This paper integrates non-orthogonal multiple access (NOMA) and over-the-air federated learning (AirFL) into a unified framework using one simultaneous transmitting and reflecting reconfigurable intelligent surface (STAR-RIS). The STAR-RIS plays an important role in adjusting the decoding order of hybrid users for efficient interference mitigation and omni-directional coverage extension. To capture the impact of non-ideal wireless channels on AirFL, a closed-form expression for the optimality gap (a.k.a. convergence upper bound) between the actual loss and the optimal loss is derived. This analysis reveals that the learning performance is significantly affected by the active and passive beamforming schemes as well as wireless noise. Furthermore, when the learning rate diminishes as the training proceeds, the optimality gap is explicitly shown to converge with linear rate. To accelerate convergence while satisfying quality-of-service requirements, a mixed-integer non-linear programming (MINLP) problem is formulated by jointly designing the transmit power at users and the configuration mode of STAR-RIS. Next, a trust region-based successive convex approximation method and a penalty-based semidefinite relaxation approach are proposed to handle the decoupled non-convex subproblems iteratively. An alternating optimization algorithm is then developed to find a suboptimal solution for the original MINLP problem. Extensive simulation results show that i) the proposed framework can efficiently support NOMA and AirFL users via concurrent uplink communications, ii) our algorithms achieve faster convergence rate on IID and non-IID settings compared to existing baselines, and iii) both the spectrum efficiency and learning performance is significantly improved with the aid of the well-tuned STAR-RIS.


翻译:本文将非垂直多存( NOMA) 和超空联合学习( AirFL) 整合成一个统一框架,同时同时传送并反映可重新配置智能表面( STAR- RIS) 。 STAR- RIS 在调整混合用户解码顺序以有效减少干扰和全向覆盖扩展方面发挥重要作用。 要捕捉非理想无线频道对AirFL的影响, 将实际损失和最佳损失之间的最佳化差距( a.k.a. 上下装) 封闭式表达式表达( a.k.a. cload- federal- federal) 。 此分析显示, 学习性能因主动和被动调整组合智能表面( STAR- Reformall) 计划以及无线的噪音而受到极大影响。 此外, 当学习率随着培训的不断下降时, 最佳化差距明显显示与线性增长。 满足服务质量要求的同时, 混合内置非线性编程( MINLPLP) 问题由联合设计用户的传输力和原智能通信模式的配置框架。 后, IMFID- dreal- dreal- dalalalalalal- IMAL IMAL 支持将显示后, IMAL IMAL- 的升级 升级 学习 的当前升级为SIMAL- 的升级后演算法 和后演算法将 和后演算法

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