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[提交于 2025年11月5日
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标题: 神经波束成形与多普勒感知稀疏注意力用于高移动性环境
标题: Neural Beamforming with Doppler-Aware Sparse Attention for High Mobility Environments
摘要: 波束成形在多天线无线系统中对提高频谱效率和减轻干扰具有重要意义,促进了密集和高移动性场景下的空间复用和多样性。 传统的波束成形技术,如零强迫波束成形(ZFBF)和最小均方误差(MMSE)波束成形,在恶劣信道条件下会经历性能退化。 基于深度学习的波束成形通过从信道状态信息(CSI)到波束成形权重的非线性映射提供了一种替代方案,提高了对动态信道环境的鲁棒性。 基于Transformer的模型特别有效,因为它们能够建模时间与频率之间的长距离依赖关系。 然而,其二次注意力复杂度限制了在大型OFDM网格中的可扩展性。 最近的研究通过稀疏注意力机制解决了这个问题,从而降低了复杂度同时保持了表达能力,但通常采用的模式忽略了信道动态性,因为它们并非专门为无线通信场景设计。 在本工作中,我们提出了一种多用户单输入多输出(MU-SIMO)设置下的多普勒感知稀疏神经网络波束成形(Doppler-aware Sparse NNBF)模型。 所提出的稀疏结构可以根据信道动态性沿二维时频轴进行配置,并且理论上证明可以确保在p跳内保持完全连通性,其中p是注意力头的数量。 在城市宏小区(UMa)信道条件下的仿真结果表明,多普勒感知稀疏NNBF在高移动性场景中显著优于固定模式基线,即标准稀疏NNBF,以及传统的ZFBF和MMSE波束成形技术,同时保持结构化的稀疏性,并控制每个查询的注意键数量。
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