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

2022 Vol.23 No.1 P.1-170

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Theory and Techniques for “Intellicise” Wireless Networks
(Guest Editor-in-Chief: Ping ZHANG; Guest Executive Lead Editor: Mugen PENG; Guest Editors: Shuguang CUI, Zhaoyang ZHANG, etc.)

Editorial: Theory and techniques for "intellicise" wireless networks

Ping ZHANG, Mugen PENG, Shuguang CUI, Zhaoyang ZHANG, Guoqiang MAO, Zhi QUAN, Tony Q. S. QUEK, Bo RONG

DOI: 10.1631/FITEE.2210000 Downloaded: 2450 Clicked: 2838 Cited: 0 Commented: 0(p.1-4) <Full Text>

Chinese summary <50> 智簡無線網絡理論與技術

張平¹，彭木根¹，崔曙光²，張朝陽³，毛國強⁴，全智⁵，Tony Q.S. QUEK⁶，榮波⁷
¹北(běi)京郵電大(dà)學網絡與交換技術國家重點實驗室，中(zhōng)國北(běi)京市，100876
²香港中(zhōng)文大(dà)學（深圳）理工(gōng)學院，中(zhōng)國深圳市，518172
³浙江大(dà)學信息科學與工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州市，310027
⁴西安電子科技大(dà)學智慧交通研究院，中(zhōng)國西安市，710071
⁵深圳大(dà)學電子與信息工(gōng)程學院，中(zhōng)國深圳市，518060
⁶新加坡科技設計大(dà)學信息系統技術與設計系，新加坡，487372
⁷加拿大(dà)通信研究中(zhōng)心，加拿大(dà)渥太華市，K2K 2Y7
摘要：随着全球新一(yī)輪科技革命和産業革命加速推進，第六代移動無線通信系統（6G）将爲産業轉型升級和經濟創新發展注入新動能，進一(yī)步促進全球産業一(yī)體(tǐ)化發展。在6G時代，無線通信将滲入各個領域，支持各種新型應用并滿足其差異化的極緻性能要求，例如沉浸式或交互式體(tǐ)驗應用需要超大(dà)帶寬的傳輸速率，自動駕駛和車(chē)聯網應用需要超高可靠性和超低延遲，工(gōng)業互聯網應用需要海量機器類型連接。面對後摩爾和後疫情時代的挑戰，無線通信需要在網絡架構上突破，以提高智能性、安全性、魯棒性、帶寬和異構性。在此背景下(xià)，6G發展具有以下(xià)幾個重要趨勢：
1. 未來無線通信将從滿足“人—人”通信發展爲滿足智能“人—機—物(wù)”通信
除實現傳統人與人之間的個人通信外(wài)，未來無線網絡還将支持個人、機器和物(wù)體(tǐ)相互之間的高效無線互聯。人類的行爲和意圖将被智能實時感知(zhī)，并及時讓機器或物(wù)體(tǐ)知(zhī)悉，機器或物(wù)體(tǐ)将适時地調整或者進行專門的操作。典型應用場景包括智能建築、智能交通、混合現實（MR）甚至元宇宙等。
2. 通信節點将從純粹的通信向通信、感知(zhī)、計算、控制、管理深度融合擴展。
基于信息領域的多學科交叉融合，無線網絡将對現有的通信功能進行擴展，深度融合感知(zhī)、計算、控制和管理等，以滿足移動MR、智能無人機群、智能體(tǐ)自組網、工(gōng)業物(wù)聯網等領域中(zhōng)多樣化的極緻性能服務需求。例如，通過感知(zhī)人體(tǐ)頭部位置、預緩存必要内容和渲染高質量圖像，通信節點可以提供完全沉浸式的MR體(tǐ)驗。通過無人機自身的态勢感知(zhī)，進行自動的軌迹調整、抗幹擾和容量覆蓋自優化，實現多無人機自組網；此外(wài)，借助人工(gōng)智能（AI），網絡節點可以進行無人化的網絡規劃優化，實現意圖驅動的網絡管控。
3. 體(tǐ)系架構将聚焦雲、網、算、業務的協同，這将使協同更加異構泛在
爲節約能源、縮短延遲并減輕回傳/前傳鏈路容量負擔，邊緣計算将與無線網絡節點深度協作；此外(wài)，爲了實現無線網絡智能支撐不同的場景和應用，需要雲計算、邊緣計算、無線網絡、算力和業務深度協同，例如針對低時延高可靠性能需求，在雲端完成AI模型訓練，然後将AI模型部署到網絡邊緣，實現邊緣智能，從而減少時延，增強不同應用的實時智能支撐；針對大(dà)帶寬高吞吐量需求，可以通過雲化處理，也可以通過雲化進行智能的網絡管理運維等。在架構的異構性方面，基于雲—網—算—業協同，進行多維資(zī)源的協同編排，可以實現高中(zhōng)低軌衛星、高空平台、無人機、密集蜂窩網絡的多維分(fēn)層一(yī)體(tǐ)化覆蓋。
簡而言之，現有5G向6G演進，需要适應更加苛刻、更多樣化的應用場景，更爲嚴格的能量約束，更加靈活的多維資(zī)源協同編排，同時避免網絡擴張帶來的資(zī)源需求急劇增大(dà)以及網絡架構和協議的過度複雜(zá)化。這些挑戰尋求一(yī)種智簡（intellicise）無線網絡新範式。其中(zhōng)，“intellicise”是應6G特征和場景應用需求提出的一(yī)個新形容詞，代表“智慧内生(shēng)、原生(shēng)簡約”。以人工(gōng)智能與下(xià)一(yī)代組網技術的一(yī)體(tǐ)化爲基礎，智簡無線網絡持續探究和利用新的智能本原（例如，語義通信中(zhōng)的語義基等），主動以系統熵減爲全局優化目标，自适應地重塑信息系統的核心模型，最終實現自身的智慧内生(shēng)、原生(shēng)簡約。
在此背景下(xià)，《信息與電子工(gōng)程前沿（英文）》（FITEE）期刊組織了本期“智簡無線網絡理論與技術”專題。專題涵蓋信息論、架構設計和智簡無線網絡，涉及空天地海一(yī)體(tǐ)化、資(zī)源管理、硬件測試平台等相關應用。此外(wài)，專題旨在回顧智簡無線網絡研究領域的進展并展望未來研究方向。經嚴格評審，選錄6篇文章，包括1篇綜述和5篇研究論文。

Review Article: Intelligent radio access networks: architectures, key techniques, and experimental platforms

Zeyu WANG, Yaohua SUN, Shuo YUAN

DOI: 10.1631/FITEE.2100305 Downloaded: 2799 Clicked: 3793 Cited: 0 Commented: 0(p.5-18) <Full Text> <PPT> 631

Chinese summary <37> 智能無線接入網：架構、關鍵技術和試驗平台

王則予，孫耀華，袁碩
北(běi)京郵電大(dà)學網絡與交換技術國家重點實驗室，中(zhōng)國北(běi)京市，100876
摘要：智能無線接入網（RANs）是一(yī)種很有前途的範例，能夠更好地滿足各種應用需求并支持各種服務場景。本文概述了智能RANs最新進展。首先，總結了标準組織和運營商(shāng)的工(gōng)作，介紹了學術界提出的幾種智能RAN體(tǐ)系架構，例如意圖驅動RAN和具有增強數據分(fēn)析功能的網絡。然後，總結了使能技術，包括人工(gōng)智能驅動的網絡切片、意圖感知(zhī)、智能運維、基于AI的雲邊協同組網和智能多維資(zī)源分(fēn)配。此外(wài)，介紹了近期在開(kāi)放(fàng)試驗平台方面取得的進展。最後，鑒于研究領域的廣泛性，從标準開(kāi)放(fàng)數據集、AI使能的算力網絡、邊緣智能和軟件定義的智能地面衛星網絡等未來方向進行探讨。

關鍵詞組：智能網絡架構；人工(gōng)智能；試驗平台

Ultra-low-power backscatter-based software-defined radio for intelligent and simplified IoT network

Huixin DONG, Wei KUANG, Fei XIAO, Lihai LIU, Feng XIANG, Wei WANG, Jianhua HE

DOI: 10.1631/FITEE.2100321 Downloaded: 3284 Clicked: 3583 Cited: 0 Commented: 0(p.19-30) <Full Text> <PPT> 757

Chinese summary <36> 适用于智簡IoT網絡的基于背向散射超低功耗軟件無線電設計

董慧鑫¹，匡偉¹，肖菲²，劉立海³，向峰⁴，王巍¹，何建華⁵
¹華中(zhōng)科技大(dà)學電子信息與通信學院，中(zhōng)國武漢市，430074
²華中(zhōng)科技大(dà)學管理學院，中(zhōng)國武漢市，430074
²中(zhōng)鐵第四勘察設計院集團有限公司，中(zhōng)國武漢市，430063
³武漢船舶通信研究所，中(zhōng)國武漢市，430079
³艾塞克斯大(dà)學計算機科學與電子工(gōng)程學院，英國科爾切斯特市，CO4 3SQ
摘要：近年來，對智能和簡化、爲衆多小(xiǎo)型化設備提供超低功耗的通信物(wù)聯網（IoT）的需求激增。盡管科研人員(yuán)已開(kāi)始爲這些網絡設計通信協議，但缺乏一(yī)個低功耗、高能效軟件無線電（SDR）開(kāi)發平台實現快速實施和實驗評估。現有SDR平台隻能在有源場景下(xià)工(gōng)作良好，但不适用于硬件條件和能量高度受限的小(xiǎo)型化IoT設備。本文率先嘗試實現一(yī)種超低功耗SDR平台，可滿足超低功耗甚至無源物(wù)聯網節點的通信研發需求。爲實現這個目标，将 µW級背向散射通信技術有效集成到SDR平台，避免使用高耗能有源射頻(pín)前端器件。設計了一(yī)個包含能量收集和功率管理的新穎電路，并提出消除背向散射造成的諧波和鏡像頻(pín)率幹擾方法。評估了不同調制方式下(xià)的SDR性能，實現了100 kb/s的高通信速率，該節點在喚醒狀态能耗低于200 µW，在睡眠狀态下(xià)能耗爲10 µW。利用該平台進行一(yī)個鐵路檢查案例研究，在真實環境中(zhōng)且距離(lí)爲50米時，實現1 kb/s的無源數據傳輸效率。此外(wài)，提供智能工(gōng)廠和物(wù)流配送兩個案例，探索所提平台的應用。

關鍵詞組：背向散射；超低功耗軟件無線電；IoT網絡

Beamforming and fronthaul compression design for intelligent reflecting surface aided cloud radio access networks

Yu ZHANG, Xuelu WU, Hong PENG, Caijun ZHONG, Xiaoming CHEN

DOI: 10.1631/FITEE.2100307 Downloaded: 4018 Clicked: 3480 Cited: 0 Commented: 0(p.31-46) <Full Text> <PPT> 715

Chinese summary <31> 基于智能反射面輔助雲無線接入網的波束成形和前傳壓縮設計

張昱^1,2，武學璐¹，彭宏¹，鍾财軍³，陳曉明³
¹浙江工(gōng)業大(dà)學信息工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州市，310023
²東南(nán)大(dà)學移動通信國家重點實驗室，中(zhōng)國南(nán)京市，210096
³浙江大(dà)學信息與電子工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州市，310027
摘要：得益于現在的中(zhōng)央信息處理和資(zī)源管理能力，對于智簡化的第六代（6G）無線網絡，雲無線接入網（C-RAN）是一(yī)種很有前景的網絡結構。然而，爲了進一(yī)步增強雲無線接入網的容量和覆蓋範圍，需要部署更多的無線射頻(pín)拉遠頭（RRH）以及高保真、低延遲的前傳鏈路，這會導緻較高的實施成本。爲了解決這個問題，本文提出利用智能反射面（IRS）作爲增強雲無線接入網低成本且節能的替代方法。具體(tǐ)來說，我(wǒ)們考慮多天線用戶通過多天線射頻(pín)拉遠頭與基帶單元（BBU）池上行通信，并且在用戶和射頻(pín)拉遠頭之間部署多個智能反射面。射頻(pín)拉遠頭可進行點對點壓縮或Wyner-Ziv編碼來壓縮接收信号，然後通過前傳鏈路轉發到基帶單元池。研究了在前傳鏈路容量受約束情況下(xià)，對用戶的發送波束成形、智能發射面的被動波束成形和前傳壓縮噪聲的協方差矩陣進行聯合優化，以在點對點或者Wyner-Ziv編碼壓縮下(xià)最大(dà)化上行總速率。通過利用Arimoto-Blahut算法和半正定松弛（SDR），提出一(yī)種連續凸近似方法解決上述非凸問題，并提供兩種分(fēn)别對應于點對點壓縮和Wyner-Ziv編碼的叠代算法。數值仿真結果驗證了在雲無線接入網中(zhōng)部署智能反射面帶來的性能增益以及所提聯合設計的優勢。

關鍵詞組：雲無線接入網；智能反射面；傳輸波束成形；前傳壓縮

Multi-agent deep reinforcement learning for end–edge orchestrated resource allocation in industrial wireless networks

Xiaoyu LIU, Chi XU, Haibin YU, Peng ZENG

DOI: 10.1631/FITEE.2100331 Downloaded: 5096 Clicked: 4041 Cited: 0 Commented: 0(p.47-60) <Full Text> <PPT> 744

Chinese summary <34> 基于多智能體(tǐ)深度強化學習的工(gōng)業無線網絡端邊協同資(zī)源分(fēn)配

劉曉宇^1,2,3,4，許馳^1,2,3，于海斌^1,2,3，曾鵬^1,2,3
¹中(zhōng)國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室，中(zhōng)國沈陽市，110016
²中(zhōng)國科學院網絡化控制系統重點實驗室，中(zhōng)國沈陽市，110016
³中(zhōng)國科學院機器人與智能制造創新研究院，中(zhōng)國沈陽市，110169
⁴中(zhōng)國科學院大(dà)學，中(zhōng)國北(běi)京市，100049
摘要：邊緣人工(gōng)智能通過協同利用設備側和邊緣側有限的網絡、計算資(zī)源，賦能工(gōng)業無線網絡以支持複雜(zá)和動态工(gōng)業任務。面向資(zī)源受限的工(gōng)業無線網絡，我(wǒ)們提出一(yī)種基于多智能體(tǐ)深度強化學習的資(zī)源分(fēn)配（MADRL-RA）算法，實現了端邊協同資(zī)源分(fēn)配，支持計算密集型、時延敏感型工(gōng)業應用。首先，建立了端邊協同的工(gōng)業無線網絡系統模型，将具有感知(zhī)能力的工(gōng)業設備作爲自學習的智能代理。然後，采用馬爾可夫決策過程對端邊資(zī)源分(fēn)配問題進行形式化描述，建立關于時延和能耗聯合優化的最小(xiǎo)系統開(kāi)銷問題。接着，利用多智能體(tǐ)深度強化學習克服狀态空間維災，同時學習關于計算決策、算力分(fēn)配和傳輸功率的有效資(zī)源分(fēn)配策略。爲了打破訓練數據的時間相關性，同時加速MADRL-RA學習過程，設計了一(yī)種帶經驗權重的經驗回放(fàng)方法，對經驗進行分(fēn)類存儲和采樣。在此基礎上，提出步進的ε-貪婪方法來平衡智能代理對經驗的利用與探索。最後，通過大(dà)量對比實驗，驗證了MADRL-RA算法相較于多種基線算法的有效性。實驗結果表明，MADRL-RA收斂速度快，能夠學習到有效資(zī)源分(fēn)配策略以實現最小(xiǎo)系統開(kāi)銷。

關鍵詞組：多智能體(tǐ)深度強化學習；端邊協同；工(gōng)業無線網絡；時延；能耗

Coverage performance of the multilayer UAV-terrestrial HetNet with CoMP transmission scheme

Weihao WANG, Yifan JIANG, Zesong FEI, Jing GUO

DOI: 10.1631/FITEE.2100310 Downloaded: 4141 Clicked: 3408 Cited: 0 Commented: 0(p.61-72) <Full Text> <PPT> 629

Chinese summary <30> 多點協同傳輸機制下(xià)的多層無人機-地面異構網絡覆蓋性能分(fēn)析

王維昊，蔣逸凡，費(fèi)澤松，郭婧
北(běi)京理工(gōng)大(dà)學信息與電子學院，中(zhōng)國北(běi)京市，100081
摘要：爲滿足第六代移動通信的泛在連接需求，無人機作爲未來通信網絡主要組成部分(fēn)發揮着關鍵作用。頻(pín)譜共享和視距鏈路傳輸造成的幹擾是無人機通信的一(yī)個主要問題。近年來，爲減少無人機--地面異構網絡幹擾，提出多點協同傳輸技術。本文提出一(yī)個三維多層無人機-地面異構網絡，其中(zhōng)無人機作爲空中(zhōng)基站部署于不同高度。利用随機幾何理論，提出一(yī)個易于處理的數學框架評估這個異構網絡的幹擾統計特性和覆蓋概率。數值結果表明多點協同傳輸機制能有效緩解網絡中(zhōng)的幹擾，尤其當基站密度較大(dà)時。此外(wài)，部署在更高的空中(zhōng)基站的系統參數是影響所提三維異構網絡覆蓋性能的主要因素。

關鍵詞組：無人機；泊松點過程；多點協同；幹擾統計特性；覆蓋性能

Joint uplink and downlink resource allocation for low-latency mobile virtual reality delivery in fog radio access networks

Tian DANG, Chenxi LIU, Xiqing LIU, Shi YAN

DOI: 10.1631/FITEE.2100308 Downloaded: 5077 Clicked: 4289 Cited: 0 Commented: 0(p.73-85) <Full Text> <PPT> 657

Chinese summary <31> 霧無線接入網絡中(zhōng)面向低時延移動虛拟現實分(fēn)發的聯合上下(xià)行資(zī)源分(fēn)配

黨甜，劉晨熙，劉喜慶，闫實
北(běi)京郵電大(dà)學網絡與交換技術國家重點實驗室，中(zhōng)國北(běi)京市，100876
摘要：霧無線接入網絡（F-RAN）中(zhōng)，霧接入節點上部署了通信、緩存和計算功能，因此，F-RAN被認爲是一(yī)種可使能移動虛拟現實（VR）應用的無線網絡架構。爲實現移動VR分(fēn)發，高效的下(xià)行資(zī)源分(fēn)配策略已被廣泛研究，但同樣重要的VR分(fēn)發上行資(zī)源分(fēn)配問題至今少有關注。本文研究了基于F-RAN的移動VR分(fēn)發框架，并同時考慮上行和下(xià)行傳輸的影響。首先，通過刻畫系統往返時延，揭示了通信、緩存和計算資(zī)源的影響。在此基礎上，考慮緩存和計算容量以及上行和下(xià)行鏈路傳輸容量的約束，提出一(yī)種簡單高效的往返時延最小(xiǎo)化算法。仿真結果表明，與其他基準方法相比，本文所提算法可有效降低往返時延；闡明了通信、緩存和計算資(zī)源對往返時延性能的影響。

關鍵詞組：虛拟現實分(fēn)發；霧無線接入網絡；往返時延；資(zī)源分(fēn)配

Regular Papers

Dynamic grouping of heterogeneous agents for exploration and strike missions

Chen CHEN, Xiaochen WU, Jie CHEN, Panos M. PARDALOS, Shuxin DING

DOI: 10.1631/FITEE.2000352 Downloaded: 3948 Clicked: 5381 Cited: 0 Commented: 0(p.86-100) <Full Text> <PPT> 729

Chinese summary <25> 探索與打擊任務中(zhōng)異構智能體(tǐ)動态分(fēn)組策略

陳晨¹，吳嘯塵¹，陳傑^1,2，Panos M. PARDALOS³，丁舒忻⁴
¹北(běi)京理工(gōng)大(dà)學自動化學院，中(zhōng)國北(běi)京市，100081
²同濟大(dà)學控制科學與工(gōng)程系，中(zhōng)國上海市，200092
³佛羅裏達大(dà)學工(gōng)業與系統工(gōng)程系應用優化中(zhōng)心，美國佛羅裏達州蓋恩斯維爾市，32611
⁴中(zhōng)國鐵道科學研究院集團有限公司通信信号研究所，中(zhōng)國北(běi)京市，100081
摘要：多變的環境和複雜(zá)的作戰任務對無人作戰智能體(tǐ)任務群組的構建提出了新的要求。本文旨在解決新需求下(xià)的任務群組動态構建問題。針對智能體(tǐ)的異構性，在不斷探索任務的情況下(xià)群體(tǐ)形成方法需滿足能動态形成新的群組。提出一(yī)種融合了啓發式規則和響應阈值模型的群組形成策略，用于動态調整任務群組的成員(yuán)以适應新的任務需求。将任務需求與群組能力的匹配程度以及群組的組網開(kāi)銷作爲評價團隊素質的指标。選取響應阈值法和蟻群算法作爲仿真實驗中(zhōng)的對比算法。結果表明所提方法在解決動态任務組形成問題時具備一(yī)定優勢。

關鍵詞組：多智能體(tǐ)；動态作戰任務；任務組形成；啓發式規則；組網開(kāi)銷

EDVAM: a 3D eye-tracking dataset for visual attention modeling in a virtual museum

Yunzhan ZHOU, Tian FENG, Shihui SHUAI, Xiangdong LI, Lingyun SUN, Henry Been-Lirn DUH

DOI: 10.1631/FITEE.2000318 Downloaded: 3645 Clicked: 5910 Cited: 0 Commented: 0(p.101-112) <Full Text> <PPT> 621

Chinese summary <22> EDVAM：用于虛拟博物(wù)館視覺注意建模的三維眼動數據集

周赟湛¹，馮天²，帥世輝³，厲向東⁴，孫淩雲⁵，杜本麟²
¹杜倫大(dà)學計算機科學學院，英國杜倫市，DH1 3LE
²樂卓博大(dà)學計算機科學與信息技術學院，澳大(dà)利亞維多利亞州，3086
³阿裏巴巴集團，中(zhōng)國杭州市，311121
⁴浙江大(dà)學數字媒體(tǐ)系，中(zhōng)國杭州市，310027
⁵浙江大(dà)學國際設計研究院，中(zhōng)國杭州市，310058
摘要：視覺注意預測能幫助建立适應性虛拟博物(wù)館環境，提供上下(xià)文感知(zhī)和交互式用戶體(tǐ)驗。目前，利用眼動數據探究視覺注意機制的研究仍限于二維場景。研究者尚未能從時間和空間的角度出發，在三維虛拟場景裏研究這一(yī)問題。爲此，我(wǒ)們構建了第一(yī)個用于虛拟博物(wù)館視覺注意建模的三維眼動數據集，命名爲EDVAM。我(wǒ)們還建立了一(yī)個深度學習模型，通過曆史眼動軌迹預測用戶未來的視覺注意區域，用于測試EDVAM。這項研究能爲虛拟博物(wù)館的視覺注意建模和上下(xià)文感知(zhī)交互提供參考。

關鍵詞組：視覺注意；虛拟博物(wù)館；眼動數據集；注視檢測；深度學習

Motion detection for high-speed high-brightness objects based on a pulse array image sensor

Peiwen ZHANG, Jiangtao XU, Huafeng NIE, Zhiyuan GAO, Kaiming NIE

DOI: 10.1631/FITEE.2000407 Downloaded: 4537 Clicked: 5552 Cited: 0 Commented: 0(p.113-122) <Full Text> <PPT> 636

Chinese summary <23> 基于脈沖陣列圖像傳感器的高速高亮度目标檢測

張培文^1,2，徐江濤^1,2，聶華峰^1,2，高志(zhì)遠^1,2，聶凱明^1,2
¹天津大(dà)學微電子學院，中(zhōng)國天津市，300072
²天津市成像與感知(zhī)微電子技術重點實驗室，中(zhōng)國天津市，300072
摘要：提出一(yī)種基于脈沖陣列圖像傳感器（PAIS）的高速高亮目标光流提取方法。PAIS是将光信号轉換成一(yī)系列脈沖間隔的仿視網膜圖像傳感器。通過累積連續脈沖直接從脈沖數據流中(zhōng)獲得光流，當目标相對于背景亮度較大(dà)時，觸發點可過濾冗餘數據。該方法充分(fēn)利用PAIS對高亮度目标快速響應特性。将該方法用于不同背景亮度高速轉盤的光流提取，在傳感器模型和實際拍攝數據中(zhōng)進行實驗。在2×10⁴幀/秒的采樣條件下(xià)拍攝轉速爲1000轉/分(fēn)的高速轉盤，可以濾除90%以上冗餘點。實驗結果表明，基于脈沖數據的光流提取算法可在無需重構灰度圖像基礎上有效提取高亮目标光流信息。

關鍵詞組：光流；仿視網膜圖像傳感器；脈沖觸發；高速目标；視覺處理

Identification of important factors influencing nonlinear counting systems

Xinmin ZHANG, Jingbo WANG, Chihang WEI, Zhihuan SONG

DOI: 10.1631/FITEE.2000324 Downloaded: 3749 Clicked: 5495 Cited: 0 Commented: 0(p.123-133) <Full Text> <PPT> 726

Chinese summary <23> 非線性計數系統的關鍵因子辨識方法

張新民，王靜波，魏馳航，宋執環
浙江大(dà)學控制科學與工(gōng)程學院工(gōng)業控制技術國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州市，310027
摘要：從數據中(zhōng)識别對系統輸出産生(shēng)較大(dà)影響的關鍵因子是科學和工(gōng)程領域最具挑戰性的任務之一(yī)。本文針對非線性計數系統，提出基于敏感性分(fēn)析的廣義高斯過程回歸（SA-GGPR）建模方法，以識别影響系統輸出的關鍵因子。SA-GGPR采用具有泊松似然的GGPR模型描述非線性計數系統。GGPR模型繼承了非參數核學習和泊松分(fēn)布的優點，可處理複雜(zá)非線性計數系統。然而，由于GGPR模型的非參數核學習架構，難以理解GGPR模型中(zhōng)輸入和輸出之間的關系。SA-GGPR方法通過定量評估不同輸入對系統輸出的影響來辨識影響系統輸出的關鍵因子。在模拟非線性計數系統和實際鋼鐵軋制過程的應用結果表明，SA-GGPR方法在識别精度方面優于幾種先進方法。

關鍵詞組：關鍵因子；非線性計數系統；廣義高斯過程回歸；敏感性分(fēn)析；鋼鐵軋制過程

An energy-efficient reconfigurable asymmetric modular cryptographic operation unit for RSA and ECC

Mengni BIE, Wei LI, Tao CHEN, Longmei NAN, Danyang YANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000325 Downloaded: 4285 Clicked: 5597 Cited: 0 Commented: 0(p.134-144) <Full Text> <PPT> 635

Chinese summary <20> 一(yī)種用于RSA和ECC的高能效可重構非對稱密碼模運算單元

别夢妮¹，李偉¹，陳韬¹，南(nán)龍梅²，楊丹陽¹
¹信息工(gōng)程大(dà)學，中(zhōng)國鄭州市，450001
²複旦大(dà)學專用集成電路與系統國家重點實驗室，中(zhōng)國上海市，200000
摘要：RSA和橢圓曲線密碼（ECC）算法廣泛應用于身份驗證、數據安全和訪問控制。本文分(fēn)析了ECC和RSA算法基本操作并對模乘和模逆算法進行優化。提出一(yī)個具有混合内存單元和雙乘加結構的可重構模運算單元，實現了非對稱密碼算法在運算單元層次的統一(yī)。采用55 nm CMOS标準工(gōng)藝對模運算單元進行綜合，該單元占用硬件資(zī)源437 801µm²，最高時鍾頻(pín)率可達588 MHz。所提模運算單元完成2048位RSA模乘和模逆功耗分(fēn)别爲21.92和23.36 mW，完成512位ECC雙域模乘和模逆功耗分(fēn)别爲16.16和15.88 mW。它比現有單一(yī)算法單元更高效、更靈活。與現有多算法單元相比，所提單元表現出更好性能。将所提模運算單元嵌入64位RISC-V處理器，可實現RSA和ECC的密鑰生(shēng)成、加解密以及數字簽名功能。實驗結果表明，所提設計在G(p)和G(2^m)上實現256位ECC點乘分(fēn)别需要0.224和0.153 ms，實現1024位RSA求幂需要0.96 ms，滿足高能效需求。

關鍵詞組：模運算單元；可重構；高能效

A relation spectrum inheriting Taylor series: muscle synergy and coupling for hand

Gang LIU, Jing WANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000578 Downloaded: 4536 Clicked: 5403 Cited: 0 Commented: 0(p.145-157) <Full Text> <PPT> 602

Chinese summary <20> 繼承泰勒級數的關系譜分(fēn)析：手部肌肉協同與耦合

劉剛，王晶
西安交通大(dà)學機器人與智能系統研究所，中(zhōng)國西安市，710049
摘要：數學中(zhōng)有兩種著名的函數分(fēn)解方法：泰勒級數和傅裏葉級數。傅裏葉級數發展成爲傅裏葉頻(pín)譜，用于信号分(fēn)解和分(fēn)析；而泰勒級數的求解需要已知(zhī)具體(tǐ)函數表達式，所以其在工(gōng)程領域很少被應用。本文使用樹(shù)突網絡發展了泰勒級數，構造了關系譜，并将其應用于模型或系統分(fēn)解和分(fēn)析。了解肌肉激活與手指運動之間的直觀聯系對于開(kāi)發無需用戶預訓練的商(shāng)業假肢至關重要。然而，由于人手的複雜(zá)性，該直觀聯系尚未被理解。本文使用關系譜分(fēn)析了肌肉-手指系統。在手指運動中(zhōng)，一(yī)塊肌肉同時驅動多個手指，多塊肌肉同時驅動一(yī)個手指。因此，本研究聚焦于手部的肌肉協同與耦合。本文有兩個主要貢獻：（1）有關手部的發現有助于假肢手的設計；（2）關系譜使在線模型可讀，從而統一(yī)了在線性能和離(lí)線結果。開(kāi)源代碼見https://github.com/liugang1234567/Gang-neuron。

關鍵詞組：泰勒級數；關系譜；樹(shù)突網絡；假肢手；機器學習；工(gōng)程

Design and optimization of a gate-controlled dual direction electro-static discharge device for an industry-level fluorescent optical fiber temperature sensor

Yang WANG, Xiangliang JIN, Jian YANG, Feng YAN, Yujie LIU, Yan PENG, Jun LUO, Jun YANG

DOI: 10.1631/FITEE.2000504 Downloaded: 4070 Clicked: 5631 Cited: 0 Commented: 0(p.158-170) <Full Text> <PPT> 694

Chinese summary <21> 一(yī)種用于工(gōng)業級熒光光纖溫度傳感器的栅控雙向靜電放(fàng)電器件的設計與優化

汪洋¹，金湘亮¹，楊健¹，嚴峰¹，劉煜傑¹，彭豔²，羅均²，楊軍³
¹湖南(nán)師範大(dà)學物(wù)理與電子科學學院，中(zhōng)國長沙市，410081
²上海大(dà)學機電工(gōng)程與自動化學院，中(zhōng)國上海市，200444
³西安大(dà)略大(dà)學工(gōng)程學院，加拿大(dà)安大(dà)略省倫敦市，N6A3K7
摘要：工(gōng)業級熒光光纖溫度傳感器讀出電路的I/O引腳需要片上集成高性能靜電放(fàng)電（ESD）保護器件。采用0.18 µm标準BCD工(gōng)藝制造的基本N型埋層栅控可控矽（NBL-GCSCR）失效等級難以滿足需求。因此，基于相同半導體(tǐ)工(gōng)藝，提出片上集成新型高失效等級深N阱栅控可控矽（DNW-GCSCR）以有效解決上述問題。采用技術計算機輔助設計（TCAD）仿真分(fēn)析器件特性。可控矽通過傳輸線脈沖（TLP）進行測試，以獲得準确ESD參數。具有縱向雙極晶體(tǐ)管（BJT）路徑的NBL-GCSCR維持電壓（24.03 V）明顯高于具有相同尺寸橫向可控矽路徑的DNW-GCSCR維持電壓（5.15 V）。NBL-GCSCR器件的失效電流爲1.71 A，DNW-GCSCR器件的失效電流爲20.99 A。當DNW-GCSCR栅極尺寸從2 µm增加到6 µm時，維持電壓爲從3.50 V增加到8.38 V。優化後的DNW-GCSCR（栅極尺寸6 µm）可以穩定應用于目标讀出電路的片上靜電放(fàng)電保護。

關鍵詞組：靜電擊穿；半導體(tǐ)器件可靠性；CMOS工(gōng)藝