Analysis of Intelligent Vehicular Relaying in Urban 5G+ Millimeter-Wave Cellular Deployments
针对城市5G+毫米波蜂窝场景下移动中继性能研究不足的问题，构建数学框架评估车载毫米波中继性能，分析连接策略增益并明确适用场景，为相关标准化与部署提供支撑。
2019-08-16 cs.NI eess.SP
Beamwidth Optimization in Millimeter Wave Small Cell Networks with Relay Nodes: A Swarm Intelligence Approach
毫米波（mmWave）通信被认为是未来5G系统中最具颠覆性的技术之一。在毫米波频段中，60 GHz无线电技术特别适用于超密集的小型小区和移动数据卸载场景。毫米波通信中仍有许多挑战有待解决，但其中最突出的挑战包括耳聋或发射器和接收器波束之间的不对准以及干扰管理。近年来，考虑对毫米波资源分配的可忽略干扰的场景在文献中已经相当普遍。为此，有趣的是，许多开放的问题仍然需要解决，例如毫米波噪声限制机制的适用性。此外，在毫米波中，波束转向机制强加了强制静默期，在此期间不能传送数据，这在吞吐量/延迟计算中不应被忽略。本文介绍了毫米波使能的小小区网络（SCN）的中继能力，其中作为一个协调的元优化的波束宽度/延迟的方法，整体系统吞吐量优化的结果。模拟已被传达三个发射机密度下TDMA和天真的“全”调度产生平均每个节点的吞吐量增量高达248%。本文进一步阐述了对齐延迟和时分复用策略的失衡影响，通过说明在下行链路操作中的固定节点大小SCN的制度中增加发射机数量所产生的预见的转变如何通过调度策略中的不良选择而逐渐消失。
2016-05-18 cs.NI
Towards the Maximum Traffic Demand and Throughput Supported by Relay-Assisted mmWave Backhaul Networks
本文研究中继辅助毫米波回程网络的吞吐量性能问题。在树型回程网络中，通过不同网络设置下的线性规划，已经找到了小小区基站（BS）的最大业务需求和宏小区BS处的最大吞吐量，其涉及BS上可用的无线电链路的数量和回程网络中逻辑链路之间的干扰关系。针对密集城市环境中中继辅助的毫米波回程网络，提出了一种新的干扰模型，该模型证明了毫米波定向通信的有限干扰足迹。此外，调度算法的开发，以找到最佳的调度树型毫米波回程网络。大量的数值分析和仿真进行了展示和验证的网络吞吐量性能和调度算法。
2022-02-22 cs.NI cs.SY eess.SY
An efficient distributed scheduling algorithm for relay-assisted mmWave backhaul networks
提出了一种新的分布式调度算法，该算法的目标是在中继辅助的树形mmWave回程网络中有效地调度上行和下行回程业务。讨论了控制消息的握手、本地调度的计算以及最终有效调度的确定。仿真结果表明，分布式算法的性能可以达到非常接近回程网络的最大业务需求，并且能够快速准确地适应小小区基站业务需求急剧变化的动态业务。
2022-02-16 cs.NI cs.SY eess.SY
Cooperative Beamforming with Predictive Relay Selection for Urban mmWave Communications
Rutgers, The State University of New Jersey（罗格斯新泽西州立大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
虽然毫米波（mmWave）通信承诺高数据速率，但是它们对阻塞的敏感性和严重的信号衰减对其在城市环境中的部署提出了挑战。为了克服这些影响，我们考虑一个分布式的合作波束成形系统，它依赖于静态中继部署在集群具有相似的信道特性，在每个时刻，只有一个中继从每个集群被选择参与波束成形的目的地。为了满足网络的服务质量保证，波束成形的关键先决条件是中继选择。然而，由于信道随时间变化，中继选择成为一个资源需求的任务。实际上，对所有候选中继的信道状态信息的估计（对于中继选择是必要的）是占用带宽、浪费功率并且在网络中引入延迟和干扰的过程。相反，我们提出了一种独特的，预测性的方案，用于资源高效的中继选择，它利用毫米波介质的特殊传播模式，可以跨集群分布式执行，并与基于最佳波束成形的通信并行。所提出的预测方案有效地利用时空信道的相关性与当前和过去的网络范围内的接收信号强度（RSS），后者是不变的中继集群的大小，在系统的操作过程中连续测量。我们的数值结果证实，我们提出的中继选择策略优于任何随机选择策略，不利用信道相关性，而在同一时间，它执行非常接近一个理想的方案，使用完整的，集群大小相关的RSS，并提供显着节省信道估计开销，提供更好的网络利用率，特别是在密集的拓扑结构，典型的毫米波网络。
2019-07-29 cs.IT cs.LG cs.NI
Robotic Aerial 6G Small Cells with Grasping End Effectors for mmWave Relay Backhauling
King’s College London（伦敦国王学院）
在密集的城市区域中部署专用于异构网络（HetNet）的小型小区和用于改善回程的相关联的中继节点预计将成为超5G（B5 G）和6 G无线接入网络设计中的重要结构元素。HetNet中的一个关键操作方面是如何最佳地实现无线回程链路以有效地支持流量需求。在这项工作中，我们利用最近提出的机器人空中小基站（RASC），能够掌握在不同的高大城市地形作为无线中继节点回程。这可以被认为是缺乏灵活性的固定小小区（FSC）的替代方案，因为一旦安装，它们的位置就不能改变。更具体地，考虑RASC的按需部署以构建毫米波（mmWave）回程网络，以使用基于网络流的混合整数线性规划（MILP）公式来优化可用网络容量。数值研究表明，对于相同的可达吞吐量，所需的RASC数量比所需的FSC数量少25%~ 65%。该结果在减少所需的无线网络设备（capex）以提供给定的网络容量方面具有重要意义，并且允许高效且灵活的网络致密化。
2022-02-03 cs.NI cs.RO
Connectivity of Millimeter Wave Networks with Multi-hop Relaying
本文提出了一种新的随机几何方法的毫米波（毫米波）网络的连接与多跳中继。将无线电环境中障碍物的随机位置和形状建模为布尔模型，其芽按泊松点过程分布，颗粒为随机矩形。导出的分析结果揭示了毫米波网络的连通性如何取决于关键系统参数，例如障碍物的密度和大小以及中继路由窗口-选择路由中继的距离范围。我们发现，多跳中继可以大大提高连接与单跳毫米波传输。我们表明，要获得接近最佳的连接中继路由窗口的大小的障碍物。
2014-12-21 cs.IT cs.NI math.IT
Coalition Game based User Association for mmWave Mobile Relay Systems in Rail Traffic Scenarios
轨道交通，特别是高速铁路，是发展国民经济、提升旅客体验的重要基础设施。毫米波（mmWave）通信由于其大带宽而被认为是满足高数据率需求的有前途的技术。然而，由于毫米波通信具有高衰减的特点，移动中继（MR）在本文中被认为是。此外，已经提出了全双工（FD）通信以提高频谱效率。然而，由于速度高，以及穿透损耗的问题，乘客在训练上的服务质量较差。因此，一个有效的用户关联方案在毫米波频段的高速铁路是必要的。在本文中，我们研究了毫米波移动中继系统中的用户关联优化问题，其中MR工作在FD模式。为了最大化系统容量，提出了一种基于联盟形成博弈的协作用户关联方法，并设计了一种联盟形成算法来解决这一具有挑战性的NP难题。我们还证明了算法的收敛性和Nashstable性质。大量的仿真结果表明，该方案在各种网络设置下的系统性能。结果表明，所提出的分布式低复杂度的计划实现了一个接近最优的性能，并优于两个基线计划的平均系统吞吐量。
2021-09-15 cs.IT cs.NI math.IT
Relay Selection for 5G New Radio Via Artificial Neural Networks
毫米波提供了宽带宽的替代频段，以更好地实现5G新无线电（5G-NR）的增强型移动宽带（eMBB）和超可靠低延迟通信（uRLLC）的支柱技术。当使用毫米波频段时，在无线电接入网络（RAN）中辅助基站覆盖的中继站成为一种有吸引力的技术。然而，导致最强链路的中继选择成为促进使用毫米波的RAN的关键技术。中继选择的另一种方法是利用现有的操作数据，并应用适当的人工神经网络（ANN）和深度学习算法来缓解毫米波频段的严重衰落。在本文中，我们应用分类技术，使用人工神经网络的多层感知预测的路径损耗的多个传输链路，并根据一定的损耗水平，从而执行有效的中继选择，这也建议切换到合适的路径。与其他ML算法相比，人工神经网络的多层感知证明中继选择在5G-NR的有效性。
2020-05-02 cs.NI cs.SY eess.SP
Intelligent Reflective Surface vs. Mobile Relay-supported NLoS Avoidance in Indoor mmWave Networks
第六代无线通信（6G）被设想为产生用于改善端到端通信性能的各种技术，其中通信被设想为利用毫米波（mmWave）频率和更高频率的无线信号。其中，这些技术包括智能反射表面（IRS）和移动中继（MR），其设想的作用包括减轻非视线（NLoS）连接的负面影响，特别是在毫米波和更高频率下。这些技术背后的核心思想是使用协作网络，其中源向中继器（在这种情况下为IRS或MR）发送信号，该信号在接收时被转发到目的地。当比较这两种技术时，重要的是要认识到IRS主要被设想为附着到环境中的各种对象（例如墙壁和家具）的静态实体。相比之下，MR将具有更高的自由度，因为它们将能够在环境中无缝定位。基于上述假设，我们推导出一种用于确定室内环境中IRS和MR的最佳位置的方法，即，最大化源和目的地之间的端到端链路质量的方法。接下来，我们捕获在室内毫米波通信中IRS和MR支持的NLoS避免的通信质量指标。我们的研究结果表明，从端到端的链路质量的角度来看，MR通常优于IRS，这表明其利用潜力的吞吐量优化的NLoS避免场景。
2022-07-14 cs.ET cs.NI eess.SP
Integrated Access and Backhaul in 5G mmWave Networks: Potentials and Challenges
集成接入和回程（IAB）正在被研究作为通过实现无线回程链路来中继接入业务来克服超密集5G毫米波（mmWave）网络的部署成本的手段。然而，对于这些系统的开发，通过端到端系统级仿真来验证IAB在现实场景中的性能是至关重要的。在本文中，我们阐明了IAB的最新标准化活动，并比较了在毫米波部署中使用和不使用IAB的架构。虽然很好地理解，IAB网络通过避免需要提供有线回程到每个蜂窝基站降低部署成本，在本文中，我们证明了IAB使用端到端系统级仿真提供的小区边缘吞吐量优势。我们进一步强调了一些与此架构相关的研究挑战，需要进一步调查。
2019-06-03 cs.NI
Optimal and Approximation Algorithms for Joint Routing and Scheduling in Millimeter-Wave Cellular Networks
毫米波（mmWave）通信是一种很有前途的技术，可以应对5G数据流量的指数增长。这样的网络通常需要非常密集的基站部署。这些基站的一个子集，即所谓的宏基站，具有与核心网络的高带宽连接，而中继基站则以无线方式连接。为了降低成本并增加灵活性，需要无线回程来连接宏到中继以及中继到中继基站。毫米波通信的特性要求路由和调度的新范例。本文研究了不同干扰模型下的调度算法。为了展示调度方法，我们研究了最大吞吐量公平调度问题。然而，所提出的算法可以很容易地扩展到其他问题。针对全双工网络中无干扰模型，提出了一种高效的多项式时间调度方法--{ \em面向调度优化}。此外，我们证明了这个问题是NP-难的，如果我们假设成对链路干扰模型或半双工无线电。针对这些NP难问题，提出了基于分数加权着色的近似算法。在无干扰模型下，针对半双工网络提出了近似算法并行数据流调度算法。它比基于分数加权着色的算法具有更好的逼近比，甚至达到了均匀正交回程网络的特殊情况下的最优解。
2020-07-06 cs.NI
Enhancing Path Selections with Interference Graphs in Multihop Relay Wireless Networks
本文提出通过干扰图优化多跳中继无线网络中的路径选择，以提高传输性能和减少干扰影响。
2024-06-12 cs.NI
A mmWave Bridge Concept to Solve the Cellular Outdoor-to-Indoor Challenge
无线室内覆盖和数据容量是蜂窝网络的重要方面。随着数据流量的不断增加，对室内更多数据容量的需求也在增长。宏室外小区的传统频带的较低频率设法在建筑物内提供覆盖，然而，毫米波（mmWave）频谱中的第五代（5G）移动通信所预见的新频率很难穿透到建筑物中。因此，网络的大规模致密化将需要部署大量室内小型小区，这将导致安装必要的有线/光学回程的高部署成本。因此，需要允许增加室内数据容量的其他方法，其成本低于光纤部署。我们提出了一个具有成本效益的带外中继器架构，提供更多的室内数据容量比室外宏/微网络可以提供到室内，而不会产生不利影响的传统网络，并容易与既定的蜂窝基础设施以及标准的手机/智能手机。该建议相比，传统的带内和带外中继器和中继节点，以突出我们的解决方案的优势。虽然单个链路的数据容量类似于中继器和中继器的数据容量，但是宏小区可以被有效地卸载。根据并行安装的链路数量和毫米波频谱中的带宽，可以提供至少相当于中继器或中继解决方案3- 4倍的小区容量。
2021-05-14 cs.IT cs.NI math.IT
Network-Assisted D2D Relay Selection Under the Presence of Dynamic Obstacles
尽管使用来自多输入多输出（\texttt{MIMO}）天线的定向波束来补偿高传播损耗，但是设备到设备（\texttt{D2D}）通信中的毫米波（\texttt{mmWave}）信道易受阻塞的影响。这促使人们在运动中的用户设备（\texttt{UEs}）之间形成\texttt{D2D}链路时寻找障碍物的存在。在\texttt{D2D}通信中，移动的\texttt{UEs}还充当中继以将数据从一个\texttt{UE}转发到另一个，这引入了中继选择的问题。当障碍物也随着移动的\texttt{UEs}运动时（动态障碍物），问题变得更具挑战性。首先，我们已经开发了一个概率模型，考虑移动\texttt{UEs}和动态障碍物的中继选择。然后利用与基站相连的\texttt{MIMO}雷达的信息，在三维欧氏空间中分析了动态障碍物阻塞链路的概率。最后，使用这些信息，我们已经开发出独特的策略，基于简单的几何形状，找到最好的中继，最大限度地提高预期的数据率。通过仿真，我们已经表明，我们提出的策略给出了一个显着的改善，由于节点的移动性和动态障碍物在\texttt{mmWave}信道的数据包丢失的传统方法，不考虑动态障碍物的存在。
2019-07-19 cs.NI eess.SP
Robust Train-to-Train Transmission Scheduling in mmWave Band for High Speed Train Communication Systems
针对毫米波T2T通信易遮挡问题，本文构建全双工移动中继MINLP调度模型，并提出含中继、模式选择与调度的低复杂度启发式算法，提升完成流数、吞吐量与鲁棒性。
2023-08-19 cs.IT cs.NI math.IT
Mobility-Aware Resource Allocation for mmWave IAB Networks: A Multi-Agent Reinforcement Learning Approach
针对毫米波IAB网络中用户移动和障碍物遮挡导致的链路中断问题，提出多智能体强化学习框架，通过流路由和链路调度优化用户吞吐量，并设计全双工/半双工组件及在线协调机制，数值结果验证了方法有效性。
2024-04-23 cs.NI
Boosting Spatial Reuse via Multiple Paths Multi-Hop Scheduling for Directional mmWave WPANs
由于世界上大部分地区都有巨大的未授权带宽，60 GHz频段的毫米波（mmWave）通信被认为是支持多千兆位无线服务的最有前途的候选者之一。由于毫米波信道的高传播损耗，波束成形很可能被采用为基本技术。因此，60 GHz频段的传输本质上是定向的。方向性使并发传输（空间重用），这可以充分利用，以提高网络容量。在本文中，我们提出了一种多路径多跳调度方案，称为MPMH，毫米波无线个域网，其中通过多个路径的多跳释放空间重用的潜力，通过低信道质量的链路传输的流量。我们制定的多路径多跳调度问题作为一个混合整数线性规划（MILP），这通常是NP-难的。为了使多路径多跳传输在实践中的实施，我们提出了一个启发式方案，包括路径选择，流量分配，多路径多跳调度，有效地解决了制定的问题。最后，通过大量的模拟，我们证明MPMH实现了近最佳的网络性能的传输延迟和吞吐量，并提高了网络性能显着相比，现有的协议。
2015-09-24 cs.NI
End-to-End Simulation of 5G Networks Assisted by IRS and AF Relays
在毫米波（mmWave）频率处经历的高传播和穿透损耗需要第五代（5G）基站的超密集部署，这对于网络运营商来说可能是不可行的并且成本高昂。已经提出了集成接入和回程（IAB）来部分地解决这个问题，尽管在功耗和可扩展性方面引起了关注。最近，研究界一直在研究智能反射表面（IRSs）和放大转发（AF）中继器，作为解决5G场景中覆盖问题的更节能的替代方案。基于这些思路，本文依赖于一个新的仿真框架，基于ns-3，以全栈、端到端的视角来仿真IRS/AF系统，并考虑了5G NR网络的信道模型和协议栈的影响。我们的目标是证明这些技术是否可以用于中继5G流量请求，如果可以，如何将IRS/AF节点作为最终用户数量的函数。
2022-03-04 cs.NI eess.SP
Time-Slotted Scheduling Schemes for Multi-hop Concurrent Transmission in WPANs with Directional Antenna
为了实现短距离无线多媒体应用的高速（千兆比特）连接，具有定向天线的毫米波（mmWave）无线个域网越来越受到关注。由于定向天线和毫米波通信的使用，非干扰传输的概率在局部区域中增加。通过对非干扰传输进行并发时间分配，可以极大地提高网络吞吐量。同时传输的最优时间分配问题是一个NP难问题。在本文中，我们提出了两个增强版本的先前提出的多跳并发传输（MHCT）计划。为了增加网络容量，所提出的方案有效地利用了MHCT方案的时间分配图中的自由洞，从而使其更加紧凑。
2018-01-18 cs.NI
Path Loss Characterization for Intra-Vehicle Wearable Deployments at 60 GHz
在这项工作中，我们提出了一个宽带测量活动在60 GHz的Linkker电动城市巴士内进行的结果。针对未来毫米波（mmWave）公共交通可穿戴场景，我们模拟了密集环境中移动高端消费设备的典型部署。具体而言，我们的车内部署包括一个接收器和多个发射器，对应于毫米波接入点和乘客的可穿戴和手持设备。当接收器位于公共汽车的前部时，发射器重复个人设备（i）在座位水平处的实际位置（例如，手持设备）和（ii）在座位上方70厘米的高度（例如，可穿戴设备：增强现实眼镜或盔装显示器）。基于测量的接收功率，我们构建了一个对数模型的距离相关的路径损耗。在这项研究的过程中开发的参数化模型有可能成为一个有吸引力的地面在拥挤的公共交通场景的链路预算估计和干扰足迹的研究。
2019-01-31 cs.NI
Reinforcement Learning-based Joint User Scheduling and Link Configuration in Millimeter-wave Networks
在本文中，我们开发的算法联合用户调度和三种类型的毫米波链路配置：中继选择，码本优化，毫米波（mmWave）网络中的波束跟踪。我们的目标是设计一个在线控制器，动态调度用户和配置他们的链接，以最大限度地减少系统延迟。为了解决这个复杂的调度问题，我们将其建模为一个动态决策过程，并开发了两个基于强化学习的解决方案。第一种解决方案基于深度强化学习（DRL），其利用近端策略优化来训练基于神经网络的解决方案。由于DRL潜在的高样本复杂性，我们还提出了一个经验的多臂强盗（MAB）为基础的解决方案，它分解成一系列的子动作的决策过程，并利用经典的最大权重调度和汤普森采样来决定这些子动作。我们的评估所提出的解决方案证实了其有效性，提供可接受的系统延迟。它还表明，基于DRL的解决方案具有更好的延迟性能，而基于MAB的解决方案具有更快的训练过程。
2022-10-24 cs.NI eess.SP
End-to-End Simulation of 5G NR Integrated Access and Backhaul Networks for Remote Maritime Connectivity
University of Padova（帕多瓦大学）；Keysight Denmark（是德科技丹麦）；Viasat Inc, UK（维亚萨特公司英国）
本文概述了3GPP Release 16-18中IAB网络规范，提出了一个包含完整协议栈的ns-3 IAB模块，并在自定义海上场景中通过系统级仿真评估了不同拓扑和信道条件下的多跳动态网络性能。
2026-05-15 cs.NI
Latency Optimization for Wireless Federated Learning in Multihop Networks
ECE Department, University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校电子与计算机工程系）；VinUniversity（文大学）
针对多跳无线联邦学习的时延最小化问题，提出PAFL框架与结合能量收集的联合优化算法，实现最高69.37%的时延降低。
2025-06-08 cs.AI cs.IT cs.NI
Topology Optimization for Galvanic Coupled Wireless Intra-body Communication
植入人体的传感器和执行器有望实现原位健康监测和个性化医疗的快速发展。我们提出了一种新的范例，这种植入物可以通过一种称为电流耦合的技术进行无线通信，该技术使用微弱的电信号和身体组织的传导特性。虽然电流耦合克服了体内大量吸收RF波的问题，但独特的体内通道提出了关于植入物和外部（即，在皮肤上）数据汇集节点。本文对以下方面做出了第一个贡献：（i）通过使用测量驱动的组织通道模型优化数据汇集点/继电器的位置来构建节能拓扑，以及（ii）平衡整个植入物网络的能耗，以满足应用需求。我们通过两阶段迭代聚类算法实现这一点的植入物，并制定一个优化问题，决定外部数据收集点的位置。我们的理论结果是通过模拟和实验研究验证真实组织，在网络寿命的增加。
2015-12-08 cs.NI
