[發(fā)明專利]5G認(rèn)知微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的頻譜決策方法

有效

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• 申請日: 2016-05-26
• 公開（公告）號: CN107438250B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈良;徐煜華;趙倩;徐一惟;李利旺
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04B17/382
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發(fā)明提出一種5G認(rèn)知微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的頻譜決策方法，控制中心根據(jù)認(rèn)知用戶的位置給每個(gè)認(rèn)知用戶反饋回其鄰居認(rèn)知用戶總數(shù)L_n；活躍認(rèn)知用戶根據(jù)混合策略從當(dāng)前可用行動策略空間中選擇一個(gè)信道感知次序進(jìn)行感知，并接入第一個(gè)感知到的空閑信道；認(rèn)知用戶向控制中心返回其數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，控制中心根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)更新認(rèn)知用戶的混合策略；感知信道時(shí)，只感知前L_n個(gè)信道。本發(fā)明降低了不同微蜂窩用戶之間的干擾、提高了用戶通信效率、提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域中的認(rèn)知無線電技術(shù)，具體涉及利用博弈論和隨機(jī)在線學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)5G認(rèn)知微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的分布式頻譜決策方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前，無線移動接入已經(jīng)逐漸成為最主要的通信方式。傳統(tǒng)上主要依托于有線固定接入的電子銀行、網(wǎng)上購物和電子醫(yī)療等應(yīng)用已開始呈現(xiàn)移動化的特點(diǎn)；隨著用戶終端處理能力增強(qiáng)和無線業(yè)務(wù)日益豐富，無線接入需承載的業(yè)務(wù)量將急劇增加。據(jù)預(yù)測，無線通信業(yè)務(wù)量將在未來十年內(nèi)增長1000倍。而傳統(tǒng)的宏蜂窩技術(shù)已經(jīng)無法滿足高速無線接入的愿景，所以如何解決現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)中快速增長的業(yè)務(wù)量需求與頻譜資源匱乏之間的矛盾成為進(jìn)一步推動無線通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

為了解決移動通信面臨的頻譜匱乏問題，第5代移動通信(5G)應(yīng)運(yùn)而生，而5G中的微蜂窩技術(shù)被認(rèn)為是能夠大幅度提高無線網(wǎng)絡(luò)中通信業(yè)務(wù)量的關(guān)鍵技術(shù)之一。微蜂窩技術(shù)的基本原理是大量低功耗、小覆蓋范圍的微基站被布設(shè)在傳統(tǒng)宏蜂窩基站覆蓋范圍內(nèi)，尤其是在業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域(如機(jī)場、商場、辦公大樓等)，實(shí)現(xiàn)宏蜂窩基站的高速率業(yè)務(wù)分流，從而提高宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率和容量。此外，得益于認(rèn)知無線電技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)會頻譜接入被廣發(fā)認(rèn)為是解決頻譜稀缺問題最直接有效的手段。所以，有研究人員在微蜂窩技術(shù)中融合機(jī)會頻譜接入方法解決5G微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻譜決策問題，而該技術(shù)則被稱之為認(rèn)知微蜂窩技術(shù)，即認(rèn)知微蜂窩可以通過感知機(jī)會地接入可用信道。

由于微蜂窩網(wǎng)絡(luò)的超密集組網(wǎng)和隨機(jī)部署特性，集中式網(wǎng)絡(luò)控制方法和靜態(tài)場景的頻譜決策方式都將不再適用。因而微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中自組織的重要性不言而喻，其中最關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)就是如何實(shí)現(xiàn)高效的分布式接入管理和分布式資源分配。在自組織網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知微蜂窩通過感知學(xué)習(xí)，調(diào)整自身接入行動策略，以達(dá)到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。基于上述考慮，博弈論被認(rèn)為是分析認(rèn)知微蜂窩策略間存在的相互影響的最佳數(shù)學(xué)工具。

近年來，微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的頻譜決策問題已漸漸得到了學(xué)術(shù)界的關(guān)注與研究。其中廣受關(guān)注的分布式頻譜決策方式包括基于非合作博弈的微蜂窩間的分布式干擾管理和基于合作博弈的微蜂窩間有信息交互的分布式干擾管理。上述兩種頻譜決策方法都通過設(shè)計(jì)合理的信道接入方法，避免距離較近的多個(gè)微蜂窩接入同一個(gè)信道，從而降低不同微蜂窩內(nèi)用戶之間的干擾。但是，這兩種方法都是假設(shè)用戶一直處于活躍狀態(tài)即時(shí)刻都有通信需求，而這不僅違背了實(shí)際通信場景，也在無形中造成了頻譜資源不必要的浪費(fèi)。此外，研究者還忽略了在認(rèn)知微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中機(jī)會頻譜接入決策中的一個(gè)關(guān)鍵問題，即信道接入之前的感知次序問題。雖然，近年來也有研究者關(guān)注了機(jī)會頻譜決策中的信道感知次序問題，但是他們的研究都無法運(yùn)用到具有超密集組網(wǎng)特性的認(rèn)知微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，二者都局限于小規(guī)模的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，不僅忽略了用戶的空間分布特性，而且當(dāng)信道數(shù)目過多，用戶逐一順序感知時(shí)必將造成時(shí)延的增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對5G認(rèn)知微蜂窩網(wǎng)絡(luò)中干擾控制、動態(tài)頻譜資源決策問題，提出一種基于博弈理論的信道感知次序的分布式頻譜決策方法，其在超密集組網(wǎng)條件下，綜合考慮認(rèn)知微蜂窩網(wǎng)絡(luò)的活躍性、空間分布特性以及在信道接入之前合理的感知次序問題，降低了不同微蜂窩用戶之間的干擾、提高了用戶通信效率、提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能