Edge Entropy as an Indicator of the Effectiveness of GNNs over CNNs for Node Classification
Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)
图神经网络(GNN)将卷积神经网络(CNN)扩展到基于图的数据。出现的一个问题是GNN中的底层图结构相对于CNN(忽略此图结构)提供了多少性能改进。为了解决这个问题,我们引入了边缘熵,并评估了它对GNN相对于CNN的性能改进的可能性。我们对合成数据集和真实数据集的节点分类结果表明,较低的边缘熵值预测GNN相对于CNN的预期性能增益较大,相反,较高的边缘熵导致预期较小的改进增益。
2020-12-16 cs.LG eess.SP
GNN-enabled Precoding for Massive MIMO LEO Satellite Communications
Purple Mountain Laboratories(紫金山实验室);Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust (SnT), University of Luxembourg(卢森堡大学安全、可靠性与信任跨学科中心)
低地球轨道(LEO)卫星通信是第六代(6G)网络发展的关键组成部分。为了提高低轨卫星通信的性能,正在积极探索大规模多输入多输出(MIMO)技术的集成。然而,低轨卫星的有限功率对在受限功率条件下提高通信能量效率(EE)提出了重大挑战。人工智能(AI)方法越来越被认为是优化能源消耗同时提高系统性能的有前途的解决方案,从而实现更高效和可持续的通信。提出了解决大规模多输入多输出低轨卫星通信中预编码问题的方法。首先,我们引入了一个端到端的图神经网络(GNN)框架,有效地降低了传统预编码方法的计算复杂度。接下来,我们引入了Dinkelbach算法的深度展开和加权最小均方误差(WMMSE)方法来实现增强EE,将迭代优化过程转化为结构化神经网络,从而提高收敛速度和计算效率。此外,我们将泰勒展开方法近似GNN内的矩阵求逆,提高了所提出的方法的可解释性和性能。数值实验证明了我们提出的方法在复杂性和鲁棒性方面的有效性,比最先进的方法取得了显着的改进。
2025-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
Learning Resource Allocation Policy: Vertex-GNN or Edge-GNN?
本文分析Vertex-GNN与Edge-GNN在学习无线资源分配策略(链路调度、功率控制、预编码)中的表达能力,发现Edge-GNN在区分信道矩阵上更优,且能以更低训练和推理时间达到相同性能。
2023-12-24 cs.LG eess.SP
When Distortion Helps: Secure GNN Precoding with Nonlinear Power Amplifiers
Research and Innovation Department, IS-Wireless(IS-Wireless 研究与创新部);ESAT-DRAMCO, KU Leuven(荷语鲁汶大学 ESAT-DRAMCO)
针对实际中功率放大器非线性失真通常被视为有害的问题,本文提出利用该失真增强物理层安全,基于图神经网络(GNN)在多用户MISO窃听信道中最大化保密和速率,无需窃听者信道状态信息或人工噪声。
2026-06-23 cs.SY eess.SP eess.SY
Joint Access Point Selection and Precoder Design under Statistical CSI
TUM School of Computation, Information and Technology, Technical University of Munich(慕尼黑工业大学计算、信息与技术学院)
针对多AP多用户系统在统计CSI下的和速率最大化问题,提出迭代交替优化算法与基于注意力Edge-GNN的GNN框架,实验显示GNN性能优于迭代算法且可泛化至不同用户数。
2026-08-07 eess.SP
Learning Optimal Linear Precoding for Cell-Free Massive MIMO with GNN
Université Paris-Saclay(巴黎-萨克雷大学);Centrale-Supélec(中央高等电力学院);Nokia Bell Labs(诺基亚贝尔实验室)
本文提出OLP-GNN图神经网络,将无蜂窝大规模MIMO的最优线性预编码转化为节点级预测任务,在1-2毫秒内实现接近B-SOCP最优解的频谱效率。
2024-06-06 cs.AI cs.LG eess.SP
GNN-based Precoder Design and Fine-tuning for Cell-free Massive MIMO with Real-world CSI
针对现有基于GNN的无蜂窝大规模MIMO预编码方法仅在合成数据验证、真实环境泛化性存疑的问题,提出模拟CSI预训练加真实CSI层冻结微调的方案,性能提升15.7%,验证了迁移学习的作用与泛化潜力。
2025-05-13 eess.SP
Scalable GNN-Based Power Allocation for Rate-Splitting Cell-Free Massive MIMO Systems
Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学);Fudan University(复旦大学)
针对无小区大规模MIMO下行链路中信道信息不完美、多用户干扰严重和计算复杂度高的问题,提出一种仅依赖大尺度衰落系数的无监督可扩展图神经网络框架,通过切片自适应层处理动态网络维度不匹配,在每AP功率约束下最大化总频谱效率,性能接近最优且优于深度神经网络,可训练参数减少57%以上,推理延迟比WMMSE-ADMM降低三个数量级。
2026-06-29 eess.SP
Toward Energy-Efficient Massive MIMO: Graph Neural Network Precoding for Mitigating Non-Linear PA Distortion
KU Leuven(鲁汶大学)
提出一种 GNN 预编码器,在高阶非线性 PA 模型下最大化大规模 MIMO 和速率,通过将失真导向非用户方向显著提升速率、降低功耗与复杂度。
2023-12-05 cs.IT cs.LG eess.SP
Overhead-Free Blockage Detection and Precoding Through Physics-Based Graph Neural Networks: LIDAR Data Meets Ray Tracing
Imperial College London(帝国理工学院);Silicon Austria Labs(奥地利硅实验室)
本文提出一种基于物理的图神经网络方法,利用LIDAR数据与射线追踪实现无通信开销的MIMO链路遮挡检测与预编码设计,遮挡检测准确率达95%,预编码性能优于现有方法。
2023-05-22 cs.IT cs.LG eess.SP
Multidimensional Graph Neural Networks for Wireless Communications
提出一种基于多维 GNN 的统一框架,通过超边表示更新和顶点标识方法学习可置换无线策略,并在预编码任务中验证其样本与参数效率。
2023-08-19 eess.SP
Testbed Evaluation of AI-based Precoding in Distributed MIMO Systems
KU Leuven(荷语鲁汶大学);IS-Wireless
本文提出在分布式MIMO测试平台中实现和验证基于AI的预编码框架,通过真实信道状态信息训练图神经网络模型,在插值和外推场景中实现多用户场景15.7%的性能提升,单用户场景接近最大比率传输性能。
2026-04-13 eess.SP
Convolutional Neural Network Architectures for Signals Supported on Graphs
Univ. of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学);King Juan Carlos Univ.(胡安·卡洛斯国王大学);Delft Univ. of Technology(代尔夫特理工大学)
介绍了两种将卷积神经网络(CNN)推广用于处理图上支持的信号的架构。我们从选择图神经网络(GNN)开始,它用线性移位不变图滤波器取代线性时不变滤波器来生成卷积特征,并将池化重新解释为可能的非线性子采样阶段,其中附近的节点将其信息集中在一组预选的样本节点中。该架构的一个关键组件是记住采样节点的位置,以允许在更深层计算卷积特征。第二种架构被称为聚合GNN,通过图形扩散信号,并存储指定节点观察到的扩散分量的序列。该过程有效地将所有分量聚合成具有时间结构的信息流,可以将常规CNN的卷积和池化阶段应用于该信息流。一个多节点版本的聚合GNNs进一步引入大规模图中的操作。选择和聚合GNN的一个重要属性是,当特定于被重新解释为循环图中的图信号的时间信号时,它们简化为传统的CNN。比较数值分析在合成和真实世界的网络源定位应用。还评估了作者归属问题和文本类别分类的性能。多节点聚合GNN始终是性能最佳的GNN架构。
2018-12-07 cs.AI cs.LG eess.SP
Learning-Based Joint Antenna Selection and Precoding Design for Cell-Free MIMO Networks
本文针对下行无小区MIMO网络,提出一种分布式机器学习算法,利用CNN进行天线选择、GNN进行预编码设计,仅需本地CSI即可显著降低前传开销与能耗,并实现与集中式方案相当的总频谱效率。
2025-02-01 cs.IT eess.SP math.IT
Precoder Design in Multi-User FDD Systems with VQ-VAE and GNN
TUM School of Computation, Information and Technology(慕尼黑技术大学计算、信息与技术学院)
本文提出利用VQ-VAE替代GMM,与GNN联合训练并优化导频,形成端到端预编码器设计,显著提升多用户FDD系统速率,优于传统DFT和迭代方法。
2025-10-10 cs.AI cs.IT eess.SP
Self-Supervised Graph Neural Networks for Improved Electroencephalographic Seizure Analysis
Stanford University(斯坦福大学)
从脑电图(EEG)中自动检测和分类癫痫发作可以大大提高癫痫发作的诊断和治疗。然而,在先前的自动化癫痫发作检测和分类研究中,几个建模挑战仍未解决:(1)在EEG中表示非欧几里德数据结构,(2)准确分类罕见癫痫发作类型,以及(3)缺乏定量可解释性方法来测量模型定位癫痫发作的能力。在这项研究中,我们通过以下方式解决这些挑战:(1)使用图形神经网络(GNN)表示EEG中的时空依赖性,并提出两种捕获电极几何形状或动态大脑连接的EEG图形结构,(2)提出一种自我监督的预训练方法,预测下一时间段的预处理信号,以进一步提高模型性能,特别是在罕见的癫痫发作类型上,以及(3)提出一种定量模型可解释性方法来评估模型在EEG中定位癫痫发作的能力。当在大型公共数据集上评估我们的癫痫发作检测和分类方法时,我们发现我们的自监督预训练GNN在癫痫发作检测上达到了0.875的接收器工作特征曲线下的面积,在癫痫发作分类上达到了0.749的加权F1分数,优于以前的癫痫发作检测和分类方法。此外,我们的自我监督预训练策略显着改善了罕见癫痫发作类型的分类。此外,定量可解释性分析表明,我们的具有自我监督预训练的GNN精确定位了25.4%的局灶性癫痫发作,比现有的CNN提高了21.9个百分点。最后,通过将识别的癫痫发作位置叠加在原始EEG信号和EEG图上,我们的方法可以为临床医生提供局部癫痫发作区域的直观可视化。
2022-03-13 cs.AI cs.LG eess.SP
Inferring the Graph Structure of Images for Graph Neural Networks
1 Department of Electrical;Computer Engineering, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA 2 Instituto de Telecomunica c \ o es-IT, Lisbon, Portugal
本研究针对图神经网络图像分类的传统网格图表示局限,基于像素相关性构建行、列及乘积图等替代结构,在MNIST和Fashion-MNIST上验证了其优于传统方法的分类准确率提升效果。
2025-09-04 cs.CV cs.LG eess.IV
Graph Neural Networks-Based User Pairing in Wireless Communication Systems
Indian Institute of Technology Hyderabad(印度理工学院海得拉巴分校);wisig
针对无线通信中的NP难用户配对问题,提出无监督GNN方法并借助Erdos goes neural流水线提升和速率与动态规模泛化能力。
2023-05-14 cs.AI cs.NI eess.SP
Learning to Quantize and Precode in Massive MIMO Systems for Energy Reduction: a Graph Neural Network Approach
KU Leuven(鲁汶大学)
针对粗量化下行大规模MIMO非线性预编码的NP难问题,提出自监督图神经网络结合直通Gumbel-softmax梯度估计直接输出预编码量化向量,在提升总速率的同时显著降低DAC功耗。
2025-07-14 cs.LG cs.SY eess.SP
EEG_RL-Net: Enhancing EEG MI Classification through Reinforcement Learning-Optimised Graph Neural Networks
University of Technology Sydney(悉尼科技大学);School of Biomedical Engineering(生物医学工程学院);Faculty of Engineering and IT(工程与信息技术学院)
本文提出EEG_RL-Net,将强化学习Dueling DQN与EEG_GLT-Net的图卷积模块结合,用于脑电运动想象信号分类,在PhysioNet数据集20名受试者上达到96.40%的平均准确率,显著优于原有方法。
2024-04-26 cs.AI cs.LG eess.SP