JP7794439B2 - Estimation device, wireless communication system including the same, and program for causing a computer to execute the same - Google Patents
Estimation device, wireless communication system including the same, and program for causing a computer to execute the sameInfo
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Description
この発明は、推定装置、それを備える無線通信システムおよびコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。 This invention relates to an estimation device, a wireless communication system including the same, and a program for causing a computer to execute the same.
次世代通信規格では、第5世代移動通信システム(5G)の特徴である高速・大容量、低遅延、多数接続の各性能を高めつつ、ミリ波やテラヘルツ波などの高周波数帯を活用し、国内外のどこにいてもあらゆる人・情報・物にアクセス可能な通信インフラを構築することが求められている。 Next-generation communications standards require the creation of a communications infrastructure that will enable access to all people, information, and things anywhere, both domestically and internationally, while enhancing the high speed, large capacity, low latency, and multiple connection capabilities that are characteristic of fifth-generation mobile communications systems (5G).
高い周波数の電波は、見通し外の伝搬が期待できず、電波の弱い場所が生じてしまう。そのため、反射特性を動的に変更可能な複数の受動反射素子で構成される電磁波反射体(IRS: Intelligent Reflecting Surface)によって、高い周波数の電波の問題を解決する技術の検討が盛んになってきている(非特許文献1)。各素子の反射特性を適切に変更し、障害物を迂回した電波伝搬経路を形成することで、見通し外でも安定した通信を実現できる。 High-frequency radio waves cannot be expected to propagate beyond line of sight, resulting in weak spots. For this reason, there has been active research into technology that solves the problem of high-frequency radio waves by using an intelligent reflecting surface (IRS), which is made up of multiple passive reflecting elements whose reflection characteristics can be dynamically changed (Non-Patent Document 1). By appropriately changing the reflection characteristics of each element and creating a radio wave propagation path that bypasses obstacles, stable communication can be achieved even beyond line of sight.
IRSは、基本的に電磁波反射板として作用し、高周波回路を持たないため、カバレッジ拡大のための従来のマルチホップ通信と比べ格段に消費電力が小さいという利点もある。 Because IRS essentially acts as an electromagnetic wave reflector and does not contain high-frequency circuits, it also has the advantage of consuming significantly less power than conventional multi-hop communications used to expand coverage.
しかし、IRSを用いた無線通信システム(IRS-assited system)においては、達成可能な送信レートを予測することが行われておらず、IRSの反射素子が使用されていない状態であるアイドル状態のスロット数も予測されていないため、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成することが困難である。 However, in wireless communication systems using IRS (IRS-assist systems), the achievable transmission rate is not predicted, nor is the number of idle slots, in which the IRS's reflecting elements are not in use, so it is difficult to determine in advance whether enough reflecting elements are available to ensure a sufficient transmission rate and to create a reflecting element usage schedule.
そこで、この発明の実施の形態によれば、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成可能な推定装置を提供する。 Accordingly, an embodiment of the present invention provides an estimation device that can create a schedule for using reflecting elements by determining in advance whether enough reflecting elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate.
また、この発明の実施の形態によれば、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成可能な推定装置を備える無線通信システムを提供する。 Furthermore, according to an embodiment of the present invention, a wireless communication system is provided that includes an estimation device that can determine in advance whether enough reflecting elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate and create a reflecting element usage schedule.
更に、この発明の実施の形態によれば、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかどうかの事前判断と反射素子の使用スケジュールの作成をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。 Furthermore, according to an embodiment of the present invention, a program is provided that causes a computer to make a prior determination as to whether enough reflective elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate and to create a schedule for using the reflective elements.
(構成1)
この発明の実施の形態によれば、推定装置は、MT(MTは、2以上の整数)個のアンテナを有する送信機と、反射特性を動的に変更可能なN(Nは、2以上の整数)個の反射素子を有する電磁波反射体である第1のIRSと、MR(MRは、2以上の整数)個のアンテナを有する受信機とが非直線状に配置された無線通信システムにおいて、N個の反射素子を使用するスケジュールである使用スケジュールの予測に有効な情報を推定する推定装置であって、収集手段と、推定手段とを備える。収集手段は、反射素子が使用されている状態であるビジー状態と反射素子が使用されていない状態であるアイドル状態とからなる時系列データをN個の反射素子のそれぞれについて示す第1の時系列データと、送信機がMT個のアンテナを用いて信号を送信しているときのN個の反射素子の達成可能な送信レートである達成可能レートを示す第2の時系列データとを収集する。推定手段は、第1の時系列データに基づいて、第1の学習器を用いて第1のIRSにおける反射素子が使用可能であるか否かを予測した結果である使用可否予測結果をN個の反射素子のそれぞれについて推定する第1の推定処理と、第2の時系列データに基づいて、第2の学習器を用いて伝搬路において第1のIRSのN個の反射素子の達成可能レートをN個の反射素子のうちの使用されている反射素子について推定する第2の推定処理とを実行する。
(Configuration 1)
According to an embodiment of the present invention, an estimation device is provided for estimating information useful for predicting a usage schedule that is a schedule for using N reflecting elements in a wireless communication system in which a transmitter having M T antennas (M T is an integer of 2 or more), a first IRS that is an electromagnetic wave reflector having N reflecting elements ( N is an integer of 2 or more) whose reflection characteristics can be dynamically changed, and a receiver having M R antennas (M R is an integer of 2 or more) are non-linearly arranged, the estimation device comprising: a collection means; and an estimation means. The collection means collects first time series data that indicates, for each of the N reflecting elements, time series data consisting of a busy state in which the reflecting element is in use and an idle state in which the reflecting element is not in use, and second time series data that indicates an achievable rate that is an achievable transmission rate of the N reflecting elements when the transmitter is transmitting a signal using the M T antennas. The estimation means performs a first estimation process that uses a first learning device to estimate a usability prediction result for each of the N reflecting elements, which is the result of predicting whether the reflecting elements in the first IRS are usable or not, based on the first time series data, and a second estimation process that uses a second learning device to estimate the achievable rates of the N reflecting elements of the first IRS in the propagation path for the reflecting elements that are in use among the N reflecting elements, based on the second time series data.
(構成2)
構成1において、推定手段は、第1の推定処理において、第1の時系列データを第1の学習器に入力し、第1の時系列データのアイドル状態に応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された第1の学習時系列データのアイドル状態に応じて分類されたクラスである第1の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応するアイドル状態を第1の学習器から受けることによってN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子を推定し、第2の推定処理において、第2の時系列データを第2の学習器に入力し、第2の時系列データの達成可能レートに応じて分類された第2のクラスが学習段階において取得された第2の学習時系列データの達成可能レートに応じて分類されたクラスである第2の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する達成可能レートを第2の学習器から受けることによってN個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートを推定する。
(Configuration 2)
In configuration 1, the estimation means, in a first estimation process, inputs first time series data to a first learning device and estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements by receiving from the first learning device an idle state corresponding to the maximum probability among probabilities that a first class classified according to the idle state of the first time series data matches a first learning stage class, which is a class classified according to the idle state of the first learning time series data acquired in the learning stage; and, in a second estimation process, inputs second time series data to a second learning device and estimates the achievable rate of a used reflecting element among the N reflecting elements by receiving from the second learning device an achievable rate corresponding to the maximum probability among probabilities that a second class classified according to the achievable rate of the second time series data matches a second learning stage class, which is a class classified according to the achievable rate of the second learning time series data acquired in the learning stage.
(構成3)
構成1または構成2において、第1の学習器は、N個の第1の機械学習器からなり、第2の学習器は、E(Eは、N個の反射素子のうちの1個以上の反射素子が同時に利用されているときの1個以上の反射素子の反射パターンの個数)個の第2の機械学習器からなり、前記第1の時系列データは、各々が、アイドル状態とビジー状態とが時系列に配列された第1のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データからなり、第2の時系列データは、E個の反射パターンに対応付けられ、かつ、各々が達成可能レートを時系列に配列した第1の達成可能レートデータ~第Eの達成可能レートデータからなる。
(Configuration 3)
In configuration 1 or 2, the first learning device consists of N first machine learning devices, the second learning device consists of E (E is the number of reflection patterns of one or more of the N reflection elements when one or more of the reflection elements are used simultaneously) second machine learning devices, the first time series data consists of first idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data, each of which arranges idle states and busy states in time series, and the second time series data consists of first achievable rate data to Eth achievable rate data, each of which arranges achievable rates in time series, associated with the E reflection patterns.
推定手段は、
第1の推定処理において、第1のアイドル状態/ビジー状態データを1つの第1の機械学習器に入力し、第1のアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1のアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に応じて分類されたクラスである第1の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応するアイドル状態を1つの第1の機械学習器から受ける第1の処理を実行するとともに、第1の処理における第1のアイドル状態/ビジー状態データに代えて第2のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データおよび(N-1)個の第1の機械学習器の全てについて第1の処理と同じ処理を実行することによってN個の反射素子のN個の使用可否予測結果を推定し、
第2の推定処理において、第1の達成可能レートデータを1つの第2の機械学習器に入力し、第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類されたクラスである第2の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する達成可能レートを1つの第1の機械学習器から受ける第2の処理を実行するとともに、第2の処理における前記第1の達成可能レートデータに代えて、第2の達成可能レートデータ~第Eの達成可能レートデータおよび(E-1)個の第2の機械学習器の全てについて第2の処理と同じ処理を実行することによってN個のうちの使用されている反射素子の達成可能レートを推定する。
The estimation means is
In a first estimation process, first idle state/busy state data is input to one first machine learning device, and a first process is performed to receive from the one first machine learning device an idle state corresponding to the maximum probability among the probabilities that a first class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data matches a first learning stage class, which is a class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data of the learning stage acquired in the learning stage, and N usability prediction results of N reflecting elements are estimated by performing the same process as the first process on the second idle state/busy state data to the Nth idle state/busy state data instead of the first idle state/busy state data in the first process and all of the (N-1) first machine learning devices;
In the second estimation process, the first achievable rate data is input into one second machine learning machine, and a second process is performed in which an achievable rate corresponding to the maximum probability among the probabilities that the first class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data matches a second learning stage class, which is a class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data of the learning stage obtained in the learning stage, is received from the one first machine learning machine, and the achievable rate of the N reflecting elements used is estimated by performing the same process as the second process for the second achievable rate data to the Eth achievable rate data and all (E-1) second machine learning machines, instead of the first achievable rate data in the second process.
(構成4)
構成3において、N個の第1の機械学習器は、第1の推定処理において、並列して第1の処理を実行し、E個の第2の機械学習器は、第2の推定処理において、並列して第2の処理を実行する。
(Configuration 4)
In configuration 3, N first machine learning machines execute a first process in parallel in a first estimation process, and E second machine learning machines execute a second process in parallel in a second estimation process.
(構成5)
構成3または構成4において、N個の第1の機械学習器の各々は、第1の学習段階で取得したアイドル状態を第1の複数のクラスに分類して第1の予測行列に格納しており、1つのアイドル状態/ビジー状態データが入力されると、その入力された1つのアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に一致する確率が最大である1つのクラスを第1の予測行列に格納された第1の複数のクラスから選択し、1つのクラスが選択されたことに基づいて使用可否予測結果を前記推定手段へ出力し、
E個の第2の機械学習器の各々は、第2の学習段階で取得した達成可能レートを第2の複数のクラスに分類して第2の予測行列に格納しており、1つの達成可能レートデータが入力されると、その入力された1つの達成可能レートデータの達成可能レートに一致する確率が最大である1つのクラスを第2の複数のクラスから選択し、その選択した1つのクラスに分類された達成可能レートを推定手段へ出力する。
(Configuration 5)
In configuration 3 or 4, each of the N first machine learning devices classifies the idle states acquired in the first learning stage into a first plurality of classes and stores them in a first prediction matrix, and when one piece of idle state/busy state data is input, selects one class from the first plurality of classes stored in the first prediction matrix that has the highest probability of matching the idle state of the input one piece of idle state/busy state data, and outputs a usability prediction result to the estimation means based on the selection of one class;
Each of the E second machine learning machines classifies the achievable rates obtained in the second learning stage into a second plurality of classes and stores them in a second prediction matrix. When a single achievable rate data is input, the machine learning machine selects one class from the second plurality of classes that has the highest probability of matching the achievable rate of the input single achievable rate data, and outputs the achievable rate classified into the selected class to the estimation means.
(構成6)
構成1から構成5のいずれかにおいて、推定手段は、第2の推定処理において、受信機のMR個のアンテナへの伝搬経路を独立のMR個の伝搬経路に変換して独立のMR個の伝搬経路におけるMR個の送信レートを算出し、その算出したMR個の送信レートの総和を達成可能レートとする。
(Configuration 6)
In any of configurations 1 to 5, the estimation means, in the second estimation process, converts the propagation paths to the M R antennas of the receiver into M R independent propagation paths, calculates M R transmission rates for the M R independent propagation paths, and determines the sum of the calculated M R transmission rates as the achievable rate.
(構成7)
構成6において、推定手段は、第2の推定処理において、MR個のアンテナの信号対干渉プラス雑音電力比に基づいてMR個の送信レートを算出する。
(Configuration 7)
In configuration 6, the estimation means calculates M R transmission rates based on the signal-to-interference-plus-noise power ratios of the M R antennas in the second estimation process.
(構成8)
また、この発明の実施の形態によれば、無線通信システムは、構成1から構成7のいずれかに記載の推定装置からなる第1の推定装置と、送信機と、受信機と、第1のIRSとを備える。第1の推定装置は、第1のIRS内に配置される。
(Configuration 8)
According to an embodiment of the present invention, a wireless communication system includes a first estimator including the estimator according to any one of configurations 1 to 7, a transmitter, a receiver, and a first IRS. The first estimator is disposed within the first IRS.
(構成9)
構成8において、無線通信システムは、第2の推定装置と、第2のIRSとを更に備える。第2の推定装置は、構成1から構成7のいずれかに記載の推定装置からなる。第2のURSは、射特性を動的に変更可能なN*(N*は、2以上の整数)個の反射素子を有する電磁波反射体である。そして、第2の推定装置は、第2のIRS内に配置される。
(Configuration 9)
In configuration 8, the wireless communication system further includes a second estimator and a second IRS. The second estimator is the estimator according to any one of configurations 1 to 7. The second IRS is an electromagnetic wave reflector having N * (N * is an integer equal to or greater than 2) reflecting elements whose reflectivity can be dynamically changed. The second estimator is disposed within the second IRS.
(構成10)
更に、この発明の実施の形態によれば、プログラムは、
MT(MTは、2以上の整数)個のアンテナを有する送信機と、反射特性を動的に変更可能なN(Nは、2以上の整数)個の反射素子を有する電磁波反射体である第1のIRSと、MR(MRは、2以上の整数)個のアンテナを有する受信機とが非直線状に配置された無線通信システムにおいて、N個の反射素子を使用するスケジュールである使用スケジュールの予測に有効な情報の推定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
収集手段が、反射素子が使用されている状態であるビジー状態と反射素子が使用されていない状態であるアイドル状態とからなる時系列データをN個の反射素子のそれぞれについて示す第1の時系列データと、送信機がMT個のアンテナを用いて信号を送信しているときのN個の反射素子の達成可能な送信レートである達成可能レートをN個の反射素子について示す第2の時系列データとを収集する第1のステップと、
推定手段が、1の時系列データに基づいて、第1の学習器を用いて第1のIRSにおける反射素子が使用可能であるか否かを予測した結果である使用可否予測結果をN個の反射素子のそれぞれについて推定する第1の推定処理と、第2の時系列データに基づいて、第2の学習器を用いて伝搬路において第1のIRSのN個の反射素子の達成可能レートをN個の反射素子のうちの使用されている反射素子について推定する第2の推定処理とを実行する第2のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
(Configuration 10)
Further, according to an embodiment of the present invention, the program
A program for causing a computer to execute estimation of information useful for predicting a usage schedule, which is a schedule for using N reflecting elements, in a wireless communication system in which a transmitter having M T (M T is an integer of 2 or more) antennas, a first IRS which is an electromagnetic wave reflector having N (N is an integer of 2 or more) reflecting elements whose reflection characteristics can be dynamically changed, and a receiver having M R (M R is an integer of 2 or more) antennas are non-linearly arranged, the program comprising:
a first step in which a collecting means collects first time series data for each of the N reflecting elements, the first time series data being composed of a busy state in which the reflecting element is in use and an idle state in which the reflecting element is not in use, and second time series data for the N reflecting elements being an achievable rate, which is an achievable transmission rate of the N reflecting elements when a transmitter is transmitting a signal using the M T antennas;
The program causes a computer to execute a second step in which an estimation means executes a first estimation process in which a usability prediction result is estimated for each of N reflecting elements, the usability prediction result being the result of predicting whether or not a reflecting element in a first IRS is usable using a first learning device based on one time series data, and a second estimation process in which a second learning device is used to estimate the achievable rates of the N reflecting elements of the first IRS in the propagation path for those reflecting elements that are in use among the N reflecting elements, based on second time series data.
(構成11)
構成10において、推定手段は、第2のステップの第1の推定処理において、第1の時系列データを第1の学習器に入力し、第1の時系列データのアイドル状態に応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された第1の学習時系列データのアイドル状態に応じて分類されたクラスである第1の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応するアイドル状態を第1の学習器から受けることによってN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子を推定し、第2のステップの第2の推定処理において、第2の時系列データを第2の学習器に入力し、第2の時系列データの達成可能レートに応じて分類された第2のクラスが学習段階において取得された第2の学習時系列データの達成可能レートに応じて分類されたクラスである第2の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する達成可能レートを第2の学習器から受けることによってN個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートを推定する。
(Configuration 11)
In configuration 10, the estimation means, in a first estimation process of the second step, inputs the first time series data to a first learning device and estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements by receiving from the first learning device an idle state corresponding to the maximum probability among probabilities that a first class classified according to the idle state of the first time series data matches a first learning stage class, which is a class classified according to the idle state of the first learning time series data acquired in the learning stage; and, in a second estimation process of the second step, inputs the second time series data to a second learning device and estimates the achievable rate of a used reflecting element among the N reflecting elements by receiving from the second learning device an achievable rate corresponding to the maximum probability among probabilities that a second class classified according to the achievable rate of the second time series data matches a second learning stage class, which is a class classified according to the achievable rate of the second learning time series data acquired in the learning stage.
(構成12)
構成10または構成11において第1の学習器は、N個の第1の機械学習器からなり、前記第2の学習器は、E(Eは、N個の反射素子のうちの1個以上の反射素子が同時に利用されているときの1個以上の反射素子の反射パターンの個数)個の第2の機械学習器からなり、第1の時系列データは、各々が、アイドル状態とビジー状態とが時系列に配列された第1のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データからなり、第2の時系列データは、E個の反射パターンに対応付けられ、かつ、各々が達成可能レートを時系列に配列した第1の達成可能レートデータ~第Eの達成可能レートデータからなる。
(Configuration 12)
In configuration 10 or 11, the first learning device consists of N first machine learning devices, the second learning device consists of E (E is the number of reflection patterns of one or more reflection elements when one or more of the N reflection elements are used simultaneously) second machine learning devices, the first time series data consists of first idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data, each of which arranges idle states and busy states in time series, and the second time series data consists of first achievable rate data to Eth achievable rate data, each of which arranges achievable rates in time series, associated with E reflection patterns.
推定手段は、
第2のステップの第1の推定処理において、第1のアイドル状態/ビジー状態データを1つの第1の機械学習器に入力し、第1のアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1のアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に応じて分類されたクラスである第1の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応するアイドル状態を1つの第1の機械学習器から受ける第1の処理を実行するとともに、第1の処理における第1のアイドル状態/ビジー状態データに代えて第2のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データおよび(N-1)個の第1の機械学習器の全てについて第1の処理と同じ処理を実行することによってN個の反射素子のN個の使用可否予測結果を推定し、
第2のステップの第2の推定処理において、第1の達成可能レートデータを1つの第2の機械学習器に入力し、第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類されたクラスである第2の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する達成可能レートを1つの第1の機械学習器から受ける第2の処理を実行するとともに、第2の処理における第1の達成可能レートデータに代えて、第2の達成可能レートデータ~第Eの達成可能レートデータおよび(E-1)個の第2の機械学習器の全てについて第2の処理と同じ処理を実行することによってN個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートを推定する。
The estimation means is
In the first estimation process of the second step, the first idle state/busy state data is input to one first machine learning device, and a first process is performed to receive from the one first machine learning device an idle state corresponding to the maximum probability among the probabilities that a first class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data matches a first learning stage class, which is a class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data of the learning stage acquired in the learning stage, and the same process as the first process is performed for the second idle state/busy state data to the Nth idle state/busy state data instead of the first idle state/busy state data in the first process and all of the (N-1) first machine learning devices to estimate N usability prediction results of the N reflecting elements;
In the second estimation process of the second step, the first achievable rate data is input to one second machine learning machine, and a second process is performed to receive from the one first machine learning machine an achievable rate corresponding to the maximum probability among the probabilities that the first class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data matches a second learning stage class, which is a class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data of the learning stage obtained in the learning stage, and the achievable rate of the reflecting element being used among the N reflecting elements is estimated by performing the same process as the second process for the second achievable rate data to the Eth achievable rate data and all of the (E-1) second machine learning machines, instead of the first achievable rate data in the second process.
(構成13)
構成12において、N個の第1の機械学習器は、第2のステップの第1の推定処理において、並列して前記第1の処理を実行し、E個の第2の機械学習器は、第2のステップの第2の推定処理において、並列して第2の処理を実行する。
(Configuration 13)
In configuration 12, N first machine learning machines execute the first process in parallel in the first estimation process of the second step, and E second machine learning machines execute the second process in parallel in the second estimation process of the second step.
(構成14)
構成12または構成13において、N個の第1の機械学習器の各々は、第1の学習段階で取得したアイドル状態を第1の複数のクラスに分類して第1の予測行列に格納しており、1つのアイドル状態/ビジー状態データが入力されると、その入力された1つのアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に一致する確率が最大である1つのクラスを第1の予測行列に格納された第1の複数のクラスから選択し、1つのクラスが選択されたことに基づいて使用可否予測結果を前記推定手段へ出力し、
E個の第2の機械学習器の各々は、第2の学習段階で取得した達成可能レートを第2の複数のクラスに分類して第2の予測行列に格納しており、1つの達成可能レートデータが入力されると、その入力された1つの達成可能レートデータの達成可能レートに一致する確率が最大である1つのクラスを第2の複数のクラスから選択し、その選択した1つのクラスに分類された達成可能レートを推定手段へ出力する。
(Configuration 14)
In configuration 12 or 13, each of the N first machine learning devices classifies the idle states acquired in the first learning stage into a first plurality of classes and stores them in a first prediction matrix, and when one piece of idle state/busy state data is input, selects one class from the first plurality of classes stored in the first prediction matrix that has the highest probability of matching the idle state of the input one piece of idle state/busy state data, and outputs a usability prediction result to the estimation means based on the selection of one class;
Each of the E second machine learning machines classifies the achievable rates obtained in the second learning stage into a second plurality of classes and stores them in a second prediction matrix. When a single achievable rate data is input, the machine learning machine selects one class from the second plurality of classes that has the highest probability of matching the achievable rate of the input single achievable rate data, and outputs the achievable rate classified into the selected class to the estimation means.
(構成15)
構成10から構成14のいずれかにおいて、推定手段は、第2のステップの第2の推定処理において、受信機のMR個のアンテナへの伝搬経路を独立のMR個の伝搬経路に変換して独立のMR個の伝搬経路におけるMR個の送信レートを算出し、その算出したMR個の送信レートの総和を達成可能レートとする。
(Configuration 15)
In any of configurations 10 to 14, the estimation means, in the second estimation process of the second step, converts the propagation paths to the M R antennas of the receiver into M R independent propagation paths, calculates M R transmission rates for the M R independent propagation paths, and sets the sum of the calculated M R transmission rates as the achievable rate.
(構成16)
構成15において、推定手段は、第2のステップの第2の推定処理において、MR個のアンテナの信号対干渉プラス雑音電力比に基づいてMR個の送信レートを算出する。
(Configuration 16)
In configuration 15, the estimation means calculates M R transmission rates based on the signal-to-interference-plus-noise power ratios of the M R antennas in the second estimation process of the second step.
実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成できる。 You can create a schedule for using reflective elements by determining in advance whether enough reflective elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that identical or corresponding parts in the drawings will be designated by the same reference numerals, and their description will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態による無線通信システムの概略図である。図1を参照して、この発明の実施の形態による無線通信システム10は、送信機1と、IRS2と、受信機3とを備える。IRS2は、N(Nは、2以上の整数)個の反射素子21とIRSコントローラ22とを備える。N個の反射素子21は、例えば、碁盤目状に配置される。即ち、N個の反射素子21は、等間隔に配置される。IRSコントローラ22は、推定装置4を備える。 Figure 1 is a schematic diagram of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the wireless communication system 10 according to the embodiment of the present invention includes a transmitter 1, an IRS 2, and a receiver 3. The IRS 2 includes N (N is an integer equal to or greater than 2) reflecting elements 21 and an IRS controller 22. The N reflecting elements 21 are arranged, for example, in a grid pattern. That is, the N reflecting elements 21 are arranged at equal intervals. The IRS controller 22 includes an estimation device 4.
送信機1、IRS2および受信機3は、無線通信空間に配置される。そして、送信機1、IRS2および受信機3は、配列[送信機1-IRS2-受信機3]が直線上に無い位置に配置される。より具体的には、送信機1とIRS2とを結ぶ直線をL1とし、IRS2と受信機3とを結ぶ直線をL2としたとき、直線L1と直線L2との成す角αが0よりも大きくなるように、送信機1、IRS2および受信機3が配置される。つまり、送信機1、IRS2および受信機3は、無線通信空間において非直線状に配置される。 Transmitter 1, IRS 2, and receiver 3 are arranged in a wireless communication space. Transmitter 1, IRS 2, and receiver 3 are arranged in a position where the arrangement [Transmitter 1 - IRS 2 - Receiver 3] is not on a straight line. More specifically, if the line connecting Transmitter 1 and IRS 2 is L1 and the line connecting IRS 2 and receiver 3 is L2, Transmitter 1, IRS 2, and receiver 3 are arranged so that the angle α formed by lines L1 and L2 is greater than 0. In other words, Transmitter 1, IRS 2, and receiver 3 are arranged non-linearly in the wireless communication space.
送信機1は、MT(MTは、2以上の整数)個のアンテナを有し、受信機3は、MR(MRは、2以上の整数)個のアンテナを有する。そして、MTは、MRと同じであってもよく、MRと異なっていてもよい。 The transmitter 1 has M T (M T is an integer equal to or greater than 2) antennas, and the receiver 3 has M R (M R is an integer equal to or greater than 2) antennas. M T may be the same as or different from M R.
送信機1は、MT個のアンテナを用いて信号を送信する。IRS2において、IRSコントローラ22は、N個の反射素子21の反射係数を制御することによってN個の反射素子21による電波の反射角度および位相を制御する。そして、N個の反射素子21は、送信機1から入射した電波を受信機3の方向へ反射する。これによって、N個の反射素子21によって反射された電波は、受信機3へ到達する。 The transmitter 1 transmits a signal using M T antennas. In the IRS 2, the IRS controller 22 controls the reflection coefficients of the N reflecting elements 21 to control the reflection angle and phase of the radio waves by the N reflecting elements 21. The N reflecting elements 21 then reflect the radio waves incident from the transmitter 1 toward the receiver 3. As a result, the radio waves reflected by the N reflecting elements 21 reach the receiver 3.
受信機3は、送信機1から送信された電波を受信する。無線通信システム10においては、送信機1と受信機3との間の伝搬路は、送信機1からの電波が受信機3へ直接到達する直接リンクと、送信機1からの電波がIRS2を経由して受信機3へ到達する間接リンクとからなる。 Receiver 3 receives radio waves transmitted from transmitter 1. In wireless communication system 10, the propagation path between transmitter 1 and receiver 3 consists of a direct link, in which radio waves from transmitter 1 reach receiver 3 directly, and an indirect link, in which radio waves from transmitter 1 reach receiver 3 via IRS 2.
送信機1と受信機3との間に障害物OBTが存在しない場合、受信機3は、直線リンクと間接リンクとを用いて、送信機1から送信された電波を受信する。 If there is no obstacle OBT between transmitter 1 and receiver 3, receiver 3 receives radio waves transmitted from transmitter 1 using a direct link and an indirect link.
一方、送信機1と受信機3との間に障害物OBTが存在する場合、受信機3は、間接リンクを用いて、送信機1から送信された電波を受信する。 On the other hand, if an obstacle OBT exists between transmitter 1 and receiver 3, receiver 3 receives the radio waves transmitted from transmitter 1 using an indirect link.
従って、無線通信システム10においては、送信機1と受信機3との間に障害物OBTが存在しても、IRS2を経由することによって、送信機1から受信機3へ電波を送信することができる。 Therefore, in the wireless communication system 10, even if an obstacle OBT exists between the transmitter 1 and the receiver 3, radio waves can be transmitted from the transmitter 1 to the receiver 3 by passing through the IRS 2.
受信機3は、送信機1から送信された信号を受信し、信号を受信したときの信号電力と雑音電力との比である信号対雑音比SNR(Signal to Noise Ratio)を検出し、その検出した信号対雑音比SNRをIRSコントローラ22へ送信する。 The receiver 3 receives the signal transmitted from the transmitter 1, detects the signal-to-noise ratio (SNR), which is the ratio of signal power to noise power when the signal is received, and transmits the detected signal-to-noise ratio (SNR) to the IRS controller 22.
推定装置4は、IRS2の反射素子21が使用されている状態であるビジー状態Bと反射素子21が使用されていない状態であるアイドル状態Iとからなる時系列データD1_chr(t)をN個の反射素子21について示すN個の時系列データD1_chr_1(t)~D1_chr_N(t)を時系列データTSD_1(t)として収集する。 The estimation device 4 collects, as time series data TSD_1(t), N pieces of time series data D1_chr_1(t) to D1_chr_N(t) showing time series data D1_chr(t) for N reflecting elements 21 of the IRS 2, which consists of a busy state B in which the reflecting elements 21 are in use and an idle state I in which the reflecting elements 21 are not in use.
また、推定装置4は、送信機1がMT個のアンテナを用いて信号を送信しているときの1つの反射素子の達成可能な送信レートである達成可能レートをN個の反射素子21について示すN個の時系列データD2_chr_1(t)~D2_chr_N(t)を時系列データTSD_2(t)として収集する。 Furthermore, the estimation device 4 collects, as time series data TSD_2( t ), N pieces of time series data D2_chr_1(t) to D2_chr_N(t), which indicate, for N reflecting elements 21, the achievable transmission rate of one reflecting element when the transmitter 1 is transmitting a signal using M T antennas.
そして、推定装置4は、後述する方法によって、N個の時系列データD1_chr_1(t)~D1_chr_N(t)に基づいて、IRS2におけるN個の反射素子21のそれぞれが使用可能であるか否かを予測した結果である使用可否予測結果をN個の反射素子21について推定する。 The estimation device 4 then estimates usability prediction results for the N reflecting elements 21 in the IRS 2, which are results of predicting whether each of the N reflecting elements 21 in the IRS 2 is usable or not, based on the N pieces of time series data D1_chr_1(t) to D1_chr_N(t) using a method described below.
また、推定装置4は、後述する方法によって、N個の時系列データD2_chr_1(t)~D2_chr_N(t)に基づいて、IRS2を経由した送信機1から受信機3への伝搬路においてIRS2の1つの反射素子21の達成可能レートをN個の反射素子21について推定する。 In addition, the estimation device 4 estimates the achievable rate of one reflecting element 21 of the IRS2 for N reflecting elements 21 on the propagation path from the transmitter 1 to the receiver 3 via the IRS2, based on the N pieces of time series data D2_chr_1(t) to D2_chr_N(t), using a method described below.
更に、推定装置4は、後述する方法によって、送信機1と受信機3との間の伝搬路の周波数応答を推定する。この場合、推定装置4は、送信機1が既知の信号であるパイロット信号を送信し、受信機3がパイロット信号を受信したときの受信信号y(t)を受信機3からIRSコントローラ22を介して受信する。そして、推定装置4は、その受信した受信信号y(t)に基づいて伝搬路の周波数応答を推定する。 Furthermore, the estimation device 4 estimates the frequency response of the propagation path between the transmitter 1 and the receiver 3 using a method described below. In this case, the transmitter 1 transmits a pilot signal, which is a known signal, and the estimation device 4 receives the received signal y(t) from the receiver 3 via the IRS controller 22 when the receiver 3 receives the pilot signal. The estimation device 4 then estimates the frequency response of the propagation path based on the received signal y(t).
図2は、図1に示すIRSコントローラ22の概略図である。図2を参照して、IRSコントローラ22は、アンテナ221と、通信手段222と、制御手段223と、推定装置4とを備える。推定装置4は、収集手段41と、記憶手段42と、推定手段43と、学習器44,45とを備える。 Figure 2 is a schematic diagram of the IRS controller 22 shown in Figure 1. Referring to Figure 2, the IRS controller 22 includes an antenna 221, communication means 222, control means 223, and an estimation device 4. The estimation device 4 includes collection means 41, storage means 42, estimation means 43, and learners 44 and 45.
IRSコントローラ22の通信手段222は、アンテナ221を介して、パイロット信号の受信信号y(t)を受信機3から受信し、その受信したパイロット信号の受信信号y(t)を推定装置4の推定手段43へ出力する。 The communication means 222 of the IRS controller 22 receives the received pilot signal y(t) from the receiver 3 via the antenna 221 and outputs the received pilot signal y(t) to the estimation means 43 of the estimation device 4.
また、IRSコントローラ22の通信手段222は、アンテナ221を介して、受信機3がパイロット信号の受信信号y(t)を受信したときの信号対雑音比SNRを受信機3から受信し、その受信した信号対雑音比SNRを推定装置4の収集手段41へ出力する。 In addition, the communication means 222 of the IRS controller 22 receives the signal-to-noise ratio SNR from the receiver 3 via the antenna 221 when the receiver 3 receives the received signal y(t) of the pilot signal, and outputs the received signal-to-noise ratio SNR to the collection means 41 of the estimation device 4.
更に、IRSコントローラ22の通信手段222は、トレーニング信号の送信を送信機1に指示する指示信号INS_1を制御手段223から受けると、アンテナ221を介して指示信号INS_1を送信機1へ送信する。 Furthermore, when the communication means 222 of the IRS controller 22 receives an instruction signal INS_1 from the control means 223 instructing the transmitter 1 to transmit a training signal, it transmits the instruction signal INS_1 to the transmitter 1 via the antenna 221.
IRSコントローラ22の制御手段223は、送信機1からIRS2を介して受信機3へ信号が送信されているとき、N個の反射素子の各々について、反射素子21がONされている期間ON_periodと反射素子21がOFFされている期間OFF_periodとを時系列に検出する。そして、制御手段223は、期間ON_periodと期間OFF_periodとを時系列に配列した期間ON_period/期間OFF_period(t)を生成することをN個の反射素子21について実行してN個の期間ON_period/期間OFF_period_1(t)~期間ON_period/期間OFF_period_N(t)を生成し、その生成したN個の期間ON_period/期間OFF_period_1(t)~期間ON_period/期間OFF_period_N(t)を推定装置4の収集手段41へ出力する。 When a signal is transmitted from the transmitter 1 to the receiver 3 via the IRS 2, the control means 223 of the IRS controller 22 detects, in time series, the period ON_period during which the reflective element 21 is ON and the period OFF_period during which the reflective element 21 is OFF for each of the N reflective elements. The control means 223 then generates periods ON_period/period OFF_period(t) in which the periods ON_period and periods OFF_period are arranged in chronological order for the N reflective elements 21 to generate N periods ON_period/period OFF_period_1(t) through period ON_period/period OFF_period_N(t), and outputs the generated N periods ON_period/period OFF_period_1(t) through period ON_period/period OFF_period_N(t) to the collection means 41 of the estimation device 4.
また、IRSコントローラ22の制御手段223は、IRS2のN個の反射素子21の組合せのうちの利用可能な反射素子の組合せ(OFF状態と予測された反射素子の中で取り得る組合せ)の各々に対してコードブック内の各反射ビームフォーミングベクトルを適用して算出された達成可能レートのうちの最大の達成可能レートRmaxと、最大の達成可能レートRmaxを与える反射素子の組合せと、反射ビームフォーミングベクトルφmaxとを推定装置4の推定手段43から受ける。そして、IRSコントローラ22の制御手段223は、最大の達成可能レートRmaxと、最大の達成可能レートRmaxを与える反射素子の組合せと、反射ビームフォーミングベクトルφmaxとを集計する。 Furthermore, the control means 223 of the IRS controller 22 receives from the estimation means 43 of the estimation device 4 the maximum achievable rate R max among the achievable rates calculated by applying each reflected beamforming vector in the codebook to each of the combinations of available reflecting elements (combinations possible among reflecting elements predicted to be in the OFF state) among the combinations of the N reflecting elements 21 of the IRS 2, the combination of reflecting elements that gives the maximum achievable rate R max , and the reflected beamforming vector φ max . Then, the control means 223 of the IRS controller 22 tally up the maximum achievable rate R max , the combination of reflecting elements that gives the maximum achievable rate R max , and the reflected beamforming vector φ max .
IRSコントローラ22の制御手段223は、最大の達成可能レートRmaxと、最大の達成可能レートRmaxを与える反射素子の組合せと、反射ビームフォーミングベクトルφmaxとを集計すると、最大の達成可能レートRmaxと、最大の達成可能レートRmaxを与える反射素子の組合せと、反射ビームフォーミングベクトルφmaxとを相互に対応付けた[最大の達成可能レートRmax/最大の達成可能レートRmaxを与える反射素子の組合せ/反射ビームフォーミングベクトルφmax]を保持する。 The control means 223 of the IRS controller 22 aggregates the maximum achievable rate R max , the combination of reflecting elements that gives the maximum achievable rate R max , and the reflected beamforming vector φ max , and holds [maximum achievable rate R max / combination of reflecting elements that gives the maximum achievable rate R max / reflected beamforming vector φ max ] that mutually corresponds the maximum achievable rate R max , the combination of reflecting elements that gives the maximum achievable rate R max , and the reflected beamforming vector φ max .
そして、IRSコントローラ22の制御手段223は、IRS2から受信機3へ最大の達成可能レートRmaxで信号を送信するとき、反射ビームフォーミングベクトルφmaxに基づいてN個の反射素子21の反射係数を制御することによってN個の反射素子21による電波の反射角度および位相を制御する。 Then, when transmitting a signal from the IRS 2 to the receiver 3 at the maximum achievable rate R max , the control means 223 of the IRS controller 22 controls the reflection angle and phase of the radio waves by the N reflecting elements 21 by controlling the reflection coefficients of the N reflecting elements 21 based on the reflection beamforming vector φ max .
収集手段41は、N個の期間ON_period/期間OFF_period_1(t)~期間ON_period/期間OFF_period_N(t)をIRSコントローラ22の制御手段223から受けると、期間ON_periodをビジー状態Bとし、期間OFF_periodをアイドル状態Iとした時系列データを生成することをN個の期間ON_period/期間OFF_period_1(t)~期間ON_period/期間OFF_period_N(t)について実行して時系列データTSD_1(t)を生成し、その生成した時系列データTSD_1(t)を記憶手段42に記憶する。 When the collection means 41 receives N periods ON_period/period OFF_period_1(t) through ON_period/period OFF_period_N(t) from the control means 223 of the IRS controller 22, it generates time series data for the N periods ON_period/period OFF_period_1(t) through ON_period/period OFF_period_N(t) in which the periods ON_period are in busy state B and the periods OFF_period are in idle state I, thereby generating time series data TSD_1(t) and storing the generated time series data TSD_1(t) in the storage means 42.
また、収集手段41は、IRSコントローラ22の通信手段222から信号対雑音比SNRを受け、送信機1と受信機3との間の伝搬路の周波数応答FQR_0を推定手段43から受ける。そして、収集手段41は、信号対雑音比SNRを受けるごとに、後述する方法によって、信号対雑音比SNRおよび周波数応答FQR_0に基づいて達成可能レートARを算出し、達成可能レートARの算出時点tに達成可能レートARを対応付けた時系列データTSD_2(t)を生成し、その生成した時系列データTSD_2(t)を記憶手段42に記憶する。 The collection means 41 also receives the signal-to-noise ratio SNR from the communication means 222 of the IRS controller 22, and receives the frequency response FQR_0 of the propagation path between the transmitter 1 and the receiver 3 from the estimation means 43. Each time the collection means 41 receives the signal-to-noise ratio SNR, it calculates the achievable rate AR based on the signal-to-noise ratio SNR and the frequency response FQR_0 using a method described below, generates time series data TSD_2(t) that associates the achievable rate AR with the calculation time t of the achievable rate AR, and stores the generated time series data TSD_2(t) in the storage means 42.
記憶手段42は、時系列データTSD_1(t)および時系列データTSD_2(t)を記憶する。 The storage means 42 stores the time series data TSD_1(t) and the time series data TSD_2(t).
推定手段43は、IRSコントローラ22の通信手段222から受信信号y(t)を受け、その受けた受信信号y(t)に基づいて、後述する方法によって、周波数応答FQR_0を推定し、その推定した周波数応答FQR_0を保持するとともに周波数応答FQR_0を収集手段41へ出力する。 The estimation means 43 receives the received signal y(t) from the communication means 222 of the IRS controller 22, estimates the frequency response FQR_0 based on the received signal y(t) using a method described below, and stores the estimated frequency response FQR_0 while outputting the frequency response FQR_0 to the collection means 41.
また、推定手段43は、時系列データTSD_1(t)を記憶手段42から読み出し、その読み出した時系列データTSD_1(t)を学習器44に入力し、学習器44からN個の使用可否予測結果U1(t)~UN(t)を受ける。使用可否予測結果U1(t)~UN(t)の各々は、1つの反射素子21が使用可能であるか否かを予測した結果である。 Furthermore, the estimation means 43 reads out the time series data TSD_1(t) from the storage means 42, inputs the read out time series data TSD_1(t) to the learning device 44, and receives N usability prediction results U 1 (t) to U N (t) from the learning device 44. Each of the usability prediction results U 1 (t) to U N (t) is a result of predicting whether one reflecting element 21 is usable or not.
更に、推定手段43は、時系列データTSD_2(t)を記憶手段42から読み出し、その読み出した時系列データTSD_2(t)を学習器45に入力し、学習器45からN個の達成可能レートAR1~ARNを受ける。 Furthermore, the estimation means 43 reads out the time series data TSD_2(t) from the storage means 42, inputs the read out time series data TSD_2(t) to the learning device 45, and receives N achievable rates AR 1 to AR N from the learning device 45.
学習器44は、時系列データTSD_1(t)を推定手段43から受け、その受けた時系列データTSD_1(t)に基づいて、後述する方法によって、N個の使用可否予測結果U1(t)~UN(t)を予測し、その予測したN個の使用可否予測結果U1(t)~UN(t)を推定手段43へ出力する。 The learning device 44 receives the time series data TSD_1(t) from the estimation means 43, predicts N usability prediction results U 1 (t) to U N (t) based on the received time series data TSD_1 (t) using a method described later, and outputs the predicted N usability prediction results U 1 (t) to U N (t) to the estimation means 43.
学習器45は、時系列データTSD_2(t)を推定手段43から受け、その受けた時系列データTSD_2(t)に基づいて、後述する方法によって、N個の達成可能レートAR1~ARNを予測し、その予測したN個の達成可能レートAR1~ARNを推定手段43へ出力する。 The learning device 45 receives the time series data TSD_2(t) from the estimation means 43, predicts N achievable rates AR 1 to AR N based on the received time series data TSD_2(t) using a method described below, and outputs the predicted N achievable rates AR 1 to AR N to the estimation means 43.
[周波数応答の推定]
受信信号y(t)の観測中に伝搬路の変動が無いと仮定(周波数応答Hに(t)が付かないと仮定)し、送信機1におけるビームフォーミングを行わないので、送信機1における送信重みWを省略すると、受信信号y(t)は、次式によって表わされる。
Frequency response estimation
Assuming that there is no variation in the propagation path while observing the received signal y(t) (assuming that the frequency response H does not have (t)), and since beamforming is not performed in the transmitter 1, if the transmission weight W in the transmitter 1 is omitted, the received signal y(t) can be expressed by the following equation.
式(1)において、Θは、N個の反射素子21のN個の反射係数を示す行列であり、n(t)は、白色雑音を表わす。 In equation (1), Θ is a matrix representing the N reflection coefficients of the N reflecting elements 21, and n(t) represents white noise.
受信信号y(t)をMT個観測し、その観測したMT個の受信信号y(t)を並べると、次式が得られる。 When M T received signals y(t) are observed and the M T observed received signals y(t) are arranged, the following equation is obtained.
そして、式(2)において、X(t)の逆行列を右からY(t)に乗算すると、次式が得られる。 Then, in equation (2), if we multiply Y(t) by the inverse matrix of X(t) from the right, we obtain the following equation:
なお、式(3)の最終行において、Hは、直接リンクにおける周波数応答HDと間接リンクにおける周波数応答HCとを含む[HD HC]からなり、Ωは、単位行列IとΘ(N個の反射素子21の反射係数行列)とが縦に配列された行列からなる。 In the last line of equation (3), H consists of [H D H C ], which includes the frequency response H D in the direct link and the frequency response H C in the indirect link, and Ω consists of a matrix in which an identity matrix I and Θ (the reflection coefficient matrix of N reflecting elements 21) are arranged vertically.
そして、N個の反射素子21のモードを切り替えると(即ち、N個の反射素子21のN個の反射係数のパターンを切り替えると)、次式が得られる。 Then, when the modes of the N reflecting elements 21 are switched (i.e., when the patterns of the N reflection coefficients of the N reflecting elements 21 are switched), the following equation is obtained:
但し、式(4)においては、t=iMTの関係を満たす。その結果、tは、図4に示す期間PD_1~PD_MRのそれぞれにおいてx(1)~x(MT)が送信されるタイミングを表わし、t=iMTにおける“i”は、図4に示すΩ(1)~Ω(N)を表わす。 However, in equation (4), the relationship t = iMT is satisfied. As a result, t represents the timing at which x(1) to x( MT ) are transmitted in each of the periods PD_1 to PD_MR shown in Fig. 4, and "i" in t = iMT represents Ω(1) to Ω(N) shown in Fig. 4.
式(4)のG(i)をN個観測し、N個のG(i)を並べると、次式が得られる。 By observing N G(i)s in equation (4) and arranging the N G(i)s, the following equation is obtained.
そして、式(5)のgにRの逆行列を右側から掛けると、次式が得られる。 Then, if we multiply g in equation (5) by the inverse matrix of R on the right, we get the following equation:
式(5)によれば、Rは、[Ω(1)・・・Ω(N)]からなり、[Ω(1)・・・Ω(N)]は、N個の反射素子21のN個の反射係数のモード(即ち、N個の反射係数のパターン)からなるので、既知である。従って、Rの逆行列を算出することができる。 According to equation (5), R consists of [Ω(1)...Ω(N)], which is known because it consists of N modes of reflection coefficients (i.e., patterns of N reflection coefficients) of N reflecting elements 21. Therefore, the inverse matrix of R can be calculated.
また、式(3)のG(t)=Y(t)X-1(t)によって式(6)のgを算出することができ、Y(t)は、受信機3がパイロット信号を受信したときの受信信号であるので、既知であり、X(t)は、送信機1による送信信号であるので、既知である。その結果、式(6)の“gR-1”を算出することができる。 Furthermore, g in equation (6) can be calculated using G(t) = Y(t)X -1 (t) in equation (3), where Y(t) is known because it is the signal received when the receiver 3 receives the pilot signal, and X(t) is known because it is the signal transmitted by the transmitter 1. As a result, "gR -1 " in equation (6) can be calculated.
更に、式(6)の“N”は、伝搬路の変動量が雑音電力より十分大きい(信号と雑音との比が高い)とき無視でき、伝搬路の変動量が雑音電力より十分大きくないとき、同一のパイロット信号を連続して複数回送信し、これらに対する受信信号を平均することで、伝搬路推定における雑音レベルを所定の値以下に抑えることができることができる。 Furthermore, "N" in equation (6) can be ignored when the amount of propagation path fluctuation is sufficiently greater than the noise power (the signal-to-noise ratio is high). When the amount of propagation path fluctuation is not sufficiently greater than the noise power, the noise level in propagation path estimation can be kept below a predetermined value by transmitting the same pilot signal multiple times in succession and averaging the received signals.
従って、gR-1およびNR-1を算出することによって、式(6)を用いて、周波数応答HD,HCを独立して求めることができる。周波数応答HDは、送信機1と受信機3との間の直接リンクにおける周波数応答であり、周波数応答HCは、送信機1と受信機3との間の間接リンクにおける周波数応答である。 Therefore, by calculating gR −1 and NR −1 , the frequency responses H D and H C can be independently determined using equation (6). The frequency response H D is the frequency response of the direct link between the transmitter 1 and the receiver 3, and the frequency response H C is the frequency response of the indirect link between the transmitter 1 and the receiver 3.
その結果、上述した式(1)~式(6)を用いて、受信信号y(t)に基づいて送信機1と受信機3との間の伝搬路の周波数応答[HD HC]を独立に推定することができる。 As a result, using the above equations (1) to (6), the frequency response [H D H C ] of the propagation path between the transmitter 1 and the receiver 3 can be independently estimated based on the received signal y(t).
推定装置4の推定手段43は、受信信号y(t)を受けると、その受けた受信信号y(t)に基づいて、式(1)~式(6)によって伝搬路の周波数応答[HD HC](=FQR_0)を推定する。 When the estimation means 43 of the estimation device 4 receives the received signal y(t), it estimates the frequency response [H D H C ] (=FQR_0) of the propagation path using equations (1) to (6) based on the received signal y(t).
[時系列データの収集]
図3は、時系列データTSD_1(t)の概念図である。図3において、“I”は、アイドル状態を表わし、“B”は、ビジー状態を表す。
[Collection of time-series data]
3 is a conceptual diagram of the time series data TSD_1(t), in which "I" represents an idle state and "B" represents a busy state.
図3を参照して、アイドル状態Iおよびビジー状態Bの各々は、スロットSLT単位で収集される。 Referring to Figure 3, each of the idle state I and busy state B is collected in slot (SLT) units.
収集手段41は、次の(A)または(B)について時系列データTSD_1(t)を収集する。
(A)N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21が同時にOFFされたときの時系列データTSD_1(t)の収集
(B)N個の反射素子21を一定個数(例えば、9個)毎にクラスタに分類し、反射素子のON/OFF状態をクラスタ単位で行って時系列データTSD_1(t)を収集
(B)においては、収集手段41は、1つのクラスタに分類された一定個数(2以上の個数)の反射素子の配置位置の中央部に配置された反射素子を代表反射素子として選択することを全てのクラスタについて実行し、選択した代表反射素子についてのON/OFF状態を示す時系列データを収集して時系列データTSD_1(t)を収集する。
The collecting means 41 collects time series data TSD_1(t) for the following (A) or (B).
(A) Collection of time series data TSD_1(t) when one or more of the N reflecting elements 21 are turned OFF simultaneously. (B) Classifying the N reflecting elements 21 into clusters of a certain number (for example, 9), and collecting the time series data TSD_1(t) by controlling the ON/OFF state of the reflecting elements on a cluster-by-cluster basis. In (B), the collection means 41 selects, for all clusters, the reflecting element located at the center of the arrangement positions of a certain number (two or more) of reflecting elements classified into one cluster as a representative reflecting element, and collects time series data indicating the ON/OFF state of the selected representative reflecting element to collect the time series data TSD_1(t).
なお、代表反射素子の選択については、1つのクラスタに分類された一定個数の反射素子の配置位置の中央部に配置された反射素子を代表反射素子として選択する方法以外の方法で代表反射素子を選択してもよく、例えば、1つのクラスタに分類された一定個数の反射素子のうちの任意の反射素子を代表反射素子として選択してもよく、代表反射素子として選択する方法であれば、どのような方法であってもよい。 Regarding the selection of the representative reflective element, the representative reflective element may be selected by a method other than the method of selecting the reflective element located at the center of the arrangement positions of a certain number of reflective elements classified into one cluster as the representative reflective element. For example, any reflective element from among a certain number of reflective elements classified into one cluster may be selected as the representative reflective element. Any method for selecting a representative reflective element may be used.
収集手段41は、(A)において、時系列データTSD_1(t)を収集する場合、N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21がOFFされた期間である期間OFF_periodと、N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21以外の反射素子がONされた期間である期間ON_periodとを時系列に配列した期間ON_period/期間OFF_period_n(t)をIRSコントローラ22の制御手段223から受ける。 When collecting time series data TSD_1(t) in (A), the collection means 41 receives from the control means 223 of the IRS controller 22 a period ON_period/period OFF_period_n(t) in which a period OFF_period is a period during which one or more of the N reflecting elements 21 are turned OFF, and a period ON_period is a period during which all of the N reflecting elements 21 other than one or more reflecting elements 21 are turned ON, arranged in time series.
そして、収集手段41は、期間OFF_periodに基づいてスロットSLT_1に“I”を対応付け、期間ON_periodに基づいてスロットSLT_2に“I”を対応付け、以後、同様にして、図3に示す時系列データTSD_1(t)を生成する。 Then, the collection means 41 associates "I" with slot SLT_1 based on the period OFF_period, and "I" with slot SLT_2 based on the period ON_period, and continues in the same manner to generate the time series data TSD_1(t) shown in Figure 3.
この場合、収集手段41は、スロットSLT_1において、OFFされている反射素子(1個以上の反射素子21)についてアイドル状態Iであることを検出し、スロットSLT_2において、ONされている反射素子(1個以上の反射素子21以外の反射素子)についてビジー状態Bであることを検出し、以下、同様にして、スロットSLT_3,SLT_5,SLT_6,SLT_9において、OFFされている反射素子(1個以上の反射素子21)についてアイドル状態Iであることを検出し、スロットSLT_4,SLT_7,SLT_8において、ONされている反射素子(1個以上の反射素子21以外の反射素子)についてビジー状態Bであることを検出して時系列データTSD_1(t)を生成する。 In this case, the collection means 41 detects that the OFF reflective elements (one or more reflective elements 21) in slot SLT_1 are in an idle state I, and that the ON reflective elements (reflective elements other than one or more reflective elements 21) in slot SLT_2 are in a busy state B. Similarly, the collection means 41 detects that the OFF reflective elements (one or more reflective elements 21) in slots SLT_3, SLT_5, SLT_6, and SLT_9 are in an idle state I, and that the ON reflective elements (reflective elements other than one or more reflective elements 21) in slots SLT_4, SLT_7, and SLT_8 are in a busy state B, thereby generating time series data TSD_1(t).
その結果、N個の反射素子21の各々についてアイドル状態Iとビジー状態Bとの時系列を検出できるので、時系列データTSD_1(t)は、N個の反射素子21のそれぞれについてアイドル状態Iとビジー状態Bとの時系列を示すN個のB/I1(t)~B/IN(t)からなる。 As a result, the time series of idle state I and busy state B can be detected for each of the N reflective elements 21, and the time series data TSD_1(t) consists of N B/I 1 (t) to B/I N (t) that indicate the time series of idle state I and busy state B for each of the N reflective elements 21.
そして、収集手段41は、その生成した時系列データTSD_1(t)を記憶手段42に記憶する。 Then, the collection means 41 stores the generated time series data TSD_1(t) in the storage means 42.
また、収集手段41は、(B)において、時系列データTSD_1(t)を収集する場合、スロットSLT_1において、OFFされている代表反射素子を含むクラスタについてアイドル状態Iであることを検出し、スロットSLT_2において、ONされている代表反射素子を含むクラスタについてビジー状態Bであることを検出し、以下、同様にして、スロットSLT_3,SLT_5,SLT_6,SLT_9において、OFFされている代表反射素子を含むクラスタについてアイドル状態Iであることを検出し、スロットSLT_4,SLT_7,SLT_8において、ONされている代表反射素子を含むクラスタについてビジー状態Bであることを検出して時系列データTSD_1(t)を生成する。 Furthermore, when collecting time series data TSD_1(t) in (B), the collection means 41 detects that the cluster including the representative reflective element that is turned off in slot SLT_1 is in idle state I, and that the cluster including the representative reflective element that is turned on in slot SLT_2 is in busy state B. Similarly, it detects the idle state I for the cluster including the representative reflective element that is turned off in slots SLT_3, SLT_5, SLT_6, and SLT_9, and detects the busy state B for the cluster including the representative reflective element that is turned on in slots SLT_4, SLT_7, and SLT_8, thereby generating time series data TSD_1(t).
そして、収集手段41は、その生成した時系列データTSD_1(t)を記憶手段42に記憶する。 Then, the collection means 41 stores the generated time series data TSD_1(t) in the storage means 42.
なお、収集手段41は、送信機1からIRS2を経由して受信機3への信号の送信が行われている限り、期間ON_period/期間OFF_period_n(t)をIRSコントローラ22の制御手段223から受けるので、上述した方法によって、各スロットSLTへの“I”または“B”の対応付けを継続して行う。 Note that as long as a signal is being transmitted from the transmitter 1 to the receiver 3 via the IRS 2, the collection means 41 receives the period ON_period/period OFF_period_n(t) from the control means 223 of the IRS controller 22, and therefore continues to associate "I" or "B" with each slot SLT using the method described above.
その結果、時系列データTSD_1(t)は、アイドル状態Iとビジー状態Bとの履歴(アイドル状態I/ビジー状態B)を表わす。 As a result, the time series data TSD_1(t) represents the history of idle state I and busy state B (idle state I/busy state B).
図4は、時系列データTSD_2(t)の概念図である。収集手段41は、推定手段43から周波数応答行列H(t)を受け、次の方法によって達成可能レートRを算出する。 Figure 4 is a conceptual diagram of the time series data TSD_2(t). The collection means 41 receives the frequency response matrix H(t) from the estimation means 43 and calculates the achievable rate R using the following method.
N個の反射素子のN個の反射係数θおよび送信重みWは、次式によって最適される。 The N reflection coefficients θ and transmission weights W of the N reflecting elements are optimized using the following equation:
式(7)において、γmRは、MR個のアンテナの信号対干渉プラス雑音電力比SINR(Signal to Interference and Noise Ratio)であり、反射係数θおよび送信重みWの関数である。また、ωmRは、各受信アンテナの優先度を表わすパラメータである。特に、アンテナに優先度を設けない場合、ω1=ω2=・・・=ωMR=1/MRとしてよい。 In equation (7), γ mR is the signal to interference and noise ratio (SINR) of the M R antennas, and is a function of the reflection coefficient θ and the transmission weight W. Also, ω mR is a parameter representing the priority of each receiving antenna. In particular, if no priority is assigned to the antennas, ω 1 = ω 2 = ... = ω MR = 1/M R may be used.
式(7)は、右辺が最大になるときの反射係数θおよび送信重みWを決定することを表わす。 Equation (7) represents the determination of the reflection coefficient θ and transmission weight W when the right-hand side is maximized.
そして、MR個のアンテナにおけるMR個の送信レートは、式(7)におけるlog2(1+γmR)として算出される。 Then, the M R transmission rates for the M R antennas are calculated as log 2 (1+γ mR ) in equation (7).
送信機1は、推定装置4から取得した伝搬路行列(=周波数応答行列H(t))の情報から各アンテナの送信信号に係数行列を乗算(プリコーディング)し、アンテナ対の伝搬路が独立になるようにする。 The transmitter 1 multiplies (precodes) the transmission signal of each antenna by a coefficient matrix based on the information on the propagation path matrix (= frequency response matrix H(t)) obtained from the estimation device 4, so that the propagation paths of the antenna pairs are independent.
そこで、送信機1は、係数行列を次式によって決定する。 Therefore, transmitter 1 determines the coefficient matrix using the following equation:
式(8)において、行列Tは、送信重み行列であり、上述した送信重みWに相当する。また、行列Aは、ストリーム数をKとしたとき、K×Kの対角行列からなり、p1,・・・,pKは、それぞれ、ストリーム1~Kに割り当てられる送信電力である。 In equation (8), matrix T is a transmission weight matrix, and corresponds to the above-mentioned transmission weight W. Furthermore, matrix A is a K×K diagonal matrix, where K is the number of streams, and p 1 , ..., p K are transmission powers allocated to streams 1 to K, respectively.
行列T,Aを送信信号sに乗算すると、受信信号yは、次式によって表わされる。 When the transmitted signal s is multiplied by matrices T and A, the received signal y is expressed by the following equation:
受信信号yにTHHHを乗算すると、次式が得られる。 Multiplying the received signal y by T H H H gives the following equation:
式(10)の最終行における∧Aは、対角行列である。そして、∧Aの各対角成分(MR個)を各アンテナの雑音電力(または雑音電力の推定値)で除算した除算結果が式(7)におけるγ1,γ2,・・・,γMRとなる。 ΛA in the last line of equation (10) is a diagonal matrix. The results of dividing each diagonal element (M R elements) of ΛA by the noise power (or estimated value of noise power) of each antenna are γ 1 , γ 2 , ..., γ MR in equation (7).
従って、収集手段41は、∧Aの各対角成分(MR個)を各アンテナの雑音電力(または雑音電力の推定値)で除算した除算結果を式(7)のγmRに代入してlog2(1+γmR)を算出することをγ1,γ2,・・・,γMRの全てについて実行してMR個のアンテナにおけるMR個の送信レートを算出する。 Therefore, the collecting means 41 divides each diagonal element (M R ) of ΨA by the noise power (or an estimated value of the noise power) of each antenna, and then substitutes the result of the division into γ mR in equation (7) to calculate log 2 (1 + γ mR ) for all γ 1 , γ 2 , ..., γ MR to calculate M R transmission rates for the M R antennas.
そして、収集手段41は、MR個の送信レートの総和を達成可能レートRとする。 The collecting means 41 then determines the sum of the M R transmission rates as the achievable rate R.
式(8)に示す係数行列Gを各アンテナの送信信号に乗算(プリコーディング)することは、アンテナ対の伝搬路が独立になるようにすることになるので、式(7)から式(10)によってMR個の送信レートを算出することは、受信機3のMR個のアンテナへの伝搬経路を独立のMR個の伝搬経路に変換し、その変換した独立のMR個の伝搬経路におけるMR個の送信レートを算出することに相当する。 Multiplying (precoding) the transmission signal of each antenna by the coefficient matrix G shown in equation (8) makes the propagation paths of the antenna pair independent, so calculating the M R transmission rates using equations (7) to (10) is equivalent to converting the propagation paths to the M R antennas of the receiver 3 into M R independent propagation paths and calculating the M R transmission rates for the converted M R independent propagation paths.
収集手段41は、達成可能レートRを算出した時点tに対して達成可能レートRをプロットして図4に示す時系列データTSD_2(t)を収集する。 The collection means 41 collects the time series data TSD_2(t) shown in Figure 4 by plotting the achievable rate R against the time t at which the achievable rate R was calculated.
時系列データTSD_2(t)は、送信機1がMT個のアンテナを用いて信号を送信しているときのONされている1個以上の反射素子21(N個の反射素子21をクラスタ化する場合は、クラスタ内における全ての反射素子21のON/OFFパターンは、同一であるものとする。)を用いたときの達成可能レートRを収集したデータであるので、収集手段41は、時系列データTSD_2_n(t)の生成をONされている1個以上の反射素子21のパターンの全てについて実行する。その結果、時系列データTSD_2(t)は、ONされている1個以上の反射素子21のパターンの個数EからなるE個の時系列データTSD_2_1(t)~TSD_2_E(t)からなる。 The time series data TSD_2(t) is data obtained by collecting the achievable rate R when one or more reflecting elements 21 that are turned on are used when the transmitter 1 is transmitting a signal using M T antennas (when N reflecting elements 21 are clustered, the on/off patterns of all the reflecting elements 21 in the cluster are assumed to be the same), so the collection means 41 generates the time series data TSD_2_n(t) for all patterns of one or more reflecting elements 21 that are turned on. As a result, the time series data TSD_2(t) is made up of E pieces of time series data TSD_2_1(t) to TSD_2_E(t), where E is the number of patterns of one or more reflecting elements 21 that are turned on.
Eは、N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21が利用(ON)されているときの1個以上の反射素子21の反射パターンの個数であり、2以上の整数である。そして、1個以上の反射素子21の反射パターンは、例えば、N個の反射素子21のうちの反射素子21_1が利用されているとき、[反射素子21_1=ON,反射素子21_2:OFF,反射素子21_3:OFF,・・・,反射素子21_N:OFF]からなり、N個の反射素子21のうちの反射素子21_1,21_2が利用されているとき、[反射素子21_1=ON,反射素子21_2:ON,反射素子21_3:OFF,・・・,反射素子21_N:OFF]からなる。N個の反射素子21のうちの反射素子21_1,21_2以外の1個以上の反射素子21が同時に利用されているときの1個以上の反射素子21のパターンについても同様である。 E is the number of reflection patterns of one or more reflective elements 21 when one or more of the N reflective elements 21 are used (ON), and is an integer equal to or greater than 2. For example, when reflective element 21_1 of the N reflective elements 21 is used, the reflection pattern of one or more reflective elements 21 is [reflective element 21_1 = ON, reflective element 21_2 = OFF, reflective element 21_3 = OFF, ..., reflective element 21_N = OFF]. When reflective elements 21_1 and 21_2 of the N reflective elements 21 are used, the reflection pattern is [reflective element 21_1 = ON, reflective element 21_2 = ON, reflective element 21_3 = OFF, ..., reflective element 21_N = OFF]. The same applies to the pattern of one or more reflective elements 21 when one or more reflective elements 21 other than reflective elements 21_1 and 21_2 of the N reflective elements 21 are simultaneously used.
なお、収集手段41は、送信機1からIRS2を経由して受信機3への信号の送信が行われている限り、上述した方法によって達成可能レートRを算出し、その算出した達成可能レートRを、達成可能レートRの算出時点tに対してプロットすることを継続して行う。 Note that as long as a signal is being transmitted from the transmitter 1 to the receiver 3 via the IRS 2, the collection means 41 continues to calculate the achievable rate R using the method described above and plot the calculated achievable rate R against the calculation time t of the achievable rate R.
その結果、時系列データTSD_2(t)は、達成可能レートRの履歴を表わす。 As a result, the time series data TSD_2(t) represents the history of the achievable rate R.
[使用可否予測結果の予測]
図5は、図2に示す学習器44を構成する機械学習器の概略図である。図5を参照して、学習器44は、N個の確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nからなる。
[Prediction of usability prediction results]
Fig. 5 is a schematic diagram of a machine learning device that constitutes the learner 44 shown in Fig. 2. Referring to Fig. 5, the learner 44 is made up of N probabilistic neural networks PNN SLT — 1 to PNN SLT — N.
上述したように、時系列データTSD_1(t)は、N個のB/I1(t)~B/IN(t)からなるので、学習器44は、N個の確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nからなる。 As described above, the time series data TSD_1(t) is made up of N B/I 1 (t) to B/I N (t), and therefore the learning device 44 is made up of N probabilistic neural networks PNN SLT — 1 to PNN SLT —N.
N個の確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nは、それぞれ時系列データTSD_1_1(t)~TSD_1_N(t)(=B/I1(t)~B/IN(t))を受ける。 The N probabilistic neural networks PNN SLT — 1 to PNN SLT — N receive the time series data TSD — 1 — 1(t) to TSD — 1_N(t) (= B/I 1 (t) to B/I N (t)), respectively.
ここで、時系列データTSD_1_1(t)~TSD_1_N(t)の各々は、N個の反射素子21の1つの反射素子21についてアイドル状態Iの期間OFF_periodとビジー状態Bの期間ON_periodとを時系列に配列したデータからなる。 Here, each of the time series data TSD_1_1(t) to TSD_1_N(t) consists of data in which the idle state I period OFF_period and the busy state B period ON_period are arranged in time series for one of the N reflecting elements 21.
そして、N個の確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nは、それぞれ時系列データTSD_1_1(t)~TSD_1_N(t)(=B/I1(t)~B/IN(t))に基づいて、N個の反射素子21のそれぞれについて反射素子21が今後のスロットSLTにおいて使用可能であるか否かを予測し、その予測した結果である使用可否予測結果U1(t)~UN(t)を推定手段43へ出力する。この場合、使用可否予測結果U1(t)~UN(t)の各々は、1つの反射素子21がアイドル状態Iであることを表わす“0”、または1つの反射素子21がアイドル状態Iでないことを表わす“1”からなる。 Then, the N probabilistic neural networks PNN SLT _1 to PNN SLT _N predict whether or not each of the N reflecting elements 21 will be available for use in the upcoming slot SLT based on the time series data TSD_1_1(t) to TSD_1_N(t) (=B/I 1 (t) to B/I N (t)), respectively, and output the predicted availability prediction results U 1 (t) to U N (t) to the estimation means 43. In this case, each of the availability prediction results U 1 (t) to U N (t) consists of "0" indicating that one reflecting element 21 is in the idle state I, or "1" indicating that one reflecting element 21 is not in the idle state I.
図6は、図5に示す確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1の概略図である。図6を参照して、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1は、入力層と、隠れ層と、合計層と、決定層とを備える。 Fig. 6 is a schematic diagram of the probabilistic neural network PNN SLT_1 shown in Fig. 5. Referring to Fig. 6, the probabilistic neural network PNN SLT_1 comprises an input layer, a hidden layer, a summation layer, and a decision layer.
入力層は、Q(Qは、2以上の整数)個のニューロンからなる。隠れ層は、M(Mは、2以上の整数)個のグループからなり、M個のグループの各々は、Q個のニューロンからなる。合計層は、M個のニューロンからなる。 The input layer consists of Q neurons (Q is an integer greater than or equal to 2). The hidden layer consists of M groups (M is an integer greater than or equal to 2), each of which consists of Q neurons. The sum layer consists of M neurons.
入力層のQ個のニューロンの各々は、隠れ層のQ×M個のニューロンの各々に接続される。 Each of the Q neurons in the input layer is connected to each of the QxM neurons in the hidden layer.
隠れ層において、各グループのQ個のニューロンx1,1~x1,Qは、合計層の1個のニューロンに接続される。 In the hidden layer, each group of Q neurons x 1,1 to x 1,Q is connected to one neuron in the sum layer.
合計層のM個のニューロンは、決定層の1つのニューロンに接続される。 M neurons in the summation layer are connected to one neuron in the decision layer.
入力層は、入力されたデータを正規化し、その正規化したデータを隠れ層へ出する。この場合、入力層のQ個のニューロンの各々は、正規化後のデータを隠れ層のQ×M個のニューロンの各々に出力する。 The input layer normalizes the input data and outputs the normalized data to the hidden layer. In this case, each of the Q neurons in the input layer outputs normalized data to each of the Q x M neurons in the hidden layer.
隠れ層は、収集手段41によって収集された時系列データTSD_1_COL(t)と、隠れ層に保存された時系列データTSD_1_SAV(t)(学習段階で収集された時系列データTSD_1(t))とのユークリッド距離を算出する。そして、隠れ層は、算出したユークリッド距離を合計層へ出力する。この場合、隠れ層において、クラス1グループのQ個のニューロンx1,1~x1,Qは、ユークリッド距離を合計層においてクラス1グループに対応付けられた1個のニューロンに出力する。以下、同様にして、クラスMグループのQ個のニューロンx1,1~x1,Qは、ユークリッド距離を合計層においてクラスMグループに対応付けられた1個のニューロンに出力する。 The hidden layer calculates the Euclidean distance between the time series data TSD_1_COL(t) collected by the collection means 41 and the time series data TSD_1_SAV(t) (time series data TSD_1(t) collected in the learning stage) stored in the hidden layer. The hidden layer then outputs the calculated Euclidean distance to the summation layer. In this case, in the hidden layer, Q neurons x 1,1 to x 1,Q of the class 1 group output the Euclidean distance to one neuron in the summation layer associated with the class 1 group. Similarly, Q neurons x 1,1 to x 1,Q of the class M group output the Euclidean distance to one neuron in the summation layer associated with the class M group.
合計層は、各クラスcの寄与を合計し、次式によって表わされる確率を生成する。 The summation layer sums the contributions of each class c to produce a probability given by:
式(11)において、xは、入力ベクトルであり、xc,jは、j番目のトレーニングベクトルであり、NRは、トレーニングベクトルの総数であり、σcは、クラスcの標準偏差である。また、fcは、収集されたベクトルxが予測行列PSLT r(合計層に保持された予測行列)に格納されたデータ(学習段階における時系列データTSD_1(t))のクラスc1 learnと一致する確率を表わす。 In equation (11), x is the input vector, xc,j is the jth training vector, NR is the total number of training vectors, and σc is the standard deviation of class c. Furthermore, fc represents the probability that the collected vector x matches the class c1learn of the data (time series data TSD_1(t) in the learning stage) stored in the prediction matrix P SLTr (the prediction matrix held in the summation layer ) .
そして、合計層は、式(11)によって生成した確率を決定層へ出力する。この場合、合計層のM個のニューロンの各々は、式(11)によって生成した確率を決定層の1つのニューロンへ出力する。 The summation layer then outputs the probability generated by equation (11) to the decision layer. In this case, each of the M neurons in the summation layer outputs a probability generated by equation (11) to one neuron in the decision layer.
決定層は、合計層のM個のニューロンから受けたM個の確率のうちの最大の確率を検出し、その最大の確率が得られるときのクラスcCOL_1を選択して出力する。クラスcCOL_1は、時系列データTSD_1(t)のアイドル状態Iの個数に応じて分類されたクラスであり、時系列データTSD_1(t)のアイドル状態Iの個数を含む。そして、クラスcCOL_1は、「第1のクラス」を構成する。 The decision layer detects the maximum probability among the M probabilities received from the M neurons in the summation layer, and selects and outputs class c COL_1 when the maximum probability is obtained. Class c COL_1 is a class classified according to the number of idle states I in the time series data TSD_1(t), and includes the number of idle states I in the time series data TSD_1(t). Class c COL_1 constitutes the "first class."
予測行列PSLT rに格納されるデータ(学習段階における時系列データTSD_1(t))は、確率的ニューラルネットワークPNN_1の学習段階で取得された時系列データTSD_1_learn(t)である。 The data stored in the prediction matrix P SLT r (time series data TSD — 1(t) in the learning stage) is the time series data TSD — 1_learn(t) acquired in the learning stage of the probabilistic neural network PNN — 1.
学習段階において、IRSコントローラ22の制御手段223は、定期的(例えば、1~10分に1回)に、トレーニング信号をIRS2に送信するように送信機1に指示する。 During the learning phase, the control means 223 of the IRS controller 22 instructs the transmitter 1 to periodically (e.g., once every 1 to 10 minutes) transmit a training signal to the IRS 2.
送信機1は、制御手段223からの指示に応じて、トレーニング信号をIRS2へ送信する。この場合、送信機1は、MT個のアンテナを用いてトレーニング信号をIRS2へ送信する。 The transmitter 1 transmits the training signal to the IRS 2 in response to an instruction from the control means 223. In this case, the transmitter 1 transmits the training signal to the IRS 2 using M T antennas.
そして、IRS2において、制御手段223は、N個の反射素子21のうちのOFF状態にある1個以上の反射素子21をONするようにN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφを制御し、N個の反射素子21は、制御手段223からの制御に従って電波の反射角度および位相を制御してトレーニング信号を受信機3の方向へ反射する。この場合、制御手段223は、コードブックを保持しており、コードブックからN個の反射素子21の反射パターンをV(Vは、2以上整数)個の反射パターンに制御するためのV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVを選択し、その選択したV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVの1つの反射ビームフォーミングベクトルφn(nは、1~Vのいずれか)にN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルを切り替えることをV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVの全てについて実行する。 Then, in the IRS 2, the control means 223 controls the reflected beamforming vectors φ of the N reflecting elements 21 so as to turn on one or more of the N reflecting elements 21 that are in the OFF state, and the N reflecting elements 21 control the reflection angle and phase of the radio waves in accordance with the control from the control means 223 to reflect the training signal in the direction of the receiver 3. In this case, the control means 223 holds a codebook, and selects V reflected beamforming vectors φ 1 to φV from the codebook for controlling the reflection patterns of the N reflecting elements 21 to V (V is an integer of 2 or more) reflection patterns, and switches the reflected beamforming vectors of the N reflecting elements 21 to one reflected beamforming vector φ n (n is any of 1 to V) of the selected V reflected beamforming vectors φ 1 to φV for all of the V reflected beamforming vectors φ 1 to φV .
そして、V個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVの各々は、N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21が同時にONされる反射ビームフォーミングベクトルからなる。また、V個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVから1つの反射ビームフォーミングベクトルφnを選択することは、予め決定された所定の順序に従って実行される。 Each of the V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V is a reflected beamforming vector in which one or more of the N reflecting elements 21 are simultaneously turned ON. Furthermore, selection of one reflected beamforming vector φ n from the V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V is performed in accordance with a predetermined order.
従って、制御手段223は、コードブックからV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVを選択する。 Therefore, the control means 223 selects V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V from the codebook.
そして、IRS2の制御手段223は、V個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVを用いてN個の反射素子21による電波の反射角度および位相を切り替えたときのN個の反射素子21についてのON/OFFの時系列からなるデータD_ON/OFF_tを取得し、その取得したデータD_ON/OFF_tに基づいて、N個の反射素子21について、アイドル状態I/ビジー状態Bからなる時系列データD_I/B_1(t)~D_I/B_N(t)を取得する。 Then, the control means 223 of IRS2 acquires data D_ON/OFF_t consisting of a time series of ON / OFF for the N reflecting elements 21 when the reflection angle and phase of the radio waves by the N reflecting elements 21 are switched using V reflection beamforming vectors φ 1 to φ V, and acquires time series data D_I/B_1(t) to D_I/B_N(t) consisting of idle state I/busy state B for the N reflecting elements 21 based on the acquired data D_ON/OFF_t.
そうすると、IRS2の制御手段223は、その取得した時系列データD_I/B_1(t)~D_I/B_N(t)を時系列データTSD_1_learn(t)として推定装置4の推定手段43へ出力する。 The control means 223 of the IRS 2 then outputs the acquired time series data D_I/B_1(t) to D_I/B_N(t) to the estimation means 43 of the estimation device 4 as time series data TSD_1_learn(t).
推定装置4の推定手段43は、時系列データTSD_1_learn(t)(=時系列データD_I/B_1(t)~D_I/B_N(t))を制御手段223から受け、その受けた時系列データTSD_1_learn(t)(=時系列データD_I/B_1(t)~D_I/B_N(t))に基づいて、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子を検出し、その検出した使用可能な反射素子の個数に応じて使用可能な反射素子をnR(nRは、2以上の整数)個のクラスc1 learn_1~c1 learn_nRに分類し、nR個のクラスc1 learn_1~c1 learn_nRをそれぞれPNNSLT_1における予測行列PSLT rのnR個の行に格納する。なお、nR個のクラスc1 learn_1~c1 learn_nRの各々は、「第1の学習段階クラス」を構成する。 The estimation means 43 of the estimation device 4 receives the time series data TSD_1_learn(t) (= time series data D_I/B_1(t) to D_I/B_N(t)) from the control means 223, detects usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 based on the received time series data TSD_1_learn(t) (= time series data D_I/B_1(t) to D_I/B_N(t)), classifies the usable reflecting elements into n R (n R is an integer of 2 or greater) classes c 1 learn_1 to c 1 learn_nR according to the detected number of usable reflecting elements, and stores the n R classes c 1 learn_1 to c 1 learn_nR in n R rows of the prediction matrix P SLT r in the PNN SLT _1, respectively. Each of the nR classes c 1 learn — 1 to c 1 learn_nR constitutes a “first learning stage class”.
学習段階において、上記の動作は、定期的に実行されるので、PNNSLT_1における予測行列PSLT rのnR個の行に格納されたnR個のクラスc1 learn_1~c1 learn_nRは、随時、更新される。 In the learning stage, the above operations are performed periodically, so that the nR classes c1learn_1 to c1learn_nR stored in the nR rows of the prediction matrix P SLT r in the PNN SLT_1 are updated as needed.
図7は、使用可能な反射素子を予測する予測行列PSLT rを示す概念図である。図7を参照して、時系列データTSD_1(t)は、“■”と、“□”とを含む。“■”は、ビジー状態Bを表わし、“□”は、アイドル状態Iを表わす。そして、“■”および“□”の各々は、1つのスロットSLTに配置されている。 7 is a conceptual diagram showing a prediction matrix P SLT r that predicts available reflecting elements. Referring to FIG. 7, the time series data TSD_1(t) includes "■" and "□". "■" represents a busy state B, and "□" represents an idle state I. Each of the "■" and "□" is located in one slot SLT.
予測行列PSLT rは、nR行nC列の行列からなる。スライディングウィンドSDW1は、ウィンドスパンnC.ts(s)を有する。 The prediction matrix P SLT r consists of a matrix with nR rows and nC columns. The sliding window SDW1 has a window span n C . ts(s).
スライディングウィンドSDW1のベクトルであるスライディングウィンドベクトルsnは、予測行列PSLT rに1つの行を形成する。スライディングウィンドSDW1がウィンドスパンnC.ts(s)で右に移動すると(図7の矢印参照)、1つの新しいアイドル状態I/ビジー状態Bからなる1つのサンプル(時系列データTSD_1(t)の1つのサンプル)が予測行列PSLT rの1つの行にドロップされる。スライディングウィンドSDW1を右に移動させながら、スライディングウィンドベクトルsnを用いて時系列データTSD_1(t)の1つのサンプルを予測行列PSLT rの1つの行にドロップし、時系列データTSD_1(t)のnR個のサンプルを予測行列PSLT rのnR個の行にドロップする。 The sliding window vector s n , which is the vector of the sliding window SDW1, forms one row in the prediction matrix PSLTr . As the sliding window SDW1 moves to the right with a window span nC.ts (s) (see the arrow in Figure 7), one sample (one sample of the time series data TSD_1(t)) consisting of one new idle state I/busy state B is dropped into one row of the prediction matrix PSLTr . As the sliding window SDW1 moves to the right, the sliding window vector s n is used to drop one sample of the time series data TSD_1(t) into one row of the prediction matrix PSLTr , and nR samples of the time series data TSD_1(t) are dropped into the nR rows of the prediction matrix PSLTr .
nR×1のターゲット行列の各行Tには、達成可能な使用できる反射素子のクラスcを示す正の整数が含まれている(1≦T≦K)。ここで、Kは、達成可能な使用できる反射素子のクラスcの総数であり、2以上の整数である。 Each row T of the nR x 1 target matrix contains a positive integer indicating an achievable usable reflective element class c (1 < T < K), where K is the total number of achievable usable reflective element classes c and is an integer greater than or equal to 2.
予測行列PSLT rは、スライディングウィンドSDW1を用いて1つの行にドロップされたサンプル(スライディングウィンドベクトルsn~sn-nC+1等によってドロップされたサンプル)のアイドル状態Iに応じて分類されたクラスcCOL_1が1つの行に格納された時系列データ(学習段階で取得した時系列データTSD_1_learn(t))のアイドル状態Iに応じて分類されたクラスc1 learnに一致する確率を出力することをnR個の行について実行する。 The prediction matrix P SLT r performs the process of outputting, for nR rows, the probability that a class c COL — 1 classified according to the idle state I of samples dropped in one row using the sliding window SDW1 (samples dropped by sliding window vectors s n to s n-nC+1, etc.) matches a class c 1 learn classified according to the idle state I of time series data stored in one row (time series data TSD — 1_learn( t ) obtained in the learning stage).
そして、ターゲット行列は、予測行列PSLT rのnR個の行から受けたnR個の確率のうちの最大の確率を受けた行Tに含まれる正の整数(アイドル状態Iまたはビジー状態Bを示す正の整数)を出力する。 Then, the target matrix outputs a positive integer (a positive integer indicating an idle state I or a busy state B) contained in row T that has received the maximum probability among the nR probabilities received from the nR rows of the prediction matrix PSLTr .
このように、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1は、1つの反射素子について、予測行列PSLT rを用いてパターン履歴(時系列データTSD_1(t))に最も近いアイドル状態Iまたはビジー状態Bを予測する。 In this way, the probabilistic neural network PNN SLT — 1 predicts, for one reflective element, the idle state I or the busy state B that is closest to the pattern history (time series data TSD — 1 (t)) using the prediction matrix P SLT r .
その結果、図5に示す確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1は、1つの時系列データTSD_1(t)が入力されると、その入力された1つの時系列データTSD_1(t)が予測行列PSLT r(合計層に保持された予測行列)に格納されたデータ(時系列データTSD_1_learn(t))のクラスclearnと一致する確率として最大の確率が得られるときのクラスcmax(即ち、アイドル状態Iまたはビジー状態Bからなる使用可否予測結果U1(t))を出力する。 As a result, when a piece of time series data TSD_1(t) is input, the probabilistic neural network PNN SLT _1 shown in FIG. 5 outputs the class c max (i.e., the availability prediction result U 1 ( t ) consisting of an idle state I or a busy state B) when the probability that the input piece of time series data TSD_1(t) matches the class c learn of the data (time series data TSD_1_learn (t)) stored in the prediction matrix P SLT r (the prediction matrix held in the summation layer) is the highest.
なお、図5に示す確率的ニューラルネットワークPNNSLT_2~PNNSLT_Nの各々は、図6に示す確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1と同じ構成からなる。従って、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_2~PNNSLT_Nは、それぞれ、時系列データB/I2(t)~B/IN(t)が入力されると、N-1個の反射素子について、使用可否予測結果U2(t)~UN(t)を出力する。 Each of the probabilistic neural networks PNN SLT _2 to PNN SLT _N shown in Fig. 5 has the same configuration as the probabilistic neural network PNN SLT _1 shown in Fig. 6. Therefore, when time-series data B/I 2 (t) to B/I N (t) are input, the probabilistic neural networks PNN SLT _2 to PNN SLT _N output usability prediction results U 2 (t) to U N (t) for the N-1 reflecting elements, respectively.
よって、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子を予測できる。 This makes it possible to predict which of the N reflecting elements 21 can be used.
その結果、その予測した使用可能な反射素子を用いた通信スケジュールを作成することができる。 As a result, a communication schedule can be created using the predicted available reflecting elements.
図8は、図7に示す予測行列PSLT rの具体例を示す概略図である。図8において、“0”は、アイドル状態Iを表わし、“1”は、アイドル状態Iでないことを表わす。 Fig. 8 is a schematic diagram showing a specific example of the prediction matrix P SLT r shown in Fig. 7. In Fig. 8, "0" represents the idle state I, and "1" represents not being in the idle state I.
図8を参照して、図7に示すスライディングウィンドベクトルsnを用いて時系列データTSD_1(t)の1つのサンプルを予測行列PSLT rの1つの行にドロップし、時系列データTSD_1(t)の100(=nR)個のサンプルを予測行列PSLT rの100(=nR)個の行にドロップする。 Referring to FIG. 8, using the sliding window vector s n shown in FIG. 7, one sample of the time series data TSD_1(t) is dropped into one row of the prediction matrix P SLT r , and 100 (=n R ) samples of the time series data TSD_1(t) are dropped into 100 (=n R ) rows of the prediction matrix P SLT r .
これによって、1つの反射素子について、時点tPDCよりも過去のアイドル/ビジーパターンI/B_PTNが予測行列PSLT rの100(=nR)個の行にドロップされる。 Thereby, for one reflective element, the idle/busy patterns I/B_PTN older than the time instant t PDC are dropped into 100 (=n R ) rows of the prediction matrix P SLT r .
1つの反射素子21の使用可否を予測する時点tPDCにおいて、1つの反射素子21の使用可否が予測される。 At time t PDC when it is predicted whether one reflecting element 21 is usable or not, it is predicted whether one reflecting element 21 is usable or not.
その結果、シーケンス1~シーケンス3についての“使用可否の予測結果”においては、“0”が格納され、シーケンス1~シーケンス3についての“使用可否の予測結果”においては、“1”が格納される。 As a result, "0" is stored in the "prediction result of usability" for Sequence 1 to Sequence 3, and "1" is stored in the "prediction result of usability" for Sequence 1 to Sequence 3.
シーケンス1~シーケンス3については、使用可否の予測結果が“0”であるので、時点tPDCの後のスロットSLTにおいて、1つの反射素子がアイドル状態であると予測される。 For sequences 1 to 3, the predicted availability result is "0", so one reflecting element is predicted to be in an idle state in slot SLT after time t PDC .
一方、シーケンス100については、使用可否の予測結果が“1”であるので、時点tPDCの後のスロットSLTにおいて、1つの反射素子がアイドル状態でないと予測される。 On the other hand, for sequence 100, the prediction result of availability is "1", so it is predicted that one reflective element is not in the idle state in slot SLT after time t PDC .
シーケンス1~シーケンス100における使用可否の予測結果の各々は、確率で表わされているので、シーケンス1~シーケンス100における100個の使用可否の予測結果のうち、最大の確率を有する使用可否の予測結果が最終的に選択される。 Each of the usability prediction results for Sequences 1 to 100 is expressed as a probability, so of the 100 usability prediction results for Sequences 1 to 100, the usability prediction result with the highest probability is ultimately selected.
従って、最終的に選択された使用可否の予測結果がアイドル状態(0)であるとき、1つの反射素子が使用可能であると予測され、最終的に選択された使用可否の予測結果がアイドル状態(0)でないとき、1つの反射素子が使用可能でないと予測される。 Therefore, when the predicted result of the final selected availability is an idle state (0), one reflective element is predicted to be available, and when the predicted result of the final selected availability is not an idle state (0), one reflective element is predicted to be unavailable.
従って、図5に示すN個の確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nは、それぞれ、N個の反射素子21について、時点tPDCの後のスロットSLTにおいて使用可能であるか否かを予測し、その予測結果を推定手段43へ出力する。 Therefore, the N probabilistic neural networks PNN SLT — 1 to PNN SLT — N shown in FIG. 5 each predict whether or not the N reflecting elements 21 are available for use in the slot SLT after the time t PDC , and output the prediction results to the estimation means 43.
[達成可能レートARの予測]
図9は、図2に示す学習器45を構成する機械学習器の概略図である。図9を参照して、学習器45は、E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eからなる。
Prediction of Achievable Rate AR
Fig. 9 is a schematic diagram of a machine learning device that constitutes the learning device 45 shown in Fig. 2. Referring to Fig. 9, the learning device 45 is made up of E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E.
E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eは、それぞれ時系列データTSD_2_1(AR1(t)_COL)~TSD_2_E(ARE(t)_COL)を推定手段43から受ける。 The E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E receive the time series data TSD — 2 — 1 (AR 1 (t) — COL ) to TSD — 2 — E (AR E (t) — COL ) from the estimation means 43, respectively.
そして、E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eは、それぞれ時系列データTSD_2_1(AR1(t)_COL)~TSD_2_E(ARE(t)_COL)に基づいて、それぞれ、達成可能レートAR1(t)~ARE(t)を推定し、その推定した達成可能レートAR1(t)~ARE(t)を推定手段43へ出力する。 Then, the E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E estimate achievable rates AR 1 (t) to ARE (t) based on the time series data TSD — 2 — 1 (AR 1 (t) — COL ) to TSD — 2 — E ( ARE (t) — COL ), respectively, and output the estimated achievable rates AR 1 (t) to ARE (t) to the estimation means 43.
E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eの各々は、図6に示す確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1と同じ構成からなる。 Each of the E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E has the same configuration as the probabilistic neural network PNN SLT — 1 shown in FIG.
E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eの各々において、入力層は、入力されたデータを正規化し、その正規化したデータを隠れ層へ出する。この場合、入力層のQ個のニューロンの各々は、正規化後のデータを隠れ層のQ×M個のニューロンの各々に出力する。 In each of the E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR _E, the input layer normalizes input data and outputs the normalized data to the hidden layer, where each of the Q neurons in the input layer outputs normalized data to each of the Q×M neurons in the hidden layer.
隠れ層は、収集された時系列データTSD_2_COL(t)と、隠れ層に保存された時系列データTSD_2_SAV(t)とのユークリッド距離を算出する。そして、隠れ層は、算出したユークリッド距離を合計層へ出力する。この場合、隠れ層において、クラス1グループのQ個のニューロンx1,1~x1,Qは、ユークリッド距離を合計層においてクラス1グループに対応付けられた1個のニューロンに出力する。以下、同様にして、クラスMグループのN個のニューロンx1,1~x1,Qは、ユークリッド距離を合計層においてクラスMグループに対応付けられた1個のニューロンに出力する。 The hidden layer calculates the Euclidean distance between the collected time series data TSD_2_COL(t) and the time series data TSD_2_SAV(t) stored in the hidden layer. The hidden layer then outputs the calculated Euclidean distance to the summation layer. In this case, in the hidden layer, Q neurons x1,1 to x1,Q of the class 1 group output the Euclidean distance to one neuron associated with the class 1 group in the summation layer. Similarly, N neurons x1,1 to x1,Q of the class M group output the Euclidean distance to one neuron associated with the class M group in the summation layer.
合計層は、各クラスcの寄与を合計し、式(11)によって表わされる確率を生成する。確率的ニューラルネットワークPNNが達成可能レートARの予測に用いられる場合、式(11)におけるfcは、収集されたベクトルxが予測行列PAR r(合計層に保持された予測行列)に格納されたデータ(時系列データTSD_2(t))のクラスc2 learnと一致する確率を表わす。 The summation layer sums the contributions of each class c to generate the probability represented by equation (11). When a probabilistic neural network PNN is used to predict the achievable rate AR, f c in equation (11) represents the probability that the collected vector x matches the class c 2 learn of the data (time series data TSD_2(t)) stored in the prediction matrix P AR r (the prediction matrix held in the summation layer).
そして、合計層は、式(11)によって生成した確率を決定層へ出力する。この場合、合計層のM個のニューロンの各々は、式(11)によって生成した確率を決定層の1つのニューロンへ出力する。 The summation layer then outputs the probability generated by equation (11) to the decision layer. In this case, each of the M neurons in the summation layer outputs a probability generated by equation (11) to one neuron in the decision layer.
決定層は、合計層のM個のニューロンから受けたM個の確率のうちの最大の確率を検出し、その最大の確率が得られるときのクラスc2 learnを選択して出力する。 The decision layer detects the maximum probability among the M probabilities received from the M neurons in the summation layer, and selects and outputs the class c 2 learn when the maximum probability is obtained.
予測行列PAR rに格納されるデータ(時系列データTSD_2(t))は、E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eの各々の学習段階で取得された時系列データTSD_2_learn(t)である。 The data (time series data TSD_2(t)) stored in the prediction matrix P AR r is the time series data TSD_2_learn(t) acquired in the learning stage of each of the E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR _E.
学習段階において、IRSコントローラ22の制御手段223は、定期的(例えば、1~10分に1回)に、トレーニング信号をIRS2に送信するように送信機1に指示する。 During the learning phase, the control means 223 of the IRS controller 22 instructs the transmitter 1 to periodically (e.g., once every 1 to 10 minutes) transmit a training signal to the IRS 2.
送信機1は、制御手段223からの指示に応じて、トレーニング信号をIRS2へ送信する。この場合、送信機1は、MT個のアンテナを用いてトレーニング信号をIRS2へ送信する。 The transmitter 1 transmits the training signal to the IRS 2 in response to an instruction from the control means 223. In this case, the transmitter 1 transmits the training signal to the IRS 2 using M T antennas.
そして、IRS2において、制御手段223は、反射ビームフォーミングベクトルφを用いてN個の反射素子21による電波の反射角度および位相を制御し、N個の反射素子21は、制御手段223からの制御に従って電波の反射角度および位相を変えてトレーニング信号を受信機3の方向へ反射する。この場合、制御手段223は、コードブックからV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVを選択し、その選択したV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVの1つの反射ビームフォーミングベクトルφm(mは、1~Vのいずれか)にN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルを切り替えることをV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVの全てについて実行する。そして、V個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVの各々は、N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21がONされ、1個以上の反射素子21以外の反射素子21がOFFされるようにN個の反射素子21を制御するための反射ビームフォーミングベクトルである。また、V個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVから1つの反射ビームフォーミングベクトルφmを選択することは、予め決定された所定の順序に従って実行される。 In the IRS 2, the control means 223 uses the reflected beamforming vector φ to control the reflection angle and phase of the radio waves by the N reflecting elements 21, and the N reflecting elements 21 change the reflection angle and phase of the radio waves in accordance with the control from the control means 223 to reflect the training signal in the direction of the receiver 3. In this case, the control means 223 selects V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V from the codebook, and performs this switching of the reflected beamforming vectors of the N reflecting elements 21 to one reflected beamforming vector φ m (m is any of 1 to V) of the selected V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V for all of the V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V. Each of the V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V is a reflected beamforming vector for controlling the N reflecting elements 21 so that one or more of the N reflecting elements 21 are turned ON and the reflecting elements 21 other than the one or more reflecting elements 21 are turned OFF. Furthermore, the selection of one reflected beamforming vector φ m from the V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V is performed in accordance with a predetermined order.
その後、推定手段43は、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルが1つの反射ビームフォーミングベクトルφmに切り替えられたときに、式(10)に示す∧Aの各対角成分(MR個)を各アンテナの雑音電力(または雑音電力の推定値)で除算した除算結果を式(7)のγmRに代入してlog2(1+γmR)を算出することをγ1,γ2,・・・,γMRの全てについて実行してMR個のアンテナにおけるMR個の送信レートを算出する。 Thereafter, when the reflected beamforming vectors of the N reflecting elements 21 are switched to one reflected beamforming vector φm , the estimation means 43 divides each diagonal element (M R ) of ΨA shown in equation (10) by the noise power (or estimated value of noise power) of each antenna, and substitutes the result of the division into γmR in equation (7) to calculate log2 (1+ γmR ), thereby calculating M R transmission rates for all γ1 , γ2 , ..., γMR .
そして、推定手段43は、MR個の送信レートの総和を達成可能レートRとして算出する。 The estimation means 43 then calculates the sum of the M R transmission rates as the achievable rate R.
推定手段43は、達成可能レートRの算出をV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φVの全てについて実行してE個の達成可能レートAR1~AREを算出する。 The estimation means 43 calculates the achievable rate R for all V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V to calculate E achievable rates AR 1 to ARE .
そして、推定手段43は、達成可能レートAR1~AREを達成可能レートARの値に応じてnR個のクラスc2 learn_1~c2 learn_nRに分類し、その分類したnR個のクラスc2 learn_1~c2 learn_nRをそれぞれPNNAR_m(mは、1~Eのいずれか)における予測行列PAR rのnR個の行に格納することをPNNAR_1~PNNAR_Eの全てについて実行する。 Then, the estimation means 43 classifies the achievable rates AR 1 to AR E into n R classes c 2 learn — 1 to c 2 learn_nR according to the value of the achievable rate AR, and stores the classified n R classes c 2 learn — 1 to c 2 learn_nR in n R rows of the prediction matrix P AR r in PNN AR _m (m is any one of 1 to E) for all PNN AR _1 to PNN AR _E.
学習段階において、上記の動作は、定期的に実行されるので、E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eの各々における予測行列PAR rのnR個の行に格納されたnR個のクラスc2 learn_1~c2 learn_nRは、随時、更新される。 During the learning phase, the above operations are performed periodically, so that the nR classes c2learn_1 to c2learn_nR stored in the nR rows of the prediction matrix PARr in each of the E probabilistic neural networks PNNAR_1 to PNNAR_E are updated as needed .
図10は、達成可能レートARを予測する予測行列PAR rを示す概念図である。図10を参照して、時系列データTSD_2(t)は、収集手段41によって収集された時系列データである。 10 is a conceptual diagram showing a prediction matrix P AR r for predicting the achievable rate AR. Referring to FIG. 10, the time series data TSD_ 2 (t) is time series data collected by the collecting means 41.
予測行列PAR rは、nR行nC列の行列からなる。スライディングウィンドSDW2は、ウィンドスパンnC.ts(s)を有する。 The prediction matrix P AR r consists of a matrix with nR rows and nC columns. The sliding window SDW2 has a window span n C . ts(s).
スライディングウィンドSDW2のベクトルであるスライディングウィンドベクトルsnは、予測行列PAR rに1つの行を形成する。スライディングウィンドSDW2がウィンドスパンnC.ts(s)で右に移動すると(図10の矢印参照)、1つの新しい達成可能レートARからなる1つのサンプル(時系列データTSD_2(t)の1つのサンプル)が予測行列PAR rの1つの行にドロップされる。スライディングウィンドSDW2を右に移動させながら、スライディングウィンドベクトルsnを用いて時系列データTSD_2(t)の1つのサンプルを予測行列PAR rの1つの行にドロップし、時系列データTSD_2(t)のnR個のサンプルを予測行列PAR rのnR個の行にドロップする。 The sliding window vector s n , which is the vector of the sliding window SDW2, forms one row in the prediction matrix P AR r . As the sliding window SDW2 moves to the right with a window span n C .ts(s) (see the arrow in Figure 10), one sample (one sample of the time series data TSD_2(t)) consisting of one new achievable rate AR is dropped into one row of the prediction matrix P AR r . As the sliding window SDW2 moves to the right, the sliding window vector s n is used to drop one sample of the time series data TSD_2(t) into one row of the prediction matrix P AR r , and nR samples of the time series data TSD_2(t) into the nR rows of the prediction matrix P AR r .
nR×1のターゲット行列の各行Tには、達成可能レートARのクラスc2 learnを示す正の整数が含まれている(1≦T≦K)。 Each row T of the n R ×1 target matrix contains a positive integer indicating a class c 2 learn of the achievable rate AR (1≦T≦K).
予測行列PAR rは、スライディングウィンドSDW2を用いて1つの行にドロップされたサンプル(スライディングウィンドベクトルsn~sn-nC+1等によってドロップされたサンプル)のクラスcCOL_2が1つの行に格納された時系列データ(学習段階で取得した時系列データTSD_2_learn(t))のクラスc2 learnに一致する確率を出力することをnR個の行について実行する。なお、クラスcCOL_2は、「第2のクラス」を構成し、クラスc2 learnは、「第2の学習段階クラス」を構成する。 The prediction matrix P AR r performs this process for nR rows, outputting the probability that class c COL_2 of samples dropped into one row using the sliding window SDW2 (samples dropped by sliding window vectors s n to s n- nC +1, etc.) matches class c 2 learn of the time series data stored in one row (time series data TSD_2_learn(t) acquired in the learning stage). Note that class c COL_2 constitutes the "second class," and class c 2 learn constitutes the "second learning stage class."
そして、ターゲット行列は、予測行列PAR rのnR個の行から受けたnR個の確率のうちの最大の確率を受けた行Tに含まれる正の整数(達成可能レートARを示す正の整数)を出力する。 Then, the target matrix outputs a positive integer (a positive integer indicating the achievable rate AR) contained in the row T that has received the maximum probability among the nR probabilities received from the nR rows of the prediction matrix P AR r .
このように、E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eの各々は、予測行列PAR rを用いてパターン履歴(時系列データTSD_2(t))に最も近い最大の達成可能レートARを検出する。 In this way, each of the E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E uses the prediction matrix P AR r to find the maximum achievable rate AR that is closest to the pattern history (time series data TSD — 2(t)).
その結果、E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eの各々は、1つの時系列データTSD_2(t)が入力されると、その入力された1つの時系列データTSD_2(t)のクラスcCOL_2が予測行列PAR r(合計層に保持された予測行列)に格納されたデータ(時系列データTSD_2_learn(t))のクラスc2 learnと一致する確率として最大の確率が得られるときのクラスc2 maxを示す整数(即ち、達成可能レートAR1(t)~ARE(t)のいずれか)を出力する。 As a result, when a piece of time series data TSD_2(t) is input, each of the E probabilistic neural networks PNN AR _1 to PNN AR _E outputs an integer (i.e., any of the achievable rates AR 1 (t) to AR E (t)) indicating the class c 2 max when the maximum probability is obtained that the class c COL_2 of the input piece of time series data TSD_2(t) matches the class c 2 learn of the data (time series data TSD_2_learn (t)) stored in the prediction matrix P AR r (the prediction matrix held in the summation layer ).
よって、送信機1がMT個のアンテナを用いて信号を送信したときの達成可能レートARをN個の反射素子21のうちの同時に利用されている1個以上の反射素子について予測できる。 Therefore, the achievable rate AR when the transmitter 1 transmits a signal using the M T antennas can be predicted for one or more of the N reflecting elements 21 that are used simultaneously.
推定手段43は、E個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_EからE個の達成可能レートAR1(t)_PRD~ARE(t)_PRDを受ける。そして、推定手段43は、E個の達成可能レートAR1(t)_PRD~ARE(t)_PRDに基づいて、今後、使用可能と予測された反射素子21(予測された使用可否の予測結果が“0”である1個以上の反射素子21)の達成可能レートAR1(t)_PRD~ARe’(t)_PRDを検出し、その検出した達成可能レートAR1(t)_PRD~ARe’(t)_PRDの最大の達成可能レートARmaxと、最大の達成可能レートARmaxが得られるときのN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxとを検出する。ここで、e’は、1≦e’≦Eである。 The estimation means 43 receives E achievable rates AR 1 (t) _PRD to ARE (t) _PRD from E probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E. Then, based on the E achievable rates AR 1 (t) — PRD to AR e′ (t) — PRD , the estimation means 43 detects the achievable rates AR 1 (t) — PRD to AR e′ (t) — PRD of the reflecting elements 21 predicted to be available for use in the future (one or more reflecting elements 21 for which the predicted availability result is “0”), and detects the maximum achievable rate AR max of the detected achievable rates AR 1 (t) — PRD to AR e′ (t) — PRD and the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21 when the maximum achievable rate AR max is obtained, where e′ is in the range of 1≦e′≦E.
その結果、最大の達成可能レートARmaxを用いた通信スケジュールを作成することができる。 As a result, a communication schedule can be created using the maximum achievable rate AR max .
なお、最大の達成可能レートARmaxは、N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21が同時にONされる1つの反射ビームフォーミングベクトルφmをV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~反射ビームフォーミングベクトルφVの全てについて切り替えて推定されたE個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートである。従って、E個の達成可能レートAR1~AREの各々は、N個の反射素子21のうちの使用されている反射素子についての達成可能レートである。 The maximum achievable rate AR max is the maximum achievable rate among the E achievable rates AR 1 to ARE E estimated by switching one reflected beamforming vector φ m , in which one or more of the N reflecting elements 21 are simultaneously turned ON, for all of the V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V. Therefore, each of the E achievable rates AR 1 to ARE E is the achievable rate for a reflecting element that is being used among the N reflecting elements 21.
[反射ビームフォーミングベクトルの推定]
コードブックは、反射素子の反射ビームフォーミングベクトルφが離散フーリエ変換を用いてデザインされたものである。そして、コードブックは、例えば、32,64,・・・,1024のサイズを有する。サイズは、パラメータである。
[Estimation of Reflection Beamforming Vector]
The codebook is designed by using the discrete Fourier transform of the reflection beamforming vector φ of the reflection element, and has a size of, for example, 32, 64, ..., 1024. The size is a parameter.
新たにONにした反射素子以外の反射素子については、“0”とする。 Reflective elements other than the newly turned ON will be set to "0".
離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform)を用いてデザインされたコードブックDFT-MHは、方位角次元のコーブックである。“MH”の“M”は、水平方向を表わす。 The codebook DFT- MH , designed using the Discrete Fourier Transform (DFT), is an azimuthal dimension codebook, where "M" in " MH " represents the horizontal direction.
mH番目の列要素は、次式によって表わされる。 The m H- th column element is expressed by the following equation:
式(12)において、mH=1,2,・・・,MHであり、jは、虚数単位を表わす。 In equation (12), m H =1, 2, . . . , M H , and j represents the imaginary unit.
MH=4である場合について、コードブックDFT-MHを表1に示す。 For the case where M H =4, the codebook DFT-M H is shown in Table 1.
N個の反射素子21のうちの同時に利用される1個以上の反射素子21は、最大の達成可能レートRmaxが得られるときの1個以上の反射素子であるので、推定手段43は、最大の達成可能レートRmaxが得られるときの反射ビームフォーミングベクトル(同時に利用される1個以上の反射素子21についての反射ビームフォーミングベクトル)をコードブックから選択することによって反射ビームフォーミングベクトルを推定する。 Since one or more of the N reflecting elements 21 that are used simultaneously are one or more reflecting elements that achieve the maximum achievable rate R max , the estimation means 43 estimates the reflected beamforming vector by selecting from the codebook the reflected beamforming vector that achieves the maximum achievable rate R max (the reflected beamforming vector for the one or more reflecting elements 21 that are used simultaneously).
上述したように、推定装置4の推定手段43は、学習器44からN個の反射素子21についての使用可否予測結果U1(t)~UN(t)を受け、学習器44からE個の達成可能レートAR1(t)~ARE(t)を受ける。 As described above, the estimation means 43 of the estimation device 4 receives the usability prediction results U 1 (t) to U N (t) for the N reflecting elements 21 from the learning device 44, and also receives the E achievable rates AR 1 (t) to ARE (t) from the learning device 44.
そして、推定手段43は、使用可否予測結果U1(t)~UN(t)に基づいて、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子を検出する。例えば、推定手段43は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子として2個の反射素子21_1,21_2を検出する。 Then, based on the usability prediction results U 1 (t) to U N (t), the estimation means 43 detects usable reflecting elements among the N reflecting elements 21. For example, the estimation means 43 detects two reflecting elements 21_1 and 21_2 as usable reflecting elements among the N reflecting elements 21.
そして、推定手段43は、2個の反射素子21_1,21_2を検出すると、2個の反射素子21_1,21_2を使用するときの組合せとして、「反射素子21_1のみ」、「反射素子21_2のみ」および「反射素子21_1および反射素子21_2」の3個の組合せを取得する。 Then, when the estimation means 43 detects two reflecting elements 21_1 and 21_2, it obtains three combinations of the two reflecting elements 21_1 and 21_2 when they are used: "reflecting element 21_1 only," "reflecting element 21_2 only," and "reflecting element 21_1 and reflecting element 21_2."
そうすると、推定手段43は、「反射素子21_1のみ」を使用するときの達成可能レートAR21_1と、反射素子21_2のみ」を使用するときの達成可能レートAR21_2と、「反射素子21_1および反射素子21_2」を使用するときの達成可能レートAR21_1,21_2とをE個の達成可能レートAR1(t)~ARE(t)から検出する。 Then, the estimation means 43 detects the achievable rate AR 21_1 when using "only reflective element 21_1", the achievable rate AR 21_2 when using "only reflective element 21_2", and the achievable rates AR 21_1, AR 21_2 when using "reflective element 21_1 and reflective element 21_2" from the E achievable rates AR 1 (t) to AR E (t).
E個の達成可能レートAR1(t)~ARE(t)は、N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21を利用するときの全ての組合せについての達成可能レートであるので、推定手段43は、達成可能レートAR21_1、達成可能レートAR21_2および達成可能レートAR21_1,21_2をE個の達成可能レートAR1(t)~ARE(t)から検出することができる。 Since the E achievable rates AR 1 (t) to AR E (t) are the achievable rates for all combinations when using one or more of the N reflective elements 21, the estimation means 43 can detect the achievable rate AR 21_1 , the achievable rate AR 21_2 and the achievable rate AR 21_1, 21_2 from the E achievable rates AR 1 (t) to AR E (t).
推定手段43は、達成可能レートAR21_1、達成可能レートAR21_2および達成可能レートAR21_1,21_2を検出すると、達成可能レートAR21_1、達成可能レートAR21_2および達成可能レートAR21_1,21_2のうちの最大の達成可能レートARmaxを選択し、最大の達成可能レートARmaxが得られるときの反射ビームフォーミングベクトルφmaxをコードブックから選択する。 When the estimation means 43 detects the achievable rate AR 21_1 , the achievable rate AR 21_2 and the achievable rate AR 21_1, 21_2 , it selects the maximum achievable rate AR max among the achievable rate AR 21_1 , the achievable rate AR 21_2 and the achievable rate AR 21_1, 21_2, and selects from the codebook the reflected beamforming vector φ max at which the maximum achievable rate AR max is obtained.
ここで、推定手段43は、最大の達成可能レートARmaxとして達成可能レートAR21_1,21_2を検出するものとする。 Here, it is assumed that the estimation means 43 detects the achievable rates AR 21_1, 21_2 as the maximum achievable rate AR max .
そして、推定手段43は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子21_1,21_2、最大の達成可能レートARmax(=AR21_1,21_2)、および反射ビームフォーミングベクトルφmaxに基づいて通信スケジュールを作成する。 The estimation means 43 then creates a communication schedule based on the usable reflecting elements 21_1, 21_2 out of the N reflecting elements 21, the maximum achievable rate AR max (=AR 21_1, 21_2 ), and the reflected beamforming vector φ max .
従って、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成できる。 This allows you to create a schedule for using reflective elements by determining in advance whether enough reflective elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate.
図11は、図2に示す推定装置4の動作を説明するためのフローチャートである。図10を参照して、推定装置4の動作が開始されると、推定装置4の推定手段43は、受信機3から受信した受信信号y(t)に基づいて、式(1)~(6)を用いて送信機1から受信機3への伝搬路の周波数応答行列HC,HDを推定する(ステップS1)。 Fig. 11 is a flowchart for explaining the operation of the estimation device 4 shown in Fig. 2. Referring to Fig. 10, when the operation of the estimation device 4 is started, the estimation means 43 of the estimation device 4 estimates the frequency response matrices H C and H D of the propagation path from the transmitter 1 to the receiver 3 using equations (1) to (6) based on the received signal y(t) received from the receiver 3 (step S1).
そして、推定装置4の収集手段41は、制御手段223が検出したN個の反射素子のON/OFFの期間を制御手段223から受け、その受けたN個の反射素子のON/OFFの期間に基づいてN個の反射素子のON/OFF期間の時系列を示す時系列データTSD_1(t)を収集する(ステップS2)。そして、収集手段41は、時系列データTSD_1(t)を記憶手段42に記憶する。 Then, the collection means 41 of the estimation device 4 receives from the control means 223 the ON/OFF periods of the N reflecting elements detected by the control means 223, and collects time series data TSD_1(t) indicating the time series of the ON/OFF periods of the N reflecting elements based on the received ON/OFF periods of the N reflecting elements (step S2). The collection means 41 then stores the time series data TSD_1(t) in the storage means 42.
この場合、制御手段223は、1つの反射素子をONにした期間と1つの反射素子をOFFにした期間とを検出し、その検出したONの期間とOFFの期間とを時系列に配列して1つの反射素子の時系列データを生成することをN個の反射素子の全てについて実行して時系列データTSD_1(t)を生成する。そして、制御手段223は、時系列データTSD_1(t)を収集手段41へ出力し、収集手段41は、時系列データTSD_1(t)を制御手段223から受けることによって時系列データTSD_1(t)を収集する。また、収集手段41は、時系列データTSD_1(t)を記憶手段42に記憶する。更に、時系列データTSD_1(t)は、それぞれ反射素子21_1~21_Nについての時系列データD_I/B_1(t)~D_I/B_N(t)からなる。 In this case, the control means 223 detects the periods during which one reflective element is ON and the periods during which one reflective element is OFF, and then arranges the detected ON and OFF periods in a time series to generate time series data for one reflective element, performing this process for all N reflective elements to generate time series data TSD_1(t). The control means 223 then outputs the time series data TSD_1(t) to the collection means 41, and the collection means 41 collects the time series data TSD_1(t) by receiving the time series data TSD_1(t) from the control means 223. The collection means 41 also stores the time series data TSD_1(t) in the storage means 42. Furthermore, the time series data TSD_1(t) consists of time series data D_I/B_1(t) to D_I/B_N(t) for the reflective elements 21_1 to 21_N, respectively.
ステップS2の後、収集手段41は、周波数応答行列H(t)を用いて式(7)から式(10)によって達成可能レートRを算出し、時系列データTSD_2(t)を収集する(ステップS3)。そして、収集手段41は、時系列データTSD_2(t)を記憶手段42に記憶する。 After step S2, the collection means 41 calculates the achievable rate R using equations (7) to (10) using the frequency response matrix H(t) and collects time series data TSD_2(t) (step S3). The collection means 41 then stores the time series data TSD_2(t) in the storage means 42.
引き続いて、推定手段43は、記憶手段42から時系列データTSD_1(t)を読み出し、その読み出した時系列データTSD_1(t)に基づいて学習器44(PNNSLT_1~PNNSLT_N)によってN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子を推定する(ステップS4)。 Subsequently, the estimation means 43 reads the time series data TSD_1(t) from the storage means 42, and estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 using the learning device 44 (PNN SLT _1 to PNN SLT _N) based on the read time series data TSD_1(t) (step S4).
そして、推定手段43は、学習器45(PNNAR_1~PNNAR_E)を用いて、時系列データTSD_2(t)に基づいてN個の反射素子のうちの1個以上の反射素子が同時に使用されたときのE個の達成可能レートR1~REを推定する(ステップS5)。 Then, the estimation means 43 uses the learners 45 (PNN AR — 1 to PNN AR — E) to estimate E achievable rates R 1 to R E when one or more of the N reflecting elements are used simultaneously based on the time series data TSD_2(t) (step S5).
その後、推定手段43は、達成可能レートR1~REのうちの最大の達成可能レートRmaxが得られるときのN個の反射素子の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する(ステップS6)。 Thereafter, the estimation means 43 obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements when the maximum achievable rate R max among the achievable rates R 1 to R E is obtained (step S6).
そうすると、推定手段43は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、E個の達成可能レートR1~REのうちの最大の達成可能レートRmaxおよび反射ビームフォーミングベクトルφmaxを用いてIRS2を用いた通信スケジュールを作成する(ステップS7)。これによって、推定装置4の動作が終了する。 Then, the estimation means 43 creates a communication schedule using the IRS 2 using the available reflecting elements among the N reflecting elements 21, the maximum achievable rate R max among the E achievable rates R 1 to R E , and the reflected beamforming vector φ max (step S7). This completes the operation of the estimation device 4.
図11に示すフローチャートにおいては、最大の達成可能レートRmaxが得られるときのN個の反射素子の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する(ステップS6参照)。これは、ダウンリンクにおける送信レートを最大化するためである。 In the flowchart shown in Fig. 11, a reflective beamforming vector φ max of N reflective elements that achieves the maximum achievable rate R max is obtained (see step S6), in order to maximize the transmission rate in the downlink.
従って、推定手段43は、反射ビームフォーミングベクトルφmaxを用いて通信スケジュールを作成する(ステップS7参照)。 Therefore, the estimation means 43 creates a communication schedule using the reflected beamforming vector φ max (see step S7).
図12は、図11に示すステップS4の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 Figure 12 is a flowchart illustrating the detailed operation of step S4 shown in Figure 11.
図12を参照して、図11のステップS3の後、学習器44の確率的ニューラルネットワークPNNSLT_e(eは、1~Eのいずれか)は、時系列データD_I/B_e(t)を推定手段43から受ける(ステップS41)。 12, after step S3 in FIG. 11, the probabilistic neural network PNN SLT — e (e is any one of 1 to E) of the learning device 44 receives the time series data D_I/B_e(t) from the estimation means 43 (step S41).
そして、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_eは、スライディングウィンドベクトルsnを用いて時系列データD_I/B_e(t)から抽出したnC個のデータからなる1つのサンプルを予測行列PSLT rの1つの行にドロップすることを、スライディングウィンドを移動させながら繰り返し実行して予測行列PSLT rのnR個の行の各々にnC個のサンプルをドロップする(ステップS42)。 Then, the probabilistic neural network PNN SLT_e drops one sample consisting of nC pieces of data extracted from the time series data D_I/B_e(t) using the sliding window vector s n onto one row of the prediction matrix P SLT r while moving the sliding window, thereby dropping nC samples onto each of the nR rows of the prediction matrix P SLT r (step S42).
その後、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_eの予測行列PSLT rは、予測行列PSLT rの1つの行のサンプルのクラスcCOL_1が予測行列PSLT rの1つの行に格納された学習サンプルのクラスc1 learnに一致する確率を出力することをnR個の行の全てについて実行する(ステップS43)。 Then, the prediction matrix P SLT r of the probabilistic neural network PNN SLT _e outputs the probability that the class c COL — 1 of the sample in one row of the prediction matrix P SLT r matches the class c 1 learn of the learning sample stored in one row of the prediction matrix P SLT r, for all n R rows (step S43).
そうすると、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_nのターゲット行列Tは、予測行列PSLT rからのnR個の確率のうちの最大の確率を受けたターゲット行列Tの行に含まれる正の整数(使用可否の予測結果を示す正の整数)を推定手段43へ出力する(ステップS44)。そして、ステップS44の後、推定装置4の動作は、図11のステップS5へ移行する。 Then, the target matrix T of the probabilistic neural network PNN SLT _n outputs the positive integer (positive integer indicating the prediction result of usability) contained in the row of the target matrix T that has received the maximum probability out of the nR probabilities from the prediction matrix P SLT r to the estimation means 43 (step S44). After step S44, the operation of the estimation device 4 proceeds to step S5 in FIG. 11.
なお、図12のステップS44においては、nR個の確率のうちの最大の確率が複数個有る場合、ターゲット行列Tは、複数の最大の確率のうちの任意の1つの最大の確率を受けたターゲット行列Tの行に含まれる正の整数(使用可否の予測結果を示す正の整数)を推定手段43へ出力する。 In step S44 of FIG. 12, if there are multiple maximum probabilities among the nR probabilities, the target matrix T outputs to the estimation means 43 a positive integer (a positive integer indicating the prediction result of usability) contained in the row of the target matrix T that has received any one of the multiple maximum probabilities.
また、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nは、図12に示すフローチャートを並列に実行し、それぞれ、使用可否の予測結果からなるU1(t)~UN(t)を推定手段43へ出力する。これによって、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子が確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nによって推定される。 12 in parallel and output U 1 (t) to U N (t) consisting of prediction results of usability to the estimation means 43. As a result, usable reflecting elements out of the N reflecting elements 21 are estimated by the probabilistic neural networks PNN SLT _1 to PNN SLT _N.
図13は、図11に示すステップS5の詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 Figure 13 is a flowchart illustrating the detailed operation of step S5 shown in Figure 11.
図13を参照して、図11のステップS4の後、学習器45の確率的ニューラルネットワークPNNAR_e(eは、1~Eのいずれか)は、時系列データTSD_2_e(t)を推定手段43から受ける(ステップS51)。 13, after step S4 in FIG. 11, the probabilistic neural network PNN AR — e (e is any one of 1 to E) of the learning device 45 receives the time series data TSD — 2 — e(t) from the estimation means 43 (step S51).
そして、確率的ニューラルネットワークPNNAR_eは、スライディングウィンドベクトルsnを用いて時系列データTSD_2_e(t)から抽出したnC個のデータからなる1つのサンプルを予測行列PAR rの1つの行にドロップすることを、スライディングウィンドを移動させながら繰り返し実行して予測行列PAR rのnR個の行の各々にnC個のサンプルをドロップする(ステップS52)。 Then, the probabilistic neural network PNN AR_e drops one sample consisting of nC pieces of data extracted from the time series data TSD_2_e(t) using the sliding window vector s n into one row of the prediction matrix P AR r while moving the sliding window, thereby dropping nC samples into each of the nR rows of the prediction matrix P AR r (step S52).
その後、確率的ニューラルネットワークPNNAR_eの予測行列PAR rは、予測行列PAR rの1つの行のサンプルのクラスcCOL_2が予測行列PAR rの1つの行に格納された学習サンプルのクラスc2 learnに一致する確率を出力することをnR個の行の全てについて実行する(ステップS53)。 Then, the prediction matrix P AR r of the probabilistic neural network PNN AR _e outputs the probability that the class c COL — 2 of the sample in one row of the prediction matrix P AR r matches the class c 2 learn of the learning sample stored in one row of the prediction matrix P AR r for all nR rows (step S53).
そうすると、確率的ニューラルネットワークPNNAR_eのターゲット行列Tは、予測行列PAR rからのnR個の確率のうちの最大の確率を受けたターゲット行列Tの行に含まれる正の整数(達成可能レートARを示す正の整数)を推定手段43へ出力する(ステップS54)。そして、ステップS54の後、推定装置4の動作は、図11のステップS6へ移行する。 Then, the target matrix T of the probabilistic neural network PNN AR — e outputs the positive integer (positive integer indicating the achievable rate AR ) contained in the row of the target matrix T that has received the maximum probability out of the nR probabilities from the prediction matrix P AR r to the estimation means 43 (step S54). After step S54, the operation of the estimation device 4 proceeds to step S6 in FIG. 11.
なお、図13のステップS54においては、nR個の確率のうちの最大の確率が複数個有る場合、ターゲット行列Tは、複数の最大の確率のうちの任意の1つの最大の確率を受けたターゲット行列Tの行に含まれる正の整数(達成可能レートARを示す正の整数)を推定手段43へ出力する。 In step S54 of FIG. 13, if there are multiple maximum probabilities among the nR probabilities, the target matrix T outputs to the estimation means 43 a positive integer (a positive integer indicating the achievable rate AR) contained in a row of the target matrix T that has received any one of the multiple maximum probabilities.
また、確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eは、図13に示すフローチャートを並列に実行し、それぞれ、達成可能レートAR1(t)~ARE(t)を推定する。これによって、N個の反射素子21のE個の達成可能レートAR1(t)~ARE(t)が確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eによって推定される。 13 in parallel to estimate the achievable rates AR 1 (t) to ARE (t), respectively. As a result, the E achievable rates AR 1 (t) to ARE (t) of the N reflective elements 21 are estimated by the probabilistic neural networks PNN AR _1 to PNN AR _E .
図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)によれば、推定手段43は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子と、E個の達成可能レートAR1~AREとを推定し、E個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートARmaxが得られるときのN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。 According to the flowchart shown in Figure 11 (including the flowcharts shown in Figures 12 and 13), the estimation means 43 estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 and E achievable rates AR 1 to ARE E , and obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21 when the maximum achievable rate AR max among the E achievable rates AR 1 to ARE E is obtained.
そして、推定手段43は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、E個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートARmax、およびN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを用いてIRS2を用いた通信スケジュールを作成する。 Then, the estimation means 43 creates a communication schedule using the IRS2 using the available reflecting elements among the N reflecting elements 21, the maximum achievable rate AR max among the E achievable rates AR 1 to ARE, and the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21.
そうすると、推定手段43は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、E個の達成可能レートR1~REのうちの最大の達成可能レートARmax、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxおよび通信スケジュールを制御手段223へ出力する。 The estimation means 43 then outputs to the control means 223 the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21, the maximum achievable rate AR max among the E achievable rates R 1 to R E , the reflected beamforming vectors φ max of the N reflecting elements 21, and the communication schedule.
制御手段223は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、E個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートARmax、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxおよび通信スケジュールを推定手段43から受けると、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、E個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートARmaxおよび通信スケジュールを送信機1へ送信し、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを保持する。 When the control means 223 receives the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21, the maximum achievable rate AR max among the E achievable rates AR 1 to ARE, the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21, and the communication schedule from the estimation means 43, it transmits the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21, the maximum achievable rate AR max among the E achievable rates AR 1 to ARE, and the communication schedule to the transmitter 1 and retains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21.
送信機1は、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、E個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートARmaxおよび通信スケジュールをIRS2の制御手段223から受信する。 The transmitter 1 receives from the control means 223 of the IRS 2 the available reflecting elements out of the N reflecting elements 21, the maximum achievable rate AR max out of the E achievable rates AR 1 to ARE, and the communication schedule.
そして、送信機1は、N個の反射素子21のN個のうちの使用可能な反射素子、およびE個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートARmaxを参照して、今後の通信に使用するリソース(N個の反射素子21のN個のうちの使用可能な反射素子および最大の達成可能レートARmax)が有るか否かを判定する。 Then, the transmitter 1 refers to the N reflecting elements 21 that are available and the maximum achievable rate AR max among the E achievable rates AR 1 to ARE, and determines whether or not there are resources (the N reflecting elements 21 that are available and the maximum achievable rate AR max ) to be used for future communications.
送信機1は、今後の送信に使用するリソースが有ると判定すると、通信通知をIRS2の制御手段223へ送信するとともに、通信を開始する。 When the transmitter 1 determines that there are resources available for future transmission, it sends a communication notification to the control means 223 of the IRS 2 and begins communication.
IRS2の制御手段223は、送信機1から通信通知を受信した後、保持している反射ビームフォーミングベクトルφmaxに基づいて、反射ビームフォーミングベクトルφmaxを用いたときの反射パターンにN個の反射素子21のパターンを制御する。 After receiving a communication notification from the transmitter 1, the control means 223 of the IRS 2 controls the pattern of the N reflecting elements 21 to a reflection pattern when the reflected beam forming vector φ max is used, based on the reflected beam forming vector φ max that it holds.
従って、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子およびE個の達成可能レートAR1~AREのうちの最大の達成可能レートARmaxを推定することによって、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子および最大の達成可能レートARmaxに基づいてN個の反射素子21を用いた通信のリソースを確保できるので、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成できる。 Therefore, by estimating the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 and the maximum achievable rate AR max among the E achievable rates AR 1 to ARE, resources for communication using the N reflecting elements 21 can be secured based on the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 and the maximum achievable rate AR max , and therefore it is possible to create a schedule for using the reflecting elements by determining in advance whether enough reflecting elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate.
また、推定手段43が時系列データB/I1(t)~B/IN(t)をそれぞれ確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nに入力し、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nが図12に示すフローチャートを並列に実行し、それぞれ使用可否予測結果U1(t)~UN(t)を推定手段43へ出力することは、推定手段43が、第1のアイドル状態/ビジー状態データを1つの第1の機械学習器(PNNSLT_1~PNNSLT_Nのいずれか)に入力し、第1のアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1のアイドル状態/ビジー状態データのアイドル状態に応じて分類されたクラスである第1の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する使用可否予測結果を1つの第1の機械学習器から受ける第1の処理を実行するとともに、第1の処理における第1のアイドル状態/ビジー状態データに代えて第2のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データおよび(N-1)個の第1の機械学習器の全てについて第1の処理と同じ処理を実行することによってN個の反射素子について使用可否予測結果を推定することに相当する。 Furthermore, the estimation means 43 inputs the time series data B/I 1 (t) to B/I N (t) to the probabilistic neural networks PNN SLT _1 to PNN SLT _N, respectively, and the probabilistic neural networks PNN SLT _1 to PNN SLT _N execute the flowchart shown in FIG. 12 in parallel to output the availability prediction results U 1 (t) to U N (t) to the estimation means 43, which means that the estimation means 43 inputs the first idle state/busy state data to one first machine learning device (PNN SLT _1 to PNN SLT _N) . _N), and executes a first process of receiving from one first machine learning device a usability prediction result corresponding to the maximum probability among the probabilities that a first class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data matches a first learning stage class, which is a class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data of the learning stage acquired in the learning stage, and executes the same process as the first process for the second idle state/busy state data to the Nth idle state/busy state data instead of the first idle state/busy state data in the first process, and for all of the (N-1) first machine learning devices, thereby estimating the usability prediction results for the N reflective elements.
更に、推定手段43が達成可能レートAR1(t)_COL~ARE(t)_COLをそれぞれ確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eに入力し、確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eが図13に示すフローチャートを並列に実行し、それぞれ達成可能レートAR1(t)_PRD~ARE(t)_PRDを推定手段43へ出力することは、推定手段43が、第1の達成可能レートデータを1つの第2の機械学習器(PNNAR_1~PNNAR_Eのいずれか)に入力し、第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類された第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類されたクラスである第2の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する達成可能レートを1つの第1の機械学習器PNNAR_1~PNNAR_Nのいずれか)から受ける第2の処理を実行するとともに、第2の処理における第1の達成可能レートデータに代えて、第2の達成可能レートデータ~第Nの達成可能レートデータおよび(E-1)個の第2の機械学習器の全てについて第2の処理と同じ処理を実行することによってN個の反射素子のN個の達成可能レートを推定することに相当する。 Furthermore, the estimation means 43 inputs the achievable rates AR 1 (t)_ COL to ARE (t)_ COL to the probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E, respectively, and the probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E execute the flowchart shown in FIG. 13 in parallel to output the achievable rates AR 1 (t)_ PRD to ARE (t) _ PRD to the estimation means 43, respectively. _E), and receiving from one of the first machine learning machines PNN AR — 1 to PNN AR _N an achievable rate corresponding to the maximum probability among the probabilities that a first class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data matches a second learning-stage class that is a class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data of the learning stage acquired in the learning stage, and performing the same process as the second process for the second achievable rate data to the Nth achievable rate data and all of the ( E −1) second machine learning machines, instead of the first achievable rate data in the second process.
この場合、図9に示すAR1(t)_COL~ARE(t)_COLは、それぞれ、N個の反射素子21のV個の反射ビームフォーミングベクトルφ1~φV(各々が1個以上の反射素子21が同時に使用されたときの反射ビームフォーミングベクトルφm)に対応付けられ、かつ、各々が達成可能レートを時系列に配列した「第1の達成可能レートデータ」~「第Eの達成可能レートデータ」を構成する。 In this case, AR 1 (t) — COL to AR E (t) — COL shown in Figure 9 are respectively associated with V reflected beamforming vectors φ 1 to φ V of N reflecting elements 21 (each of which is a reflected beamforming vector φ m when one or more reflecting elements 21 are used simultaneously), and each constitutes "first achievable rate data" to "Eth achievable rate data" in which the achievable rates are arranged in chronological order.
この発明の実施の形態においては、推定装置4の動作は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、推定装置4は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を備える。そして、ROMは、図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)の各ステップからなるプログラムProg_Aを記憶する。 In an embodiment of the present invention, the operation of the estimation device 4 may be realized by software. In this case, the estimation device 4 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The ROM stores a program Prog_A consisting of the steps of the flowchart shown in Figure 11 (including the flowcharts shown in Figures 12 and 13).
CPUは、ROMからプログラムProg_Aを読み出し、その読み出したプログラムProg_Aを実行して、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子とE個の達成可能レートAR1~AREとを推定し、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。RAMは、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφを含むコードブックを一時的に記憶する。 The CPU reads out the program Prog_A from the ROM and executes the read out program Prog_A to estimate usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 and E achievable rates AR 1 to ARE , and obtain a reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21. The RAM temporarily stores a codebook including the reflected beamforming vector φ of the N reflecting elements 21.
また、プログラムProg_Aは、CD,DVD等の記録媒体に記録されて流通してもよい。プログラムProg_Aを記録した記録媒体がコンピュータに装着されると、コンピュータは、記録媒体からプログラムProg_Aを読み出して実行して、N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子とE個の達成可能レートAR1~AREとを推定し、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。 Furthermore, the program Prog_A may be recorded on a recording medium such as a CD, a DVD, etc. and distributed. When the recording medium on which the program Prog_A is recorded is attached to a computer, the computer reads and executes the program Prog_A from the recording medium to estimate usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 and E achievable rates AR 1 to ARE , and obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21.
従って、プログラムProg_Aを記録した記録媒体は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。 Therefore, the recording medium on which the program Prog_A is recorded is a computer-readable recording medium.
図14は、この発明の実施の形態による別の無線通信システムの概略図である。この発明の実施の形態による無線通信システムは、図14に示す無線通信システム10Aであってもよい。 Figure 14 is a schematic diagram of another wireless communication system according to an embodiment of the present invention. The wireless communication system according to an embodiment of the present invention may be wireless communication system 10A shown in Figure 14.
図14を参照して、無線通信システム10Aは、送信機1と、IRS20,30と、受信機3とを備える。 Referring to FIG. 14, the wireless communication system 10A includes a transmitter 1, IRSs 20 and 30, and a receiver 3.
送信機1、IRS20,30および受信機3は、無線通信空間に配置される。そして、送信機1、IRS20,30および受信機3は、配列[送信機1-IRS20,30-受信機3]が直線上に無い位置に配置される。より具体的には、送信機1、IRS20および受信機3は、配列[送信機1-IRS20-受信機3]が直線上に無い位置に配置され、送信機1、IRS30および受信機3は、配列[送信機1-IRS30-受信機3]が直線上に無い位置に配置される。 Transmitter 1, IRS 20, 30, and receiver 3 are arranged in a wireless communication space. Transmitter 1, IRS 20, 30, and receiver 3 are arranged in a position where the arrangement [Transmitter 1 - IRS 20, 30 - Receiver 3] is not on a straight line. More specifically, transmitter 1, IRS 20, and receiver 3 are arranged in a position where the arrangement [Transmitter 1 - IRS 20 - Receiver 3] is not on a straight line, and transmitter 1, IRS 30, and receiver 3 are arranged in a position where the arrangement [Transmitter 1 - IRS 30 - Receiver 3] is not on a straight line.
そして、送信機1とIRS20とを結ぶ直線をL3とし、IRS20と受信機3とを結ぶ直線をL4としたとき、直線L3と直線L4との成す角α1が0よりも大きくなるように、送信機1、IRS20および受信機3が配置される。また、送信機1とIRS30とを結ぶ直線をL5とし、IRS30と受信機3とを結ぶ直線をL6としたとき、直線L5と直線L6との成す角α2が0よりも大きくなるように、送信機1、IRS30および受信機3が配置される。 Then, when the line connecting the transmitter 1 and the IRS 20 is L3 and the line connecting the IRS 20 and the receiver 3 is L4, the transmitter 1, the IRS 20, and the receiver 3 are arranged so that the angle α1 formed by the lines L3 and L4 is greater than 0. Furthermore, when the line connecting the transmitter 1 and the IRS 30 is L5 and the line connecting the IRS 30 and the receiver 3 is L6, the transmitter 1, the IRS 30, and the receiver 3 are arranged so that the angle α2 formed by the lines L5 and L6 is greater than 0.
つまり、送信機1、IRS20および受信機3は、無線通信空間において非直線状に配置され、送信機1、IRS23および受信機3は、無線通信空間において非直線状に配置される。その結果、送信機1、IRS20,30および受信機3は、無線通信空間において非直線状に配置される。 In other words, transmitter 1, IRS 20, and receiver 3 are arranged non-linearly in the wireless communication space, and transmitter 1, IRS 23, and receiver 3 are arranged non-linearly in the wireless communication space. As a result, transmitter 1, IRS 20, 30, and receiver 3 are arranged non-linearly in the wireless communication space.
IRS20,30の各々は、上述したIRS2と同じ構成からなる。そして、IRS20,30の各々の推定装置4は、受信信号y(t)を受信機3から受信してIRS2の推定装置4と同じ方法によって送信機1から受信機3への伝搬路の周波数応答FQR_0を推定する。 Each of IRSs 20 and 30 has the same configuration as IRS 2 described above. The estimation device 4 of each of IRSs 20 and 30 receives the received signal y(t) from the receiver 3 and estimates the frequency response FQR_0 of the propagation path from the transmitter 1 to the receiver 3 using the same method as the estimation device 4 of IRS 2.
また、IRS20の推定装置4は、図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)に従ってIRS20のN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子とE個の達成可能レートAR1~AREとを推定し、IRS20のN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。 In addition, the estimation device 4 of the IRS 20 estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS 20 and E achievable rates AR 1 to ARE according to the flowchart shown in FIG. 11 (including the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13), and obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21 of the IRS 20.
更に、IRS30の推定装置4は、図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)に従ってIRS30のN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子とE個の達成可能レートAR1~AREとを推定し、IRS30のN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。 Furthermore, the estimation device 4 of the IRS 30 estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS 30 and E achievable rates AR 1 to ARE according to the flowchart shown in FIG. 11 (including the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13), and obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21 of the IRS 30.
IRS20のIRSコントローラ22は、IRS30のIRSコントローラ22と光ファイバーによって接続されており、IRS30のIRSコントローラ22と相互に通信可能である。 The IRS controller 22 of IRS20 is connected to the IRS controller 22 of IRS30 via optical fiber, and can communicate with the IRS controller 22 of IRS30.
IRS20のIRSコントローラ22は、IRS20のN個の反射素子21のみでは、送信機1から受信機3への無線通信における通信容量が不足する場合、IRS20のN個の反射素子21とIRS30のN個の反射素子21とを用いて無線通信に利用可能なリソース量RSCを推定する。 If the communication capacity for wireless communication from the transmitter 1 to the receiver 3 is insufficient using only the N reflecting elements 21 of the IRS 20, the IRS controller 22 of the IRS 20 estimates the amount of resources RSC available for wireless communication using the N reflecting elements 21 of the IRS 20 and the N reflecting elements 21 of the IRS 30.
ここで、IRS20の推定手段43が式(1)~式(6)によって推定した伝搬路の周波数応答行列H(t)を周波数応答行列H20(t)とし、IRS30の推定手段43が式(1)~式(6)によって推定した伝搬路の周波数応答行列H(t)を周波数応答行列H30(t)とする。 Here, the frequency response matrix H(t) of the propagation path estimated by the estimation means 43 of IRS20 using equations (1) to (6) is defined as frequency response matrix H 20 (t), and the frequency response matrix H(t) of the propagation path estimated by the estimation means 43 of IRS30 using equations (1) to (6) is defined as frequency response matrix H 30 (t).
IRS20のIRSコントローラ22は、周波数応答行列H30(t)を自己に送信するようにIRS30のIRSコントローラ22へ指示する。 The IRS controller 22 of the IRS 20 instructs the IRS controller 22 of the IRS 30 to transmit the frequency response matrix H 30 (t) to itself.
IRS30のIRSコントローラ22は、IRS20のIRSコントローラ22からの指示に応じて、IRS30における周波数応答行列H30(t)をIRS20のIRSコントローラ22へ送信する。 In response to an instruction from the IRS controller 22 of the IRS 20 , the IRS controller 22 of the IRS 30 transmits the frequency response matrix H 30 (t) in the IRS 30 to the IRS controller 22 of the IRS 20 .
IRS20のIRSコントローラ22は、周波数応答行列H30(t)をIRS30のIRSコントローラ22から受信する。 The IRS controller 22 of the IRS 20 receives the frequency response matrix H 30 (t) from the IRS controller 22 of the IRS 30 .
そうすると、IRS20のIRSコントローラ22において、推定装置4の推定手段43は、通信手段222から周波数応答行列H30(t)を受ける。 Then, in the IRS controller 22 of the IRS 20 , the estimation means 43 of the estimation device 4 receives the frequency response matrix H 30 (t) from the communication means 222 .
IRS20の制御手段223は、反射素子21の反射係数を制御する反射ビームフォーミングベクトルφを含むコードブックCD_Bを保持する。 The control means 223 of the IRS 20 holds a codebook CD_B containing a reflection beamforming vector φ that controls the reflection coefficient of the reflection element 21.
コードブックCD_Bは、反射ビームフォーミングベクトルφを行列状に配列した構成からなる。コードブックCD_Bは、2N個の列要素と、例えば、8~16個の行要素からなる。ここではコードブックCD_Bは、8個の行要素を含むものとする。 The codebook CD_B is configured by arranging the reflected beamforming vector φ in a matrix. The codebook CD_B consists of 2N column elements and, for example, 8 to 16 row elements. Here, the codebook CD_B is assumed to include 8 row elements.
IRS20のIRSコントローラ22がIRS20のN個の反射素子21とIRS30のN個の反射素子21とを用いる場合、IRS20のIRSコントローラ22は、2N個の反射素子21を制御する。そして、コードブックCD_Bは、8×2個の反射ビームフォーミングベクトルφを含む。 When the IRS controller 22 of IRS 20 uses N reflecting elements 21 of IRS 20 and N reflecting elements 21 of IRS 30, the IRS controller 22 of IRS 20 controls 2N reflecting elements 21. The codebook CD_B then includes 8 x 2 reflected beamforming vectors φ.
IRS20の制御手段223は、2N個の反射素子のうちの1個以上の反射素子21が同時に使用されるときのE2個の反射素子のパターンREF_ptn_1~REF_ptn_E2をコードブックCD_Bから選択する。 The control means 223 of the IRS 20 selects patterns REF_ptn_1 to REF_ptn_E2 of E2 reflective elements from the codebook CD_B when one or more reflective elements 21 of the 2N reflective elements are used simultaneously.
そして、IRS20の収集手段41は、時系列データTSD_1(t)_20を収集する場合、2N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21がOFFされた期間である期間OFF_periodと、2N個の反射素子21のうちの1個以上の反射素子21以外の反射素子がONされた期間である期間ON_periodとを時系列に配列した期間ON_period/期間OFF_period_n(t)をIRS20の制御手段223から受ける。 When collecting time series data TSD_1(t)_20, the collection means 41 of the IRS 20 receives from the control means 223 of the IRS 20 a period ON_period/period OFF_period_n(t) in which a period OFF_period is a period during which one or more of the 2N reflective elements 21 are turned OFF, and a period ON_period is a period during which reflective elements other than one or more of the 2N reflective elements 21 are turned ON, arranged in time series.
そして、収集手段41は、期間OFF_periodに基づいて1つのスロットSLTに“I”を対応付け、期間ON_periodに基づいて1つのスロットSLTに“B”を対応付け、以後、同様にして、時系列データTSD_1(t)_20を生成する。 Then, the collection means 41 associates "I" with one slot SLT based on the period OFF_period, and associates "B" with one slot SLT based on the period ON_period, and continues in the same manner to generate time series data TSD_1(t)_20.
この場合、収集手段41は、1つのスロットSLTにおいて、ONされている反射素子(1個以上の反射素子21以外の反射素子)についてビジー状態Bであることを検出し、1つのスロットSLTにおいて、OFFされている反射素子(1個以上の反射素子21)についてアイドル状態Iであることを検出し、以下、同様にして、時系列データTSD_1(t)_20を生成する。 In this case, the collection means 41 detects that the reflective elements that are turned on (reflective elements other than one or more reflective elements 21) in one slot SLT are in a busy state B, and detects that the reflective elements that are turned off (reflective elements 21) in one slot SLT are in an idle state I, and so on, generating time series data TSD_1(t)_20 in the same manner.
そして、収集手段41は、その生成した時系列データTSD_1(t)_20を記憶手段42に記憶する。時系列データTSD_1(t)_20は、時系列データB/I1(t)~B/I2N(t)からなる。 Then, the collecting means 41 stores the generated time series data TSD_1(t)_20 in the storage means 42. The time series data TSD_1(t)_20 is made up of time series data B/I 1 (t) to B/I 2N (t).
IRS20の収集手段41は、式(7)~式(10)を用いて達成可能レートRを算出することをE2個の反射素子のパターンREF_ptn_1~REF_ptn_E2の全てについて実行して時系列データTSD_2(t)_20を収集する。 The collection means 41 of the IRS 20 calculates the achievable rate R using equations (7) to (10) for all of the patterns REF_ptn_1 to REF_ptn_E2 of the E2 reflective elements to collect time series data TSD_2(t)_20.
時系列データTSD_2(t)_20は、AR1(t)_COL~ARE^2(t)_COLからなる。なお、“E^2”は、Eの二乗を意味する。 The time series data TSD_2(t)_20 consists of AR 1 (t) _COL to AR E^2 (t) _COL , where "E^2" means E squared.
図15は、IRS20のIRSコントローラ22が2N個の反射素子21を制御するときの学習器44,45の概略図である。 Figure 15 is a schematic diagram of the learners 44 and 45 when the IRS controller 22 of the IRS 20 controls 2N reflecting elements 21.
図15を参照して、IRS20のIRSコントローラ22が2N個の反射素子21を制御する場合、学習器44は、2N個の確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_2Nからなり(図15の(a)参照)、学習器45は、E2個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_E2からなる(図15の(b)参照)。 15, when the IRS controller 22 of the IRS 20 controls 2N reflecting elements 21, the learning device 44 is made up of 2N probabilistic neural networks PNN SLT — 1 to PNN SLT — 2N (see FIG. 15(a)), and the learning device 45 is made up of E2 probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E 2 (see FIG. 15(b)).
確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_2Nの各々は、図6に示す確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1と同じ構成からなる。 Each of the probabilistic neural networks PNN SLT — 1 to PNN SLT — 2N has the same configuration as the probabilistic neural network PNN SLT — 1 shown in FIG.
確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_e*(e*は、1~2Nのいずれか)は、時系列データB/Ie*(t)(時系列データB/I1(t)~B/I2N(t)のいずれか)が入力されると、その入力された時系列データB/Ie*(t)が予測行列PSLT r(合計層に保持された予測行列)に格納されたデータ(時系列データTSD_1_learn(t))のクラスclearnと一致する確率として最大の確率が得られるときのクラスcmax(即ち、使用可否予測結果Ue*(t))を出力する。 When time series data B/I e* (t) (any of time series data B/I 1 (t) to B/I 2N (t)) is input to the probabilistic neural networks PNN SLT _1 to PNN SLT _e * ( e* is any of 1 to 2N), the probabilistic neural networks output the class c max (i.e., the usability prediction result U e*(t)) when the maximum probability is obtained that the input time series data B/I e* ( t) matches the class c learn of the data (time series data TSD_1_learn(t)) stored in the prediction matrix P SLT r (the prediction matrix held in the summation layer).
従って、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_2Nは、それぞれ、時系列データB/I1(t)~B/I2N(t)が入力されると、最大の確率が得られるときのクラスcmax_1~cmax_2N(即ち、使用可否予測結果U1(t)~U2N(t))を出力する(図15の(a)参照)。 Therefore, when time series data B/I 1 (t) to B/I 2N (t) are input to the probabilistic neural networks PNN SLT _ 1 to PNN SLT _ 2N, the probabilistic neural networks output classes c max — 1 to c max — 2N (i.e., usability prediction results U 1 (t) to U 2N (t)) that provide the maximum probability (see (a) of FIG. 15).
また、E2個の確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_E2の各々は、図6に示す確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1と同じ構成からなる。 6. Each of the E 2 probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E 2 has the same configuration as the probabilistic neural network PNN SLT — 1 shown in FIG.
確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_e*(e*は、1~E2のいずれか)は、時系列データARe*(t)_COLが入力されると、予測行列PAR rのnR個の行から受けたnR個の確率のうちの最大の確率を受けた行Tに含まれる正の整数(達成可能レートARを示す正の整数)を出力する。 When time series data AR e* (t) _COL is input, the probabilistic neural networks PNN AR _1 to PNN AR _e * (e * is any of 1 to E2 ) output a positive integer (a positive integer indicating the achievable rate AR ) contained in the row T that has received the maximum probability out of the n R probabilities received from the n R rows of the prediction matrix P AR r.
従って、確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_E2は、それぞれ、時系列データAR1(t)_COL~ARE^2(t)_COLが入力されると、最大の確率を受けた行Tに含まれる正の整数(即ち、達成可能レートAR1(t)_PRD~ARE^2(t)_PRDを示す正の整数)を出力する。 Therefore, when the time series data AR 1 (t) _COL to AR E ^2 (t) _COL are input to the probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR — E 2 , respectively, they output a positive integer contained in the row T that has received the maximum probability (i.e., a positive integer indicating the achievable rate AR 1 (t) _PRD to AR E^2 (t) _PRD ).
IRS20において、推定手段43は、2N個の反射素子のうちの使用可能な反射素子を示す使用可能予測結果を学習器44から受け、E2個の反射素子の達成可能レートAR1(t)_PRD~ARE^2(t)_PRDを学習器45から受ける。 In the IRS 20, the estimation means 43 receives from the learner 44 usable prediction results indicating usable reflective elements among the 2N reflective elements, and receives from the learner 45 achievable rates AR 1 (t) _PRD to AR E^2 (t) _PRD of the E 2 reflective elements.
そして、IRS20において、推定手段43は、E2個の反射素子の達成可能レートAR1(t)_PRD~ARE^2(t)_PRDのうちの最大の達成可能レートARmaxを検出し、その検出した最大の達成可能レートARmaxが得られるときの反射ビームフォーミングベクトルφmaxをコードブックCD_Bから検出する。 Then, in the IRS 20, the estimation means 43 detects the maximum achievable rate AR max among the achievable rates AR 1 (t) — PRD to AR E^2 (t) — PRD of the E two reflecting elements, and detects the reflected beamforming vector φ max from the codebook CD_B when the detected maximum achievable rate AR max is obtained.
そうすると、IRS20において、推定手段43は、2N個のうちの使用可能な反射素子、最大の達成可能レートARmax、および反射ビームフォーミングベクトルφmaxを用いて通信スケジュールを作成する。 Then, in the IRS 20, the estimation means 43 creates a communication schedule using the available reflecting elements out of 2N, the maximum achievable rate AR max and the reflected beamforming vector φ max .
そして、IRS20において、推定手段43は、2N個の反射素子のうちの使用可能な反射素子、最大の達成可能レートARmax、反射ビームフォーミングベクトルφmaxおよび通信スケジュールを制御手段223へ出力する。 Then, in the IRS 20, the estimation means 43 outputs the usable reflecting elements out of the 2N reflecting elements, the maximum achievable rate AR max , the reflected beamforming vector φ max and the communication schedule to the control means 223.
IRS20において、制御手段223は、2N個の反射素子のうちの使用可能な反射素子、最大の達成可能レートARmax、反射ビームフォーミングベクトルφmaxおよび通信スケジュールを推定手段43から受ける。 In the IRS 20 , the control means 223 receives the available reflecting elements out of 2N reflecting elements, the maximum achievable rate AR max , the reflected beamforming vector φ max and the communication schedule from the estimation means 43 .
そして、IRS20において、制御手段223は、反射ビームフォーミングベクトルφmaxを保持するとともに、2N個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子および最大の達成可能レートARmax示すリソース量RSC_20,30と、通信スケジュールとを送信機1へ送信する。 Then, in the IRS 20, the control means 223 holds the reflected beamforming vector φ max and transmits to the transmitter 1 the resource amount RSC_20,30 indicating the usable reflecting elements out of the 2N reflecting elements 21 and the maximum achievable rate AR max , as well as a communication schedule.
送信機1は、リソース量RSC_20,30と、通信スケジュールとをIRS20のIRSコントローラ22から受信する。 The transmitter 1 receives the resource amount RSC_20, 30 and the communication schedule from the IRS controller 22 of the IRS 20.
そして、送信機1は、受信機3への無線通信を開始する場合、通信通知をIRS20のIRSコントローラ22へ送信する。 Then, when the transmitter 1 starts wireless communication with the receiver 3, it sends a communication notification to the IRS controller 22 of the IRS 20.
IRS20のIRSコントローラ22は、送信機1から通信通知を受信し、その後、無線通信が開始されると、IRS20,30における反射ビームフォーミングベクトルφmaxに基づいてIIRS20,30における2N個の反射素子21の反射パターンを制御する。 The IRS controller 22 of the IRS 20 receives a communication notification from the transmitter 1, and then when wireless communication starts, controls the reflection pattern of the 2N reflecting elements 21 in the IRSs 20 and 30 based on the reflection beamforming vector φ max in the IRSs 20 and 30.
また、この発明の実施の形態においては、IRS30のIRSコントローラ22は、IRS20のIRSコントローラ22と同様にして、IRS20,30における2N個の反射素子を制御してもよい。 Furthermore, in an embodiment of the present invention, the IRS controller 22 of IRS 30 may control 2N reflecting elements in IRSs 20 and 30 in the same manner as the IRS controller 22 of IRS 20.
IRS20の推定装置4の動作は、図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)に従って実行される。この場合、「N個の反射素子」を「2N個の反射素子」と読み替え、「N個のうちの使用可能な反射素子」を「2N個のうちの使用可能な反射素子」に読み替え、「E個の達成可能レートR1~RE」を「E2個の達成可能レートR1~RE^2」に読み替えればよい。 The operation of the estimation device 4 of the IRS 20 is performed according to the flowchart shown in Fig. 11 (including the flowcharts shown in Figs. 12 and 13). In this case, "N reflecting elements" should be read as "2N reflecting elements,""N usable reflecting elements" should be read as "2N usable reflecting elements,""E achievable rates R 1 to R E " should be read as "E 2 achievable rates R 1 to R E^2 ."
図16は、図14に示す無線通信システムの1つの具体例を示す概略図である。図16を参照して、歩道が道路の両側に配置される。 Figure 16 is a schematic diagram showing one specific example of the wireless communication system shown in Figure 14. Referring to Figure 16, sidewalks are located on both sides of the road.
IRS-1a、IRS-2aおよびIRS-3aは、道路の一方側の歩道に面して配置される。そして、IRS-1a、IRS-2aおよびIRS-3aは、ビルの側面に固定される。 IRS-1a, IRS-2a, and IRS-3a will be placed facing the sidewalk on one side of the road. IRS-1a, IRS-2a, and IRS-3a will be fixed to the side of the building.
IRS-1b、IRS-2bおよびIRS-3bは、道路の他方側の歩道に面して配置される。そして、IRS-1b、IRS-2bおよびIRS-3bは、ビルの側面に固定される。 IRS-1b, IRS-2b, and IRS-3b will be placed facing the sidewalk on the other side of the road. IRS-1b, IRS-2b, and IRS-3b will be fixed to the side of the building.
IRSコントローラ1aは、光ファイバーによってIRSコントローラ1bおよびIRSコントローラ2aと相互に接続されるとともにIRS-1aおよびIRS-2aに接続される。 IRS controller 1a is connected to IRS controller 1b and IRS controller 2a via optical fiber, and is also connected to IRS-1a and IRS-2a.
IRSコントローラ2aは、光ファイバーによってIRSコントローラ1aおよびIRSコントローラ2bと相互に接続されるとともにIRS-2aおよびIRS-3aに接続される。 IRS controller 2a is connected to IRS controller 1a and IRS controller 2b via optical fiber, and is also connected to IRS-2a and IRS-3a.
IRSコントローラ1bは、光ファイバーによってIRSコントローラ1aおよびIRSコントローラ2bと相互に接続されるとともにIRS-1bおよびIRS-2bに接続される。 IRS controller 1b is connected to IRS controller 1a and IRS controller 2b via optical fiber, and is also connected to IRS-1b and IRS-2b.
IRSコントローラ2bは、光ファイバーによってIRSコントローラ2aおよびIRSコントローラ1bと相互に接続されるとともにIRS-2bおよびIRS-3bに接続される。 IRS controller 2b is interconnected with IRS controller 2a and IRS controller 1b via optical fiber, and is also connected to IRS-2b and IRS-3b.
図16においては、IRSコントローラ1a、IRSコントローラ2a、IRSコントローラ1bおよびIRSコントローラ2bの各々は、2つのIRSのN個の反射素子21を制御する。 In FIG. 16, IRS controller 1a, IRS controller 2a, IRS controller 1b, and IRS controller 2b each control N reflecting elements 21 of two IRSs.
そして、移動端末は、例えば、IRS-2a、IRS-2bおよびIRS-3bを用いて無線通信を行う。 The mobile terminal then performs wireless communication using, for example, IRS-2a, IRS-2b, and IRS-3b.
この場合、IRSコントローラ2aの推定装置4は、移動端末による無線通信が開始される前に、図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)に従ってIRS-2aのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子と達成可能レートARとを推定し、IRS-2aにおいて最大の達成可能レートARmaxが得られるときのN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。 In this case, before wireless communication by the mobile terminal is started, the estimation device 4 of the IRS controller 2a estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-2a and the achievable rate AR according to the flowchart shown in FIG. 11 (including the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13), and obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21 when the maximum achievable rate AR max is obtained in the IRS-2a.
そして、IRSコントローラ2aの推定装置4は、IRS-2aのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、最大の達成可能レートARmaxおよびN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxに基づいて通信スケジュールを作成する。 Then, the estimation device 4 of the IRS controller 2a creates a communication schedule based on the available reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-2a, the maximum achievable rate AR max and the reflecting beamforming vectors φ max of the N reflecting elements 21.
そうすると、IRSコントローラ2aの推定装置4は、IRS-2aのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、最大の達成可能レートARmaxおよび通信スケジュールを移動端末へ送信する。 The estimation unit 4 of the IRS controller 2a then transmits to the mobile terminal the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-2a, the maximum achievable rate AR max and the communication schedule.
一方、IRSコントローラ2bの推定装置4は、移動端末による無線通信が開始される前に、図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)に従ってIRS-2bのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子と、最大の達成可能レートARmaxとを推定し、IRS-2bのN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。 On the other hand, before wireless communication by the mobile terminal is started, the estimation device 4 of the IRS controller 2b estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-2b and the maximum achievable rate AR max according to the flowchart shown in FIG. 11 (including the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13), and obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21 of the IRS-2b.
また、IRSコントローラ2bの推定装置4は、移動端末による無線通信が開始される前に、図11に示すフローチャート(図12および図13に示すフローチャートを含む)に従ってIRS-3bのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子と、最大の達成可能レートARmaxとを推定し、IRS-3bのN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを取得する。 Furthermore, before wireless communication by the mobile terminal is started, the estimation device 4 of the IRS controller 2b estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-3b and the maximum achievable rate AR max according to the flowchart shown in FIG. 11 (including the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13), and obtains the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21 of the IRS-3b.
そして、IRSコントローラ2bの推定装置4は、IRS-2bのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、最大の達成可能レートARmaxおよびN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxと、IRS-3bのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子、最大の達成可能レートARmaxおよびN個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxとに基づいて通信スケジュールを作成する。 Then, the estimation device 4 of the IRS controller 2b creates a communication schedule based on the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-2b, the maximum achievable rate AR max , and the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21, and based on the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-3b, the maximum achievable rate AR max , and the reflected beamforming vector φ max of the N reflecting elements 21.
そうすると、IRSコントローラ2bの推定装置4は、IRS-2bのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子および最大の達成可能レートARmaxと、IRS-3bのN個の反射素子21のうちの使用可能な反射素子および最大の達成可能レートARmaxと、通信スケジュールとを移動端末へ送信する。 Then, the estimation device 4 of the IRS controller 2b transmits to the mobile terminal the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-2b and the maximum achievable rate AR max , the usable reflecting elements among the N reflecting elements 21 of the IRS-3b and the maximum achievable rate AR max , and a communication schedule.
そして、IRSコントローラ2aおよびIRSコントローラ2bは、移動端末から通信通知を受信する。そして、移動端末による無線通信が開始されると、IRSコントローラ2aは、IRS-2aの反射ビームフォーミングベクトルφmaxに従って、IRS-2aのN個の反射素子の反射パターンを制御し、IRSコントローラ2bは、IRS-2bの反射ビームフォーミングベクトルφmaxに従ってIRS-2bのN個の反射素子の反射パターンを制御するとともにIRS-3bの反射ビームフォーミングベクトルφmaxに従ってIRS-3bのN個の反射素子の反射パターンを制御する。 Then, IRS controller 2a and IRS controller 2b receive a communication notification from the mobile terminal. Then, when wireless communication by the mobile terminal is started, IRS controller 2a controls the reflection pattern of the N reflecting elements of IRS-2a in accordance with the reflection beamforming vector φ max of IRS-2a, and IRS controller 2b controls the reflection pattern of the N reflecting elements of IRS-2b in accordance with the reflection beamforming vector φ max of IRS-2b, and also controls the reflection pattern of the N reflecting elements of IRS-3b in accordance with the reflection beamforming vector φ max of IRS-3b.
これによって、移動端末は、ビルが道路の両側に配置された無線通信空間において3個のIRS-2a,IRS-2b,IRS-3bを用いて、ビルによって電波の到達距離が短くなるのを抑制して無線通信を行うことができる。 This allows a mobile terminal to use three IRS-2a, IRS-2b, and IRS-3b in a wireless communication space where buildings are located on both sides of a road, allowing wireless communication while minimizing the reduction in radio wave reach caused by buildings.
図16に示す無線通信システムの1つの具体例において、IRSコントローラ2aの推定装置4がIRS-2aのN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子とN個の反射素子の最大の達成可能レートARmaxとを推定し、IRSコントローラ2bの推定装置4がIRS-2bのN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子とN個の反射素子の最大の達成可能レートARmaxとを推定するとともにIRS-3bのN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子とN個の反射素子の最大の達成可能レートARmaxとを推定すれば、推定されたIRS-2aのN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子およびN個の反射素子の最大の達成可能レートARmaxと、推定されたIRS-2bのN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子およびN個の反射素子の最大の達成可能レートARmaxと、推定されたIRS-3bのN個の反射素子のうちの使用可能な反射素子およびN個の反射素子の最大の達成可能レートARmaxとに基づいて、IRS-2aのN個の反射素子、IRS-2bのN個の反射素子およびIRS-3bのN個の反射素子を用いた通信のリソースを確保できるので、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成できる。 In one specific example of the wireless communication system shown in FIG. 16 , if the estimation device 4 of the IRS controller 2 a estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements of IRS-2 a and the maximum achievable rate AR max of the N reflecting elements, and the estimation device 4 of the IRS controller 2 b estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements of IRS-2 b and the maximum achievable rate AR max of the N reflecting elements, and also estimates usable reflecting elements among the N reflecting elements of IRS-3 b, then the estimated usable reflecting elements and the maximum achievable rate AR max of the N reflecting elements of IRS-2 a, the estimated usable reflecting elements and the maximum achievable rate AR max of the N reflecting elements of IRS-2 b, and the estimated maximum achievable rate AR max of the usable reflecting elements and the N reflecting elements of IRS-3 b can be calculated. max , communication resources can be secured using the N reflecting elements of IRS-2a, the N reflecting elements of IRS-2b, and the N reflecting elements of IRS-3b, so that a schedule for using the reflecting elements can be created by determining in advance whether enough reflecting elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate.
上述した実施の形態によれば、この発明の実施の形態による推定装置は、
MT(MTは、2以上の整数)個のアンテナを有する送信機と、反射特性を動的に変更可能なN(Nは、2以上の整数)個の反射素子を有する電磁波反射体である第1のIRSと、MR(MRは、2以上の整数)個のアンテナを有する受信機とが非直線状に配置された無線通信システムにおいて、N個の反射素子を使用するスケジュールである使用スケジュールの予測に有効な情報を推定する推定装置であって、
反射素子が使用されている状態であるビジー状態と反射素子が使用されていない状態であるアイドル状態とからなる時系列データをN個の反射素子のそれぞれについて示す第1の時系列データと、送信機がMT個のアンテナを用いて信号を送信しているときのN個の反射素子の達成可能な送信レートである達成可能レートを示す第2の時系列データとを収集する収集手段と、
第1の時系列データに基づいて、第1の学習器を用いて第1のIRSにおける反射素子が使用可能であるか否かを予測した結果である使用可否予測結果をN個の反射素子のそれぞれについて推定する第1の推定処理と、第2の時系列データに基づいて、第2の学習器を用いて伝搬路において第1のIRSのN個の反射素子の達成可能レートをN個の反射素子のうちの使用されている反射素子について推定する第2の推定処理とを実行する推定手段とを備えていればよい。
According to the above-described embodiment, the estimation device according to the embodiment of the present invention comprises:
An estimation device for estimating information useful for predicting a usage schedule, which is a schedule for using N reflecting elements, in a wireless communication system in which a transmitter having M T (M T is an integer of 2 or more) antennas, a first IRS which is an electromagnetic wave reflector having N (N is an integer of 2 or more) reflecting elements whose reflection characteristics can be dynamically changed, and a receiver having M R (M R is an integer of 2 or more) antennas are non-linearly arranged, comprising:
a collecting means for collecting first time series data indicating, for each of the N reflecting elements, time series data consisting of a busy state in which the reflecting element is in use and an idle state in which the reflecting element is not in use, and second time series data indicating an achievable rate which is an achievable transmission rate of the N reflecting elements when a transmitter is transmitting a signal using the M T antennas;
The system may include an estimation means that performs a first estimation process that uses a first learning device to estimate a usability prediction result for each of N reflecting elements, which is the result of predicting whether or not the reflecting elements in the first IRS are usable, based on first time series data, and a second estimation process that uses a second learning device to estimate the achievable rates of the N reflecting elements of the first IRS in the propagation path for those reflecting elements that are in use among the N reflecting elements, based on second time series data.
推定手段がN個の反射素子のN個の使用可否予測結果とN個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートとを推定すれば、推定されたN個の使用可否予測結果および達成可能レートに基づいてN個の反射素子を用いた通信のリソースを確保できるので、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成できるからである。 If the estimation means estimates the predicted availability results of N of the N reflecting elements and the achievable rate of the reflecting elements that are being used among the N reflecting elements, resources for communication using the N reflecting elements can be secured based on the estimated predicted availability results of the N reflecting elements and the achievable rate, so that a schedule for using the reflecting elements can be created by determining in advance whether enough reflecting elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate.
また、この発明の実施の形態によるプログラムは、
MT(MTは、2以上の整数)個のアンテナを有する送信機と、反射特性を動的に変更可能なN(Nは、2以上の整数)個の反射素子を有する電磁波反射体である第1のIRSと、MR(MRは、2以上の整数)個のアンテナを有する受信機とが非直線状に配置された無線通信システムにおいて、N個の反射素子を使用するスケジュールである使用スケジュールの予測に有効な情報の推定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
収集手段が、反射素子が使用されている状態であるビジー状態と反射素子が使用されていない状態であるアイドル状態とからなる時系列データをN個の反射素子のそれぞれについて示す第1の時系列データと、送信機がMT個のアンテナを用いて信号を送信しているときのN個の反射素子の達成可能が送信レートである達成可能レートを示す第2の時系列データとを収集する第1のステップと、
推定手段が、第1の時系列データに基づいて、第1の学習器を用いて第1のIRSにおける反射素子が使用可能であるか否かを予測した結果である使用可否予測結果をN個の反射素子のそれぞれについて推定する第1の推定処理と、第2の時系列データに基づいて、第2の学習器を用いて伝搬路において第1のIRSのN個の反射素子の達成可能レートを前記N個の反射素子のうちの使用されている反射素子について推定する第2の推定処理とを実行する第2のステップとをコンピュータに実行させればよい。
Furthermore, the program according to the embodiment of the present invention is
A program for causing a computer to execute estimation of information useful for predicting a usage schedule, which is a schedule for using N reflecting elements, in a wireless communication system in which a transmitter having M T (M T is an integer of 2 or more) antennas, a first IRS which is an electromagnetic wave reflector having N (N is an integer of 2 or more) reflecting elements whose reflection characteristics can be dynamically changed, and a receiver having M R (M R is an integer of 2 or more) antennas are non-linearly arranged, the program comprising:
a first step in which a collecting means collects first time series data for each of the N reflecting elements, the first time series data being composed of a busy state in which the reflecting element is in use and an idle state in which the reflecting element is not in use, and second time series data being indicative of an achievable transmission rate of the N reflecting elements when a transmitter is transmitting a signal using the M T antennas;
The estimation means simply causes the computer to execute a second step in which the estimation means executes a first estimation process in which, based on first time series data, a usability prediction result is estimated for each of N reflecting elements, which is the result of predicting whether or not the reflecting elements in the first IRS are usable using a first learning device, and a second estimation process in which, based on second time series data, a second learning device is used to estimate the achievable rates of the N reflecting elements of the first IRS in the propagation path for those reflecting elements that are in use among the N reflecting elements.
プログラムがN個の反射素子のN個の使用可否予測結果とN個の反射素子のうちの使用されている反射素子についての達成可能レートとの推定をコンピュータに実行させれば、推定されたN個の使用可否予測結果およびN個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートに基づいてN個の反射素子を用いた通信のリソースを確保できるので、実際に十分な送信レートを確保できるだけの反射素子が利用できるかを事前に判断して反射素子の使用スケジュールを作成できるからである。 If the program causes a computer to estimate the predicted availability of N of the N reflecting elements and the achievable rate for the reflecting elements that are in use among the N reflecting elements, resources for communication using the N reflecting elements can be secured based on the estimated predicted availability of the N reflecting elements and the achievable rate for the reflecting elements that are in use among the N reflecting elements. This makes it possible to create a schedule for using the reflecting elements by determining in advance whether enough reflecting elements are actually available to ensure a sufficient transmission rate.
この発明の実施の形態においては、N個の反射素子21のN個の使用可否予測結果およびN個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートR1~RNは、「N個の反射素子21を使用するスケジュールである使用スケジュールの予測に有効な情報」を構成する。なお、N個の反射素子21の反射ビームフォーミングベクトルφmaxを「N個の反射素子21を使用するスケジュールである使用スケジュールの予測に有効な情報」に含めてもよい。 In an embodiment of the present invention, the N usability prediction results of the N reflecting elements 21 and the achievable rates R 1 to R N of the reflecting elements being used among the N reflecting elements constitute "information useful for predicting a usage schedule which is a schedule for using the N reflecting elements 21." Note that the reflected beamforming vectors φ max of the N reflecting elements 21 may be included in "information useful for predicting a usage schedule which is a schedule for using the N reflecting elements 21."
また、この発明の実施の形態においては、学習器44は、「第1の学習器」を構成し、学習器45は、「第2の学習器」を構成する。 Furthermore, in this embodiment of the present invention, learning device 44 constitutes a "first learning device," and learning device 45 constitutes a "second learning device."
更に、この発明の実施の形態においては、確率的ニューラルネットワークPNNSLT_1~PNNSLT_Nは、「N個の第1の機械学習器」を構成し、確率的ニューラルネットワークPNNAR_1~PNNAR_Eは、「E個の第2の機械学習器」を構成する。 Furthermore, in this embodiment of the present invention, the probabilistic neural networks PNN SLT — 1 to PNN SLT — N constitute "N first machine learning machines," and the probabilistic neural networks PNN AR — 1 to PNN AR _E constitute "E second machine learning machines."
更に、この発明の実施の形態においては、時系列データB/I1(t)は、「第1のアイドル状態/ビジー状態データ」を構成し、時系列データB/IN(t)は、「第Nのアイドル状態/ビジー状態データ」を構成する。 Furthermore, in this embodiment of the present invention, the time series data B/I 1 (t) constitutes the "first idle state/busy state data," and the time series data B/I N (t) constitutes the "Nth idle state/busy state data."
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects to be illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the description of the above embodiments, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
この発明は、推定装置、それを備える無線通信システムおよびコンピュータに実行させるためのプログラムに適用される。 This invention applies to an estimation device, a wireless communication system including the same, and a program for causing a computer to execute the device.
1 送信機、2,20,30 IRS、3 受信機、4 推定装置、10,10A 無線通信システム、21 反射素子、22 IRSコントローラ、41 収集手段、42 記憶手段、43 推定手段、44,45 学習器、221 アンテナ、222 通信手段、223 制御手段。 1 Transmitter, 2, 20, 30 IRS, 3 Receiver, 4 Estimation device, 10, 10A Wireless communication system, 21 Reflection element, 22 IRS controller, 41 Collection means, 42 Storage means, 43 Estimation means, 44, 45 Learner, 221 Antenna, 222 Communication means, 223 Control means.
Claims (16)
前記反射素子が使用されている状態であるビジー状態と前記反射素子が使用されていない状態であるアイドル状態とからなる時系列データを前記N個の反射素子のそれぞれについて示す第1の時系列データと、前記送信機が前記MT個のアンテナを用いて信号を送信しているときの前記N個の反射素子の達成可能な送信レートである達成可能レートを示す第2の時系列データとを収集する収集手段と、
前記第1の時系列データに基づいて、第1の学習器を用いて前記第1のIRSにおける前記反射素子が使用可能であるか否かを予測した結果である使用可否予測結果を前記N個の反射素子のそれぞれについて推定する第1の推定処理と、前記第2の時系列データに基づいて、第2の学習器を用いて前記送信機、前記第1のIRSおよび前記受信機が非直線状に配置された伝搬路において前記第1のIRSの前記N個の反射素子の前記達成可能レートを前記N個の反射素子のうちの使用されている反射素子について推定する第2の推定処理とを実行する推定手段とを備える推定装置。 An estimation device for estimating information useful for predicting a usage schedule, which is a schedule for using N reflecting elements, in a wireless communication system in which a transmitter having M T antennas (M T is an integer of 2 or more), a first IRS which is an electromagnetic wave reflector having N reflecting elements ( N is an integer of 2 or more) whose reflection characteristics can be dynamically changed, and a receiver having M R antennas are non-linearly arranged, the device comprising:
a collecting means for collecting first time series data indicating, for each of the N reflecting elements, time series data consisting of a busy state in which the reflecting element is in use and an idle state in which the reflecting element is not in use, and second time series data indicating an achievable rate, which is an achievable transmission rate of the N reflecting elements when the transmitter is transmitting a signal using the M T antennas;
An estimation device comprising an estimation means that performs a first estimation process that uses a first learning device to estimate a usability prediction result for each of the N reflecting elements, which is a result of predicting whether the reflecting elements in the first IRS are usable or not, based on the first time series data, and a second estimation process that uses a second learning device to estimate the achievable rate of the N reflecting elements of the first IRS for used reflecting elements among the N reflecting elements in a propagation path in which the transmitter, the first IRS, and the receiver are arranged non-linearly, based on the second time series data.
前記推定手段は、
前記第1の推定処理において、前記第1のアイドル状態/ビジー状態データを前記N個の第1の機械学習器のうちの1つの第1の機械学習器に入力し、前記第1のアイドル状態/ビジー状態データの前記アイドル状態に応じて分類された前記第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1のアイドル状態/ビジー状態データの前記アイドル状態に応じて分類されたクラスである前記第1の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する前記アイドル状態を前記1つの第1の機械学習器から受ける第1の処理を実行するとともに、前記第1の処理における前記第1のアイドル状態/ビジー状態データに代えて前記第1のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データのうちの第2のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データおよび(N-1)個の前記第1の機械学習器の全てについて前記第1の処理と同じ処理を実行することによって前記N個の反射素子のN個の前記使用可否予測結果を推定し、
前記第2の推定処理において、前記第1の達成可能レートデータを1つの前記第2の機械学習器に入力し、前記第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類された前記第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類されたクラスである前記第2の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する前記達成可能レートを前記1つの第1の機械学習器から受ける第2の処理を実行するとともに、前記第2の処理における前記第1の達成可能レートデータに代えて、前記第1の達成可能レートデータ~前記第Eの達成可能レートデータのうちの第2の達成可能レートデータ~前記第Eの達成可能レートデータおよび(E-1)個の前記第2の機械学習器の全てについて前記第2の処理と同じ処理を実行することによって前記N個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートを推定する、請求項2に記載の推定装置。 the first learning device comprises N first machine learning devices, the second learning device comprises E second machine learning devices , the number of which is the number of reflection patterns of one or more of the N reflection elements when the one or more reflection elements are simultaneously used, the first time series data comprises first idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data, each of which arranges the idle state and the busy state in time series, the second time series data corresponds to E reflection patterns and comprises first achievable rate data to Eth achievable rate data, each of which arranges the achievable rates in time series,
The estimation means
In the first estimation process, the first idle state/busy state data is input to one first machine learning machine among the N first machine learning machines , and a first process is performed to receive from the one first machine learning machine the idle state corresponding to the maximum probability among probabilities that the first class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data matches the first learning stage class, which is the class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data of the learning stage acquired in a learning stage, and the same process as the first process is performed for second idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data among the first idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data instead of the first idle state/busy state data in the first process, and for all of the (N-1) first machine learning machines, thereby estimating the N usability prediction results of the N reflecting elements;
3. The estimation device according to claim 2, wherein, in the second estimation process, the first achievable rate data is input to one of the second machine learning machines, and a second process is performed to receive from the one first machine learning machine the achievable rate corresponding to the largest probability among probabilities that the first class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data matches the second learning stage class, which is a class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data of the learning stage acquired in a learning stage, and the achievable rate of a used reflecting element among the N reflecting elements is estimated by performing the same process as the second process for second achievable rate data through E achievable rate data among the first achievable rate data through E achievable rate data and all of the (E−1) second machine learning machines , instead of the first achievable rate data in the second process.
前記E個の第2の機械学習器は、前記第2の推定処理において、並列して前記第2の処理を実行する、請求項3に記載の推定装置。 the N first machine learning machines execute the first process in parallel in the first estimation process;
The estimation device according to claim 3 , wherein the E second machine learning machines execute the second process in parallel in the second estimation process.
前記E個の第2の機械学習器の各々は、第2の学習段階で取得した前記達成可能レートを第2の複数のクラスに分類して第2の予測行列に格納しており、1つの前記達成可能レートデータが入力されると、その入力された1つの達成可能レートデータの達成可能レートに一致する確率が最大である前記1つの前記クラスを前記第2の複数のクラスから選択し、その選択した前記1つの前記クラスに分類された達成可能レートを前記推定手段へ出力する、請求項3または請求項4に記載の推定装置。 each of the N first machine learning machines classifies the idle states acquired in a first learning stage into a first plurality of classes and stores the classes in a first prediction matrix, and when one of the idle state/busy state data is input, selects one of the classes from the first plurality of classes stored in the first prediction matrix that has the highest probability of matching the idle state of the input one of the idle state/busy state data, and outputs the availability prediction result to the estimation means based on the selection of the one of the classes;
5. The estimation device according to claim 3, wherein each of the E second machine learning machines classifies the achievable rates obtained in the second learning stage into a second plurality of classes and stores them in a second prediction matrix, and when one piece of achievable rate data is input , selects the one class from the second plurality of classes that has the highest probability of matching the achievable rate of the input piece of achievable rate data, and outputs the achievable rate classified into the one selected class to the estimation means.
前記第1の推定装置は、前記第1のIRS内に配置される、無線通信システム。 A radio communication system comprising: a first estimating device comprising the estimating device according to any one of claims 1 to 7; the transmitter; the receiver; and the first IRS;
The first estimator is located within the first IRS.
前記第2の推定装置は、前記第2のIRS内に配置される、請求項8に記載の無線通信システム。 a second estimation device comprising the estimation device according to any one of claims 1 to 7; and a second IRS which is an electromagnetic wave reflector having N * (N * is an integer of 2 or more) reflecting elements whose reflection characteristics can be dynamically changed;
The wireless communication system of claim 8 , wherein the second estimator is located within the second IRS.
前記反射素子が使用されている状態であるビジー状態と前記反射素子が使用されていない状態であるアイドル状態とからなる時系列データを前記N個の反射素子のそれぞれについて示す第1の時系列データと、前記送信機が前記MT個のアンテナを用いて信号を送信しているときの前記N個の反射素子の達成可能な送信レートである達成可能レートを示す第2の時系列データとが収集される第1のステップと、
前記第1の時系列データに基づいて、第1の学習器を用いて前記第1のIRSにおける前記反射素子が使用可能であるか否かを予測した結果である使用可否予測結果が前記N個の反射素子のそれぞれについて推定される第1の推定処理と、前記第2の時系列データに基づいて、第2の学習器を用いて前記送信機、前記第1のIRSおよび前記受信機が非直線状に配置された伝搬路において前記第1の
IRSの前記N個の反射素子の前記達成可能レートが前記N個の反射素子のうちの使用されている反射素子について推定される第2の推定処理とが実行される第2のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to execute estimation of information useful for predicting a usage schedule, which is a schedule for using N reflecting elements, in a wireless communication system in which a transmitter having M T (M T is an integer of 2 or more) antennas, a first IRS which is an electromagnetic wave reflector having N (N is an integer of 2 or more) reflecting elements whose reflection characteristics can be dynamically changed, and a receiver having M R (M R is an integer of 2 or more) antennas are non-linearly arranged, the program comprising:
a first step of collecting first time series data for each of the N reflecting elements, the first time series data being composed of a busy state in which the reflecting element is in use and an idle state in which the reflecting element is not in use, and second time series data being indicative of an achievable rate, which is an achievable transmission rate of the N reflecting elements when the transmitter is transmitting a signal using the M T antennas;
A program for causing a computer to execute a first estimation process in which a usability prediction result, which is a result of predicting whether the reflecting element in the first IRS is usable or not, is estimated for each of the N reflecting elements using a first learning device based on the first time series data, and a second estimation process in which, based on the second time series data, a second learning device is used to estimate the achievable rate of the N reflecting elements of the first IRS for used reflecting elements among the N reflecting elements in a propagation path in which the transmitter, the first IRS, and the receiver are arranged non-linearly.
前記第2のステップの前記第1の推定処理において、前記第1のアイドル状態/ビジー状態データがN個の第1の機械学習器のうちの1つの第1の機械学習器に入力され、前記第1のアイドル状態/ビジー状態データの前記アイドル状態に応じて分類された前記第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1のアイドル状態/ビジー状態データの前記アイドル状態に応じて分類されたクラスである前記第1の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する前記アイドル状態が前記1つの第1の機械学習器から出力される第1の処理が実行されるとともに、前記第1の処理における前記第1のアイドル状態/ビジー状態データに代えて前記第1のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データのうちの第2のアイドル状態/ビジー状態データ~第Nのアイドル状態/ビジー状態データおよび(N-1)個の前記第1の機械学習器の全てについて前記第1の処理と同じ処理が実行されることによって前記N個の反射素子のN個の前記使用可否予測結果が推定され、
前記第2のステップの前記第2の推定処理において、前記第1の達成可能レートデータが1つの前記第2の機械学習器に入力され、前記第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類された前記第1のクラスが学習段階において取得された学習段階の第1の達成可能レートデータの達成可能レートに応じて分類されたクラスである前記第2の学習段階クラスに一致する確率のうちの最大の確率に対応する前記達成可能レートが前記1つの第1の機械学習器から出力される第2の処理が実行されるとともに、前記第2の処理における前記第1の達成可能レートデータに代えて、前記第1の達成可能レートデータ~前記第Eの達成可能レートデータのうちの第2の達成可能レートデータ~前記第Eの達成可能レートデータおよび(E-1)個の前記第2の機械学習器の全てについて前記第2の処理と同じ処理が実行されることによって前記N個の反射素子のうちの使用されている反射素子の達成可能レートが推定される、請求項11に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。 the first learning device comprises N first machine learning devices, the second learning device comprises E second machine learning devices , the number of which is the number of reflection patterns of one or more of the N reflection elements when the one or more reflection elements are simultaneously used, the first time series data comprises first idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data, each of which arranges the idle state and the busy state in time series, the second time series data corresponds to E reflection patterns and comprises first achievable rate data to Eth achievable rate data, each of which arranges the achievable rates in time series,
In the first estimation process of the second step, the first idle state/busy state data is input to one first machine learning machine among N first machine learning machines , and a first process is executed in which the idle state corresponding to the maximum probability among probabilities that the first class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data matches the first learning stage class, which is the class classified according to the idle state of the first idle state/busy state data of the learning stage acquired in a learning stage , is output from the one first machine learning machine, and the same process as the first process is executed for second idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data among the first idle state/busy state data to Nth idle state/busy state data instead of the first idle state/busy state data in the first process, and for all of the (N-1) first machine learning machines , thereby estimating the N usability prediction results of the N reflecting elements,
12. The program for causing a computer to execute the program according to claim 11, wherein in the second estimation process of the second step, the first achievable rate data is input to one of the second machine learning machines, and a second process is executed in which the achievable rate corresponding to the largest probability of the first class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data matching the second learning stage class, which is a class classified according to the achievable rate of the first achievable rate data of the learning stage acquired in a learning stage, is output from the one first machine learning machine , and ... of the N reflective elements used is estimated by executing the same process as the second process for second achievable rate data to E achievable rate data among the first achievable rate data to E achievable rate data and all of the (E-1) second machine learning machines , instead of the first achievable rate data in the second process.
前記第2のステップの前記第2の推定処理において、並列して前記第2の処理が実行される、請求項12に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。 In the first estimation process of the second step, the first process is executed in parallel,
The program for causing a computer to execute the program according to claim 12 , wherein the second estimation process in the second step is executed in parallel with the second process.
第2の学習段階で取得された前記達成可能レートが第2の複数のクラスに分類されて第2の予測行列に格納されており、1つの前記達成可能レートデータが入力されると、その入力された1つの達成可能レートデータの達成可能レートに一致する確率が最大である前記1つの前記クラスが前記第2の複数のクラスから選択され、その選択された前記1つの前記クラスに分類された達成可能レートが出力される、請求項12または請求項13に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。 the idle states acquired in the first learning stage are classified into a first plurality of classes and stored in a first prediction matrix, and when one of the idle state/busy state data is input, one of the classes having the highest probability of matching the idle state of the input one of the idle state/busy state data is selected from the first plurality of classes stored in the first prediction matrix, and the availability prediction result is output based on the selection of the one of the class;
14. A program for causing a computer to execute the program described in claim 12 or 13, wherein the achievable rates obtained in the second learning stage are classified into a second plurality of classes and stored in a second prediction matrix, and when one of the achievable rate data is input, the one of the classes that has the highest probability of matching the achievable rate of the input one of the achievable rate data is selected from the second plurality of classes, and the achievable rate classified into the selected one of the classes is output .
16. The program executed by a computer according to claim 15, wherein in the second estimation process of the second step, the M R transmission rates are calculated based on signal-to-interference-plus-noise power ratios of the M R antennas.
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| WO2020217459A1 (en) | 2019-04-26 | 2020-10-29 | 日本電信電話株式会社 | Communication device and communication system |
| WO2021240699A1 (en) | 2020-05-27 | 2021-12-02 | 日本電信電話株式会社 | Wireless communication method, wireless communication system, wireless base station, and reflecting device |
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