我国“十三五”规划指出，“要加快突破新一代信息通信领域核心技术，加强深地、深空等领域的战略高技术部署”。面向移动互联网流量爆炸式增长、物联网海量终端随遇接入需求，迫切需求空地超密集移动通信网络，实现海量通信连接和通信能力从广域覆盖、用户体验质量、流量密度等质的提升。空地超密集移动通信网络突破传统蜂窝组网方式，通过复用通信资源提高“频谱-能量-成本”效率。针对异构通信实体大规模部署的资源管控数学建模难、分析求解难、决策及时难等新的卡脖子难题，亟需动态分布式和鲁棒低开销的智能资源管控方法实现多维资源按需管控。

1.     主要研究内容

空地超密集移动通信网络智能资源管控面临“地面小基站-直通连接-空中无人机”等通信实体超密集部署、高动态移动和链路频繁切换等新挑战，本项目基于平均场博弈论建模多通信实体的资源竞争与干扰协作关系，提出超密集多通信实体的分布式鲁棒优化技术，实现干扰感知动态分布式和鲁棒低开销智能资源管控，核心贡献体现在：

（1）空地同构超密集复杂干扰建模及智能资源管控：针对地面超密集直连通信（D2D）和海量无人机通信（V2V）等同构通信实体的密集部署系统耦合、动态复杂干扰和受限资源等问题，基于平均场博弈论建模智能资源管控中多通信实体的资源竞争与干扰协作关系。首次构建干扰平均场，近似网络中干扰整体效果，提出分布式干扰感知智能资源管控方案。

（2）空地超密集异构通信实体智能资源接入及分配：针对空地超密集移动通信网络中存在复杂小蜂窝场景和多干扰类型导致的高资源管控复杂度，传统平均场博弈论不能刻画差异性，提出具有主干扰源的平均场博弈论建模多异构通信实体智能资源接入与分配关系。本项目基于平均场博弈论提出分布式智能资源接入与分配合作优化框架，兼顾多种网络性能指标，提升小区边缘用户吞吐量与频谱效率。

（3）不完全信息空地超密集鲁棒低开销智能资源管控：针对动态和不确定性的巨大干扰信息交换与时变环境引起的干扰动态特征，鲁棒性的缺失将难以满足用户的信息需求，现有鲁棒优化主要针对信道不确定性问题，无法适用于鲁棒资源管控策略的设计，采用鲁棒平均场博弈论建模多异构通信实体干扰决策和动态交互行为，提出基于鲁棒平均场博弈论的动态分布式低开销智能资源管控方法，降低空地超密集异构蜂窝网络中信令开销，提升空地超密集异构蜂窝网络容量。

2.    科学发现点

针对空地超密集移动通信网络异构通信实体大规模部署资源管控数学建模难、分析求解难、决策及时难等卡脖子难题，亟需分布式动态、鲁棒低开销智能资源管控方法实现多维资源按需管理。本项目经过7年研究和技术积累，取得以下重要科学发现：

（1）空地同构超密集复杂干扰建模及智能资源管控：针对空地超密集同构通信实体的密集部署系统耦合、动态复杂干扰和资源受限等问题，构建了基于干扰平均场的平均场博弈框架，表述为由哈密顿-雅可比-贝尔曼方程和福克-普朗克-柯尔莫戈洛夫方程组成的耦合系统，基于有限差分算法得出最优智能资源管控策略，突破了传统随机博弈理论的高维诅咒，奠定了同构通信实体复杂干扰建模方法的工程基础。

（2）空地超密集异构通信实体智能资源接入及分配：针对空地超密集异构网络中复杂小蜂窝场景和多干扰类型导致的高资源管控复杂度，构建了具有主干扰源的平均场博弈框架，分析了平均场近似主干扰源与其他异构通信实体感知总干扰的有效性，解决了兼顾频谱效率、能量效率、成本效率等多效率指标的智能资源管控折中关系不明确问题，完善了空地超密集异构网络中分布式智能资源管控研究与优化体系。

（3）不完全信息空地超密集鲁棒低开销智能资源管控：针对动态和不确定性巨大干扰信息交换导致的鲁棒性不足问题，构建了鲁棒低开销平均场博弈框架，解耦了异构通信实体间大量干扰信息交互的联合状态，降低了空地超密集异构网络的信令开销，增强了异构通信实体不完全干扰信息动态交互的鲁棒性，突破了传统资源管控方法依赖于信道不确定性、鲁棒性不足、难以实际应用的局限。

3.    科学价值

本成果获得国家自然科学基金项目与陕西省自然科学基金重点项目的资助，成果发表于《IEEE Communications Surveys & Tutorials》、《IEEE Wireless Communications》、《IEEE Transactions on Wireless Communications》等本领域高水平期刊，得到了国内外专家的一致肯定，属于国内先进水平。2020年8月华为发布“后香农时代的面向数学十大挑战问题”，本项目可能为“挑战问题6大规模通信网络中的最优控制问题”提供建模和分布式低开销求解思路。博弈论是人工智能的重要分支之一，本项目突破了现有技术存在的应用场景理想、优化目标单一、资源信息确定等难题，揭示了基于平均场博弈的干扰感知智能资源管控研究机理，弥补了国内在这方面的理论空白。

4.    同行引用及评价

科研成果获得了同行高度评价，主要代表性论文专著共5篇，SCIE他引次数共130次。具体同行引用情况及评价如下所示：

针对“空地同构超密集复杂干扰建模及智能资源管控”研究，相关科研成果在本领域高水平期刊上发表学术论文2篇，SCIE他引次数59次。英属哥伦比亚大学Victor C. M. Leung教授（加拿大三院院士、IEEE Fellow）等专家正面评价“该研究在超密集网络分布式干扰抑制和功率控制方面取得重大突破，得到基于平均场博弈的能量和干扰感知功率控制策略”。

针对“空地超密集异构通信实体智能资源接入及分配”研究，相关科研成果在本领域高水平期刊上发表学术论文2篇，SCIE他引次数59次。意大利佛罗伦萨大学Romano Fantacci教授（IEEE Fellow）、北京邮电大学廖建新教授等专家正面评价“该研究创新性地基于平均场理论在5G超密小蜂窝网络中，从功率域研究了干扰协调技术，优化了分布式干扰的分析”。

针对“不完全信息空地超密集鲁棒低开销智能资源管控”研究，相关科研成果在本领域高水平期刊上发表学术论文1篇，SCIE他引次数12次。东南大学国家移动通信研究实验室主任尤肖虎教授（IEEE Fellow）、北京交通大学艾渤教授（IEEE Fellow）等专家正面评价“该研究充分考虑时变环境和高移动性带来的干扰动态，创新性地提出了功率控制和干扰管理方案”。