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时间反转直扩通信系统及性能分析

电子学报 2024年第1期52卷 69-80页

作者：雷维嘉邹梦婷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

时间反转传输技术的空时聚焦特性能够有效地提升通信系统的性能.本文设计了一种将时间反转技术应用于直扩通信系统的方案,并对多径衰落信道下单用户和多用户系统的接收信干噪比、系统容量、误比特率等性能进行了理论分析与仿真验证.理... 详细信息

时间反转传输技术的空时聚焦特性能够有效地提升通信系统的性能.本文设计了一种将时间反转技术应用于直扩通信系统的方案,并对多径衰落信道下单用户和多用户系统的接收信干噪比、系统容量、误比特率等性能进行了理论分析与仿真验证.理论与仿真结果表明,通过时间反转预处理,直扩通信系统的性能得到了改善,且优于复杂度较高的多通道Rake接收的系统,且多径数目越多,优势越明显.

关键词：直接序列扩频时间反转 Rake接收机系统容量误比特率

智能反射表面辅助的非正交多址接入系统用户分组、波束赋形与相移的优化

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 858-866页

作者：雷维嘉于顺洪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

该文研究智能反射表面(IRS)辅助的多天线非正交多址接入(NOMA)网络中用户分组、发送波束赋形、相移等的联合优化问题。系统中1个分组分配1个波束并在组内进行连续干扰消除检测。该文提出一种不依赖于发送波束赋形和IRS相移的用户分组配... 详细信息

该文研究智能反射表面(IRS)辅助的多天线非正交多址接入(NOMA)网络中用户分组、发送波束赋形、相移等的联合优化问题。系统中1个分组分配1个波束并在组内进行连续干扰消除检测。该文提出一种不依赖于发送波束赋形和IRS相移的用户分组配对策略,将用户分组与其他优化分离,显著降低了优化问题求解的难度和计算复杂度。进一步,联合优化基站发送波束赋形、功率分配和IRS相移矩阵,最小化基站的总发送功率。原始优化问题是一个多变量相互耦合的非凸优化问题,利用松弛变量、连续凸逼近、半定松弛、交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于1个用户1个波束的方案,所提方案在基站天线数较少时性能更优,而在天线数较多时也与该对比方案非常接近,但所提方案的优化计算复杂度更低。而对比采用不同分组算法、随机IRS相移方案、最大比发射方案,以及无IRS的方案,所提方案的性能始终更优。

关键词：智能反射表面非正交多址接入用户分组波束赋形

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

一种基于时间序列分解和时空信息提取的云服务器异常检测模型

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2638-2646页

作者：唐伦赵禹辰薛呈呈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

异常检测是维护云数据中心性能的一项重要任务。云数据中心中运行着大量的云服务器以实现各种云计算功能。由于云数据中心的性能取决于云服务的正常运行,因此检测和分析云服务器中的异常至关重要。为此,该文提出一种基于时间序列分解和... 详细信息

异常检测是维护云数据中心性能的一项重要任务。云数据中心中运行着大量的云服务器以实现各种云计算功能。由于云数据中心的性能取决于云服务的正常运行,因此检测和分析云服务器中的异常至关重要。为此,该文提出一种基于时间序列分解和时空信息提取的云服务器异常检测模型。首先,提出带时空信息提取模块的双向Wasserstein生成对抗网络算法(BiWGAN-GTN),该算法在具有梯度惩罚的双向Wasserstein生成对抗网络(BiWGAN-GP)算法的基础上,将生成器与编码器替换为由图卷积网络(GCN)与时间卷积网络(TCN)组成的时空信息提取模块(GTN),实现对数据空时信息的提取;其次,提出半监督BiWGAN-GTN算法来识别多维时间序列中的异常,以在训练过程中避免异常数据侵入的风险并增强模型鲁棒性。最后设计多通道BiWGAN-GTN算法-MCBiWGAN-GTN以实现降低数据复杂度并提升模型学习效率的目标。利用带有自适应噪声完全集合经验模态分解(CEEMDAN)算法将时序数据分解,然后将不同的分量送入对应通道下的BiWGAN-GTN算法中训练。在真实世界云数据中心数据集Clearwater和MBD上采用精确率、召回率和F1分数这3个性能指标验证了该文所提模型的有效性。实验结果表明,MCBiWGAN-GTN在这两个数据集上的性能稳定并优于所比较的方法。

关键词：云服务器异常检测时间序列分解生成对抗网络时空信息提取模块

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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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

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

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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

速率分割多址接入系统中的协作中继传输策略与优化

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北京邮电大学学报 2024年第2期47卷 58-65页

作者：雷维嘉张智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

针对两用户系统提出了一种基于速率分割多址接入的协作中继传输策略。首先设计了系统效益函数,以更完善的方式评估协作速率分割多址接入系统的能量成本;然后以最大化系统效益为目标,对预编码矩阵、公共速率分配、发射功率和时间分配进... 详细信息

针对两用户系统提出了一种基于速率分割多址接入的协作中继传输策略。首先设计了系统效益函数,以更完善的方式评估协作速率分割多址接入系统的能量成本;然后以最大化系统效益为目标,对预编码矩阵、公共速率分配、发射功率和时间分配进行了联合优化;采用黄金分割搜索法和逐次凸逼近等方法将非凸问题转化为凸问题,并进行了求解。仿真结果显示,与基准方案相比,所提方案能够实现更高的系统效益。

关键词：速率分割多址接入协作中继优化