[發明專利]一種基于物理層干擾信息的多信道分配優化方法

有效

• 申請號: 201110292024.5
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN102300318A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 王璐;伍楷舜;韓隸;倪明選
• 申請（專利權）人: 廣州市香港科大霍英東研究院
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W84/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于物理層干擾信息的多信道分配優化方法，即利用自適應學習模型來優化分布式無線局域網多信道資源分配的方法。該方法可以實現非協作式的多信道自適應分配功能。本發明屬于無線通信技術領域。

背景技術

博弈論作為一種策略分析方法，近年來被廣泛應用于分布式無線局域網。如碼分多址(Code?Division?Multiple?Access，CDMA)網絡中的上行鏈路功率控制，以及協作通信網絡中的資源（功率、帶寬）分配。在博弈論中，通常假定每個用戶都是一個理性的決策者，也就是說，每個用戶都是以其自身效用最大化作為目標來選擇決策行為。在這種情況下，如果每個用戶無法控制其它用戶的決策行為，在其進行決策的過程中不考慮其它用戶的影響，那么我們把用戶的這種行為稱作非合作性，這種博弈稱為非合作博弈。由于這種非合作性是通信網絡中用戶所具有的一種普遍行為，因此非合作博弈被廣泛用于分析通信網絡中的資源分配問題。在非合作博弈問題中，每個用戶都在追求自身效用的最大化，而不考慮其它用戶。而在分布式分配過程中，每個用戶的信息是不完全的，要通過歷史經驗學習最優策略。

隨著正交頻分復用多址接入(OFDMA，Orthogonal?Frequency?Division?Multiple?Access)技術的廣泛應用，寬帶資源越來越細化，承載的數據率越來越高，使得多載波和多信道傳輸成為必然趨勢。OFDMA是一種結合時域和頻域多路存取的調制方式，時域上分為若干時隙，頻域上分為若干子載波，節點在同步定時的基礎上，在不同時隙使用不同子載波進行傳輸。在分布式無線局域網中，傳統的多信道分配方式需要消耗大量協調信息，包括節點間的信道分配協調和發送接收端傳輸協調，而且通常都會設定一條公共控制信道，用來進行控制幀的交互，并通過交互選擇合適的數據信道用來傳輸數據。因此，將博弈論模型引入分布式無線局域網的多信道分配問題具有很高的實際意義。當節點通過自適應的方式選擇信道，可以極大地避免通信資源的浪費。

通常，引入博弈論的無線網絡的介質訪問控制子層協議（MAC，Media?Access?Control）把各個自治節點的動態操作映射成博弈游戲中的每個成員進行分析，而信道分配問題就可以建模成一個博弈的輸出。其數學描述的一般形式如下所示：

Γ=?{N,?{Si}i∈N,{Ui}i∈N}

其中N是博弈者的集合，Si是博弈者i的策略集，定義S=∪?Si，i∈N?為策略空間，則Ui:S→R?是效益函數集。對于博弈Γ中的每一個博弈者i，效益函數Ui是博弈者i選擇的策略Si和其對手策略S-i的函數。由于各博弈者均獨立決策并且受到其它博弈者決策的影響，進行博弈結果分析的一個關鍵問題是判斷信道選擇算法是否存在收斂點，這個收斂點對于任何用戶都不會產生偏移，即納什均衡。

本發明可以在不損耗原有通信帶寬的情況下，令分布式網絡節點自適應學習信道分配，減少沖突，增大整體的信道使用率。

經檢索發現，以往解決分布式節點多信道分配問題的方法可以概括為三個方面：專用控制信道、專用控制時隙和跳頻技術。專用控制信道即指定了單獨的某一個信道為分布式節點爭用信道，而專用控制時隙在數據傳輸之前為分布式節點指定了統一時隙和統一信道進行競爭。以上兩種方式的專用信道和專用時隙并不能很好地解決分布式節點的多信道分配問題。在負載少時容易造成資源浪費，而負載多時容易造成競爭瓶頸。調頻技術令分布式節點服從統一的信道轉換規律。節點在每個時隙的開始進行轉換，轉換完畢開始進行信道爭用。獲得傳輸權的節點留在該信道傳輸數據，而其他節點轉換到下一個信道繼續競爭。調頻技術可以在一定程度解決專用控制信道或時隙的瓶頸問題，但是信道轉換時間容易造成浪費，因此也不能很好解決分布式網絡的多信道分配問題。

申請號為201110054796.5，申請日為2011年3月8日的國內發明專利申請公開了一種多射頻多信道無線網狀網中適合機會路由的信道分配方法。該方法采用公共信道分配方式和基于流的信道選擇算法收集當前鄰居范圍內的信道干擾狀況，然后為每條新加入的流選擇使路徑干擾最小的信道，以達到信道資源負載均衡和最大化吞吐量的目的。該方法仍未解決當節點過多使得公共控制信道趨于飽和的時候，所有的協商都無法順利進行的問題。而本發明所述基于物理層干擾信息的多信道分配優化方法采用子載波編碼技術，使接收方能夠在多個信道上檢測信號，提高多節點之間同步效率，大幅提高網絡的吞吐量。