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Cooperative Beam Management for Cell-Free Multi-Layer Heterogeneous Network

研究課題

研究課題/領域番号 23K16870
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分60060:情報ネットワーク関連
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

Chen Na  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 客員准教授 (80838342)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードBeam Management / Deep Learning / Massive MIMO / RIS/IRS / IRS / Heterogeneous Network / Cell-Free Communication
研究開始時の研究の概要

The B5G/6G systems are confronted with high transmission requirements and a harsh wireless communication environment. This research considers a radio over fiber (RoF) supported multi-layer cell-free heterogeneous network (HetNet) architecture to achieve an efficient transmission in complex scenarios. We first propose the HetNet model and deep learning (DL) method for cooperative beam management considering the nonlinear optic fiber channel and the cell-free wireless channel, providing a possible solution for future wireless communication networks with high throughput and robustness.

研究実績の概要

During the previous year, with the support of this project, we made the following research achievements:
1. We researched on intelligent reflecting surface (IRS)-assisted massive multiple-input multiple-output (mMIMO) system with cell-free (CF) architecture. The IRS-mMIMO-CF system enabled users to access to all the base stations (BSs) via all the IRSs, which enhanced the spectrum efficency (SE) and saved the operation cost.
2. We developed distributed deep learning algorithm, named split federated learning (SFL) for the IRS-mMIMO-CF system. Specifically, the proposed self-enhanced multi-task SFL (SM-SFL) approach could simultaneously tackle wireless channel semantic reconstruction and cooperated beamforming with shared knowledge. The proposed model could achieve sufficient SE with imperfect channel state information (CSI), multi-device cooperation, and low labeling overhead.
3. We developed new hardware design for IRS metasurfaces. Specifically, we proposed a varactor diode mounted large-via and multi-via mushroom-type (VDLM/VDMM) structure for beam control at multiple frequency band for heterogeneous networks (HetNets). Furthermore, we propose a conformal IRS model for more flexible reflection control and stronger coverage ability.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

For the system model consideration, we developed the system to IRS-mMIMO-CF system and finished the theoretical analysis. For the deep learning algorithm design, we developed SM-SFL algorithm for distributed device cooperation with high efficiency on multiple task excecutation. For hardware implementation, we developed multiple IRS demos for HetNets and for more flexible applications that are capable for 5G/6G systems.
Overall, the research is progressing smoothly.

今後の研究の推進方策

Based on the current achievements, in the next step, we will continue with the HetNet coverage enhancement assisted by IRS.
1. We will research on the wireless propagation environment sensing and the influence on beam management.
2. We will also improve the IRS design into more practical multi-task applications. Specifically, we will develop an IRS controller for adaptive beam control as well as sensing integrated communication.
3. We will continue the international cooperation and hold international discussion routines and seminars to further improve our study.

報告書

(2件)
  • 2024 実施状況報告書
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2025 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] 北京郵電大学/北京科技大学(中国)

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [国際共同研究] 北京郵電大学(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Self-enhanced multi-task and split federated learning framework for RIS-aided cell-free systems2024

    • 著者名/発表者名
      Urakami Taisei、Jia Haohui、Chen Na、Okada Minoru
    • 雑誌名

      Internet of Things

      巻: 28 ページ: 101406-101406

    • DOI

      10.1016/j.iot.2024.101406

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Robust Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Multi-cell Downlink Transmissions2024

    • 著者名/発表者名
      Gao Hui、Yang Xiaoyu、Chen Na、Chen Shuo、Yang Yue、Yuen Chau
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Vehicular Technology

      巻: 1 号: 5 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1109/tvt.2023.3346906

    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書 2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spatial attention and quantization-based contrastive learning framework for mmWave massive MIMO beam training2023

    • 著者名/発表者名
      Jia Haohui、Chen Na、Urakami Taisei、Gao Hui、Okada Minoru
    • 雑誌名

      EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking

      巻: 2023 号: 1 ページ: 1-28

    • DOI

      10.1186/s13638-023-02277-w

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 反射方向と動作周波数帯を再構成可能なメタサーフェス反射板の試作用解析モデルの検討2025

    • 著者名/発表者名
      浦上大世・丸山珠美・小野安季良・陳 娜・岡田 実
    • 学会等名
      信学技報, vol. 124, no. 421, MW2024-177, pp. 52-57, 2025年3月.
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] Reconfigurable convex-type multi-beam metasurface reflector for mmWave application2024

    • 著者名/発表者名
      T. Urakami, T. Maruyama, A. Ono, K. Nakamura, N. Chen, and M. Okada
    • 学会等名
      2024 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Variable multi-band metasurface reflector with controllable direction using varactor diodes mounted large-via mushroom-type structure2024

    • 著者名/発表者名
      T. Urakami, T. Maruyama, A. Ono, N. Chen, and M. Okada
    • 学会等名
      2024 18th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP)
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A study on reflection angle expansion of reconfigurable convex-type multi-beam metasurface reflector2024

    • 著者名/発表者名
      T. Urakami, T. Maruyama, A. Ono, K. Nakamura, N. Chen, and M. Okada
    • 学会等名
      2024 IEICE Society Conferences
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] フレキシブル基板を用いた再構成可能なコンフォーマルメタサーフェス反射板の設計2024

    • 著者名/発表者名
      浦上大世・丸山珠美・小野安季良・中村一智・陳 娜・岡田 実
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告, Volume 124, Number 206 アンテナ・伝播, 2024年10月
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] 再構成可能なコンベックス型マルチビームメタサーフェス反射板の設計2024

    • 著者名/発表者名
      浦上大世・丸山珠美・小野安季良・中村一智・陳 娜・岡田 実
    • 学会等名
      信学技報, vol. 124, no. 189, AP2024-53, pp. 19-24, 2024年9月.
    • 関連する報告書
      2024 実施状況報告書
  • [学会発表] Deep Learning Based Massive Array Signal Processing in Wireless Communication Systems2024

    • 著者名/発表者名
      Chen Na
    • 学会等名
      the 2024 3rd International Workshop on Control, Communications and Multimedia (IWCCM 2024), co-host with the International Conference on Knowledge and Smart Technology (KST 2024)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Variable Multi-Band Metasurface Reflector with Controllable Direction Using Varactor Diodes Mounted Large-Via Mushroom-Type Structure2024

    • 著者名/発表者名
      Taisei Urakami, Tamami Maruyama, Akira Ono, Na Chen, and Minoru Okada
    • 学会等名
      18th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2024)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バラクタダイオード装荷型マッシュルーム構造を用いた反射方向と周波数帯を考慮したメタサーフェス反射板2024

    • 著者名/発表者名
      浦上大世・丸山珠美・小野安季良・陳 娜・岡田 実
    • 学会等名
      信学技報, vol. 123, no. 396, MW2023-190, pp. 78-83, 2024年2月.
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] IRS-Assisted mmWave Massive MIMO Systems Beam Training with Hybrid CNN Encoder-based Transformer Deep Learning Model2023

    • 著者名/発表者名
      Taisei Urakami, Haohui Jia, Na Chen, and Minoru Okada
    • 学会等名
      2023 IEEE 98th Vehicular Technology Conference (VTC)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Individual-Driven Spiking-Mixer Deep Learning Model for IRS-Assisted mmWave Systems Beam Training2023

    • 著者名/発表者名
      Taisei Urakami, Haohui Jia, Dafang Zhao, Na Chen, Minoru Okada
    • 学会等名
      2023 IEEE 11th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Integrated Beamforming and Resource Allocation in RIS-Assisted mmWave Networks based on Deep Reinforcement Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Di Chen, Hui Gao, Na Chen and Ruohan Cao
    • 学会等名
      2023 21st IEEE Interregional NEWCAS Conference (NEWCAS)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Memory-Driven MLP-Mixerを用いたIntelligent Reflecting Surface支援ミリ波システムにおけるビーム予測に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      浦上大世・賈 昊暉・陳 娜・岡田 実
    • 学会等名
      信学技報, vol. 122, no. 411, MW2022-159, pp. 13-18, 2023年3月.
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2025-12-26  

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