美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種數(shù)學(xué)公式，計(jì)算機(jī)仿真表明，該公式可以幫助5G和其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)選擇和共享通信頻率，其效率比試錯(cuò)法高大約5000倍。

NIST工程師Jason Coder為機(jī)器學(xué)習(xí)公式進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，可以幫助5G和其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有效選擇和共享通信頻率

新穎的公式是機(jī)器學(xué)習(xí)的一種形式，它根據(jù)特定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的先前經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇一個(gè)無(wú)線頻率范圍，稱為信道。可以將該公式編程為許多類型的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)射機(jī)上的軟件。

該公式是通過(guò)共享未經(jīng)許可的頻率范圍(也稱為頻段)來(lái)幫助滿足對(duì)無(wú)線系統(tǒng)(包括5G)不斷增長(zhǎng)的需求的一種方法。例如，Wi-Fi使用未經(jīng)許可的頻段，即管理機(jī)構(gòu)未分配給特定用戶的頻段。

快速選擇優(yōu)秀子頻道

這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是Wi-Fi與蜂窩系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)特定頻率或子信道的情況。使這種情況具有挑戰(zhàn)性的是，這些蜂窩系統(tǒng)正在通過(guò)使用一種稱為許可輔助訪問(wèn)(LAA)的方法來(lái)提高其數(shù)據(jù)傳輸速率，該方法將非許可頻段和許可頻段結(jié)合在一起。

NIST工程師Jason Coder說(shuō)：“這項(xiàng)工作探索了在決定傳輸哪個(gè)頻率的決策中使用機(jī)器學(xué)習(xí)。” “這可能使無(wú)許可頻段的通信效率大大提高。”

該公式使發(fā)射機(jī)能夠快速選擇優(yōu)秀子信道，以在未許可頻段內(nèi)成功且同時(shí)運(yùn)行Wi-Fi和LAA網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)發(fā)送器都學(xué)會(huì)了在不相互通信的情況下最大化總網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率。該方案可快速獲得接近于基于詳盡的試錯(cuò)通道搜索的結(jié)果的總體性能。

該研究與以前的通信機(jī)器學(xué)習(xí)研究不同，它考慮了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)“層”，物理設(shè)備以及基站和接收器之間的信道訪問(wèn)規(guī)則。

該公式是一項(xiàng)Q學(xué)習(xí)技術(shù)，這意味著它將環(huán)境條件(例如網(wǎng)絡(luò)的類型以及存在的發(fā)射機(jī)和信道的數(shù)量)映射到最大化值(稱為Q)的操作上，該操作可以返回優(yōu)秀回報(bào)。

通過(guò)與環(huán)境交互并嘗試不同的動(dòng)作，該算法可以了解哪個(gè)渠道提供了優(yōu)質(zhì)的結(jié)果。每個(gè)發(fā)射機(jī)都學(xué)會(huì)選擇在特定環(huán)境條件下產(chǎn)生優(yōu)秀數(shù)據(jù)速率的信道。

提高數(shù)據(jù)速率

如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)都適當(dāng)?shù)剡x擇信道，則組合的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的效率將提高。該方法以兩種方式提高數(shù)據(jù)速率。具體來(lái)說(shuō)，如果發(fā)射機(jī)選擇了未被占用的信道，則成功傳輸?shù)目赡苄詴?huì)增加，從而導(dǎo)致更高的數(shù)據(jù)速率。而且，如果發(fā)射機(jī)選擇的信道使干擾最小化，則信號(hào)更強(qiáng)，從而導(dǎo)致更高的接收數(shù)據(jù)速率。

在計(jì)算機(jī)仿真中，優(yōu)秀分配方法通過(guò)搜索所有可能的組合以找到使總網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率最大化的方法，將信道分配給發(fā)射機(jī)。該公式產(chǎn)生的結(jié)果接近于優(yōu)質(zhì)結(jié)果，但過(guò)程要簡(jiǎn)單得多。

該研究發(fā)現(xiàn)，要想找出優(yōu)秀解決方案，需要進(jìn)行詳盡的工作，大約需要進(jìn)行45600次試驗(yàn)，而公式可以通過(guò)嘗試10個(gè)渠道來(lái)選擇一個(gè)類似的解決方案，僅占努力的0.02%。

這項(xiàng)研究針對(duì)的是室內(nèi)場(chǎng)景，例如帶有多個(gè)Wi-Fi接入點(diǎn)的建筑物以及在未許可頻段內(nèi)使用手機(jī)的情況?，F(xiàn)在，研究人員計(jì)劃在更大規(guī)模的室外場(chǎng)景中對(duì)該方法進(jìn)行建模，并進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)以證明其效果。