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子连接有源可重构智能表面辅助的宽带无蜂窝网络能效优化

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通信学报 2024年第2期45卷 127-136页

作者：孙钢灿王硕宁冰郝万明郑州大学电气与信息工程学院河南郑州450001 中原工学院电子信息学院河南郑州450007

面对无蜂窝网络中超密集基站部署产生的高功耗问题,提出了一种基于子连接有源可重构智能表面辅助的宽带无蜂窝网络系统。考虑有源智能超表面最大功率约束、放大因子约束和基站端最大功率约束,构建了一个联合基站和可重构智能表面波束优... 详细信息

面对无蜂窝网络中超密集基站部署产生的高功耗问题,提出了一种基于子连接有源可重构智能表面辅助的宽带无蜂窝网络系统。考虑有源智能超表面最大功率约束、放大因子约束和基站端最大功率约束,构建了一个联合基站和可重构智能表面波束优化的能效最大化问题。由于所形成的优化问题非凸,提出了一种交替优化方案将原问题转化为多个子问题,进而利用块坐标下降、拉格朗日对偶变换、多维复二次变换等方法将每个子问题转化为凸优化问题,通过交替求解每个子问题最终获得原问题的解。仿真结果验证了所提方案的有效性。

关键词：有源可重构智能表面子连接架构无蜂窝网络宽带能效

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无蜂窝网络中的联邦学习用户调度与资源优化

计算机工程 2024年

作者：王华华黄烨霞李玲王嘉程重庆邮电大学通信与信息工程学院

在无蜂窝网络环境下实施联邦学习（FL）时，用户调度和资源分配策略对优化系统时间开销、提升用户可达速率以及加速FL收敛速率至关重要。为解决资源分配不均的问题，本文设计了联合用户调度、CPU处理频率和功率分配的优化方案。通过最... 详细信息

在无蜂窝网络环境下实施联邦学习（FL）时，用户调度和资源分配策略对优化系统时间开销、提升用户可达速率以及加速FL收敛速率至关重要。为解决资源分配不均的问题，本文设计了联合用户调度、CPU处理频率和功率分配的优化方案。通过最大化系统的最小用户速率来实现资源的公平分配，并提升FL性能。联合优化问题被分解为两个子问题：用户调度和功率分配。在用户调度方面，本研究设计了基于K-means聚类的贪婪调度算法，以综合评估用户的信道状态和数据“价值”，并将用户划分为不同的群组。随后，针对每个群组的资源占用情况，为组内用户制定个性化的CPU处理频率分配方案。最后，通过在各群组中独立执行用户调度，实现了高效且精准的用户选择，并通过提前分组有效降低了用户选择的复杂度。在功率分配方面，本文引入了基于二分法的功率分配算法（BM-PA）。该算法不仅考虑了用户间的公平性，还针对资源受限用户进行了优先处理，以确保其能够获得更优质的资源分配。BM-PA算法通过低复杂度的迭代优化过程，实现了功率分配的快速收敛，并在保证系统性能的同时，显著提升了资源的利用效率。在本文中合理的用户调度策略是功率分配子问题获得优解的基础，本文采用交替迭代的方法允许在每个子问题中独立进行优化，同时考虑到另一个子问题的解。这种相互依赖的关系通过多轮迭代优化过程，确保功率资源被合理地分配给那些最需要或最有可能有效利用它们的用户，从而使系统整体性能得到提升。本研究实现了联合优化求解，显著提升了系统整体性能。仿真实验结果表明，与基准算法相比，本研究所提算法在提升上下行可达速率方面表现出色。在下行可达速率方面，最佳情况下平均提升幅度高达103.34%；在上行可达速率方面，最佳提升幅度达到102.78%。此外，本研究算法相较于基准算法还能平均节省67.44%的FL任务训练时间，特别是在FL学习模型精度达到90%时，所提算法的时间开销最小。

关键词：无蜂窝网络联邦学习用户调度 K-means聚类资源优化

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基于无蜂窝网络架构下的多业务联合传输方案

基于无蜂窝网络架构下的多业务联合传输方案

作者：王文洁北京邮电大学

学位级别：硕士

在当今移动通信的环境下,业务类型越来越多样化,为用户提供高速率高质量的多种服务成为下一代无线通信系统的主要目标。在蜂窝网络下的多业务联合传输研究中,速率分拆(Rate-Splitting,RS)技术可以在有效提升频谱效率的情况下实现对广播... 详细信息

在当今移动通信的环境下,业务类型越来越多样化,为用户提供高速率高质量的多种服务成为下一代无线通信系统的主要目标。在蜂窝网络下的多业务联合传输研究中,速率分拆(Rate-Splitting,RS)技术可以在有效提升频谱效率的情况下实现对广播、组播和单播的联合传输,但是基于其蜂窝网络的底层架构,边缘效应和小区干扰对系统性能造成了消极的影响。无蜂窝(Cell Free,CF)网络作为一种分布式的技术,具有更强的抗阴影衰落的能力,并减小小区边缘效应,被认为是第六代移动通信(the 6th Generation Mobile Communication,6G)时代非常有发展前景的关键技术之一。因此,本文将对无蜂窝网络架构下的多业务联合传输方案进行研究,主要研究内容如下:第一、本文针对现有蜂窝网络架构下的多业务传输方案所存在的小区间干扰较大的问题,提出了一种基于以用户为中心的无蜂窝网络架构的多业务联合传输方案,并对该方案的收发模型进行详细推导。仿真结果表明,该多业务联合传输方案能够有效提高系统的和速率性能。第二、针对所提出的多业务联合传输方案,以最大化系统和速率为目标对其进行资源分配的优化。分别提出了两种优化的资源分配方案,分步式的优化算法和联合式的优化算法。分步式算法具有复杂度低的的优点,其对原优化问题进行降维处理并分别求解,仿真结果表明其具有更优的系统和速率性能。联合式算法在分步式算法的基础上进行了进一步的优化,将AP与用户匹配、功率分配两个子问题进行联合的迭代优化求解,以通过联合的迭代处理获得更高的系统性能增益。仿真证明该方案较之传统的资源分配方案以及上述所提分步式方案来说,具有更高的性能增益,但是存在复杂度较高的问题,需要进行性能和复杂度的取舍。

关键词：无蜂窝网络速率分拆多业务资源分配

智能反射面辅助的无蜂窝大规模MIMO网络容量优化研究

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智能反射面辅助的无蜂窝大规模MIMO网络容量优化研究

作者：张莹莹天津大学

学位级别：硕士

无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)网络采用集中式中央处理器和分布式接入点协同处理的架构,可有效避免大规模MIMO小区之间干扰的问题,提高小区边缘用户的服务质量,但往往需要部署较多的接入点,部署成本... 详细信息

无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)网络采用集中式中央处理器和分布式接入点协同处理的架构,可有效避免大规模MIMO小区之间干扰的问题,提高小区边缘用户的服务质量,但往往需要部署较多的接入点,部署成本和功耗较高。智能反射面是一种低成本无源反射器件,可以对网络存在遮挡、衰落等情况下,通过调整每个反射单元的反射系数和相位,实现对信道的增强。因此本文拟在无蜂窝大规模MIMO网络中引入智能反射面,研究容量优化算法,从而以较低的成本提高网络性能。为了最大化在数据随机到达条件下的系统传输成功率,用户功率和智能反射面的反射系数需要交替优化,计算复杂度高。此外,随机到达的数据对应一个动态的环境状态,引入强化学习方法可更好地观测动态环境,学习到最优策略。因此,本文提出了一种多智能体深度确定性策略梯度方法。首先,设计一个多智能体强化学习框架来描绘动态无线通信环境和交互式智能体,解释强化学习和通信策略之间的关系。其次,引入多智能体深度确定性策略梯度方法,采用集中式训练方式解决合作式多智能体与环境频繁交互导致的环境不稳定问题。然后,在测试过程中采用分布式架构,智能体仅依靠本地观测便可选择最优策略,实现用户功率和智能反射面波束成形系数的联合优化。仿真结果表明,与联合优化算法相比,所提出的多智能体深度确定性策略梯度方法能有效提高传输成功率。针对物联网用户能量受限的情况,我们在智能反射面辅助的无蜂窝大规模MIMO系统中,考虑有携能传输场景下的长期速率公平优化问题。本文设计了一种基于交替优化的长期调度和功率控制框架。首先建立智能反射面辅助的无蜂窝携能传输系统模型,在下行过程中用户收集能量,在上行过程中最大化数据传输速率,并考虑最小速率最大化的公平性问题。其次,利用李雅谱诺夫稳定性理论将长期优化目标分解为每个时隙的优化问题。然后,在每个时隙中利用交替优化思想分别优化上行和下行过程,采用MM(Majorization-Minimization)算法和分数规划算法解决两个子问题。仿真结果表明,与没有智能反射面辅助的情况对比,所提出的交替优化长期调度和功率控制框架能提高用户电池电量,并在公平前提下提高最小速率。

关键词：智能反射面无蜂窝网络深度强化学习容量优化长期调度

基于图神经网络的低复杂度无蜂窝大规模MIMO无线传输

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无线电通信技术 2023年第3期49卷 393-401页

作者：何世文官沛雯安振宇黄永明中南大学计算机学院湖南长沙410083 紫金山实验室江苏南京211111 东南大学移动通信国家重点实验室江苏南京210096

波束成形是多天线无线通信网络研究中的基本问题之一。针对无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)多点联合发送中满足用户服务质量需求下的最大化系统和速率波束成形问题,利用网络历史数据,提出了基于图神经... 详细信息

波束成形是多天线无线通信网络研究中的基本问题之一。针对无蜂窝大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)多点联合发送中满足用户服务质量需求下的最大化系统和速率波束成形问题,利用网络历史数据,提出了基于图神经网络的波束成形智能优化算法,有效克服了传统优化算法在大规模多天线通信中计算效率低的缺点。仿真实验结果表明,所提算法的性能表现与传统优化算法接近,且具有更低的计算复杂度。

关键词：多输入多输出图神经网络无蜂窝网络波束成形

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B5G/6G蜂窝车联网智能接入与资源管理关键技术及展望

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移动通信 2022年第11期46卷 14-19页

作者：焦椤方许云霆张天祺刘婷婷周海波南京大学电子科学与工程学院江苏南京210023

B5G/6G蜂窝车联网是构建现代智能交通系统、突破当前交通困境的重要信息化技术手段。以车辆用户为中心的智能接入与异质多资源动态管理是B5G/6G蜂窝车联网学术前沿与产业应用的关注热点。分析了用户为中心的B5G/6G蜂窝车联网智能接入与... 详细信息

B5G/6G蜂窝车联网是构建现代智能交通系统、突破当前交通困境的重要信息化技术手段。以车辆用户为中心的智能接入与异质多资源动态管理是B5G/6G蜂窝车联网学术前沿与产业应用的关注热点。分析了用户为中心的B5G/6G蜂窝车联网智能接入与动态资源管理的核心挑战;介绍了用户为中心的B5G/6G蜂窝车联网智能接入与动态资源管理的代表性前沿技术方法;探讨了用户为中心的B5G/6G蜂窝车联网新型网络架构、柔性接入管理、弹性资源适配、按需业务服务等重要研究方向;最后,对用户为中心的B5G/6G蜂窝车联网智能接入与资源管理的未来发展方向进行了总结与展望。

关键词： B5G/6G 蜂窝车联网上下行解耦资源管理数字孪生无蜂窝网络

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