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2017年  第46卷  第1期

通信与信息工程
基于Max-Log更新的马尔科夫链蒙特卡洛MIMO检测增强算法
胡剑浩, 周将运, 何帅宁, 陈杰男
2017, 46(1): 1-8. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.001
摘要:
针对传统的马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)算法,提出了一种基于Max-Log更新的MCMC-MIMO检测算法。该算法采用了基于Max-Log更新的采样,可以有效产生收敛于后验概率(APP)分布的比特样本列表集合,同时可避免计算传统MCMC算法中的每比特概率分布。但是该检测算法在高信噪比下,采样过程会陷入锁死到局部最优态。在此基础上,提出了3个增强技术:1)抖动处理,对给定置信区间内的更新进行抖动处理;2)条件下重新初始化,对处在潜在锁死态的采样序列进行重新初始化;3)修剪饱和处理,利用球形译码算法中的修剪饱和技术来处理MIMO检测输出的对数似然信息(LLR)。仿真结果显示,基于Max-Log更新的MCMC增强算法能有效地解决陷入锁死的问题,从而提高系统性能并降低系统的计算复杂度。在复杂度为MMSE-PIC检测算法的90%的基础上,性能提高了2 dB。
基于时隙捆绑预处理的LTE上行自适应传输
杨帆, 李洋, 谭佳佳, 邵怀宗
2017, 46(1): 15-20. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.003
摘要:
3G长期演进(LTE)上行链路中,基于时隙捆绑(transmission time interval bundling,TTI bundling)技术的IP语音业务(VoIP)可以显著提高小区覆盖范围。目前,一种覆盖增强方案可以使用户在50 ms时延限制下最多传输5捆相同的数据包。然而,由于该方案不能及时处理反馈信号,一旦出现不必要的重传,会导致系统吞吐量降低,并造成用户设备(UE)额外的能量损耗。为此,该文提出了一种基于误块率(BLER)与信噪比(SNR)映射机制的时隙捆绑预处理传输方案,该方案使得UE可以根据信道情况的变化以及期望的性能指标,预先设定传输捆绑数据包的最大值,从而减少了不必要的重传,节省了UE的能量消耗,提高系统的吞吐量。
一种降低OFDM误码率及立方度量值的凸优化算法
张翔引, 朱晓东, 唐友喜
2017, 46(1): 21-26. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.004
摘要:
相比于功率峰均比(PAPR),立方度量能够更加准确地预测功放的功率回退量,因此被认为是更有效的衡量正交频分复用(OFDM)信号包络变化的度量。为了提高功放效率,常用优化方法是直接最小化信号的立方度量值。然而,这样会引入严重的带内失真,造成系统误码率性能的恶化。该文提出了一种在立方度量值约束下最小化系统带内失真的凸优化模型,并设计了内点法定制方案求解此优化问题。仿真结果显示该算法相比现有优化算法能够显著提高系统误码率及立方度量性能。
基于互信息理论的MIMO天波超视距雷达波形优化方法
罗杨, 赵志钦
2017, 46(1): 27-31,60. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.005
摘要:
多输入多输出(MIMO)天波超视距雷达(OTHR)技术在雷达发射端发射低增益宽波束,在接收端进行波束形成得到高增益的窄波束,可以满足多层电离层探测和杂波抑制的需求。该文将两层电离层结构应用到MIMO-OTHR中,并针对OTHR杂噪比(CNR)比较高的特点,提出一种互信息理论方法对发射波形进行自适应优化。仿真结果表明该方法明显提升了目标距离分辨率和检测概率,说明在MIMO-OTHR中,经过合理的波形优化,可以利用多径回波改善雷达系统性能。
基于室内地图环境信息的多楼层WiFi定位技术研究
黎海涛, 齐双
2017, 46(1): 32-37. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.006
摘要:
针对多楼层环境的室内定位需求,提出了一种基于地图环境先验信息的WiFi指纹定位方法。首先在离线阶段建立地图环境信息模型并对指纹进行仿射传播聚类,然后在线阶段采用RSSI阈值的楼层判别算法确定楼层,并结合地图信息模型和最大后验估计方法计算出终端位置。实验结果表明,相比于传统的指纹定位方法,室内定位技术不仅能提高定位精度,并且降低了在线阶段指纹匹配计算的复杂度。
自动化技术
串级不稳定时滞过程的内模控制器设计
张井岗, 秦娜娜
2017, 46(1): 38-45. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.007
摘要:
针对串级不稳定时滞过程研究了内模控制器的设计方法。该方法副回路采用传统内模控制,能及时快速消除内环干扰对系统整体控制性能的影响;主回路采用一种二自由度内模控制结构,将设定值跟随特性与干扰抑制特性解耦,控制器的参数整定不需要在两种特性之间折中选择,克服了传统内模控制的不足。理论分析和仿真结果表明,该方法不仅能有效减少控制器的个数,而且可使系统同时获得良好的设定值跟随特性、干扰抑制特性和鲁棒性。
基于钻柱声波信道的随钻数据V-OFDM传输方法研究
马东, 师奕兵, 张伟, 柳国振
2017, 46(1): 46-54. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.008
摘要:
随钻数据声波传输系统利用声波沿钻柱信道传播,实现井下和地面信息准确高效的实时通信。钻柱信道由钻杆和接箍周期性构成,通过理论分析和建模仿真,得到通阻带交替存在的梳状频谱特性,并采用FIR滤波器逼近,建立信道仿真平台。矢量正交频分复用技术(V-OFDM)可以将多径衰落信道分解为多个矢量子信道,通过加入适量的循环前缀,在消除符号间干扰(ISI)的同时,利用分集增益,可以减小由于信道频谱零点造成的误码,增加系统的鲁棒性。仿真和实测结果表明,该方法在满足低误码率的同时,能降低数据冗余,提高传输效率。
计算机工程与应用
异构传感器网络的用户认证和密钥协商协议研究
闫丽丽, 昌燕, 张仕斌
2017, 46(1): 55-60. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.009
摘要:
物联网应用的安全和隐私保护问题是制约其进一步发展的关键因素,该文针对物联网中外部用户需要直接访问传感器节点获得信息的应用需求,基于异构传感器网络设计一个用户认证和密钥协商协议,保证信息传输的安全。协议在实现对所有参与者身份认证的同时,完成了用户和传感器节点之间的密钥协商。最后,该文从安全性和执行效率两个方面对所设计协议进行分析、比较,结果显示所设计协议是安全、高效的。
一种K-means改进算法的并行化实现与应用
李晓瑜, 俞丽颖, 雷航, 唐雪飞
2017, 46(1): 61-68. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.010
摘要:
随着数据的爆炸式增长,聚类研究作为大数据的核心问题之一,正面临计算复杂度高和计算能力不足等诸多问题。提出了一种基于Hadoop的分布式改进K-means算法,该算法通过引入Canopy算法初始化K-means算法的聚类中心,克服传统K-means算法因初始中心点的不确定性,易陷入局部最优解的问题。本算法在Canopy(罩盖)中完成K-means聚类,并在Canopy间完成簇的合并,聚类效果稳定,迭代次数少。同时,结合MapReduce分布式计算模型,给出改进后算法的并行化设计方法和策略,进一步通过改进相似度度量方法,将该方法用于文本聚类中。实验结果证明该算法具有良好的准确率和扩展性。
基于局部特征的图像分类方法
曹健, 魏星, 李海生, 蔡强
2017, 46(1): 69-74. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.011
摘要:
为了有效地组织、管理和浏览大规模的图像资源,提出了一种利用局部特征进行图像分类的方法。通过深入分析和比较常见的局部特征,选用合适的局部特征构建视觉单词库。这些视觉单词具有很好的平移、旋转、尺度不变性,并对噪声有一定的抵抗能力。借鉴文本分类领域的向量空间模型进行图像的表示,并设计出了相应的分类算法。标准图像库上的实验结果表明,该方法在图像分类中有效,有较高的实用价值。
基于部分路径的社交网络信息源定位方法
张聿博, 张锡哲, 徐超
2017, 46(1): 75-80. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.012
摘要:
随着微博、微信等在线社交网络的快速发展,社交网络上的不实信息呈现爆发式的传播,往往会引起严重的后果,如何寻找谣言等不实信息在社交网络中的传播源头具有重要的应用意义。该文提出一种面向在线社交网络的信息源点定位方法,与现有的基于观察点的定位方法不同,该方法考虑了传播过程中信息普遍带有的部分传播路径,并以此重构传播过程,修正传播子图,从而更准确地定位信息源点。在模型网络及实际网络上进行实验,说明了该算法的有效性。
一种面向不确定数据流的模体发现算法
王菊, 刘付显, 靳春杰, 李祯东
2017, 46(1): 81-87. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.013
摘要:
借鉴生物信息学中序列模式发现思想,提出了基于MEME(multiple expectation-maximization for motif elicitation)的不确定数据流模体发现算法。该算法根据不确定数据流的特点,设计了不确定滑动窗口的简化计算方法,改进了SAX(symbolic aggregate approximation)的符号化策略,用防空反导情报传感器网络中的一组不确定数据流验证了其可行性,通过植入不同数目模体的方法测试了其准确性,并在元组存在概率为1的条件下与已有算法进行比较,验证其有效性。
考虑处理机下线时间的可分任务调度优化模型
王晓丽, 王宇平, 蔡坤, 赖俊凡
2017, 46(1): 88-95. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.014
摘要:
随着科学应用逐渐趋于数据密集型计算,为并行与分布式系统寻求高效的任务调度策略成了研究的热点问题。已有的可分任务调度模型均假设所有处理机都能100%的完成子任务的计算,即处理机在完成任务计算之前一直保持在线状态。实际上,并行与分布式系统中不同处理机的在线时间可能不同。若忽略处理机的在线时间,为其分配的任务量过大,则任务的完成时间可能超出处理机的下线时间,从而造成任务的计算无法按时完成。因此,为处理机分配任务时应充分考虑处理机下线时间的限制。为解决上述问题,该文提出了一种新的考虑处理机下线时间的可分任务调度优化模型,并设计了全局优化遗传算法求解该模型。最后,通过仿真实验结果验证了模型和算法的有效性。
时序网络上的随机游走免疫策略研究
朱义鑫, 张凤荔, 王瑞锦, 秦志光
2017, 46(1): 96-101. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.015
摘要:
针对传统免疫模型在时序网络中所面临的难以收集、分析网络拓扑信息的困境,提出了基于随机游走机制的免疫策略,一定数量的免疫粒子被随机地分配到网络节点上,当该节点有边激活时,免疫粒子就可以沿着激活边游走到另一节点,获得免疫粒子的节点获得免疫能力,失去免疫粒子的节点转换成非免疫的易感态。根据随机游走者之间在转移时是否相互影响,分别建立了非独立随机游走免疫模型和P_独立随机游走免疫模型。在这两种免疫模型中,免疫粒子传播所需的网络开销受到事先给定的免疫粒子密度的限制。实验表明,这两种随机游走免疫模型可以获得比熟人免疫模型更好的免疫效果,而与目标免疫模型的比较结果取决于网络拓扑结构的异质性程度。
基于流量结构稳定性的服务器网络行为描述:建模与系统
邵国林, 陈兴蜀, 尹学渊, 叶晓鸣
2017, 46(1): 102-108. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.016
摘要:
针对现有基于异常特征库匹配的流量检测方法难以适应日趋复杂的网络环境需要的问题,对服务器网络流量进行了大量观测和研究,综合正常流量在某些属性上的固有稳定性及特定服务在流量层面表现出的稳定性,提取相应的流量特征,同时提出了流量结构稳定性的概念,并基于此对服务器的正常网络行为轮廓进行刻画,依据当前流量结构偏离正常轮廓的程度对服务器网络异常行为进行检测。针对流量结构差异性的定量刻画问题,提出了一种基于Spie Chart的可视化度量方法,并基于一台邮件服务器流量实现了系统,通过实验验证了系统对常见网络攻击及未知网络异常的检测效果。
复杂性科学
时效网络结构及动力学研究进展综述
楼凤丹, 周银座, 庄晓丹, 张新荣
2017, 46(1): 109-125. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.017
摘要:
在时效网络中连边激活的时效特征能够显著影响相同时间尺度下网络系统的动力学行为,是当前网络研究的热点课题之一。该文从时效网络的建模方法、时效网络的结构特性及相关统计力学、时效网络中的传播动力学、时效网络与人类行为结合的统计特性及目前常用的处理时效网络的理论方法等多方面对时效网络的研究进展进行综述,并对目前的国内外研究现状进行分析,提出了时效网络面临的几个关键科学问题,展望了该领域未来的研究方向。
基于手机数据的城市人口分布感知
徐仲之, 曲迎春, 孙黎, 王璞
2017, 46(1): 126-132. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.018
摘要:
提出了一种基于手机数据、考虑手机市场占有率的城市人口分布感知方法,并将该方法应用于美国旧金山湾区;介绍了使用手机数据动态感知城市人口分布的潜在可能,并计算了湾区各个小区白天与夜间的人口数量差。研究结果表明,基于手机数据的城市人口分布感知,对城市突发事件预警、城市交通管控、城市公共资源配置等方面都有着重大意义。
电子信息材料与器件
Study on Preparation and Properties of the Graphene Functional Layer by the Spray Coating Method
WANG Xiao-ju, XU Ru-xiang, DUN Tao, QI Kang-cheng, CAO Gui-chuan, LIN Zu-lun
2017, 46(1): 151-155. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.020
摘要:
Stable aqueous graphene dispersion with sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS) surfactant was prepared by using an ultrasonic dispersing process. Graphene films were deposited on glass and silicon substrate as functional layers by the spray coating method. The study of the influence of SDBS concentration on graphene dispersing performance show that SDBS concentration of 15% is adequate for preparing stable graphene dispersion. Optical and morphological properties of the resulting graphene films are also investigated by ultraviolet-visible spectrophotometer and scanning electron microscopy, respectively. The results indicate that the visible light transmittance of graphene coating is higher than 82% and the graphene film shows a cluster structure with blade-like edges. The field emission analyses were carried out by a diode test cell in a vacuum system, which confirms that this graphene functional layer has good field-emission performance with low turn-on field of 3 V/μm and large enhancement factor of 3 580. Collectively, this deposition method may be a viable and cost-effective route for fabricating graphene films.
利用金属环聚焦的HTS薄膜Rs分布测试法的研究
陈柳, 曾成, 褚青如, 张洁, 补世荣, 宁俊松
2017, 46(1): 156-160. doi: 10.3969/j.issn.1001-0548.2017.01.021
摘要:
介绍了一种测试高温超导薄膜微波表面电阻分布的新方法。该方法利用镜像法相关原理,通过引入金属环实现介质谐振器和腔体的能量汇聚,解决了高温超导薄膜微波表面电阻的分布测试通用性与高分辨率不兼容的问题。根据该方法研制了工作在32 GHz的频率下,工作模式为TE012+δ的测试装置,其分辨率为直径5 mm,面积19.6 mm2的圆面。测试装置对一片两英寸YBCO/LAO/YBCO超导薄膜样品进行了13个点的表面电阻分布测试。