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智联通信畅想未来——记国家特聘专家、东南大学移动通信国家重点实验室教授王承祥

科学中国人 2020年第2期 26-31页

作者：祝传海王承祥不详东南大学移动通信国家重点实验室

2018年,尚在国际标准制定之中的第五代(5G)移动通信技术已经被各国争相列入国家战略范畴,其中就包括中国。通信历史的发展在不断证明着通信事业与科技文明进步、产业变革发展的关系。作为整个社会运行的基础建设,通信正在增加万物的粘合... 详细信息

2018年,尚在国际标准制定之中的第五代(5G)移动通信技术已经被各国争相列入国家战略范畴,其中就包括中国。通信历史的发展在不断证明着通信事业与科技文明进步、产业变革发展的关系。作为整个社会运行的基础建设,通信正在增加万物的粘合度,织就生产与生活四通八达的网络。5G的到来更让万物互联一步步成为现实。王承祥就是这一新兴领域的新生代的科研工作者,他是世界著名的无线通信专家,凭借其在无线信道建模、5G通信网络架构、绿色认知无线电网络等方面的开创性工作在国际学术界影响深远,其科研成果被广泛应用于全球5G移动通信网络中。

关键词：认知无线电网络移动通信通信事业无线通信万物互联国家重点实验室无线信道建模产业变革

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面向大规模低地球轨道卫星网络的星间链路连接策略

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通信学报 2024年第8期45卷 100-109页

作者：燕锋聂浩俭夏玮玮沈连丰东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京210096

针对大规模低地球轨道(LEO)卫星网络,提出了2类新型星间链路(ISL)连接策略:Grid-V和Grid+,并对传统的Grid连接策略进行改进。所提策略充分利用了次邻轨和跨邻轨星间链路,Grid-V连接策略舍弃了Grid连接策略的轨内链路,利用次邻轨和跨邻... 详细信息

针对大规模低地球轨道(LEO)卫星网络,提出了2类新型星间链路(ISL)连接策略:Grid-V和Grid+,并对传统的Grid连接策略进行改进。所提策略充分利用了次邻轨和跨邻轨星间链路,Grid-V连接策略舍弃了Grid连接策略的轨内链路,利用次邻轨和跨邻轨的星间链路形成网络拓扑;Grid+连接策略在保留Grid连接策略中的星间链路基础上,允许卫星与同轨道或者次邻轨道卫星建立跨星连接。针对Walker-Delta星座构型的大规模LEO卫星网络,设计了基于所提星间链路连接策略的最短距离路由算法,并分别从几何拓扑和数据包层面对路由进行了系统级仿真,以评估各连接策略的性能。仿真结果表明,在几何拓扑层面,所提策略可以有效减少平均路由跳数与路径切换次数;在数据包层面,所提策略在往返时延及抖动、路径占用率、平均吞吐量等方面具有更好的性能。

关键词：低地球轨道卫星网络星间链路连接策略路由

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智能超表面毫米波覆盖增强波束设计与测量

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西安电子科技大学学报 2024年第5期51卷 189-200页

作者：滕晓坤孟声国陈伟聪唐万恺金石东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京211189

针对毫米波无线通信系统中信号覆盖性能弱的问题,提出使用智能超表面反射宽波束以持续增强弱覆盖区域信号强度的方法。首先,在没有视距路径的收发机之间引入智能超表面,利用智能超表面电波传播模型,得到反射辅助路径的接收信号功率表达... 详细信息

针对毫米波无线通信系统中信号覆盖性能弱的问题,提出使用智能超表面反射宽波束以持续增强弱覆盖区域信号强度的方法。首先,在没有视距路径的收发机之间引入智能超表面,利用智能超表面电波传播模型,得到反射辅助路径的接收信号功率表达式。随后,根据先验信息的不同获知程度,提出一种智能超表面反射相移设计框架,并采用启发式算法实现智能超表面离散相移约束下的高效寻优。仿真结果证明,所提算法能够基于智能超表面合成任意宽度的反射波束。同时,根据待覆盖区域的具体形状优化能够进一步提高智能超表面覆盖增强性能。最后,搭建智能超表面反射方向图测量系统和毫米波通信原型系统,在35 GHz频段开展测量验证,获得与仿真结果一致的性能。在暗室环境下的方向图测量验证了智能超表面波束合成算法的有效性。在实际环境下开展的信号覆盖情况测量中,对比未部署智能超表面的情况,部署智能超表面和所提算法后信号覆盖率从1.5%提升至90%。

关键词：智能超表面毫米波覆盖增强波束合成原型测量

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低地球轨道卫星边缘计算场景中任务卸载与资源分配联合优化算法

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通信学报 2024年第7期45卷 48-60页

作者：夏玮玮胡静宋铁成东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京210096

针对低地球轨道(LEO)卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求,提出联合卸载与资源分配优化(JORAO)算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间,以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标,联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分... 详细信息

针对低地球轨道(LEO)卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求,提出联合卸载与资源分配优化(JORAO)算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间,以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标,联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分配。将任务卸载与资源分配的联合优化问题分解为卸载决策和资源分配子问题,使用交替优化方法,获得原始优化问题的次优解。对于任务卸载决策子问题,将其建模为联盟博弈模型,当博弈达到纳什均衡时,获得最小化平均服务时延的地面用户卸载策略;对于资源分配子问题,使用拉格朗日乘子法获得最优的通信和计算资源分配结果。此外,还证明了所提算法的收敛性和稳定性。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性,能显著降低地面用户的平均服务时延和提高任务卸载成功率。

关键词：低地球轨道卫星边缘计算卸载资源分配联盟博弈

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异质无蜂窝MIMO绿色通信网络

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信号处理 2024年第8期40卷 1408-1423页

作者：朱鹏程江鹏钱宇祁栋华宋元盟东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京210096

异质无蜂窝多天线(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统是未来移动网络发展的方向之一,也是极具节能潜力的高效通信系统。本文首先对异质无蜂窝MIMO系统的整体构架进行了介绍,从整体的角度分析该网络的具体构架和节能潜力,随后从... 详细信息

异质无蜂窝多天线(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统是未来移动网络发展的方向之一,也是极具节能潜力的高效通信系统。本文首先对异质无蜂窝MIMO系统的整体构架进行了介绍,从整体的角度分析该网络的具体构架和节能潜力,随后从绿色网络部署与协作、网络运行与调度以及用户接入、高能效MIMO收发机技术和传输与多址等方面介绍了基本原理和潜在节能增益。随着信息超材料的发展,一些全新的异质MIMO收发机逐渐展现了其在能效方面的优势,合理利用这些新型的收发机技术将有效提高系统能效。除了硬件带来的增益之外,异质无蜂窝组网的增益主要来源于各个接入点的协作传输所形成的超大规模MIMO,而这也带来了更加复杂的信号传输模式,同时受限于有限的算力资源,系统不可能无限协作,因此需要对该系统的接入点部署策略和协作方式进行全新的研究。在完成部署之后,由于用户在空间和时间上的通信需求变化较大,还可以利用深度学习等技术对用户的行为进行一定程度的预测,并在空间和时间上对通信设备的运行状态进行调整,在满足通信指标的同时提高系统的能效。最后,用户的多址接入与传输方式则是整个异质无蜂窝MIMO系统的基础,新型的速率分割多址接入(Rate-Splitting Multiple Access,RSMA)技术可以有效对抗干扰,而针对异质无蜂窝MIMO系统的传输波束赋形也需要进行全新的设计以适应RSMA技术和异质的MIMO设备。本文还同时讨论了以上各个方面的可能设计以及未来研究方向。

关键词：绿色MIMO 无蜂窝系统全息超表面节能通信

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基于流量感知的无线接入网智能切片资源分配方法研究

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信号处理 2024年第4期40卷 719-732页

作者：赵晨张铖黄永明东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京211189

为保障业务服务等级协议(Service Level Agreements, SLA)需求,使不同应用间差异化的服务质量需求同时得到良好满足,无线接入网(Radio Access Network, RAN)的动态网络资源配置十分关键。本文针对网络流量波动、网络状态快速变化的场景... 详细信息

为保障业务服务等级协议(Service Level Agreements, SLA)需求,使不同应用间差异化的服务质量需求同时得到良好满足,无线接入网(Radio Access Network, RAN)的动态网络资源配置十分关键。本文针对网络流量波动、网络状态快速变化的场景,提出一种结合时间序列预测和深度强化学习的智能化带宽分配策略,通过合理利用长短期记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)网络和Dueling深度Q网络(Dueling Deep Q Network, Dueling DQN)以最大限度提高无线接入网切片的频谱效率和SLA满意度。通过使用LSTM网络对切片中数据流量进行预测,可以将深度强化学习算法的计算周期与实际切片配置周期有效解耦。同时为了在保障LSTM性能的同时降低其计算复杂度,以适应RAN中有限的计算资源,本文采用控制神经元连接比例的随机连接长短期记忆(Randomly Connected LSTM, RCLSTM)网络。此外,Dueling DQN与传统DQN相比,能够提高切片策略学习过程的Q值估计精度,以提升收敛速度。仿真结果表明:与原始DQN、优势Actor-Critic(Advantage Actor Critic, A2C)和硬切片方法相比,所提RCLSTM-Dueling DQN方案可以通过提前感知网络性能变化,有效降低网络环境波动对密集流量场景下无线切片资源管理的影响,在具有三种不同流量波动模式及服务质量需求的RAN切片场景中,可以获得收敛速度、频谱效率和切片SLA满意率的明显提升。同时,10%连接比例的RCLSTM网络能在保持极低性能损失的前提下,将原始LSTM的计算时间降低约11%。

关键词：无线接入网络切片动态资源分配时间序列预测深度强化学习

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基于RIS的二维波达角估计系统设计与实现

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信号处理 2024年第8期40卷 1469-1479页

作者：徐奕凡周群焰孟声国李泽唐万恺戴俊彦程强金石东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京210096 东南大学毫米波全国重点实验室江苏南京210096

新兴的智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)技术作为6G潜在关键使能技术之一,通过大量的电磁单元智能调控无线信号的反射特性,有望实现对无线传播环境的主动增强与感知,其在角度感知估计方面的应用受到广泛关注。现有... 详细信息

新兴的智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)技术作为6G潜在关键使能技术之一,通过大量的电磁单元智能调控无线信号的反射特性,有望实现对无线传播环境的主动增强与感知,其在角度感知估计方面的应用受到广泛关注。现有文献报道的RIS波达角估计硬件实现工作中,RIS往往采用固定列控或行控的编码方式,无法充分发挥其空间维度自由度,只能进行一维的波达角估计。在此背景下,本论文设计了一套灵活的智能超表面控制平台,实现对每个电磁单元的独立且高速的控制,充分发挥RIS硬件的空间自由度,并在此平台上实现基于RIS的二维波达角实时估计功能。首先,介绍基于RIS的波达角估计系统设计方案,通过对RIS进行高速空时编码调制,使反射信号的谐波分量与入射信号的波达角建立映射关系,在接收端利用反射信号各谐波的幅度和相位信息,对入射信号波达角进行实时估计。随后,基于所提方案设计系统的无线帧结构相关参数,构建基于RIS的二维波达角实时估计原型系统。最后,使用原型系统开展测量实验,在多个测量点位对波达角的方位角和俯仰角分量进行估计与数据记录,实测数据验证了所提方案的可行性。

关键词：智能超表面空时编码波达角估计原型实现

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耦合相移下有源同时反射和透射智能反射面辅助的多用户安全通信

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电子与信息学报 2024年第9期46卷 3544-3552页

作者：郝万明曾齐王芳杨守义郑州大学电气与信息工程学院郑州450001 东南大学移动通信全国重点实验室南京210096

无源智能反射面在增强无线通信系统和提高物理层安全方面极具潜力,但是其存在严重的“双衰落”和半区域覆盖的缺点。为此,该文研究了一种有源同时反射和透射智能反射面(STAR-RIS),并在考虑反射和透射相移互耦合条件下,建立一个联合优化... 详细信息

无源智能反射面在增强无线通信系统和提高物理层安全方面极具潜力,但是其存在严重的“双衰落”和半区域覆盖的缺点。为此,该文研究了一种有源同时反射和透射智能反射面(STAR-RIS),并在考虑反射和透射相移互耦合条件下,建立一个联合优化基站波束和有源STAR-RIS波束的安全能效最大化问题。为求解所形成的非凸优化问题,利用连续凸近似、罚函数法、半正定松弛、交替优化技术将原问题转化为凸问题,并提出一种基于惩罚对偶分解算法。仿真结果验证了该文所提算法的有效性。

关键词：智能反射面物理层安全安全能效最大化耦合相移

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面向智能无人通信系统的因果性对抗攻击生成算法

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通信学报 2024年第1期45卷 54-62页

作者：禹树文许威姚嘉铖东南大学移动通信全国重点实验室江苏南京210096 网络通信与安全紫金山实验室江苏南京211111

考虑到基于梯度的对抗攻击生成算法在实际通信系统部署中面临着因果性问题,提出了一种因果性对抗攻击生成算法。利用长短期记忆网络的序列输入输出特征与时序记忆能力,在满足实际应用中存在的因果性约束前提下,有效提取通信信号的时序... 详细信息

考虑到基于梯度的对抗攻击生成算法在实际通信系统部署中面临着因果性问题,提出了一种因果性对抗攻击生成算法。利用长短期记忆网络的序列输入输出特征与时序记忆能力,在满足实际应用中存在的因果性约束前提下,有效提取通信信号的时序相关性,增强针对无人通信系统的对抗攻击性能。仿真结果表明,所提算法在同等条件下的攻击性能优于泛用对抗扰动等现有的因果性对抗攻击生成算法。

关键词：智能通信系统对抗攻击深度学习因果系统长短期记忆网络

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光学智能反射表面辅助的UAV群分布式光移动通信

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电子与信息学报 2025年第1期47卷 48-56页

作者：王海卜张在琛葛荧萌曾涵东南大学移动通信国家重点实验室南京211189 紫金山实验室南京211111

随着无人机(UAV)系统的规模持续扩大以及对更高通信速率的需求增长,UAV光移动通信(UAV-OMC)已经成为一个有前景的技术方向。然而,传统的UAV-OMC难以支持多UAV之间的通信。该文基于光学智能反射表面(OIRS)技术,提出一个适用于UAV群的分布... 详细信息

随着无人机(UAV)系统的规模持续扩大以及对更高通信速率的需求增长,UAV光移动通信(UAV-OMC)已经成为一个有前景的技术方向。然而,传统的UAV-OMC难以支持多UAV之间的通信。该文基于光学智能反射表面(OIRS)技术,提出一个适用于UAV群的分布式OMC系统。通过在特定的UAV上设置OIRS,利用OIRS将光信号从单个UAV节点扩散到多个UAV节点。这一系统在保留UAV-OMC系统的高能效和高速度的同时,能够支持分布式UAV群的通信。对所提出的系统进行了数学建模,考虑了一系列现实因素,如OIRS的光束控制、UAV之间的相对运动和UAV的抖动等,这些因素都符合实际系统的特点。此外,该文还推导出了系统的误比特率(BER)和渐进中断概率的闭式表达式。基于理论分析和模拟结果,讨论了各个参数和系统设计的影响。

关键词：光移动通信光学智能反射表面无人机性能分析

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