2020年第06期-《电子技术应用》杂志

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2020年第06期

刊出日期：2020-06-06

邮发代号： ISSN 0258-7998

CN11-2305/TN

邮发代号：2-889

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技术专栏-5G边缘计算技术与应用

基于MEC的能力开放及安全策略研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200376

作者：张蕾，刘云毅，张建敏，杨峰义

作者单位：中国电信股份有限公司研究院 5G研发中心，北京102209

摘要：多接入边缘计算(Multi-Access Edge Computing，MEC)作为5G关键技术之一，受到了业界研究人员的广泛关注。MEC以边缘网络、边缘计算资源为基础，提供连接、计算、能力、应用的积木式组合，为用户就近提供服务，支持网络能力与业务能力的合作引入与统一开放。在5G移动通信网络中，如何将边缘计算平台的能力安全高效地开放给第三方，增加网络能力、业务能力的附加值，已成为热点问题。基于此，研究了边缘网络能力开放技术及安全策略。首先介绍了MEC的系统架构及可开放的边缘能力，随后给出了边缘网络能力开放架构以及流程，然后介绍了边缘能力开放过程中面临的风险并介绍了相关安全策略，最后介绍了具体的应用实例。

关键词：
多接入边缘计算

网络能力

业务能力

能力开放

安全策略

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基于5G+MEC的数字化PaaS赋能平台在智慧安防的应用研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200379

作者：王旭亮，武宇亭，任宏丹

作者单位：中国电信股份有限公司北京研究院，北京102209

摘要：随着5G时代的到来，边缘计算和物联网引领的新型应用形态成为了全社会关注的焦点。视频安防行业应用因为其核心业务发展趋势及需求与5G、边缘计算、物联网、云计算、大数据以及人工智能等技术能力的深度匹配，成为了业界重点关注的应用领域。主要介绍一种基于5G+MEC基础设施的云边协同数字化PaaS赋能平台和相应技术原型系统，以及该数字化PaaS赋能平台在智慧安防领域的应用实践。

关键词：
5G

边缘计算

智慧安防

云原生

云边协同

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基于MEC的边缘CDN业务调度方案及测试分析

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200380

作者：刘云毅1，张蕾1，张建敏1，彭宁2，杨峰义1

作者单位：1.中国电信股份有限公司研究院 5G研发中心，北京102209；2.世纪龙信息网络有限责任公司，广东广州510630

摘要：多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing，MEC)通过将计算存储能力与业务服务能力向网络边缘迁移，使应用、服务和内容可以实现本地化部署，可以解决传统内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)中边缘节点无法下沉到移动网络中的痛点问题。但是，CDN节点下沉到网络边缘后，CDN需要网络和终端辅助业务识别用户位置，实现边缘业务分流。提出了一种基于MEC的边缘CDN业务调度方案，测试结果表明，所提方案可以极大地降低首包时延并提高下载速率，明显改善用户的业务体验。

关键词：
多接入边缘计算

内容分发网络

业务调度

测试分析

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面向VR探视业务的5G SA医疗专网方案研究

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200168

作者：黄山松1，2，翟运开1，2，3

作者单位：1.互联网医疗系统与应用国家工程实验室，河南郑州450052；2.郑州大学第一附属医院，河南郑州 450052； 3.郑州大学管理工程学院，河南郑州450052

摘要： 5G技术的开发有助于医疗行业在远程应用中加速发展，远程会诊、远程诊断、远程急救、远程手术等业务也随之逐渐趋于成熟。视频业务作为5G三大应用场景的主要业务之一，通过高分辨率、高帧率视频的快速传输，为开发医疗技术、优化诊断结果、提高医疗效率提供了基础。其中，虚拟现实（VR）是5G视频业务的重要领域，可有效地与医疗结合，实现院内院外VR直播和VR探视等功能。但是VR对承载网要求较高，传统4G网络构架带宽和时延均无法达到医疗领域中VR数据传输要求。以VR探视为例，提出基于5G SA智慧医疗专网的承载网方案，运用Flex-E弹性切片技术将医疗资源与公共资源隔离，确保VR数据的高效传输，同时加入边缘计算和基于云的VR技术增强VR场景的切片方案，为VR应用在医疗业务数据传输中提供快速稳定的网络方案。

关键词：
智慧医疗

远程医疗

VR探视

5G切片网络

VR直播

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综述与评论

大功率IGBT器件内部载流子控制方法综述

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200085

作者：邹密1，马奎2

作者单位：1.贵州大学大数据与信息工程学院，贵州贵阳550025； 2.贵州省微纳电子与软件技术重点实验室，贵州贵阳550025

摘要：绝缘栅双极晶体管(IGBT)的内部载流子控制方法对器件的导通状态电压降、关断损耗、SOA、热可靠性和瞬态稳定性等器件性能至关重要。已经报道的许多载流子控制方法都侧重于发射极(或阴极)、集电极(或阳极)和漂移区的设计。重点介绍了当前和未来几代IGBT的载流子控制方法。回顾发射极、集电极和漂移区的设计如何影响正向压降和关断能量损耗之间的权衡。最后，总结展望未来大功率IGBT器件内部载流子控制方法的发展趋势。

关键词：
绝缘栅双极晶体管

载流子控制方法

器件性能

关断损耗

导通压降

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人工智能

基于上下文特征与单类支持向量机的人脸活体检测

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191346

作者：闫龙，胡晓鹏

作者单位：西南交通大学信息科学技术学院，四川成都611756

摘要：非法入侵者通过伪装人脸欺骗识别系统，给人脸识别应用带来严重威胁。现有人脸活体检测方法多为在同一数据集内进行训练和测试，当应用在跨数据集场景中时效果并不理想。针对这一问题，提出了利用HOG等算法对上下文环境中的线索信息进行提取，提取出来的特征送入单类支持向量机进行训练、分类。将分类结果与上下文环境中异常线索的探测结果相结合。算法在公开的数据集NUAA和CASIA-FASD上进行了验证，实验结果表明在跨数据集检测时该算法的泛化能力及检测准确率较已存在算法有所提高。

关键词：
人脸活体检测

上下文特征

单类支持向量机

跨数据集

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基于HybridDL模型的文本相似度检测方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191257

作者：肖晗1，毛雪松1，朱泽德2

作者单位：1.武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081； 2.中科院合肥技术创新工程院，安徽合肥230031

摘要：为了提高文本相似度检测算法的准确度，提出一种结合潜在狄利克雷分布(Latent Dirichlet Allocation，LDA)与Doc2Vec模型的文本相似度检测方法，并把该算法得到的模型命名为HybridDL模型。该算法通过Doc2Vec对文档训练得到文档向量，再利用LDA模型得到文档主题与各个主题下特征词出现的概率，对文档中各主题及特征词计算概率加权和，映射到Doc2Vec文档向量中。实验结果表明，新算法模型比传统的Doc2Vec模型对相似文本的判断更加敏感，在文本相似度检测上具有更高的准确度。

关键词：
Doc2Vec

潜在狄利克雷分布

文本表示

文本相似度

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微电子技术

一种高效率的ACBC-C三级运放的设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191370

作者：和雨，肖知明，王宇，胡伟波

作者单位：南开大学电子信息与光学工程学院，天津300350

摘要：采用TSMC 180 nm的CMOS工艺，设计实现了一个具有高效率、大的电容负载驱动能力的三级运算放大器。提出了一种基于共源共栅密勒补偿(Cascode Miller Compensation，CMC)和交流升压补偿(AC Boosting Compensation，ACBC)的ACBC-C补偿结构，其中，ACBC通过增加一条交流通路的方式提高了GBW以及电容驱动能力。输出级采用AB类结构以实现高效率。CMC可以适应AB类输出级结构，在保证线性度的同时实现效率最大化，并且消除密勒电容带来的零点，更好地对稳定性进行补偿。电路仿真结果表明：当设定相位裕度下限为45°时，最大可承受负载电容约为3 100 pF；当在输出端接1 000 Ω负载电阻时，电路效率为95.299%。

关键词：
电容负载驱动能力

AB类输出级

交流升压补偿

共源共栅密勒补偿

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基于STT-MRAM的位逻辑运算方案及灵敏放大器设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200097

作者：陆楠楠，王少昊，黄继伟

作者单位：福州大学物理与信息工程学院，福建福州350108

摘要：基于1T1MTJ的自旋转移矩-磁随机存储器(STT-MRAM)提出了一种改进型存内位逻辑计算方案。该方案通过精简2T2MTJ存内位逻辑运算方案提升了存储阵列密度，通过互补型读出电路增加了“与非”和“或非”的运算功能。此外，还通过增加支路电压稳定电路的方法，提出了一种适用于上述方案的改进型高速灵敏放大器。基于中芯国际55 nm LL逻辑工艺的仿真结果表明，相较于传统的灵敏放大器，该方案不仅读取速度提升了33%，在适配大型存储阵列(CB≥0.8 pF)时还拥有更强的读取能力与更优的功率积(PDP)。

关键词：
自旋转移矩-磁随机存储器STT-MRAM

位逻辑运算

高速

灵敏放大器

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基于InP HBT工艺的50 Gb/s 1:4量化降速电路

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200006

作者：周浩1，2，张有涛1，2，3

作者单位：1.南京电子器件研究所，江苏南京210016；2.南京国博电子有限公司，江苏南京210016； 3.微波毫米波单片集成和模块电路重点实验室，江苏南京210016

摘要：基于南京电子器件研究所的0.7 μm InP HBT工艺设计了一种数据转换速率达到50 Gb/s的1:4量化降速芯片。该芯片同时将前端高速高灵敏度比较器与一个1:4分接器集成到单芯片中，能够直接一次性实现对2～18 GHz带宽的模拟输入信号的可靠接收和降速处理，输入信号灵敏度在芯片最高工作速率下达到1 mV，工作电压3.3 V，芯片功耗1.5 W，最高数据转换速率达到50 Gb/s，输出数据信号与时钟信号幅值均达到200 mV。

关键词：
高速电路

比较器

分接器

树型结构

InPHBT

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基于全物理模型的模块级SRAM的SEU仿真方法

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200002

作者：彭惠薪，刘琳，郑宏超，于春青

作者单位：北京微电子技术研究所，北京100076

摘要：随着科学技术的发展和工艺尺寸的降低，单元器件的尺寸逐渐减小，使得单粒子电荷共享和单粒子翻转等效应日益严重，增加了抗辐射加固模块级SRAM设计难度，因此需要一套更为完备的仿真方法对模块级SRAM的单粒子效应敏感性进行预估，为电路加固设计提供依据和建议。基于模块级SRAM的单元结构和电路版图，利用Cogenda软件构建了模块级SRAM单粒子翻转效应仿真方法，对其敏感性进行分析，获得其单粒子翻转LET阈值，并与重离子实验结果进行对比，仿真误差为13.3%。

关键词：
存储器

单粒子翻转

抗辐照

敏感性分析

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测控技术与仪器仪表

基于BP神经网络的超声测流量系统精度提升

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190975

作者：刘涛，王红亮

作者单位：中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051

摘要：基于超声波测流量的时差法测量原理，分析了换能器凹凸安装和安装位置偏差引起的测量误差，建立了测流量的系统模型，提出了基于BP神经网络的流量计算方法以补偿测量误差。以Senscomp Tao2008超声波探头为例，在基于神经网络算法设计的系统软硬件中测量流量。从探头安装位置偏差、凹凸安装以及不同流速等方面进行分析，实验结果表明，神经网络比传统的权重系统拥有更强的非线性补偿能力。

关键词：
神经网络

超声波

测流量

影响因素

精度

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基于机器双目视觉的奶牛体尺参数的测量应用

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190952

作者：张晨光1，雷金辉1，陈焰1，张矿伟2

作者单位：1.昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500； 2.玉溪师范学院物理与电子工程学院，云南玉溪653100

摘要：为解决奶牛养殖过程中人工测量奶牛体尺的繁琐的问题，减少投入的人力、工作量以及奶牛的应激反应，提出一种基于机器双目视觉无应激反应奶牛体尺数据的测量方法。该方法主要包括摄像机的标定、图像的获取、图像的预处理、奶牛外部轮廓的提取，通过SIFT算法进行奶牛特征点的匹配，通过计算得到的匹配点三维坐标可计算出奶牛的体尺数。实验对20头奶牛进行图片采集，奶牛体尺的平均误差小于1.21%。机器视觉技术应用于奶牛畜牧养殖领域，加快了实现奶牛的精细化饲喂养殖。

关键词：
牛体尺参数

视觉测量

摄像机标定

轮廓提取

特征点匹配

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基于数据挖掘的多功能OBD车载终端系统设计

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191103

作者：宋冬冬1，王楠2，田树耀1，刘付勇2

作者单位：1.河北科技师范学院机电工程学院，河北秦皇岛066004；2.秦皇岛九然清洁能源科技有限公司，河北秦皇岛066004

摘要： BD车载终端可实现对车辆运行信息的捕获，进而实现对车、人、环境三方面的状态监测。针对目前OBD产品功能单一的现状，设计并开发了一套多功能OBD车载终端设备。硬件平台基于英飞凌公司的XMC4500系列32位高性能处理器，配备了4G通信模块及WiFi模块，实现了车辆数据上传与无线网络环境覆盖。搭载了MPU-9250陀螺仪，实现对车辆的9轴运动检测，支持SDHC大容量数据的读写操作。为了增强用户的体验，增加了数字FM音频模块及胎压监测模块，可提高用户的驾驶感受。该设计可实现对车辆发动机参数的采集与上传，通过上位机平台对数据的算法计算，能够对驾驶行为及UBI保险业务提供参考依据。

关键词：
OBD

车载终端

数据挖掘

WiFi

监测平台

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一种准确测量温湿度的光纤Bragg光栅传感器

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191411

作者：巫涛江1，2，3，赵雅1，2，4，赵杰1，2，李玉洁1，2，马利3，赵明富3

作者单位：1.电梯智能运维重庆市高校工程中心，重庆402260；2.重庆能源职业学院，重庆402260； 3.重庆理工大学，重庆400054；4.重庆第二师范学院，重庆400065

摘要：为了准确测量电梯轿厢内温湿度变化信息，研制了一种结构简单的光纤Bragg光栅(FBG)温湿度传感器。传感器由光栅长度为20 mm的FBG构成，其中光栅长度为12 mm的区域采用湿腐蚀法腐蚀至7.8 μm，并在其表面涂覆聚酰亚胺湿敏材料，用于响应湿度变化信息；未被腐蚀的8 mm光栅用于响应温度变化信息。实验研究了光纤腐蚀区域和未腐蚀区域对温湿度的响应特性，湿敏膜涂覆厚度对光栅腐蚀区湿度响应特性的影响，湿敏涂覆后光栅腐蚀区对温度的响应特性，以及传感器对变温变湿环境的响应特性。实验结果表明：当湿敏膜厚度为80 μm时，光栅腐蚀区对湿度的响应灵敏度为17.1 pm/(%RH)；未腐蚀区域对温度的响应灵敏度为9.9 pm/℃；变温(30~70 ℃)变湿(20~90%RH)环境测试时，传感器能准确测量温度及湿度。

关键词：
温湿度

聚酰亚胺

光纤Bragg光栅

准确测量

灵敏度

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计算机技术与应用

云萤火虫算法改进二维Tsallis熵的医学图像分割

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191116

作者：徐浩1，王霜2

作者单位：1.温州医科大学附属眼视光医院，浙江温州325000；2.西安科技大学，陕西西安710054

摘要：为提高医学图像分割的效果，针对二维Tsallis熵阈值法图像分割效果受参数q选择的影响，提出一种基于云模型萤火虫算法优化二维Tsallis熵的医学图像分割算法。首先，将云模型引入萤火虫算法，提高萤火虫算法的收敛速度和寻优能力；其次，选择均匀性测度作为医学图像分割的评价指标，运用CMFA算法对二维Tsallis熵阈值法参数q进行自适应寻优。研究结果表明，与FA-Tsallis和Tsallis相比较，CMFA-Tsallis的均匀性测度最高，分割出来的结果边界清晰，从而证明本算法的有效性。

关键词：
医学图像

图像分割

Tsallis熵

萤火虫算法

云模型

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机器人无标定视觉伺服系统设计与实现

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191114

作者：彭叶予光1，武东杰2

作者单位：1.厦门双瑞船舶涂料有限公司，福建厦门361101；2.厦门大学航空航天学院，福建厦门361102

摘要：为了实现手眼关系无标定情况下的机械臂末端定位，针对单目手眼系统，设计并实现了一个基于图像的无标定视觉伺服系统。进行模块化的系统设计，使用卡尔曼滤波器在线估计关节-图像雅可比矩阵，根据关节-图像速度数学模型设计图像视觉伺服控制器，利用C++多线程技术开发各个并行算法模块，实现了在手眼关系完全无标定情况下机械臂末端的高精度定位。实验表明，该系统的定位精度为0.1像素。

关键词：
无标定视觉伺服

关节空间

卡尔曼滤波

机械臂末端定位

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基于灰色BP-NN优化组合的PM2.5预测

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191101

作者：黄鹰1，史爱武2，陈占龙1，张威1

作者单位：1.中国地质大学(武汉) 地理与信息工程学院，湖北武汉430070；2.武汉纺织大学计算机学院，湖北武汉430070

摘要：针对传统的BP神经网络模型无法有效表达时间序列数据中存在的历史特征的缺陷，提出利用灰色预测原理具备发现事物历史变化规律性的优势来解决BP神经网络预测模型的这一弱点，最后得到的灰色BP-NN优化组合模型具备了更高的预测精度。实验采用中国气象站2018年1月至2月北京市10个监测点的PM2.5质量浓度及其对应的每小时的空气污染物浓度、气象因子建立神经网络预测模型，并采用灰色预测算法对神经网络模型进行改进，改进后的结果为：在系统误差上有了较大的降低，同时预测结果与实测结果之间的拟合程度更好。

关键词：
空气污染

PM2.5浓度预测

气象因子

神经网络

灰色预测算法

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信号处理

基于开源仿真器的蜂窝V2X的性能分析

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200216

作者：谭安祖1，余曼1，翁文勇2，戴美权1，陈达1，余泽1

作者单位：1.温州医科大学附属眼视光医院信息管理处，浙江温州325000； 2.浙江大学城市学院计算机与计算科学学院，浙江杭州310000

摘要：仅通过车辆传感器在高速公路上实现自动驾驶是可能的，但是在复杂的城市环境中实现自动驾驶仍存在挑战。而蜂窝车联网(Cellular-Vehicle to Everything，C-V2X)是应对此挑战的有效技术，其也引起了广泛关注。然而，目前C-V2X模式4没有开源的仿真软件。为此，基于离散事件网络仿真软件NS-3，提出开源的C-V2X模式4的仿真软件。构建了最拥塞的场景和基于微交通仿真器SUMO产生的城市Manhattan网格场景，进而分析仿真器的性能。同时，分析了资源分配间隔和资源重选率对数据包接收率的影响。

关键词：
蜂窝车联网

5G

车载通信

仿真器

开源

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基于频谱的机场周边宽带电磁干扰源识别

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191418

作者：周涛1，朱峰2，林川2，唐晋生1

作者单位：1.西南交通大学物理科学与技术学院，四川成都611756；2.西南交通大学电气工程学院，四川成都611756

摘要：为了识别机场周边电磁干扰源，对多种干扰进行频谱数据采集，基于干扰源物理特性，进行人工特征提取，选取包络峰值、频谱能量、变异系数组合成识别特征集。使用熵值法衡量特征集的离散度，突出类内特征值集中、类间差异大的特征值点，赋权得到一个双加权的特征模板。将每个特征模板映射为高维空间的一个点，计算模板点与测试点的欧式距离，使用均值方差法进行阈值划分，用模板匹配的方法进行模式识别。实验结果说明此方法性能稳定，且快速高效，对机场周边的宽带电磁干扰源识别率高，具有较高的实用价值。

关键词：
电磁干扰

人工特征提取

模板匹配

干扰源识别

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嵌入式技术

以柔性导电碳布为电极基底的无酶葡萄糖检测系统

DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191422

作者：路瑶，王文廉

作者单位：中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051

摘要：为了实现人体葡萄糖的自我监测，设计了以MSP430单片机为控制核心的葡萄糖检测系统。以导电碳布为基底，构建了柔性葡萄糖传感电极，以贴合人体皮肤；电极上负载聚苯胺和纳米金，代替葡萄糖氧化酶增加了电极的稳定性和灵敏度；上位机使用智能手机应用程序，可随时读取人体葡萄糖指数。结果表明，该系统表现出优秀的测量电流的响应，葡萄糖的检测范围为0.5 mM~1.5 mM，相关系数R2为0.995 4，可完成人体的葡萄糖检测。