Personalized Federated Learning With Mixture-of-Experts for Automatic Modulation Classification Under Data Heterogeneity

计算机科学 稳健性(进化) 联合学习 无线 机器学习 人工智能 分布式计算 渲染(计算机图形) 学习迁移 数据挖掘 瓶颈 传感器融合 分布式学习 数据建模 独立同分布随机变量 信息隐私 数据共享 认知无线电 无线网络 一般化 联营 数据聚合器 对称多处理机系统 数据安全 深度学习
作者
Jitong Ma,Jianing Li,Sen Zhao,Huidong Li,Jun Yan Dai,Jie Wang,Qiang Cheng
出处
期刊:IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12: 6478-6491 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tccn.2026.3668838
摘要

Automatic Modulation Classification (AMC) is a pivotal task for cognitive and intelligent communication systems. Existing AMC methods predominantly rely on centralized deep learning, necessitating the collection and centralized training of modulation signals from various terminals to recognize modulation types. However, in practical applications, there are still two main challenges: (i) signal data are often distributed across different devices and data privacy and security constraints often prohibit centralized data aggregation; (ii) Complex and heterogeneous wireless environments lead to Non-Independent and Identically Distributed (Non-IID) data and missing-class phenomena across terminals, rendering a unified global model ineffective for personalized recognition. To address these limitations, this paper proposes a heterogeneous personalized federated learning framework based on a Mixture-of-Experts (MoE) model, termed pFedMixMoE, for the AMC task. Specifically, the proposed framework employs a dynamic gating mechanism to adaptively determine the fusion ratio between a globally shared expert for generalization and client-specific local experts for personalization, thus effectively balancing global knowledge transfer and tailored local adaptation. Furthermore, we design a QKV-based frequency-domain aggregation strategy to improve robustness under heterogeneous environments. Extensive Experimental results demonstrate that pFedMixMoE enhances recognition accuracy by 17.43% and 28.32% compared to mainstream baseline methods under various data distribution and sample type scenarios. These results validate the superior effectiveness and robustness of pFedMixMoE and provide new ideas for constructing personalized models in wireless networks.
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