【面向广域物联网的移动通信技术】2025年第8期专题论文汇总

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2025-10-31 17:00:42

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面向星地融合网络的正交时间序列

复用波形技术研究

刘喜庆林北扬王兆祺赵亚飞

基于GEO-LEO双层卫星网络的

物联网网络架构

陈殿中魏传锋宋志强张静叶逾冠

韦棒纪璇王诗宇孙小寒

本期专题

面向广域物联网的移动通信技术

面向星地融合网络的正交时间序列

复用波形技术研究

刘喜庆，林北扬，王兆祺，赵亚飞

【摘要】面向第六代移动通信系统全域覆盖与高可靠通信需求，星地融合网络（ISTNs）成为突破地面蜂窝网络覆盖瓶颈的关键手段。然而，低轨卫星高动态特性导致传统正交频分复用（OFDM）波形面临严重载波间干扰，而新兴正交时频空（OTFS）技术因峰值平均功率比（PAPR）及复杂度问题导致场景适应性不足，在ISTNs中应用受限。为此，提出基于正交时间序列复用（OTSM）波形的ISTNs通信增强方案。通过引入沃尔什-哈达玛变换，OTSM在保持与OTFS相近抗多普勒性能的同时，显著降低复杂度至OFDM水平；创新性推导分数时延多普勒信道下的OTSM输入输出模型，有效适应卫星仰角连续变化的实际信道条件；结合单载波脉冲成型与削峰算法将PAPR进一步降低，缓解星载硬件功率限制。理论推导和仿真结果显示了OTSM在ISTNs下的优势，并验证了所提分数时延多普勒解码算法和PAPR抑制方法的有效性。

【关键词】星地融合网络；高移动性；正交时间序列复用；分数时延多普勒信道；峰值平均功率比

基于风险模型的空天地服务链多域分解机制

王玺1，陈大薇2,，石硕1，吴尘雨1

【摘要】空天地一体化网络通过卫星、地面和无人机通信网协同组网，为应急通信等场景提供泛在连接能力。服务功能链技术虽实现了网络服务的灵活部署，但多域异构特性导致端到端服务功能链请求的分解部署面临挑战。现有研究中，单域部署算法未考虑跨域协同，多域分解方法缺乏对域控制器接受行为的概率建模。为此提出基于风险模型的自适应分解机制，构建含单调性约束的域接受概率模型，设计动态规划、贪婪策略与随机分割算法。实验结果表明，该机制能有效降低服务功能链请求拒绝风险，验证其在空天地异构网络中的有效性。

【关键词】空天地网络；服务功能链；多域分解；风险模型；跨域协同

星地融合广域物联网的高能效智能边缘缓存技术

陈子鹏1，顾术实1,2，张钦宇1,2

【摘要】星地融合广域物联网是解决全球万物智联的重要信息基础设施，对其基本架构、面临挑战和关键技术进行了总结和分析。针对星地融合广域物联网的卫星直连场景，构建了基于智能边缘缓存的内容分发系统模型，定义了与系统吞吐量和能耗开销有关的能效函数，提出了基于强化学习的智能缓存算法，精准预测用户动态请求，并对缓存内容进行实时更新。仿真实验证明，所提智能算法与传统缓存内容更新算法相比，在系统平均效能上有所提升，为星地融合广域物联网的智能化发展提供了技术支撑。

【关键词】星地融合；广域物联网；卫星直连；智能边缘缓存

基于GEO-LEO双层卫星网络的物联网网络架构

陈殿中，魏传锋，宋志强，张静，叶逾冠，韦棒，纪璇，王诗宇，孙小寒

【摘要】物联网终端与地面数据中心的通信具有终端全球分布、功耗低、实时性要求高、多数据中心灵活切换的特点，现有的地面网络难以满足覆盖要求。物联网终端由于功耗问题，不能和高轨卫星直接通信，且高轨卫星星座难以满足物联网的实时性要求，因此低轨卫星星座以其全球覆盖、地面终端接入功耗要求低、传输时延低、无需地面基础设施等优点成为物联网网络基础设施的首选。然而对于单层LEO卫星星座，单颗LEO卫星难以获得全局信息，不利于避障路由算法的实施。这里的障碍多由于卫星性能下降或星间建链不稳定导致，同时考虑到GEO星座发展多年且技术成熟，因此设计由GEO星座和LEO星座共同构成GEO-LEO双层卫星网络作为物联网网络基础设施。结合物联网终端的特点，提出适用于物联网应用和卫星星座特点的路由算法——GM-AGSCA，分别开发了物联网终端、地面数据中心（主用和备用）、LEO卫星、GEO卫星等各单机的算法，以构成整个系统的算法。在网络仿真软件OPNET中构建GEO-LEO星座网络环境，同时添加物联网终端、地面数据中心和备用地面数据中心，在某时刻触发某卫星性能的下降，验证系统算法的功能。经验证，该网络具备物联网终端智能接入、最小跳数路由、自主避障、智能地面数据中心切换等功能，能够为IoT终端提供全球覆盖的实时数据传输服务。

【关键词】物联网；双层卫星网络；GM-AGSCA

低空飞行器物理层通信安全：

技术发展现状、挑战与未来发展

刘畅1，呼志远2，刘海宁1，隋天举2

【摘要】随着低空飞行器（无人机/eVTOL）的广泛应用，其通信链路面临严峻安全威胁。物理层安全（PLS）技术依托无线信道特性，具备轻量、低时延等优势，契合低空飞行器需求。系统分析了低空环境特有的通信威胁，重点介绍波束赋形、智能超表面、信道密钥生成与扩频等关键PLS技术在典型场景（如物流、救援、协同编队）中的应用价值，揭示当前核心挑战（资源受限、动态威胁建模、标准化缺失），并展望未来发展方向，构建“理论-技术-应用”三位一体的分析框架。

【关键词】低空飞行器；物理层安全；通信威胁；安全技术应用

IoT-NTN场景下基于DRL的无人机网络智能路由算法

聂武洲，李壮壮，宁磊，樊小毛

【摘要】物联网-非地面网络是非地面网络的一种主要形式，其中无人机网络主要用于能源巡检、环境监测和偏远覆盖等场景。这种场景下的无人机网络具有高速移动性、网络拓扑结构频繁变化和网络稀疏性等特点。在这种复杂环境中，传统的路由算法往往难以适应多变的网络拓扑和通信需求。因此提出一种结合优先经验回放的双决斗深度Q网络（PD3QN）的动态路由算法，将每个无人机视作智能体与环境交互，学习无人机网络中的特征，探索学习路由最佳决策。仿真结果表明，所提出的PD3QN路由算法能够有效降低数据传输延迟，提高数据包交付率和网络吞吐量。

【关键词】无人机网络；路由网络；深度强化学习；动态路由算法

LDPC概率软判决译码器的FPGA实现

周明军1，李丽仙2，刘俊峰1，王勇1，申望君3，庞宇1，刘挺1，曾冠杰1，夏帅1

【摘要】随着5G/6G通信系统对高可靠性、低时延传输的需求日益增长，LDPC码因其逼近香农限的优异性能成为信道编码的核心方案。然而，传统的LDPC软判决译码算法因浮点运算复杂、硬件资源消耗大，难以满足实际工程需求。提出一种基于概率计算的LDPC软判决译码器FPGA实现方案，通过算法-硬件协同优化，解决高精度概率计算与硬件资源受限的矛盾。在LDPC概率软判决译码器中，为了获得更好的性能和更少的延迟，设计的概率译码器采用了再译码的方案。该设计在码长200、码率1/2条件下，在制程为28 nm时，误码率（BER）可以达到10-6量级，吞吐量达640 Mbps @200 MHz，译码时延低，仅有5 ms，经过实际验证测试，整个译码器占用面积仅有5 mm2，功耗约为320 mW。该研究为高能效LDPC译码器的大规模部署提供了可扩展的硬件解决方案。

【关键词】低密度奇偶校验码；概率计算；软判决；FPGA

一种基于RNS编码的新型MoSK-H调制方案研究

洪枫菁，骆嘉，穆丽伟

【摘要】提出一种基于残余数系统（RNS）码的分子移位键控跳变（MoSK-H）调制技术，旨在提升分子扩散通信系统中信息传输的可靠性，尤其针对由符号间串扰（ISI）引起的性能下降问题。该方法融合跳频（FH）思想与RNS编码的无进位并行特性，通过在多个分子类型之间跳变以有效缓解ISI影响。具体而言，系统利用分子类型的动态切换减少符号之间的相互干扰，同时借助RNS编码在模域下的高效并行计算能力，实现低复杂度、高吞吐量的信号传输。仿真结果表明，所提RNS辅助的MoSK-H调制在不同信道条件下均展现出优越的误码性能，验证了该方案在提升分子通信系统传输可靠性和效率方面的有效性与应用潜力。

【关键词】符号间串扰；分子扩散系统；MoSK-H调制；RNS码

王志鑫1，周晶1，方朝曦1，张文逸2

STAR-RIS赋能大规模广域物联网和速率优化研究

谢子怡1，赵慕飞2，陈真3，刘晨2

【摘要】针对大规模广域物联网中干扰严重、覆盖不足的挑战，提出基于同时透射和反射可重构智能表面（STAR-RIS）的用户速率增强架构。通过将基站（BS）、STAR-RIS和用户设备建模为独立泊松点过程，建立多小区干扰模型，表征了用户速率并构建了和速率最大化问题。设计功率分配与能量分割系数的交替优化算法，在满足用户设备需求条件下实现和速率最大化。仿真表明，所提方案较传统RIS提升50%速率性能，数次迭代内快速收敛，为广域物联网的大规模接入及RIS协同组网提供理论支撑。

【关键词】广域物联网；STAR-RIS；和速率优化；功率分配

基于可旋转智能超表面的鲁棒联合波束成形方案

陈可儿1，周心雨1，潘欣裕1，杨宇1，崔晨2，郭继冲1

【摘要】空中气流环境具有显著的复杂性与动态性，会导致无人机（UAV）产生不同程度的机体抖动，进而对通信链路稳定性构成挑战。在此背景下，旨在设计一种鲁棒的联合波束成形方案，用于可旋转智能超表面（R-RIS）辅助的无人机物联网系统以抑制波束抖动。以基于波束抖动统计信息的均方误差之和（SMSE）为目标函数，以基站的混合波束成形与功率分配、无人机处的无源波束成形与R-RIS的旋转角为待设计变量。鉴于该优化问题是多变量耦合的非凸问题，因此，提出一种启发式的设计方案，即将原始问题解耦分解成两个非凸的子问题求解。通过联合优化混合波束成形、无源波束成形以及旋转角进行联合优化来最小化目标函数，以及优化功率分配来最大化最小信干噪比（SINR）。仿真结果表明，与典型方案相比，在空中风扰存在情况下，所提方案在频谱效率（SE）和误码率（BER）方面均表现出更优的性能。

【关键词】无人机通信；无人机抖动；混合波束成形；智能超表面；物联网

面向6G的新型多址性能影响因素初步探讨

严春林1，王森2，袁弋非2，许晓东1,3

【摘要】6G大规模通信场景迫切需要使用新型多址技术解决海量终端随机接入问题，其它多种场景也需要6G新型多址以增加系统容量、降低接入时延、提高传输可靠性，因此研究6G新型多址势在必行。分析了6G新型多址与5G非正交多址的不同点，研究并评估了一种典型的新型多址技术-稀疏交织多址在AWGN信道和平坦Rayleigh衰落信道性能。稀疏交织多址的信号传输分为两部分，前导信号传输，用于用户激活检测和信道估计；数据传输部分，多用户信号复用到一起，使用比特重复和填零来抑制多用户干扰。研究了压缩感知矩阵维度、激活用户数和前导碰撞概率的关系。研究发现压缩感知矩阵大小和类型影响前导检测的性能；信道编码对6G新型多址数据传输部分性能有较大影响；衰落信道下使用两接收天线理想用户激活检测和信道估计可以支持上千用户数据传输，因此6G新型多址瓶颈可能不在数据传输部分，而在前导设计部分。

【关键词】非正交多址；6G新型多址；压缩感知；稀疏交织多址

正交时频空间调制在智慧管网中的应用分析

杨颖超1，许尧2，胡荣飞2，许浩3，庞珂4，郭继冲5

【摘要】在国家“十四五”规划与“数字中国”战略背景下，智慧管网建设对高可靠无线通信提出迫切需求。正交时频空间（OTFS）调制技术借其独特的时延-多普勒域信号处理机制，可有效应对智慧管网中复杂时变信道引起的多普勒频移问题。首先，系统阐述OTFS调制基本原理，并推导其信号传输的数学模型，揭示其抗多普勒效应的内在机理。其次，围绕管道压力监测、空天地一体化巡检及卫星应急通信等典型智慧管网场景，分析其通信挑战并论证OTFS调制的适配优势；最后，仿真实验结果表明，相较于传统正交频分复用等方案，OTFS调制在复杂信道条件下显著提升了传输可靠性，展现出在智慧管网中的广阔应用前景。

【关键词】智慧管网；通信可靠性；OTFS调制；误比特率

基于星地融合的配电网络通感算资源联合分配算法

刘成旭1，张钰1，胡欣岳1，辛培哲2，富子豪2

【摘要】为满足偏远地区配电网络中多样化通信、感知和计算需求，提出了一种星地融合网络的通感算资源联合分配算法。所构建的网络模型融合了卫星直连通信、上下行地面通信、目标感知与计算卸载功能。首先建立了上下行通信、感知、卫星通信及计算卸载所涉及的信号模型，并推导各类终端的信干噪比及传输速率表达式。在此基础上，以最大化所有通信终端的可达和速率为目标，构建了一个包含波束赋形、功率控制、感知协方差矩阵与计算资源配置的联合优化问题。由于该问题非凸，提出基于交替优化策略的迭代算法，通过凸近似及半定松弛方法将问题转化为可求解形式。仿真结果验证了所提方法在提升系统性能和资源利用率方面的有效性。

【关键词】星地融合通信；通感一体化；资源优化；波束赋形；计算卸载

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