一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法技术

本发明专利技术涉及一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法，属于无线通信中的频谱资源分配技术领域。首先，建立以NR ON阶段的时间占比为变量，在满足NR系统和Wi‑Fi系统内用户的整体公平性约束的前提下，最大化一个占空比周期内NR系统吞吐量的优化模型；其次，将优化模型转化为具有连续动作空间的马尔可夫过程；最后，用DDPG方法进行求解转化的马尔可夫过程，实现非授权频段内使用占空比机制下NR用户和Wi‑Fi用户之间的友好共存。相较现有方法中将NR ON阶段时间占比离散化求解的方式相比，所述方法解决了NR ON阶段的时间占比这一连续动作的确定，更有利于找到全局最优的NR ON阶段时间占比。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法
本专利技术涉及一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法，属于无线通信中的频谱资源分配

技术介绍
随着第五代移动通信(thefifthgenerationmobilecommunication,5G)技术的发展，也即新空口(NewRadio,NR)技术的成熟，例如物联网、高清视频、虚拟现实等的发展，人类对数据流量的需求急剧增加。而数据业务的传输需要占用一定的频谱，大规模增加的数据需求使得有限的授权频谱资源非常紧张，一方面，通过提升频谱使用效率可进行一定程度的改善；另一方面，将授权频谱上传输的数据卸载到非授权频谱上进行传输，是近年来广泛受到关注的一项技术。非授权频段主要包括2.4GHz频段和5GHz频段范围，其中2.4GHz频段已经非常拥挤，因此将授权频段上待传输的数据，以蜂窝网数据为主，卸载到5GHz非授权频段范围上传输，可一定程度上缓解授权频段大量数据待传输的难题。Wi-Fi系统是非授权频段上的主要使用者，其使用分布式接入方式对信道进行争用。而授权频段上的蜂窝系统，以NR系统为主，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法，其特征在于：规定非授权频谱的场景为：K个Wi-Fi接入点和1个NR基站共享C个非授权子信道；1个NR基站服务N个UEs；每个Wi-FiAP服务M

【技术特征摘要】
1.一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法，其特征在于：规定非授权频谱的场景为：K个Wi-Fi接入点和1个NR基站共享C个非授权子信道；1个NR基站服务N个UEs；每个Wi-FiAP服务Mk个Wi-Fi用户，并且为了减小干扰，不同Wi-FiAP使用不同的非授权子信道；其中，在Wi-Fi系统中，接入点，全称accesspoint，简写为AP；用户，即station，简写STA，所述非授权频谱占空比共存方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、遍历k，求解所有Wi-FiAP服务下Wi-Fi数据包的传输概率和碰撞概率；
其中，k的取值范围为1到K；第k个Wi-FiAP服务下Wi-Fi数据包的传输概率，记为碰撞概率，记为
传输概率和碰撞概率具体依据(1)和(2)计算：



其中，CWmin表示竞争窗口的初值，I表示最大退避次数；



其中，竞争窗口初值CWmin以及最大退避次数I基于Wi-Fi系统中采用载波侦听多点接入冲突避免中的二进制指数退避方式和碰撞确定；碰撞是Wi-FiSTA在接入信道时发生的，碰撞发生时采用二进制指数退避方式进行退避；
传输概率基于建模的二维马尔可夫链得到；二维马尔可夫链对应每一个Wi-FiAP的行为过程，为Bianchi马尔可夫模型；
步骤二、遍历k，计算Wi-Fi系统中每个Wi-FiAP的吞吐量；
其中，第k个Wi-FiAP所服务用户总的吞吐量定义为单位时间内成功传输的数据量；
第k个Wi-FiAP所服务用户总的吞吐量，包括如下子步骤：
步骤2.A基于(3)式计算第k个Wi-FiAP所服务用户中至少一个用户进行传输的概率；



其中，至少一个用户进行传输的概率，记为式中表示传输概率；Mk为每个Wi-FiAP服务的Wi-Fi用户数量；
步骤2.B在第k个Wi-FiAP的服务范围内，基于(4)式计算一次成功传输的概率：



其中，一次成功传输的概率，记为该概率定义为当至少一个用户发送数据时，只有一个用户成功传输的概率；
步骤2.C依据Wi-Fi系统的吞吐量定义，即公式(5)计算第k个Wi-FiAP所服务用户总的吞吐量



其中，E[P]表示Wi-Fi数据包的平均长度，Tc、Ts以及σidle分别表示Wi-Fi数据包传输发生碰撞、Wi-Fi数据包成功传输、以及信道空闲所占用的时间；

以及分别表示Wi-Fi数据包传输发生碰撞、Wi-Fi数据包成功传输、信道空闲的概率；
步骤2.D基于(6)式计算K个Wi-FiAP所服务用户的总吞吐量也即整个Wi-Fi系统的吞吐量；



步骤三、计算NR系统的吞吐量，具体包括以下子步骤；
步骤3.A基于(7)式计算第n个UE在所分配的非授权子信道上的吞吐量



其中，表示分配给非授权子信道c的带宽，表示分配给第n个UE所有非授权子信道的带宽、表示分配给第n个UE的传输功率，表示基站和UE之间的信道增益，N0表示噪声的功率谱密度；
步骤3.B基于(8)式计算NR系统的吞吐量也即将N个UE的吞吐量求和；



步骤四、计算一个占空比周期内NR系统和Wi-Fi系统的吞吐量具体为以下子步骤；
步骤4.A分别将TNR和TWiFi归一化为θNR和θWiFi；
其中，TNR和TWiFi分别为NRON阶段和NROFF阶段的时长，θNR和θWiFi均为连续变量，分别为NRON阶段以及NROFF阶段在整个占空比周期的时长占比，且θNR＝TNR/Tcycle及θWiFi＝TWiFi/Tcycle，且θNR+θWiFi＝1，TNR+TWiFi＝Tcycle；
步骤4.B分别按照(9)和(10)式计算一个占空比周期内NR系统的吞吐量和Wi-Fi系统的吞吐量






步骤五、基于(11)式计算一个占空比周期内NR系统和Wi-Fi系统内用户的公平性



步骤六、建立非授权频谱占空比共存方法的优化模型，具体为：以NRON阶段时间占比θNR为变量，在满足NR系统和Wi-Fi系统内用户的整体公平性约束的前提下，最大化一个占空比周期内NR系统的吞吐量；
步骤七、将步骤六建立的优化模型(12)转化为马尔可夫过程；
其中，马尔可夫过程中的基本元素，包括智能体、动作空间、状态空间以及奖励函数；
步骤八、采用DDPG方法求解步骤七建立的马尔可夫过程，确定占空比周期内NR阶段时间占比θNR。


2.根据权利要求1所述的一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法，其特征在于：步骤3.A中，n的取值范围为1到N。


3.根据权利要求1所述的一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法，其特征在于：c的取值范围为1到Cn。


4.根据权利要求1所述的一种基于DDPG的非授权频谱占空比共存方法，其特征在于：步骤五中，公平性是一个位于0到1之间的连续变量，越接近于1，系统的公平性越大。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾鸣，王璐，费泽松，唐清清，王文欣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11