Over-the-air federated learning (OTA-FL) has emerged as an efficient mechanism that exploits the superposition property of the wireless medium and performs model aggregation for federated learning in the air. OTA-FL is naturally sensitive to wireless channel fading, which could significantly diminish its learning accuracy. To address this challenge, in this paper, we propose an OTA-FL algorithm called CHARLES (channel-quality-aware over-the-air local estimating and scaling). Our CHARLES algorithm performs channel state information (CSI) estimation and adaptive scaling to mitigate the impacts of wireless channel fading. We establish the theoretical convergence rate performance of CHARLES and analyze the impacts of CSI error on the convergence of CHARLES. We show that the adaptive channel inversion scaling scheme in CHARLES is robust under imperfect CSI scenarios. We also demonstrate through numerical results that CHARLES outperforms existing OTA-FL algorithms with heterogeneous data under imperfect CSI.


翻译:为了应对这一挑战,我们在本文件中提议了一个名为CHARLES的OTA-FL算法,称为CHARLES的“CHARLES”算法。我们的CHARLES算法利用无线介质的叠加特性进行频道国家信息估计和调整缩放,以减轻无线通道衰减的影响。我们建立了CHARLES的理论合并率性能,并分析了CHARLES错误对CARLES趋同的影响。我们表明,CHARLES的适应性转换缩放办法在不完善的CSI假想下是强有力的。我们还通过数字结果证明,CHARLES将现有的OTA-F算法与不完善的CSI下的多种数据相匹配。

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