Massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems are considered as one of the leading technologies employed in the next generations of wireless communication networks (5G), which promise to provide higher spectral efficiency, lower latency, and more reliability. Due to the massive number of devices served by the base stations (BS) equipped with large antenna arrays, massive-MIMO systems need to perform high-dimensional signal processing in a considerably short amount of time. The computational complexity of such data processing, while satisfying the energy and latency requirements, is beyond the capabilities of the conventional widely-used digital electronics-based computing, i.e., Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) and Application-Specific Integrated Circuits (ASICs). In this paper, the speed and lossless propagation of light is exploited to introduce a photonic computing approach that addresses the high computational complexity required by massive-MIMO systems. The proposed computing approach is based on photonic implementation of multiply and accumulate (MAC) operation achieved by broadcast-and-weight (B&W) architecture. The B&W protocol is limited to real and positive values to perform MAC operations. In this work, preprocessing steps are developed to enable the proposed photonic computing architecture to accept any arbitrary values as the input. This is a requirement for wireless communication systems that typically deal with complex values. Numerical analysis shows that the performance of the wireless communication system is not degraded by the proposed photonic computing architecture, while it provides significant improvements in time and energy efficiency for massive-MIMO systems as compared to the most powerful Graphics Processing Units (GPUs).


翻译:大规模多投入多输出(MIMO)系统被认为是下一代无线通信网络(5G)使用的主要技术之一,这些网络有望提供更高的光谱效率、较低的延缓度和更高的可靠性。由于基地台(BS)配备了大型天线阵列,大型IMO系统需要在相当短的时间内进行高维信号处理。这类数据处理的计算复杂性,虽然满足了能量和潜伏要求,但超出了传统广泛使用的数字电子计算机(即外地可配置门阵列(FPGAS)和应用程序特征综合电路(ASICs)的能力。在本文中,光速和无损传播被利用来引入光学计算方法,从而解决大型IMO系统所要求的高超高计算复杂性。提议的计算方法基于通过广播和重量(B&W)结构实现的增量和累积(MAC)操作的光学性能。B&W协议与最强的可配置的门控高功能阵列(FPGGA)和最精准集度综合电路路路路段(ASC)系统相比,这个拟议数学操作系统无法进行真正的和正面分析。这个系统可以使数字处理的系统能够进行真正的计算。这个系统能够进行真正的计算。这个系统进行真正的计算,这个系统进行真正的计算,而这个系统进行真正的计算,而这个系统作为正常的计算过程的计算分析。这个系统,这个系统是用来进行真正的和正确的计算过程的计算过程的计算过程。这个系统,这个系统,它作为一个正常的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程是用来进行一个正常操作,它进行一个正常操作过程。一个正常的计算过程,它作为一个正常的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程,它作为一个正常的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程, 。 。这个过程的计算过程,它作为一个正常化的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程,它作为一个正常的计算过程的计算过程,它是用来的计算过程的计算过程,用来的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程的计算过程

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CC在计算复杂性方面表现突出。它的学科处于数学与计算机理论科学的交叉点,具有清晰的数学轮廓和严格的数学格式。官网链接:https://link.springer.com/journal/37
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