We consider a network of agents that locate themselves in an environment through sensor measurements and aim to transmit a message signal to a base station via collaborative beamforming. The agents' sensor measurements result in localization errors, which degrade the quality of service at the base station due to unknown phase offsets that arise in the agents' communication channels. Assuming that each agent's localization error follows a Gaussian distribution, we study the problem of forming a reliable communication link between the agents and the base station despite the localization errors. In particular, we formulate a discrete optimization problem to choose only a subset of agents to transmit the message signal so that the variance of the signal-to-noise ratio (SNR) received by the base station is minimized while the expected SNR exceeds a desired threshold. When the variances of the localization errors are below a certain threshold characterized in terms of the carrier frequency, we show that greedy algorithms can be used to globally minimize the variance of the received SNR. On the other hand, when some agents have localization errors with large variances, we show that the variance of the received SNR can be locally minimized by exploiting the supermodularity of the mean and variance of the received SNR. In numerical simulations, we demonstrate that the proposed algorithms have the potential to synthesize beamformers orders of magnitude faster than convex optimization-based approaches while achieving comparable performances using less number of agents.


翻译:我们考虑的是,一个代理人网络,它通过传感器测量将自己定位在环境中,目的是通过协作波束成形将信息信号传送给基地站。这些代理人的传感器测量导致本地化错误,使基地站服务的质量因代理通信渠道出现未知的相位抵消而降低。假设每个代理人的本地化错误是在高斯分布之后发生的,我们研究在代理人和基地站之间形成可靠的通信联系的问题,尽管存在本地化错误。特别是,我们提出一个离散优化问题,只选择一组代理人发送信息信号,以便尽可能缩小基地站收到的信号对噪音比率(SNR)的差异,同时预期SNR超过预期的阈值。当每个代理人的本地化错误差低于承运人频率所特有的某一阈值时,我们表明,可以使用贪婪的算法在全球范围内最大限度地减少所收到SNR的本地化错误,而有些代理人的本地化差差则通过利用可比较的超模化的SMAL方法来缩小当地接收的SNR,同时,我们提出的SlR的超模化性能性能展示我们所接受到的SMAL的比级数,我们所收到SL的Slorgal的数值比的比的更快性能。

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