专题：B5G通信技术

特邀策划人

费泽松北京理工大学信息与电子学院教授,博士生导师。工信部重点学科实验室副主任，IEEE、中国电子学会和中国通信学会高级会员。长期从事4G/5G/6G移动通信与多媒体信号处理领域的教学和科学研究工作，先后主持和参加了包括国家科技重大专项、国家自然科学基金、国家863计划课题等20多项重点科研任务，发表SCI检索论文60余篇，曾4次荣获国际会议最佳论文奖；授权中国发明专利30余项。荣获中国电子学会2019年自然科学二等奖(排名1)1项。

内容导读

随着5G网络的商用及其在垂直行业应用的探索和发展，B5G及下一代无线通信6G网络的愿景逐渐进入学者的研究视野。B5G将持续提高通信速率，通过采用更高频段作为信号载体，以实现太比特每秒量级的数据速率。同时，伴随网络性能的增强拓展，B5G的适用空间将进一步拓展至海、空、天等跨维度区域。此外，基于人工智能这一载体，并与探测技术相结合以形成通信探测一体化的多功能智能化系统是B5G未来的重要研究方向之一。B5G技术将在多维度上不断完善，最终演变为泛在智能融合信息网络。

由于当前对于B5G仍属于探索阶段，存在着诸多影响B5G发展的重大问题，包括如何保证其传输速度、时延以及稳定性等性能指标，如何融合地面蜂窝网与卫星通信以实现全球无缝覆盖，如何完成人工智能在通信系统中的实际部署，如何在复杂网络架构中实现探测功能和通信功能的高性能有机结合等。为了解决这些问题，需要从网络架构、网络组网技术、物理层接入技术以及信号新载体等多个角度对B5G通信技术进行探索。鉴于此，我们组织了本专题，主要讨论B5G物理层增强技术、非地面接入网、智能信号处理技术以及网络与智能计算融合等多个方面。

论文《面向空天地一体化网络的移动边缘计算技术》对空天地一体化网络中的天基网络、空基网络、地基网络以及移动边缘计算技术(MEC)分别进行了概述，并讨论了引入MEC技术对空天地一体化网络带来的优势。其次，分别对低轨卫星-MEC融合网络架构、高空平台-MEC融合网络架构、无人机-MEC融合网络架构以及空天地一体化网络-MEC融合网络架构进行了介绍，并讨论了这4种架构的应用场景。最后，探讨了空天地一体化网络架构中安全性、移动性管理等关键性挑战问题。

智能反射面是一种全新的革命性技术，它可以通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。《智能反射表面无线通信的信道估计与帧结构设计》概述了智能反射表面的研究背景，总结了面向智能无线环境应用的智能反射表面研究现状，包括硬件参数、算法实现及在物理层安全方向的应用，指出了现有工作尚未考虑的问题。其次，在分析基于反射面无线通信系统结构的基础上，提出了一种基于智能反射面无线通信的帧结构及信道估计方法。

地面移动通信、互联网与航天技术等的高速发展使得太赫兹通信系统备受关注，其中太赫兹调制器负责将基带信号调制到太赫兹频段，是太赫兹通信系统的关键组件，也是近年来太赫兹通信硬件系统的研究热点。《面向通信系统的太赫兹调制技术进展现状》介绍了太赫兹调制器的电子学实现手段，通过介绍不同方案实现的太赫兹调制器以及使用这几种太赫兹调制方案的典型通信系统，分析比较了不同实现方法的优势和存在的问题。虽然，太赫兹无线个域网可以支持上Gbit/s的传输速率，但是目前对于太赫兹无线个域网的MAC层研究较少，如何用现有的条件实现太赫兹无线个域网MAC层协议是亟待解决的问题。《基于FPGA的太赫兹高速MAC协议设计与实现》借助FPGA实现了太赫兹无线个域网MAC层基本功能，并采用波束赋形新机制，减少了节点发送的等待时间，加快了端到端的数据传输，提高了端到端的网络吞吐量。

无线信道密钥生成技术是物理层安全技术研究的重要分支，其主要利用无线信道的互易性、时变性及空间去相关性在合法方之间共享相同的密钥，用于后续加密手段中。无线信道密钥生成技术的优点在于不需要一个固定的密钥分发设施，并且安全性不依赖于算法的计算复杂性，因此在物联网中的车联网、移动通信及智能家居等设备资源有限的应用中更加体现优势，已经作为一种轻量级密钥分配工具而愈加受重视。《无线信道密钥生成技术综述》总结了无线信道密钥生成技术的性能标准和步骤，以及几种特殊环境或场景下的密钥生成技术的发展，归纳了密钥生成技术的应用实现,并分析了未来值得进一步研究的方向。

LDPC码由于具有逼近香农限的译码性能而受到广泛重视。相对于二元LDPC码，多元LDPC码在中短码长上具有更高的编码增益和更强的抗突发错误能力，但译码复杂度较高。《基于FMS算法的多元LDPC码的译码器设计》针对如何实现低复杂度的多元LDPC译码器的问题进行研究，介绍了固定路径最小和译码算法，并将其与扩展最小和算法进行了复杂度与译码性能对比，证明FMS算法相比于EMS算法，虽然在误码率上略有不及，但获得了非常高的复杂度增益。LDPC的分层译码策略以牺牲部分译码复杂度为代价，可获得一定的译码性能增益，因此提出了采用FMS算法结合分层策略的译码器设计方案，可以在保证较低复杂度的同时获得良好的译码性能。

极化码是唯一一种被理论证明在二进制输入无记忆对称信道下达到香农界的编码方式。然而，有限码长下，极化码在串行抵消译码算法下的误码率性能不如低密度奇偶校验码和Turbo码。为了改进极化码的译码性能，《LDPC-CRC-极化码级联码及其比特翻转译码算法》提出了一个改进的LDPC-极化码比特翻转译码算法，通过每次对关键集合内的比特进行比特翻转，在给定的翻转次数下，性能较LDPC-极化码的置信传播译码算法有了极大提升。通过构造LDPC-CRC-极化码的三级级联码，在比特翻转译码算法下的误块率(BLER)性能得到了进一步的提升。

协作通信技术是通过一定规则使单天线终端能够共享其他用户的天线，从而达到空间分集的效果，能够有效减轻通信系统中信道衰落的不良影响。RS码在短码且信息位一定的条件下，译码复杂度较低，且具有较强的应对突发错误的能力。基于此，《基于联合译码的RS码中继协作系统设计》提出了一种基于联合译码的缩短RS码的中继编码协作系统方案，该方案在源节点设置了码长自由的缩短RS码，使得在误码性能不受影响的情况下，系统等效码率更为灵活，并在目的点设计了两种联合迭代译码算法。

多址接入技术是通信系统物理层空口核心技术之一，在多用户通信系统中具有重要的作用。《基于PSWFs的非正弦通信系统正交多址接入技术研究》针对椭圆球面波函数(PSWFs)非正弦通信系统多个用户如何共享时频资源进行通信的问题，展开了基于PSWFs的非正弦通信系统正交多址接入技术研究。首先，基于PSWFs的信号特性，提出了PSWFs非正弦通信系统频分多址(PSWFs-FDMA)、时分多址(PSWFs-TDMA)和阶分多址接入(PSWFs-ODMA)方法。其次，与循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)对比分析了调制信号的能量聚集性、频谱效率和相邻子波带间的干扰，证明所提正交多址技术的可行性。最后，在双选择信道下，将PSWFs-TDMA/FDMA、PSWFs-ODMA与CP-OFDM对比分析了系统吞吐量，与正交频分多址接入(OFDMA)对比了不同接入方式的误码性能。

综上所述，本专题能够反映 B5G物理层增强技术、非地面接入网、智能信号处理技术、网络与智能计算融合等多个方面的研究状况，希望能够给广大读者提供有益的启示和参考。衷心感谢各位作者精心撰稿！