美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的研究人員開發(fā)了一個數(shù)學(xué)公式，可以幫助5G和其他無線網(wǎng)絡(luò)選擇和共享通信頻率，其效率比試錯法高出約5000倍。
新公式是機(jī)器學(xué)習(xí)的一種形式，它基于在特定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的先前經(jīng)驗來選擇稱為信道的無線頻率范圍。在本周一次會議的演示上，該公式可以用于現(xiàn)實中多種網(wǎng)絡(luò)發(fā)射機(jī)的軟件。
這種公式是關(guān)于無線網(wǎng)絡(luò)(包括5G)需求爆發(fā)問題的其中一種解決思路，它通過共享未經(jīng)許可的頻段來增強(qiáng)傳輸能力。所謂“未經(jīng)許可的頻段”，最典型的就是Wi-Fi頻段，這些頻段并未由聯(lián)邦通信委員會分配給特定用戶。
NIST的研究重點是Wi-Fi與蜂窩系統(tǒng)競爭特定頻率或子信道的場景。其中的亮點在于，他們的蜂窩網(wǎng)絡(luò)試圖通過使用一種稱為許可輔助接入(LAA)的方法來提高其數(shù)據(jù)傳輸速率，該方法結(jié)合了無許可和有許可的頻帶。
NIST工程師Jason Coder說：“這項工作探索了機(jī)器學(xué)習(xí)在決定傳輸哪個頻率通道時的應(yīng)用。”這可能會使未經(jīng)許可的頻段的通信效率更高。”
NIST公式使發(fā)射機(jī)能夠快速選擇最佳子信道，以便在未經(jīng)許可的頻帶內(nèi)成功地同時操作Wi-Fi和LAA網(wǎng)絡(luò)。每個發(fā)射機(jī)都學(xué)習(xí)在不相互通信的情況下最大化網(wǎng)絡(luò)總數(shù)據(jù)速率。該方案在窮舉的信道搜索和錯誤搜索的基礎(chǔ)上，快速獲得了接近最佳結(jié)果的整體性能。
這項研究不同于以往對通信中機(jī)器學(xué)習(xí)的研究，它考慮了多個網(wǎng)絡(luò)“層”、物理設(shè)備以及基站和接收機(jī)之間的信道訪問規(guī)則。
這個公式是一種“Q-learning”技術(shù)，意味著它將環(huán)境條件(如網(wǎng)絡(luò)類型、存在的發(fā)射機(jī)和信道的數(shù)量)映射到最大化一個值(稱為Q)的操作上，由該值返回最佳結(jié)果。
通過與環(huán)境交互并嘗試不同的操作，算法學(xué)習(xí)哪個通道提供最佳結(jié)果。每個發(fā)射機(jī)學(xué)習(xí)選擇在特定環(huán)境條件下產(chǎn)生最佳數(shù)據(jù)速率的信道。
如果兩個網(wǎng)絡(luò)都選擇了合適信道，則組合的整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的效率將提高。尤其是在發(fā)射機(jī)選擇了沒有被占用的信道的情況下，成功傳輸?shù)母怕蔬€會上升，帶來更高的數(shù)據(jù)速率。同時，如果發(fā)射機(jī)選擇干擾更小的信道，信號也會更強(qiáng)，帶來更高的接收數(shù)據(jù)速率。
在計算機(jī)模擬中，最優(yōu)分配方法通過搜索所有可能的組合來為發(fā)射機(jī)分配信道，以找到最大化總網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率的方法。NIST公式產(chǎn)生的結(jié)果接近最優(yōu)公式，但過程要簡單得多。研究發(fā)現(xiàn)，要想徹底找出最佳的解決方案，需要進(jìn)行約4.56萬次試驗，而該公式只需嘗試10個通道就可以選擇類似的解決方案，僅需0.02%的努力。
這項研究針對的是室內(nèi)場景，比如一棟有多個Wi-Fi接入點的建筑，以及在沒有許可證的頻段內(nèi)進(jìn)行手機(jī)操作。研究人員現(xiàn)在計劃在更大規(guī)模的戶外場景中模擬這種方法，并進(jìn)行物理實驗來證明這種效果。
