LTE-U與WiFi共存技術(shù)綜述*

孫靜怡，李艾靜,2，張 磊，周 昆

（1.陸軍工程大學(xué) 通信工程學(xué)院，江蘇 南京 210007；2.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240）

0 引言

隨著科技的發(fā)展，信息社會的流量數(shù)據(jù)呈井噴式爆炸。2017年思科可視化網(wǎng)絡(luò)指數(shù)（Visual Networking Index，VNI）預(yù)測報告[1]顯示，2022年全球IP年流量將突破4.8 ZB，2017—2022年互聯(lián)網(wǎng)流量將增加4.8倍，平均互聯(lián)網(wǎng)流量將增加3.7倍。2017年智能手機占全部IP流量的17%，到2022年智能手機將占總流量的44%。

移動數(shù)據(jù)的需求爆炸式增長，使得現(xiàn)有的具有跨區(qū)切換和跨本地網(wǎng)自動漫游功能[2]的移動通信系統(tǒng)難以滿足用戶的需求。2020年，第五代移動通信系統(tǒng)5G技術(shù)在研究人員的努力下，將正式投入商用?！?G承載需求白皮書》提出，相比于4G網(wǎng)絡(luò)，5G采用更寬的無線頻譜和更大規(guī)模的多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）新技術(shù)，將峰值帶寬和用戶體驗帶寬提升數(shù)十倍[3]。5G的智能靈活、高效開放、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變革，推動承載網(wǎng)架構(gòu)相應(yīng)演進，并具備網(wǎng)絡(luò)切片、靈活組網(wǎng)和調(diào)度、協(xié)同管控以及高精度同步等功能[4]。

然而，授權(quán)頻譜的短缺依舊是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要障礙。大量頻帶資源分配給運營商，造成現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容量即將達到可用上限。頻譜稀缺，使現(xiàn)代移動系統(tǒng)的部署面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，而由于在同一頻段可以使用的不同無線技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致情況進一步惡化[5]。長期演進技術(shù)也被稱為第三代合作伙伴計劃的授權(quán)輔助接入技術(shù)，是非授權(quán)頻譜中解決頻譜短缺的一個重要研究方向。目前，應(yīng)對爆炸性數(shù)據(jù)流量需求帶來的挑戰(zhàn)以及緩解目前授權(quán)頻段資源緊張的現(xiàn)狀主要有兩種解決方案。一是提高授權(quán)頻段的利用率。二是將LTE部署到非授權(quán)頻段，通過非授權(quán)頻段擴充蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量，具有廣闊的發(fā)展前景。

第一種方法對傳輸速率的提升及容量的提升有其上限，且代價昂貴，無法及時解決現(xiàn)有信息爆炸的情況。因此，現(xiàn)在主流的方案是采取第二種方法。目前，處于2.4 GHz的ISM頻段（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段）和5 GHz U-NII頻段（非授權(quán)國家信息基礎(chǔ)）通常被統(tǒng)稱為非授權(quán)頻段（Unlicensed Band）。由于5 GHz的可利用帶寬比2.4 GHz能夠提供的更寬的帶寬，且頻段更干凈，因此將LTE部署到5 GHz頻段，通過非授權(quán)頻段擴充蜂窩網(wǎng)絡(luò)的容量越來越受到研究人員的關(guān)注。

本文第1節(jié)介紹LTE和WiFi共存技術(shù)的理論和發(fā)展經(jīng)驗，第2節(jié)介紹WiFi與LTE-U共存時的干擾，第3節(jié)對現(xiàn)有的共存技術(shù)進行分類，并詳細分析國內(nèi)外共存技術(shù)的優(yōu)缺點，第4節(jié)和第5節(jié)指出下一步研究的方向。

1 LTE-U與WiFi基本介紹及共存挑戰(zhàn)

LTE系統(tǒng)的關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)是正交頻分多址，具有連續(xù)傳輸?shù)奶攸c。為了更好地保證服務(wù)質(zhì)量、傳輸頻譜效率和各個小區(qū)之間的調(diào)度，LTE系統(tǒng)采用集中式MAC協(xié)議，能夠動態(tài)調(diào)度資源，在下行鏈路上共享信道，為數(shù)據(jù)流量分配物理資源。

LTE-U是一種由LTE-U論壇進行規(guī)范的技術(shù)方案，由高通公司首先提出。它利用現(xiàn)有的載波聚合功能，以LTE的授權(quán)頻段作為錨點，將多個（非連續(xù)的）信道聚合在一起作為組件載波，使得LTE直接訪問非授權(quán)頻段，以非授權(quán)的頻帶作為下行的輔助信道使用。隨著技術(shù)的發(fā)展，LTE-U論壇逐漸形成3種主要的組網(wǎng)方式，如圖1所示。補充下行方式組網(wǎng)和載波聚時分組網(wǎng)的相同之處在于都是以授權(quán)頻段作為主載波，非授權(quán)頻段作為輔助載波。不同點在于載波聚時分組網(wǎng)的輔助載波可以同時承接上下行數(shù)據(jù)傳輸，而補充下行組網(wǎng)非授權(quán)的頻帶僅可承擔(dān)下行的輔助信道。單獨組網(wǎng)方式主要在非授權(quán)頻段使用，主要用于沒有蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的情況。文獻[6]介紹了LTE物理層控制通道的發(fā)展。文獻[7-8]從不同角度對LTE和LTE演進版（LTE-Advanced，LTE-A）的無線資源管理（Radio Resource Management，RRM）進行了研究。

WLAN系統(tǒng)最主要的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.11系列標(biāo)準(zhǔn)，主要工作在5 GHz或2.4 GHz兩個非授權(quán)頻段。由于WiFi為大眾熟知，通常用WiFi代指WLAN系統(tǒng)。WiFi的MAC協(xié)議不使用集中式控制器，而是基于帶避碰機制的載波感知多址（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidan，CSMA/CA）進行隨機信道接入。盡管兩者的共存具有很多優(yōu)點，但是實際推廣和使用仍然存在很多難題。WiFi和LTE工作機制的比較，如表1所示。

圖1 LTE-U組網(wǎng)方式

表1 WiFi和LTE工作機制比較

兩者共存的主要挑戰(zhàn)是兩者使用相同的頻段，WiFi的性能將受到重大影響，而LTE的性能幾乎不變。LTE和WiFi在MAC層的機制不同，LTE起初的設(shè)計思路是對占用的頻譜擁有獨占控制，而WiFi技術(shù)是基于通道感知和隨機后退機制的原理。所以，當(dāng)兩者共存時，WiFi用戶很難感知到空閑的信道并進行傳輸。

除了關(guān)鍵技術(shù)之間的性能差異以外，WiFi廣泛用于企業(yè)和用戶的卸載、運營商的熱點接入。隨著WiFi越來越受歡迎，這種技術(shù)的使用也在不斷擴大。由于非授權(quán)頻段的LTE主要通過低功率的無線接入小單元（Small Cell，SC）拓撲結(jié)構(gòu)進行接入，且通常部署在室內(nèi)位置，運營商可能面臨在LTE和WiFi之間進行選擇的復(fù)雜決策[9]。

此外，不同運營商、不同國家之間的政策不同。例如，以日本、歐洲為代表的國家和地區(qū)使用先聽后講技術(shù)[10]，而韓國、印度、美國等對LBT進行限制的國家及地區(qū)則使用基于第三代伙伴合作計劃（The 3rd Generation Partner Project，3GPP）標(biāo) 準(zhǔn)Rel 10/11/12的LTE-U技術(shù)。

2 WiFi與LTE-U共存時的干擾

多個文獻研究了在非授權(quán)頻段中運行但沒有采取合適措施時，LTE-U對WiFi網(wǎng)絡(luò)性能的嚴(yán)重破壞。為了實現(xiàn)共存，實際研究時要將重點放在如何在相同頻譜上對不同共存軟件無線電進行操作。針對這個問題，列舉了LTE與WiFi共存的主要衡量的關(guān)鍵參數(shù)。

2.1 用戶吞吐量

用戶吞吐量是最常用的指標(biāo)之一，是指在整個仿真時間內(nèi)每個LTE/WiFi節(jié)點正確接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量。當(dāng)WiFi和LTE-U在單信道共存時，文獻[11]表明，WiFi的吞吐量相較LTE的吞吐量明顯受到了更大影響。由于LTE的獨占性，在與WiFi共存時，與獨立運行相比，吞吐量損失了20%～97%，而LTE-U只降低了1%～10%。

2.2 系統(tǒng)能量效率

系統(tǒng)能量效率被定義為系統(tǒng)總吞吐量除以總功率。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，解決蜂窩網(wǎng)絡(luò)能量損耗的需求日益迫切。對于來自不同無線電的干擾管理，系統(tǒng)能量效率作為非授權(quán)頻譜中保持公平共存的一個關(guān)鍵指標(biāo)，不以系統(tǒng)的吞吐量為目標(biāo)，在保證其他用戶最低速率需求的前提下，提高目標(biāo)用戶的能量效率。文獻[12-13]通過評估各種神經(jīng)參數(shù)的影響，提出了一種分布式算法來自適應(yīng)地更改LAA的能量效率。

2.3 信號干擾加噪聲比

信號干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）是仿真過程中收集到的所有接收數(shù)據(jù)包的平均信噪比。LTE和WiFi共存將導(dǎo)致兩者的SINR均降低，而LTE傳輸和WiFi的SINR在共存時降低幅度比LTE還要大。在稀疏部署場景中，WiFi的平均SINR降低范圍介于19%～23%，而在密集部署場景中介于17%～29%。

2.4 WiFi聽訊模式

WiFi聽訊模式衡量WiFi傳送/接收質(zhì)量是有意義的。目前，有3種共存條件下的優(yōu)化方案，即LTE向WiFi系統(tǒng)的業(yè)務(wù)卸載、資源共享和混合模式。通過當(dāng)前聽訊模式情況，可以判別WiFi用戶和LTE用戶業(yè)務(wù)的使用繁忙程度。

3 共存技術(shù)分類

現(xiàn)有的共存技術(shù)分為信道分離技術(shù)和信道共享技術(shù)兩大類。信道分離技術(shù)是指WiFi業(yè)務(wù)相對空閑，非授權(quán)頻段資源豐富，基站可以選擇空閑的信道進行傳輸。信道共享技術(shù)是指在WiFi業(yè)務(wù)繁忙時，LTE-U用戶和WiFi用戶需要共享信道，非授權(quán)信道需要重復(fù)使用。根據(jù)方法的不同，它具體又可以分為10余類，具體見表2。

表2 共存技術(shù)分類

3.1 信道分離技術(shù)

隨機選擇性接入是系統(tǒng)安排相對固定的信道，用來隨機選擇進行傳輸。文獻[14-15]表明，多個用戶可隨機選擇系統(tǒng)提供未被其他設(shè)備占用的非授權(quán)頻段的信道進行使用。然而，由于非授權(quán)頻段的開放性，長時間提供固定的“干凈”信道會對WiFi用戶造成較大的干擾。

設(shè)置接入點協(xié)調(diào)控制是通過集中式調(diào)度，動態(tài)根據(jù)需求對LTE-U用戶和WiFi用戶的需求進行集中式任務(wù)分配。文獻[16]提出了一種中心控制的協(xié)作共存機制，通過在LTE-U與WiFi之間建立超級接入點，實現(xiàn)二者協(xié)調(diào)共存。

基于全雙工模式，文獻[17]解決了WiFi模式/速率的適應(yīng)和LTE-U信號的檢測問題。通過引入基于FD的滑動窗口相關(guān)器檢測LTE-U信號，并分析了在自干擾抑制下的檢測器性能，引入了基于POMDP的部分可觀察馬爾可夫決策過程的方案。根據(jù)LTE-U干擾的WiFi情況，聯(lián)合調(diào)整WiFi FD模式和傳輸速率。結(jié)果表明，聯(lián)合速率和模式自適應(yīng)比在低信噪比時平均提供約1.5倍，在最佳HD理論吞吐量時提供高信噪比吞吐量增益1.9倍。

3.2 信道共享技術(shù)

信道共享技術(shù)可分為時域共存和頻域共存，其中時域共存中比較常見的方式是占空比技術(shù)和LBT技術(shù)，頻域共存中常見的是動態(tài)頻率選擇（Dynamic Frequency Selection，DFS）技術(shù)。

3.2.1 占空比技術(shù)

典型的非協(xié)作訪問是占空比技術(shù)。通過定義一個特定的時分復(fù)用模式，在LTE-U系統(tǒng)傳輸時（LTE ON）WiFi不能傳輸，WiFi系統(tǒng)傳輸時（LTE OFF），LTE-U不能傳輸，兩者從時域上互不影響，占空比及開關(guān)周期會影響LTE-U系統(tǒng)的性能。

文獻[18-25]表明，占空比技術(shù)通常被認為比LBT更具有侵略性也不公平，因為它不遵守與WiFi相同的規(guī)則。但是，LBT的引入需要修改MAC協(xié)議，可能會剝奪LTE的優(yōu)勢。常見的占空比方式有載波感知自適應(yīng)傳輸（Carrier Sense Adaptive Transmission，CSAT）技術(shù)、幾乎空白子幀（Almost-Blank Subframes，ABS）技術(shù)、靜默LTE子幀[20-21]和借助LtFi平臺等方式。

文獻[18]根據(jù)基站或用戶需求提供LTE與WiFi的最佳占空比方案。文獻[19]采用隨機幾何方法對多路無線電接入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中WiFi和LTE-U的共存性能進行建模和分析，推導(dǎo)出WiFi的保留概率及其一般路徑損耗指數(shù)的上界，以及WiFi和LTE-U的密度對WiFi性能的影響。當(dāng)WiFi和LTE-U節(jié)點密度分別趨于無窮大時，空間吞吐量漸近；當(dāng)WiFi的密度趨于無窮大，WiFi和LTE-U的空間吞吐量收斂于兩個不同的常數(shù)。而LTE-U密度的遞增會導(dǎo)致WiFi網(wǎng)絡(luò)的空間吞吐量遞減。

文獻[22]提出使用了一種能夠完全兼容LTE-U和WiFi硬件的LtFi系統(tǒng)，即在LTE-U BSs的空中接口上使用側(cè)信道，通過廣播到相鄰的WiFi節(jié)點來連接和識別信息，在后續(xù)步驟中使用該節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)回程上創(chuàng)建雙向控制通道。這是一種能夠在位于同一位置的LTE-U和WiFi網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間建立交叉技術(shù)通信。在擁擠的無線環(huán)境中，LTE-U的接收功率水平也能達到-92 dBm，數(shù)據(jù)傳輸也很可靠。

頻譜的低效利用導(dǎo)致信道中的空閑被稱為白空間。WiFi的白空間為LTE-U提供了相當(dāng)大的頻譜機會且無成本。通過機器學(xué)習(xí)能夠讓基站動態(tài)預(yù)測白空間的持續(xù)時間，并相應(yīng)地調(diào)度傳輸。文獻[24-25]表明，ABS的目的是防止信道中被不同無線電資源接入時，如每5個子幀中有n幀需要關(guān)閉LTELAA，WiFi用戶使用信道資源來替換LTE-LAA節(jié)點。

當(dāng)有很多用戶試圖訪問網(wǎng)絡(luò)時，WiFi用戶可能會花很多時間在后退上。如果LTE能夠利用這些靜默時間，WiFi性能有可能能夠得到提高[29]。由此設(shè)想提出了ABS子幀技術(shù)。ABS子幀是LTE的子幀，具有較低傳輸功率，目的是增強小區(qū)干擾協(xié)調(diào)。使用ABS技術(shù)期間，由WiFi的節(jié)點檢測到LTE信道的空閑從而接入信道，是一種類似占空比的共存方式。文獻[23]總結(jié)了ABS輔助下的共存機制的實例，表明利用改進的ABS技術(shù)可以控制非授權(quán)頻譜中的LAA，同時對上行和/或下行子幀進行消聲處理，不包含LTE通用參考信號。結(jié)果表明，WiFi能夠重用LTE所放棄的空子幀，吞吐量隨空子幀數(shù)的增加而增加。文獻[25]提出了一種基于Q學(xué)習(xí)的方法，提供了一種平衡LTE-U利用率和WiFi延遲的方法，使LTE-U的基站能夠動態(tài)識別和進一步利用WiFi信道中的空白，而無需詳細了解WiFi信道中的空白。通過自適應(yīng)地調(diào)整LTE-U的占空比，使LTE-U傳輸?shù)目臻e資源得到最大化利用，同時降低了對WiFi流量的延遲。

文獻[30]表明LTE-U在空通道上運行時，其最大允許占空比為95%，但是如果這樣做會嚴(yán)重影響WiFi共享信道，因為信標(biāo)發(fā)送/接收將被打亂。而如果LTE-U縮減80%（即20 ms打開/5 ms關(guān)閉）時，無線網(wǎng)絡(luò)的空信道信標(biāo)丟失能夠降低到可接受的水平。

高通[31]建議占空比技術(shù)的使用周期為40 ms、80 ms或160 ms，占空比比例限制為50%。這個技術(shù)通過主動觀察無線信道估計其利用率，從而進行動態(tài)信道選擇和自適應(yīng)占空比循環(huán)。原則上，占用最少的信道是首選。該機制被稱為載波感知自適應(yīng)傳輸，用于調(diào)整占空比，實現(xiàn)與相鄰WiFi和LTE節(jié)點公平共享無線資源，如圖2所示。

圖2 CSAT機制下自適應(yīng)的調(diào)節(jié)開關(guān)周期和占空比

基于占空比方法[31-32]在未經(jīng)授權(quán)的頻段上使用幾乎空白的子幀周期性地打開和關(guān)閉LTE信號。在這種情況下，WiFi用戶只能在LTE信號關(guān)閉的情況下接入非授權(quán)頻段。因此，LTE-U系統(tǒng)在非授權(quán)頻段的使用上占主導(dǎo)地位。

3.2.2 LBT技術(shù)

典型的協(xié)作訪問是LBT技術(shù)，即LTE設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸前應(yīng)當(dāng)定期偵聽信道中其他占用者的存在。若信道被占用，將退避一段時間再進行傳輸[33]。偵聽過程也稱空閑信道評估（Clear Channel Assessment，CCA），LBT使用與WiFi系統(tǒng)相近的碰撞檢測機制，更易保證WiFi用戶的性能，適用于WiFi AP密度較低的區(qū)域。如圖3所示，在LBT機制下，WiFi與LTE-U共存的場景中，LTE-U用戶通過與WiFi用戶競爭獲得傳輸時間。

歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會為LBT方案提供了兩個選項：基于框架的設(shè)備（Frame Based Equipment，F(xiàn)BE）和基于負載的設(shè)備（Load Based Equipment，LBE）。FBE采用的是固定的幀結(jié)構(gòu)，配合LTE的幀結(jié)構(gòu)，在固定的位置進行偵聽；FBE模式通道訪問簡單，適用于非擁擠的情況。LBE模式可以自行調(diào)整傳輸時間和接入信道。在LBE模式下，隨機退避機制與無線的CSMA/CA由無線接入小單元執(zhí)行，以獲得信道訪問，有望解決解決訪問公平性問題，缺點是在與LTE配合時無法確定幀開始的時間，應(yīng)用時相對復(fù)雜。實際使用中，授權(quán)接入（Licensed Assisted Access，LAA）技術(shù)采用了LBE模式，并已被證明在實際部署中提供了更好的共存結(jié)果[34]。

圖3 LBT機制下WiFi與LTE-U共存場景

文獻[26]使用基于LBT的（E-FBE）增強型的幀結(jié)構(gòu)，類似于WiFi的競爭回退接入方式，從而避免了使用者之間的沖突[35]。但是，該方案將導(dǎo)致延遲，頻譜利用率將有所下降。文獻[27]構(gòu)建了一個馬爾可夫鏈模型來精確模擬LAA的LBT機制。提出的模型也適用于Multefire，并通過數(shù)值分析和仿真分析證明了模型驗證。通過提出的模型對標(biāo)準(zhǔn)化LAA的性能進行評價，結(jié)果表明，與WiFi LBT相比，LAA具有更高的傳輸效率。此外，綜合分析了同質(zhì)和異構(gòu)的共存性，研究了網(wǎng)絡(luò)工作方案。結(jié)果表明，隨著信道運行節(jié)點數(shù)的增加，LAA在WiFi上實現(xiàn)了更高的吞吐量。文獻[28]提出了基于LBT的LTE-U系統(tǒng)自適應(yīng)信道接入，討論了小基站與一個WiFi AP共享非授權(quán)頻段時的優(yōu)化問題以及與多個WiFi AP共享非授權(quán)頻段時的優(yōu)化問題，將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為使WiFi用戶的碰撞概率最小的問題來求最優(yōu)解。

文獻[36]詳細介紹了FBE和LBE方案，其中DCF中的指數(shù)回退方法已被靜態(tài)回退或均勻分布回退方案所取代。但是，文獻[37]由于缺乏自適應(yīng)能力，小基站（Small Base Station，SBS）和WiFi APs都不能實現(xiàn)最佳、公平的共存。通過動態(tài)頻率選擇（Dynamic Frequency Selection，DFS）機制可以實現(xiàn)頻域共存。通過同時檢測不同信道的狀態(tài)，讓LTE-U選擇一個最空閑的信道進行占用并傳輸數(shù)據(jù)[38]。DFS適用場景主要是低密度的情況。其他輔助共存方式包括分布式協(xié)調(diào)函數(shù)（Distributed Coordination Function，DCF）符合LBT規(guī)則，可以實現(xiàn)WiFi與LTE的公平共存[18]。采用二進制指數(shù)回退實現(xiàn)是一種輔助共存策略[23]，但本質(zhì)上不能解決LTE-U與WiFi在非授權(quán)頻段的共存問題，只能作為輔助共存策略[32]。

小基站和小單元用戶（Small Cell Users，SUS）在使用前會檢測到非授權(quán)的頻段。目前，大部分的共存方案都將LBT技術(shù)作為不可缺少的方式。高效正確的信道感知為LTE-U和WiFi的共存提供了有效的依據(jù)，從而保證了資源分配的高效性和可靠性。

目前發(fā)展的其他技術(shù)包括LAA/Multefire，都是基于非授權(quán)頻譜的基于LTE的無線接入技術(shù)。它們最大的不同是，LAA需要以授權(quán)頻段的載波作為錨點，而Multefire不需要，可以獨立組網(wǎng)。文獻[39-40]利用Q-learning學(xué)習(xí)算法，聯(lián)合自適應(yīng)占空比和動態(tài)通道切換機制，自動選擇合適的靜默周期和信道組合?；诓┺恼摰腖TE/WiFi協(xié)作[38,41]進一步要求標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)設(shè)施支持（如集中代理）。不同于傳統(tǒng)拍賣模型，價格密封拍賣指定最高（或最低）投標(biāo)人提交投標(biāo)將贏得拍賣，拍賣項目將出售價格由第二個最高（或最低）收購。

4 下一步研究的方向

現(xiàn)有的共存機制大部分是針對中心式場景，同時針對單個運營商討論較多，在共存場景中是不實際的。帶寬和無線鏈路質(zhì)量的頻繁和不可預(yù)測的變化，使收集有關(guān)網(wǎng)絡(luò)的更新信息變得更加困難狀態(tài)。

4.1 通過SDN動態(tài)執(zhí)行LTE與WiFi協(xié)調(diào)的任務(wù)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）被應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)[42]。文獻[43]介紹了多種方法使用SDN范式管理無線電接入網(wǎng)。控制平面和數(shù)據(jù)平面的分離是SDN體系結(jié)構(gòu)的顯著特點[44]?？刂破矫嬖谶壿嬌霞性谑褂脴?biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的控制器中。而在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，SDN范式也可以用于控制和配

置無線電參數(shù)，以便管理干擾、優(yōu)化接入或提高能效。通過在需要相鄰小區(qū)之間收集LTE和WiFi的狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)，利用SDN動態(tài)執(zhí)行這種協(xié)調(diào)的任務(wù)，從而交接管理和傳輸功率分配，實現(xiàn)LTE-U與WiFi的共存。

4.2 通過學(xué)習(xí)算法制定最優(yōu)時隙和子載波分配方案

WiFi網(wǎng)絡(luò)的負載狀況通常具有規(guī)律性，可以通過在較大的時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)WiFi的負載變化規(guī)律，從而充分利用WiFi網(wǎng)絡(luò)空余的非授權(quán)頻段資源提高總體性能并兼顧公平性。通過考慮基于強化學(xué)習(xí)算法減少與WiFi共存帶來的干擾進行空閑時間的選擇，制定最優(yōu)時隙和子載波的分配方案。

4.3 基于CSAT技術(shù)共存的調(diào)整占空比方案

相對于非協(xié)作共存的方式，協(xié)作式共存能更有效地實現(xiàn)WiFi和LTE在未授權(quán)頻段的友好共存。當(dāng)前提出的集中管理頻譜資源并基于占空比ON/OFF的方式分配給WiFi和LTE使用，是一種很好的協(xié)作式共存方式。為了避免LTE-U技術(shù)對現(xiàn)有WiFi系統(tǒng)和其他小基站的持續(xù)干擾，采取基于CSAT技術(shù)共存的調(diào)整占空比方案，保證在免許可頻段上的正交資源共享，且占空比可以按比例進行切換。

5 結(jié)語

隨著5G的發(fā)展，下一步可以考慮更多約束條件和系統(tǒng)環(huán)境。對于LTE-U和WiFi共存問題，針對多個運營商，分布式共存場景將是重點研究方向。研究表明，機器學(xué)習(xí)算法不僅適用于分布式場景，也能夠在中心式場景中發(fā)揮有效作用。借助機器學(xué)習(xí)和博弈論等計算方法研究聯(lián)合資源優(yōu)化分配、非授權(quán)頻段的干擾管理、路由選擇、用戶公平性分配等問題，同時結(jié)合神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和機器學(xué)習(xí)進行研究，使得小基站不僅可以通過與環(huán)境交互自適應(yīng)地學(xué)習(xí)。同時，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的學(xué)習(xí)能力連續(xù)映射，使小基站具備良好的記憶能力，是未來主要的研究方法之一。