核心概念
空中計算を用いた高速なデータ集約のために、送信スカラー、除雑音係数、および受信ビームフォーミングベクトルの最適な設計方法を提案する。
摘要
本論文では、無線ネットワークにおける空中計算(AirComp)のための受信ビームフォーミングの最適な設計方法を提案している。
まず、送信スカラー、除雑音係数、および受信ビームフォーミングベクトルの最適化問題を定式化し、送信スカラーと除雑音係数の閉形式解を導出する。これにより、受信ビームフォーミングベクトルに関する非凸二次制約付き二次計画問題が得られる。
次に、この問題の計算複雑度を低減するために、SCAアルゴリズムとラグランジュ双対性を用いて、受信ビームフォーミングの最適な構造を導出する。この最適な構造を利用して、SDRとSCAに基づく2つの効率的なアルゴリズムを提案する。これらのアルゴリズムは、計算複雑度を大幅に削減しつつ、ベースラインアルゴリズムと同等のMSE性能を達成する。
シミュレーション結果により、提案手法の有効性が確認された。
統計資料
送信デバイスの最大送信電力は|wk|2 ≤ Pと制限される。
受信信号は y = Σk∈K hkwksk + nと表される。
推定関数は ĝ = 1/√η mHyと表される。
MSEは MSE = ∥m∥2σ2/η = ∥m∥2σ2/(P mink∈K ∥mHhk∥2)と表される。
引述
"SDRは一般的に用いられる数値アルゴリズムであり、この問題の大域的最適解を近似的に求めることができる。しかし、問題のサイズが大きくなるにつれ、SDRベースのアルゴリズムの計算複雑度が増大し、大幅な性能劣化を引き起こす。"
"SCAは元の問題を一連の凸近似問題に置き換えて解くアプローチである。SDRに比べ、SCAは計算量が少なく、性能も良好である。しかし、アンテナ数の多いAirCompシステムにSCAを適用すると、依然として高い計算負荷が必要となる。"