AMP-Inspired Deep Networks for Sparse Linear Inverse Problems

计算机科学 反问题 信号处理 数学优化 人工智能 算法 数学 电信 雷达 数学分析
作者
Mark Borgerding,Philip Schniter,Sundeep Rangan
出处
期刊:IEEE Transactions on Signal Processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:65 (16): 4293-4308 被引量:408
标识
DOI:10.1109/tsp.2017.2708040
摘要

Deep learning has gained great popularity due to its widespread success on many inference problems. We consider the application of deep learning to the sparse linear inverse problem, where one seeks to recover a sparse signal from a few noisy linear measurements. In this paper, we propose two novel neural-network architectures that decouple prediction errors across layers in the same way that the approximate message passing (AMP) algorithms decouple them across iterations: through Onsager correction. First, we propose a "learned AMP" network that significantly improves upon Gregor and LeCun's "learned ISTA." Second, inspired by the recently proposed "vector AMP" (VAMP) algorithm, we propose a "learned VAMP" network that offers increased robustness to deviations in the measurement matrix from i.i.d. Gaussian. In both cases, we jointly learn the linear transforms and scalar nonlinearities of the network. Interestingly, with i.i.d. signals, the linear transforms and scalar nonlinearities prescribed by the VAMP algorithm coincide with the values learned through back-propagation, leading to an intuitive interpretation of learned VAMP. Finally, we apply our methods to two problems from 5G wireless communications: compressive random access and massive-MIMO channel estimation.
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