Over-the-air computation (AirComp) is a known technique in which wireless devices transmit values by analog amplitude modulation so that a function of these values is computed over the communication channel at a common receiver. The physical reason is the superposition properties of the electromagnetic waves, which naturally return sums of analog values. Consequently, the applications of AirComp are almost entirely restricted to analog communication systems. However, the use of digital communications for over-the-air computations would have several benefits, such as error correction, synchronization, acquisition of channel state information, and easier adoption by current digital communication systems. Nevertheless, a common belief is that digital modulations are generally unfeasible for computation tasks because the overlapping of digitally modulated signals returns signals that seem to be meaningless for these tasks. This paper breaks through such a belief and proposes a fundamentally new computing method, named ChannelComp, for performing over-the-air computations by any digital modulation. In particular, we propose digital modulation formats that allow us to compute a wider class of functions than AirComp can compute, and we propose a feasibility optimization problem that ascertains the optimal digital modulation for computing functions over-the-air. The simulation results verify the superior performance of ChannelComp in comparison to AirComp, particularly for the product functions, with around 10 dB improvement of the computation error.


翻译:超空计算(AirComp)是一种已知技术,无线设备通过模拟振幅调控传输值,从而在共用接收器的通信频道上计算这些值的函数。物理原因是电磁波的叠加性能,自然返回模拟值的数值。因此,AirComp的应用几乎完全限于模拟通信系统。然而,使用数字通信进行超空计算将有若干好处,例如错误校正、同步、获取频道状态信息,以及当前数字通信系统更容易采用等。然而,一个共同的信念是,数字调控功能通常无法用于计算任务,因为数字调控信号返回信号的重叠似乎对这些任务没有意义。本文打破了这种信念,并提出了一种全新的计算方法,称为ChannelComp,用于通过任何数字调控进行超空计算。特别是,我们提议数字调制格式,使我们能够对比Aircomp可以进行更广泛的功能的类别进行调控。我们提出一个可行性优化优化的计算问题,用以校验对10号的升级产品计算结果。</s>

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