Accurate downlink channel information is crucial to the beamforming design, but it is difficult to obtain in practice. This paper investigates a deep learning-based optimization approach of the downlink beamforming to maximize the system sum rate, when only the uplink channel information is available. Our main contribution is to propose a model-driven learning technique that exploits the structure of the optimal downlink beamforming to design an effective hybrid learning strategy with the aim to maximize the sum rate performance. This is achieved by jointly considering the learning performance of the downlink channel, the power and the sum rate in the training stage. The proposed approach applies to generic cases in which the uplink channel information is available, but its relation to the downlink channel is unknown and does not require an explicit downlink channel estimation. We further extend the developed technique to massive multiple-input multiple-output scenarios and achieve a distributed learning strategy for multicell systems without an inter-cell signalling overhead. Simulation results verify that our proposed method provides the performance close to the state of the art numerical algorithms with perfect downlink channel information and significantly outperforms existing data-driven methods in terms of the sum rate.


翻译:精确的下行链接频道信息对于波束成型设计至关重要,但在实践中很难获得。本文件调查了下行链接光束的深度学习优化方法,以便在只有上行链接频道信息的情况下,最大限度地实现系统和速率。我们的主要贡献是提出模型驱动学习技术,利用最佳下行链接光束结构来设计有效的混合学习战略,目的是最大限度地提高总和率性能。这是通过共同考虑下行链路频道的学习性能、动力和培训阶段的总和率来实现的。拟议方法适用于具有上行链路信息但与下行链路频道的关系不明的通用情况,不需要明确的下行链路频道估计。我们进一步将开发技术推广到大规模多输入多输出投影情景,并在没有细胞间信号管理的情况下为多细胞系统实现分布式学习战略。模拟结果证实,我们拟议的方法提供了与具有完美下行链路频道信息并大大超出现有数据驱动方法的精确数字算法状态。

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