[发明专利]一种D2D触觉通信中联合频谱接入和功率控制方法

说明书

一种D2D触觉通信中联合频谱接入和功率控制方法，涉及无线通信技术领域。本发明对每个D2D对按照基于竞争的频谱接入机制随机接入一个资源块；计算竞争接入机制下D2D前向链路的误包率，即源端到目的端；计算竞争接入机制下D2D反向链路的误包率，即目的端到源端；计算D2D触觉通信闭合环路的误包率；建立优化问题，即最小化系统总误包率；将优化问题建模为博弈；采用同步对数线性学习算法求解博弈纳什均衡。通过合理的功率控制可以协调用户间的干扰，可以有效卸载资源调度时延以及降低数据包传输出错概率，从而满足D2D触觉通信的时延和可靠性要求。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种面向D2D触觉通信的联合频谱接入和功率控制方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，人们不再满足于传统的音视频通信，而希望获得更加沉浸式的用户体验。基于此，触觉通信技术应运而生。触觉通信主要传输人的触觉信号(如力度、扭矩、速度等)，可以给用户提供多维度的感知信息。因此，触觉通信有着广泛的应用前景，如虚拟现实、自动驾驶、智慧医疗等。

触觉通信根据控制端和操作端距离的远近可以分为远程触觉通信和本地触觉通信。对于远程触觉通信，需要借助网络设施(网络域)传输信号；对于本地触觉通信，控制端与操作端可以直接通过设备到设备(D2D)方式进行通信，以有效提高频谱利用效率，降低传输时延。

然而，相较于传统的D2D音视频通信，实现D2D触觉通信更具挑战性。具体而言，音视频流对吞吐量的需求较高，因此只要分配丰富的带宽资源即可，且音视频流通常是单向的。不同的是，触觉流的传输为双向传输，既包括控制端在前向链路上向操作端发送控制信号，也包括操作端在反向链路上向控制端反馈触觉信号，从而形成闭合控制环路。此外，为了保证用户的沉浸体验，整个控制环路对时延和可靠性有着非常严格的要求，因此触觉通信属于超可靠低延迟通信(URLLC)场景。

无线资源分配，包括频谱接入和功率控制，是实现D2D触觉通信的关键步骤，因为它直接影响到通信的时延和可靠性性能。目前，已有少量文献研究了触觉通信资源管理的问题。文献[Toward Human-in-the-Loop Mobile Networks:A Radio ResourceAllocation Perspective on Haptic Communications,IEEE Trans.Wirel.Commun.,vol.17,no.7,pp.4493-4508,2018]针对感知编码和对称设计两种资源分配情形，分别提出了低复杂度的贪婪算法和接近最优解的资源分配方案。文献[Fog Computing for 5GTactile Industrial Internet of Things:QoE-Aware Resource Allocation Model,IEEE Trans.Ind.Informat.,vol.15,no.5,pp.3085-3092,2019]提出了一个基于用户体验的动态资源分配模型以应对物联网中的触觉通信应用，并使用Java实现了该模型。

然而，以上文献都是基于请求-授权机制，即用户需要向基站进行资源调度请求并等待基站授权，然后才可以使用频谱资源。显然，该过程将会造成端到端时延的恶化，以至于无法满足触觉通信的时延要求。

发明内容

本发明主要针对现有资源分配方案会导致D2D触觉通信时延增加以及可靠性降低的问题，而提供一种联合频谱接入和功率控制方法。该方法可以有效消除资源调度时延以及降低数据包传输出错概率，进而满足D2D触觉通信的时延和可靠性要求。

本发明提供一种D2D触觉通信中联合频谱接入和功率控制方法，所述方法包括以下步骤：