Artificial-Noise-Aided Secure Multi-Antenna Transmission with Limited Feedback
我们提出了一种优化的安全多天线传输方法的基础上人工噪声辅助波束成形，从一个所需的单天线接收器的反馈有限。为了处理波束形成器的量化误差以及未知的窃听信道特性，我们的方法的目的是在双重性能约束下最大化吞吐量-所需的通信信道上的连接中断约束和保密中断约束，以防止窃听。我们提出了一种自适应传输策略，明智地选择窃听编码参数，以及人工噪声和信息信号之间的功率分配。这个优化的解决方案揭示了几个重要的差异，以前设计的解决方案的假设下完美的反馈。我们还研究了如何最有效地利用反馈位的问题。仿真结果表明，一个很好的设计策略是使用这些比特的大约20%来分配信道增益信息，剩余的用于分配信道方向，并且这种分配对所施加的保密中断约束很大程度上不敏感。此外，我们发现，每个发射天线的8个反馈位是足够的，以实现约90%的吞吐量与完美的反馈。
2015-01-21 cs.IT math.IT
Performance Analysis for Physical Layer Security in Multi-Antenna Downlink Networks with Limited CSI Feedback
发射端的信道状态信息（CSI）对基于多天线网络的物理层安全性能具有重要意义。具体地说，CSI不仅有利于提高合法信道的容量，而且可以用来降低窃听信道的性能。因此，保密率相应地增加。本文主要研究了多用户多天线下行链路网络中各态历经保密和速率随合法用户信道状态信息反馈量的变化规律。此外，还详细研究了遍历秘密和率在两种极端情况下的渐近性质。最后，我们的理论主张得到了数值结果的证实。
2013-06-17 cs.IT math.IT
Grassmannian Predictive Coding for Limited Feedback in Multiple Antenna Wireless Systems
有限反馈是无线系统中信道状态信息反馈的一种范例。在多天线无线系统中，有限反馈通常需要量化存在于格拉斯曼流形上的源。大多数关于有限反馈波束形成的工作都考虑了单次量化。然而，在无线系统中，信道在时间上是相关的，这可以用于减少反馈要求。不幸的是，传统的预测量化不包括格拉斯曼流形的非欧几里德结构。在本文中，我们提出了一个格拉斯曼预测编码算法，其中的微分几何结构的格拉斯曼流形是用来制定一个预测矢量量化编码器和解码器。我们分析了量化误差，并推导出所提出的算法达到的失真的界限。我们将该算法应用到多用户多输入多输出无线系统，并表明它提高了可实现的和速率的信道的时间相关性的增加。
2011-05-29 cs.IT math.IT
Interleaving Channel Estimation and Limited Feedback for Point-to-Point Systems with a Large Number of Transmit Antennas
我们介绍和调查的机会，多天线通信计划的训练和反馈阶段交错和相互作用。具体来说，与传统的方案，发射机首先训练所有的天线一次，然后接收一个反馈消息，我们考虑的情况下，发射机，而不是一个接一个地训练它的天线，并立即接收反馈信息后，训练它的每一个天线。反馈消息可以要求发射机训练另一天线;或者，它可以终止反馈/训练阶段并提供量化的码字（例如，波束成形向量）用于数据传输。作为具体应用，我们考虑具有$t$发射天线、短期功率约束$P$和目标数据率$ρ$的多输入单输出系统。我们表明，对于任何$t$，与具有完美的发射机和接收机信道状态信息的系统相同的中断概率可以实现与每个信道状态的$R_1$比特的反馈速率和通过训练$R_2$平均发射天线，其中$R_1$和$R_2$是独立的$t$，并且仅依赖于$ρ$和$P$。此外，我们设计可变速率量化器的信道系数，以进一步减少我们的计划的反馈率。
2018-08-16 cs.IT eess.SP math.IT
Antenna Combining for the MIMO Downlink Channel
被认为是一个多天线的下行链路信道，其中有限的信道反馈可用于发射机。在矢量下行链路信道（每个接收机处的单个天线）中，仅当发射机具有非常准确的信道知识时，即，如果存在来自每个接收机的高速率信道反馈，在这项工作中，它表明，信道反馈的要求可以显着降低，如果每个接收机有一个小数目的天线，并适当地结合其天线输出。提出并分析了一种合并方法，该方法可使每个接收机的信道量化误差最小，从而使多用户干扰最小。这种技术被证明优于传统的技术，如最大比合并，因为最小化的干扰功率比最大化的信号功率在多天线下行链路中更关键。分析提供量化的反馈节省，该技术被认为是与用户选择工作良好，也是强大的接收机估计误差。
2007-08-19 cs.IT math.IT
Limited Feedback in Multiple-Antenna Systems with One-Bit Quantization
具有低分辨率模数转换器（ADC）的通信系统可以在发射机（CSIT）和接收机处利用信道状态信息。本文介绍了一位ADC有限反馈系统的码本设计和性能分析的初步结果。与高分辨率情况不同，当接收信号由1位ADC切片时，接收器处的绝对相位对于对齐接收信号的相位很重要。提出了一种新的码本设计波束形成的情况下，分别量化的信道方向和残余相位。
2015-12-21 cs.IT math.IT
On the MISO Channel with Feedback: Can Infinitely Massive Antennas Achieve Infinite Capacity?
我们认为在一个多输入单输出（MISO）块衰落信道中存在一个独立的无噪声反馈链路的通信。我们假设发射机和接收机没有信道状态实现的先验知识，但是发射机和接收机可以通过下行链路训练和反馈来获取信道状态信息（CSIT/CSIR）。对于这个信道，我们表明，发射天线的数量增加到无穷大将不会实现无限的容量，有限的信道相干长度和有限的输入约束的第二或第四时刻。这一见解来自我们的新容量界限，适用于任何线性和非线性编码策略以及任何信道训练方案。除了信道容量的界限，我们还提供了一个表征的波束成形增益，也被称为阵列增益或功率增益，在政权与大量的天线。
2018-03-15 cs.IT math.IT
On the Asymptotic Performance of Multiple Antenna Channels with Fast Channel Feedback
在本文中，我们分析了多天线信道的渐近性能的发射机具有完美的或有限位的信道状态信息。使用分集复用权衡来表征系统性能，我们证明了信道反馈可以从根本上改变系统的行为。与没有发射机信息的系统相比，即使一比特的信息也可以增加系统的分集阶数。此外，随着发射机处的信道信息量的增加，每个复用增益的分集阶数增加，并且对于完美的发射机信息而言，分集阶数达到无穷大。分集阶数增益的主要原因是“位置相关”的时间功率控制，其基于信道的平均信道条件来适配功率控制策略。
2006-02-06 cs.IT math.IT
Bit Allocation Laws for Multi-Antenna Channel Feedback Quantization: Multi-User Case
研究了有限反馈下行多用户空间复用系统的优化设计问题。假设多天线基站为多个单天线用户提供服务，这些用户通过共享的速率受限反馈信道发送和反馈信道状态信息（CSI）。该优化问题的形式是在用户的目标信号干扰噪声比（SINR）和中断概率约束下，最小化基站的平均发射功率。目标是在高分辨率量化机制下得到用户之间的反馈比特分配以及相应的信道幅度和方向量化码本。为此，本文开发了一个优化框架，使用近似解析的封闭形式的解决方案，其准确性，然后通过数值结果进行验证。结果表明，对于实空间中的信道，信道方向量化比特数应为信道幅度量化比特数的$(M-1)$倍，其中$M$为基站天线数。此外，具有较高请求的服务质量（QoS）（即，较低目标中断概率）和较高请求的下行链路速率（即，较高目标SINR）的用户应当使用反馈速率的较大份额。它还示出，对于目标QoS参数是可行的，总反馈带宽应缩放与目标SINR值的几何平均值和逆目标中断概率的几何平均值的几何比例。特别是，所需的最小反馈率增加，如果用户的目标参数偏离相应的几何平均值。最后，本文表明，随着反馈比特总数$B$的增加，有限反馈系统的性能接近理想CSI系统的${2^{-{B}/{M^2}}}$。
2011-12-27 cs.IT math.IT
Multi-Branch MMSE Decision Feedback Detection Algorithms with Error Propagation Mitigation for Multi-Antenna Systems
在这项工作中，我们提出了新的决策反馈（DF）检测算法的错误传播缓解能力的多输入多输出（MIMO）空间复用系统的基础上，多个处理分支。新的检测策略利用不同的模式，排序和约束的前馈和反馈滤波器的设计。我们提出了约束最小均方误差（MMSE）滤波器的设计与约束的形状和幅度的反馈滤波器的多分支MIMO接收机，并表明，所提出的MMSE设计不需要一个显着的额外的复杂性超过单分支MMSE设计。建议的多分支MMSE DF检测器与现有的几个检测器进行比较，并示出实现接近最佳最大似然检测器的性能，同时需要显着降低复杂度。
2013-04-17 cs.IT math.IT
We provide in this paper a comprehensive solution to the design, performance analysis, and optimization of a multi-antenna non-orthogonal multiple access (NOMA) system for multiuser downlink communications under a general limited channel state information (CSI) feedback framework for frequency division duplex mode. We design a general framework including user clustering, joint power and bits allocation, CSI quantization and feedback, signal superposition coding, transmit beamforming, and successive interference cancellation at receivers. Then, we conduct a mathematically strict performance ana…
2019-12-01 cs.IT math.IT
Stochastic Control of Event-Driven Feedback in Multi-Antenna Interference Channels
在多天线无线网络中，空间干扰避免是一种简单有效的干扰抑制方法。这种技术的部署需要从每个接收器到所有接收器的信道状态信息（CSI）反馈，从而导致大量的网络开销。为了解决这个问题，本文提出了分布式控制的方法，智能分配CSI比特在多个反馈链路和适应反馈信道动态。对于对称信道分布，最优的是每个接收机为不同的反馈链路平均分配反馈速率和，从而解耦它们的控制。以干扰功率和最小为准则，利用随机优化理论给出了最优反馈控制策略，以证明机会主义。具体地说，仅当相应的传输CSI误差很大或干扰信道增益很大时，才打开特定的反馈链路，并且反馈比特的最佳数量随着该增益的增加而增加。对于高流动性和考虑球帽量化CSI模型，最优反馈控制策略被示出为执行注水的时间，其中反馈比特的数量随相应的干扰信道增益的递增而递增。此外，我们考虑非对称信道分布的异构路径损耗和高流动性，并证明存在一个唯一的最优策略，联合控制多个反馈链路。鉴于球帽量化CSI模型，这种政策是执行注水反馈链路。最后，仿真结果表明，反馈控制产生显着的吞吐量增益相比，传统的差分反馈方法。
2012-02-27 cs.IT math.IT
Cooperative Feedback for Multi-Antenna Cognitive Radio Networks
认知波束成形（CB）是一种多天线技术，用于在认知无线电网络中的主用户（PU）和次用户（SU）之间进行有效的频谱共享。具体地，多天线SU发射机应用CB来抑制对PU接收机的干扰以及增强相应的SU链路性能。本文针对多输入单输出（MISO）SU信道与单输入单输出（SISO）PU信道共存的情况，提出了一种基于PU接收机到SU发送机的有限速率协作反馈的CB设计新的实用范例。具体地，PU接收器向SU发送器传送用于计算SU发送波束成形器的量化的SU到PU信道方向信息（CDI），以及根据PU接收器处的可容忍干扰裕度来调节SU发送功率的干扰功率控制（IPC）信号。提出了两种基于协作反馈的CB算法：一种是限制SU发射波束形成器与量化后的SU到PU信道方向正交，另一种是放松这种约束。此外，利用SU CDI从SU发射机到PU接收机的协作前馈，以允许更有效的协作反馈。分析了不同CB和协作反馈/前馈算法下SU链路的中断概率，并由此刻画了CDI和IPC反馈之间的最优比特分配折衷。
2010-10-15 cs.IT math.IT
On X-Channels with Feedback and Delayed CSI
双用户MIMO X信道的和自由度（DoF）的特征在于存在输出反馈和延迟的信道状态信息（CSI）。假设每个发射机处的天线数量为M，并且假设每个接收机处的天线数量为N。示出了双用户MIMO X信道的和DoF与具有2 M个发射天线和每个接收器处的N个天线的双用户MIMO广播信道的和DoF相同。因此，对于这种对称天线配置，由于发射机的分布式性质，在总自由度中没有性能损失。该结果突出了MIMO X信道的反馈和延迟CSI的有用性。本文还研究了每个发射机和每个接收机都具有单天线的K用户X信道。在该网络中，每个发送器具有针对每个接收器的消息。对于这个网络，它表明，与部分输出反馈单独的总和自由度至少是2K/（K+1）。对于所有K值，该下限严格优于延迟CSI假设情况下已知的最佳下限。
2012-01-30 cs.IT math.IT
How Many Users should be Turned On in a Multi-Antenna Broadcast Channel?
本文考虑广播信道，基站有L个天线，m个单天线用户，每个用户都有完备的信道知识，基站通过有限速率反馈获得信道信息。本文的关键观察是，最佳的用户数量（用户打开），说s，是一个函数的信噪比（SNR）和其他系统参数。针对这一观察，我们使用渐近分析来指导反馈和传输策略的设计。当L，m和反馈速率线性趋近于无穷大时，我们得到了渐近最优反馈策略和一个现实的准则来决定哪些用户应该被打开，相应的每个天线的渐近吞吐量定义为空间效率。它是在线用户数量的函数，因此，应适当选择s。基于上述渐近结果，我们还发展了一个有限多天线和有限多用户系统的方案。与其他假设s为常数的方案相比，通过选择合适的s，我们的方案获得了显著的增益。此外，我们的分析和计划是有效的异构系统中，不同的用户可能有不同的路径损耗系数和反馈率。
2007-05-16 cs.IT math.IT
Adaptive Decision Feedback Reduced-Rank Equalization Based on Joint Iterative Optimization of Adaptive Estimation Algorithms for Multi-Antenna Systems
提出了一种新的基于自适应估计器联合迭代优化的自适应降秩多输入多输出（MIMO）判决反馈均衡结构。新的降秩均衡结构由两个均衡阶段的联合迭代优化组成，即，执行降维的投影矩阵和检索所需的传输符号的降秩估计器。所提出的降秩结构之后是负责消除由相关联的数据流引起的天线间干扰的判决反馈方案。我们描述了最小二乘（LS）表达式的投影矩阵和降秩估计的设计以及计算效率的递归最小二乘（RLS）自适应估计算法。MIMO均衡应用的仿真结果表明，该方案优于国家的最先进的降秩和传统的估计算法在大约相同的复杂度。
2013-04-29 cs.IT math.IT
How Many Users should be Turned On in a Multi-Antenna Broadcast Channel?
本文考虑广播信道与L个天线在基站和m个单天线用户，其中L和m通常是相同的顺序。我们假设只有部分信道状态信息是通过有限速率反馈在基站处可用的。我们的关键观察是，最佳的用户数量（用户打开），说s，是一个函数的信噪比（SNR）和反馈率。在支持这一点，渐近分析采用L，m和反馈率接近无穷线性。我们导出了渐近最优反馈策略以及一个现实的标准来决定哪些用户应该打开.相应的渐近吞吐量每天线，我们定义为空间效率，原来是一个函数的用户数s，因此s必须选择适当的。基于渐近性，给出了有限天线和有限用户系统的一种方案。与其他研究中，s被假定为常数相比，我们的计划取得了显着的增益。此外，我们的分析和计划是有效的异构系统中，不同的用户可能有不同的路径损耗系数和反馈率。
2008-06-17 cs.IT math.IT
Nonregenerative MIMO Relaying with Optimal Transmit Antenna Selection
我们推导出最佳信噪比为基础的发射天线选择规则在源和中继的非再生半双工MIMO中继信道。虽然天线选择是波束成形的次优形式，但其具有以下优点：优化是易处理的，并且可以仅利用从目的地到源和中继的几个比特的反馈来实现。我们比较的比特出错率的最佳天线选择在源和中继到其他建议的波束成形技术，并提出执行必要的有限反馈的方法。
2008-01-21 cs.IT math.IT
Decentralized Multi-Antenna Architectures with Unitary Constraints
针对基站天线增多导致集中式方法带宽和复杂度问题，本文适配WAX框架引入酉约束的去中心化处理以实现高能效，并提出方法缩小与集中式的性能差距，为相关权衡提供基础。
2025-01-10 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Decision Feedback Detection with Parallel Interference Cancellation and Constellation Constraints for Multi-Antenna Systems
针对多用户MIMO系统，提出了一种新的具有并行判决反馈和星座约束的低复杂度自适应判决反馈检测算法（P-DFCC）。我们提出了一个约束星座图，它引入了一些选定的点作为干扰消除的反馈候选人。通过引入可靠性检验，引入了更高的自由度来细化不可靠估计。P-DFCC之后是自适应接收滤波器，以估计发送的符号。为了降低时变MIMO信道下滤波器的计算复杂度，提出了一种自适应递归最小二乘（RLS）算法。提出了一种基于P-DFCC算法的迭代检测和译码（Turbo）方案。仿真结果表明，该技术具有与传统的并行判决反馈检测器相媲美的复杂度，而它获得的性能接近的最大似然检测器在低到中等信噪比范围。
2013-02-24 cs.IT math.IT
Combining Training and Quantized Feedback in Multi-Antenna Reciprocal Channels
通过在用户的发射机（CSIT）处提供信道状态信息，可以显著增强多天线发射机与各自具有单天线或多天线的多个接收机（用户）之间的通信，因为这允许调度、波束成形和多用户复用增益。到目前为止，关于如何启用CSIT的传统观点如下：在时分双工（TDD）系统中，上行链路（UL）和下行链路（DL）信道互易性允许在UL方向上使用训练序列，该训练序列被用来获得UL信道估计。该估计又在下一个下行链路时隙中被再循环。在缺乏UL和DL互易性的频分双工（FDD）系统中，通过使用接收机和发射机之间的有限容量的专用反馈链路来提供CSIT。在本文中，我们专注于TDD系统，并把这个经典的方法的问题。特别是，我们表明，传统的TDD设置上述未能充分利用其真正意义上的信道互易性。事实上，我们表明，该系统可以受益于结合CSIT收购策略混合使用有限的反馈和训练序列。这种结合产生了一个非常有趣的联合估计和检测问题，我们提出了两个迭代算法。一个中断率为基础的框架，它给出了最佳的资源分配之间的培训和反馈。我们证明了这种混合组合的潜力，在全球培训和反馈资源的约束下，提高CSIT质量。
2009-11-04 cs.IT math.IT
Wireless Energy and Information Transfer Tradeoff for Limited Feedback Multi-Antenna Systems with Energy Beamforming
在本文中，我们考虑了一个多天线系统，其中接收端应该通过无线能量传输从发射端获取能量，以支持其无线信息传输。为了最大化能量的收获，我们提出了执行自适应能量波束形成根据瞬时信道状态信息（CSI）。为了帮助发射端获得能量波束形成所需的信道状态信息，本文进一步提出了一种双赢的信道状态信息量化反馈策略，以提高能量和信息的传输效率。本文的重点是在总持续时间约束下，通过调整传输持续时间来权衡无线能量和信息传输。通过揭示发射功率、传输持续时间和反馈量之间的关系，分别通过最大化平均信息传输速率的上界和近似下界，得到了两种无线能量和信息传输的折衷方案.此外，在接收端的不完美CSI的影响进行了研究，并给出了相应的无线能量和信息传输的折衷方案。最后，数值结果验证了所提出的格式的有效性。
2013-07-24 cs.IT math.IT
Interference-Aware Resource Control in Multi-Antenna Cognitive Ad Hoc Networks with Heterogeneous Delay Constraints
在这项工作中，我们考虑了一个多天线的认知ad hoc网络（CAHNet）与异构延迟的要求。为了同时满足干扰和时延约束，本文提出在认知发射端根据干扰信道状态信息（CSI）进行自适应迫零波束形成（ZFBF）。为了帮助CAHNet获得干扰CSI，本文采用了一种双赢的网间协作策略，即在CAHNet支付适当代价的情况下，主网络通过反馈链路向CAHNet反馈量化的干扰CSI，考虑到反馈资源和功率资源的稀缺性，在干扰和时延约束下，重点关注总资源代价的最小化.为了解决这个问题，我们推导出一个联合反馈和功率控制算法之间的CAHNet的多个链路。仿真结果验证了该算法的有效性。
2013-04-05 cs.IT math.IT
A Feedback Reduction Technique for MIMO Broadcast Channels
考虑了在接收端具有理想信道状态信息的多天线广播信道。如果每个接收机将其信道知识量化为有限数量的比特，这些比特被反馈到发射机，则可以实现下行链路信道的大容量益处。然而，每个移动站所需的反馈比特数必须与发射天线数和系统SNR成比例，因此即使在中等大小的系统中也可能相当大。它示出，可以使用少量的天线在每个接收机，以提高提供给发射机的信道估计的质量。结果，每个移动站所需的反馈速率可以显著降低。
2006-03-16 cs.IT math.IT
Limited Feedback Channel Estimation in Massive MIMO with Non-uniform Directional Dictionaries
在多输入多输出（MIMO）系统中，基站（BS）处的信道状态信息（CSI）对于实现波束成形和复用增益至关重要。现有技术的有限反馈方案要求反馈开销随BS天线的数量线性缩放，这对于$5$ G大规模MIMO是禁止的。这项工作提出了新的有限反馈算法，解除这一负担，利用固有的稀疏性在双向（DD）MIMO信道表示使用过完备字典。这些字典与到达角（AoA）和离开角（AoD）相关联，其具体地说明链路两端处的天线方向性图案。所提出的算法实现满意的信道估计精度，使用少量的反馈比特，即使当在BS处的发射天线的数量是大的-使它们理想的$5$ G大规模MIMO。明智的模拟表明，他们优于一些流行的反馈方案，并强调使用角度字典匹配给定的天线方向性模式的重要性，而不是统一的字典。所提出的算法是轻量级的计算方面，特别是在用户设备侧，使他们的理想实际部署在$5$ G系统。
2018-08-07 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoff in Multi-Antenna Multi-Relay Networks: Improvements and Some Optimality Results
本文研究的好处放大转发（AF）中继在多天线无线网络的设置。随机顺序（RS）中继的概念以前在文献中介绍，并表明，它实现了最大的分集增益在一般的多天线网络。在这里，我们表明，随机酉矩阵乘法在中继节点授权RS计划，以实现更好的分集复用权衡（DMT）相比，传统的AF中继。首先，我们研究了多天线全双工单中继两跳网络的情况下，我们表明，RS达到最佳DMT。应用这一结果，我们得到了一个新的可实现的DMT的情况下，多天线半双工并行中继网络。有趣的是，事实证明，RS方案的DMT对于多天线两个并行非干扰半双工中继的情况是最佳的。接下来，我们表明，随机酉矩阵乘法也提高了DMT的非正交AF中继方案的情况下，多天线单中继信道。最后，我们研究了一般情况下的多天线全双工中继网络，并推导出一个新的下界的DMT使用RS计划。
2009-12-20 cs.IT math.IT
We propose a unitary precoding scheme, namely polar-precoding, to improve the performance of polar-coded MIMO systems. In contrast to the traditional design of MIMO precoding criteria, the proposed polar-precoding scheme relies on the \emph{polarization criterion}. In particular, the precoding matrix design comprises two steps. After selecting a basic matrix for maximizing the capacity in the first step, we design a unitary matrix for maximizing the polarization effect among the data streams without degrading the capacity. Our simulation results show that the proposed polar-precoding scheme ou…
2021-09-14 cs.IT math.IT
Bit Allocation Law for Multi-Antenna Channel Feedback Quantization: Single-User Case
本文研究了多天线发射单天线接收的有限反馈单用户系统的设计与优化。设计问题的形式是在用户中断概率约束下最小化基站的平均发射功率。优化是在用户的信道量化码本和在基站的发射功率控制功能。我们的方法是基于事先修复的停电情况，并将设计问题转化为一个强大的系统设计问题。我们首先表明，均匀量化的信道幅度在dB尺度是渐近最优的，无论幅度分布函数。我们推导出最佳均匀（dB）信道幅度码本，并将其与空间均匀信道方向码本相结合，以达到产品信道量化码本。然后，我们优化这样的产品结构中的渐近制度的$B\rightarrow \infty$，其中$B$是量化反馈位的总数。本文证明了对于实空间信道，方向量化比特数的渐近最优值应为幅度量化比特数的${(M{-}1)}/{2}$倍，其中$M$为基站天线数。我们还表明，所设计的系统的性能接近性能的理想的信道状态信息系统的$2^{-\frac{2B}{M+1}}$。对于复信道，幅度和方向量化比特的数量与$(M{-}1)$的因子相关，并且系统性能缩放为$2^{-\frac{B}{M}}$为$B\rightarrow\infty$。
2011-02-14 cs.IT math.IT
Rate Loss Analysis for Multiple-Antenna NOMA with Limited Feedback
University of California Irvine（加州大学尔湾分校）
本文分析了有限反馈多输入单输出NOMA系统中量化误差对可行区域和速率损失的影响，推导出速率损失上界，并通过数值结果证明反馈位数增加时系统速率接近全CSI情况。
2026-09-30 cs.IT eess.SP math.IT
Design and Analysis of Multi-User SDMA Systems with Noisy Limited CSIT Feedback
在本文中，我们考虑空分多址（SDMA）系统与一个基站与多个天线和一些单天线手机在嘈杂的有限CSIT反馈。提出了一种适用于SDMA系统的鲁棒噪声有限反馈设计方法。该解决方案包括一个实时的鲁棒SDMA预编码，用户选择和速率自适应以及离线反馈索引分配算法。将指标分配问题转化为旅行商问题（TSP）。基于反馈星座和预编码器的具体结构，我们推导出一个低复杂度但渐近最优的解决方案。仿真结果表明，在有限反馈噪声信道下，与传统的朴素设计相比，该框架具有显著的有效吞吐量增益。此外，我们表明，尽管有噪声的反馈信道，平均SDMA系统的有效吞吐量增长的反馈比特数的干扰限制制度，而在噪声限制制度的发射天线和前向信道SNR的数量线性增加。
2010-01-21 cs.IT math.IT
Secure Degrees of Freedom of MIMO X-Channels with Output Feedback and Delayed CSIT
我们研究了两个用户的多输入多输出（MIMO）X信道的安全传输问题，其中信道状态信息提供了一个单位的延迟到两个发射机（CSIT），每个接收机反馈其信道输出到一个不同的发射机。我们将此模型称为具有非对称输出反馈和延迟CSIT的MIMO X信道。每个发射器配备有M个天线，并且每个接收器配备有N个天线。对于这个模型，占在每个接收器的消息，我们表征的最佳和安全自由度（SDoF）区域。我们表明，在存在非对称输出反馈和延迟CSIT的情况下，MIMO X信道的和SDoF区域与在发射机处具有2 M个天线、在每个接收机处具有N个天线和延迟CSIT的两用户MIMO BC的SDoF区域相同。该结果表明，在非对称输出反馈和延迟CSIT可用时，由于发射机的分布式性质，在和SDoF方面没有性能损失。接下来，我们表明，如果仅将输出反馈传送到发射机，则该结果也成立，但是以对称方式，即，每个接收机将其输出反馈到两个发射机而不反馈到CSIT。我们还研究了仅向发射机提供非对称输出反馈的情况，即，在没有CSIT的情况下，并推导出该模型的SDOF和的下限。此外，我们专门我们的结果的情况下，没有安全约束。特别是，类似的设置与安全约束，我们表明，最佳和DoF区域的（M，M，N，N）-MIMO X-信道与非对称输出反馈和延迟CSIT是相同的DoF区域的两个用户MIMO BC与2 M-天线在发射机，N-天线在每个接收机，和延迟CSI…
2013-09-16 cs.IT math.IT
Noncoherent Trellis Coded Quantization: A Practical Limited Feedback Technique for Massive MIMO Systems
准确的信道状态信息（CSI）对于获得单用户（SU）多输入多输出（MIMO）无线通信系统中的波束成形增益和多用户（MU）MIMO无线通信系统中的复用增益是必不可少的。现有技术的有限反馈方案依赖于用于信道量化的预定义码本，仅适用于少量发射天线和低反馈开销。为了将通知的发射机方案扩展到在基站处具有大量发射天线的新兴大规模MIMO系统，一种常见的方法是采用时分双工（TDD）并利用从信道互易性获得的隐式反馈。然而，大多数现有的蜂窝部署是基于频分复用（FDD）的，因此，探索这种系统的向后兼容的大规模MIMO升级是非常有意义的。对于每个天线的固定反馈速率，用于量化信道的码字的数量随着天线的数量呈指数增长，因此基于从标准矢量量化码本的查找来生成反馈不成比例。在本文中，我们提出了非相干网格编码量化（NTCQ），其编码复杂度与天线的数量成线性比例。该方法利用了格拉斯曼流形上的信源编码和非相干序列检测之间的对偶性。此外，由于非相干检测可以实现近最佳使用一个银行的相干检测器，我们得到了一个低复杂度的实现NTCQ编码使用现成的Viterbi算法应用于标准的网格编码量化。我们还开发了先进的NTCQ计划，利用各种信道特性，如时间/空间相关性。仿真结果表明，所提出的NTCQ及其扩展可以达到接近最优的性能与适度的复杂度和反馈开销。
2013-11-08 cs.IT math.IT
Principal Component Analysis (PCA)-based Massive-MIMO Channel Feedback
考虑了多输入多输出（MIMO）系统中的信道状态信息（CSI）反馈方法。为了从CSI中提取基本信息而没有由高度相关的天线引起的冗余，接收机通过使用由CSI向量的协方差矩阵的特征向量组成的Karhunen-Loeve变换（KLT）矩阵将相关CSI向量变换（稀疏化）为不相关的稀疏CSI向量，并反馈稀疏CSI的基本分量，即，主成分分析法。然后，发射机通过反馈向量的逆变换来恢复原始CSI。在这里，为了获得在收发器的协方差矩阵，我们推导出空间相关的瑞利衰落信道的协方差矩阵的基础上，它的统计，包括发射天线和接收天线的相关矩阵，信道方差，和信道延迟分布。利用信道统计的知识，收发器可以容易地获得协方差矩阵和KLT矩阵。分析了该方法的压缩反馈误差和误比特率性能。数值结果验证了所提出的方法是有前途的，其显著地减少了具有来自全CSI反馈的边际性能降级的MIMO系统的反馈开销（例如，反馈量减少80%，即，原始CSI的1/5，频谱效率仅降低2%）。此外，我们数值表明，对于一个给定的有限的反馈量，我们可以找到最佳数量的发射天线，以实现最大的频谱效率，这是一个新的设计框架。
2015-12-16 cs.IT math.IT
Training Sequence Design for Feedback Assisted Hybrid Beamforming in Massive MIMO Systems
在未来商业无线通信中使用大规模天线系统是一种新兴技术，其使用过量的发射天线来实现高频谱效率。在实践中，利用大规模天线阵列实现潜在增益取决于足够的信道估计精度。许多先前的工作集中在基于TDD的网络上，依赖于上行链路和下行链路信道之间的互易性。然而，大多数当前部署的商用无线系统是基于FDD的，使得难以利用信道互易性。在大规模MIMO FDD系统中，信道估计的问题变得更具挑战性，这是由于伴随着大量的训练资源和反馈要求，其与天线的数量成比例。在本文中，我们考虑的问题，采用一组训练信号和它的映射到训练周期的训练序列的设计。我们专注于降维训练序列的设计，以及发射预编码器的设计，旨在降低硬件复杂度和功耗。由此产生的设计扩展到混合模拟-数字波束成形系统，采用有限数量的有源RF链的发射预编码，通过应用Toeplitz分布定理的大规模线性天线系统。训练序列参数选择的一个实用的指导方针，提出了性能分析。
2015-07-18 cs.IT math.IT
Unified Analysis of Transmit Antenna Selection/Space-Time Block Coding with Receive Selection and Combining over Nakagami-m Fading Channels in the Presence of Feedback Errors
研究了由反馈链路误差引起的不完美的发射天线选择（TAS）对具有选择合并（SC）的混合TAS/空时分组编码（STBC）的性能的影响（即，联合发送和接收天线选择（TRAS）/STBC）和TAS/STBC（具有接收最大比合并（MRC）类合并结构）是Nakagami-m衰落信道下的主要目标。在理想信道估计和无延迟反馈假设下，针对联合TRAS/STBC和TAS/STBC方案的统一系统模型，推导了与后处理信噪比（SNR）相关的统计表达式和几个性能指标。本文给出了二进制和多进制调制的中断概率和比特/符号出错率（BER/SER）的精确解析表达式，以便对有反馈差错的统一系统的容量和差错性能进行广泛的研究。此外，渐近分集阶分析，这表明所研究的方案的分集阶是由空时分组码传输本身提供的分集阶下界，包括在文件中。此外，所有的理论结果进行了验证Monte Carlo模拟。
2012-08-13 cs.IT math.IT stat.OT
The DoF Region of the Multiple-Antenna Time Correlated Interference Channel with Delayed CSIT
我们考虑时间相关的多天线干扰信道，其中发射机具有（i）从易延迟反馈信道获得的延迟信道状态信息（CSI）以及（ii）例如从基于这些过去信道样本的预测获得的不完美的当前CSIT。在这种条件下，我们推导出两用户多天线干扰信道的自由度（DoF）区域。所提出的DoF实现方案利用为完全过时的CSIT反馈信道设计的空间-时间对准协议的特定组合（最初由Maddah-Ali等人为广播信道开发，后来由Vaze等人和Ghasemi等人扩展到干扰信道）。同时使用简单的迫零（ZF）预编码器。基本成分在于在应用初始不完美ZF预编码器之后留下的残余干扰的量化和反馈。我们的重点是MISO设置，虽然扩展到某些MIMO的情况下也被考虑。
2012-04-30 cs.IT math.IT
Secure MIMO Communications under Quantized Channel Feedback in the presence of Jamming
我们考虑的问题，在MIMO设置中的对抗干扰机配备$n_j$发射天线和窃听器配备$n_e$接收天线的存在下，安全通信。配备有$n_t$天线的多天线发射机希望向配备有$n_r$天线的多天线接收机秘密地传送消息。我们提出了一种基于人工噪声和线性预编码的传输方法和一种采用波束成形的两阶段接收方法。在此策略下，我们首先刻画了通信的可达保密率，并证明了在理想信道状态信息（CSI）情况下，可达安全自由度（SDoF）由$d_s = n_r - n_j$给出.其次，我们考虑量化CSI反馈使用直接信道矩阵的函数的格拉斯曼量化，并导出作为发射功率的函数的量化比特率缩放的充分条件，用于保持具有完美CSI的可实现SDOF $d_s$，并且用于由于量化而具有渐近零保密率损失。数值模拟也提供了支持的理论。
2014-11-05 cs.IT math.IT
The Degrees of Freedom Region of the MIMO Interference Channel with Shannon Feedback
研究了在香农反馈、有限香农反馈和输出反馈条件下，四个终端均具有任意天线数的两用户多输入多输出（MIMO）快衰落干扰信道（IC），其中发射机分别可以获得全部或某些信道矩阵和输出，或仅获得信道输出，且具有有限延迟.虽然对于四个终端处的大多数天线，示出了具有香农反馈的DoF区域和这里考虑的有限香农反馈设置是相同的，并且等于仅具有延迟信道状态信息（CSIT）的DoF区域，但示出了情况并非总是如此。对于由四个节点处的天线数量之间的某种关系表征的特定类别的MIMO IC，具有香农和有限香农反馈设置的DoF区域（虽然再次相同）严格大于仅具有延迟CSIT的DoF区域。为了利用香农或有限香农反馈实现这些DoF增益，开发了一种新的追溯干扰对准方案，其中除了延迟CSIT之外，还采用通过输出反馈而成为可能的发射机协作来实现比先前已知的仅使用延迟CSIT的方案可行的更有效形式的干扰对准。对于仅输出反馈的DoF区域，其中每个发射器仅延迟接收器的输出的知识，也针对除了满足涉及天线数量的两个不等式之一的一类MIMO IC之外的所有MIMO IC获得。
2011-10-31 cs.IT math.IT
Symmetric Two-User MIMO BC and IC with Evolving Feedback
扩展最近的研究结果的两个用户MISO广播信道（BC）与不完美的和延迟的信道状态信息在发射机（CSIT），这里的工作探讨了两个用户MIMO BC和两个用户MIMO干扰信道（MIMO IC）的性能，在存在的反馈与不断变化的质量和及时性。在标准假设下，并且在每个发射机有M个天线和每个接收机有N个天线的情况下，该工作推导出DoF区域，该DoF区域对于足够好（但可能不完美）的延迟CSIT的大范围是最佳的。该区域简明地捕获具有预测的、当前的和延迟的CSIT的效果，以及简明地捕获关于任何信道在任何时间提供的CSIT的质量的效果。除了描述在MIMO设置中使用这种不完美和延迟反馈的限制的进展之外，这项工作还提供了不同的见解，包括以下事实：越来越多的接收天线可以允许降低质量反馈，以及IC中的直接链路不需要CSIT。
2013-06-16 cs.IT math.IT
Limited Feedback in MISO Systems with Finite-Bit ADCs
我们分析了有限反馈系统中的多天线发射机发送信号到单天线接收机与有限位ADC。如果信道状态信息（CSI）在发射机处不能以高分辨率获得并且预编码没有很好地设计，则用户间干扰对于具有低分辨率量化的接收机是一个很大的解码挑战。在本文中，我们推导出有限位ADC和有限位CSI反馈的可实现速率。然后分析了与具有完美CSI的情况相比的性能损失。结果表明，每个反馈的比特数应随ADC分辨率线性增加，以限制损失。
2016-12-10 cs.IT math.IT
Multi-User Diversity vs. Accurate Channel Feedback for MIMO Broadcast Channels
考虑了具有有限信道反馈的多发射天线、单接收天线（每个接收机）下行链路信道。给定对整个系统范围的信道反馈的约束，考虑以下问题：从大量接收器获得低速率反馈或从较少数量的（随机选择的）接收器接收高速率/高质量反馈是优选的？从许多用户获取反馈允许利用多用户分集，而高速率反馈允许非常精确地选择波束成形方向。结果表明，系统中，有限数量的用户反馈高速率信道信息显着优于低速率/许多用户系统。虽然容量仅随用户数量的增加而成倍增加，但信道反馈的边际效益在CSI基本上完美的情况下是非常显著的。
2007-10-06 cs.IT math.IT
Multi-User Diversity vs. Accurate Channel State Information in MIMO Downlink Channels
在一个多发射天线，每个接收机的下行链路信道与有限的信道状态反馈的单天线，我们考虑以下问题：给定的约束的总系统范围内的反馈负载，它是最好得到低速率/粗信道反馈从大量的接收机或高速率/高质量的反馈从一个较小的接收机数量？从许多接收器获取反馈允许利用多用户分集，而高速率反馈允许非常精确地选择波束成形方向。我们发现，有一个强烈的偏好，获得高质量的反馈，并获得接近完美的信道信息，从尽可能多的接收机提供了一个显着更大的总和比收集一些反馈比特从大量的用户。
2009-07-06 cs.IT math.IT
Capacity of Differential versus Non-Differential Unitary Space-Time Modulation for MIMO channels
差分酉空时调制（DUSTM）及其早期的非差分对应物USTM允许高吞吐量MIMO通信，而发射机或接收机完全不拥有信道状态信息（CSI）。对于各向同性随机酉输入，我们得到了精确的封闭形式的表达的概率密度的DUSTM接收信号，这使得直接的Monte Carlo评估其互信息。我们比较了DUSTM和USTM的性能，通过数值计算的互信息，并通过分析低和高信噪比的渐近表达式。在我们的比较中，等效酉空时信号的符号持续时间都等于T，接收天线的数量N也等于T。对于DUSTM，发射天线的数量被方案约束为M = T/2，而USTM没有这样的约束。如果DUSTM和USTM在高SNR下利用相同数量的发射天线，则以比特/秒/Hz表示的差分和非差分方案的归一化互信息渐近相等，其中差分方案执行得稍微好一些，而在低SNR下，DUSTM的归一化互信息渐近为USTM的归一化互信息的两倍。相反，如果USTM利用最佳数量的发射天线，则USTM可以在足够低的SNR下胜过DUSTM。
2005-12-12 cond-mat.stat-mech cs.IT math-ph
Nearly Doubling the Throughput of Multiuser MIMO Systems Using Codebook Tailored Limited Feedback Protocol
我们提出并分析了一种新的鲁棒反馈和多用户MIMO下行链路通信系统的传输策略，称为速率近似（RA）。RA结合了在有限反馈约束下与用户终端进行可靠通信所需的灵活性和鲁棒性。它回应了两个重要的意见。首先，对信道进行近似不是那么重要，而是对速率进行近似，使得可以在基站处模仿最优调度决策。其次，当因此信道状态信息更准确时，发射机处的固定发射码本通常更好。在RA方案中，发射码本和反馈码本是分开的，并且用户速率以受控的均匀误差传递到基站。理论分析和实验结果表明，在一定的干扰噪声容限下，该方案具有更好的性能，并且比经典的Jindal公式具有更好的性能。LTE系统仿真支持的分析结果表明，性能增益高达50%或70%的迫零相比，当使用多个天线在基站和多个天线或一个天线在终端，分别。一个新的反馈协议的开发，固有地考虑了发射码本，这是能够处理在终端的复杂性问题。
2013-01-09 cs.IT math.IT
Exploiting the Preferred Domain of FDD Massive MIMO Systems with Uniform Planar Arrays
大规模多输入多输出（MIMO）系统有可能成为5G蜂窝的一种使能技术。均匀平面阵列（UPA）天线结构是许多商业讨论的焦点，因为它们能够在相对小的区域中实现大量天线。利用UPA天线结构，基站可以同时在水平域和垂直域中控制波束方向。然而，信道条件可能规定一个维度需要比另一个维度更高的信道状态信息（CSI）准确度。我们建议使用一个额外的一个比特的反馈信息从用户发送到基站，以指示在频分复用（FDD）大规模MIMO系统中的CSI量化的反馈开销的顶部上的首选域。结合可变速率CSI量化方案，数值研究表明，对于UPA天线结构，额外的一位反馈可以显着提高CSI质量。
2015-02-03 cs.IT math.IT
Energy-Efficient, Large-scale Distributed-Antenna System (L-DAS) for Multiple Users
大规模分布式天线系统（L-DAS）的分布式天线的数量非常大，可能高达几百个天线，被认为是。L-DAS的几个主要问题，如高延迟，能量消耗，计算复杂性，和大的反馈（信令）开销，被确定。的L-DAS的潜在能力是照亮的能源效率（EE）在整个文件。我们首先和一般建模的L-DAS的功耗，并制定EE最大化问题。为了解决两个关键问题，即巨大的计算复杂性和大量的反馈（信令）信息，我们提出了一种基于信道增益的天线选择（AS）方法和基于干扰的用户聚类（UC）方法。仿真结果表明：i）如果在MU-MIMO处理上存在不可忽略的开销功耗，则使用所有天线进行迫零多用户多输入多输出（MU-MIMO）是能量低效的，此外，通过与非集群L-DAS和共址天线系统进行比较，结果验证并支持了所提出的L-DAS符合AS、UC、预编码和功率控制的EE优点。
2014-01-20 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Multi-hop MIMO Broadcast Networks with Delayed CSIT
研究了一类具有发射端延迟信道状态信息（CSIT）的多层中继辅助MIMO广播网络的和自由度（DoF）。在假设的网络中，K个天线源打算在N-2层K个全双工单天线中继的帮助下与K个单天线目的地通信。我们考虑两个实际的延迟CSIT反馈方案。如果信源可以从所有层获得CSI反馈信号，我们证明了网络的最佳和DoF为K/（1+1/2+.+ 1/K）。如果CSI反馈仅在每个跳内，则我们表明当K=2时，最佳总和DoF为4/3，并且当K >= 3时，总和DoF为3/2是可实现的。我们的结果表明，在考虑的具有延迟CSIT的N层MIMO广播网络中，DoF性能总和可能不取决于网络的层数N，而仅取决于每层天线/终端的数量K。
2012-10-12 cs.IT math.IT
MIMO Broadcast Channels with Finite Rate Feedback
下行链路信道中的多个发射天线可以提供巨大的容量（即，复用）增益，即使当接收机仅具有单个天线时。然而，通常需要接收器和发射器信道状态信息。在本文中，系统中的每个接收机有完善的信道知识，但发射机只接收量化信息的信道实例进行了分析。众所周知的迫零传输技术被认为是，和简单的表达式，由于有限速率反馈的吞吐量下降。一个关键的发现是，每个移动设备的反馈速率必须随着SNR（以dB为单位）线性地增加，以便实现全复用增益，这与点对点MIMO系统形成鲜明对比，在点对点MIMO系统中，不必根据SNR来增加反馈速率。
2006-03-16 cs.IT math.IT
Quantization Bounds on Grassmann Manifolds of Arbitrary Dimensions and MIMO Communications with Feedback
本文研究了维数为n和p的Grassmann流形上的量子化问题，其独特贡献是导出了半径足够小时Grassmann流形上度量球体积的封闭公式。这个体积公式适用于任意维数n和p的格拉斯曼流形，而以前的结果只适用于p=1或n渐近大的固定p。基于体积公式，得到了球填充的Gilbert-Varshamov界和Hamming界.假设均匀分布的源和基于平方弦距离的失真度量，为失真率折衷建立了严格的下限和上限。仿真结果与推导结果相吻合。作为所导出的量化界的一个应用，对于任意有限个天线，精确地量化了有限速率信道状态反馈的多输入多输出（MIMO）系统的信息速率，而以前的结果只适用于多输入单输出（MISO）系统或发射天线数目渐近大但接收天线数目固定的系统.
2007-05-16 cs.IT math.IT
Accurate estimation of DL CSI is required to achieve high spectrum and energy efficiency in massive MIMO systems. Previous works have developed learning-based CSI feedback framework within FDD systems for efficient CSI encoding and recovery with demonstrated benefits. However, downlink pilots for CSI estimation by receiving terminals may occupy excessively large number of resource elements for massive number of antennas and compromise spectrum efficiency. To overcome this problem, we propose a new learning-based feedback architecture for efficient encoding of partial CSI feedback of interleave…
2022-01-08 cs.IT eess.SP math.IT
Power Allocation Games in Wireless Networks of Multi-antenna Terminals
我们认为无线网络，可以建模的多个接入信道中，所有的终端都配备了多个天线。用于说明发射和接收天线相关性的影响的传播模型是酉不变酉模型，其是文献中可用的最一般的模型之一。在此背景下，我们介绍和分析了两个资源分配游戏。在这两个游戏中，移动站自私地选择他们的功率分配策略，以最大限度地提高他们各自的上行链路传输速率，特别是他们可以忽略一些指定的集中式政策。在考虑的第一个游戏中，基站实现连续干扰消除（SIC）和每个移动站选择他最好的空时功率分配方案，在这里，一个协调机制是用来指示给用户的顺序，其中接收机应用SIC。在第二框架中，假设基站实现单用户解码。对于这两个游戏的纳什均衡提供了一个彻底的分析：解决的存在性和唯一性问题，相应的功率分配政策，确定利用随机矩阵理论，分析研究了在低和高信噪比制度和模拟在更典型的情况下，均衡的总速率效率。仿真结果表明，特别是，总和速率效率是高的类型的系统调查和性能损失，由于使用所提出的次优协调机制是非常小的。
2010-11-23 cs.IT math.IT
Beamforming Feedback as a Novel Attack Surface for Wi-Fi Physical-Layer Security
University of South Florida（南佛罗里达大学）
本文提出BFIAttack，利用波束成形反馈信息重构合法用户或设备的信道状态信息，从而攻击Wi-Fi物理层安全。通过单天线和多天线场景下的信道状态信息重建方法，实验显示攻击成功率高达73%至93%。
2026-04-05 cs.CR cs.IT math.IT
Sensing-Assisted Sparse Channel Recovery for Massive Antenna Systems
针对大规模天线系统的信道估计问题，提出感知辅助的稀疏信道恢复方法，利用雷达感知确定稀疏基，结合压缩感知算法与用户反馈恢复信道，在有限反馈下降低训练开销、提升恢复精度与可达速率。
2023-11-10 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Unitary Triangularization for Gaussian Multi-User MIMO Networks
考虑了在高斯多输入多输出广播信道上向多个用户发送公共消息的问题，其中每个用户配备有任意数量的天线。一个闭环的情况下，假设，一个实用的能力接近计划的开发。通过在发送和接收节点处应用明智地选择的酉运算，信道矩阵被三角化，使得所得矩阵具有相等的对角线，直到可能的乘法标量因子。这与连续干扰消除的利用一起，将编码和解码任务减少到在单天线加性高斯白噪声信道上的编码和解码任务。在所得到的有效信道上，可以使用任何现成的代码。对于两个用户的情况下，它最近表明，这种联合酉三角化总是可能的。在本文中，它表明，对于两个以上的用户，有必要进行酉线性处理联合在多个信道使用，即，采用空时处理。它进一步表明，精确的三角化，所有产生的对角线是平等的，仍然不总是可能的，并建立了适当的条件，这种存在的某些情况下。当精确的三角化是不可能的，提出了一个渐近的建设，实现了所需的属性，可以任意小的边缘效应，在处理足够大数量的通道使用在一起的价格相等的对角线。
2016-06-27 cs.IT math.IT
