导读
我院张子天老师课题组于2023年4月在国际期刊IEEE Transactions on Vehicular Technology(Q1,IF: 6.8)发表题为“Fair and Efficiency Coexistence Between NR-U and WiGig Networks Enabled by a Matching-Based Framework With Forbidden Pairs”的研究性论文。
针对快速增长的业务需求,基于毫米波通信的移动蜂窝网络被广泛认为是下一代移动网络的关键性技术。然而,由于工作于相同的非授权波段,毫米波蜂窝接入网可能会与WiGig网络产生严重的相互干扰,从而降低两者的服务质量与传输性能。如何联合管理移动蜂窝网络业务传输工作信道与波束方向,降低移动蜂窝网络与WiGig网络相互干扰并提升两类网络的系统表现,目前是国内外研究的一大热点方向。
本研究围绕毫米波通信移动接入网与WiGig网络共存场景,研究了在保障两类网络数据传输公平性前提下,以最大化移动接入网数据传输吞吐量为目标的移动接入网业务传输工作信道选择与波束方向管理联合优化问题。研究工作将该联合优化问题刻画为一类整数非线性规划问题并进一步将整数非线性规划问题转换为等效的多对一匹配博弈问题。针对多对一匹配博弈问题,研究工作提出一种新颖的半分布式并发匹配接入网业务传输工作信道选择与波束方向管理联合优化问题求解算法。算法通过禁止对策略有效降低高相关链路间的相互干扰。利用真实移动网络和WiGig网络参数,研究工作对所提算法性能进行了大量仿真验证。实验结果表明,针对不同系统场景,所提半分布式并发匹配算法具有较快的收敛速度。此外,当达到收敛状态后,算法可以在保障WiGig网络干扰强调低于阈值的前提下有效提升移动接入网吞吐量表现。
研究亮点
率先研究了毫米波通信接入网与WiGig共存系统中特有的频谱资源与链路波束联合管理问题。将原始问题转换为等效的多对一匹配博弈问题,提出新颖的半分布式并发匹配求解算法,并通过禁止对策略有效降低高相关链路间的干扰。
图1 移动接入网与WiGig网络共存场景
图2 接入网业务传输工作信道选择与波束方向管理联合优化问题数学模型
图3 半分布式并发匹配接入网业务传输工作信道选择与波束方向管理联合优化问题求解算法
图4 算法具有较快的收敛速度
主要研究结论
利用真实移动网络和WiGig网络参数,研究工作对所提算法性能进行了大量仿真验证。实验结果表明,针对不同系统场景,所提半分布式并发匹配算法达到收敛状态后,可以在保障WiGig网络干扰强调低于阈值的前提下有效提升移动接入网吞吐量表现。
图5 实验采用真实移动网络和WiGig网络参数
图6 当移动接入网存在不同数量用户时,所提算法可以有效提高接入网吞吐量性能表现
图7 当移动接入网存在不同数量用户时,所提算法可以有效提高接入网与WiGig网络公平性
图8 当移动接入网存在不同数量用户时,所提算法可以有效提高接入网可接入用户数量
作者简介
张子天(通信作者),浙江工商大学信息与电子工程学院(萨塞克斯人工智能学院),欧盟玛丽居里学者,于2010年与2016年在上海交通大学取得工学学士与工学博士学位。张子天拥有丰富企业工作背景和学术研究经历并曾主持多项科研项目,这些项目包括中国自然科学基金青年科学基金项目和欧盟玛丽居里科研项目。张子天已在国际高水平期刊和会议上发表学术论文约20篇,并担任多个国际权威期刊审稿人。