[发明专利]一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合系统及方法

权利要求书

1.一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合系统，该系统适用于联邦学习，包括发射端和接收端，其特征在于：

所述发射端包括下行信道估计与同步模块、本地训练模块、量化模块、码本调制模块和预均衡模块；其中，

下行信道估计与同步模块，用于根据中心节点到多用户的下行广播信号进行下行信道估计与时间同步；所述中心节点即为接收端；

本地训练模块，用于每个用户根据本地的数据进行神经网络训练，得到多用户各自的本地梯度；

量化模块，用于根据量化码本将每个用户的本地梯度量化，得到量化码字及量化码字在量化码本中的量化索引；

码本调制模块，用于根据调制码本对量化模块输出的量化码字进行码本调制，得到每个量化码字对应的调制码字；

所述多用户的调制码字在相同的时频资源上传输，且所有用户采用相同的量化码本和调制码本，调制码本中的调制码字与量化码本中的量化码字一一对应；

预均衡模块，用于每个用户根据下行信道估计值对调制码字进行发送前的预均衡，得到发送信号；

所述接收端进行多用户的发送信号检测，得到每个调制码字被发送的次数和每个量化码字出现的次数，然后进行梯度聚合和求平均，最终得到全局梯度，完成模型更新。

2.如权利要求1所述的一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合系统，其特征在于，所述量化模块的量化方式为标量量化或矢量量化，当采用标量量化时，本地梯度向量的维度不变，当采用矢量量化时，本地梯度向量的维度得到压缩。

3.如权利要求1所述的一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合系统，其特征在于，所述调制码字在预先分配的时频资源上传输，所有用户分配相同的时频资源，每个调制码字是包含多个标量元素的向量，由于不同子载波对应的信道是不同的，调制码字中的每个元素根据该元素所在子载波对应的信道进行预均衡。

4.如权利要求1所述的一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合系统，其特征在于，所述系统在时分双工的情况下，上下行信道具有互易性，因此根据下行信道估计值对上行传输进行预均衡。

5.如权利要求1所述的一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合系统，其特征在于，所述接收端包括信号检测模块、梯度聚合模块、求平均模块和模型更新模块；

信号检测模块，用于根据接收信号和调制码本进行多用户的发送信号检测，得到调制码本中的每个调制码字被发送的次数；

梯度聚合模块，由于调制码字与量化码字一一对应，此模块用于根据信号检测模块的输出，得到量化码本中的每个量化码字出现的次数，然后将每个量化码字与该量化码字出现的次数相乘，得到倍增后的量化码字，然后将所有倍增后的量化码字进行求和；

求平均模块，用于计算参与联邦学习的用户个数，进而将梯度聚合模块输出的求和结果除以用户个数，得到全局梯度；用户个数等于信号检测模块得到的所有调制码字的发送次数的求和；

模型更新模块，用于根据求平均模块输出的全局梯度更新神经网络的参数。

6.一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合方法，其特征在于，包括发射端信号处理过程、上行传输过程和接收端信号处理过程；

所述发射端信号处理过程，包括每个用户接收到下行广播信号，开始进行下行信道估计与同步，然后开始本地训练，然后对本地训练得到的本地梯度进行量化得到量化码字和量化索引，然后根据量化索引进行码本调制，得到调制码字，且调制码本中的调制码字与量化码本中的量化码字一一对应，然后对调制码字进行预均衡，得到发送信号；

所述上行传输过程，包括多用户同时同频上行传输各自的发送信号，多用户的发送信号经过信道到达中心节点，所述中心节点即为接收端；

所述接收端信号处理过程，包括中心节点根据接收信号和调制码本进行信号检测，得到调制码本中每个调制码字被发送的次数和量化码本中每个量化码字出现的次数，然后将每个量化码字与该量化码字出现的次数相乘，得到倍增后的量化码字，然后将所有倍增后的量化码字进行求和，完成梯度聚合，然后对求和结果进行求平均，得到全局梯度，最终利用全局梯度进行模型更新。

7.如权利要求6所述的一种单次握手的并发通信网络中的消息聚合方法，其特征在于，所述方法只需要一次上行传输就能完成多用户的梯度聚合，多用户与中心节点只需要单次握手。