面向大规模 MIMO 通信的无人机群三维部署
信息论
2021-05-04 v1 信号处理
math.IT
摘要
我们考虑一个多天线地面站与无人机（UAV）群之间的上行传输。假设无人机为智能体，可探索其最优三维（3-D）部署以最大化多输入多输出（MIMO）系统的信道容量。具体而言，考虑到每架无人机在获取网络全局信息方面的局限性，我们聚焦于一种分散控制策略，注意到群中每架无人机仅能利用局部信息来实现最优 3-D 部署。在此情形下，该优化问题可划分为若干关于秩函数的优化子问题。由于秩函数的非凸性质以及优化子问题间的耦合，原问题为 NP-hard，因而无法用标准凸优化求解器求解。有趣的是，我们可以松弛各子问题的约束条件，并通过构建的无人机信道容量最大化博弈来求解该优化问题。我们根据所设计的奖励函数与势函数对该博弈进行分析，进而讨论博弈中纯纳什均衡的存在性。为实现 MIMO 系统的最佳纳什均衡，我们提出了一种分散学习算法，即分散无人机信道容量学习。给出了该算法的细节，并分别分析了其收敛性、有效性与计算复杂度。此外，基于证明与理论分析我们给出了一些有见地的备注。大量仿真表明，所开发的学习算法可通过利用局部信息优化 3-D 无人机群部署来实现高 MIMO 信道容量。
引用
@article{arxiv.2105.00950,
title = {3-D Deployment of UAV Swarm for Massive MIMO Communications},
author = {Ning Gao and Xiao Li and Shi Jin and Michail Matthaiou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.00950},
year = {2021}
}