陈力　卫国

摘要：空中计算提供了一种通信和计算一体化的架构，在不需要恢复出每个节点个体数据的前提下，通过所有节点的并发传输，利用无线信道的叠加特性，实现目标函数在空口信道中的直接运算。空中计算可以在通信容量受限的计算场景下，减少由于先传输再计算而造成的巨大传输时延。介绍无线网络中空中计算技术的基本原理，同时针对实现计算过程的关键技术展开讨论。

关键词：计算;多址接入;无线信道;未来网络

Abstract： Over-the-air computation provides a novel communication and computation integrated architecture. Without recovering individual nodes data， it utilizes the summation property of wireless channel to compute the target function directly with all nodes concurrent transmission. Thus， over-the-air computation can reduce the transmission delay in communication-constrained computation scenario. This paper introduces the principle of over-the-air computation， and discusses the key technologies of its implementation.

Key words： computation; multiple access; wireless channel; future networks

1 空中计算的研究背景

支持海量节点的接入，是以5G为代表的未来无线网络的主要愿景之一，而接入节点的数量将继续呈现爆炸式的增长。以物联网（IoT）为例，其各种应用场景的实现都将依赖于海量的传感节点部署。在5G移动通信网络中，IoT节点的接入数目将达到亿级，其部署密度将达到每平方千米百万个[1-3]。根据2016年思科的预测，在2021年，全球每月的移动数据流量预计将增至49 EB，比2016年增长7倍，复合年增长率为47%。海量节点的接入需求无疑对传统无线通信中的多址接入方法提出了巨大挑战。

与此同时，未来无线网络将由数据为中心向计算为中心转变。以人工智能为代表的信息处理技术的高速发展，将提供无所不在的计算及智能服务。通过这些计算和服务，可以实现对海量数据的分析及处理，例如图片识别与分类、智能机器人等泛在的人工智能服务。这意味着我们将来可能更加关注基于数据的计算结果而不是个体数据本身。……