Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning

The rapid evolution of technology, the increasing use of wireless devices and the ever-increasing volume of data that needs to be transferred have created the need to design new, innovative standards for the fast and reliable distribution of information. The new generation of 5G wireless telecommuni...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Κωνσταντόπουλος, Γεώργιος
Άλλοι συγγραφείς: Konstantopoulos, Georgios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/24620
id nemertes-10889-24620
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Coordinated beamforming
Cellular networks
Machine learning
Κυψελωτά δίκτυα
Μηχανική μάθηση
spellingShingle Coordinated beamforming
Cellular networks
Machine learning
Κυψελωτά δίκτυα
Μηχανική μάθηση
Κωνσταντόπουλος, Γεώργιος
Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning
description The rapid evolution of technology, the increasing use of wireless devices and the ever-increasing volume of data that needs to be transferred have created the need to design new, innovative standards for the fast and reliable distribution of information. The new generation of 5G wireless telecommunications is set to provide a solution to this problem. The 5G generation promises a big increase in data transmission speeds, as well as global coverage through the interconnection of all devices in a network and a large increase in network coverage stations. It is understood that managing such a large network is a complex process and requires large amounts of energy to achieve. Advances in machine learning are creating new perspectives for the design of fifth generation telecommunication systems and for the optimization of automated data management techniques. The purpose of this paper is to present an innovative concept in which machine learning techniques can be used to select the antenna stations that will serve each user and how they will be served, in a mmWave coordinated beamforming scenario. The consequence of this technique is a drastic reduction of the energy footprint of the network, through the temporary deactivation of antenna stations not selected to serve users. It has to be noted that for our simulations we will use the system model and the data of the DeepMIMO project. The present work contains six chapters. Chapter 1 provides a detailed description of the fifth generation systems and the technologies they use. Chapter 2 discusses hyper-cellular networks which is a specific type of network we will deal with and gives basic concepts and information about it. Chapter 3 gives an extensive description of the subject of machine learning and in particular neural networks and ways of training them. Chapter 4 describes the implementation of the DeepMIMO system model and discusses in detail the concept of coordinated beamforming. In Chapter 5 there is the final implementation of the system and its simulation results and in Chapter 6 the main conclusions of the paper are collected and suggestions for further research of the system are made.
author2 Konstantopoulos, Georgios
author_facet Konstantopoulos, Georgios
Κωνσταντόπουλος, Γεώργιος
author Κωνσταντόπουλος, Γεώργιος
author_sort Κωνσταντόπουλος, Γεώργιος
title Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning
title_short Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning
title_full Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning
title_fullStr Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning
title_full_unstemmed Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning
title_sort coordinated beamforming for hyper-cellular mmwave communications using machine learning
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/24620
work_keys_str_mv AT kōnstantopoulosgeōrgios coordinatedbeamformingforhypercellularmmwavecommunicationsusingmachinelearning
AT kōnstantopoulosgeōrgios syntonismenēdiamorphōsēdesmēsgiayperkypselōtammwavediktyatēlepikoinōniōnmechrēsēmēchanikēsmathēsēs
_version_ 1771297317623693312
spelling nemertes-10889-246202023-03-02T04:37:52Z Coordinated beamforming for hyper-cellular mmWave communications using machine learning Συντονισμένη διαμόρφωση δέσμης για υπερ-κυψελωτά mmWave δίκτυα τηλεπικοινωνιών με χρήση μηχανικής μάθησης Κωνσταντόπουλος, Γεώργιος Konstantopoulos, Georgios Coordinated beamforming Cellular networks Machine learning Κυψελωτά δίκτυα Μηχανική μάθηση The rapid evolution of technology, the increasing use of wireless devices and the ever-increasing volume of data that needs to be transferred have created the need to design new, innovative standards for the fast and reliable distribution of information. The new generation of 5G wireless telecommunications is set to provide a solution to this problem. The 5G generation promises a big increase in data transmission speeds, as well as global coverage through the interconnection of all devices in a network and a large increase in network coverage stations. It is understood that managing such a large network is a complex process and requires large amounts of energy to achieve. Advances in machine learning are creating new perspectives for the design of fifth generation telecommunication systems and for the optimization of automated data management techniques. The purpose of this paper is to present an innovative concept in which machine learning techniques can be used to select the antenna stations that will serve each user and how they will be served, in a mmWave coordinated beamforming scenario. The consequence of this technique is a drastic reduction of the energy footprint of the network, through the temporary deactivation of antenna stations not selected to serve users. It has to be noted that for our simulations we will use the system model and the data of the DeepMIMO project. The present work contains six chapters. Chapter 1 provides a detailed description of the fifth generation systems and the technologies they use. Chapter 2 discusses hyper-cellular networks which is a specific type of network we will deal with and gives basic concepts and information about it. Chapter 3 gives an extensive description of the subject of machine learning and in particular neural networks and ways of training them. Chapter 4 describes the implementation of the DeepMIMO system model and discusses in detail the concept of coordinated beamforming. In Chapter 5 there is the final implementation of the system and its simulation results and in Chapter 6 the main conclusions of the paper are collected and suggestions for further research of the system are made. Η ραγδαία εξέλιξη της τεχνολογίας, η αυξανόμενη χρήση ασύρματων συσκευ- ών και ο ολοένα αυξανόμενος όγκος δεδομένων έχουν δημιουργήσει την ανάγκη σχεδιασμού νέων, καινοτόμων προτύπων για τη γρήγορη και αξιόπιστη διανομή πληροφοριών. Η νέα γενιά ασύρματων τηλεπικοινωνιών 5G πρόκειται να δώσει λύση σε αυτό το πρόβλημα. Η γενιά 5G υπόσχεται μεγάλη αύξηση στις ταχύτη- τες μετάδοσης δεδομένων, καθώς και παγκόσμια κάλυψη μέσω της διασύνδεσης όλων των συσκευών σε ένα δίκτυο και μεγάλη αύξηση των σταθμών κάλυψης του δικτύου. Είναι κατανοητό ότι η διαχείριση ενός τόσο μεγάλου δικτύου είναι μια πο- λύπλοκη διαδικασία και απαιτεί μεγάλες ποσότητες ενέργειας για να επιτευχθεί. Οι εξελίξεις στη μηχανική μάθηση δημιουργούν νέες προοπτικές για το σχεδιασμό τη- λεπικοινωνιακών συστημάτων πέμπτης γενιάς και για τη βελτιστοποίηση τεχνικών αυτοματοποιημένης διαχείρισης δεδομένων. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να παρουσιάσει μια καινοτόμο ιδέα στην οποία οι τεχνικές μηχανικής μάθησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιλογή των σταθμών κεραίας που θα εξυπηρετούν κάθε χρήστη και τον τρόπο με τον οποίο θα εξυπηρετούνται, σε ένα σενάριο συντονισμένης διαμόρφωσης δέσμης mmWave. Συνέπεια αυτής της τεχνικής είναι η δραστική μείωση του ενεργειακού αποτυπώμα- τος του δικτύου, μέσω της προσωρινής απενεργοποίησης των σταθμών κεραιών που δεν έχουν επιλεγεί για την εξυπηρέτηση των χρηστών. Πρέπει να σημειωθεί ότι για τις προσομοιώσεις μας θα χρησιμοποιήσουμε το μοντέλο του συστήματος και τα δεδομένα του DeepMIMO. Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει έξι κεφάλαια. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται λε- πτομερής περιγραφή των συστημάτων πέμπτης γενιάς και των τεχνολογιών που χρησιμοποιούν. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται λόγος για τα υπερ - κυψελωτά δίκτυα, τα οποία είναι ένας συγκεκριμένος τύπος δικτύου με τον οποίο θα ασχοληθούμε, και δίνονται βασικές έννοιες και πληροφορίες σχετικά με αυτά. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται εκτενής περιγραφή του θέματος της μηχανικής μάθησης και ειδικότερα των νευ- ρωνικών δικτύων και των τρόπων εκπαίδευσής τους. Το κεφάλαιο 4 περιγράφει την υλοποίηση του μοντέλου του συστήματος DeepMIMO και αναλύει λεπτομε- ρώς την έννοια της συντονισμένης διαμόρφωσης δέσμης. Στο Κεφάλαιο 5 υπάρχει η τελική υλοποίηση του συστήματος και τα αποτελέσματα της προσομοίωσής του και στο Κεφάλαιο 6 συγκεντρώνονται τα βασικά συμπεράσματα της εργασίας και γίνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα του συστήματος. 2023-03-01T09:55:29Z 2023-03-01T09:55:29Z 2023-02-28 https://hdl.handle.net/10889/24620 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ application/pdf