Next-generation wireless networks are getting significant attention because they promise 10-factor enhancement in mobile broadband along with the potential to enable new heterogeneous services. Services include massive machine type communications desired for Industrial 4.0 along with ultra-reliable low latency services for remote healthcare and vehicular communications. In this paper, we present the design of an intelligent and reconfigurable physical layer (PHY) to bring these services to reality. First, we design and implement the reconfigurable PHY via a hardware-software co-design approach on system-on-chip consisting of the ARM processor and field-programmable gate array (FPGA). The reconfigurable PHY is then made intelligent by augmenting it with online machine learning (OML) based decision-making algorithm. Such PHY can learn the environment (for example, wireless channel) and dynamically adapt the transceivers' configuration (i.e., modulation scheme, word-length) and select the wireless channel on-the-fly. Since the environment is unknown and changes with time, we make the OML architecture reconfigurable to enable dynamic switch between various OML algorithms on-the-fly. We have demonstrated the functional correctness of the proposed architecture for different environments and word-lengths. The detailed throughput, latency, and complexity analysis validate the feasibility and importance of the proposed intelligent and reconfigurable PHY in next-generation networks.


翻译:下一代无线网络正在引起人们的极大关注,因为它们承诺在移动宽带中增加10个因素,并有可能促成新的多样化服务。 服务包括工业4. 0 所需的大规模机器型通信,以及远程保健和车辆通信的超可靠的低长期服务。 在本文中,我们展示了智能和可重新配置的物理层的设计,使这些服务成为现实。 首先,我们通过软硬件软件计划、单词长度设计和实施可重新配置的PHY系统,并选择由ARM处理器和外地可编程门阵列(FPGA)组成的系统对接合设计方法。 由于环境是未知的,并且随着时间的变化,我们通过基于决策的在线机器学习(OML)的算法,使可重新配置的PHY具有智能性。 这样,PHY可以学习环境(例如无线频道),并动态地调整转介器的配置(即调制式计划、单词长度),并选择在机上安装无线频道。 由于环境是未知的,因此我们用 OML 结构的可重新配置和功能性变式变式结构的精确性分析,我们已展示了在各种机流流的变式结构中,可以转换成。

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