專利名稱:基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種基于子載波編碼(Subcarrier Coding)的無線通信協(xié)商機(jī)制。該機(jī)制通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)中的子載波進(jìn)行編碼來實(shí)現(xiàn)無線通信節(jié)點(diǎn)之間高效快速地協(xié)商。 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
在無線通信網(wǎng)絡(luò)中,兩個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信之前都要對通信的時間與信道進(jìn)行協(xié)商。 特別地,接收方必須要知道發(fā)送方所使用的信道的中心頻率與帶寬,或發(fā)送方必須知道接收方的同樣信息。此協(xié)商步驟是所有的無線通信的前提基礎(chǔ)。在收發(fā)雙方事前都沒有進(jìn)行過任何通信的情況下,收發(fā)雙方完全不知道對方使用的信道的中心頻率與帶寬。要進(jìn)行協(xié)商,收發(fā)雙方就不得不逐個掃描各個信道,此類協(xié)商是困難且低效的。特別是當(dāng)各節(jié)點(diǎn)之間需要頻頻進(jìn)行協(xié)商的情況下,協(xié)商效率低下的問題就會更為突出,尤其是當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入一個網(wǎng)絡(luò)的時候,以及Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的時候。本發(fā)明的目的就是通過子載波編碼技術(shù)解決協(xié)商效率低下的問題。以下幾個因素導(dǎo)致協(xié)商效率低下問題難于解決
1.收發(fā)雙方必須切換到同一個信道才能進(jìn)行協(xié)商;
2.接收方必須完整地接收下發(fā)送方發(fā)送的所有信號,接收過程中不能發(fā)送信號,也不能接收其它信道的信號。目前,無線通信網(wǎng)絡(luò)中有以下兩種主流技術(shù)來應(yīng)對協(xié)商問題公共控制信道技術(shù)、 信道動態(tài)切換技術(shù)。在公共控制信道技術(shù)中,系統(tǒng)預(yù)先保留了一個固定的公共的控制信道,所有的控制信號(包括協(xié)商信號)都在這個固定的控制信道中進(jìn)行傳輸。當(dāng)節(jié)點(diǎn)空閑的時候就監(jiān)聽這個公共的控制信道,如果有其他節(jié)點(diǎn)向它發(fā)協(xié)商信號時就能夠順利接收到這個信號并進(jìn)行協(xié)商。目前的手機(jī)網(wǎng)絡(luò)普遍使用公共控制信道技術(shù)。公共控制信道技術(shù)最大的問題有兩個一是當(dāng)節(jié)點(diǎn)過多使得公共控制信道趨于飽和的時候,所有的協(xié)商都無法順利進(jìn)行,整個無線通信網(wǎng)絡(luò)將處于癱瘓狀態(tài);二是在許多網(wǎng)絡(luò)中,特別是在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中,任何一個信道都可能被其它通信系統(tǒng)占用從而不能使用,所以無法找到一個固定可用的信道,進(jìn)而無法使用公共控制信道技術(shù)。在信道動態(tài)切換技術(shù)中,各節(jié)點(diǎn)在各個信道上動態(tài)地切換,當(dāng)收發(fā)雙方在某一時刻同時切換到同一信道的時候,協(xié)商就可以順利進(jìn)行?,F(xiàn)有技術(shù)主要通過信道動態(tài)切換算法的優(yōu)化來減少信道切換的次數(shù),進(jìn)而減少信道切換時所需的時間。信道動態(tài)切換技術(shù)雖然解決了公共控制信道技術(shù)中的以上兩個問題,但節(jié)點(diǎn)在每次通信之前都要進(jìn)行多次切換信道,使得通信效率低下。雖然可通過算法來減少切換的次數(shù),但通信效率仍然不高。另外, 在現(xiàn)有的信道動態(tài)切換技術(shù)中,收發(fā)雙方是同步進(jìn)行切換的,但在實(shí)際情況中,“同步”對于需要進(jìn)行協(xié)商的節(jié)點(diǎn)來說較為困難,因此信道動態(tài)切換技術(shù)并沒有大規(guī)模的應(yīng)用。申請?zhí)枮?00910093382. 6,申請日為2009年9月18日的國內(nèi)發(fā)明專利申請公開了一種信道協(xié)商方法、系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了提前預(yù)約數(shù)據(jù)信道,提高了無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)信道的使用率和協(xié)商效率,并且實(shí)現(xiàn)了協(xié)商使用控制信道,將控制信道臨時復(fù)用成數(shù)據(jù)信道,增大了系統(tǒng)的整體資源利用率。本發(fā)明中進(jìn)行協(xié)商的各節(jié)點(diǎn)不需要事先進(jìn)行同步,省去了原本很耗時的同步操作,使協(xié)商速度大大提高。本發(fā)明采用子載波編碼技術(shù)采取多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)向一個接收節(jié)點(diǎn)在不同的信道上同時進(jìn)行協(xié)商的方法,無須提前預(yù)約數(shù)據(jù)信道, 也避免了控制信道與數(shù)據(jù)信道轉(zhuǎn)換的操作。申請?zhí)枮?01110054796. 5,申請日為2011年3月8日的國內(nèi)發(fā)明專利申請公開了一種多射頻多信道無線網(wǎng)狀網(wǎng)中適合機(jī)會路由的信道分配方法。該方法采用公共信道分配方式和基于流的信道選擇算法收集當(dāng)前鄰居范圍內(nèi)的信道干擾狀況,然后為每條新加入的流選擇使路徑干擾最小的信道,以達(dá)到信道資源負(fù)載均衡和最大化吞吐量的目的。該方法仍未解決當(dāng)節(jié)點(diǎn)過多使得公共控制信道趨于飽和的時候,所有的協(xié)商都無法順利進(jìn)行的問題。本發(fā)明采用子載波編碼技術(shù),其接收消息時間遠(yuǎn)小于發(fā)送時間,使接收方能夠在多個信道上檢測信號。支持多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)向一個接收節(jié)點(diǎn)在不同的信道上同時進(jìn)行協(xié)商,提高多節(jié)點(diǎn)之間同步效率,大幅提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn),當(dāng)無線通信收發(fā)雙方都不知道對方的信道情況時,本發(fā)明提出的協(xié)商機(jī)制具有創(chuàng)新性,將有效地解決無線通信網(wǎng)絡(luò)中協(xié)商問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是,在無線通信網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信之前,尤其是當(dāng)節(jié)點(diǎn)收發(fā)雙方都不知道對方的信道的時候,通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)中的子載波進(jìn)行編碼來實(shí)現(xiàn)無線通信節(jié)點(diǎn)之間高效快速地協(xié)商。為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是通過改變發(fā)送信號中各個子載波的使用狀態(tài)(使用或非使用狀態(tài)),對子載波進(jìn)行編碼,這個編碼后的信息就包含了協(xié)商所需要的所有信息。通過檢測信號的能量快速判斷子載波的使用狀態(tài),而且只需要掃描一次信道的能量即可,不需要完整地接收發(fā)送方所有的信號,因此子載波編碼的接收能在非常短的時間里完成。本發(fā)明采用如下方案將信息編碼到信道的子載波的使用狀態(tài)中子載波各自獨(dú)立地處于使用或非使用狀態(tài),當(dāng)處于使用狀態(tài)時,其能量會比處于非使用狀態(tài)下的子載波的能量稍高,本發(fā)明通過能量檢測判別子載波的使用狀態(tài)。記使用狀態(tài)為1,非使用狀態(tài)為0, 將各子載波的狀態(tài)按順序排列,就能得到一個二進(jìn)制0/1序列,序列的長度就是子載波的個數(shù)(在現(xiàn)有的802. lla/g無線傳輸技術(shù)中是64個),將這個二進(jìn)制序列作為子載波編碼序列(簡稱編碼序列)。發(fā)送協(xié)商請求時,協(xié)商所需的各種信息就是被編碼到這個編碼序列中, 然后根據(jù)編碼序列判定各子載波的使用狀態(tài)。編碼序列被分為了五段,各段有不同的長度放置不同的信息一段用于標(biāo)識這是一個子載波編碼的序列;一段用于標(biāo)出這個幀所占用的帶寬;一段為協(xié)商消息;另外兩段分別存放發(fā)送方、接收方的ID。這個ID是各個節(jié)點(diǎn)的唯一標(biāo)識,作用類似于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的IP 地址。通過該方式將協(xié)商需要的信息編碼到一個子載波編碼序列里,然后一次性發(fā)射出去。接收方接收到信號后,通過快速傅立葉變換(FFT)就可以檢測到各子載波的使用狀態(tài),然后解碼出子載波序列,并進(jìn)一步解碼出發(fā)送方ID、接收方ID及其它協(xié)商信息。
因?yàn)榻邮辗浇邮找粠枰臅r間遠(yuǎn)小于發(fā)送方發(fā)送信號所需的時間,使接收方能夠在多個信道上快速掃描信號,從而讓接收方能在多個信道上監(jiān)聽協(xié)商信號。同時,編碼形成的序列中1與0的位數(shù)預(yù)先設(shè)定且固定,當(dāng)兩個不同序列疊加時,得到的序列必然是1 的位數(shù)大于預(yù)設(shè)值,從而檢測出沖突。本發(fā)明采用了一個簡單高效的編碼方案和沖突檢測機(jī)制,解決了當(dāng)多個發(fā)送方同時在一個信道上發(fā)送消息時,接收方會接收到疊加的信號,從而解碼出一個錯誤的序列的問題。本發(fā)明是一種新型的基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,能達(dá)到的有益的效果如下
相比現(xiàn)有的無線技術(shù),在相同時間內(nèi),子載波編碼技術(shù)能在多個信道上同時接收協(xié)商信息,使得協(xié)商的成功率大大提高;
支持多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)向一個接收節(jié)點(diǎn)在不同的信道上同時進(jìn)行協(xié)商,提高多節(jié)點(diǎn)之間同步效率;
進(jìn)行協(xié)商的各節(jié)點(diǎn)不需要事先進(jìn)行同步,省去了原本耗時的同步操作,使協(xié)商速度大大提高;
實(shí)現(xiàn)簡單,容易在硬件上實(shí)現(xiàn)。
圖1為發(fā)送接收流程圖2為快速掃描多個信道的示意圖3為多個發(fā)送方與同一個接收方進(jìn)行協(xié)商的示意圖4為沖突檢測問題的示意圖5為子載波編碼序列的分段示意圖6為子載波編碼與常規(guī)協(xié)商技術(shù)的對比圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖,對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參見圖1,一個發(fā)送方要向一個接收方用無線的方式發(fā)送協(xié)商信息。首先發(fā)送方會將要發(fā)送的信息編碼為二進(jìn)制的子載波編碼序列,這個序列包含了發(fā)送方ID、接收方ID以及其它協(xié)商信息。簡單起見,假設(shè)這個序列是如圖1所示的10101。發(fā)送方根據(jù)10101這個子載波編碼序列,決定將發(fā)送的幀編為5個子載波,其中第一、三、五個子載波為使用狀態(tài)(能量較高),第二、四個子載波為非使用狀態(tài)(能量較低),其在頻域上波形為圖1中所示的波浪形。將這個波形做反傅立葉變換(IFFT)轉(zhuǎn)化為時域信號后發(fā)送出去。接收方檢測到信號后,將收到的原始信號做一次傅立葉變換(FFT)變換就得到波浪形的頻域波形并解碼出10101這個子載波序列(雖然因?yàn)橛布蚪邮盏降男盘栐陬l域上會與發(fā)送時的原始信號會有些許偏差(offset),但這不影響解碼出序列)。再對10101進(jìn)行解碼得到所需要的協(xié)商信息。根據(jù)情況,收到消息后的接收方會向發(fā)送方發(fā)送一個確認(rèn)消息。這時接收/發(fā)送雙方角色互換,流程不變。圖1所示的是一個較理想化的情況下的發(fā)送與接收。在實(shí)際情況下,發(fā)送方與接收方不一定工作在相同的信道上,這時發(fā)送方發(fā)出的信號就不能夠被接收方接收到。圖2 解釋了子載波編碼技術(shù)如何進(jìn)一步解決這個問題。圖2所示的是一個具有3個信道的無線環(huán)境,tft5是不同的時間點(diǎn)。假設(shè)用通常的技術(shù)收/發(fā)一個幀需要經(jīng)過(t5-tl)的時間,檢測一個信道的能量需要(t4-t3)的時間,信道的切換需要(t3-t2)的時間。因?yàn)樽虞d波編碼技術(shù)使用了能量檢測,所以它接收一個信道的消息只需要(t4-t3)。如圖2所示,假設(shè)在發(fā)送一個幀的時間內(nèi),子載波編碼技術(shù)能在大于3個信道上分別進(jìn)行一次接收(掃描),那么不論發(fā)送方在哪個信道發(fā)送信息,接收方都能在事先不知道發(fā)送方任何信息的情況下正確接收。即子載波編碼的快速掃描的特性使得發(fā)送方與接收方在協(xié)商之前不需要進(jìn)行同步。以上是單個發(fā)送方與單個接收方的情況。在實(shí)際中情況中,如果各節(jié)點(diǎn)之間沒有曾經(jīng)同步、交流過,很可能出現(xiàn)多個發(fā)送方向同一個接收方(多對一)發(fā)送協(xié)商請求的情況, 甚至多個發(fā)送方向多個接收方(多對多)發(fā)送請求。圖3解釋了子載波編碼技術(shù)如何解決多對一的情況。多對多的情況可以等價為多個多對一。圖3所示的是兩個發(fā)送方向同一個接收方發(fā)送協(xié)商請求的情況,兩個發(fā)送方工作在不同的信道上。圖3中第一行的能量圖是在發(fā)送方1看來它發(fā)出的信號的能量情況,第二行是發(fā)送方2的情況,第三行是接收方實(shí)際接收到的能量情況。發(fā)送方1發(fā)的序列是10100100,發(fā)送方2是10001010,接收方實(shí)際收到的是兩序列疊加后的能量,即 10100100000···000010001010,中間有若干連續(xù)的0是因?yàn)閮尚诺乐g的間隔。因?yàn)樵趦蓚€信道上檢測到了能量,接收方知道他收到了兩個協(xié)商請求,解碼后,接收方根據(jù)情況對發(fā)送方分別回復(fù)消息。子載波編碼技術(shù)通過此方式解決多對一的協(xié)商問題。在實(shí)際情況中有時會有多個發(fā)送方在同一信道上發(fā)送,這時發(fā)送出的信號會相互疊加為一個錯誤的信號,這種情況可稱為“沖突”。對接收方來講,它不一定能將疊加后的信號還原,簡單的處理方式是將它丟棄,但這里有一個非常重要的問題是如何判斷接收到的信號是正確的信號還是疊加的信號。圖4所示的就是這樣的沖突檢測問題。圖4中,第一行是發(fā)送方1發(fā)送的信號,第二行是發(fā)送方2在同一個信道中發(fā)送的信號,第三行是接收方接收到的信號。可以看到,接收方收到的是兩個發(fā)送方的信號疊加后的結(jié)果,即接收方收到的序列是兩個發(fā)送方的序列的每一位對應(yīng)的進(jìn)行“邏輯或”運(yùn)算的結(jié)果。子載波編碼技術(shù)使用了一個簡單而高效的方式來進(jìn)行沖突檢測在子載波編碼中,編碼形成的序列中1與0的位數(shù)預(yù)先設(shè)定且固定,當(dāng)兩個不同序列疊加時,得到的序列必然是1的位數(shù)大于預(yù)設(shè)值,從而檢測出沖突。這種編碼方式不但簡單,而且具有很高的效率。圖5則顯示了在子載波編碼技術(shù)中如何將要發(fā)送的信息分段編碼在序列不同的部位,SfS5是各個部位的長度。第一段長為Si,用于標(biāo)識這是一個子載波編碼的序列,它是一個固定的二進(jìn)制序列。第二段標(biāo)出這個幀所占用的帶寬,第三、四段是發(fā)送方、接收方的ID,第五段為協(xié)商消息。因?yàn)閰f(xié)商消息的種類比較少,通常只有“請求發(fā)送”、“確認(rèn)請求” 等簡單的消息,所以S5通常很短。圖6則對子載波編碼技術(shù)與常規(guī)的協(xié)商技術(shù)進(jìn)行了比較。在一個4信道的系統(tǒng)中, 設(shè)定一個發(fā)送方每隔1秒隨機(jī)選擇一個信道發(fā)送協(xié)商消息,發(fā)送完之后就在該信道監(jiān)聽是否有返回消息。對于接收方,常規(guī)協(xié)商技術(shù)大體為三種一種就是選擇一個信道然后始終監(jiān)聽那個信道是否有協(xié)商消息,二是逐個掃描信道,三是隨機(jī)掃描信道。不論哪一種,因?yàn)樵诔R?guī)機(jī)制中接收方接收消息的時間不少于發(fā)送方發(fā)送的消息時間,所以如果發(fā)送方只發(fā)送一次消息,接收方就只有一次接收的機(jī)會。又因?yàn)榘l(fā)送方是隨機(jī)選信道進(jìn)行發(fā)送,所以接收方正確接收協(xié)商消息的概率為N分之一,N為信道個數(shù)。圖6為N=4的情況,即協(xié)商成功率約25%。而使用本發(fā)明的子載波技術(shù)后,接收消息時間遠(yuǎn)小于發(fā)送時間,使接收方能夠在多個信道上檢測信號,所以協(xié)商成功率接近100%,為常規(guī)協(xié)商技術(shù)的N倍。通常N的值是根據(jù)分配給系統(tǒng)的資源來定的,是人為預(yù)先定好的,比如在802. Ilg中N固定為13。在現(xiàn)有的 802. Ilg無線傳輸技術(shù)中,傳輸時將一個信道劃分為64個子載波(部分子載波未使用),使用54Mbps速率進(jìn)行傳輸時,假設(shè)完整地發(fā)送/接收一幀需要100微秒(20微秒到1000微秒不等,取決于幀的長度),而掃描一個信道一次只需要3. 2微秒,即這時802. Ilg技術(shù)中在一個信道上接收一幀的時間,本發(fā)明的子載波編碼技術(shù)可以在30多個信道上進(jìn)行接收,算上信道切換的時間(實(shí)驗(yàn)中切換時間小于0.7微秒)也有大于25個信道。換個角度說,以 802. Ilg的信道劃分方法,如果發(fā)送方發(fā)送信號的時間相同,本發(fā)明的子載波編碼技術(shù)可以令接收方“同時”接收25個信道的消息,已經(jīng)遠(yuǎn)超過802. Ilg的信道總數(shù)。假設(shè)接收方可以“同時”在N (N>=1)個信道上進(jìn)行接收,那發(fā)送方只需要在這N個信道中的任意一個發(fā)送協(xié)商請求信號即可。
權(quán)利要求
1.基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,其特征是協(xié)商前各節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行同步的情況下,通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)中的子載波進(jìn)行編碼來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間高效快速地協(xié)商,即快速掃描各個子載波的能量判斷其使用狀態(tài)后用1和0分別標(biāo)記使用狀態(tài)和非使用狀態(tài),根據(jù)使用狀態(tài)對子載波進(jìn)行編碼,該編碼后的信息即包含協(xié)商所需要的所有信息;接收方接收編碼后信息所需要的時間遠(yuǎn)小于接收傳統(tǒng)方法中協(xié)商信號所需的時間,因此接收方可在多個信道上快速掃描信號,監(jiān)聽協(xié)商信號,通過接收到的序列與預(yù)設(shè)值的比較進(jìn)行沖突檢測,提高協(xié)商效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,其特征是由于子載波各自獨(dú)立地處于使用或非使用狀態(tài),當(dāng)處于使用狀態(tài)時,其能量會比處于非使用狀態(tài)下的子載波的能量稍高,因此子載波的使用狀態(tài)可以通過檢測信號的能量快速判斷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,其特征是子載波各自獨(dú)立地處于使用或非使用狀態(tài),用1、0對兩種狀態(tài)進(jìn)行分別標(biāo)記后,將這些狀態(tài)標(biāo)記按順序排列得到子載波編碼序列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,其特征是子載波編碼序列可被分為多段用于表示全部協(xié)商信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,其特征是其中一段用于標(biāo)識這是一個子載波編碼的序列,一段用于標(biāo)出這個幀所占用的帶寬,一段為協(xié)商消息,另外兩段分別是發(fā)送方、接收方的ID。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,其特征是采用沖突檢測機(jī)制即在子載波編碼中,編碼形成的序列中1與0的位數(shù)預(yù)先設(shè)定且固定,當(dāng)兩個不同序列疊加時,得到的序列必然是1的位數(shù)大于預(yù)設(shè)值,從而檢測出沖突。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,其特征是接收方接收一幀所需要的時間遠(yuǎn)小于發(fā)送方發(fā)送信號所需的時間,使接收方能夠在多個信道上快速掃描信號,從而讓接收方能在多個信道上監(jiān)聽協(xié)商信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于子載波編碼的無線通信協(xié)商機(jī)制,該機(jī)制通過對無線通信網(wǎng)絡(luò)中的子載波進(jìn)行編碼來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間高效快速地協(xié)商,即根據(jù)發(fā)送信號中各個子載波的使用狀態(tài)(使用或非使用狀態(tài))對子載波進(jìn)行編碼,編碼后的信息包含協(xié)商所需要的所有信息。子載波的使用狀態(tài)可以通過檢測信號的能量快速判斷,所以子載波編碼的接收能在非常短的時候里完成,而且只需要掃描一次信道的能量即可。子載波編碼技術(shù)能在短時間內(nèi),從多個信道逐個接收信息,通過接收到的序列與預(yù)設(shè)值的比較進(jìn)行沖突檢測。本發(fā)明使得無線通信節(jié)點(diǎn)能在更寬的信道下進(jìn)行掃描,支持多節(jié)點(diǎn)向一個節(jié)點(diǎn)同時進(jìn)行協(xié)商,而且在協(xié)商前的各節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行同步。
文檔編號H04L1/00GK102300265SQ201110275840
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月18日
發(fā)明者張進(jìn), 張黔, 陳大衛(wèi) 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院