Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2017 Vol.18 No.6 P.751-862

<<< CONTENTS >>>

Special Issue on 5G Wireless Communication Systems and Technologies

Guest Editor-in-Chief: Ping ZHANG

Editorial

Editorial: Special issue on 5G wireless communication systems and technologies

Ping Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1720000 Downloaded: 1930 Clicked: 5353 Cited: 0 Commented: 0(p.751-752) <Full Text>

Review Article

Review: Beamforming techniques for massive MIMO systems in 5G: overview, classification, and trends for future research

Ehab Ali, Mahamod Ismail, Rosdiadee Nordin, Nor Fadzilah Abdulah

DOI: 10.1631/FITEE.1601817 Downloaded: 4181 Clicked: 7057 Cited: 1 Commented: 0(p.753-772) <Full Text> <PPT> 1737

Chinese summary <43> 5G大(dà)規模天線系統中(zhōng)的波束成形技術：概述、分(fēn)類及發展方向

概要：大(dà)規模天線與波束成形技術是下(xià)一(yī)代移動通信系統（5G）的關鍵技術。主要介紹了當前大(dà)規模天線系統中(zhōng)波束成形技術的發展現狀，闡述了波束成形技術如何有效解決大(dà)規模天線系統實用化中(zhōng)的問題。此外(wài)，詳細回顧了當前無線通信網絡中(zhōng)波束成形的分(fēn)類方法，以及無線通信系統中(zhōng)常用的波束成形技術。進一(yī)步從改善系統吞吐量與降低蜂窩間幹擾的角度出發，通過分(fēn)析與比對獲得了大(dà)規模天線系統中(zhōng)的最優波束成形方案。同時，通過總結現有文獻，明确了基于最優波束成形方案的大(dà)規模天線系統可以滿足下(xià)一(yī)代無線通信系統的數據傳輸需求。

關鍵詞組：波束成形；大(dà)規模天線；毫米波

Research Articles

Indoor massive multiple-input multiple-output channel characterization and performance evaluation

Jian-zhi Li, Bo Ai, Rui-si He, Qi Wang, Mi Yang, Bei Zhang, Ke Guan, Dan-ping He, Zhang-dui Zhong, Ting Zhou, Nan Li

DOI: 10.1631/FITEE.1700021 Downloaded: 4430 Clicked: 10759 Cited: 1 Commented: 0(p.773-787) <Full Text> <PPT> 3865

Chinese summary <459> 室内大(dà)規模天線陣列信道特征分(fēn)析與性能評估

概要：介紹了室内環境下(xià)的大(dà)規模天線陣列信道測量，天線陣列形式包括64陣元虛拟線陣、64陣元虛拟面陣以及128陣元虛拟面陣。3種不同形式的陣列結構通過三維機械轉台構造得到。測量頻(pín)點包括2、4、6、11、15以及22 GHz，測量帶寬爲200 MHz。測量同時考慮了直射徑場景和非直射徑場景。對實測數據進行了基本信道參數萃取，參數包括路徑損耗、陰影衰落、功率時延譜和均方根時延擴展。同時給出了上述信道參數的頻(pín)率依賴性分(fēn)析，以及陰影衰落與均方根時延擴展的相關性分(fēn)析。利用實測數據，對基于匹配濾波器的碼間幹擾消除性能進行了評估，給出了其他信道性能指标（如信道香農容量、信道狀态數以及信道富裕度）的分(fēn)析結果。分(fēn)析結果表明：對于具有豐富反散射體(tǐ)的室内環境，即使在直射徑存在的情況下(xià)，實際大(dà)規模天線陣列信道的性能可以接近于獨立同分(fēn)布瑞利信道。

關鍵詞組：大(dà)規模天線陣列；信道建模；5G；陰影衰落；時延擴展；匹配濾波器；香農容量；信道狀态數；信道富裕度

Efficient detection methods for amplify-and-forward relay-aided device-to-device systems with full-rate space-time block code

Kang-li Zhang, Cong Zhang, Fang-lin Gu, Jian Wang

DOI: 10.1631/FITEE.1700018 Downloaded: 1972 Clicked: 5883 Cited: 1 Commented: 0(p.788-795) <Full Text> <PPT> 1681

Chinese summary <31> 基于采用全速率空時塊碼的放(fàng)大(dà)轉發中(zhōng)繼輔助設備到設備通信系統的有效檢測方法

概要：中(zhōng)繼輔助設備到設備通信是下(xià)一(yī)代蜂窩網絡中(zhōng)一(yī)項極具潛力的技術。研究了适用于配置多天線的放(fàng)大(dà)轉發中(zhōng)繼輔助設備到設備通信系統的不同傳輸方案。爲了解決基于全速率空時塊碼傳輸方案的傳統最大(dà)似然檢測算法複雜(zá)度高的問題，文中(zhōng)提出兩種低複雜(zá)度檢測方法，分(fēn)别爲采用最大(dà)似然合并算法的檢測方法和采用聯合條件最大(dà)似然檢測器的檢測方法。特别是，所提的基于聯合條件最大(dà)似然檢測器的檢測方法，能夠通過犧牲一(yī)定的存儲空間換取較好的并行處理能力。仿真結果表明：針對采用全速率空時塊碼傳輸方案提出的兩種檢測方法，能夠獲得與傳統最大(dà)似然檢測方法近乎相同的誤符号率，但所提檢測方法複雜(zá)度更低；同時，采用基于全速率空時塊碼的傳輸方案比複用傳輸方案具有更優的誤碼性能。仿真結果還進一(yī)步驗證了對所提檢測方法的分(fēn)集增益分(fēn)析。

關鍵詞組：設備到設備通信；中(zhōng)繼；檢測；全速率空時塊碼

Zhen-hua Yuan, Chen Chen, Xiang Cheng, Guo-cheng Lv, Liu-qing Yang, Ye Jin

DOI: 10.1631/FITEE.1700023 Downloaded: 2007 Clicked: 6315 Cited: 1 Commented: 0(p.796-807) <Full Text>

Chinese summary <24> 基于相關信道模型的兩跳無線網絡安全通信研究

概要：主要研究在相關信道模型條件下(xià)兩跳無線通信網絡的中(zhōng)繼物(wù)理層安全波束成形方案設計問題。系統模型由1個發送節點、1個合法接收節點、1個竊聽(tīng)節點和1個采用放(fàng)大(dà)轉發策略的中(zhōng)繼節點構成，其中(zhōng)中(zhōng)繼節點裝備多天線，而其他節點都裝備單天線，竊聽(tīng)節點靠近合法接收節點進行竊聽(tīng)，從而使得二者與中(zhōng)繼節點之間的信道具有相關性。中(zhōng)繼節點無法獲得竊聽(tīng)信道的瞬時信道狀态信息，隻可獲得合法信道的瞬時狀态信息，以及合法信道與竊聽(tīng)信道之間的相關性信息，據此中(zhōng)繼節點可推導出竊聽(tīng)信道狀态的條件概率分(fēn)布。以系統近似遍曆安全容量爲優化目标，研究了2種中(zhōng)繼波束成形方案：（1）最大(dà)化合法信道容量的”廣義匹配轉發方案”；（2）”普通階波束成形方案”。另外(wài)，還讨論了基于遍曆安全容量下(xià)界的”下(xià)界最優化波束成形方案”。與上述兩方案比對，”廣義匹配轉發方案”是最優的秩−1方案，”普通階波束成形方案”則是基于近似遍曆安全容量的叠代最優的中(zhōng)繼轉發方案。通過仿真對各波束成形方案的性能進行比較，驗證了本文的分(fēn)析。從仿真結果還可以看出：當中(zhōng)繼節點發送功率較低，或者第二跳信道增益較低時，”廣義匹配轉發方案”的性能優于”普通階波束成形方案”。

關鍵詞組：物(wù)理層安全；中(zhōng)繼波束成形；相關信道；遍曆安全速率；凸優化

Optimal precoding for full-duplex base stations under strongly correlated self-interference channels

Jun Wang, Xiao-jie Wen, Chuan Huang, Chao-jin Qing

DOI: 10.1631/FITEE.1700022 Downloaded: 1836 Clicked: 5443 Cited: 1 Commented: 0(p.808-816) <Full Text> <PPT> 1684

Chinese summary <29> 強相關自幹擾信道下(xià)全雙工(gōng)基站的最優預編碼

概要：考慮了包含1個全雙工(gōng)多天線基站、2個半雙工(gōng)單天線移動用戶的全雙工(gōng)蜂窩系統，研究了其全雙工(gōng)多天線基站的最優預編碼方案。由于全雙工(gōng)多天線基站在同一(yī)頻(pín)段上同時收發數據，其接收來自遠端用戶的期望信号将會受到來自本地發射天線大(dà)功率自幹擾信号的嚴重影響。由于現有自幹擾消除技術不能将自幹擾信号完全抵消，考慮存在殘餘自幹擾信号的場景，構造了上行傳輸速率受限的下(xià)行傳輸速率最大(dà)化問題，以刻畫上述全雙工(gōng)蜂窩系統的可達速率區域。然而，上述問題不是凸優化問題。鑒于此，考慮強相關自幹擾信道場景，利用自幹擾信道矩陣秩爲1的特點，将上述非凸優化問題變換爲凸優化問題，并利用凸優化工(gōng)具對其求解，得到全雙工(gōng)多天線基站的最優預編碼方案。最後，通過數值仿真驗證了該方案的有效性。

關鍵詞組：線性預編碼；全雙工(gōng)；可達速率區域；強相關自幹擾信道

Joint user association and resource partition for downlink-uplink decoupling in multi-tier HetNets

Zhi-yong Feng, Ze-bing Feng, T. Aaron Gulliver

DOI: 10.1631/FITEE.1700031 Downloaded: 2135 Clicked: 5618 Cited: 1 Commented: 0(p.817-829) <Full Text> <PPT> 1779

Chinese summary <30> 多層異構蜂窩網絡上下(xià)行解耦的聯合用戶接入與資(zī)源劃分(fēn)

概要：傳統蜂窩網絡要求移動用戶上行和下(xià)行連接在相同基站上。然而，由于用戶與基站發射功率存在差異，在不同無線環境下(xià)，将會導緻用戶從某基站接收到最強下(xià)行信号，但該基站并不能提供最強接收信号的上行鏈路。而且，由于大(dà)量機器設備接入蜂窩網絡中(zhōng)，網絡上行流量需求增大(dà)，從而導緻基站下(xià)行和上行流量存在嚴重不對稱。在多層異構蜂窩網絡環境下(xià)，提出了基于上下(xià)行解耦的聯合用戶接入與資(zī)源劃分(fēn)模型。區别于現有用戶接入異構蜂窩網絡的準則，如基于最大(dà)用戶接收功率和小(xiǎo)區範圍擴展，提出了基于聯合博弈的機制以實現上下(xià)行解耦條件下(xià)的用戶最優接入。對該機制的穩定性和收斂性作了證明，且證明其收斂到納什均衡點的速率呈幾何級數增長。此外(wài)，基于上述用戶上下(xià)行接入的結果，得到了考慮用戶公平性條件下(xià)的基站下(xià)行和上行最優帶寬劃分(fēn)。仿真結果顯示：相比現有其他用戶接入策略，提出的機制有效地提升了網絡速率。

關鍵詞組：上下(xià)行解耦；用戶接入；資(zī)源劃分(fēn)；異構蜂窩網絡；聯合博弈

Interference coordination in full-duplex HetNet with large-scale antenna arrays

Zhao-yang Zhang, Wei Lyu

DOI: 10.1631/FITEE.1700047 Downloaded: 4726 Clicked: 10245 Cited: 1 Commented: 0(p.830-840) <Full Text> <PPT> 3959

Chinese summary <445> 大(dà)規模天線陣列下(xià)全雙工(gōng)異構網絡的幹擾協調

概要：對于未來的第五代通信系統，幹擾協調已經成爲最具挑戰性的問題，而大(dà)規模多輸入多輸出、小(xiǎo)蜂窩和全雙工(gōng)技術均是在此背景下(xià)充滿前景的技術。提出一(yī)個針對兩層異構網絡的幹擾協調框架，該異構網絡包含了一(yī)個裝備大(dà)規模天線陣列的宏蜂窩基站和大(dà)量使用全雙工(gōng)技術的小(xiǎo)蜂窩基站。因爲帶内全雙工(gōng)和帶外(wài)全雙工(gōng)會産生(shēng)不同的幹擾模式，爲了抑制幹擾和最大(dà)化網絡吞吐量，每個小(xiǎo)蜂窩基站在無線回程鏈路的全雙工(gōng)模式都應慎重選擇。爲解決此模式選擇問題，提出兩種集中(zhōng)式算法，分(fēn)别是遺傳算法和貪心算法。此外(wài)，爲了更充分(fēn)降低宏蜂窩基站的計算開(kāi)銷，進一(yī)步提出一(yī)種基于代價的分(fēn)布式圖染色算法。仿真結果表明：提出的算法顯著提高了系統吞吐量。

關鍵詞組：大(dà)規模多輸入多輸出；全雙工(gōng)；小(xiǎo)蜂窩；無線回程鏈路；分(fēn)布式算法

Joint DOA and channel estimation with data detection based on 2D unitary ESPRIT in massive MIMO systems

Jing-ming Kuang, Yuan Zhou, Ze-song Fei

DOI: 10.1631/FITEE.1700025 Downloaded: 2211 Clicked: 6393 Cited: 1 Commented: 0(p.841-849) <Full Text> <PPT> 1729

Chinese summary <25> 大(dà)規模天線陣列中(zhōng)基于二維酉ESPRIT算法的波達角和信道聯合估計以及信号檢測技術

概要：針對大(dà)規模均勻矩形陣列提出了一(yī)種新型二維波達角和信道聯合估計技術以及信号檢測技術。傳統波達角估計技術都建立在信道沖擊響應已知(zhī)的前提下(xià)，然而，在大(dà)規模天線系統中(zhōng)，信道估計非常具有挑戰性。首先利用訓練序列估計出用戶與天線之間的聯合信道沖擊響應，然後利用該估計值基于酉ESPRIT算法獲得二維角度估計，接下(xià)來可以獲得不同路徑的定向信道沖擊響應估計。所提估計算法可以獲得閉式解，避免了搜索和配對過程。與此同時，提出了一(yī)種簡化的信号檢測過程，該過程可以降低矩陣求逆的維度，從而降低檢測複雜(zá)度。對多種情況進行了仿真驗證，仿真結果證明了所提算法的有效性。

關鍵詞組：二維波達角估計；信道沖擊響應估計；信号檢測；均勻矩形陣列；大(dà)規模天線

Joint cooperative beamforming and artificial noise design for secure AF relay networks with energy-harvesting eavesdroppers

He-hao Niu, Bang-ning Zhang, Dao-xing Guo, Yu-zhen Huang, Ming-yue Lu

DOI: 10.1631/FITEE.1601832 Downloaded: 2178 Clicked: 5841 Cited: 1 Commented: 0(p.850-862) <Full Text> <PPT> 1720

Chinese summary <24> 存在能量捕獲竊聽(tīng)者時安全AF中(zhōng)繼網絡的聯合協作波束成形與人工(gōng)噪聲設計

概要：研究AF中(zhōng)繼網絡同時信息與能量傳輸的物(wù)理層安全技術，提出利用魯棒協作波束成形和人工(gōng)噪聲提升系統的安全和能量傳輸性能。将能量接收機視作潛在竊聽(tīng)者，在中(zhōng)繼功率及能量采集門限約束下(xià)，提出最大(dà)化源節點與合法接收機之間的最差安全速率優化問題。爲求解該非凸問題，提出了雙層優化方法，其中(zhōng)包括一(yī)維搜索與半正定松弛。證明了該半正定松弛爲緊松弛。仿真結果表明本文算法比其他方案有更好的安全速率性能。

關鍵詞組：同時無線信息與能量傳輸；物(wù)理層安全；中(zhōng)繼網絡；協作波束成形；人工(gōng)噪聲