Manajemen Sumber Daya Radio untuk Uplink Sistem Hybrid Beamforming

Pendekatan optimasi bersama per slot waktu dengan heuristik offline dan online untuk uplink seluler multi-kanal

Yuan Quan; Haseen Rahman; Catherine Rosenberg· 2026· DOI 10.48550/arXiv.2606.22643

Masalah inti

Makalah ini membahas manajemen sumber daya radio (RRM) untuk uplink sistem seluler multi-kanal yang memakai hybrid beamforming. Hybrid beamforming menggabungkan analog beamforming menggunakan codebook yang telah ditentukan dengan digital beamforming zero-forcing. Penulis memotivasi kebutuhan formulasi per slot waktu karena anggaran daya user equipment (UE) harus dialokasikan per slot waktu ke kanal yang ditugaskan, yang tidak diketahui secara apriori. Selain itu, jumlah rantai radio frequency (RF) tidak cukup besar untuk memilih semua analog beam yang mungkin, sehingga pemilihan beam per slot diperlukan. Masalah RRM bersama mencakup pemilihan beam, pemilihan pengguna, alokasi daya, pemilihan modulation and coding scheme (MCS), dan digital beamforming. Menyelesaikan masalah ini secara optimal sulit karena jumlah variabel tumbuh eksponensial terhadap jumlah UE, sehingga solusi optimal terbatas pada paling banyak beberapa UE. Untuk mengatasinya, penulis mengusulkan heuristik offline yang menurunkan waktu eksekusi dua orde besaran sekaligus mencapai kinerja mendekati optimasi bersama. Heuristik ini memungkinkan wawasan rekayasa dan menyediakan target kinerja untuk memvalidasi heuristik

Penulis mengevaluasi kinerja heuristik offline dan online yang diusulkan. Heuristik offline mencapai kinerja mendekati optimasi bersama sekaligus menurunkan waktu eksekusi dua orde besaran. Hal ini memungkinkan studi sistem dengan jumlah UE lebih besar, yang akan sulit ditangani dengan optimasi bersama. Hasil menunjukkan bahwa heuristik offline menyediakan target kinerja yang digunakan untuk memvalidasi heuristik online. Heuristik online, dengan kompleksitas rendah, mencapai kinerja mendekati heuristik offline, menunjukkan efektivitasnya untuk RRM waktu nyata. Makalah ini menyajikan wawasan rekayasa tentang dampak berbagai parameter sistem, seperti jumlah rantai RF, jumlah UE, dan jumlah kanal. Misalnya, menambah jumlah rantai RF meningkatkan fleksibilitas pemilihan beam dan kinerja keseluruhan. Hasil juga menyoroti trade-off antara kinerja dan kompleksitas. Penulis menyediakan hasil kuantitatif, meskipun nilai numerik spesifik tidak disertakan dalam abstrak. Validasi heuristik online terhadap target offline memastikan bahwa pendekatan online andal untuk penerapan praktis.

Makalah ini membahas manajemen sumber daya radio (RRM) untuk uplink sistem seluler multi-kanal yang memakai hybrid beamforming. Hybrid beamforming menggabungkan analog beamforming menggunakan codebook yang telah ditentukan dengan digital beamforming zero-forcing. Penulis memotivasi kebutuhan formulasi per slot waktu karena anggaran daya user equipment (UE) harus dialokasikan per slot waktu ke kanal yang ditugaskan, yang tidak diketahui secara apriori. Selain itu, jumlah rantai radio frequency (RF) tidak cukup besar untuk memilih semua analog beam yang mungkin, sehingga pemilihan beam per slot diperlukan. Masalah RRM bersama mencakup pemilihan beam, pemilihan pengguna, alokasi daya, pemilihan modulation and coding scheme (MCS), dan digital beamforming. Menyelesaikan masalah ini secara optimal sulit karena jumlah variabel tumbuh eksponensial terhadap jumlah UE, sehingga solusi optimal terbatas pada paling banyak beberapa UE. Untuk mengatasinya, penulis mengusulkan heuristik offline yang menurunkan waktu eksekusi dua orde besaran sekaligus mencapai kinerja mendekati optimasi bersama. Heuristik ini memungkinkan wawasan rekayasa dan menyediakan target kinerja untuk memvalidasi heuristik online berkompleksitas rendah.

Model sistem mempertimbangkan uplink seluler multi-kanal dengan hybrid beamforming. Analog beamforming dilakukan menggunakan codebook yang telah ditentukan, dan digital beamforming memakai zero-forcing. Masalah optimasi RRM bersama dirumuskan per slot waktu. Misalkan U menyatakan himpunan UE, B himpunan analog beam, dan C himpunan kanal. Variabel optimasi mencakup indikator pemilihan beam x_{u, b} \in {0, 1}, indikator pemilihan pengguna y_{u, c} \in {0, 1}, alokasi daya p_{u, c} \geq 0, pemilihan MCS m_{u, c} \in M, dan bobot digital beamforming w_{u, c} \in C^{N \times 1} . Tujuannya adalah memaksimalkan sum rate atau metrik kinerja serupa dengan kendala daya per UE, kendala per beam, dan kendala per kanal. Masalah ini merupakan mixed-integer nonlinear program (MINLP) dengan kompleksitas eksponensial terhadap jumlah UE. Untuk menyelesaikannya secara efisien, penulis mengusulkan heuristik offline yang mendekomposisi masalah dan menggunakan aproksimasi. Heuristik offline menurunkan waktu eksekusi dua orde besaran dibandingkan optimasi bersama sekaligus mencapai kinerja mendekati optimal. Hal ini memungkinkan penulis memperoleh wawasan rekayasa dan menghasilkan target kinerja untuk memvalidasi heuristik online berkompleksitas rendah. Heuristik online dirancang untuk operasi waktu nyata dengan kompleksitas komputasi rendah.

Makalah ini membahas implikasi kerangka RRM yang diusulkan untuk sistem hybrid beamforming. Formulasi per slot waktu diperlukan karena sifat dinamis anggaran daya UE dan penugasan kanal. Heuristik offline berfungsi sebagai tolok ukur dan memberikan wawasan tentang desain sistem. Heuristik online menawarkan solusi praktis untuk RRM waktu nyata dengan kompleksitas rendah. Penulis menganalisis dampak parameter sistem, seperti jumlah rantai RF dan jumlah UE, terhadap kinerja. Mereka juga membahas batasan optimasi bersama dan manfaat heuristik. Wawasan rekayasa yang diperoleh dari heuristik offline dapat memandu desain sistem hybrid beamforming di masa depan. Validasi heuristik online menunjukkan potensinya untuk implementasi di sistem dunia nyata. Makalah ini ditutup dengan merangkum kontribusi dan menyarankan pekerjaan selanjutnya, seperti memperluas kerangka ke skenario multi-sel atau mempertimbangkan channel state information yang tidak sempurna.

Praktisi dan peneliti ilmu komputer

Membuka konten member…