التخفيف من التداخل في اتصالات الموجات المليمترية في شبكات الجيل الخامس باستخدام التعلم الآلي المعزز (Q-Learning)

محتوى المقالة الرئيسي

Najwan M. Swadi
Firas A. Sabir

الملخص

تُعَد اتصالات الموجات المليمترية (mmWave) حلولاً مبتكرة لشبكات الجيل الخامس وما بعدها، نظرًا للتطورات السريعة في عالم الاتصالات. تقدم هذه الورقة شبكة وصول راديوي سحابي غير متجانسة (HC-RAN) تستخدم نطاقات تردد الموجات المليمترية والأقل من 6 جيجاهرتز لتلبية هذه الحاجة. يتم تقديم ارتباطات المستخدمين بوحدات رؤوس الراديو البعيدة (RRHs) للتخفيف من التداخل وتعظيم إنتاجية الشبكة باستخدام خوارزمية (Q-Learning). توفر عمليات النشر العشوائية لوحدات رؤوس الراديو البعيدة تغطية وإنتاجية متفوقة بسبب التنوع المكاني وانخفاض فقدان المسار. على العكس من ذلك، تتطلب عمليات النشر على الحافة المزيد من الموارد للتعامل مع متطلبات حركة المرور، يلعب النشر الاستراتيجي لمواقع خلايا الموجات المليمترية دورًا حاسمًا في تعزيز تغطية الشبكة ومعدلها، بالإضافة إلى التخفيف من التداخل بناءً على ارتباطات المستخدمين بوحدات رؤوس الراديو البعيدة والاستخدام الحكيم لتقنيات التعلم الآلي. تتفوق خوارزمية (Q-Learning) المقترحة القائمة على ارتباطات المستخدمين بوحدات رؤوس الراديو البعيدة من خلال توليد قائمة أولوية لوحدات رؤوس الراديو البعيدة مرتبة وفقًا لأقل خسارة في المسار على خوارزمية (Q-Learning) أخرى تقوم على ارتباط المستخدمين بالخلايا من خلال توليد قائمة أولوية لمحطات (5G-NodeBs) مرتبة وفقًا لمعدل نسبة الإشارة إلى التداخل والضوضاء(SINR)، ونلاحظ التفوق في زيادة معدل ​​الإنتاجية لكل مستخدم بنحو 66.4٪ و 21٪ على التوالي عند أقل عدد من المستخدمين. يتناقص الفرق تدريجيًا مع زيادة عدد المستخدمين حتى يصل إلى 8.7٪ و 9.8٪ على التوالي، ويظل الفرق ملحوظًا حتى مع زيادة عدد المستخدمين، وأثبتت نتائج محاكاة (Q-Learning) لتنفيذ استراتيجيات ارتباطات المستخدمين بوحدات رؤوس الراديو البعيدة  فعاليتها في تحسين أداء الشبكة والتكيف مع أحمال المرور المتنوعة.

تفاصيل المقالة

القسم

Articles

السيرة الشخصية للمؤلف

Najwan M. Swadi، Department of Electronics and Communication Engineering, College of Engineering, University of Baghdad

Najwan M. Swadi received her BSc degree in Electronics and Communication from University of Baghdad (2015). She is currently working on her MSc in Electronics and Communication at University of Baghdad. Her current research interests are including next Generation of wireless communication and Cloud Radio Access Networks, and Machine Learning

كيفية الاقتباس

"التخفيف من التداخل في اتصالات الموجات المليمترية في شبكات الجيل الخامس باستخدام التعلم الآلي المعزز (Q-Learning)" (2025) مجلة الهندسة, 31(3), ص 127–152. doi:10.31026/j.eng.2025.03.08.

المراجع

Abdulrezzak, S. and Sabir, F., 2023. An empirical investigation on snort nids versus supervised machine learning classifiers. Journal of Engineering, 29, pp.164–178. https://doi.org/10.31026/j.eng.2023.02.11.

Akdeniz, M.R., Liu, Y., Samimi, M.K., Sun, S., Rangan, S., Rappaport, T.S. and Erkip, E., 2014. Millimeter wave channel modeling and cellular capacity evaluation. IEEE journal on selected areas in communications, 32(6), pp.1164-1179. https://doi.org/10.1109/JSAC.2014.2328154.

Al-Araji, A. and Al-Zangana, S., 2019. Design of new hybrid neural structure for modeling and controlling nonlinear systems. Journal of Engineering, 25, pp.116–135. https://doi.org/10.31026/j.eng.2019.02.08.

Andrews, J.G., Bai, T., Kulkarni, M.N., Alkhateeb, A., Gupta, A.K. and Heath, R.W., 2016. Modeling and analyzing millimeter wave cellular systems. IEEE Transactions on Communications, 65(1), pp.403-430. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2016.2618794.

Banar, M., Mohammadi, A. and Kazemi, M., 2022. Characterization of mmwave full-duplex cloud-radio access network (C-RAN) with RRH selection for 5G and beyond. Physical Communication, 52, p.101693. https://doi.org/10.1016/J.PHYCOM.2022.101693.

Checko, A., Christiansen, H., Yan, Y., Scolari, L., Kardaras, G., Berger, M. and Dittmann, L., 2015. Cloud RAN for mobile networks—A technology overview. communications surveys and tutorials, IEEE, 17, pp.405–426. https://doi.org/10.1109/COMST.2014.2355255.

Cheng, S.-H., Liu, J.-L. and Wang, L.-C., 2021. Controlling interference structure and transmit power of aerial small cells by hybrid affinity propagation clustering and reinforcement learning. IEEE Open Journal of Vehicular Technology, 2, pp.412–418. https://doi.org/10.1109/OJVT.2021.3112468.

Dehos, C., González, J.L., De Domenico, A., Kténas, D. and Dussopt, L., 2014. Millimeter-wave access and backhauling: The solution to the exponential data traffic increase in 5G mobile communications systems? IEEE Communications Magazine, 52(9), pp.88–95. https://doi.org/10.1109/MCOM.2014.6894457.

Elsayed, M., Shimotakahara, K. and Erol-Kantarci, M., 2020. Machine learning-based inter-beam inter-cell interference mitigation in mmwave. In: ICC 2020 - 2020 IEEE International Conference on Communications (ICC). pp.1–6. https://doi.org/10.1109/ICC40277.2020.9148711.

Fakhri, Z.H., Sabir, F. and Al-Raweshidy, H.S., 2019. An interference mitigation scheme for millimetre wave heterogeneous cloud radio access network with dynamic RRH clustering. In: 2019 International Symposium on Networks, Computers and Communications (ISNCC). pp.1–8. https://doi.org/10.1109/ISNCC.2019.8909135

Fang, S., Chen, G., Xu, X., Han, S. and Tang, J., 2021. Millimeter-wave coordinated beamforming enabled cooperative network: A stochastic geometry approach. IEEE Transactions on Communications, 69(2), pp.1068–1079. https://doi.org/10.1109/TCOMM.2020.3035387.

Haidine, A., Salmam, F.Z., Aqqal, A. and Dahbi, A., 2021. Artificial intelligence and machine learning in 5g and beyond: A survey and perspectives. In: A. Haidine, ed. Moving Broadband Mobile Communications Forward. [online] Rijeka: IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.98517.

Hajisami, A. and Pompili, D., 2018. Joint virtual edge-clustering and spectrum allocation scheme for uplink interference mitigation in C-RAN. Ad Hoc Networks, 72. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2018.01.010.

Hassan, N. and Fernando, X., 2020. An optimum user association algorithm in heterogeneous 5G networks using standard deviation of the load. Electronics, [online] 9(9). https://doi.org/10.3390/electronics9091495.

Jang, B., Kim, M., Harerimana, G. and Kim, J., 2019. Q-Learning algorithms: A comprehensive classification and applications. IEEE Access, P.1. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2941229.

Kai, C., Yi, Y., Peng, M. and Huang, W., 2021. An amplify-and-forward full-duplex cooperative relay scheme for low-latency downlink transmission in CRAN. IEEE Communications Letters, 25(4), pp.1259–1263. https://doi.org/10.1109/LCOMM.2020.3047628.

Kareem Noor, M. and Mosa Omran, B., 2018. BER performance for joint transmission CoMP with SFBC algorithm. International Journal of Innovations in Engineering and Technology, 11(1), P.5. https://doi.org/10.21172/ijiet.111.09.

Khan, M., Fakhri, Z.H. and Al-Raweshidy, H.S., 2018. Semistatic cell differentiation and integration with dynamic BBU-RRH mapping in cloud radio access network. IEEE Transactions on Network and Service Management, 15(1), pp.289–303. https://doi.org/10.1109/TNSM.2017.2771622.

Kolawole, O.Y., Vuppala, S. and Ratnarajah, T., 2018. Multiuser millimeter wave cloud radio access networks with hybrid precoding. IEEE Systems Journal, 12(4), pp.3661–3672. https://doi.org/10.1109/JSYST.2017.2713463.

Kose, A., Lee, H., Foh, C.H. and Shojafar, M., 2024. Multi-agent context learning strategy for interference-aware beam allocation in mmwave vehicular communications. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, pp.1–17. https://doi.org/10.1109/TITS.2024.3351488.

Lee, N., Morales-Jimenez, D., Lozano, A. and Heath, R.W., 2015. Spectral efficiency of dynamic coordinated beamforming: A stochastic geometry approach. IEEE Transactions on Wireless Communications, 14(1), pp.230–241. https://doi.org/10.1109/TWC.2014.2337305.

Luo, S., Yang, P., Che, Y.L. and Wu, K., 2020. Space-domain index modulation for mmwave cloud radio access networks. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 69(6), pp.6215–6229. https://doi.org/10.1109/TVT.2020.2982700.

Mohammed Sara and Almamori Aqiel, 2024. Cell-free massive MIMO energy efficiency improvement by access points iterative selection. Journal of Engineering, [online] 30(03), pp.129–142. https://doi.org/10.31026/j.eng.2024.03.09.

Mohammed, S. and Hussein, M., 2022. Performance analysis of different machine learning models for intrusion detection systems. Journal of Engineering, 28, pp.61–91. https://doi.org/10.31026/j.eng.2022.05.05.

Nguyen, C., Huynh, N., Chu, N., Saputra, Y., Dinh Thai, H., Nguyen, D., Pham, V., Niyato, T., Dutkiewicz, E. and Hwang, won-J., 2021. Transfer learning for future wireless networks: A comprehensive survey. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.10691.53281.

Obi, L., Nche, C., DEUSSOM, E. and Bety, E., 2023. Review of 5G C-RAN resource allocation. EAI Endorsed Transactions on Cognitive Communications, 7, pp.1–28. https://doi.org/10.4108/eetmca.v7i4.3263.

Pompili, D., Hajisami, A. and Viswanathan, H., 2015. Dynamic provisioning and allocation in cloud radio access networks (C-RANs). Ad Hoc Networks, 30. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2015.02.006.

Rodoshi, R.T., Kim, T. and Choi, W., 2020. Resource management in cloud radio access network: Conventional and new approaches. Sensors, [online] 20(9). https://doi.org/10.3390/s20092708.

Simon, M. and Alouini, M., 2005. Digital Communication over Fading Channels. John Wiley & Sons, Inc. https://doi.org/10.1002/0471715220.

Suresh, K., Alqahtani, A., Rajasekaran, T., Kumar, M.S., Ranjith, V., Kannadasan, R., Alqahtani, N. and Khan, A.A., 2022. Enhanced metaheuristic algorithm-based load balancing in a 5G cloud radio access network. Electronics, [online] 11(21). https://doi.org/10.3390/electronics11213611.

Taleb, H., Helou, M. El, Lahoud, S., Khawam, K. and Martin, S., 2018. An efficient heuristic for joint user association and RRH clustering in cloud radio access networks. In: 2018 25th International Conference on Telecommunications (ICT). pp.8–14. https://doi.org/10.1109/ICT.2018.8464852.

Taleb, H., Khawam, K., Lahoud, S., Helou, M. El and Martin, S., 2020. A fully distributed approach for joint user association and RRH clustering in cloud radio access networks. Computer Networks, 182, p.107445. https://doi.org/10.1016/J.COMNET.2020.107445.

Trabelsi, N., Chaari Fourati, L. and Chen, C.S., 2024. Interference management in 5G and beyond networks: A comprehensive survey. Computer Networks, https://doi.org/10.1016/j.comnet.2023.110159.

TSGR, 2022. TR 138 901 - V17.0.0 - 5G; Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz (3GPP TR 38.901 version 17.0.0 Release 17). [online] Available at: https://portal.etsi.org/TB/ETSIDeliverableStatus.aspx.

Wang, X., Turgut, E. and Gursoy, M.C., 2019. Coverage in downlink heterogeneous mmwave cellular networks with user-centric small cell deployment. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 68(4), pp.3513–3533. https://doi.org/10.1109/TVT.2019.2895816.

Watkins, C. and Dayan, P., 1992. Q-Learning. Machine Learning, 8, pp.279–292. https://doi.org/10.1007/BF00992698.

yağcıoğlu, M., 2022. Dynamic resource allocation and interference coordination for millimeter wave communications in dense urban environment. Transactions on Emerging Telecommunications Technologies, https://doi.org/10.1002/ett.4442.

Zhu, Q., Wang, C.-X., Hua, B., Kai, M., Jiang, S. and Yao, M., 2021. 3GPP TR 38.901 channel model. pp.1–35. https://doi.org/10.1002/9781119471509.w5gref048.

المؤلفات المشابهة

يمكنك أيضاً إبدأ بحثاً متقدماً عن المشابهات لهذا المؤلَّف.