Low-Latency Heterogeneous Networks with Millimeter-Wave Communications
异构网络（HetNet）是在即将到来的第五代（5G）及以后大幅提升网络覆盖和容量的关键推动因素。为了支持爆炸性增长的移动数据量，使用毫米波（mm波）无线电的无线通信引起了广泛的关注，这被广泛认为是5G HetNet中有前途的候选者。在这篇文章中，我们概述了具有毫米波通信的HetNet的端到端延迟。一般来说，这是相当具有挑战性的公式化和优化的延迟问题与缓冲器在毫米波通信，因为传统的基于图形的网络优化技术是不适用的队列时，被认为是。为此，我们开发了一种自适应的低延迟策略，它使用协作网络来减少端到端的延迟。然后，我们评估了引入的策略的性能。结果揭示了适当的合作网络在减少端到端延迟的重要性。此外，我们已经确定了未来低延迟毫米波HetNet研究中的几个挑战。
2018-01-28 cs.NI
Millimeter Wave Communications with OAM-SM Scheme for Future Mobile Networks
轨道角动量（OAM）技术为毫米波通信中的信息传输提供了新的自由度。针对OAM波束的空间分布特性，首次提出了一种适用于未来移动网络的OAM空间调制（OAM SM）毫米波通信系统。此外，OAM-SM毫米波通信系统的容量，平均误码率和能量效率的解析推导性能分析。与传统的多输入多输出（MIMO）毫米波通信系统相比，OAM-SM毫米波通信系统的最大容量和能量效率分别提高了36%和472.3%。此外，数值结果表明，所提出的OAM-SM毫米波通信系统比传统的MIMO毫米波通信系统具有更强的鲁棒性，这使得它适合于长距离传输。因此，OAM-SM毫米波通信系统为未来移动网络提供了巨大的发展空间。
2016-12-14 cs.IT cs.NI math.IT
LTE and Millimeter Waves for V2I Communications: an End-to-End Performance Comparison
除了蜂窝连接之外，长期演进（LTE）标准还支持基本的汽车服务，以通过车辆到基础设施（V2I）通信来促进道路安全。尽管如此，在完全自主和智能交通系统所期望的雄心勃勃的技术进步的推动下，利益相关者和研究机构最近研究了新的无线电技术，以支持车辆应用。特别地，毫米波（mmWave）频谱由于可以提供所需链路容量的大的可用带宽而具有很大的前景。然而，高频通信遭受严重的传播和吸收损耗，这可能导致通信断开，特别是考虑到高移动性场景。因此，重要的是通过仿真来验证在6GHz以上频带中建立V2I通信的实际可行性。根据这一基本原理，在本文中，我们提供了第一个比较端到端的LTE和毫米波技术在车载场景中的性能评估。仿真框架包括详细的基于测量的信道模型以及MAC、RLC和传输协议的全部细节。我们的研究结果表明，虽然LTE仍然是一个有前途的接入解决方案，以保证强大和公平的连接，毫米波满足大多数新兴汽车应用的可预见的极端吞吐量需求。
2019-03-11 cs.NI
Envision of mmWave Wireless Communication with Artificial Intelligence
未来无线通信系统面临传统频谱资源短缺和无线业务需求爆炸式增长的瓶颈。利用频谱资源的毫米波通信已成为下一代无线宽带蜂窝通信的有效选择。然而，传输路径损耗大以及氧气和水分子吸收严重等特性给毫米波通信带来了巨大挑战，需要寻求一种不同于低频无线通信的技术途径。在分析了毫米波的传输特性之后，全面分析了毫米波通信技术和射频前端的研究进展，深入分析了毫米波通信技术面临的技术挑战，并提出了相应的研究方向。最后，人工智能和机器学习的发展也被应用到了毫米波通信中，所以本文也涵盖了这些部分。
2023-01-12 cs.NI eess.SP
SDN - Architectural Enabler for Reliable Communication over Millimeter-Wave 5G Networks
毫米波（mmWave）频段为下一代无线网络（通常称为5G）提供了一个新的前沿，以实现多千兆位通信;然而，由于其不利的传播特性，mmWave信号的可用性和可靠性受到了极大的限制。因此，毫米波网络依赖于定向窄波束传输来克服严重的路径损耗。为了减轻传输-接收方向性的影响并提供不间断的网络服务，确保毫米波传输链路的可用性非常重要。在本文中，我们提出了一种新的灵活的网络架构，以提供有效的资源协调服务基站之间的用户移动。这种整体架构的关键思想是利用具有毫米波通信的软件定义网络（SDN）技术来提供灵活且有弹性的网络架构。此外，本文提出了一种有效的和无缝的不协调的网络操作，以支持可靠的通信在高度动态的环境中，其特点是高密度和移动性的无线设备。为了保证高可靠性和防止潜在的无线链路故障，我们引入了一个新的传输框架，以确保至少有一个基站连接到UE在任何时候。我们通过仿真验证了所提出的传输方案。
2018-12-03 cs.NI
Towards a Heterogeneous Smart Electromagnetic Environment for Millimeter-Wave Communications: An Industrial Viewpoint
第五代（5G）及以后的通信系统为毫米波（mmWave）频段打开了大门，以利用超大的工作带宽并提供前所未有的网络容量。这些频带受到高传播损耗的影响，这严重限制了可实现的覆盖范围。解决这个问题的最简单方法是增加安装的毫米波基站（BS）的数量，同时增加整体网络成本，功耗和电磁场（EMF）水平。作为替代方向，在这里，我们建议用智能电磁（智能EM）实体的异构部署来补充毫米波BS的宏层-即IAB节点，智能中继器，可重新配置智能表面（RIS）和无源表面-这是明智的计划，以最大限度地减少总安装成本，同时优化网络频谱效率。初步的网络规划结果强调了所提出的方法的有效性。现有的技术和实现这一观点的关键研究方向进行了彻底讨论，从系统级设计到新材料的开发等问题。
2022-02-24 cs.NI
High-Speed Data Dissemination over Device-to-Device Millimeter-Wave Networks for Highway Vehicular Communication
车辆之间每秒300比特的连接预计将成为传感器信息共享的关键技术，从而实现更安全的智能交通系统（ITS）。最近提出的毫米波（mmWave）系统似乎是能够满足未来ITS服务所强加的数据率需求的唯一解决方案。在这张海报中，我们通过调查系统和通信参数对最终用户的影响来评估毫米波设备到设备（D2D）车载网络的性能。
2017-10-06 cs.NI cs.PF
Distributed Relay Selection in Presence of Dynamic Obstacles in Millimeter Wave D2D Communication
毫米波（mmWave）设备到设备（D2 D）通信由于严重的穿透损耗而极易受到障碍物的影响，并且几乎需要视线（LOS）通信路径A2 D信道条件对于设备/用户设备（UE）是本地的，因此对于基站（BS）是直接可见的\textit{not}。因此，D2 D信道的质量需要由UE传播到BS，这可能导致一些延迟。因此，由于移动的障碍物，由BS使用该收集的信道信息向UE提供的解决方案对于建立通信可能变得不太有用。这些类型的障碍可能事先不知道，因此可能导致D2 D信道质量的不可预测的波动。因此，我们试图学习D2 D信道使用有限时域部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）框架来建模这种网络环境中的不确定性与动态障碍。目标是当信道质量恶化时通过使UE在i）继续在其上正在发生通信的当前中继链路上或ii）通过探索其本地的其他可能UE切换到另一个好中继之间本地选择最佳可能决策来最小化延迟。我们推导出一个最优的阈值策略，告诉UE采取适当的决定本地。随后，我们给出了一个简化的和易于实现的固定阈值策略，该策略统计连续确认失败的数量，基于该数量，UE在本地做出适当的决策。通过大量的模拟，我们证明了我们的方法优于最近的算法。
2020-02-12 cs.NI
Analysis of Human-Body Blockage in Urban Millimeter-Wave Cellular Communications
极高频（EHF）或毫米波（mmWave）频带的使用已经引起了下一代无线接入网络的显著关注。如最近的测量所示，毫米波频率使自己非常敏感的“阻塞”所造成的障碍物，如树叶，人类，车辆等，但是，有一个缺乏分析模型来表征这种阻塞和随之而来的影响信号的可靠性。在本文中，我们提出了一种新颖的，通用的，易于处理的模型，用于表征由人类（假设他们随机位于环境中）对毫米波传播造成的阻塞，作为系统参数的函数，如发射器-接收器的位置和尺寸，以及人类的密度和尺寸。此外，所提出的模型进行了验证，使用射线发射器工具。利用所提出的模型，阻塞概率被证明是增加与人的密度和发射器-接收器对之间的分离。此外，所开发的分析表明，以证明存在的发射机天线高度，最大限度地提高接收到的信号强度，这反过来又是一个函数的发射机-接收机的距离和它们的尺寸。
2016-04-16 cs.NI
Maximum Throughput Scheduling for Multi-connectivity in Millimeter-Wave Networks
多连接正在成为在毫米波频率范围内提供可靠通信和无缝连接的有前途的解决方案。由于在这样的高频范围内导致频繁中断的障碍，到多个小区的连接可以通过网络元件之间的协调在吞吐量和可靠性方面大幅提高网络性能。在本文中，我们提出了一种算法的链路调度优化，最大化网络吞吐量的多连接毫米波蜂窝网络。所考虑的方法利用了集中式架构，快速链路切换，主动上下文准备和毫米波接入点和用户之间的数据转发。所提出的算法能够数值上接近全局最优，并量化毫米波蜂窝网络中的多连接的潜在增益。
2018-12-17 cs.NI
On the Benefits of Network-Level Cooperation in Millimeter-Wave Communications
毫米波无线网络的中继技术是提高传输性能的一个有力的解决方案。在这项工作中，我们量化的好处，随机接入多用户毫米波无线网络的延迟和吞吐量方面，由一个全双工网络协作中继。中继器配备有队列，我们分析该队列的性能特性（例如，到达率、服务率、平均大小和稳定性条件）。此外，我们研究了两种可能的传输方案：全定向和广播。在前者中，源节点通过使用窄波束将分组发送到中继站或目的地，而在后者中，节点通过使用较宽的波束在相同的时隙中发送到目的地和中继站，但是具有较低的波束成形增益。在我们的分析中，我们还考虑了每次发射机节点改变目的地节点时发生的波束对准阶段。我们展示了波束对准持续时间以及发送节点的位置和数量如何显着影响网络性能。此外，我们说明了最佳传输方案（即，广播或全定向），并且示出了全定向传输并不总是有益的，但是在某些场景中，广播和中继可以提高吞吐量和延迟方面的性能。
2019-03-07 cs.NI
Network Coding Applications for 5G Millimeter-Wave Communications
毫米波段作为实现数据率和网络效率的重大改进的手段已经吸引了极大的兴趣。将毫米波段用于蜂窝通信的一个显著限制是，与微波波段相比，通信遭受高得多的路径损耗。毫米波链路也被证明变化迅速，导致设备和接入点之间的链路在视距、非视距和中断状态之间切换。我们建议使用随机线性网络编码，以克服在这样的毫米波系统中的个人通信链路的不可靠性。我们的系统包括通过几个接入点发送和接收网络编码的数据包的设备。对于下行链路通信，经由多个接入点向设备发送网络编码的分组。对于上行链路通信，接入点执行若干设备的分组的网络编码，然后将网络编码的分组发送到核心网络。我们将我们的方法与一种天真的方法进行比较，在这种方法中，非网络编码的数据包通过多个接入点（“转发”方法）进行传输。我们发现，网络编码的方法显着优于转发的方法。具体地，网络编码分别极大地提高了下行链路和上行链路通信的空中接口传输的效率和回程传输的效率。
2015-12-09 cs.IT cs.NI math.IT
Gemini: Integrating Full-fledged Sensing upon Millimeter Wave Communications
本文提出全功能毫米波集成感知与通信系统Gemini，通过自干扰消除、联合优化调度和单双站融合感知算法，在保障通信吞吐量的同时实现优于商用毫米波雷达的感知性能。
2024-10-22 cs.NI eess.SP
Resource Allocation for Millimeter-Wave Train-Ground Communications in High-Speed Railway Scenarios
随着无线通信技术的发展，高速铁路对车地无线通信提出了更高的要求。毫米波频段具有丰富的频谱资源，可以为高铁场景下的用户提供高性能的宽带多媒体业务，而全双工（FD）技术也已趋于成熟。在本文中，我们研究了高速铁路场景下的车-地通信系统的性能与移动中继（MR）安装在屋顶的训练和FD模式下工作。我们制定了一个非线性规划问题，以最大限度地提高网络容量的频谱资源分配。然后，我们开发了一个序列二次规划（SQP）算法的基础上的拉格朗日函数来解决轨道侧基站（BS）和MR的带宽分配优化问题，在这个毫米波车地通信系统。大量的仿真结果表明，所提出的SQP算法可以有效地实现高网络容量的训练轮通信在高铁的场景，同时是强大的残余自干扰（SI）。
2021-04-28 cs.IT cs.NI math.IT
Machine Learning Algorithm for NLOS Millimeter Wave in 5G V2X Communication
Auckland University of Technology（奥克兰理工大学）；University of Charleston（查尔斯顿大学）
用于自动驾驶和半自动驾驶的5G车联网（V2X）通信利用无线技术进行通信，并且毫米波频段在这种车辆网络应用中被广泛实施。本文的主要目的是从毫米波基站广播的消息到车辆在LOS（视线）和NLOS（非LOS）。中继使用机器学习（RML）算法制定训练毫米基站识别其覆盖范围内的阻塞和广播消息的车辆在NLOS使用LOS节点作为中继。信息的传输速度更快，吞吐量更高，并且它覆盖了更宽的带宽，可以重复使用，因此当在mmBS的覆盖区域内执行机器学习时，NLOS中的大多数车辆都可以受益。提出了一种独特的中继机制结合机器学习的方法，在NLOS下与移动节点进行通信。
2020-12-16 cs.LG cs.NI
Enhancing TCP End-to-End Performance in Millimeter-Wave Communications
近来，由于大的频谱资源的可用性，毫米波（mmWave）通信受到极大关注。然而，它们对TCP性能的影响被忽视了，据观察，所述TCP性能崩溃是由于LOS和NLOS链路之间的信号质量的显著差异而发生的。我们提出了一种新的TCP设计的毫米波通信，毫米波性能增强代理（mmPEP），不仅能够克服TCP性能崩溃，但也利用毫米波信道的属性。基站安装TCP代理以操作称为Ack管理和批量重传的两个功能。具体地，代理向服务器发送所述early-Ack，即使在NLOS状态下也不降低其发送速率。此外，当检测到数据包丢失时，代理不仅重传丢失的数据包，而且还重传一定数量的预期丢失的后续数据包。ns-3仿真结果表明，与基准协议相比，mmPEP在保持较高发送速率的同时，降低了丢失恢复时间，提高了端到端速率和分组投递率。
2017-09-05 cs.ET cs.NI
Technical Report - MillimeterWave Communication in Vehicular Networks: Coverage and Connectivity Analysis
在本技术报告（TR）中，我们描述了我们开发的数学模型，用于在基于毫米波链路的汽车通信场景中进行初步覆盖和连接分析。其目的是解决在为毫米波汽车场景设计解决方案时必须考虑的一些复杂而有趣的权衡。
2017-04-26 cs.IT cs.NI math.IT
Enabling Content-Centric Device-to-Device Communication in the Millimeter-Wave Band
无线流量的增长和设备的移动性已经使核心网络严重拥塞。这一瓶颈，加上频谱稀缺，使得传统的蜂窝网络不足以传播大量内容。在本文中，我们提出了一种新的方案，通过解决分散的D2D对等体关联和天线波束宽度选择，使基于CCN的D2D网络在毫米波波段的有效初始化。所提出的方案考虑了毫米波的特性，如定向通信和阻塞敏感性。我们提出了一种启发式对等关联算法关联D2D用户使用上下文信息，包括链接稳定时间和内容可用性。通过大量的仿真，该方案在数据吞吐量和传输效率方面的性能进行了评估。仿真结果表明，该方案显著提高了网络性能，优于文献中的其他方法。
2021-04-12 cs.NI eess.SP
VOMTC: Vision Objects for Millimeter and Terahertz Communications
Seoul National University（首尔大学）；Inha University（仁荷大学）
本文提出面向毫米波与太赫兹通信的大规模视觉数据集VOMTC，含20232组基站采集的RGB-深度图像对及标注，实验验证基于该数据集训练的目标检测器可提升波束成形性能。
2024-09-14 cs.CV cs.NI
Blockage-Peeking Game of Mobile Strategic Nodes in Millimeter Wave Communications
鉴于毫米波通信中视线的重要性，战略对手可以通过阻碍接收器来破坏传输，而接收器反过来可以通过试图绕过这个障碍来做出反应。为了扩展这一点，我们从博弈论的角度研究了一个这样的场景，考虑移动毫米波接收器和对手作为零和游戏中的玩家进行战略性互动，他们希望最大化或分别最小化通信的频谱效率。为了做到这一点，对手试图屏蔽接收器的视线作为障碍物，而接收器可以四处移动以避免阻塞。我们考虑预设的距离，玩家可以选择改变他们的角坐标来绕着对方走。这是一个静态的完全信息的游戏，我们在数字上找到混合策略的纳什均衡，得出一些有趣的结论，如连接它与发射机的波束形成模式。
2022-06-10 cs.GT cs.NI
Ultra-Reliable Low-Latency Millimeter-Wave Communications with Sliding Window Network Coding
超可靠性和低延迟是新的第六代通信系统（xURLLC）的关键要求。在过去的几年中，为了增加吞吐量，在先进的无线通信中引入了自适应有源天线，特别是在毫米波（mmWave）领域。因此，提出了新的低层技术来应对高维和电子可操纵波束的实际挑战。从全向天线到高定向天线的转变呈现了一种新型的无线系统，其提供高带宽，但易受高损耗和高延迟变化的影响。传统的方法无法弥补这些先进系统中高吞吐量和低延迟之间不断扩大的差距。在这项工作中，我们将有效的滑动窗口网络编码解决方案在毫米波通信。虽然传统系统（如无速率码）改善了延迟，但跨层结果表明，由于毫米波信道的有损行为和较低层的重传机制，它们不提供低延迟通信（LLC -低于10 ms）。另一方面，固定滑动窗口随机线性网络编码（RLNC）能够实现LLC，甚至更好，自适应滑动窗口RLNC获得超可靠LLC（超可靠和低延迟通信（URLLC）- LLC，最大延迟低于10 ms，成功率超过99%）。
2022-09-15 cs.IT cs.NI math.IT
An Evaluation Framework of End-to-End 5G Millimeter Wave Communication for Connected Vehicle Applications
物联网（IoT）环境将不同的智能设备连接在一起，并实现所连接的设备之间的无缝数据通信。互联车辆（CV）是物联网的主要示例之一，CV的高效、可靠和安全运行需要可靠的无线通信系统，该系统可以确保高吞吐量和低通信延迟。5G毫米波（5G mmWave）无线通信网络提供了这样的益处，其可以是CV应用的使能器，特别是对于具有大量CV的密集城市区域。在这项研究中，我们提出了一个基于仿真的端到端5G毫米波通信CV应用的评估框架。此外，我们还比较了5G毫米波与专用短程通信（DSRC）技术的CV应用。仿真框架是使用两个模拟器，网络模拟器和交通模拟器。为了开发本研究中的框架，我们使用了网络模拟器3（ns-3）和SUMO，一个开源的微观道路交通模拟器。我们使用端到端延迟、丢包和吞吐量作为性能评估指标。我们发现，对于密集的城市地区，与DSRC相比，5G mmWave可以实现更高的吞吐量，更低的延迟和更低的数据丢失。5G毫米波可以支持对下行数据流具有高吞吐量要求的CV应用。通过进一步调查，我们发现5G毫米波的性能受到CV的渗透水平，最大CV速度和CV应用要求的显著影响。
2020-08-14 cs.NI eess.SP
QoS-aware User Association and Transmission Scheduling for Millimeter-Wave Train-ground Communications
针对采用全双工移动中继的毫米波高速铁路车地通信，提出基于联盟博弈的用户关联与传输调度算法，以提升吞吐量并满足QoS需求。
2023-08-20 cs.IT cs.NI math.IT
QoS Aware Robot Trajectory Optimization with IRS-Assisted Millimeter-Wave Communications
Linköping University（林雪平大学）；Ericsson AB（爱立信公司）
在本文中，我们考虑的运动能量最小化问题的机器人，使用毫米波（毫米波）通信辅助智能反射表面（IRS）。机器人必须在给定的期限内执行任务，它是上行链路的服务质量（QoS）的约束。这个问题对于由自主机器人和新一代移动通信（即，5G和6 G。在这种新的背景下，机器人能量效率和通信可靠性仍然是耦合在优化机器人轨迹和通信QoS的基本问题。更确切地说，为了考虑机器人位置和通信QoS之间的相互依赖性，IRS和接入点处的机器人轨迹和波束成形都需要优化。我们提出了一种解决方案，可以通过利用毫米波信道特性来解耦这两个问题。然后，波束形成优化问题的一个封闭的形式的解决方案，而轨迹优化的一种新的逐次凸优化算法，可以处理突然的视线（LOS）到非视线（NLOS）的过渡。具体来说，该算法使用无线电地图来避免与障碍物和覆盖不良的区域发生碰撞。我们证明了该算法可以收敛到一个满足Karush-Kuhn-Tucker条件的解。仿真结果表明，该算法的收敛速度快，运动能量消耗相对于方法，旨在找到最大速率轨迹显着减少。此外，我们表明，使用无源IRSs是一个强大的解决方案，以提高无线电覆盖范围和运动的机器人的能源效率。
2022-02-18 cs.NI cs.RO
Robust Hybrid Precoding for Beam Misalignment in Millimeter-Wave Communications
本文针对毫米波多接收机通信系统中波束失准现象，提出了稳健的混合预编码设计方案，以减轻这种影响所带来的性能损失。我们考虑两种不同的设计方法：I）合成的“平主瓣”波束模型，最大限度地提高最小有效阵列增益的波束失调范围内，和II）的“误差统计”纳入设计，其中阵列响应纳入失调误差的分布推导。对于这两种设计方法，我们提出了一种混合预编码设计，近似的强大的全数字预编码器，这是通过交替优化的基础上梯度投影（GP）方法。我们还提出了一个低复杂度的替代GP算法的最小二乘投影（LSP）的基础上，我们进一步部署了第二阶段的数字预编码器，以减轻任何残余的接收机间干扰后的混合模拟-数字预编码。数值结果表明，稳健的混合预编码设计可以有效地缓解波束失准带来的性能下降。
2019-03-22 cs.IT cs.NI math.IT
Reflections in the Sky: Millimeter Wave Communication with UAV-Carried Intelligent Reflectors
提出了一种利用无人机携带的智能反射器提高毫米波网络性能的新方法。特别地，UAV-IR用于智能地将来自基站的mmW波束成形信号反射到移动室外用户，同时从mmW信号中收集能量以向IR供电。为了维持视线（LOS）信道，提出了基于Q学习和神经网络的强化学习（RL）方法来对传播环境进行建模，使得UAV-IR的位置和反射系数可以被优化以最大化下行链路传输容量。仿真结果表明，在平均数据率和可达到的下行链路视线概率方面，使用UAV-IR比静态IR具有显著的优势。结果还表明，基于RL的部署的UAV-IR进一步提高了网络性能，相对于没有学习的方案。
2019-08-19 cs.IT cs.NI eess.SP
Design Challenges of Millimeter Wave Communications: A MAC Layer Perspective
由于对强大数据量的指数级需求，频谱变得越来越稀缺，新的毫米波（mmW）频带被认为是5G通信的支持者，以提供多千兆比特的无线接入。MmW通信表现出高衰减和阻塞、由于大规模波束成形的方向性、耳聋、低干扰，并且可能需要微波网络进行协调和回退支持。当前的mmW配置受到由这种异构通信系统和mmW频带特性给出的压倒性复杂度的挑战。这需要在所有层上开发新的实质性协议。本文综述了毫米波通信中的介质访问控制问题。它被讨论，而现有的标准解决了这些问题的个人和局域网，很少有做蜂窝网络。有人认为，介质访问控制层应配备适应机制，知道特殊的毫米波特性。提供了5G中mmW介质访问控制设计的建议。它的结论是，毫米波的高效访问控制技术的设计是在其起步阶段，还有很多工作要做。
2014-03-12 cs.IT cs.NI math.IT
Reinforcement Learning Based Vehicle-cell Association Algorithm for Highly Mobile Millimeter Wave Communication
University of Oulu（奥卢大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）
车联网（V2X）通信是一个不断增长的通信领域，具有各种用例。研究了毫米波通信网络中的车辆-小区关联问题。目标是最大化每个车辆用户（VUE）的时间平均速率，同时确保所有VUE的目标最低速率以及低信令开销。我们首先制定的用户（车辆）关联问题作为一个离散的非凸优化问题。然后，通过利用机器学习的工具，特别是分布式深度强化学习（DDRL）和异步演员评论算法（A3C），我们提出了一个低复杂度的算法，近似于所提出的优化问题的解决方案。所提出的基于DDRL的算法赋予每个路边单元（RSU）与本地RL代理，选择一个本地的行动的基础上观察到的输入状态。不同RSU的动作被转发到中央实体，中央实体计算全局奖励，然后反馈给RSU。结果表明，每个独立训练的RL执行车辆RSU关联动作，与运行在线复杂算法来解决非凸优化问题相比，具有较低的控制开销和较低的计算复杂性。最后，仿真结果表明，与几种基准设计相比，该方案在总速率方面获得了15%的增益，VUE中断减少了20%.
2020-01-22 cs.LG cs.NI eess.SP
Beamspace SU-MIMO for Future Millimeter Wave Wireless Communications
对于未来的网络（即，第五代（5G）无线网络及以后），具有大的可用未许可频谱的毫米波（mmWave）通信是实现千兆多媒体应用的有前景的技术。由于毫米波无线电的短波长，大规模的天线阵列可以封装到毫米波收发器的有限尺寸中。因此，通过定向波束成形（BF），毫米波发射机（MTX）和毫米波接收机（MRX）都能够支持5G网络中的多个波束。然而，对于MTX和MRX之间的传输，大多数工作仅考虑了单个波束，这意味着它们没有充分利用毫米波的潜力。此外，单波束传输的连通性很容易被阻塞。在这种情况下，我们提出了一个单用户多波束并发传输方案，未来毫米波网络与多个反射路径。基于空间频谱重用，该方案可以被描述为波束空间中的多输入多输出（MIMO）技术（即，在波束数域中）。此外，本研究探讨了实现该方案的挑战和潜在的解决方案，包括多波束选择，合作波束跟踪，多波束功率分配和同步。理论分析和数值仿真结果表明，该波束域SU-MIMO能够在保持网络连通性的同时，大幅度提高MTX和MRX之间传输的可达速率。
2017-04-14 cs.IT cs.NI math.IT
Towards an Appropriate Receiver Beamforming Scheme for Millimeter Wave Communication: A Power Consumption Based Comparison
在毫米波（mmW）频率下，波束成形和大型天线阵列是对抗mmW通信的高路径损耗的基本要求。此外，在这些频率处，非常大的带宽可用于满足未来无线网络的数据率要求。然而，利用这些大带宽和大天线阵列可能导致高功耗，这对于mmW接收机设计来说是更大的问题。在mmW接收器中，模数转换器（ADC）通常被认为是最耗电的块。在本文中，主要集中在ADC的功耗，我们分析和比较完整的模拟链的总功耗模拟，数字和混合波束成形（ABF，DBF和HBF）为基础的接收机设计。我们展示了这些波束成形方案的功耗如何随着天线数量、ADC位数（b）和带宽（B）的变化而变化。此外，我们比较了低功耗（如[1]）和高功耗（如[2]）ADC模型，并表明对于一定范围的天线数量b和B，DBF实际上可能分别具有与ABF和HBF相当的功耗和更低的功耗。此外，我们还展示了如何选择一个合适的波束形成方案取决于信噪比制度。
2016-04-18 cs.IT cs.NI math.IT
Integrated Millimeter Wave and Sub-6 GHz Wireless Networks: A Roadmap for Joint Mobile Broadband and Ultra-Reliable Low-Latency Communications
下一代无线网络必须通过跨越增强型移动宽带（eMBB）的广泛无线服务以及超可靠低延迟通信（URLLC）来实现增强现实和联网自动驾驶汽车等新兴技术。由于频谱稀缺，仅依赖于稀缺的低于6 GHz的微波（$μ$ W）频段的现有无线系统将不能满足未来无线服务的这种严格和混合的服务要求。同时，在高频毫米波（mmWave）频带下操作被视为有吸引力的解决方案，这主要是由于大规模多天线通信的带宽可用性和可能性。然而，毫米波通信由于其对阻塞、高路径损耗和信道不确定性的敏感性而固有地不可靠。因此，为了提供URLLC和高速无线接入，期望将$μ$ W网络的可靠性与毫米波网络的高容量无缝集成。为此，本文介绍了\emph{integrated mmWave-$μ$W}通信的第一个综合教程。这种设想的集成设计将使无线网络能够实现URLLC以及eMBB，这是通过利用两个世界中的最佳世界来实现的：$μ$ W波段的可靠远程通信和毫米波频率的定向高速通信。为了实现这一目标，讨论了关键的解决方案概念，包括无线电接口的新架构、URLLC感知帧结构和资源分配方法以及移动性管理，以实现集成毫米波- $μ$ W通信的潜力。讨论了每种方案的机遇和挑战，并给出了关键结果，以显示所开发的集成毫米波- $μ$ W框架的优点。
2018-10-30 cs.IT cs.NI eess.SP
Context Information Based Initial Cell Search for Millimeter Wave 5G Cellular Networks
毫米波（mmWave）通信被设想为满足第五代（5G）蜂窝网络的数据率要求的基石。在毫米波通信中，波束成形被认为是对抗高路径损耗的关键技术，并且与传统微波通信不同，即使在初始接入/小区搜索期间，波束成形也可能是必要的。在所提出的用于初始小区搜索的波束成形方案中，模拟波束成形是功率有效的方法，但是在初始接入期间遭受其固有的搜索延迟。在这项工作中，我们认为，模拟波束成形仍然可以是一个可行的选择时，上下文信息毫米波基站（BS）是在移动台（MS）。然后，我们研究了如何模拟波束成形的性能下降的情况下，角误差在可用的上下文信息。最后，我们提出了一种模拟波束成形接收机架构，该架构使用多个移相器阵列和单个RF链来对抗角度误差的影响，表明它可以实现与混合波束成形相同的性能。
2016-05-06 cs.IT cs.NI math.IT
Millimeter Wave V2V Communications: Distributed Association and Beam Alignment
最近，毫米波段已被假定为一种手段，以适应可预见的极端带宽需求的车辆通信，这是由于传感器数据传播到附近的车辆，以提高环境意识和安全水平。然而，文献是特别稀缺的原则性的资源分配方案，处理具有挑战性的无线电条件所带来的车辆场景的高移动性。在这项工作中，我们提出了一个新的框架，融合了匹配理论和群体智能，动态和有效地配对车辆和优化发射和接收波束宽度。这通过在建立车辆到车辆（V2 V）链路时联合考虑信道状态信息（CSI）和队列状态信息（QSI）来完成。为了验证所提出的框架，模拟结果和讨论的吞吐量性能以及所提出的方法的延迟/可靠性的权衡进行评估和比较，最近在文献中提出的几个基线方法。在我们的研究中获得的结果显示，在超密集车辆场景中，可靠性和延迟方面的性能提高高达25%，平均配对车辆比一些基线多50%。这些结果揭示了毫米波频段的操作限制和实际可行性，作为未来高速率V2 V通信的可行无线电接入解决方案。
2017-05-30 cs.GT cs.IT cs.NI
