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

2018 Vol.19 No.3 P.309-470

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on 5G Wireless Communication Systems and Technologies

Guest Editor-in-Chief: Prof. Ping ZHANG, BUPT

Special Feature on 5G Wireless Communication Systems and Technologies

Review: A tutorial on 5G and the progress in China

Shan-zhi Chen, Shao-li Kang

DOI: 10.1631/FITEE.1800070 Downloaded: 2202 Clicked: 5872 Cited: 0 Commented: 0(p.309-321) <Full Text> <PPT> 1363

Chinese summary <34> 5G綜述及中(zhōng)國的進展

概要：5G技術、标準和産業化從2012年開(kāi)始高速發展，是全球經濟新的驅動力。本文全面介紹了5G，包括願景、要求、演進、關鍵技術、标準化、頻(pín)譜分(fēn)配、技術試驗、産業化進展和5G主要貢獻者。同時指出，中(zhōng)國企業作爲5G主要技術和标準的貢獻者，正處于"5G引領"過程中(zhōng)。最後介紹了5G最新進展和作者關于5G的再思考。

關鍵詞組：5G；IMT-2020；關鍵技術；标準；現場試驗

Review: Embracing non-orthogonal multiple access in future wireless networks

Zhi-guo Ding, Mai Xu, Yan Chen, Mu-gen Peng, H. Vincent Poor

DOI: 10.1631/FITEE.1800051 Downloaded: 1992 Clicked: 5023 Cited: 0 Commented: 0(p.322-339) <Full Text>

Chinese summary <30> 未來無線網絡的非正交多址接入技術

概要：本文就新興通信技術--非正交多址接入（non-orthogonal multiple access, NOMA）—對未來無線網絡的影響進行了全面綜述。具體(tǐ)地，介紹了NOMA原理對下(xià)一(yī)代多址接入技術設計的影響。讨論了NOMA在其他先進通信技術上的應用，包括無線緩存、多入多出技術、毫米波通信以及協同中(zhōng)繼。闡述了NOMA對蜂窩網絡之外(wài)通信系統的影響，例如數字電視、衛星通信、車(chē)聯網及可見光通信。最後，讨論并總結了NOMA的主要研究挑戰及未來發展方向。

關鍵詞組：非正交多址；多天線技術；毫米波；混合多址；無線緩存；協作非正交多址；可見光通信

Enhanced uplink non-orthogonal multiple access for 5G and beyond systems

Wen-jia Liu, Xiao-lin Hou, Lan Chen

DOI: 10.1631/FITEE.1700842 Downloaded: 2518 Clicked: 5788 Cited: 0 Commented: 0(p.340-356) <Full Text> <PPT> 1600

Chinese summary <25> 面向5G及未來系統的增強上行非正交多址技術研究

概要：上行非正交多址（NOMA）是一(yī)項滿足第五代（5G）及未來系統需求的有前景的技術。學術界和工(gōng)業界提出了各種各樣的NOMA方案，然而大(dà)部分(fēn)方案均假設相等平均接收功率，該假設會限制性能。爲滿足5G系統海量連接與高可靠性需求，本文将不等接收功率看作多址簽名的一(yī)部分(fēn)，爲上行NOMA系統提出3項增強方案。首先，提出将不等平均接收功率時滿足generalized Welch界等式（GWBE）的最優序列，用于上行NOMA。其次，爲了在接收端獲得更好的串行幹擾删除（SIC）性能，提出基于多級平均接收功率的用戶分(fēn)組。最後，爲減少組内和組間幹擾，提出基于序列互相關性能的序列分(fēn)組。仿真結果表明，在400%超載因子、固定簽名分(fēn)配的上行NOMA系統中(zhōng)，在0.1塊差錯率（BLER）時，與現有NOMA方案和正交多址（OMA）相比，結合多級平均接收功率和序列分(fēn)組的現有NOMA方案可以分(fēn)别獲得3 dB和10 dB的信噪比（SNR）增益；在0.01塊差錯率時，現有NOMA方案存在錯誤平台，無法達到該需求，而增強方案可以達到。在随機選擇多址簽名條件下(xià)，多級功率會減小(xiǎo)碰撞概率進而提升性能。此外(wài)，GWBE序列可以達到比現有序列更低的BLER，且SNR增益在低BLER需求時更加明顯。以上結果表明提出的增強方案可以支持更大(dà)連接數，達到更高可靠性。

關鍵詞組：上行非正交多址；Generalized Welch界等式；多級接收功率；序列分(fēn)組

Non-ideal space division multiple access and its application

Ji-ying Xiang

DOI: 10.1631/FITEE.1700827 Downloaded: 1754 Clicked: 5453 Cited: 0 Commented: 0(p.357-366) <Full Text> <PPT> 1309

Chinese summary <25> 非理想條件下(xià)空分(fēn)複用研究與應用

概要：對空分(fēn)複用技術中(zhōng)的非理想因素進行了理論分(fēn)析，并探讨了在上述非理想工(gōng)程條件下(xià)空分(fēn)複用的應用，給出了實測數據。對于信道條件非理想的場景，即多通道之間相關性高，條件數大(dà)，導緻高層間幹擾，需要通過最優化用戶匹配和降維達到最優容量。對于信道測量非理想的場景，深入分(fēn)析了反饋式和非反饋式的優劣，并指出即使信道不滿足互易性條件，非反饋式也是優選方法。針對上述問題，進行了理論分(fēn)析和外(wài)場實測。

關鍵詞組：第五代移動通訊；條件數；信道互易性；信道反饋測量模式；信道非反饋式測量模式

A projected gradient based game theoretic approach for multi-user power control in cognitive radio network

Yun-zheng Tao, Chun-yan Wu, Yu-zhen Huang, Ping Zhang

DOI: 10.1631/FITEE.1700067 Downloaded: 2148 Clicked: 6919 Cited: 0 Commented: 0(p.367-378) <Full Text> <PPT> 1763

Chinese summary <28> 認知(zhī)無線網絡中(zhōng)一(yī)種基于投影梯度的多用戶功率控制方法

概要：5G網絡被認爲能夠支持未來爆炸性增長的數據需求，這主要得益于不斷增長的高速移動用戶數量以及人與物(wù)之間的交互預期。認知(zhī)無線電（cognitive radio, CR）是提高頻(pín)譜利用率的有效技術之一(yī)，可适應日益增長的數據流量和稀缺的頻(pín)譜資(zī)源。本文研究了基于襯墊式頻(pín)譜共享的認知(zhī)無線網絡中(zhōng)的次用戶功率控制問題。與現有文獻大(dà)多通過假設單一(yī)主用戶或者單一(yī)信道來簡化問題不同，本文研究了多主用戶多次用戶多信道這一(yī)更符合實際的場景。我(wǒ)們将功率控制問題描述爲一(yī)個具有耦合約束的非合作博弈，其帕累托最優性和最大(dà)次網絡吞吐量可通過納什均衡解得。爲得到該納什均衡解，首先提出一(yī)種基于投影梯度的動态模型，證明該模型的平衡點等價于原博弈的納什均衡，并提出一(yī)種集中(zhōng)式算法求解該平衡點。仿真結果驗證了所提出算法的收斂性、有效性和優勢，并且在網絡規模增大(dà)的情況下(xià)驗證了算法的魯棒性。

關鍵詞組：認知(zhī)無線網絡；多用戶功率控制；非合作博弈；納什均衡；投影梯度

Hybrid full-/half-duplex cellular networks:user admission and power control

Lu Chen, Ding-zhu Wen, Cai-jun Zhong, Guan-ding Yu

DOI: 10.1631/FITEE.1700027 Downloaded: 1886 Clicked: 5989 Cited: 0 Commented: 0(p.379-387) <Full Text> <PPT> 1347

Chinese summary <27> 全/半雙工(gōng)混合蜂窩網絡：用戶準入和功率控制

概要：考慮一(yī)個具有混合全/半雙工(gōng)基站的單小(xiǎo)區蜂窩網絡。對于有N條信道、K個上行用戶和M個下(xià)行用戶（max{K+M}≤N≤K+M）的實際場景，解決了用戶準入和功率控制問題，在保證用戶服務質量（QoS）的同時，最大(dà)化用戶準入數量并最小(xiǎo)化總發射功率。對于聯合用戶準入和功率分(fēn)配問題，将該問題建模成一(yī)個0-1整數規劃問題。由于尋找該問題最優解是一(yī)個NP-hard問題，通過引入"虛拟用戶"的新概念，提出一(yī)種低複雜(zá)度算法。仿真結果表明，該算法和分(fēn)支界定法性能相似，并且明顯優于随機匹配算法的性能。

關鍵詞組：全雙工(gōng)；半雙工(gōng)；用戶準入；功率控制

Standard-independent I/Q imbalance estimation and compensation scheme in OFDM direct-conversion transceivers

Fang-lin Gu, Shan Wang, Wen-wu Wang

DOI: 10.1631/FITEE.1700003 Downloaded: 2646 Clicked: 5756 Cited: 0 Commented: 0(p.388-397) <Full Text> <PPT> 1427

Chinese summary <23> OFDM直接變頻(pín)接收機中(zhōng)通用的I/Q不平衡估計與補償方法

概要：直接變頻(pín)接收機由于具有低功耗的特點，受到廣泛關注，但是它存在較嚴重的同相/正交（I/Q）分(fēn)量不平衡問題：I/Q不平衡會惡化接收信号的信噪比，進而影響系統的傳輸容量和能夠支持的調制方式。本文首先分(fēn)析了I/Q不平衡對OFDM接收機接收信号的影響，在此基礎上，定義了一(yī)個統計量用于刻畫OFDM系統的I/Q不平衡特性，并提出一(yī)種實現I/Q不平衡參數估計與補償的方法。特别地，進一(yī)步證明該統計量不受傳輸信道影響，因而該方法适用于高斯白(bái)噪聲和多徑衰落信道等不同場景。仿真結果表明，該方法可以實現對OFDM系統I/Q不平衡的準确估計與補償，使補償後系統的誤比特率性能接近于不存在I/Q不平衡的情形。更重要的是，由于該方法不依賴于導頻(pín)信号，因而可以應用于采用不同标準的OFDM系統。

關鍵詞組：同相/正交分(fēn)量不平衡；正交頻(pín)分(fēn)複用；标準獨立

Resource allocation for physical-layer security in OFDMA downlink with imperfect CSI

Wei Yang, Jing Mao, Chen Chen, Xiang Cheng, Liu-qing Yang, Hai-ge Xiang

DOI: 10.1631/FITEE.1700026 Downloaded: 2356 Clicked: 6305 Cited: 0 Commented: 0(p.398-408) <Full Text> <PPT> 1697

Chinese summary <27> 基于非完美信道狀态的下(xià)行OFDMA系統中(zhōng)優化物(wù)理層安全問題的資(zī)源分(fēn)配算法研究

概要：介紹了一(yī)種基于正交頻(pín)分(fēn)多址（OFDMA）技術的下(xià)行通信系統中(zhōng)優化物(wù)理層安全問題的資(zī)源分(fēn)配方案。假設系統中(zhōng)存在多名合法用戶和一(yī)名采取"被動竊聽(tīng)"方式的非法入侵者，同時考慮基站端收到合法用戶和竊聽(tīng)者的信道狀态信息均含有誤差。讨論了3種非完美信道狀态信息情況，分(fēn)别是：（1）信道信息存在估計誤差；（2）信道信息反饋存在時延，需要通過預測估計當前信道狀态；（3）反饋信道容量受限，導緻量化誤差，運用率失真理論可以推導出反饋信道容量的下(xià)界。我(wǒ)們把優化問題建模成一(yī)個功率和子載波的聯合分(fēn)配問題，優化目标爲最大(dà)化用戶最小(xiǎo)的遍曆安全容量。該優化問題是一(yī)個混合整數非線性規劃問題，最優解計算複雜(zá)度較高。爲降低求解複雜(zá)度，提出一(yī)種兩步次優算法，分(fēn)别進行子載波分(fēn)配和功率分(fēn)配。在給定某種子載波分(fēn)配方案時，可以通過一(yī)種多項式複雜(zá)度算法，得出最優功率分(fēn)配方案。仿真結果證明我(wǒ)們提出的算法在性能上可以逼近最優解。

關鍵詞組：資(zī)源分(fēn)配；正交頻(pín)分(fēn)多址（OFDMA）；非完美信道狀态信息；物(wù)理層安全

Secure connectivity analysis in unmanned aerial vehicle networks

Xin Yuan, Zhi-yong Feng, Wen-jun Xu, Zhi-qing Wei, Ren-ping Liu

DOI: 10.1631/FITEE.1700032 Downloaded: 2394 Clicked: 6213 Cited: 0 Commented: 0(p.409-422) <Full Text> <PPT> 1609

Chinese summary <26> 無人機網絡中(zhōng)的安全連通性分(fēn)析

概要：無人機網絡的獨特特征包括高動态網絡拓撲、高移動性以及野外(wài)無線環境可能使得無人機網絡容易受到攻擊和威脅。本文基于無人機行爲、運動模式和無人機之間的信道特征，爲無人機網絡提出一(yī)種新穎的信任模型。該信任模型由直接信任、間接信任、信任集成和信任更新4部分(fēn)組成。基于信任模型，提出一(yī)種無人機網絡中(zhōng)安全鏈路的概念，該概念僅在兩個無人機之間既有物(wù)理鏈路又(yòu)有信任鏈路時存在。此外(wài)，利用兩架無人機之間的物(wù)理連通概率和安全連通概率，分(fēn)析無人機網絡的連通性。通過随機幾何方法，推導得到考慮和不考慮多普勒頻(pín)偏情況下(xià)的物(wù)理連通概率和安全連通概率的解析表達式。仿真結果表明，與具有和不具有惡意攻擊的物(wù)理連接概率相比，提出的信任模型可以保證無人機之間的安全通信和可靠連接，并在無人機網絡面臨惡意攻擊和其他安全隐患時提高網絡性能。

關鍵詞組：無人機網絡；信任模型；安全連接；多普勒頻(pín)移

Regular Papers

Review: Electroencephalogram-based brain-computer interface for the Chinese spelling system:a survey

Ming-hui Shi, Chang-le Zhou, Jun Xie, Shao-zi Li, Qing-yang Hong, Min Jiang, Fei Chao, Wei-feng Ren, Xiang-qian Liu, Da-jun Zhou, Tian-yu Yang

DOI: 10.1631/FITEE.1601509 Downloaded: 2511 Clicked: 7093 Cited: 0 Commented: 0(p.423-436) <Full Text> <PPT> 1638

Chinese summary <27> 基于腦電圖中(zhōng)文拼音輸入系統的腦機接口綜述

概要：基于腦電圖（EEG）的腦機接口能夠讓用戶通過腦電信号與外(wài)部環境通信，而不必依賴于肌肉等大(dà)腦信号的常規輸出路徑。基于EEG的拼寫器是EEG的重要應用，可将腦電信号轉換爲拼寫特定字符或詞的意圖，從而幫助重度殘疾患者（如肌萎縮側索硬化症患者，ALS患者）。近年來，基于EEG的英文拼寫器（EEGES）已得到較廣泛研究，而基于腦電的中(zhōng)文拼寫器（EEGCS）則研究甚少。由于英文隻包含26個字母，而中(zhōng)文包含11000多個圖形字符，因此，EEGCS比EEGES更難開(kāi)發。本文旨在對EEGCS系統的相關文獻進行綜述，首先，對當前EEGCS系統進行了系統地分(fēn)類，爲後續讨論奠定基礎；然後，提出統一(yī)當前EEGCS和EEGES的通用系統架構，其中(zhōng)将基于EEG的選擇作爲核心部件；最後，對當前各種EEGCS系統進行綜述和讨論，指出EEGCS研究的當前進展、存在的問題和未來方向。

關鍵詞組：腦機接口（BCI）；腦電圖（EEG）；中(zhōng)文拼寫器；英文拼寫器

Design of a fractional PI^λD^μ controller using the cohort intelligence method

Pritesh Shah, Sudhir Agashe, Anand J. Kulkarni

DOI: 10.1631/FITEE.1601495 Downloaded: 2067 Clicked: 5512 Cited: 0 Commented: 0(p.437-445) <Full Text> <PPT> 1293

Chinese summary <27> 基于隊列智能方法的分(fēn)數階PI^λD^μ控制器設計

概要：近年來，隊列智能方法逐步演變爲一(yī)種基于人工(gōng)智能的優化方法。本文首次采用隊列智能方法對分(fēn)數階PID控制器的參數進行優化。驗證了隊列智能方法在分(fēn)數階PID控制器設計中(zhōng)的性能，并與其他方法如粒子群優化方法、遺傳算法和改進的電磁算法等的性能進行比較。結果表明，與其它3種算法相比，隊列智能方法在代價函數、計算時間和函數評估方面表現出更好性能。此外(wài)，隊列智能方法對應的标準差表明，提出的方法在解決控制問題時具有魯棒性。

關鍵詞組：隊列智能；分(fēn)數階微積分(fēn)；分(fēn)數階PID控制器；調節

Tabu search based resource allocation in radiological examination process execution

Chun-hua He

DOI: 10.1631/FITEE.1601802 Downloaded: 1823 Clicked: 5216 Cited: 0 Commented: 0(p.446-458) <Full Text>

Chinese summary <23> 放(fàng)射檢查流程執行中(zhōng)基于禁忌搜索的資(zī)源分(fēn)配

概要：放(fàng)射檢查流程（radiological examination process，REP）執行中(zhōng)，爲提高患者吞吐量和放(fàng)射資(zī)源利用率，以及應對因臨床需要而改變資(zī)源調度和分(fēn)配決策時發生(shēng)的突發事件，高效的資(zī)源調度和分(fēn)配是關鍵。本文提出一(yī)種基于禁忌搜索的方法，用以解決REP執行中(zhōng)資(zī)源調度和分(fēn)配問題。該方法主要目标是将平均檢查流時間、資(zī)源平均空閑時間和延遲的加權總和最小(xiǎo)化，同時還考慮突發事件的情形，即緊急或缺失的檢查。對于特定參數組合，在考慮路由和資(zī)源約束等限制條件下(xià)，該方法能找到放(fàng)射資(zī)源調度和分(fēn)配的最優解。對應用案例進行了仿真，結果表明該方法能有效利用放(fàng)射資(zī)源，提高REP執行中(zhōng)患者吞吐量。

關鍵詞組：放(fàng)射檢查流程（REP）；資(zī)源調度和分(fēn)配；禁忌搜索

Long-term prediction for hierarchical-B-picture-based coding of video with repeated shots

Xu-guang Zuo, Lu Yu

DOI: 10.1631/FITEE.1601552 Downloaded: 3070 Clicked: 6175 Cited: 0 Commented: 0(p.459-470) <Full Text> <PPT> 1422

Chinese summary <23> 重複鏡頭視頻(pín)基于分(fēn)級B幀結構的長期預測編碼方案

概要：最新視頻(pín)編碼标準--高效視頻(pín)編碼（HEVC）—獲得了遠高于之前視頻(pín)編碼标準的編碼效率。特别是，在使用分(fēn)級B幀預測結構時，HEVC可顯著去(qù)除臨近圖像間的時間冗餘。實際中(zhōng)，消費(fèi)者使用的視頻(pín)--例如電視劇、電影和脫口秀等 —通常包含了很多重複鏡頭。據我(wǒ)們觀察，這些視頻(pín)在分(fēn)級B幀結構下(xià)使用HEVC編碼時，每個鏡頭的時域相關性可以得到很好利用。然而，重複鏡頭之間的長期相關性并未被使用。我(wǒ)們提出一(yī)種長期預測方案，以利用視頻(pín)中(zhōng)重複鏡頭之間的長期時域相關性。首先，聚類源視頻(pín)中(zhōng)的相似鏡頭并從中(zhōng)抽取代表性圖像作爲長期參考幀。然後，使用長期參考幀對分(fēn)級B幀的編碼結構進行調整，以實現長期時域預測。最後，爲長期參考幀設計一(yī)種自适應量化方法，以提高整體(tǐ)的視頻(pín)編碼效率。實驗表明，提出的新編碼方案可獲得高達22.86%的編碼性能增益。

關鍵詞組：高效視頻(pín)編碼（HEVC）；長期時域相關性；長期預測；分(fēn)級B幀結構