推荐| SCIS通信学科综述合辑(2022-2023)

SCIS精选了通信分学科2022年至今发表的综述文章,内容涵盖6G通信与网络、光通信、车联网、大数据安全信号处理,以及遥感图像处理等领域,希望对您的研究工作有所帮助,欢迎您下载、阅读和分享。

1

From Single- to Multi-modal Remote Sensing Imagery Interpretation: A Survey and Taxonomy

遥感图像解译: 从单一模态到多模态共享

模态是指一种信息来源或形态,人类可以通过各种模态信息,从多个角度感知世界。随着对地观测技术蓬勃发展,已实现通过全色、多光谱、合成孔径雷达等多体制传感器开展对地观测。多模态遥感图像解译已日渐成为一个研究热点,并逐步应用于城市规划、灾害监测、国土资源普查等多个领域。中国科学院空天信息创新研究院付琨、孙显研究员团队提出了从单模态到多模态的遥感图像解译综述,在充分调研前期成果基础上,阐述了遥感图像解译从单模态发展到多模态面临的问题挑战,系统介绍了多模态遥感图像解译的技术路线、主流方法、优势特点和典型应用,并探讨了该领域未来的研究方向。

Sun X, Tian Y, Lu W X, et al. From Single- to Multi-modal Remote Sensing Imagery Interpretation: A Survey and Taxonomy. Sci China Inf Sci, 2023, 66(4): 140301

2

A survey on hyperspectral image restoration: from the view of low-rank tensor approximation

低秩张量近似方法在高光谱重构领域的应用

高光谱遥感可对地物在可见光至近红外和短波红外范围进行连续成像,同时获取地物目标的诊断性“指纹”特征光谱,具有图谱合一的优势。然而,由于高光谱遥感成像链路长且成像环境复杂,同时受成像技术约制等问题,所获取的高光谱遥感图像往往存在较大的质量问题,存在不同程度的信息失真。由于无法从成像端规避这些问题,因而通过数据处理的方式对高光谱遥感图像进行重构尤为重要。作为一种天然的张量结构的数据,高光谱图像重构问题可以通过低秩张量近似的理论和相关方法来解决。本文根据作者在高光谱图像重构领域的一些研究经验,对低秩张量近似方法在高光谱重构领域的应用和相关理论发展进行了综述,介绍了近些年来的一些典型方法及算法设计理念,并进行了对比试验分析。本文旨在为相关领域学者和想要对该领域有初步了解的科研人员提供一个简要参考。
Liu N, Li W, Wang Y J, et al. A survey on hyperspectral image restoration: from the view of low-rank tensor approximation. Sci China Inf Sci, 2023, 66(4): 140302

3

Pushing AI to wireless network edge: an overview on integrated sensing, communication, and computation towards 6G

将人工智能推向无线网络边缘: 面向6G的通信、感知、计算一体化设计

为实现6G时代万物智联的愿景,学术界和工业界已广泛认定,在未来的无线网络中,需将人工智能从中心云推进部署至网络边缘,这催生了边缘智能的这一新兴研究领域。该领域关注利用分散在无线网络边缘的海量数据驱动人工智能应用。一般来说,实现边缘智能依赖于紧密连接的感知、通信和计算过程,以完成数据生成、交换和处理任务。然而,传统的无线网络不考虑具体的智能任务,独立设计感知、通信和计算过程,这难以适应将被部署在未来网络中的,对超低延迟、超高可靠性和高容量有着严格要求的新兴人工智能应用(例如自动驾驶和元宇宙等)。本文提出了一种全新考虑下游智能任务的数据利用的设计范式。这一全新的设计范式以任务/业务驱动的形式,完成通感算全过程的智能网络联合设计。鉴于此,本文在基础概念、研究挑战、使能技术和最新研究进展等方面对面向边缘智能的通感算一体化智能网络设计作全面的综述调研,并指出这一领域的未来研究方向。

Zhu G X, Lyu Z H, Jiao X, et al. Pushing AI to wireless network edge: an overview on integrated sensing, communication, and computation towards 6G. Sci China Inf Sci, 2023, 66(3): 130301


4

SpectrumChain: a disruptive dynamic spectrum-sharing framework for 6G
频谱链:一种新型的6G动态频谱共享架构

随着6G研究的不断深入,6G愿景日益清晰,6G无线网络将支持全频谱、全覆盖和全场景应用,并有望以Tbps级的传输速率实现极致的连接性能。为此,6G无线网络将需要几百兆至几百亿赫兹的频谱资源,频谱赤字严重。同时,当前静态分配、独占使用的频谱粗放管理模式进一步加剧了频谱资源的供需矛盾。因此,迫切需要一种安全、高效、精细化的频谱资源管控架构,实现用频设备可信接入、频谱资源按需分配和用频过程全流程监管。区块链技术的出现为构建分布式多方协同的管控架构提供了新的解决方案。基于区块链技术构建的分布式多层级频谱区块链,为实现6G精细化频谱管理和安全监管提供了全新的解决方案,对推动6G频谱资源管理和6G技术的应用具有重要意义。本文首次提出了基于区块链的分布式多层级动态频谱管控架构,即频谱(区块)链,详细阐述了区块链用于动态频谱管理的独特技术优势、频谱区块链体系架构和相关使能关键技术。

Wu Q H, Wang W, Li Z G, et al. SpectrumChain: a disruptive dynamic spectrum-sharing framework for 6G. Sci China Inf Sci, 2023, 66(3): 130302

5

Coverage enhancement for 6G satellite-terrestrial integrated networks: performance metrics, constellation configuration and resource allocation

6G星地一体化网络的覆盖增强:性能指标、星座构型以及资源分配

由于5G以基站为中心的无线覆盖模式难以支撑未来立体全域无线覆盖需求,未来拥有巨型星座的6G星地一体化网络的基础设施将从地面网络向星地一体化架构延伸,通过扩展时空覆盖实现无线覆盖能力的提升。然而,无线覆盖的具体量化指标是什么?巨型星座的星座构型对覆盖性能影响的机理是什么?如何通过智能资源调度形成非均匀覆盖,以匹配未来6G星地一体化网络非均匀分布的业务需求?上述未知的基础性问题,成为了制约未来6G星地一体化网络覆盖扩展进一步发展的瓶颈。本文从无线覆盖的演进路线和6G覆盖的愿景出发,从信号覆盖、容量覆盖和服务覆盖的角度提出了6G星地一体化网络的覆盖性能评估指标。通过对几个典型的巨型星座的覆盖性能进行分析和比较,研究了面向巨型星座的6G星地一体化网络的覆盖结构与覆盖能力之间的关系,发现了适合6G非均匀服务需求的网络结构特征,从而指导6G星地一体化网络的星座设计。随后,探讨了人工智能在资源调度中的应用,为增强对动态6G业务需求的覆盖能力提供技术支撑。最后,分析了提高6G星地一体化网络服务覆盖性能可能面临的技术挑战,为研究人员提供了新的思路。
Sheng M, Zhou D, Bai W G, et al. Coverage enhancement for 6G satellite-terrestrial integrated networks: performance metrics, constellation configuration and resource allocation. Sci China Inf Sci,  2023, 66(3): 130303

6

Reconfiguring wireless environment via intelligent surfaces for 6G: reflection, modulation, and security
面向6G的智能超表面辅助调控无线通信环境: 反射,调制与安全
来自新加坡科技设计大学Prof. Chau Yuen (通讯作者)的综述文章详细阐述了可重构智能表面(RIS)的反射、调制两个功能对无线通信系统的性能提升, 并通过典型案例的具体研究说明了RIS 对安全通信的帮助。
Xu J D, Yuen C, Huang C W, et al. Reconfiguring wireless environment via intelligent surfaces for 6G: reflection, modulation, and security. Sci China Inf Sci, 2023, 66(3): 130304

7

Applications and prospects of articial intelligence in covert satellite communication: a review

人工智能在卫星隐蔽通信中的应用与展望

由于卫星通信系统本身信道的开放性,通信信号易被恶意侦听者接收,这极大地威胁了对于国家和个人的隐私安全。卫星隐蔽通信技术能有效提高卫星通信行为的隐蔽性,大大降低恶意侦听者发现通信行为的概率,受到越来越广泛的研究。此外,随着人工智能的发展,人们使用人工智能在卫星隐蔽通信的很多技术上完成了突破,实现了更高的可靠性和更强的隐蔽性。本文给出了卫星隐蔽通信的应用场景及遇到的挑战,阐明了卫星隐蔽通信系统中低检测概率通信技术、发射功率控制技术、相控阵天线技术、抗干扰技术、频谱预测技术以及自适应调制解调技术等6项关键技术的重要性;详细介绍了这6项卫星隐蔽通信系统关键技术的研究现状及人工智能(AI)技术在其中的应用;最后指出了这些关键技术存在的问题以及未来发展方向,并对卫星隐蔽通信系统的未来进行了展望。

Lu K, Liu H, Zeng L, et al. Applications and prospects of articial intelligence in covert satellite communication: a review. Sci China Inf Sci, 2023, 66(2): 121301


8

A systematic review for smart identfier networking

张宏科院士 | 智慧标识网络体系演进综述

随着互联网应用规模的不断扩大与延伸,其原始设计思想已难以满足当今用户日趋复杂、多元化的通信需求,在灵活性、可扩展性、可管控性和智能性等方面暴露出诸多严重不足。因此,如何设计新型互联网体系与通信范式已受到世界各国的空前关注,大量论证与实践相继展开。得益于政府的大力支持以及行业需求的实际驱动,相关研究近年来亦取得了一系列重要进展,新理念、新体制、新技术不断涌现。北京交通大学张宏科院士团队经过近30年的潜心研究, 凝练出现有互联网的“三重绑定”特性(即用户与网络绑定、资源与位置绑定、以及控制与数据绑定)是导致其产生诸多弊端的本质原因。为此,创造性地提出智慧标识网络体系及其关键技术, 通过对上述绑定的有效解耦与动态关联,将互联网的工作模式由“业务被动适应网络”转变为“网络主动适配业务”,旨在为不同类别用户按需提供高效、差异化与可定制化的网络通信服务。本文对智慧标识网络体制演进的三个阶段进行系统性介绍,并对其在高铁网络、工业互联网、卫星网络、物联网等应用场景的研究成果进行阐述。
Zhang H K, Feng B H, Tian A L T. A systematic review for smart identfier networking. Sci China Inf Sci, 2022, 65(12): 221301

9

Vehicular mobility patterns and their applications to Internet-of-Vehicles: a comprehensive survey
车载移动性模型以及车联网中的应用

随着越来越多的车辆安装了无线接口,车联网成为了无线泛在互联的重要部分。这也导致无线网络的网络规模、覆盖范围和密度持续增长,同时网络拓扑、信道状态和业务需求等在快速变化。在大数据驱动下,业界普遍认为机器学习或深度学习技术将能解决传统最优化理论无法解决的通信和组网难题。由于车联网是动态变化、空时域具有强耦合性的大规模无线网络,机器学习或深度学习技术如何应用于车联网中是个复杂的问题。本文对现有的车载移动性模型和它们对无线网络设计的影响给出了全面的详尽描述,并根据不同应用场景的特征讨论了模型的实用性和潜在性能。最后,列举了几个值得持续研究的重要方向。

Cui Q M, Hu X X, NiW, et al. Vehicular mobility patterns and their applications to Internet-of-Vehicles: a comprehensive survey. Sci China Inf Sci, 2022, 65(11): 211301

10

A review of machine learning-based failure management in optical networks
基于机器学习的光网络故障管理技术

光网络作为信息基础设施宽带化的基石,正朝着动态、可靠、智能的方向演进。光网络规模、容量和光层设备十分庞大,一旦发生故障影响面极大,海量数据丢失、大型计算中断,核心信息传递受阻,无论政企、金融、科教、交通、制造业等,还是个人用户,都将遭受巨大损失。因此,保障大规模光网络的安全可靠运行意义重大。近年来,以各类机器学习算法为代表的人工智能技术被应用于光网络故障管理中,得到了学术界和工业界的广泛关注,而基于机器学习的光网络故障管理技术可以有效防范故障发生,加快故障定位和网络恢复,从而保证网络健康稳定运行,目前已成为智能光网络研究领域中的前沿热点。本文围绕光网络故障管理技术开展综述研究,详细讲解了光网络故障管理的研究背景,包括光网络中的典型故障类别、核心监管对象、常见监测数据以及各种机器学习算法,全面总结了机器学习在故障管理中的各类应用,包括告警分析、故障预测、故障检测、故障定位和故障原因识别等。此外,还给出了一些未来的研究方向与开放性的研究主题。

Wang D S, Zhang C Y, Chen W B, et al. A review of machine learning-based failure management in optical networks. Sci China Inf Sci, 2022, 65(11): 211302


11

A survey on cryptographic techniques for protecting big data security: present and forthcoming

大数据安全密码技术综述:现状与展望

大数据推动了行业之间的多维融合和深刻创新,并提供了探索世界的新方式。本文从大数据存储和安全、细粒度数据安全共享和基于密文的数据计算等实际需求出发,全面回顾了密码学技术;提出了大数据安全密码体系结构(Z-CABDS);从整个大数据生命周期的角度,阐述了与大数据安全密码学相关的某些挑战、开放性问题以及对未来研究的思考,旨在为后续研究提供良好的参考和启发。

Lu S Q, Zheng J H, Cao Z F, et al. A survey on cryptographic techniques for protecting big data security: present and forthcoming. Sci China Inf Sci, 2022, 65(10): 201301


12

A new 5G radio evolution towards 5G-Advanced
面向5G-Advanced的5G无线新演进!
在第三代合作伙伴计划(3GPP)的框架下,5G移动通信系统的标准化于2016年开始,该计划包括5G核心网络和5G新无线电(5G NR)。作为IMT-2020的目标,国际电信联盟确定了5G的三种主要通信场景,包括增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器类型通信(mMTC)和高可靠低时延通信(URLLC)。与此同时,5G网络以前所未有的速度在全球部署并投入商业运营。随着5G不断实现新的商业化里程碑,5G行业产生了新的技术,5G的新前沿也随之显现。然而,目前的5G网络将不足以满足未来十年个人消费体验升级和行业数字化转型等新需求。本文阐述了5G Advanced的关键驱动力、需求、使用场景和能力;着重介绍了面临的关键技术挑战及十大极具前景的技术方向。最后,还简述了5G-Advanced中其他一些引人入胜的技术方向。
Pang J Y, Wang S B, Tang Z F, et al. A new 5G radio evolution towards 5G-Advanced. Sci China Inf Sci, 2022, 65(9): 191301

13

Vision, application scenarios, and key technology trends for 6G mobile communications
6G移动通信愿景、应用场景和关键技术趋势展望
Science China Information Sciences 2022 年第 62 卷第 5 期发表了综述文章 “Vision, application scenarios, and key technology trends for 6G mobile communications”,旨在对6G移动通信网络的愿景需求、应用场景和潜在关键技术进行全面综述,并深入探讨面向6G的标准演进及产业发展趋势。
Wang Z Q, Du Y, Wei K J, et al. Vision, application scenarios, and key technology trends for 6G mobile communications. Sci China Inf Sci, 2022, 65(5): 151301

14

An overview on integrated localization and communication towards 6G

面向6G的定位-通信一体化

从2G开始,无线定位就已成为蜂窝网络的必备功能之一。从2G的数百米精度到4G的几十米精度,每一代蜂窝网络的定位精度都在不断提高。对于第五代(5G)移动通信网络,由于其对各种基于位置的服务的基本支持,定位被视为关键组件之一,并且对定位精度的要求达到了亚米级。尽管5G网络正在全球部署,但研究人员已经开始研究第六代(6G)移动通信网络。虽然6G的基本范式和关键应用场景尚未确定,但有愿景认为6G应该实现“无处不在的无线智能”,在空天地一体化的三维网络覆盖范围内实现智能的、无处不在的无线连接,达到每秒Tb量级的数据传输速率,以及亚毫秒级的时延。为了实现这些目标,对移动终端进行准确定位变得非常重要。本文旨在对面向6G无线网络的定位-通信一体化(ILAC)进行全面综述。文章介绍了无线定位基础理论,重点探究了ILAC在未来无线网络设计中的应用;概述了3GPP 5G定位标准化,并讨论了5G网络实现厘米级定位精度的关键技术;进而介绍了前沿的位置辅助通信技术,以揭示无线定位和通信在不同网络层中的相互作用,讨论定位与通信协同设计方案。最后,给出了未来无线网络的体系结构,并指出了ILAC未来的研究方向。
Zhiqiang XIAO & Yong ZENG. An overview on integrated localization and communication towards 6G. Sci China Inf Sci, 2022, 65(3): 131301

15

Key issues and algorithms of multiple-input-multiple-output over-the-airtesting in the multi-probe anechoic chamber setup
多探头微波暗室中MIMO空口测试的关键问题与算法

由于MIMO技术的广泛应用,实现MIMO设备的性能测试也变得尤为重要。MIMO OTA (over-the-air) 技术克服了传统的传导测试方法的局限,被广泛应用于MIMO性能评估。MIMO OTA测试方法主要有三类,分别为基于混响室的方法、辐射两步法和基于多探头微波暗室(MPAC)的方法。基于MPAC的方法能够精确重现任意的无线传播信道,因此成为了MIMO OTA测试最有潜力的方法。本文主要针对基于多探头微波暗室(multi-probe anechoic chamber, MPAC)测试装置,总结了2D UE MIMO OTA测试算法和3D BS MIMO OTA测试算法,并对相关算法进行分析比较。另外,还讨论了设计测试系统的一些关键需求以及针对5G无线设备的新颖的测试方法。

Pei H L, Chen X M, Huang X Y, et al. Key issues and algorithms of multiple-input-multiple-output over-the-air testing in the multi-probe anechoic chamber setup. Sci China Inf Sci, 2022, 65(3): 131302

16

Multichannel adaptive signal detection: basic theory and literature review
多通道自适应信号检测基本理论与文献综述


信号检测是雷达、声呐、通信等领域的基本问题之一。以雷达为例,随着信号处理理论的发展和制造工艺的不断进步,相控阵体制已成为现役雷达的主流。近年来,也涌现出了多种新体制雷达这些新体制雷达的一个共同特点是雷达天线以阵列形式存在,接收数据以多通道形式呈现。此外,由于脉冲多普勒技术的普及与应用,即使仅有单个空域通道(例如抛物面天线),雷达数据也可以多通道形式存在。多通道处理具有更多的灵活性和自由度,为提升目标检测性能提供了保证。本文综述了多通道自适应检测技术,给出了多通道自适应检测器的主要设计准则,即,广义似然比(GLRT)准则、Rao准则和Wald准则;分析了自适应检测与分步检测的联系,指出只有在特定场景下采用特定处理方式时,最优滤波才等价于最优检测;给出了自适应检测器与自适应滤波器的关系,阐述了二者的异同点;在详细综述自适应检测当前研究现状的基础上,探讨了自适应检测下一步可能的发展趋势。

Liu W J, Liu J, Hao C P, et al. Multichannel adaptive signal detection: basic theory and literature review. Sci China Inf Sci, 2022, 65(2): 121301



17

Quantum-safe cryptography: crossroads of coding theory and cryptography
量子安全密码学:编码理论与密码学的交叉路口

近年随着量子计算技术的发展,传统的密码学正在经历巨大的危机。基于大数分解的RSA密码体制将在量子攻击下崩溃,这意味着网上购物和银行业务等将变得不安全,因此迫切需要寻找新的密码体制——量子安全密码。本文概述了量子安全密码学(quantum-safe cryptography,QSC),重点介绍了后量子密码学(post-quantum cryptography,PQC)和信息论安全。从密码学的角度来看,基于格码和代数编码的方案是当前最有前途的PQC解决方案。这两种方法都是基于不同度量的线性码的译码问题的计算难度。从香农的开创性研究开始,编码理论和密码学就密切相关,但后来逐渐分道扬镳。量子安全密码学提供了一个重建这两个领域协同作用的机会,有望在NIST后量子密码标准化过程之后进一步发展。作者在量子安全密码学的背景下,对密码学和编码理论进行了综述,讨论了二者的相互作用和相似之处。特别是对于在过去十年中迅速发展的后量子密码术,针对密码学(尤其是基于格和基于编码的技术)和编码理论的跨学科交叉给出了自己的见解。最后对两个领域未来的融合给出了展望。
Wang J B, Liu L, Lyu S X, et al. Quantum-safe cryptography: crossroads of coding theory and cryptography. Sci China Inf Sci, 2022, 65(1): 111301

近期新闻