通过可重构智能表面实现空中全连接层
信息论
2025-08-22 v2 信号处理
math.IT
摘要
通过利用多址信道的波形叠加特性，空中计算 (AirComp) 能够在无线域中通过模拟方式执行数字计算，从而实现更快的处理速度和更低的延迟。本文提出了一种利用物理可重构硬件实现由数字全连接 (FC) 层组成的神经网络 (NN) 的新方法。具体而言，我们研究了可重构智能表面 (RIS) 辅助的多输入多输出 (MIMO) 系统，以模拟用于空中推理的神经网络功能。在此设置中，RIS 和收发器被联合配置以操控周围的无线传播环境，从而有效地复现数字全连接层的可调权重。我们将这种新的计算范式称为 *AirFC*。我们通过联合优化空中参数，构建了一个在 RIS 创建的有效信道与目标全连接层之间的模仿误差最小化问题。为解决这一非凸优化问题，我们提出了一种极低复杂度的交替优化算法，并推导出所有优化变量的半闭式/闭式解。仿真结果表明，基于 RIS 辅助 MIMO 的 AirFC 能够实现具有竞争力的分类准确率。此外，结果还表明，多 RIS 配置的性能显著优于单 RIS 设置，尤其是在视距 (LoS) 主导的信道中。
引用
@article{arxiv.2505.01170,
title = {Realizing Fully-Connected Layers Over the Air via Reconfigurable Intelligent Surfaces},
author = {Meng Hua and Chenghong Bian and Haotian Wu and Deniz Gündüz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.01170},
year = {2025}
}