Beam Selection for MmWave Massive MIMO Systems Under Hybrid Transceiver Architecture
混合模拟/数字预编码技术是一种在毫米波频段大规模多输入多输出（MIMO）系统中降低硬件成本的有效技术。在这封信中，我们提出了一个联合波束选择方案的模拟域预编码下的离散透镜阵列。通过考虑用户间的信道相关性，该方案能够避免用户间的干扰，最大化系统的和速率。此外，生物启发的蚁群优化算法，提出了一个接近最优的解决方案，大大降低了计算复杂性。最后通过仿真验证了该方案在提高系统和速率方面的优势。
2018-04-19 cs.IT math.IT
Machine-Learning-based High-resolution DOA Measurement and Robust DM for Hybrid Analog-Digital Massive MIMO Transceiver
在混合模数（HAD）收发机中，提出了一种改进的HAD旋转不变性技术（I-HAD-ESPRIT）来测量期望用户的波达方向（DOA），解决了HAD结构引起的相位模糊问题。在此基础上，提出了一种机器学习（ML）框架来提高DOA测量的精度。在训练阶段，HAD收发机作为接收机工作，并通过I-HAD-ESPRIT重复测量DOA的值，以形成稍微大的DOA的训练数据集（TDS）。从TDS中，我们发现DOA测量误差（DOAME）的概率密度函数（PDF）近似为高斯分布的直方图方法在ML。该TDS用于学习DOA的平均值和DOAME的方差，用于推断它们的值，并在实时阶段提高它们的精度。HAD收发器快速测量DOA的实时值，形成一个相对较小的实时集（RTS），用于学习DOA/ DOAME的实时均值和方差。然后，提出了三个权重组合器来组合TDS和RTS的最大似然学习输出。它们的权重因子与TDS和RTS中的元素数量以及两个阶段的信噪比密切相关。利用DOA/DOAME的均值和方差，直接给出了它们的概率密度函数，并充分利用DOA/DOAME的概率密度函数，提出了一种适用于具有HAD的定向调制（DM）发射机的鲁棒波束形成器，特别是一种适用于RF链路的鲁棒模拟波束形成器。仿真结果表明：1）所提出的I-HAD-ESPRIT可以实现HAD CRLB; 2）所提出的ML框架比相应的无训练阶段的实时框架性能更好; 3）所提出的鲁…
2018-12-02 cs.IT math.IT
Full Duplex Hybrid A/D Beamforming with Reduced Complexity Multi-Tap Analog Cancellation
虽然全双工多输入多输出（MIMO）设计中的模拟自干扰消除器的硬件复杂度不一定随收发器天线的数量而缩放，但是在具有数百个天线元件的大规模MIMO系统中利用模拟消除的益处仍然是相当不切实际的。混合模拟和数字（A/D）波束成形架构最近被认为是用于实现具有非常大数量的天线元件但具有少得多数量的射频（RF）链的大规模MIMO收发器的候选技术。在本文中，我们提出了一种新的架构，全双工混合A/D波束成形收发器，包括多抽头模拟消除与减少的抽头和简单的多路复用器之间的收发器RF链的有效信号路由的数量。利用建议的收发器架构，我们提出了一个联合设计的模拟消除和A/D波束成形的目标，以最大限度地提高可实现的全双工速率性能。代表性的毫米波仿真结果证明了所提出的架构和算法框架的有效性，用于实现具有降低的复杂度的模拟自干扰消除的同时上行链路和下行链路通信。
2020-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Analog and Digital Transceiver Design for Wideband Full Duplex MIMO Systems
在本文中，我们提出了一种宽带全双工（FD）多输入多输出（MIMO）通信系统，包括一个FD MIMO节点同时与两个多天线上行链路（UL）和下行链路（DL）节点利用相同的时间和频率资源进行通信。为了抑制FD MIMO系统中由于同时发送和接收而产生的强自干扰（SI）信号，提出了一种基于基带正交频分复用（OFDM）信号建模的模拟和数字（A/D）相消以及发送和接收波束形成的联合设计。考虑到实际的发射机损伤，我们提出了一种多抽头宽带模拟消除器的架构，其抽头的数量不与收发器天线和多径SI组件的数量成比例。我们还提出了一种新的自适应数字抵消截断奇异值分解的基础上，减少残留SI信号估计参数。为了最大化FD和速率，提出了一种用于A/D抵消和数字波束形成的联合优化框架。最后，我们广泛的波形仿真结果表明，所提出的宽带FD MIMO设计具有更高的SI消除能力，降低了复杂度相比，现有的消除技术，从而提高可实现的速率性能。
2021-12-16 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex Transceiver System Calculations: Analysis of ADC and Linearity Challenges
尽管最近对无线单信道全双工通信进行了深入的研究，但对全双工设备的收发器链非理想性知之甚少。本文分析了发射机功率放大器（PA）和接收机链路中发生的非线性失真的影响以及模数转换器（ADC）的动态范围要求。这是通过详细的系统计算来完成的，该计算结合了各个电子元件的特性，以联合建模完整的收发器链，包括自干扰消除。它们还量化了由模数接口处的自干扰引起的感兴趣信号的动态范围的减小。使用这些系统计算，我们提供了全面的数值结果，典型的收发器参数。分析结果也证实了全波形仿真。我们观察到，由发射机PA产生的非线性失真是全双工收发器中的一个重要问题，并且当使用更便宜和更少的线性元件时，接收机链的非线性也变得相当大。还表明，对于数字密集型自干扰消除，ADC的量化噪声是另一个重要问题。
2014-08-04 cs.ET cs.IT math.IT
On Performance of Quantized Transceiver in Multiuser Massive MIMO Downlinks
低分辨率数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）被认为是在多用户大规模多输入多输出（MIMO）中降低成本和功耗的方法。使用Bussgang定理，我们推导出DAC和ADC分辨率的渐近下行链路可达速率，即，在假设大天线数量$N$和固定用户负载比$β$的情况下，计算$b_{DA}$和$b_{AD}$。我们描述了由有限位分辨率转换器引起的速率损失，并揭示了在低信噪比（SNR）下，即使在两侧都有低分辨率转换器，量化失真也是可消除的。而为了在高信噪比下保持相同的速率损失，发现当$β$增加四倍时调度更多的用户时，需要多一比特的DAC分辨率。更具体地，对于一比特率丢失要求，给定$b_{AD}$，$b_{DA}$可以由$\left\lceil b_{AD}+\frac{1}{2}\logβ\right\rceil$设置。通过数值验证也得到了ADC的类似观察结果。
2017-06-21 cs.IT math.IT
Unlocking High-Fidelity Analog Joint Source-Channel Coding on Standard Digital Transceivers
Pengcheng Laboratory（鹏城实验室）；Macau University of Science and Technology（澳门科技大学）
D2AJSCC通过利用正交频分复用的子载波结构，实现高保真模拟联合源信道编码在标准数字收发机上的部署，解决了硬件-软件不匹配问题。
2026-03-10 cs.IR cs.IT math.IT
MIMO-Aided Nonlinear Hybrid Transceiver Design for Multiuser mmWave Systems Relying on Tomlinson-Harashima Precoding
为毫米波（mmWave）系统设计的混合模数（A/D）收发器受到了大量的研究关注，因为与全数字对应物相比，其成本更低，能耗更低。我们进一步提高他们的性能，通过构思一个汤姆林森-Harashima预编码（THP）的多用户多输入多输出（MIMO）毫米波系统的下行链路的非线性联合设计。我们的优化标准是，最小化的均方误差（MSE）的信道不确定性下的系统受到现实的发射功率约束和单位模约束施加在控制的模拟波束成形（BF）矩阵的元素BF操作在射频域。我们将这个优化问题转化为一个更易于处理的形式，并开发了一个有效的基于块坐标下降（BCD）的算法来解决它。然后，一个新的双时标非线性联合混合收发器的设计算法，它可以被看作是一个扩展的BCD为基础的联合设计算法，以减少信道状态信息（CSI）信令开销和过时的CSI的影响。此外，我们确定了近最佳的消除阶THP结构的基础上的MSE的下限。所提出的算法可以保证收敛到原问题的Karush-Kuhn-Tucker（KKT）解。仿真结果表明，我们提出的非线性联合混合收发器的设计算法显着优于现有的线性混合收发器的算法和方法的性能的全数字收发器，尽管其成本和功耗较低。
2020-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
QoS-Based Linear Transceiver Optimization for Full-Duplex Multi-User Communications
在本文中，我们考虑了一个全双工（FD）基站（BS）服务于一组半双工（HD）移动用户的多用户无线系统，为了解决带内自干扰（SI）和同信道干扰，我们建立了一个基于服务质量（QoS）的线性收发器设计问题。该问题联合优化BS的下行链路（DL）和上行链路（UL）波束成形向量以及UL用户的传输功率，以便使用最小UL和DL传输和功率为DL和UL用户提供有保证的信号干扰噪声比性能。所考虑的系统模型不仅考虑了由非理想RF电路引起的噪声，这不仅可以实现模拟/数字SI消除，而且还限制了模数转换器（ADC）的输入处的最大信号功率，以避免由于有限的ADC精度而导致的信号失真。公式化的设计问题不是凸的，一般来说很难解决。首先证明了在SI信道估计误差独立同分布的特殊情况下，基于QoS的线性收发器设计问题可以用多项式时间二分法全局求解;在一般情况下，提出了一种基于交替优化（AO）的次优算法.为了降低AO算法的复杂度，将经典的HD系统中的上下行对偶性推广到FD系统中，提出了一种不动点算法，并通过仿真验证了所提算法的性能，并与HD系统进行了比较.
2016-12-15 cs.IT math.IT
Modeling and Efficient Cancellation of Nonlinear Self-Interference in MIMO Full-Duplex Transceivers
本文讨论了带内全双工（FD）收发器中多个发射和接收天线的自干扰的建模和数字消除。自干扰建模和所提出的非线性时空数字消除器结构通过设计考虑了I/Q调制器不平衡和具有记忆的功率放大器（PA）非线性的影响，以及多径自干扰传播信道和模拟RF消除级。所提出的解决方案是文献中的第一个消除技术，可以处理这样的自干扰情况。通过使用真实的RF元件参数和两种不同的PA模型进行全面的仿真，可以明显优于当前最先进的数字自干扰消除器，并明显扩展了可用的发射功率范围。
2014-10-10 cs.IT math.IT
A General Framework for Transmission with Transceiver Distortion and Some Applications
提出了一个通用的理论框架来分析无记忆收发器失真的高斯信道上的信息传输，其中包括各种非线性失真模型，包括发送侧限幅，接收侧模数转换，和其他。该框架是基于所谓的广义互信息（GMI），和分析，特别是受益于高斯码本合奏和最近邻解码的设置，它是建立的GMI采取一般形式类似于未失真的高斯信道的信道容量，具有降低的“有效”的信号-噪声比（SNR），取决于标称SNR和失真模型。当应用到特定的失真模型，一系列的工程相关的结果。对于只有发射端失真的信道，它示出了一个传统的方法，它把失真的信号作为原始信号部分和不相关的失真部分的总和，实现了GMI。对于具有输出量化的信道，获得了有效信噪比和GMI的封闭形式的表达式，并制定和解决量化器设计的相关优化问题。最后，超奈奎斯特采样的一般框架内进行了分析，它表明，超过奈奎斯特速率的采样增加了GMI的所有SNR。例如，在二进制对称输出量化的情况下，通过以四倍于奈奎斯特速率的速率对输出进行采样，可以实现每个信道使用超过一位的信息速率。
2011-04-12 cs.IT math.IT
Majorization-Minimization Aided Hybrid Transceivers for MIMO Interference Channels
针对MIMO干扰信道的混合收发机设计需求，提出多种基于MM的WMMSE、BD-ZF、SLNR混合收发机方案及两阶段低复杂度设计，适用于全连接与部分连接结构，性能优于现有基准。
2019-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
Reference Receiver Based Digital Self-Interference Cancellation in MIMO Full-Duplex Transceivers
在本文中，我们提出并分析了一种新的带内MIMO全双工收发器的自干扰消除结构。所提出的结构利用参考接收机链来获得用于数字自干扰消除的参考信号，这意味着所有发射机引起的非理想性将被包括在数字消除信号中。据我们所知，在全双工收发器的上下文中，以前没有讨论过这种类型的结构。首先，我们将分析所提出的取消方案的整体可实现的性能，同时也提供一些可能的瓶颈。我们还提供了一个详细的制定实际的消除过程中，并进行分析到自干扰耦合信道估计的接收信号的影响。所提出的基于参考接收机的数字消除过程的实现的性能，然后评估和验证与全波形仿真。分析和波形仿真结果表明，在实际发射机RF/模拟损伤水平下，所提出的基于参考接收机的消除架构可以提供比任何现有解决方案更好的自干扰抑制，尽管仅部署低复杂度的线性数字处理。
2014-10-10 cs.IT math.IT
Wireless Communications with Programmable Metasurface: New Paradigms, Opportunities, and Challenges on Transceiver Design
诸如超大规模多输入多输出（UM-MIMO）、太赫兹（THz）通信的许多新兴技术作为在未来第六代（6 G）移动通信系统中支持极高接入速率和优异网络容量的有前景的技术正在积极讨论中。然而，这些技术在实际应用中仍面临许多挑战。特别地，UM-MIMO和THz通信需要极大量的射频（RF）链，并且因此遭受过高的硬件成本和复杂性。在这篇文章中，我们介绍了一个新的范例来解决上述问题，即无线通信启用可编程元表面，通过利用强大的能力操纵电磁波的元表面。我们将首先介绍可编程元表面的基本概念，其次是在未来的无线通信系统的可编程元表面启用有前途的范式转变。特别是，我们提出了两种应用可编程元表面在无线收发器的前瞻性范例：即RF链自由发射机和空间下变频接收机，这两者都有很大的潜力，以简化架构，降低未来无线收发器的硬件成本。此外，我们提出的设计架构，初步的实验结果和这些新的范例的主要优势，并讨论其潜在的机遇和挑战，超大规模的6 G通信与低硬件复杂性，低成本，高能效。
2019-07-03 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Transmit and Receive Filter Optimization for Sub-Nyquist Delay-Doppler Estimation
在这篇文章中，提出了一个框架的模拟发射和接收滤波器的参数估计问题的联合优化。在接收机处，传统的信号处理系统将模拟前置滤波器$B$的双侧带宽限制为模数转换器$f_s$的速率，以符合公知的奈奎斯特-香农采样定理。相比之下，这里我们考虑一个收发器，通过设计违反了常见的范例$B\leq f_s$。为此，在接收机，我们允许一个更高的预滤波器带宽$B>f_s$和研究可实现的参数估计精度下固定的采样率时，发射和接收滤波器联合优化相对于贝叶斯克拉美罗下限。对于时延多普勒估计的情况下，我们建议近似所需的Fisher信息矩阵，并解决收发器的设计问题的交替优化算法。所提出的方法使我们能够探索帕累托最优区域跨越的发射和接收滤波器，这是有利的加权均方误差标准下。我们还讨论了计算复杂性所获得的收发器设计，通过可视化所得到的模糊函数。最后，我们验证了性能的优化设计的Monte-Carlo模拟的似然估计。
2018-02-08 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Transceiver Design for Hybrid Sub-Array Architecture MIMO Systems
在30和300 GHz之间的频带中操作的毫米波（mmWave）通信由于经由来自多元件天线阵列的波束成形和空间复用提供数量级更大带宽与进一步增益组合的潜在能力而吸引了广泛的关注。毫米波系统可以利用混合的模拟和数字预编码，以较低的实现成本同时实现分集、阵列和复用增益。受此启发，在本文中，我们研究了混合预编码器和组合器的设计与子连接架构，其中每个射频链连接到基站（BS）天线的一个子集，从能源效率的角度传输。该问题是一个非凸的NP-难问题，很难直接求解。为了解决这个问题，我们设计了一个两层优化方法来解决这个问题，通过联合利用干扰对齐和分式规划。首先，模拟预编码器和组合器通过交替方向优化方法（ADOM）进行优化，其中移相器可以很容易地调整与解析结构。然后，我们优化的数字预编码器和合并器的基础上，一个有效的多输入多输出（MIMO）信道系数。利用单调边界定理和分式规划理论证明了算法的收敛性。大量的仿真结果验证了所提出的方法的有效性，并评估各种系统配置下的能源效率性能。
2017-01-06 cs.IT math.IT
A Modulo-Based Architecture for Analog-to-Digital Conversion
捕获和处理模拟信号的系统必须首先通过模数转换器获取这些信号。虽然随后的数字处理可以消除采集数据中存在的统计相关性，但转换器的动态范围通常经过缩放以匹配输入模拟信号的动态范围。本文提出了一种模数转换的方法，其目的是最大限度地减少在转换器的输出每个样本的位数。这是通过对模拟信号的幅度执行模运算来减小模拟信号的动态范围，然后量化结果来实现的。虽然转换器本身是通用的并且不知道信号的统计，但是对量化器的输出的解码器操作可以利用统计结构以便展开模折叠。这种方法的性能接近信息理论极限，所捕获的率失真函数，在各种设置。提出了一种基于环形振荡器的模模数转换器结构，并通过数值计算证明了其优点。
2018-06-23 cs.IT math.IT
Low Power Analog-to-Digital Conversion in Millimeter Wave Systems: Impact of Resolution and Bandwidth on Performance
毫米波系统中使用的宽带宽和大量天线给接收机的功耗带来了沉重的负担。在本文中，使用加性量化噪声模型，模拟数字转换器（ADC）的分辨率和带宽上的可达速率的影响进行了研究的接收机功率约束下的多天线系统。两种接收机架构，模拟和数字组合，在性能方面进行了比较。结果表明：（i）对于模拟和数字组合两者，存在最大带宽，超过该最大带宽，可实现的速率降低;（ii）取决于系统的操作机制，当仅考虑ADC功耗时，模拟组合器可以具有较高的速率，但是数字组合使用较少的带宽;（iii）当考虑接收器前端中的所有组件的功耗时，数字组合可以具有较高的速率。
2015-02-06 cs.IT math.IT
Stacked Intelligent Metasurfaces for Multiuser Beamforming in the Wave Domain
可重构智能表面最近出现了一个有前途的技术，塑造无线环境，利用大量的低成本可重构元件。现有的工作主要集中在一个单层的元表面，缺乏抑制多用户干扰的能力。相比之下，我们提出了一个堆叠的智能元表面（SIM）启用收发器设计多用户多输入单输出下行链路通信。具体地，SIM被赋予多层结构并且被部署在基站处以直接在电磁波域中执行发射波束成形。因此，启用SIM的收发器克服了对数字波束成形的需要，并且使用低分辨率数模转换器和中等数量的射频链进行操作，这显著降低了硬件成本和能耗，同时大大减少了受益于在波域中执行的处理的预编码延迟。为了利用SIM使能收发器的好处，我们制定了一个优化问题，通过联合设计分配给他们的发射功率和波域中的模拟波束成形，最大限度地提高所有用户的总速率。基于定制的交替优化算法的数值结果证实了所提出的SIM使能的模拟波束形成设计的有效性相比，各种基准计划。最值得注意的是，所提出的模拟波束成形方案是能够大大减少预编码延迟相比，其数字对应。
2023-02-14 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO-UFMC Transceiver Schemes for Millimeter Wave Wireless Communications
UFMC调制是为未来无线网络实现超OFDM空中接口的最受关注的解决方案之一。本文重点设计和分析了一种工作在毫米波载波频率的多天线UFMC收发器。本文提供了完整的数学模型的MIMO-UFMC收发器，考虑到存在的混合模拟/数字波束形成器在两端的通信链路。然后，提出了几种检测结构，无论是单包隔离传输的情况下，和多包连续传输的情况下。在后一种情况下，本文还考虑的情况下，在相邻的数据包之间没有保护时间被插入，权衡增加的干扰水平与更高的频谱效率值。在分析阶段，几个考虑的检测结构和传输方案进行了比较，在误码率，均方根误差，和系统吞吐量。数值结果表明，所提出的收发算法是有效的，线性MMSE数据检测器能够很好地管理由于去除连续数据包之间的保护时间而增加的干扰，从而产生约10 - 13 $\%$的吞吐量增益。在接收机的相位噪声的影响也进行了数值评估，它表明，递归实现的线性MMSE表现出一定程度的鲁棒性，对这种干扰。
2019-01-22 cs.IT eess.SP math.IT
Deep-Unfolding for Next-Generation Transceivers
Zhejiang University（浙江大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文综述深度展开技术，它融合深度学习和迭代算法优势，用于下一代MIMO收发机设计，以降低计算复杂度并避免黑盒求解，并展望未来研究方向。
2023-05-15 cs.IT cs.LG eess.SP
Transceiver designs to attain the entanglement assisted communications capacity
针对高噪声低亮度信道，提出两种量子收发机设计，利用预共享纠缠、二进制相位调制和非高斯联合检测，实现纠缠辅助容量相对霍列沃容量的对数增益，并改进接收机以达理论容量。
2022-08-16 cs.IT math.IT quant-ph
Chaotic Analog-to-Information Conversion with Chaotic State Modulation
混沌压缩感知是一种非线性的压缩感知框架。沿着这个框架，本文提出了一种混沌模拟-信息转换器，混沌调制，以获取和重建带限稀疏模拟信号在亚奈奎斯特速率。在混沌调制中，稀疏信号通过连续时间混沌系统的状态调制随机化，并采样一个状态输出作为压缩测量。利用混沌脉冲同步原理和Lp-范数正则化非线性最小二乘估计稀疏系数，实现重构。最大局部李雅普诺夫指数（SLLE）的概念被引入到研究的可重构性。研究发现，如果误差动力系统的最大SLLE为负，则稀疏信号是可重构的。以稀疏多音信号激励下的Lorenz系统和Liu系统为例，说明了该方法的原理和性能。
2013-10-21 cs.IT math.IT
Supervised-Learning for Multi-Hop MU-MIMO Communications with One-Bit Transceivers
研究了一种非线性多跳多用户多输入多输出（MU-MIMO）中继信道，多个用户通过中间中继将信息符号发送到一个多天线基站（BS），每个中继都有一个比特的收发器，每个中继都有一个比特的模数转换器。为了理解检测性能的基本限制，最佳的最大似然（ML）检测器提出了完美的和全球的信道状态信息（CSI）在BS的假设。然而，由于不切实际的CSI假设和压倒性的检测复杂度，这种多用户检测器是不实用的。这些限制是通过提出一种新的检测框架的启发监督学习。其核心思想是将复杂的多跳MU-MIMO信道建模为具有更少且可学习的参数的简化信道。一个主要的发现是，即使使用简化的信道模型，在一定条件下，在合理的导频开销量的情况下，也可以实现接近ML的检测性能。此外，提出了一种在线监督学习检测器，它自适应地跟踪信道变化。其思想是通过将其视为新的训练（标记）数据，用可靠检测到的数据符号来更新模型参数。最后，提出了一种使用深度神经网络的多用户检测器。与基于模型的方法不同，这种无模型方法能够去除简化信道模型中的误差，同时增加参数学习的计算复杂性。通过仿真，经典的，基于模型的，和无模型检测器的检测性能进行了彻底的比较，以证明在这个信道的监督学习方法的有效性。
2019-04-08 cs.IT math.IT
Deep Learning based Channel Estimation for Massive MIMO with Hybrid Transceivers
准确有效地估计高维信道是大规模多输入多输出（MIMO）实际应用的关键挑战之一。在混合模数（HAD）收发器的背景下，由于有限的射频链引起的信息丢失，信道估计变得更加复杂。传统的压缩感知（CS）算法通常存在性能不理想和计算复杂性高的问题。在本文中，我们提出了一种新的基于深度学习（DL）的框架，用于HAD大规模MIMO系统中的上行链路信道估计。为了更好地利用信道在角域中的稀疏结构，提出了一种新的角空间分割方法，将整个角空间分割成许多小区域，并为每个区域离线训练专用的神经网络。在在线测试期间，根据来自全球定位系统的信息选择最合适的网络。在每个神经网络内部，对特定区域的测量矩阵和信道估计器进行联合优化，既提高了信号测量效率，又增强了信道估计能力。仿真结果表明，该方法在估计性能和计算复杂性方面明显优于现有的CS算法。
2022-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
Network Topology Modulation for Energy and Data Transmission in Internet of Magneto-Inductive Things
连接大量异构设备的物联网（IoT）架构需要节能、低硬件复杂度、低成本、简单且安全的机制来实现设备之间的通信。其中一种新兴的方案是在能量收集网络中实现同时无线信息和功率传输（SWIPT）。射频（RF）解决方案需要特殊的硬件和调制方法，用于RF到直流（DC）转换和优化操作，以实现SWIPT，目前还处于不成熟的阶段。另一方面，磁感应（MI）通信收发器本质上是能量收集，具有以有效方式进行SWIPT的潜力。在这篇文章中，新的调制和解调机制，提出了一个组合的框架与多址信道（MAC）通信和无线电力传输。改变由线圈网格组成的收发器中的功率发射有源线圈的网络拓扑，作为传输信息的新方法。实用的解调方案制定和数值模拟的两个用户MAC拓扑结构的小尺寸线圈。该收发器适用于附着在日常物品上，以实现数十米通信范围的可靠局域网（LAN）通信性能。所设计的方案对于未来需要SWIPT的物联网应用具有节能、低成本、低功耗和低硬件复杂度的解决方案。
2017-01-26 cs.IT math.IT
Joint Transceiver Optimization for MmWave/THz MU-MIMO ISAC Systems
针对毫米波/太赫兹多用户MIMO ISAC系统的联合收发机设计非凸优化问题，提出基于BCD的低复杂度算法及推广块对角化的解析解，可在通信与感知间实现良好性能折中。
2024-01-31 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Beam Management for Millimeter Wave Cellular MIMO Systems with Hybrid Beamforming
混合模拟和数字波束成形（HBF）是用于毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的使能收发器技术之一。该技术提供了高度定向的通信，能够对抗毫米波信号传播的固有特性。然而，毫米波系统中的小相干时间，特别是在移动性条件下，使得独立毫米波通信中的有效波束管理（BM）成为非常困难的任务。在本文中，我们考虑HBF收发器与平面天线面板和设计一个多级波束码本的模拟波束形成器包括平顶波束与可变宽度。这些波束对于整个期望的角度宽度表现出几乎恒定的阵列增益，从而促进有效的分层BM。针对上行链路通信，提出了一种新的动态波束排序波束训练算法，该算法适用于最新mmWave标准讨论中对时延的严格要求。我们的仿真结果展示了延迟性能的改善和接收的信噪比与不同的变化，所提出的方案的最佳波束训练方案的基础上，穷举窄束搜索。
2021-01-18 cs.IT math.IT
Cancellation of Power Amplifier Induced Nonlinear Self-Interference in Full-Duplex Transceivers
近来，已经提出了在同一信道上同时发送和接收的全双工（FD）通信。然而，FD接收器遭受来自更强大的发射信号的不可避免的自干扰（SI）。已经提出了用于抑制SI的射频（RF）和基带以及数字基带抵消技术，但是到目前为止，大多数研究都没有考虑发射机和接收机前端的固有非线性。为了填补这一空白，本文提出了一种新的数字非线性干扰消除技术，以减轻功率放大器（PA）引起的FD收发器中的非线性SI。该技术是基于建模的非线性SI信道，这是由非线性PA，线性多径SI信道，和RF SI消除器，与并行Hammerstein非线性。从建模，并适当的参数估计，已知的发送数据，然后处理与开发的非线性并行Hammerstein结构和抑制从接收机路径在数字基带。结果表明，与现有的线性SI消除方法相比，在PA的给定IIP3图的情况下，所提出的技术能够使用更高的发射功率。或者，对于给定的最大发射功率电平，可以使用较低质量的PA（即，低IIP3）。
2014-01-14 cs.IT cs.NI math.IT
Chaotic Analog-to-Information Conversion: Principle and Reconstructability with Parameter Identifiability
提出了一种基于混沌的模拟-信息转换系统，用于稀疏模拟信号的采集和重构。稀疏信号作为连续时间混沌系统的激励项，通过对混沌系统输出进行采样来进行压缩测量。利用混沌参数估计原理，通过对稀疏系数的估计实现重构。从混沌系统的参数可辨识性出发，利用确定性公式，通过灵敏度矩阵对混沌系统的可重构性进行了分析。对于稀疏正则化非线性最小二乘估计，如果稀疏正则化灵敏度矩阵的列线性无关，则稀疏信号是局部可重构的。以稀疏多音信号激励下的Lorenz系统为例，说明了该方法的原理和性能。
2013-10-21 cs.IT math.IT nlin.CD
Compressed Sensing Based Direct Conversion Receiver With Interference Reducing Sampling
本文介绍了一种直接转换接收机应用压缩感知的目标，以放宽模拟滤波的要求，在传统的架构。模拟滤波器在\gls{IC}设计中是笨重的，并且放宽其要求在接收器的管芯面积、性能和鲁棒性方面是有利的。通过选择与期望信号和干扰信号的频率布置的先验知识相匹配的采样模式来满足该目的。一个简单的数值例子说明了这一原理。这项工作是正在进行的研究工作的一部分，并解释了不同的项目阶段。
2014-04-23 cs.IT math.IT
Dynamic Metasurface Antennas for 6G Extreme Massive MIMO Communications
下一代无线基站和接入点将使用极其大量的天线进行发送和接收。一种用于以动态可控和可扩展的方式以降低的成本和功耗实现这种大规模阵列的有前景的技术利用辐射超材料元件的表面，称为超表面。迄今为止，在无线通信的上下文中，超表面主要被认为是无源反射设备，帮助传统收发器塑造传播环境。本文介绍了一种替代应用的元表面无线通信作为有源可重构天线与先进的模拟信号处理能力的下一代收发器。我们回顾了用于辐射和接收的元表面的主要特征，并分析了它们的主要优势以及它们对无线网络中可靠通信能力的影响。由于目前的研究只揭示了超颖表面的一部分潜力，我们详细介绍了一系列令人兴奋的研究和实施挑战，这些挑战来自超颖表面天线在无线收发器中的应用。
2020-06-16 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Transceiver and Large Intelligent Surface Design for Massive MIMO MmWave Systems
大型智能表面（LIS）最近出现了一个潜在的低成本的解决方案，以重塑无线传播环境，提高频谱效率。在本文中，我们考虑了下行毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统，其中LIS被部署以协助从基站（BS）到用户设备（UE）的下行链路数据传输。BS和UE都配备有大量天线，并且使用混合模拟/数字预编码/合并结构来降低硬件成本和能量消耗。我们的目标是通过联合优化LIS的反射系数和BS（UE）处的混合预编码器（组合器）来最大化频谱效率。为了解决这个非凸问题，我们通过利用有效（级联）毫米波信道的固有结构，将复杂的优化问题重新表述为更友好的优化问题。然后，开发了基于流形优化（MO）的算法。仿真结果表明，通过仔细设计LIS的反射系数，我们提出的方法可以帮助实现一个良好的传播环境与一个小的信道矩阵条件数。此外，它可以达到与那些国家的最先进的算法，而在一个更低的计算复杂性的性能。
2020-10-11 cs.IT eess.SP math.IT
Continuous Analog Channel Estimation Aided Beamforming for Massive MIMO Systems
模拟波束成形仅使用一个上/下变频链，大大降低了大规模天线收发器的实现成本。然而，当与传统的信道估计（CE）技术一起使用时，它引起大的导频开销。这是因为这些CE技术涉及数字处理，要求上/下变频链在天线维度上进行时间复用。本文介绍了一种新的CE技术，称为连续模拟信道估计（CACE），避免了数字处理，使模拟波束形成在接收机，并提供额外的弹性对振荡器相位噪声。通过避免上/下变频链的时分复用，CE开销显著降低，并且进一步变得与天线元件的数量无关。在CACE中，参考音调与数据信号一起被连续地发送，并且接收器使用接收到的参考信号作为匹配滤波器来组合数据信号，尽管是经由模拟处理。我们提出了一个接收机架构的CACE，分析其性能的振荡器相位噪声的存在下，并获得接近最佳的系统参数和功率分配。讨论了利用CACE的发射波束形成和初始接入过程。仿真结果表明，与传统CE相比，CACE提供了相位噪声弹性和CE开销的显着减少，而遭受的信号与干扰加噪声比只有很小的损失。
2019-08-22 cs.IT math.IT
Blind Modulo Analog-to-Digital Conversion of Vector Processes
在越来越多的应用中，需要对频谱特性对传统模数转换器（ADC）具有挑战性的（可能很高）数量的相关信号进行采样。其中，示例包括多输入多输出系统，其中ADC必须在非常宽但稀疏且动态占用的带宽上同时采集多个信号，以支持各种服务。在这种情况下，分辨率要求可能非常高。作为替代方案，最近提出的模ADC架构原则上可以在转换中需要显著更少的比特来获得目标保真度，但是要求时空信息是已知的并且被转换器中的模拟和数字处理明确地考虑，这通常是不切实际的。基于我们最近的工作，我们解决了这个限制，并开发了一个盲版本的架构，不需要这样的知识在转换器。特别是，它具有自动模电平调整和完全自适应的模解码机制，使其能够渐进地匹配未知输入信号的特性。仿真结果证明了该算法的有效性。
2021-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
Broadband beam steering for misaligned multi-mode OAM communication systems
射频轨道角动量（OAM）作为一种在同一频率信道上复用一组正交OAM模式以实现高频谱效率（SE）的新方法，受到越来越多的关注。然而，保持不同OAM模式间正交性的前提是收发均匀圆阵（Uniform Circular Array，UCA）的完美对准，这在实际无线通信场景中很难满足。因此，为了实现可用的多模OAM宽带无线通信，我们首先研究了在非平行失调情况下，倾斜角度对多模OAM宽带系统传输性能的影响。然后，我们比较了基于UCA的射频模拟和基带数字收发器结构和相应的波束控制方案。数学分析和数值仿真表明，失调多模OAM宽带系统的SE较低，而模拟和数字波束控制均能显著提高系统的SE。然而，在带宽和阵元数较大的情况下，数字波束控制比模拟波束控制能获得更高的SE，这在实际应用中验证了采用数字波束控制的基带数字收发机更适合多模OAM宽带无线通信系统。
2021-12-01 cs.IT eess.SP math.IT
Capacity Bounds for Communication Systems with Quantization and Spectral Constraints
低分辨率数模和模数转换器（DAC和ADC）在降低毫米波（mmWave）和大规模MIMO系统中的功耗的努力中已经吸引了相当大的关注。本文提出了一种信息理论分析与容量界的线性收发器类量化。发射机通过酉变换后接DAC来调制符号，接收机采用ADC后接逆酉变换。如果酉变换被设置为FFT矩阵，则模型自然地捕获滤波和频谱约束，这对于在任何实际收发器中建模是必不可少的。特别是，该模型允许研究量化对带外发射约束的影响。在一个大的随机酉变换的限制，它表明，量化的效果可以通过加性高斯噪声模型精确地描述。该模型进而导致发射信号的功率谱的简单和直观的表达式和量化容量的下限。与非量化容量和不进行线性假设的容量上限的比较表明，虽然低分辨率量化对当今5G系统中典型参数下的可实现速率的影响最小，但满足带外发射可能更具挑战性。
2020-08-03 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming: Where Should the Analog Power Amplifiers be Placed?
在本文中，我们研究了具有有限射频（RF）链的点对点大规模多输入多输出系统（P2P-massive MIMO）的频谱效率（SE），即，模数/数模（D2 A/A2 D）模块。由此产生的架构被称为混合波束成形，其中联合模拟和数字波束成形优化最大化SE。我们通过保持RF链的数量较低，但将模拟放大器放置在不同的路径上来分析系统的SE。传统的混合波束成形架构在D2 A模块之后使用放大器。然而，将它们放置在移相器处或天线处可以影响混合波束成形的SE。我们研究的模拟放大器的最佳位置，并查明在错误放置放大器的情况下的损失量。
2019-02-25 cs.IT eess.SP math.IT
Segmented compressed sampling for analog-to-information conversion: Method and performance analysis
提出了一种新的用于模拟-信息转换（AIC）的分段压缩采样方法。首先将由混频器和积分器（BMI）的多个并行分支测量的模拟信号在时间上分段为$M$段，每个分支的特征在于特定的随机采样波形。然后，重复使用在不同段和不同BMI上收集的子样本，使得收集比BMI的数量更大数量的样本。这种技术被证明是等效于扩展的测量矩阵，其中包括BMI采样波形，通过添加新的行，而实际上没有增加BMI的数量。证明了当BMI采样波形的原始测量矩阵满足约束等距性时，扩展测量矩阵以压倒性的概率满足约束等距性，并证明了用我们的分段AIC代替传统AIC进行采样可以显著提高信号恢复性能.仿真结果验证了分段压缩采样方法的有效性和理论研究的正确性。
2010-04-24 cs.IT math.IT stat.AP
Non-Uniform Wavelet Sampling for RF Analog-to-Information Conversion
从宽带射频（RF）信号中提取特征提取，例如频谱占用、发射能量和类型或到达方向，在越来越多的应用中得到使用，因为它增强了具有认知能力的RF收发器，并且使得能够对传统RF链进行参数调谐。在功率和成本受限的应用中，例如，对于物联网中的传感器节点，利用常规奈奎斯特速率模数转换器进行宽带RF特征提取是不可行的。然而，许多RF特征（诸如信号稀疏性）的结构使得能够使用压缩感测（CS）技术，该压缩感测（CS）技术以亚奈奎斯特速率获取这样的信号。虽然这种基于CS的模拟-信息（A2 I）转换器有可能实现低成本和高能效的宽带RF感测，但它们受到各种现实限制，例如噪声折叠、低灵敏度、混叠和有限的灵活性。本文提出了一种新的基于CS的A2 I架构称为非均匀小波采样（NUWS）。我们的解决方案直接在RF域中提取精心选择的小波系数子集，从而缓解了现有A2 I转换器架构的主要问题。对于多频带RF信号，我们提出了一种称为非均匀小波带通采样（NUWBS）的专用变体，通过利用多频带信号结构进一步提高灵敏度并降低硬件复杂性。我们使用模拟来证明NUWBS方法的理论性能极限的$\ell_1$范数为基础的稀疏信号恢复。我们调查硬件设计方面，并显示ASIC的测量结果的小波生成阶段，突出NUWBS的功效，广泛的RF特征提取任务的成本和功率受限的应用。
2017-09-04 cs.IT math.IT
Joint Design of Multi-Tap Analog Cancellation and Digital Beamforming for Reduced Complexity Full Duplex MIMO Systems
在多输入多输出（MIMO）系统中实现全双工操作提供了提高吞吐量性能的潜力。然而，模拟自干扰消除器的硬件复杂度与发射天线和接收天线的数量成比例，因此利用模拟消除的益处对于全双工MIMO收发器来说变得不切实际。在本文中，我们提出了一种新的架构，包括减少数量的抽头（抽头指的是固定延迟和可变移相器和衰减器的线）和简单的多路复用器之间的发送和接收射频链的有效信号路由的模拟消除器。与可用的模拟消除架构相比，每个抽头的值和多路复用器的配置根据某些性能目标与数字波束成形滤波器联合设计。以窄带平坦衰落信道模型为例，提出了一种模拟抵消和数字波束形成联合设计的通用优化框架。我们还详细介绍了一个特定的优化目标，连同其派生的解决方案，后者的架构组件。代表性的计算机模拟结果表明，所提出的低复杂度全双工MIMO系统的优越性，最近可用的。
2017-05-15 cs.IT math.IT
RIS-NOMA integrated low-complexity transceiver architecture: Sum rate and energy efficiency perspective
本文提出一种RIS-NOMA集成全模拟收发机架构，通过联合优化波束成形、RIS相移和功率分配，在非完美CSI下提升和速率与能量效率，并证明其优于全数字架构。
2024-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
Lattice Functions for the Analysis of Analog-to-Digital Conversion
模数（A/D）转换器是模拟信号和数字离散时间信号处理域之间的公共接口。实质上，该域同时包含幅度和时间的量化，即幅度量化和均匀时间采样。因此，我们认为A/D转换作为一个采样过程中的时间和幅度域的基础上观察到的基本连续时间信号表示的数字序列可以被采样在一个格子-即在点限制躺在一个统一的网格在时间和幅度。我们把它们称为格函数。这与基于经典采样定理和量化误差分析的传统方法形成对比。后者主要是借助概率模型或确定性模型来解决的，这些模型要么局限于非常特殊的情景，要么考虑到最坏情况的假设。在本文中，我们提供了一个确定性的理论分析和框架的功能，在数字离散时间处理。我们表明，格函数具有丰富的分析结构的背景下，积分值整函数的指数型。我们得到了这类函数的集合和谱性质。这使我们能够证明在一个确定性的方式和一般的带限函数的基本下限的最大频率分量引入的量化是独立的量化器的分辨率。
2019-03-28 cs.IT eess.SP math.CV
Hybrid Processing Design for Multipair Massive MIMO Relaying with Channel Spatial Correlation
大规模多输入多输出（MIMO）利用简单的收发器设计，可以解决中继系统在复杂的信号处理，延迟和噪声放大方面的许多缺点。然而，具有专用于每个天线元件的一个射频（RF）链的成本和电路复杂性在实践中是过高的。在本文中，我们解决这个关键问题，放大转发（AF）中继系统使用混合模拟和数字（A/D）收发器结构。更具体地说，利用信道的长期属性，我们设计的模拟波束形成器，其目的是最大限度地减少信道估计误差，并保持不变的一个长的时间尺度。然后，通过简单的数字信号处理来完成波束形成，即，基带域中的最大比合并/最大比传输（MRC/MRT）或迫零（ZF）。我们提出的分析边界上可实现的频谱效率考虑到空间相关性和不完善的信道状态信息在中继站。我们的分析结果表明，混合A/D结构与ZF数字处理器利用空间相关性，并提供了更高的频谱效率相比，混合A/D结构与MRC/MRT计划。我们的数值结果表明，混合A/D波束成形设计捕获了近95%的全数字AF中继拓扑的频谱效率，即使通过删除一半的RF链。它还表明，混合A/D结构是鲁棒的粗量化，即使与2位的分辨率，该系统可以实现超过93%的频谱效率所提供的相同的混合A/D拓扑与无限分辨率移相器。
2018-08-27 cs.IT math.IT
Machine Learning Assisted Design of mmWave Wireless Transceiver Circuits
University of California, Irvine（加利福尼亚大学欧文分校）
针对毫米波收发器电路设计迭代耗时、受非线性与复杂权衡影响的问题，本研究以28-GHz收发器为对象，将传统与大规模机器学习方法融入设计流程以根据规格预测参数，提升设计效率，并探讨了未来研究方向。
2024-07-10 cs.ET cs.IT cs.LG
Hybrid Beamforming Optimization for MIMO ISAC based on Prior Distribution Information
The Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）
本文提出了一种基于先验分布信息的混合波束成形优化方法，用于提升MIMO ISAC系统的感知与通信性能。
2026-02-02 cs.IT eess.SP math.IT
Rakeness in the design of Analog-to-Information Conversion of Sparse and Localized Signals
University of Ferrara（费拉拉大学）；University of Bologna（博洛尼亚大学）
当要采集的信号的能量不是均匀分布时，即当它们既稀疏又局部化时，基于限制等距特性的随机调制预积分系统的设计可能是次优的。为了解决这个问题，我们引入了一个额外的设计标准，我们称之为rakeness，占的能量，测量捕获的信号被收购。因此，对于局部信号，适当的系统调谐增加了在其重构中使用的样本的粗糙度以及平均SNR。然而，最大化平均SNR可能违背捕获稀疏信号中潜在非零的所有分量的需要，即，相对于确保可重构性的受限等距要求。我们的建议是管理之间的权衡粗糙度和限制等距的统计方式，通过制定一个优化问题。这种优化问题的解决方案是生成随机波形的过程的统计，信号被投影到随机波形上以获得测量。给出了这类问题的形式化定义，并给出了信号在频率域或更一般域的解。ECG信号和印刷字母和数字的小图像的示例应用表明，基于粗糙度的设计在这两种情况下都带来了不可忽视的改进。
2012-05-05 cs.CV cs.IT math.IT
Performance of Analog Beamforming Systems with Optimized Phase Noise Compensation
毫米波和太赫兹频率虽然有望实现高吞吐量和丰富的频谱，但极易受到相位噪声等硬件非理想因素的影响，这会降低系统性能并使收发器实现困难。虽然已经提出了几种相位噪声补偿技术，但对后补偿系统性能的结果有限。因此，本文提出了一种适用于高频多载波系统的广义参考信号（RS）辅助低复杂度相位噪声补偿技术。该技术概括了几种现有的解决方案，并且涉及在每个符号中发送的RS，占用相邻的子载波，并且通过空子载波与数据分离。本文对任意相位噪声模型下模拟波束形成接收机的后相位噪声补偿性能进行了详细的理论分析。使用这种分析，几个系统参数的性能影响的检查和吞吐量的RS序列，RS带宽，功率分配，空子载波的数量，和估计的相位噪声频谱分量的数量的最佳设计也来自。在3GPP兼容设置下进行的仿真表明，所提出的方案对相位噪声建模误差具有鲁棒性，并且可以在优化参数的情况下实现比几种现有解决方案更好的性能。
2020-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
Analog-to-Digital Compression: A New Paradigm for Converting Signals to Bits
Stanford University（斯坦福大学）；Technion - Israel Institute of Technology（以色列理工学院）
本文探讨了模拟信号转换为数字比特的新方法，强调采样与量化之间的依赖关系，并分析了在存储、通信或处理 analog 信息时对采样系统的要求。
2018-01-20 cs.IT cs.SY eess.SY
Metasurface-Based Receivers with $1$-bit ADCs for Multi-User Uplink Communications
本文研究每个微带配备1比特ADC的超表面接收机，提出模拟与数字合并矩阵的优化分析框架，并通过数值实验揭示系统参数对多用户上行链路性能的影响。
2024-01-15 cs.ET cs.IT eess.SP
