In this paper, a novel framework is proposed to perform data-driven air-to-ground (A2G) channel estimation for millimeter wave (mmWave) communications in an unmanned aerial vehicle (UAV) wireless network. First, an effective channel estimation approach is developed to collect mmWave channel information, allowing each UAV to train a stand-alone channel model via a conditional generative adversarial network (CGAN) along each beamforming direction. Next, in order to expand the application scenarios of the trained channel model into a broader spatial-temporal domain, a cooperative framework, based on a distributed CGAN architecture, is developed, allowing each UAV to collaboratively learn the mmWave channel distribution in a fully-distributed manner. To guarantee an efficient learning process, necessary and sufficient conditions for the optimal UAV network topology that maximizes the learning rate for cooperative channel modeling are derived, and the optimal CGAN learning solution per UAV is subsequently characterized, based on the distributed network structure. Simulation results show that the proposed distributed CGAN approach is robust to the local training error at each UAV. Meanwhile, a larger airborne network size requires more communication resources per UAV to guarantee an efficient learning rate. The results also show that, compared with a stand-alone CGAN without information sharing and two other distributed schemes, namely: A multi-discriminator CGAN and a federated CGAN method, the proposed distributed CGAN approach yields a higher modeling accuracy while learning the environment, and it achieves a larger average data rate in the online performance of UAV downlink mmWave communications.


翻译:本文提出一个新的框架,用于在无人驾驶飞行器(UAV)无线网络中进行以数据驱动的空对地(A2G)频道对毫米波(mmWave)通信进行数据驱动的空对地(A2G)频道估计。首先,开发一个有效的频道估计方法,收集毫米Wave频道信息,使每个UAV能够按照每个波束方向,通过一个有条件的基因对抗网络(CGAN),对独立频道模型进行培训。接着,为了将经过培训的频道模型的应用设想扩展至更广泛的空间时空域,正在开发一个基于分布式CGAN结构的更大合作框架,使每个UAVA以完全分散的方式合作学习毫米瓦子频道的分布。为了保证高效的学习过程,每个UAVA以必要和充分的条件,使最佳UGAN学习率,随后根据分布式网络结构确定最佳的CGAN学习解决方案。 模拟结果表明,拟议的分布式CGAN方法对于每个CAN结构的当地培训错误是稳健的。 更大范围的CAVAVA网络,同时显示一个更高效的通信速度,同时显示一个比AAAAVA的网络的频率,一个更高的数据比例,同时显示另一个的通信速度,另一个的通信速度,另一个的频率的通信系统需要一个比比比的通信法。

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