Published January 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
Aerial Reconfigurable Intelligent Surface-Enabled URLLC UAV Systems
- 1. Queen's University Belfast
- 2. Ho Chi Minh City University of Technology and Education
Description
In this paper, we propose an aerial reconfigurable intelligent surface (RIS) system to support the stringent constraints of ultra-reliable low latency communication (URLLC). Specifically, unmanned aerial vehicles (UAVs) employed onboard RIS panels can act as repeaters to reflect the signal from macro base station (MBS) to all users in the networks. To overcome the dense networks' interference, we propose to use zero-forcing beamforming and time division multiplexing access (TDMA) scheme where each UAV can serve a number of users in its own cluster. We formulate a optimisation framework in terms of UAVs' deployment, power allocation at MBS, phase-shift of RIS, and blocklength of URLLC. Due to highly nonconvex and complex optimisation problem, we first consider to use a deep neural network (DNN) to solve the optimal UAVs' deployment. Then, the optimal resource allocation is proposed to provide the maximal reliability of the considered system with respect to the users' fairness. From the representative numerical results, our proposed scheme is shown to superior to other benchmarks which exhibits the positive impact of aerial RIS in supporting stringent demands of URLLC.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في هذه الورقة، نقترح نظامًا ذكيًا جويًا قابلاً لإعادة التكوين (RIS) لدعم القيود الصارمة للاتصالات منخفضة الكمون فائقة الموثوقية (URLLC). على وجه التحديد، يمكن للمركبات الجوية بدون طيار (UAVs) المستخدمة على متن لوحات RIS أن تعمل كمكررات لتعكس الإشارة من محطة القاعدة الكلية (MBS) إلى جميع المستخدمين في الشبكات. للتغلب على تداخل الشبكات الكثيفة، نقترح استخدام مخطط تشكيل الحزم الصفرية والوصول إلى مضاعفة تقسيم الوقت (TDMA) حيث يمكن لكل طائرة بدون طيار أن تخدم عددًا من المستخدمين في مجموعتها الخاصة. نقوم بصياغة إطار التحسين من حيث نشر الطائرات بدون طيار، وتخصيص الطاقة في MBS، وتحويل مرحلة RIS، وطول كتلة URLLC. نظرًا لمشكلة التحسين غير المحدبة والمعقدة للغاية، فإننا نفكر أولاً في استخدام شبكة عصبية عميقة (DNN) لحل النشر الأمثل للطائرات بدون طيار. بعد ذلك، يُقترح التخصيص الأمثل للموارد لتوفير أقصى قدر من الموثوقية للنظام المدروس فيما يتعلق بإنصاف المستخدمين. من النتائج العددية التمثيلية، يظهر مخططنا المقترح متفوقًا على المعايير الأخرى التي تظهر التأثير الإيجابي لـ RIS الجوي في دعم المتطلبات الصارمة لـ URLLC.Translated Description (French)
Dans cet article, nous proposons un système de surface intelligente (ris) reconfigurable par voie aérienne pour supporter les contraintes strictes de la communication ultra-fiable à faible latence (URLLC). Plus précisément, les véhicules aériens sans pilote (UAV) utilisés à bord des panneaux ris peuvent servir de répéteurs pour refléter le signal de la station de base macro (MBS) à tous les utilisateurs des réseaux. Pour surmonter les interférences des réseaux denses, nous proposons d'utiliser un schéma de formation de faisceaux à forçage nul et d'accès par multiplexage par répartition dans le temps (AMRT) où chaque UAV peut desservir un certain nombre d'utilisateurs dans son propre cluster. Nous formulons un cadre d'optimisation en termes de déploiement des UAV, d'allocation de puissance au MBS, de déphasage des ris et de longueur de bloc des URLLC. En raison du problème d'optimisation hautement non convexe et complexe, nous envisageons d'abord d'utiliser un réseau neuronal profond (DNN) pour résoudre le déploiement optimal des UAV. Ensuite, l'allocation optimale des ressources est proposée pour fournir la fiabilité maximale du système considéré par rapport à l'équité des utilisateurs. À partir des résultats numériques représentatifs, il est démontré que notre schéma proposé est supérieur à d'autres repères, ce qui montre l'impact positif des ris aériens dans la prise en charge des exigences strictes de l'URLLC.Translated Description (Spanish)
En este documento, proponemos un sistema de superficie inteligente reconfigurable aérea (RIS) para soportar las estrictas restricciones de la comunicación ultra confiable de baja latencia (URLLC). Específicamente, los vehículos aéreos no tripulados (UAV) empleados a bordo de los paneles RIS pueden actuar como repetidores para reflejar la señal desde la macro estación base (MBS) a todos los usuarios de las redes. Para superar la interferencia de las redes densas, proponemos utilizar un esquema de formación de haces de fuerza cero y acceso de multiplexación por división de tiempo (TDMA) en el que cada UAV puede servir a varios usuarios en su propio clúster. Formulamos un marco de optimización en términos de despliegue de UAV, asignación de potencia en MBS, cambio de fase de RIS y longitud de bloque de URLLC. Debido a un problema de optimización altamente no convexo y complejo, primero consideramos utilizar una red neuronal profunda (DNN) para resolver el despliegue óptimo de los UAV. Luego, se propone la asignación óptima de recursos para proporcionar la máxima confiabilidad del sistema considerado con respecto a la equidad de los usuarios. A partir de los resultados numéricos representativos, nuestro esquema propuesto se muestra superior a otros puntos de referencia que exhiben el impacto positivo de los RIS aéreos en el apoyo a las estrictas demandas de URLLC.Files
09567662.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:f1237e235d259f5cb6db6813af024684
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- أنظمة الطائرات بدون طيار URLLC الذكية القابلة لإعادة التشكيل الجوي والمدعومة بالسطح
- Translated title (French)
- Systèmes UAV URLLC intelligents reconfigurables par voie aérienne et activés en surface
- Translated title (Spanish)
- Sistemas UAV URLLC de superficie inteligente reconfigurables aéreos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3206152335
- DOI
- 10.1109/access.2021.3119268
References
- https://openalex.org/W2036533317
- https://openalex.org/W2106864314
- https://openalex.org/W2116514853
- https://openalex.org/W2289204537
- https://openalex.org/W2792347854
- https://openalex.org/W2891904594
- https://openalex.org/W2904971736
- https://openalex.org/W2908717548
- https://openalex.org/W2911728646
- https://openalex.org/W2963790008
- https://openalex.org/W2968389137
- https://openalex.org/W2997837815
- https://openalex.org/W2998160334
- https://openalex.org/W3010006578
- https://openalex.org/W3019497660
- https://openalex.org/W3021225717
- https://openalex.org/W3036562336
- https://openalex.org/W3045412016
- https://openalex.org/W3046418879
- https://openalex.org/W3049400263
- https://openalex.org/W3089445936
- https://openalex.org/W3090167083
- https://openalex.org/W3093728622
- https://openalex.org/W3102527375
- https://openalex.org/W3115535796
- https://openalex.org/W3117854394
- https://openalex.org/W3118962670
- https://openalex.org/W3119382241
- https://openalex.org/W3122751454
- https://openalex.org/W3129824046
- https://openalex.org/W3152632745
- https://openalex.org/W3167213286
- https://openalex.org/W3169633141
- https://openalex.org/W4235927593
- https://openalex.org/W4378718602