密集小型基站 MISO 系統中基於多智能體強化學習的分散式非相干聯合傳輸

核心概念

提出一種基於深度確定性策略梯度的分散式非相干聯合傳輸方案,以最大化系統總吞吐量,同時大幅降低計算複雜度和信息開銷。

摘要

本文考慮了一個密集小型基站(DSC)網絡,其中多天線小型基站基站(SBS)在共享頻段上向單天線用戶進行數據傳輸。為了提高容量,採用了一種稱為非相干聯合傳輸(JT)的先進技術,使用戶能夠從多個協調的 SBS 接收數據。然而,非相干 JT 的總吞吐量最大化問題是本質上非凸的和NP-hard的。雖然現有的基於優化的非相干 JT 算法可以提供接近最優的性能,但它們需要全局信道狀態信息(CSI)和多次迭代,這使得它們難以在 DSC 網絡中實施。

為了克服這些挑戰,本文首先證明了功率最小化問題和總吞吐量最大化問題的最優波束賦形結構是相同的,然後通過解決功率最小化問題數學推導出最優波束賦形結構。利用這一最優波束賦形結構,提出了一種基於深度確定性策略梯度的分散式非相干 JT 方案來最大化系統總吞吐量。在所提出的方案中,每個 SBS 利用全局信息進行訓練,並使用局部 CSI 來確定波束賦形向量。仿真結果表明,所提出的方案在計算複雜度和信息開銷方面大幅低於集中式迭代優化技術,同時性能接近最優,使其更適合實際部署。

統計資料

每個 SBS 的最大發射功率為 30 dBm。
系統帶寬為 100 MHz。
噪聲功率密度為 -154 dBm。
路徑損耗指數為 4。

引述

無

從以下內容提煉的關鍵洞見

Distributed Noncoherent Joint Transmission Based on Multi-Agent Reinforcement Learning for Dense Small Cell MISO Systems

by Shaozhuang B... 於 arxiv.org 09-12-2024

https://arxiv.org/pdf/2408.12067.pdf

深入探究

如何進一步提高所提出方案的總吞吐量性能?

為了進一步提高所提出的分散式非相干聯合傳輸（DDNJT）方案的總吞吐量性能，可以考慮以下幾個策略：

增強學習算法的優化：可以探索更先進的強化學習算法，例如使用雙重深度Q網絡（DDQN）或優先經驗回放（PER）來提高學習效率和收斂速度。這些方法能夠更好地處理高維度的動作空間，從而提高系統的總吞吐量。

多用戶協調：在多用戶環境中，進一步的用戶協調可以減少干擾並提高吞吐量。例如，實施用戶分組技術，根據用戶的信道狀況和需求進行動態分組，從而優化資源分配。

自適應功率控制：引入自適應功率控制機制，根據實時的信道狀況和用戶需求動態調整發射功率，這樣可以在保證信號質量的同時，最大化系統的總吞吐量。

頻譜資源的動態分配：考慮在不同的時間和頻率資源上進行動態分配，根據用戶的流量需求和信道狀況，靈活調整頻譜資源的分配，以提高整體系統的吞吐量。

引入邊緣計算：在小型基站（SBS）中引入邊緣計算技術，將計算資源分配給靠近用戶的SBS，這樣可以減少延遲並提高數據處理效率，從而提升整體吞吐量。

在實際部署中,如何應對 SBS 和用戶位置的動態變化?

在實際部署中，應對小型基站（SBS）和用戶位置的動態變化可以採取以下幾種策略：

實時信道狀態信息（CSI）更新：定期或根據需要更新信道狀態信息，以反映用戶和SBS的動態變化。這可以通過設置定期的信道估計和反饋機制來實現，確保系統能夠根據最新的信道狀況進行調整。

動態資源管理：實施動態資源管理策略，根據用戶的移動性和需求變化，靈活調整頻譜資源和功率分配。這可以通過機器學習算法來預測用戶的移動模式，並提前調整資源配置。

協同傳輸技術：利用協同傳輸技術，讓多個SBS協同工作，根據用戶的實時位置和信道狀況進行聯合傳輸，從而提高信號的可靠性和質量。

用戶分群和負載均衡：根據用戶的地理位置和流量需求，實施用戶分群和負載均衡策略，確保每個SBS的負載均衡，從而提高整體系統的性能。

自適應調整策略：設計自適應調整策略，根據用戶的移動速度和方向，動態調整SBS的發射策略和功率，以適應用戶的變化需求。

除了總吞吐量,還有哪些其他性能指標可以用來評估所提出方案的性能?

除了總吞吐量，還有多個性能指標可以用來評估所提出的分散式非相干聯合傳輸（DDNJT）方案的性能：

延遲：系統的延遲性能是評估用戶體驗的重要指標，特別是在實時應用（如視頻通話和在線遊戲）中。低延遲能夠提高用戶的滿意度。

能量效率：能量效率是衡量系統在提供服務時所消耗的能量與所獲得的吞吐量之比。提高能量效率有助於降低運營成本和環境影響。

信號干擾比（SINR）：信號干擾比是評估信號質量的重要指標，較高的SINR值通常意味著更好的通訊質量和更高的數據速率。

用戶公平性：用戶公平性指的是系統在資源分配上對所有用戶的公平性。確保所有用戶都能獲得合理的服務質量是系統設計的重要考量。

系統穩定性：系統在面對用戶移動、信道變化和其他外部干擾時的穩定性也是一個重要的性能指標。穩定的系統能夠提供持續的服務質量。

網絡覆蓋範圍：網絡的覆蓋範圍是評估系統能夠服務的地理範圍的指標，良好的覆蓋範圍能夠提高用戶的接入率和滿意度。