Wireless Networks Design in the Era of Deep Learning: Model-Based, AI-Based, or Both?

深度学习 人工智能 计算机科学 机器学习 人工神经网络 领域(数学) 无线网络 学习迁移 无线 电信 数学 纯数学
作者
Alessio Zappone,Marco Di Renzo,Mérouane Debbah
出处
期刊:IEEE Transactions on Communications [IEEE Communications Society]
卷期号:67 (10): 7331-7376 被引量:471
标识
DOI:10.1109/tcomm.2019.2924010
摘要

This paper deals with the use of emerging deep learning techniques in future wireless communication networks. It will be shown that the data-driven approaches should not replace, but rather complement, traditional design techniques based on mathematical models. Extensive motivation is given for why deep learning based on artificial neural networks will be an indispensable tool for the design and operation of future wireless communication networks, and our vision of how artificial neural networks should be integrated into the architecture of future wireless communication networks is presented. A thorough description of deep learning methodologies is provided, starting with the general machine learning paradigm, followed by a more in-depth discussion about deep learning and artificial neural networks, covering the most widely used artificial neural network architectures and their training methods. Deep learning will also be connected to other major learning frameworks, such as reinforcement learning and transfer learning. A thorough survey of the literature on deep learning for wireless communication networks is provided, followed by a detailed description of several novel case studies wherein the use of deep learning proves extremely useful for network design. For each case study, it will be shown how the use of (even approximate) mathematical models can significantly reduce the amount of live data that needs to be acquired/measured to implement the data-driven approaches. Finally, concluding remarks describe those that, in our opinion, are the major directions for future research in this field.

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