缘计算星地网络设备到设备任务卸载

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一种态制备误差容忍的量子数字签名协议

物理学报 2024年第2期73卷 69-75页

作者：马洛嘉丁华建陈子骐张春辉王琴南京邮电大学量子信息技术研究所南京210003 南京邮电大学宽带无线通信与传感网教育部重点实验室南京210003

量子数字签名(quantum digital signature,QDS)能够以信息论安全保证签名消息的不可伪造性、不可否认性和可转移性,近年来备受关注与研究.其中,利用正交编码方式提出的信息论安全的实用化QDS协议,成为目前QDS研究的主流范式.然而,现有QD... 详细信息

量子数字签名(quantum digital signature,QDS)能够以信息论安全保证签名消息的不可伪造性、不可否认性和可转移性,近年来备受关注与研究.其中,利用正交编码方式提出的信息论安全的实用化QDS协议,成为目前QDS研究的主流范式.然而,现有QDS理论和实验都忽视了态制备过程中由于调制器件的不完美性可能引入调制误差.本文针对此问题提出态制备误差容忍的QDS协议.仿真结果表明,相比原来的QDS协议,本协议对态制备误差具有较好的容忍度,能实现更高的签名率和签名距离.另外,本协议在密钥产生阶段只需要制备3个量子态,降低了实验要求和难度.因此,本协议将对未来QDS的实际应用提供重要的参考价值.

关键词：量子数字签名态制备误差诱骗态

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低导频开销RIS辅助毫米波MIMO系统参数化信道估计方案

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通信学报 2024年

作者：李双志杨睿棋郭新黄赛郑州大学电气与信息工程学院北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室

为了解决可重构智能超表面（RIS）辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统信道状态信息及时获取问题，提出了一种基于张量分解的信道估计方案。首先，通过使用少量无源反射单元和构建相移矩阵，设计了一种低导频开销的信道训练机制。然后... 详细信息

为了解决可重构智能超表面（RIS）辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统信道状态信息及时获取问题，提出了一种基于张量分解的信道估计方案。首先，通过使用少量无源反射单元和构建相移矩阵，设计了一种低导频开销的信道训练机制。然后，通过利用范德蒙德结构约束的张量典范平行因子分解，推导出一种非迭代的信道估计算法。理论分析表明，该方案的最小导频开销仅取决于反射链路子信道路径数乘积，且具有较低的计算复杂度。仿真结果进一步验证了所提方案相较于其他方法的优越性。

关键词：可重构智能超表面毫米波多输入多输出信道估计张量

拓扑层结构中的光学双稳态及其在光神经网络中的应用

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物理学报 2024年第16期73卷 110-117页

作者：李昀衡喻可朱天宇于桐单思超谷亚舟李志曈北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室北京100876 北京邮电大学未来学院北京100876 北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876 北京邮电大学理学院北京100876

具有光学双稳态的非线性微纳光学器件在光集成电路和光神经网络中有着重要的应用.然而,传统光学双稳态特性会受到内部系统无序和外部系统扰动的影响,不利于应用.本文利用SiO_(2)和TiO_(2)的拓扑多层薄膜结构,在拓扑模式电场强度最大的... 详细信息

具有光学双稳态的非线性微纳光学器件在光集成电路和光神经网络中有着重要的应用.然而,传统光学双稳态特性会受到内部系统无序和外部系统扰动的影响,不利于应用.本文利用SiO_(2)和TiO_(2)的拓扑多层薄膜结构,在拓扑模式电场强度最大的区域引入非线性介电常数,探究拓扑模式的光学双稳态特性,并分析了双稳态特性在层厚度变化和折射率变化下的鲁棒性.最后,本文将双稳态特性作为非线性激活函数应用到了光神经网络计算中,相比于传统的非线性激活函数ReLu和Sigmoid,双稳态非线性激活函数展示出了更好的图像识别精度.本文结果对研发下一代鲁棒性强的光神经网络有着重要研究意义.

关键词：光学双稳态拓扑层结构鲁棒性

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