一种毫米波接入与回传一体化网络中的子信道分配方法

1.本发明涉及无线通信与网络
技术领域：
：，尤其是一种毫米波接入与回传一体化网络中的子信道分配方法。
背景技术：
：：2.随着海量无线终端和多样化应用需求的不断出现，社会对无线移动通信系统的性能需求也随之提升，其中主要包括更大的可用带宽、更可靠的通信连接、更高的通信效率和更低的系统能耗等，这使得现有移动通信系统面临巨大压力。毫米波接入与回传一体化网络(integratedaccessandbackhaulnetwork，iabn)是b5g(beyond5g)通信网络系统的重要组成部分，在未来移动通信网络中发挥着重要的业务承载和分流作用。然而，由于毫米波传输对阻塞物敏感的问题，需要利用波束赋形技术将传输信号集中在定向波束进行传输，这也使毫米波接入与回传一体化网络面临用户接入、数据回传、接入与回传联合优化等方面的技术挑战。3.不同于传统的接入与回传架构分离的通信网络系统，毫米波iabn最显著的特征在于其接入和回传部分共享可用无线资源。尽管毫米波iabn的接入和回传链路上可用资源总和是固定的，但是可以通过动态地改变接入和回传之间所需的可用资源比重，以满足网络的即时业务传输需求。需要特别说明的是：在毫米波iabn中，如果其接入传输链路及回传传输链路均工作在相同频段，则称之为带内(in-band)毫米波iabn；如果其接入传输链路和回传传输链路工作在不同频段，则称之为带外(out-band)毫米波iabn。带外毫米波iabn中，由于接入和回传之间使用不同的频谱资源，因此网络中不存在接入与回传之间的干扰问题，但会在一定程度上造成频谱资源和硬件资源的浪费。在带内毫米波iabn中，由于接入和回传之间使用相同的频谱资源，从而具有更高的灵活性和更高的频谱效率，但如何协调甚至消除接入与回传之间的干扰是该场景下的关键问题。4.尽管全双工(full-duplexing，fd)通信会产生严重的自干扰，但是随着自干扰消除技术的不断发展和成熟应用，全双工在未来移动通信系统中得以广泛应用。为了最大程度发挥各潜在技术的性能优势，将全双工技术和毫米波iabn技术结合，综合提升系统容量和频谱资源复用增益。为了降低网络部署建设成本，通常在毫米波iabn中选择部分与网关共置的微小区基站(称为iabdonor)，使用光纤连接至核心网络(ngc)，剩余的微小区基站(称为iabnode)通过毫米波协作中继的方式将数据回传至iabdonor，进而连接至ngc。鉴于此，在考虑带内全双工毫米波iabn中的业务qos需求的情况下，需要设计有效的接入与回传子信道分配方法，以有效缓解和协调复杂的干扰，从而提升系统性能。5.目前尚未涉及带内全双工毫米波iabn中的接入与回传子信道联合分配的方法。基于此，为了实现毫米波iabn与全双工的综合效益，本发明提出一种基于合作博弈的带内全双工毫米波iabn子信道分配方法，以在有效协调系统中的噪声干扰、多用户干扰及残留自干扰等问题的基础上，最大化系统用户的实际可达速率。node与其所关联的超级ue之间的下行接入链路集合。具体实施步骤分解如下。13.步骤1：令表示带内全双工下行毫米波iabn，其中表示毫米波iabn中的微基站和用户集合，表示iabdonor和iabnode之间的下行回传链路、iabdonor或iabnode与其所关联的超级ue之间的下行接入链路集合。令网络中的iabdonor表示为0，其余iabnode组成的集合为因此将网络中的毫米波iab微基站构成的集合表示为假设毫米波iab微基站所关联的超级ue组成的集合为14.步骤2：将带内全双工下行毫米波iabn中从iabdonor到iabnode的回传链路集合表示为将从iabdonor或iabnode到其所关联的超级ue的接入链路表示为因此，系统中回传链路数为接入链路数为此时，令则带内全双工下行毫米波iabn的有向图模型为其中15.2、根据权利要求1所述的带内全双工mmwaveiabn中基于合作博弈的子信道分配方法，其特征在于：子信道联盟初始化及联盟效益计算。通过链路子信道联盟初始化，使网络中的所有链路玩家随机形成c个子信道联盟，并计算子信道联盟中的各链路玩家的实际可达速率、各联盟效益及联盟总效益。具体实施步骤分解如下：16.步骤1：子信道联盟初始化分配。将毫米波iabn中的c个可用正交子信道集合表示为为每个链路玩家随机地选择1个子信道联盟c(1≤c≤c)加入。因此，将链路玩家集合分割成c个不相交的子集，每个子集称为一个联盟定义初始联盟划分为对于都有和同时定义并初始化当前联盟划分ξcur＝ξinit、纳什稳定的最终联盟划分ξstab＝ξinit。每个联盟均有一个效用函数，具体定义为其成员玩家的传输速率之和，即之后转入步骤2。17.步骤2：计算链路收发端的天线增益。基于步骤1，对于任意联盟c中的链路玩家将其发送端表示为si，接收端表示为ri。计算si的发送天线增益和ri的接收天线增益后进入步骤3。其中，以db为单位的定向天线发送和接收增益计算方式为：[0018][0019]式中，θ为取值范围为[0°,180°]的天线角度值，θml为以角度为单位的主瓣波束宽度，θ-3db为半功率波束宽度。主瓣宽度θml与半功率波束宽度θ-3db的关系可表示为：θml＝2.6×θ-3db。g0为代表天线增益最大值，其表示为：[0020][0021]取值为极小常数的副瓣增益为：[0022]gsl＝-0.4111×in(θ-3db)-10.579(3)[0023]步骤3：计算链路接收端的接收功率和干扰功率。基于步骤2，对于子信道联盟c中的任意链路首先计算接收端ri处接收到发送端si在第c个子信道的接收信号功率可以表示为：[0024][0025]其中，k0是与(λ/4π)2成比例的常系数，λ表示波长；α为路损指数，为链路的发送端si的发送功率。为链路i发送端si的发送天线增益；为链路i接收端ri的接收天线增益；表示链路i的发送端si与接收端ri之间的距离。[0026]其次，计算可能的残留自干扰(rsi)和多用户干扰(mui)。一方面，对于同一子信道联盟c中的任意其他链路玩家当链路i的接收端ri为链路j的发送端sj时(即ri＝sj时)，链路j的传输会对链路i的传输产生残留自干扰(rsi)，此时将rsi的干扰功率表示为其中代表链路i接收端ri的si消除水平。另一方面，当子信道联盟c中的两条并发链路i和j没有共同的发送端时，链路j的传输会对链路i的传输产生多用户干扰(mui)。此时，干扰功率用公式表示为：[0027][0028]式中，ρ为多用户干扰因子，i(j,i)表示链路j对i造成的多用户干扰。之后，进入步骤4。[0029]步骤4：计算任意联盟c(1≤c≤c)中各链路玩家的实际可达速率以及联盟总效益。此处，将第b个iabnode的子信道分配状态向量表示为其中当时，表示将第c个子信道分配给第b个iabnode用于其下行接入链路的传输。同理，将iabdonor的子信道分配状态向量表示为其中当时，iabdonor使用第c个子信道向其所关联的u0传输下行接入链路数据(此时l＝0)或者使用第c个子信道向其所关联的iabnode传输下行回传链路数据(此时0≤l＝b≤b)。为便于更清晰的符号表示，我们将毫米波iabn中的所有子信道分配变量所组成的矩阵表示为x＝[x(0),x(1),...,x(b)]和z＝[z(1),z(2),...,z(b)]。基于步骤3，对子信道联盟c中的链路玩家所收到的干扰分析和计算，并计算其实际可达速率，之后转入步骤5。对于子信道联盟c中的任意链路的干扰分析和计算主要包括：[0030]首先，若子信道联盟c中的链路玩家是以iabdonor为发送端的接入链路则该链路受到的干扰包括：(1)同层干扰，即当接入链路与接入链路使用同一子信道时产生的多用户干扰；(2)噪声干扰，即信道噪声。因此根据香浓容量定义，接入链路在第c个子信道上的传输速率为：[0031][0032]其次，若子信道联盟c中的链路玩家是以iabdonor为发送端的回传链路其传输时所受到的干扰主要包括：(1)跨层干扰，即当iabnode作为发送端的接入链路与使用同一子信道c时产生的多用户干扰；(2)残留自干扰，即当回传链路与其对应的接入链路在同一子信道上传输时进行自干扰消除而产生的残留自干扰；(3)噪声干扰。因此，子信道联盟c中的链路j＝e0→b的传输速率可计算为：[0033][0034]最后，若子信道联盟c中的链路玩家是以iabnode为发送端的接入链路其传输时所受到干扰主要包括：(1)同层干扰，即当接入链路与使用同一子信道时产生的多用户干扰；(2)跨层干扰，即当回传链路与使用同一子信道进行传输时产生的多用户干扰；(3)残留全双工自干扰，即接入链路与回传链路使用同一子信道进行自干扰消除时产生的残留干扰；(4)噪声干扰，即信道噪声。因此，链路的速率可计算为：[0035][0036]之后，转入步骤5。[0037]步骤5：计算联盟总效益。基于步骤4，计算当前联盟划分下的联盟总效益为：[0038][0039]3、根据权利要求1所述的带内全双工mmwaveiabn中基于合作博弈的子信道分配方法，其特征在于：通过选择网络中的链路玩家进行有限次的子信道联盟切换，从而迭代形成稳定联盟划分ξstable。其实施步骤分解如下：[0040]步骤1：根据初始化形成的联盟划分设置系统的联盟切换终止参数num_end＝0。随机选择的链路玩家e，标记其所在的当前子信道联盟为同时从当前联盟划分中选择另一拟切换的子信道联盟当c≠c'时，令num_end＝num_end+1。此时，若num_end＞μ×c(c为子信道联盟数)，则转入步骤3。反之，若num_end≤μ×c，则转入步骤2。当c＝c'时，令num_end＝num_end+1，转入步骤1重新选择新的拟切换的子信道联盟。[0041]步骤2：设置玩家的子信道联盟切换次数控制变量num_cs＝0。定义为链路玩家e的联盟选择偏好，若(表示玩家e更愿意加入而非)，即：则更新当前联盟划分此时，若并令num_cs＝num_cs+1。若num_cs≤γ×(b+1)，转入步骤1。反之，若num_cs＞γ×(b+1)，则转入步骤3。[0042]步骤3：当前联盟划分已经达到纳什稳定状态，输出联盟划分ξstable＝ξcur，计算系统总速率。需要特别注意的是：在本发明所研究的毫米波iabn中，对于任意的接入链路其实际可达速率取决于该链路可达速率与对应回传链路可达速率的最小值。因此，接入链路实际可达速率可计算为：[0043][0044]本发明的有益效果在于玩家的联盟切换可使得联盟划分状态达到纳什稳定状态，进而可使得网络并发容量和吞吐量最大，解决了带内全双工毫米波iabn的子信道分配问题，从而提升频谱复用增益。本发明实现过程简单，可在支持毫米波通信的微基站间实现，并且该发明能很好地适用于其他高频段定向接入与回传一体化网络系统。附图说明[0045]图1是本发明中带内全双工毫米波iabn场景图。[0046]图2是本发明是带内全双工毫米波iabn实施示例及对应模型图。[0047]图3是本发明针对示例图进行联盟分配过程的流程图。[0048]图4是本发明方案和基线方案的网络吞吐量对比图。[0049]图5是本分明方案和基线方案的成功传输满足qos的链路数对比图。[0050]图6是本发明方案的算法运行迭代次数结果图。具体实施方式[0051]下面结合附图和是实施示例对本发明进一步说明。[0052]本发明可以在sdn控制器中通过固件实现，或实现在无线网卡的驱动程序之中。下面结合实例对本发明的实现进行详细的说明，实例场景图如图2所示。图中所示场景中有1个iabdonor(编号为0)，2个iabnode(编号为1和2)，且iabdonor和每个iabnode分别关联1个超级ue(编号为3、4和5)。[0053]本发明重点关注在已经部署好的带内全双工毫米波iabn场景中，给定网络设备节点的位置、超级ue速率qos需求、可用子信道数量、传输链路发送功率等系统关键参数，为网络中各传输链路分配子信道，通过最大化网络超级ue的端到端传输速率之和，提升系统吞吐量和频谱复用增益。本发明属于基于集中式协调的高效子信道分配算法，由iabdonor节点利用收集的网络全局拓扑信息，计算分配各传输链路的速率，最大化系统吞吐量。本发明所设计的方法也可适用于基于软件定义网络(softwaredefinednetwork，sdn)架构的网络中。本发明选择60ghz频段的毫米波，具体实施如下：[0054]1、构建带内全双工毫米波iabn系统的有向图模型。通过有向图建模，将网络和用户设备建模为有向图中的点集，将网络设备与用户设备之间的链路建模为有向图中的边集。具体实施步骤分解如下。[0055]步骤1：将带内全双工下行毫米波iabn中的iabdonor、iabnode和超级ue用顶点集表示，其中之后，转入步骤2。[0056]步骤2：将带内全双工下行毫米波iabn中的传输链路集合表示为其中，至此，将带内全双工下行毫米波iabn的模型图表示为[0057]2、根据权利要求1所述的带内全双工mmwaveiabn中基于合作博弈的子信道分配方法，其特征在于：联盟初始化及联盟效益计算。通过链路子信道联盟初始化，使网络中的所有链路玩家形成初始子信道联盟，并计算子信道联盟中的各链路玩家的实际可达速率、各联盟效益及联盟总效益。假设系统中的子信道数c＝2，即其具体实施步骤分解如下：[0058]步骤1：将毫米波iabn系统中的c＝2个可用正交子信道集合表示为将所有链路玩家随机地分配至子信道联盟中，并定义初始联盟划分为其中同时定义并初始化当前联盟划分ξcur＝ξinit、纳什稳定的联盟划分ξstab＝ξinit。之后转入步骤2。[0059]步骤2：计算链路收发端的天线增益。利用公式(1)～公式(3)计算各传输链路收发端的定向天线增益。其中，将各链路发送端的天线增益记为将各链路接收端的天线增益记为之后，转入步骤3。[0060]步骤3：计算链路接收端的接收功率和干扰功率。基于步骤2和公式(4)，计算各子信道联盟中的链路玩家接收端处的接收信号功率，各链路的接收信号功率分别记为pr(e1),pr(e2),…,pr(e5)。同时，利用公式(5)计算各链路的干扰功率，由于步骤1中随机分配的子信道联盟为即链路e1,e2,e4均使用子信道1进行数据传输，链路e3,e5均使用子信道2进行数据传输。因此，链路e1的干扰功率为i(e4,e1)，链路e2的干扰功率为i(e4,e2)，链路e3的干扰功率为i(e5,e3)，链路e4的干扰功率为i(e1,e4)+i(e2,e4)，链路e5的干扰功率为i(e3,e5)。之后，进入步骤4。[0061]步骤4：计算任意联盟中各链路玩家的实际可达速率和联盟总效益。基于步骤3，通过对子信道联盟1和2中的链路玩家所收到的干扰分析和计算，利用公式(6)～(9)计算各链路的实际可达速率。此处，计算链路e1的实际可达速率为链路e2的实际可达速率为链路e3的实际可达速率为链路e4的实际可达速率为链路e5的实际可达速率为之后，转入步骤5。[0062]步骤5：计算联盟总效益。基于步骤4和公式(11)，计算当前联盟划分下的联盟总效益为：[0063]3、根据权利要求1所述的带内全双工mmwaveiabn中基于合作博弈的子信道分配方法，其特征在于：通过选择网络中的链路玩家进行有限次的子信道联盟切换，从而迭代形成稳定联盟划分ξstable。其具体实施步骤分解如下。[0064]步骤1：随机地从当前联盟划分中选择联盟设置系统的联盟切换终止参数num_end＝0。从联盟中随机选择链路玩家e4，标记其所在的当前子信道联盟为同时选择另一拟切换的子信道联盟同时选择另一拟切换的子信道联盟时，令num_end＝num_end+1。若num_end＞μ×c(c为子信道联盟数，本发明实施实例中设置μ＝5)，则转入步骤3。否则，若num_end≤μ×c，则转入步骤2。[0065]步骤2：若(表示玩家e4更愿意加入而非)，即：则更新当前联盟划分并则令num_cs＝num_cs+1，转入步骤1，重新选择联盟和其链路玩家。否则，若num_cs＞γ×(b+1)，则转入步骤3。[0066]步骤3：当前联盟划分已经达到纳什稳定状态，输出联盟划分ξstable＝ξcur，计算网络端到端吞吐量，即超级ue的实际可达速率之和。此处，链路e1和e4分别是iabnode1的回传链路和接入链路、e2和e5分别是iabnode2的回传链路和接入链路，根据公式(10)，计算链路e4的端到端实际可达速率为计算链路e5的端到端实际可达速率为因此网络端到端吞吐量可计算为[0067]仿真在网络和超级用户设备节点固定、不同超级用户设备具有不同速率qos需求的全双工带内下行毫米波iabn环境中，统计了系统吞吐量和满足qos需求的链路数这两项性能指标，并对比了基于联盟博弈的半双工子信道分配(cgsa-hdc)、基于随机形成的全双工子信道分配(rcca-fdc)和基于随机形成的半双工子信道分配(rcca-hdc)等算法的吞吐量和满足qos需求的链路数结果。主要仿真参数如下：子信道带宽w＝1ghz，用户设备链路速率qos需求为区间[800mpbs,1000mbps]上生成的随机数，噪声功率谱密度为-134dbm/mhz，回传链路发送端的发送功率为23dbm，接入链路发送端的发送功率为20dbm，多用户影响影子ρ＝0.95，半功率波束宽度θ-3db＝30°，自干扰消除因子为0.9，每个子信道可执行的连续最大切换次数为5，平均每个链路被选择以进行联盟切换的次数为3。子信道数以步长为2，从10增加至20。设置iabnode数量为20，网络中的总链路数为1。[0068]图4是本发明方案(cgsa-fdc)和基线方案(cgsa-hdc、rcca-fdc、rcca-hdc)的网络吞吐量对比图。从图4可以看出：随着子信道数的不断增加，四种方案的吞吐量也随之增加。显然，cgsa-fdc和cgsa-hdc的吞吐量分别高于rcca-fdc和rcca-hdc。特别地，cgsa方案的吞吐量比对应的rcca方案的吞吐量最大可提升46.4％。同时，cssa-fdc、rcca-fdc的吞吐量分别高于cssa-hdc、rcca-hdc的吞吐量，说明了全双工在提升频谱效率方面的性能增益。[0069]图5是本发明方案(cgsa-fdc)和基线方案(cgsa-hdc、rcca-fdc、rcca-hdc)中成功传输满足qos的链路数与网络中的总链路数比例的对比图。从图5中可以看出：无论是cgsa机制还是rcca机制，其在半双工通信模式下(即cgsa-hdc和rcca-hdc)的nusq要高于全双工通信模式下(即cgsa-fdc和rcca-fdc)的nusq，这是因为在半双工模式下，系统的总体链路数量几近减半。另一方面，cgsa-fdc和cgsa-hdc的nusq分别比rcca-fdc和rcca-hdc的nusq高。特别地，cgsa-fdc的nusq比rcca-fdc的nusq高约59.4％。[0070]图6是本发明方案(cgsa-fdc)和基线方案(cgsa-hdc)运行迭代次数结果图。从图6中可以看出：cgsa-fdc和cgsa-hdc的迭代次数(icto)随着子信道数量的增加而整体呈小幅下降趋势。相对于cgsa-fdc，cgsa-hdc的icto明显较小，这是因为在cgsa-hdc中，系统中的链路数量减半。整体上，cgsa-fdc和cgsa-hdc的icto和系统中的链路数同数量级，从而验证了本发明方案的低复杂性。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.带内全双工毫米波接入与回传一体化网络(mmwave iabn)中基于合作博弈的子信道分配方法，其特征在于：通过有向图建模，将网络和用户设备建模为有向图中的点集，将网络设备与用户设备之间的链路建模为有向图中的边集。具体实施步骤分解如下。步骤1：令表示带内全双工下行毫米波iabn，其中表示毫米波iabn中的微基站和用户集合，ε表示iab donor和iab node之间的下行回传链路、iab donor或iab node与其所关联的超级ue之间的下行接入链路集合。令网络中的iab donor表示为0，其余iab node组成的集合为因此将网络中的毫米波iab微基站构成的集合表示为假设毫米波iab微基站所关联的超级ue组成的集合为步骤2：将带内全双工下行毫米波iabn中从iab donor到iab node的回传链路集合表示为将从iab donor或iab node到其所关联的超级ue的接入链路表示为因此，系统中回传链路数为b＝|ε
bh
|，接入链路数为|ε
ac
|＝(b+1)。此时，令ε＝ε
ac
∪ε
bh
，则带内全双工下行毫米波iabn的有向图模型为其中ε＝ε
ac
∪ε
bh
。2.根据权利要求1所述的带内全双工mmwave iabn中基于合作博弈的子信道分配方法，其特征在于：通过链路子信道联盟初始化，使网络中的所有链路玩家形成初始子信道联盟，并计算子信道联盟中的各链路玩家的实际可达速率、各联盟效益及联盟总效益。具体实施步骤分解如下：步骤1：子信道联盟初始化分配。将毫米波iabn中的c个可用正交子信道集合表示为每个链路玩家随机地选择1个子信道联盟c(1≤c≤c)加入。因此，将链路玩家集合分割成c个不相交的子集，每个子集称为一个联盟定义初始联盟划分为对于都有和同时定义并初始化当前联盟划分ξ
cur
＝ξ
init
、纳什稳定的最终联盟划分ξ
stab
＝ξ
init
。每个联盟均有一个效用函数，具体定义为其成员玩家的传输速率之和，即之后转入步骤2。步骤2：计算链路收发端的天线增益。基于步骤1，对于任意联盟c中的链路玩家i∈ε，将其发送端表示为s
i
，接收端表示为r
i
。计算s
i
的发送天线增益和r
i
的接收天线增益后进入步骤3。其中，以db为单位的定向天线发送和接收增益计算方式为：式中，θ为取值范围为[0
°
,180
°
]的天线角度值，θ
ml
为以角度为单位的主瓣波束宽度，θ-3db
为半功率波束宽度。主瓣宽度θ
ml
与半功率波束宽度θ-3db
的关系可表示为：θ
ml
＝2.6
×
θ-3db
。g0为代表天线增益最大值，其表示为：
取值为极小常数的副瓣增益为：g
sl
＝-0.4111
×
in(θ-3db
)-10.579(3)步骤3：计算链路接收端的接收功率和干扰功率。基于步骤2，对于子信道联盟c中的任意链路i∈ε，首先计算接收端r
i
处接收到发送端s
i
在第c个子信道的接收信号功率可以表示为：其中，k0是与(λ/4π)2成比例的常系数，λ表示波长；α为路损指数，为链路i∈ε的发送端s
i
的发送功率。为链路i发送端s
i
的发送天线增益；为链路i接收端r
i
的接收天线增益；表示链路i的发送端s
i
与接收端r
i
之间的距离。其次，计算可能的残留自干扰(rsi)和多用户干扰(mui)。一方面，对于同一子信道联盟c中的任意其他链路玩家j∈ε(j≠i)，当链路i的接收端r
i
为链路j的发送端s
j
时(即r
i
＝s
j
时)，链路j的传输会对链路i的传输产生残留自干扰(rsi)，此时将rsi的干扰功率表示为其中代表链路i接收端r
i
的si消除水平。另一方面，当子信道联盟c中的两条并发链路i和j没有共同的发送端时，链路j的传输会对链路i的传输产生多用户干扰(mui)。此时，干扰功率用公式表示为：式中，ρ为多用户干扰因子，i(j,i)表示链路j对i造成的多用户干扰。之后，进入步骤4。步骤4：计算任意联盟c(1≤c≤c)中各链路玩家的实际可达速率以及联盟总效益。此处，将第b个iabnode的子信道分配状态向量表示为其中当时，表示将第c个子信道分配给第b个iabnode用于其下行接入链路的传输。同理，将iabdonor的子信道分配状态向量表示为其中当时，iabdonor使用第c个子信道向其所关联的u0传输下行接入链路数据(此时l＝0)或者使用第c个子信道向其所关联的传输下行回传链路数据(此时0≤l＝b≤b)。为便于更清晰的符号表示，我们将毫米波iabn中的所有子信道分配变量所组成的矩阵表示为x＝[x
(0)
,x
(1)
,...,x
(b)
]和z＝[z
(1)
,z
(2)
,...,z
(b)
]。基于步骤3，对子信道联盟c中的链路玩家所收到的干扰分析和计算，并计算其实际可达速率，之后转入步骤5。对于子信道联盟c中的任意链路的干扰分析和计算主要包括：首先，若子信道联盟c中的链路玩家是以iabdonor为发送端的接入链路则该链路受到的干扰包括：(1)同层干扰，即当接入链路与接入链路使用同一子信道时产生的多用户干扰；(2)噪声干扰，即信道噪声。因此根
据香浓容量定义，接入链路在第c个子信道上的传输速率为：其次，若子信道联盟c中的链路玩家是以iab donor为发送端的回传链路其传输时所受到的干扰主要包括：(1)跨层干扰，即当iab node作为发送端的接入链路与j＝e0→
b
∈ε
bh
使用同一子信道c时产生的多用户干扰；(2)残留自干扰，即当回传链路j＝e0→
b
∈ε
bh
与其对应的接入链路在同一子信道上传输时进行自干扰消除而产生的残留自干扰；(3)噪声干扰。因此，子信道联盟c中的链路j＝e0→
b
的传输速率可计算为：最后，若子信道联盟c中的链路玩家是以iab node为发送端的接入链路其传输时所受到干扰主要包括：(1)同层干扰，即当接入链路与使用同一子信道时产生的多用户干扰；(2)跨层干扰，即当回传链路j'＝e0→
b'
∈ε
bh
(b'≠b)与使用同一子信道进行传输时产生的多用户干扰；(3)残留全双工自干扰，即接入链路与回传链路j＝e0→
b
∈ε
bh
使用同一子信道进行自干扰消除时产生的残留干扰；(4)噪声干扰，即信道噪声。因此，链路的速率可计算为：之后，转入步骤5。步骤5：计算联盟总效益。基于步骤4，计算当前联盟划分下的联盟总效益为：3.根据权利要求1所述的带内全双工mmwave iabn中基于合作博弈的子信道分配方法，其特征在于：通过选择网络中的链路玩家进行有限次的子信道联盟切换，从而迭代形成稳定联盟划分ξ
stable
。其实施步骤分解如下：步骤1：根据初始化形成的联盟划分设置系统的联盟切换终止参数num_end＝0。随机选择的链路玩家e，标记其所在的当前子信道联盟为同时从当前联盟划分中选择另一拟切换的子信道联盟当c≠c'时，令num_end＝num_end+1。此时，若num_end＞μ
×
c(c为子信道联盟数)，则转入步骤3。反之，若
num_end≤μ
×
c，则转入步骤2。当c＝c'时，令num_end＝num_end+1，转入步骤1重新选择新的拟切换的子信道联盟。步骤2：设置玩家的子信道联盟切换次数控制变量num_cs＝0。定义为链路玩家e的联盟选择偏好，若(表示玩家e更愿意加入而非)，即：则更新当前联盟划分此时，若并令num_cs＝num_cs+1。若num_cs≤γ
×
(b+1)，转入步骤1。反之，若num_cs＞γ
×
(b+1)，则转入步骤3。步骤3：当前联盟划分已经达到纳什稳定状态，输出联盟划分ξ
stable
＝ξ
cur
，计算系统总速率。需要特别注意的是：在本发明所研究的毫米波iabn中，对于任意的接入链路其实际可达速率取决于该链路可达速率与对应回传链路j＝e0→
b
∈ε
bh
可达速率的最小值。因此，接入链路实际可达速率可计算为：

技术总结
本发明针对带内全双工毫米波IABN提供了一种基于合作博弈的子信道分配方法，涉及无线通信网络技术领域。构建带内全双工下行毫米波IABN的有向图，确定包括回传链路、接入链路在内的所有并发传输链路；随机初始化子信道联盟，通过初始化的联盟分割和对各联盟中的链路进行干扰分析，计算当前联盟分割状态下各并发链路的实际可达速率与联盟总效益；定义链路玩家的联盟偏好，通过链路玩家的有限次联盟切换，使得各链路玩家切换至最优联盟，从而形成并输出纳什稳定的联盟分割状态，最大化各链路玩家的实际端到端可达速率和系统吞吐量，解决带内全双工毫米波IABN中的子信道分配问题，提升了带内全双工毫米波IABN的子信道资源复用增益。本发明实现过程简单，能很好地适用基于集中式控制协调(如SDN)的网络场景。集中式控制协调(如SDN)的网络场景。集中式控制协调(如SDN)的网络场景。


技术研发人员：马忠彧 王子君 王亚菁 郭群 田冉 刘颜星 肖飞 冉亮 高玉玺
受保护的技术使用者：西北师范大学
技术研发日：2022.06.02
技术公布日：2022/11/1