Machine learning (ML) has attracted a great research interest for physical layer design problems, such as channel estimation, thanks to its low complexity and robustness. Channel estimation via ML requires model training on a dataset, which usually includes the received pilot signals as input and channel data as output. In previous works, model training is mostly done via centralized learning (CL), where the whole training dataset is collected from the users at the base station (BS). This approach introduces huge communication overhead for data collection. In this paper, to address this challenge, we propose a federated learning (FL) framework for channel estimation. We design a convolutional neural network (CNN) trained on the local datasets of the users without sending them to the BS. We develop FL-based channel estimation schemes for both conventional and RIS (intelligent reflecting surface) assisted massive MIMO (multiple-input multiple-output) systems, where a single CNN is trained for two different datasets for both scenarios. We evaluate the performance for noisy and quantized model transmission and show that the proposed approach provides approximately 16 times lower overhead than CL, while maintaining satisfactory performance close to CL. Furthermore, the proposed architecture exhibits lower estimation error than the state-of-the-art ML-based schemes.


翻译:机器学习(ML)吸引了对物理层设计问题的极大研究兴趣,例如频道估算,因为其复杂性和稳健性较低。通过ML的频道估算要求对数据集进行示范培训,其中通常包括作为输入的试点信号和作为输出的频道数据。在以往的工作中,示范培训大多通过集中学习进行,整个培训数据集是从基地站的用户收集的。这一方法为数据收集引入了巨大的通信间接费用。在本文件中,为了应对这一挑战,我们提议了一个用于频道估算的混合学习(FL)框架。我们设计了一个关于用户本地数据集的同步神经网络(CNN)培训,而没有将这些数据发送到BS。我们为常规和RIS(智能反映表面)系统制定了基于FL的频道估算计划,在该系统中,整个培训数据集都是从基础站的用户那里收集的。在两种情景下两个不同的数据集中都受过培训。我们评估了噪音和量化模式传输的性能,并表明拟议的方法提供了比CL低约16倍的地面数据,同时保持了低于CL的低空局。

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