Journal of Zhejiang University

Current Issue: <FITEE>

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering (former title: Journal of Zhejiang University SCIENCE C (Computers & Electronics), 2010-2014)

ISSN 2095-9184 (print); ISSN 2095-9230 (online); CN 33-1389/TP; Monthly.

FITEE is an international peer-reviewed journal indexed by SCI-E, Ei Compendex, DBLP, IC, Scopus, JST, CSA, etc. It covers research in Electrical and Electronic Engineering, including Computer Science, Information Sciences, Control, Automation, Telecommunications, and related disciplines.

Impact factor: 0.308 (2011), 0.297 (2012), 0.380 (2013), 0.415 (2014), 0.392 (2015), 0.622 (2016), 0.910 (2017), 1.033 (2018), 1.604 (2019), 2.161 (2020), 2.526 (2021).

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering

ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online), monthly

2020 Vol.21 No.3 P.351-490

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Evolution and Innovation of Antenna Systems for Beyond 5G and 6G
(Guest Editor-in-Chief: Bao-yan DUAN)

Review Article: A look at field manipulation and antenna design using 3D transformation electromagnetics and 2D surface electromagnetics

Peng-fei Zhang, Yu-kai Yan, Ying Liu, Raj Mittra

DOI: 10.1631/FITEE.1900489 Downloaded: 1721 Clicked: 5273 Cited: 0 Commented: 0(p.351-365) <Full Text> <PPT> 1520

Chinese summary <35> 基于3D变换电磁学和2D表面电磁学的电磁场操控和天线设计

张鹏飞¹，闫玉凯¹，刘英¹，Raj MITTRA^2,3
¹西安电子科技大学电子工程学院，中国西安市，710071
²中佛罗里达大学电气工程与计算机科学系，美国佛罗里达奥兰多，32816
³阿卜杜勒阿齐兹国王大学电气与计算机工程系，沙特阿拉伯吉达，22254

摘要：尽管人们已经开发了针对不同类型天线的多种设计技术，如线天线、贴片天线、透镜天线以及反射面等，但尚未构建普适的框架技术—普适框架技术应可用于各种天线的综合与设计，使天线具有满足使用者特定需求的电气特性。近年来，5G通信及各种空天技术、国防应用、生物医疗和类似应用的快速发展，迫切需要天线设计技术的大幅提升。本文从场操控角度剖视天线设计技术，为这种框架性构建提供一个可能的思考，以期最终部分满足这种需求。首先，回顾现有操控技术，包括基于麦克斯韦方程和波动方程在内的场变换方法，指出这些技术的局限性，并提出改善性能的方法。其次，介绍一种基于2D超表面的场操控方法及其理论基础--广义反射和折射定律。进一步，探索如何利用2D超表面克服传统的由临界角严格限制的反射和折射局限性。最后，给出场操控方法在天线设计中的应用实例，以期引导人们发展面向未来通信天线设计的通用策略和方法。

关键词组：场操控；变换光学；天线设计；表面电磁学

Review Article: Mutual coupling reduction of multiple antenna systems

Jia-yin Guo, Feng Liu, Guo-dong Jing, Lu-yu Zhao, Ying-zeng Yin, Guan-long Huang

DOI: 10.1631/FITEE.1900490 Downloaded: 3905 Clicked: 6487 Cited: 0 Commented: 0(p.366-376) <Full Text> <PPT> 1578

Chinese summary <37> 多天线系统的互耦抑制

郭佳音¹，刘锋¹，荆国栋¹，赵鲁豫¹，尹应增¹，黄冠龙²
¹西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室，中国西安市，710071
²深圳大学信息工程学院，广东省移动终端微波毫米波天线工程技术研究中心，中国深圳市，518060

摘要：多频带多天线系统已成为移动通信系统发展的重要趋势。但是，由于空间较小，天线单元之间往往会发生较强互耦，从而损坏阵列天线的性能。因此，在多输入多输出（MIMO）天线系统中，人们一直追求在天线阵列小型化的基础上，实现较高的隔离度。本文深入研究天线单元间的去耦方法，分析互耦原因及耦合减少的优势。然后，比较分析近期提出的解耦方法。最后，提出由双层短截线组成的超表面结构，以改善沿H面和E面排列的天线的端口隔离。结果表明，所提超表面对紧密放置的天线阵列具有良好去耦效果。

关键词组：互耦；多输入多输出；天线阵列；超表面；去耦

Correspondence: A high-precision terahertz retrodirective antenna array with navigation signal at a different frequency

Zhong-bo Zhu, Wei-dong Hu, Tao Qin, Sheng Li, Xiao-jun Li, Jiang-jie Zeng, Xian-qi Lin, Leo P. Ligthart

DOI: 10.1631/FITEE.1900581 Downloaded: 1940 Clicked: 5021 Cited: 0 Commented: 0(p.377-383) <Full Text> <PPT> 1456

Chinese summary <33> 高精度太赫兹异频回溯天线阵列

朱忠博^1,2，胡伟东¹，秦涛³，李升²，李小军²，曾姜杰³，林先其³，Leo P. LIGTHART¹
¹北京理工大学毫米波与太赫兹技术北京市重点实验室，中国北京市，100081
²中国空间技术研究院西安分院空间微波技术重点实验室，中国西安市，710100
³电子科技大学电子科学与工程学院，中国成都市，611731

摘要：未来通信系统将工作于更高频率，并提供更高传输速率。频率提升将导致难以提供区域宽波束覆盖，因此灵活捷变的波束跟踪将成为技术发展的必然趋势。本文报道的太赫兹波束回溯天线阵列可为灵活捷变的波束跟踪提供良好解决方案。该天线阵列接收40 GHz的导频信号，回溯波束传输的信号是120 GHz。仿真结果表明文中所述具有三明治堆叠结构的天线阵列可成功实现入射波的回溯功能。天线辐射方向图显示该天线阵列在20°入射波条件下，其回溯波束在19.9°位置处，增益为23.87 dB，回溯方向相对误差仅为0.5%。这意味着在5 km传输距离下，水平误差仅为8.7 m。

关键词组：太赫兹；回溯天线阵列；太赫兹通信；共轭混频

Regular Papers

Review: Large-scale graph processing systems: a survey

Ning Liu, Dong-sheng Li, Yi-ming Zhang, Xiong-lve Li

DOI: 10.1631/FITEE.1900127 Downloaded: 5007 Clicked: 5005 Cited: 0 Commented: 0(p.384-404) <Full Text> <PPT> 1314

Chinese summary <37> 大规模图计算系统综述

刘苧，李东升，张一鸣，李雄略
国防科技大学并行与分布处理国防科技重点实验室，中国长沙市，410000

摘要：图是描述实体之间关系的一种重要数据结构。现实世界中许多应用领域非常依赖图数据。然而，由于图计算应用与传统应用的显著差异，利用通用平台处理图计算应用是低效的，这极大推动了专用图计算系统的研究。本综述系统地对图算法和图计算应用进行分类，将现有图计算系统划分为通用和专用系统，并详细总结。深入分析图计算系统的实现技术，包括编程模型、分区策略、通信模型、执行模型和容错机制。最后，分析图计算领域最新进展，并提出有待进一步研究的4个问题。

关键词组：图算法；图计算应用；图计算系统

A quantitative attribute-based benchmark methodology for single-target visual tracking

Wen-jing Kang, Chang Liu, Gong-liang Liu

DOI: 10.1631/FITEE.1900245 Downloaded: 1796 Clicked: 5287 Cited: 0 Commented: 0(p.405-421) <Full Text> <PPT> 1410

Chinese summary <30> 基于定量属性的单目标视觉跟踪算法评价体系研究

康文静¹，刘畅^1,2，刘功亮¹
¹哈尔滨工业大学信息科学与工程学院，中国威海市，264209
²南洋理工大学电气与电子工程学院，新加坡，639798

摘要：视觉跟踪是计算机视觉领域热门研究课题之一。近年来，很多先进跟踪算法和性能评价基准相继发布，并取得巨大成功。现有评价体系大多定位于衡量整体性能，无法通过针对性的详细论证评估跟踪器的优势和缺点，且很多常用评测指标缺乏令人信服的含义解释。本文从测试数据、测试方法、测试指标3方面深入分析跟踪评价体系的细节。首先，归纳整理了12个反映图像序列不同特性的帧间视觉属性，并首次定量给出其归一化公式。基于这些属性定义，提出两种新的测试方法，即基于相关性的测试和基于权重的测试，使评价体系能更直观、更清晰地评定跟踪器各方面性能。然后，将所提测试方法应用于著名的跟踪挑战赛，即Video Object Tracking (VOT) Challenge 2017。测试结果表明，在目标尺寸快速或剧烈变化时，跟踪器大多表现不佳，即使基于深度学习的先进跟踪器也未能很好解决这一问题。此外发现，中心位置差错（center location error，CLE）性能指标虽未考虑到目标尺度，在实际测试中仍对目标尺寸变化很敏感。

关键词组：视觉跟踪；性能评价；视觉属性；计算机视觉

Learning embeddings of a heterogeneous behavior network for potential behavior prediction

Yue-yang Wang, Wei-hao Jiang, Shi-liang Pu, Yue-ting Zhuang

DOI: 10.1631/FITEE.1800493 Downloaded: 2140 Clicked: 5298 Cited: 0 Commented: 0(p.422-435) <Full Text> <PPT> 1310

Chinese summary <32> 面向潜在行为预测的异构行为网络嵌入学习

王悦阳^1,2，姜伟浩³，蒲世亮³，庄越挺¹
¹浙江大学计算机科学与技术学院，中国杭州市，310027
²重庆大学大数据与软件学院，中国重庆市，401331
³海康威视研究院，中国杭州市，310051

摘要：潜在行为预测即理解特定群体潜在的人类行为，可辅助组织做出战略决策。信息技术的进步使获取人类行为的庞大数据成为可能。本文将真实场景中获取的人类行为数据构建成信息网络；该信息网络由2种对象（人和动作）和3种关系（人–人、人–动作和动作–动作）组成，称作异构行为网络（HBN）。为充分利用异构行为网络的丰富性和异构性，提出一种网络嵌入方法，称作人–行为–属性感知的异构网络嵌入（a⁴HNE）；该方法综合考虑网络结构邻近性、节点属性相似性和异构性融合。在两个真实数据集上的实验结果表明，该方法在各种异构信息网络挖掘任务中的潜在行为预测性能优于其他同类方法。

关键词组：网络嵌入；表示学习；人类行为；社交网络；异构信息网络；属性

EncyCatalogRec: catalog recommendation for encyclopedia article completion

Wei-ming Lu, Jia-hui Liu, Wei Xu, Peng Wang, Bao-gang Wei

DOI: 10.1631/FITEE.1800363 Downloaded: 2158 Clicked: 4931 Cited: 0 Commented: 0(p.436-447) <Full Text> <PPT> 1440

Chinese summary <31> EncyCatalogRec：针对百科文章补全的目录推荐

鲁伟明，刘佳卉，徐玮，王鹏，魏宝刚
浙江大学计算机科学与技术学院，中国杭州市，310027

摘要：目前，在线百科（如维基百科等）已提供海量且主题多样的文章。然而，部分文章内容仍不够完善。本文提出EncyCatalogRec，一种能为百科文章推荐相关目录，从而帮助用户更好完善百科内容的系统。首先，将百科文章和目录项表达为内嵌向量，基于局部敏感哈希方法检索得到相关文章，并以这些文章的目录项为候选项；然后，基于检索得到的文章及其目录项构建关系图，进一步转为乘积图；在乘积图上，将目录推荐问题转为直推式学习问题；最后，基于学习排序算法对推荐得到的目录项排序。热启动和冷启动场景实验均证实，本文所提方法性能优于已有方法。最后通过示例验证了所提方法性能。

关键词组：目录推荐；百科文章补全；乘积图；直推式学习

Efficient keyword search over graph-structured data based on minimal covered r-cliques

Asieh Ghanbarpour, Khashayar Niknafs, Hassan Naderi

DOI: 10.1631/FITEE.1800133 Downloaded: 2231 Clicked: 6009 Cited: 0 Commented: 0(p.448-464) <Full Text> <PPT> 1339

Chinese summary <30> 基于r-子团最小覆盖的图结构数据高效关键字搜索

Asieh GHANBARPOUR^1,2, Khashayar NIKNAFS¹, Hassan NADERI¹
¹伊朗科技大学计算机工程学院，伊朗德黑兰，13114-16846
²锡斯坦-俾路支斯坦大学计算机工程系，伊朗扎黑丹，98167-45845

摘要：对图结构数据的查询，关键字搜索是结构化查询语言的一种替代方式。关键字查询的结果是图结构数据上一个连接的结构，其覆盖所有或部分关键字。文本覆盖率和结构紧凑性是评价关键字查询结果是否相关的两个主要属性。以往研究通过排序函数对比所有候选结果的上述属性。但是，该过程耗时长，不符合人们在交互系统中短时得到返回结果的需求。近期研究通过在搜索过程中限制搜素结果的结构形状并考察其覆盖率和紧凑性来解决上述问题。然而，这些方法仍无法解决检索结果中存在冗余节点的问题。本文针对关键字查询结果提出基于r-子团最小覆盖（minimal covered r-clique,MCC_r）的概念，作为现有定义的扩展模型，并给出高效算法以检测给定查询的MCC_r。这些算法的优势在于不仅可以检索出某个关键字查询的全部非重复MCCr，还可以分布式方式执行。此外，提出这些算法的近似版本，以多项式时间复杂度检索最高的k个近似MCC_r。论文表明近似算法可基于成对近似排序检索出结果。基于两个真实数据集的大量实验验证了所提算法的效率和有效性。

关键词组：关键字搜索；图挖掘；信息检索；数据库；子团

An effective approach for low-complexity maximum likelihood based automatic modulation classification of STBC-MIMO systems

Maqsood H. SHAH; Xiao-yu DANG

DOI: 10.1631/FITEE.1800306 Downloaded: 2393 Clicked: 6446 Cited: 0 Commented: 0(p.465-475) <Full Text> <PPT> 1401

Chinese summary <31> 基于低复杂度最大似然的STBC-MIMO系统高效调制识别方法

Maqsood H.SHAH，党小宇
南京航空航天大学电子信息工程学院，中国南京市，211106

摘要：针对正交空时块编码的多输入多输出系统（STBC-MIMO），提出一种基于低复杂度似然比的自动调制识别方法。使用迫零均衡技术修正平均似然比检验函数（ALRT）。与目前MIMO系统调制识别中使用的ALRT相比，本文提出的检验函数具有较低计算复杂度。在接收机具有非理想信道状态信息的条件下，对提出的方法在盲信道场景中进行分析。同时对不同天线数目的场景进行性能分析，利用Alamouti-STBC系统（2×2与2×1）和空时发射分集（4×4）的不同发射和接收天线配置验证本文所提方法，其中一些常用的调制方式被用作调制测试池。以正确识别率为指标，采用蒙特卡罗仿真法评价本文方法。仿真结果表明，该方法在低信噪比下有较好分类精度，在信道状态信息估计误差方差大的情况下有较好稳健性。

关键词组：多输入多输出；空时块编码；最大似然；自动调制识别；迫零均衡

Non-iterative parameter estimation of the 2R-1C model suitable for low-cost embedded hardware

Mitar Simić, Zdenka Babić, Vladimir Risojević, Goran M. Stojanović

DOI: 10.1631/FITEE.1900112 Downloaded: 2150 Clicked: 5411 Cited: 0 Commented: 0(p.476-490) <Full Text> <PPT> 1227

Chinese summary <28> 适于低成本嵌入式硬件的2R-1C模型非迭代参数估计

Mitar SIMIĆ¹, Zdenka BABIĆ¹, Vladimir RISOJEVIĆ¹, Goran M. STOJANOVIĆ²
¹巴尼亚卢卡大学电气工程学院，波黑巴尼亚卢卡，78000
²诺维萨德大学技术科学学院，塞尔维亚共和国诺维萨德，21000

摘要：2R-1C模型的参数估计常运用需要高性能处理单元的迭代方法，从而激励我们研究更省时且更节能的参数估计方法。这些低复杂度的算法将更适于便携式微机设备的运行。本文提出二次插值非迭代参数估计方法（QINIPE）；该方法基于测量阻抗虚部的二次插值，能够更精确地估计特征频率。运用一组封闭表达式从测量阻抗的实部和虚部计算2R-1C模型的参数。对仿真和测量获得的模型阻抗数据作对比分析；结果表明，相较于我们早前提出的非迭代参数估计方法（NIPE），QINIPE能减少80%测量点，且所有估计参数的相对估计误差低于1%。两种非迭代方法均基于一个微机设备实施；检测了估计精度、RAM、闪存使用以及运行时间。实验结果表明，相较于NIPE，QINIPE轻微增加了0.576ms运行时间（约6.7%），且需要多24%（1.2KB）闪存及多2.4%（32字节）RAM。然而，QINIPE的阻抗均方根误差分别降低至NIPE对应的42.8%（实部）和64.5%（虚部）。此外，比较了QINIPE和复杂非线性最小二乘法（CNLS）对2R-1C模型参数的估计。结果表明，虽然QINIPE估计精度稍低于CNLS，其依然适合许多实际应用，且运行时间降至原来的1/45至1/30。

关键词组：2R-1C模型；嵌入式系统；参数估计；非迭代方法；二次型