面向大规模 MIMO 空中计算的全混合波束成形
信号处理
2020-06-09 v1
摘要
空中计算（AirComp）已被认为是物联网（IoT）网络中从大量无线设备快速聚合数据的有前景技术。然而，当设备数量变大时，由于信噪比（SNR）的消失，AirComp 的计算精度会严重下降。为解决该问题，我们利用具有混合波束成形的大规模多输入多输出（MIMO），以经济高效的方式提升 AirComp 的计算精度。特别地，我们考虑如下场景：大量多天线设备同时向配备大规模天线的接入点（AP）发送数据，以进行空中函数计算。在此设置下，我们联合优化无线设备处的发射数字波束成形与 AP 处的接收混合波束成形，目标是在无线设备个体发射功率约束下最小化计算均方误差（MSE）。为求解非凸混合波束成形设计优化问题，我们提出一种基于交替优化的方法。特别地，我们利用逐次凸近似（SCA）与块坐标下降（BCD）技术，分别提出两种计算高效的算法来处理具有挑战性的接收模拟波束成形问题。结果表明，对于 AP 处配备全数字接收机的特殊情况，大规模 MIMO AirComp 系统所实现的 MSE 与接收天线数成反比。此外，数值结果显示，相较于其他基准方案，所提混合波束成形设计显著提升了计算 MSE 性能，而基于 SCA 的算法性能接近于全数字波束成形所得性能上界。
引用
@article{arxiv.2006.04560,
title = {Hybrid Beamforming for Massive MIMO Over-the-Air Computation},
author = {Xiongfei Zhai and Xihan Chen and Jie Xu and Derrick Wing Kwan Ng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.04560},
year = {2020}
}