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导师工作

Paschalis C. Sofotasios 教授:从实测信道走向可信链路设计

七项工作把信道测量和广义衰落分析,与能量受限通信、学习型调制、STAR-RIS 多址接入及车联网自适应安全连接起来。

先弄清真实信道是什么样

Paschalis C. Sofotasios 教授近期工作的共同起点,是一个很朴素却常被简化的问题:通信系统究竟能在多大程度上相信自己的信道模型?要回答它,测量与分析缺一不可。实测数据告诉我们链路真正如何变化,数学模型则把这些变化转化为可以计算和优化的设计条件。这里收录的七项工作沿着这条路径,进一步延伸到速率分拆、射频能量采集、可重构智能表面、学习型调制、索引调制多址接入和车联网安全。

Channel Measurements at 6.4 GHz for IEEE 802.11be WLAN 没有先指定一个理想分布,而是从真实传播环境入手。研究在室内、室外以及视距、非视距场景中,对 6.425–6.445 GHz 之间的 256 个频点进行测量,进而提取路径损耗、大尺度与小尺度衰落以及相干时间等特征,并比较不同统计分布的拟合效果。结果当然只对应具体测量环境,却能为后续系统研究提供比“直接选一种常见衰落模型”更扎实的依据。

Performance of RIS-Assisted Systems in Mixed Fading Conditions 则从分析端向现实迈进一步。它允许可重构智能表面两侧的链路服从不同的广义衰落分布,包括 alpha-mu、kappa-mu 与扩展 eta-mu 等模型,并推导中断概率和符号错误率的精确、近似及渐近表达式。论文借此讨论衰落强度和表面单元数量如何影响性能。它的意义并不是用一个公式覆盖所有部署,而是避免为了便于计算,默认表面两侧具有完全相同的传播规律。

把非理想因素写进系统架构

当多个业务共享同一网络时,这种建模纪律尤为重要。On the Coexistence of Heterogeneous Services in 6G Networks: An Imperfection-Aware RSMA Framework 面向增强型移动宽带与大规模机器通信的共存,把正交接入与速率分拆多址结合起来。信道估计误差和非理想串行干扰消除并非事后补充,而是一开始就进入性能分析。论文得到的遍历速率平台说明:残余误差不会因为接入方案更复杂便自动消失,算法最终仍会遇到由物理不确定性决定的上限。

能量受限设备面对的是另一类“非理想”:节点必须先积攒足够能量,才有资格传输数据。Energy Harvesting Meets Data-Oriented Communication: Delay-Outage Ratio Analysis 因而研究一种面向数据的延迟中断率,把远场无线供能、充电时长、数据量、带宽和时限放进同一指标。它不只询问瞬时信道是否超过门限,而是关心指定数据能否在截止时间前送达。相应的解析结果和数值验证揭示了一个现实矛盾:充电占用时间,传输同样占用时间,两者必须在同一个时延预算内分配。

让学习保留正确的信息,也让攻击目标不断变化

团队在学习赋能通信上的工作,同样关注模型与任务是否真正匹配。Autoencoder-Based Spatial Modulation for the Next Generation of Wireless Networks 提出三种用于空间调制的自编码器结构,其中两种分别通过相移键控标记和可学习嵌入显式保留天线索引,从而缓解发射天线高度相关时的性能退化。论文在所设定的 Rician 信道中显示出明显的误码性能改善;更值得保留的启发是,神经收发机不能只追求端到端拟合,还要确保网络表示没有丢掉接收端必须判断的离散空间信息。

即使不借助神经编码器,如何保留并识别索引信息仍然是关键。Index Modulation Aided Non-Orthogonal Multiple Access in STAR-RIS-Assisted Networks 按照预定义图样,把索引调制用户的信息映射到 STAR-RIS 的不同子表面,再利用基于接收信号能量的最大似然检测识别活跃子表面。公开摘要给出了 Beaulieu–Xie 衰落下的成对错误概率、误码率上界和可达速率分析。这项设计把“选择哪些子表面”变成多址传输的一部分;相应结论仍受论文设定的子表面划分、检测器和信道模型约束。

Moving Target Defense Approach for Secure Relay Selection in Vehicular Networks 把自适应用在安全控制上。系统持续改变中继配置,并注入迷惑数据,使窃听者难以锁定一个长期不变的目标。论文将中继选择写成马尔可夫决策过程,设计两种深度强化学习方法,在窃听成功概率与有效数据占比之间权衡。这是在特定攻击者、观测和移动模型下得到的仿真结果,不能直接等同于普遍安全保证;但它清楚说明,网络拓扑和转发路径本身也可以成为主动防御手段。

从观测、分析到自适应形成闭环

纵观这些工作,测量、理论分析和机器学习并不是彼此替代的三种路线,而是一个前后相接的闭环。信道测量限定合理的传播范围,广义分布把分析从单一衰落假设中解放出来,显式考虑误差的公式告诉算法哪些瓶颈无法回避,机器学习则被用在难以手工构造的表示和控制策略上。这样一来,每个看起来很亮眼的数值提升,也都能被放回对应的信道、硬件、业务和威胁假设中理解。

对于未来的能量受限与安全无线系统,这种研究习惯与具体算法同样重要。可重构智能表面、自编码器或强化学习策略,只有在物理链路得到充分刻画、关键不确定性真正进入优化之后,才有机会成为可信的系统部件。这七篇论文恰好把这条逻辑链完整呈现出来。

研究札记

On the Coexistence of Heterogeneous Services in 6G Networks: An Imperfection-Aware RSMA Framework

  • 作者: Athanasios P. Chrysologou、Sotiris A. Tegos、Panagiotis D. Diamantoulakis、Nestor D. Chatzidiamantis、Paschalis C. Sofotasios、George K. Karagiannidis
  • 公开记录: IEEE Transactions on Communications
  • 主要贡献: 在异构业务共存的 OMA–RSMA 架构中,显式纳入信道估计误差与干扰消除残差并分析其影响。
  • 阅读提示: 速率平台和业务权衡依赖论文设定的流量、衰落与残余干扰模型。

Moving Target Defense Approach for Secure Relay Selection in Vehicular Networks

  • 作者: Esraa M. Ghourab、Shimaa Naser、Sami Muhaidat、Lina Bariah、Mahmoud Al-Qutayri、Ernesto Damiani、Paschalis C. Sofotasios
  • 公开记录: Vehicular Communications
  • 主要贡献: 将动态中继选择和迷惑数据控制写成马尔可夫决策过程,并评估两种深度强化学习方案。
  • 阅读提示: 安全收益来自特定窃听者、观测条件和移动模型下的仿真实验。

Energy Harvesting Meets Data-Oriented Communication: Delay-Outage Ratio Analysis

  • 作者: Mehmet C. Ilter、Paschalis C. Sofotasios、Mikko Valkama、Jyri Hämäläinen
  • 公开记录: IEEE Communications Letters
  • 主要贡献: 推导射频能量采集节点的延迟中断表达式,把充电、数据量、带宽和截止时间连接起来。
  • 阅读提示: 该指标基于论文采用的远场供能和链路模型;能量来源或流量过程改变后,结论也可能变化。

Channel Measurements at 6.4 GHz for IEEE 802.11be WLAN

  • 作者: Nida Chaudhry、Simon L. Cotton、Nidhi Simmons、Claudio R. C. M. Da Silva、Okan Yurduseven、Paschalis C. Sofotasios、Michail Matthaiou、Trung Q. Duong
  • 公开记录: IEEE PIMRC 2024
  • 主要贡献: 利用室内外视距和非视距测量,刻画 6.4 GHz 附近的路径损耗、衰落和相干时间。
  • 阅读提示: 拟合分布和参数描述的是本次测量地点与设备,不能直接代表所有 IEEE 802.11be 部署。

Autoencoder-Based Spatial Modulation for the Next Generation of Wireless Networks

  • 作者: Selina Shrestha、Shimaa Naser、Lina Bariah、Sami Muhaidat、Paschalis C. Sofotasios、Hany Elgala、Ernesto Damiani
  • 公开记录: IEEE Internet of Things Journal
  • 主要贡献: 比较三种自编码器架构,其中两种通过显式或可学习表示保留天线索引信息。
  • 阅读提示: 误码率收益取决于论文使用的 Rician 信道、天线相关性、调制方式和训练设置。

Performance of RIS-Assisted Systems in Mixed Fading Conditions

  • 作者: Maria Cecilia Luna Alvarado、Carlos Rafael Nogueira da Silva、Nidhi Simmons、Paschalis C. Sofotasios、Simon L. Cotton、Michel Daoud Yacoub
  • 公开记录: IEEE Transactions on Communications
  • 主要贡献: 针对可重构智能表面两侧服从多种广义衰落组合的链路,推导中断与符号错误性能。
  • 阅读提示: 增加表面单元带来的收益,是在特定无源表面和信道模型下得到的解析及蒙特卡洛结果。

Index Modulation Aided Non-Orthogonal Multiple Access in STAR-RIS-Assisted Networks

  • 作者: Rawan Derbas、Shimaa Naser、Sami Muhaidat、Paschalis C. Sofotasios
  • 公开记录: IEEE Transactions on Communications
  • 主要贡献: 将索引调制用户的信息映射到 STAR-RIS 子表面,并在 Beaulieu–Xie 衰落下分析基于能量的检测、成对错误概率、误码率上界和可达速率。
  • 阅读提示: 公开摘要支持上述系统结构与分析指标;其适用范围仍受论文设定的子表面划分、检测器和衰落模型约束。