用于无蜂窝系统中动态环境的在线自适应实时波束成形设计

《IEEE Transactions on Wireless Communications》：Online Adaptive Real-Time Beamforming Design for Dynamic Environments in Cell-Free Systems

本文针对动态无线环境下的蜂窝无源系统，提出基于高泛化网络（HGNet）和在线自适应更新（OAU）算法的实时波束成形设计，有效提升总和效率并降低计算成本。

　　

摘要：

在本文中，我们研究了动态无线环境下的实时波束成形设计问题，这些环境具有变化的信道条件以及不同数量的接入点（APs）和用户。具体来说，我们为无蜂窝系统中的动态无线环境下的波束成形设计提出了一个总频谱效率（SE）最大化优化问题。为了解决这个问题，我们提出了一种高泛化能力的网络（HGNet），以适应APs和用户数量的变化。此外，HGNet中还设计了一个高泛化波束成形模块，用于提取变化信道的有效特征，并且我们从理论上证明了这种高泛化波束成形模块能够降低泛化误差的上限。随后，通过在线自适应更新HGNet大约3%的参数，我们提出了一种在线自适应更新（OAU）算法，以实现实时波束成形设计的在线自适应调整，从而提高总频谱效率。数值结果表明，所提出的HGNet结合OAU算法能够在毫秒级的计算时间内实现更高的总频谱效率。

引言

近年来，无蜂窝系统受到了广泛关注[2]、[3]。通过将所有接入点（APs）通过回程链路连接到中央处理单元（CPU），无蜂窝系统允许多个APs协作设计波束成形，从而服务于网络覆盖区域内的用户，从而消除了蜂窝系统中存在的许多干扰问题[4]、[5]。然而，波束成形设计是一个非凸优化问题，难以高效解决[6]、[7]。传统的优化算法（如加权最小均方误差（WMMSE）算法[8]）通常使用凸近似来获得波束成形设计的稳定解。不幸的是，这些算法大多需要多次迭代和矩阵求逆，这难以满足实时波束成形设计的需求。