While iterative matrix inversion methods excel in computational efficiency, memory optimization, and support for parallel and distributed computing when managing large matrices, their limitations are also evident in multiple-input multiple-output (MIMO) fading channels. These methods encounter challenges related to slow convergence and diminished accuracy, especially in ill-conditioned scenarios, hindering their application in future MIMO networks such as extra-large aperture array. To address these challenges, this paper proposes a novel matrix regularization method termed symmetric rank-$1$ regularization (SR-$1$R). The proposed method functions by augmenting the channel matrix with a symmetric rank-$1$ matrix, with the primary goal of minimizing the condition number of the resultant regularized matrix. This significantly improves the matrix condition, enabling fast and accurate iterative inversion of the regularized matrix. Then, the inverse of the original channel matrix is obtained by applying the Sherman-Morrison transform on the outcome of iterative inversions. Our eigenvalue analysis unveils the best channel condition that can be achieved by an optimized SR-$1$R matrix. Moreover, a power iteration-assisted (PIA) approach is proposed to find the optimum SR-$1$R matrix without need of eigenvalue decomposition. The proposed approach exhibits logarithmic algorithm-depth in parallel computing for MIMO precoding. Finally, computer simulations demonstrate that SR-$1$R has the potential to reduce the required iteration by up to $35\%$ while achieving the performance of regularized zero-forcing.


翻译:尽管迭代矩阵求逆方法在处理大规模矩阵时在计算效率、内存优化以及支持并行与分布式计算方面表现优异,但其在多输入多输出(MIMO)衰落信道中的局限性也显而易见。这些方法面临收敛速度慢和精度下降的挑战,尤其在病态场景下,阻碍了其在未来MIMO网络(如超大规模孔径阵列)中的应用。为应对这些挑战,本文提出一种新颖的矩阵正则化方法,称为对称秩-1正则化(SR-$1$R)。该方法通过向信道矩阵添加一个对称秩-1矩阵来增强其性质,主要目标是使所得正则化矩阵的条件数最小化。这显著改善了矩阵条件,使得正则化矩阵能够实现快速且精确的迭代求逆。随后,通过对迭代求逆结果应用Sherman-Morrison变换,即可获得原始信道矩阵的逆矩阵。我们的特征值分析揭示了通过优化SR-$1$R矩阵所能达到的最佳信道条件。此外,本文提出了一种幂迭代辅助(PIA)方法,无需特征值分解即可找到最优SR-$1$R矩阵。所提方法在MIMO预编码的并行计算中展现出对数级算法深度。最后,计算机仿真表明,SR-$1$R在达到正则化迫零性能的同时,有望将所需迭代次数减少高达$35\%$。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2024年5月28日
Arxiv
15+阅读 · 2022年10月27日
VIP会员
最新内容
人工智能在战场行动中的演进及伊朗案例
专知会员服务
4+阅读 · 4月18日
美AI公司Anthropic推出网络安全模型“Mythos”
专知会员服务
2+阅读 · 4月18日
【博士论文】面向城市环境的可解释计算机视觉
大语言模型的自改进机制:技术综述与未来展望
《第四代军事特种作战部队选拔与评估》
专知会员服务
1+阅读 · 4月18日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员