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空空高速移动通信信号的频偏估计和跟踪算法

西安电子科技大学学报 2024年第3期51卷 30-37页

作者：张欣李建东西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安710071

空空高速移动场景下飞行平台通信信号的多普勒频率范围大且变化快。针对现有频偏估计和跟踪算法难以兼顾估计精度和工程可实现性的难题,提出了低复杂度的新型高精度频偏估计和跟踪算法。首先根据空空高速移动场景下多普勒频率快速变化... 详细信息

空空高速移动场景下飞行平台通信信号的多普勒频率范围大且变化快。针对现有频偏估计和跟踪算法难以兼顾估计精度和工程可实现性的难题,提出了低复杂度的新型高精度频偏估计和跟踪算法。首先根据空空高速移动场景下多普勒频率快速变化且具有时空相关性特征,在传统频偏模型的基础上构建适用于空空高速移动场景的时变频偏模型;然后基于此模型将相邻短前导的频偏估计值进行相互关联并处理,将频偏精度优化问题转化为经典的超定线性方程组的优化求解问题,最大限度地抑制了估计噪声,提高了频偏估计精度。仿真结果表明,该算法估计的残余频偏相对于经典算法大幅降低,当信噪比大于5 dB时,残余频偏的均方根误差控制在100 Hz范围内。针对该算法求解过程中存在的数值稳定性问题,给出了相应的工程可实现方法。该算法采用前馈补偿频偏跟踪方法,与传统的锁相环反馈跟踪方法相比,提高了系统的稳定性和时效性。

关键词：高速移动通信频偏模型频偏估计频偏跟踪

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高效通信的在轨分布式高光谱图像处理

测绘学报 2024年第4期53卷 589-598页

作者：谢卫莹王子璇李云松西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安710071

随着在轨遥感卫星数量的增加及高光谱成像技术的进步,能够获取到的高光谱数据量急剧增长,人类步入了大数据应用和数据驱动的科学发现时代。然而,如此大体量、大幅宽的高光谱数据导致了深度学习算法难以在单节点上学习和推理,为实时高效... 详细信息

随着在轨遥感卫星数量的增加及高光谱成像技术的进步,能够获取到的高光谱数据量急剧增长,人类步入了大数据应用和数据驱动的科学发现时代。然而,如此大体量、大幅宽的高光谱数据导致了深度学习算法难以在单节点上学习和推理,为实时高效的信息智能解译带来了极大的挑战。因此,需要综合多星资源分布式协同解析,以解决分块处理带来的块效应。然而,协同处理必然伴随着信息的交互与传输,为进一步降低传输信息量,需要对梯度进行压缩,以缓解分布式学习中的通信瓶颈。本文综合探讨了多种主流的高效通信梯度压缩算法,特别关注其在通信受限的在轨环境下的优劣,并展望了梯度压缩的发展趋势。通过广泛的试验对比,本文全面评估了多种梯度压缩方法在高光谱图像处理中的表现,试验证明不同方法的适用性和性能差异,为未来在实际应用中选择最合适的梯度压缩方法提供了有力的参考。

关键词：分布式学习梯度压缩高效通信高光谱图像在轨处理

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能量效率最大化的非正交多址接入系统功率分配方法

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吉林大学学报（工学版） 2024年第8期54卷 2370-2377页

作者：杨普曲庆悦申逸飞刘毅西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室西安710071

为了提高蜂窝网络非正交多址接入系统的能量效率,减少功率消耗,提出了一种基于系统能量效率最大化的非正交多址接入系统功率分配算法。通过对数学模型的分析,在满足一定条件下,将多用户非正交多址接入系统的功率分配问题转化为系统容量... 详细信息

为了提高蜂窝网络非正交多址接入系统的能量效率,减少功率消耗,提出了一种基于系统能量效率最大化的非正交多址接入系统功率分配算法。通过对数学模型的分析,在满足一定条件下,将多用户非正交多址接入系统的功率分配问题转化为系统容量最大化问题进行求解;当条件不满足时,给出了通过次梯度法和障碍函数法进行求解的方法。仿真结果表明:该算法与现有方法相比具有显著的性能提升。

关键词：通信与信息系统非正交多址接入系统能量效率最大化功率分配丁克尔巴赫算法

空地一体化网络服务连续性保障的低功耗通信与控制联合优化方法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1920-1930页

作者：蔡自伟盛敏刘俊宇赵晨曦李建东西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室西安710071 鹏城实验室深圳518055

空地一体化网络(AGIN)充分利用了空中基站(ABSs)灵活部署的特点,为热点地区提供了按需覆盖与高质量服务。然而,空中基站的高动态性使得网络的服务连续性难以保障。而且,空中基站能量受限,提升服务连续性和降低功耗通常又对应不同的飞行... 详细信息

空地一体化网络(AGIN)充分利用了空中基站(ABSs)灵活部署的特点,为热点地区提供了按需覆盖与高质量服务。然而,空中基站的高动态性使得网络的服务连续性难以保障。而且,空中基站能量受限,提升服务连续性和降低功耗通常又对应不同的飞行动作,因此,低功耗的服务连续性保障尤为困难。针对上述问题,该文基于联邦深度强化学习(FDRL)提出了一种面向低功耗服务连续性保障的通信与控制联合优化方法。所提方法通过联合优化空中基站的移动控制、用户关联和功率分配来保障网络服务的连续性。针对空中基站的高动态性,通过在所提方法中设计了环境状态经验池来利用信道的时空相关性,并在奖励函数中引入速率方差来保障网络服务连续性。考虑到不同飞行动作的功耗差异,所提方法通过优化空中基站的飞行动作来降低网络功耗。仿真结果说明,该文所提算法在满足用户速率需求和速率方差需求的前提下,能够减小网络功耗,并且所提联邦深度强化学习的性能接近中心式强化学习的性能。

关键词：空地一体化网络服务连续性保障低功耗通信与控制联合优化

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基于行为克隆的高通量卫星通信频谱资源分配

通信学报 2024年第5期45卷 101-114页

作者：秦浩李双益赵迪孟昊炜宋彬西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安710071 西安电子科技大学杭州研究院浙江杭州311200

为应对在高通量多波束卫星系统中,随着波束数量和用户规模的扩大,频谱资源分配问题的维度急剧增加和求解复杂度呈指数级上升这一挑战,提出了一种结合行为克隆与深度强化学习的两阶段算法。第一阶段基于行为克隆,利用已有卫星资源分配决... 详细信息

为应对在高通量多波束卫星系统中,随着波束数量和用户规模的扩大,频谱资源分配问题的维度急剧增加和求解复杂度呈指数级上升这一挑战,提出了一种结合行为克隆与深度强化学习的两阶段算法。第一阶段基于行为克隆,利用已有卫星资源分配决策数据对策略网络进行预训练,通过模仿专家行为减少盲目探索,加快算法收敛。第二阶段基于近端策略优化,进一步优化策略网络,并通过引入卷积注意力模块有效地提取用户业务状态特征,以提升算法整体性能。仿真结果表明,所提算法在收敛速度和算法稳定性方面均优于其他基准算法,并在系统时延、系统平均满意度和频谱效率等性能指标上表现更佳。

关键词：高通量卫星行为克隆深度强化学习近端策略优化卷积注意力模块

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Canny-Gauss通用域图像隐写算法

计算机学报 2024年第1期47卷 213-230页

作者：李季瑀付章杰王帆南京信息工程大学数字取证教育部工程研究中心南京210044 西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室西安710126

自适应图像隐写算法是一种以图像为载体,通过手工设计嵌入失真代价,指导隐写码在图像载体中嵌入秘密消息的信息隐藏算法.长期以来,这类算法将秘密消息尽可能隐藏在图像纹理更深更复杂的位置以对抗基于富特征的隐写分析检测.然而,伴随着... 详细信息

自适应图像隐写算法是一种以图像为载体,通过手工设计嵌入失真代价,指导隐写码在图像载体中嵌入秘密消息的信息隐藏算法.长期以来,这类算法将秘密消息尽可能隐藏在图像纹理更深更复杂的位置以对抗基于富特征的隐写分析检测.然而,伴随着深度学习在隐写分析领域的快速发展,人工设计的自适应算法受到严重挑战.此外,基于加性失真的隐写编码在嵌入消息时,复杂纹理向边界聚集所产生的统计异常问题也亟待解决.因此,本文总结了各类人工失真代价的优势和不足,归纳出当前自适应算法在空域的设计范式,并结合UNIWARD在各嵌入域的转换规则,提出基于嵌入失真代价ρ的通用域隐写转换公式.然后,从隐写嵌入失真代价与图像纹理稀疏关系的角度出发,以Canny算子划分纹理、Gauss模糊缩放轮廓、AutoML搜索阈值的方式,提出了一种通用域隐写算法Canny Gauss.实验结果表明,本文所提通用域隐写转换公式能够有效应用于现有主流算法.同时,在UNIWARD所有可行嵌入域中,本文所提算法表达出更高嵌入失真代价稳定性和隐写隐蔽性,在第三方权重加持下的深度隐写分析表现与UNIWARD相比至少提升2.6%、最高提升14.6%.这为自适应隐写算法的通用域设计,以及抵抗基于纹理特征的深度隐写分析检测提供了新思路.

关键词：自适应隐写术隐写失真设计通用域 Canny算子自动化机器学习

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自由空间光通信中极化码的应用研究

光通信研究 2024年第3期 134-139页

作者：邢莉娟李卓王卓西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室西安710071

【目的】在自由空间光(FSO)通信中,大气湍流效应会导致通信链路性能下降。【方法】文章提出了一种极化码信道编译码方案,使用蒙特卡洛算法构造了针对FSO通信中常见的Gamma⁃Gamma分布大气湍流信道的极化码。比较了文章提出的极化码编译... 详细信息

【目的】在自由空间光(FSO)通信中,大气湍流效应会导致通信链路性能下降。【方法】文章提出了一种极化码信道编译码方案,使用蒙特卡洛算法构造了针对FSO通信中常见的Gamma⁃Gamma分布大气湍流信道的极化码。比较了文章提出的极化码编译码方案与未编码以及相近码长的低密度奇偶校验(LDPC)码在Gamma⁃Gamma分布大气湍流信道下的误码率(BER)。【结果】仿真结果表明,所提极化码与未编码比较时,在弱湍流强度下,当信噪比>6.7 dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在中湍流强度下,当信噪比>10.3 dB时,极化码方案性能相较于未编码更优;在强湍流强度下,当信噪比>11.5 dB时,极化码方案性能相较于未编码更优。所提极化码与LDPC码比较时,在弱湍流情况下,当信噪比>7.1 dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在中湍流条件下,当信噪比>10.6 dB时,极化码整体性能优于LDPC码;在强湍流条件下,当信噪比>12 dB时,极化码整体性能优于LDPC码。此外,在码长短、码率低和译码宽度小时,文章所提出的极化码编译码方案具有更优的性能。【结论】使用所提极化码编码后,有效改善了FSO通信系统中的大气湍流效应,而且在中、高湍流强度这两种恶劣的大气湍流信道环境中,文章所提方案展现出了比LDPC码更为明显的优势。表明在FSO通信中,极化码具有良好的发展前景。

关键词：信道编码自由空间光通信极化码 Gamma⁃Gamma分布

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面向“双碳”目标的未来绿色移动通信技术

中国科学：信息科学 2024年第4期54卷 721-744页

作者：李建东张夏雨刘俊宇赵晨曦盛敏朱江西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室西安710071 华为技术有限公司上海201206 鹏城实验室深圳518055

由我国首次提出的"双碳"目标(即"碳达峰"与"碳中和"),是"十四五"规划中的重要布局,也是未来移动通信网络实现绿色、可持续发展的关键目标,更是奠定我国国际碳资产定价权与世界碳交易平台的基础.其中,实现绿色通信的难点在于保持业务量... 详细信息

由我国首次提出的"双碳"目标(即"碳达峰"与"碳中和"),是"十四五"规划中的重要布局,也是未来移动通信网络实现绿色、可持续发展的关键目标,更是奠定我国国际碳资产定价权与世界碳交易平台的基础.其中,实现绿色通信的难点在于保持业务量增长的同时,降低网络能耗及碳排放.本文从移动通信网络侧节能减排的角度和通信网与多能能源网融合架构的角度对绿色通信技术展开研究.研究结果表明,实现绿色通信技术的关键在于进行网络资源、能量资源与业务分布的相互匹配,而现有技术仅能实现网络资源与业务分布的单向匹配,或能量资源与业务分布的单向匹配.基于此,本文提出一种通信、感知和能量融合的原生绿色网络架构,该架构具备能量感知与业务感知能力,支持网络资源、能量资源与业务分布双向匹配方法,通过消除业务分布与能量分布的随机性与突发性,实现业务量持续增长的同时,显著降低移动通信网络侧耗能及碳排放.

关键词： "双碳" 绿色通信双网融合绿色网络架构节能减排

基于深度强化学习的空天地一体化网络信息物理系统垂直切换策略

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通信学报 2024年第8期45卷 180-191页

作者：武艳潘广川姚明旿杨清海梁中明西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安710071 深圳大学计算机与软件学院物联网研究中心广东深圳518060

针对空天地一体化网络信息物理系统模型复杂、很难获得网络拓扑先验知识和模型化假设的特点,研究其基于深度强化学习的垂直切换策略。首先,综合考虑系统稳定性、切换开销和网络使用成本约束,将垂直切换策略问题建模为约束马尔可夫决策过... 详细信息

针对空天地一体化网络信息物理系统模型复杂、很难获得网络拓扑先验知识和模型化假设的特点,研究其基于深度强化学习的垂直切换策略。首先,综合考虑系统稳定性、切换开销和网络使用成本约束,将垂直切换策略问题建模为约束马尔可夫决策过程(CMDP),并给出保证可行解存在的充分条件;其次,提出约束-近端策略优化(CPPO)算法解决该问题,并在基站侧引入分布式强化学习机制加速训练收敛。相较于基准策略,仿真验证了所提垂直切换策略的优越性和有效性。

关键词：空天地一体化网络信息物理系统深度强化学习垂直切换