Scalable Uplink Signal Detection in C-RANs via Randomized Gaussian Message Passing
云无线接入网络（C-RAN）是下一代无线网络中具有前所未有的容量增强的有前途的架构，这归功于基站处理的集中化和虚拟化。然而，C-RAN中的集中式信号处理涉及高计算复杂性，当网络增长到巨大的规模时，该高计算复杂性很快变得无法承受。首先，本文致力于设计一个可扩展的上行链路信号检测算法，在这个意义上，每单位网络面积的复杂度和总的计算时间保持不变，当网络规模的增长。为此，我们将C-RAN中的信号检测公式化为二分随机几何图上的推理问题。通过在相邻节点之间传递消息，消息传递（也称为置信传播）提供了一种有效的方式来解决稀疏图上的推理问题。然而，传统的消息传递算法不能保证收敛，因为相应的二部随机几何图是局部稠密的，包含许多短循环。作为本文的一个主要贡献，我们提出了一个随机高斯消息传递（RGMP）算法，以提高收敛性。我们建议以随机顺序异步交换消息，而不是同时或以固定顺序交换消息。建议RGMP算法表现出显着更好的收敛性能比传统的消息传递。消息更新时间表的随机性也简化了分析，并允许推导RGMP算法的收敛条件。此外，我们提出了一个分块RGMP（B-RGMP）算法的实际实现。当网络规模增大时，B-RGMP的平均计算时间保持不变。
2017-05-26 cs.IT math.IT
Detection of Nonlinearly Distorted OFDM Signals via Generalized Approximate Message Passing
在本文中，我们提出了一个实用的接收机的多载波信号受到一个强的无记忆非线性。接收机的设计是基于广义近似消息传递（GAMP）的框架，这使得实时算法实现在软件或硬件中具有中等复杂度。在AWGN信道中，当OFDM信号具有削波非线性且削波波形的波峰因子仅为1.9dB时，在误码率范围为$10^{-4}\div10^{-6}$的情况下，与理想的未编码线性OFDM传输相比，该接收机可以提供超过2dB的增益。仿真结果还表明，该接收机提供了显着的性能增益在频率选择性多径信道
2017-03-05 cs.IT math.IT
Multicarrier-Division Duplex for Solving the Channel Aging Problem in Massive MIMO Systems
训练和数据传输的分离以及频繁的上行链路/下行链路（UL/DL）切换使得基于时分双工（TDD）的大规模多输入多输出（mMIMO）系统由于导致严重的信道老化而在快速时变场景中不太胜任。为此，引入了与两种类型的精心设计的帧结构相关联的多载波分双工（MDD）mMIMO方案，用于在快速时变信道上通信时对抗信道老化。为了与TDD进行比较，给出了与3GPP标准相关的相应帧结构及其变体形式。引入MDD特定的通用维纳预测器和决策指导维纳预测器来分别在时域中基于UL导频和在频域中基于检测到的UL数据预测信道状态信息，考虑残余自干扰（SI）的影响。此外，通过应用迫零预编码和最大比合并，推导出了时变信道下TDD和MDD系统所能达到的速率下界的闭式近似。我们从这项研究的主要结论是，MDD，赋予全双工的能力，但比带内全双工（IBFD）的SI消除的需求较少，优于传统的TDD和IBFD在对抗信道老化。
2022-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
Distributive Power Control Algorithm for Multicarrier Interference Network over Time-Varying Fading Channels - Tracking Performance Analysis and Optimization
在过去的几年里，干扰受限网络上的分布式功率控制受到了越来越多的关注。分布式解决方案（如迭代注水，梯度投影等）在\emph{quasi-static}信道下进行了深入研究。然而，由于这种分布式解决方案涉及迭代更新和显式消息传递，因此假设无线信道在迭代期间保持不变是不现实的。不幸的是，这些分布式解决方案在\emph{time-varying}信道下的行为通常是未知的。本文研究了有限状态马尔可夫信道（FSMC）模型下$K$对多载波干扰网络中的分布式尺度梯度投影算法（DSGPA）。我们将分析拟议DSGPA的\emph{convergence property}和\emph{tracking performance}。我们的分析表明，建议的DSGPA收敛到一个极限区域，而不是一个单一的点下的FSMC模型。我们还表明，跟踪误差的增长顺序是由$\mathcal{O}\(1 \big/ \bar{N}\)$，其中$\bar{N}$是FSMC的\emph{average sojourn time}。在此基础上，我们将通过马尔可夫决策过程模型推导出\emph{tracking error optimal scaling matrices}。我们将表明，跟踪误差的最佳缩放矩阵可以实现分布式在每个发射机。数值结果表明，所提出的DSGPA优于三个基线计划，如梯度投影算法与恒定步长的性能。
2010-05-25 cs.IT math.IT
Spectral-Efficiency of Cell-Free Massive MIMO with Multicarrier-Division Duplex
提出了一种基于多载波分双工（MDD）的无小区（CF）方案，即MDD-CF，其使得下行链路（DL）数据和上行链路（UL）数据或导频能够在分布式CF大规模MIMO（mMIMO）系统中在相互正交的子载波上并发地传输。为了证明MDD-CF的优势，我们首先研究了一个相干间隔（CT）与接入点（AP）的选择，功率和子载波分配的频谱效率（SE）的性能。由于制定的SE优化是一个混合整数非凸问题，是NP-难解决的，我们利用所涉及的变量之间的固有关联，将其转化为一个连续整数凹凸问题。然后，提出了一种二次变换（QT）辅助的迭代算法，以实现SE最大化。接下来，我们扩展我们的研究的情况下，一个无线电帧由几个CT间隔。在这方面，一种新的两相CT间隔（TPCT）的计划被设计为不仅提高SE在无线电帧，但也提供一致的数据传输在快速时变信道。相应地，为了便于优化，我们提出了一个两步迭代算法，通过建立TPCT中的两个阶段之间的连接，通过迭代因子。仿真结果表明，MDD-CF可以显着优于带内全双工（IBFD）-CF由于有效的干扰管理。此外，与时分双工（TDD）-CF相比，MDD-CF对高移动性场景更鲁棒，并且实现更好的SE性能。
2022-08-14 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Message Passing-Based Detectors for Uplink Grant-Free NOMA Systems
针对上行免授权NOMA系统的检测器性能提升问题，提出结合BG-MC概率模型的GAMP-BG-MC算法，利用时域相关性和自适应参数更新，在同阶复杂度下提升检测精度。
2024-01-26 cs.IT eess.SP math.IT
On Uplink-Downlink Duality for Cellular IA
在我们以前的工作中，我们考虑了一个六边形蜂窝网络拓扑的上行链路，并表明，线性“一次”干扰对齐（IA）计划能够实现最佳的自由度（DoF）每个用户，下一个解码的消息传递框架，允许基站交换自己的解码消息在本地回程链路。在这项工作中，我们提供了双重框架的蜂窝网络的下行链路具有相同的回程架构，并表明，对于每个“一次”IA计划，可以实现$d$自由度的每个用户在上行链路中，存在一个双“一次”IA计划，可以实现相同的自由度在下行链路中。为了实现下行链路的“蜂窝IA”，基站现在将使用相同的本地回程链路来交换脏纸预编码信号的量化版本，而不是用户消息。
2014-07-14 cs.IT math.IT
Energy-Efficient 5G Outdoor-to-Indoor Communication: SUDAS Over Licensed and Unlicensed Spectrum
本文研究了共享用户设备（UE）侧分布式天线系统（SUDAS）辅助下的上下行多载波传输的联合资源分配算法设计。所提出的SUDAS同时利用许可频带和未许可频带（例如，毫米波频带）来实现单天线UE的空间复用增益，以提高第$5$代（5G）室外到室内通信的能量效率和系统吞吐量。UE选择、上行链路和下行链路的时间分配以及收发器处理矩阵的设计被公式化为用于最大化端到端系统能量效率（比特/焦耳）的非凸优化问题。所提出的问题公式化考虑了延迟敏感UE的最小数据率要求和所有收发器的电路功耗。为了设计一个易于处理的资源分配算法，我们首先表明，最佳的发射机预编码和接收机后处理矩阵联合对角化的端到端的通信信道的下行链路和上行链路通信通过SUDAS。随后，矩阵优化问题被转换成一个等价的标量优化问题的多个并行通道，这是解决的渐近全局最优迭代算法。此外，我们提出了一个次优算法，找到一个局部最优解的非凸优化问题。仿真结果表明，所提出的用于SUDAS的资源分配算法通过为单天线UE提供多个并行数据流，与传统基线系统相比，在系统能量效率和频谱效率方面实现了显著的性能增益。
2015-06-24 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Uplink Sparse Code Multiple Access
可重构智能表面授权通信（RIS）和稀疏码多址（SCMA）是未来几代无线网络的有前途的候选人。前者增强了传输环境，而后者提供了高频谱效率传输。这封信首次提出了一种用于提高传统SCMA频谱效率的RIS辅助上行SCMA（SCMA-RIS）方案。消息传递算法（MPA）被利用和修改以解码SCMA-RIS发送的信号。此外，提出了一种用于SCMA-RIS方案的低复杂度解码器，以显著降低MPA解码复杂度并改善传统SCMA的比特出错率性能。蒙特卡洛模拟和复杂性分析，支持的调查结果。
2020-11-19 cs.ET cs.IT math.IT
Sparse Message Passing Based Preamble Estimation for Crowded M2M Communications
由于M2M通信时代的设备数量巨大，给现有的随机接入（RA）机制带来了新的挑战，例如严重的前导码冲突和资源块（RB）浪费。为了解决这些问题，提出了一种新的稀疏消息传递（SMP）算法，基于伯努利消息更新的因子图。SMP使得能够准确估计设备的活动以及由每个活动设备选择的前导码的身份。在估计的辅助下，可以提高上行链路数据传输的RB效率，特别是在冲突设备之间。此外，一个分析工具推导出分析的SMP算法的迭代进化和收敛性。最后，数值模拟验证了我们的分析结果的有效性和显着改善的SMP估计出错率，即使发生前导冲突。
2017-10-15 cs.IT math.IT
Learned Score-Based Turbo Message Passing for Channel Recovery From Spatially Compressed Measurements
National Key Laboratory of Science and Technology on Communications, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室）
本文针对极端空间压缩下上行链路HBF信道恢复问题，提出L-STMP框架，引入可训练参数与PMI辅助波束选择，仿真显示其信道重建性能优于现有基线。
2026-10-14 cs.IT math.IT
Distributed Iterative Detection Based on Reduced Message Passing for Networked MIMO Cellular Systems
本文考虑了多用户多小区高频复用场景下的上行链路基站协作（BSC）策略，研究了软/硬干扰消除算法的分布式迭代检测（DID）方案。传统的分布式检测方案与所有协作BS交换{软符号估计}。由于需要经由回程共享大量信息，因此硬比特信息的交换是优选的，然而经历性能降级。在本文中，我们考虑了减少消息传递（RMP）技术，其中每个BS生成一个检测列表与所需的符号，根据计算出的概率排序的概率。然后，网络从列表中选择最佳的{检测候选}，并在协作小区之间传送星座符号的索引（而不是双精度值）。与传统的软比特交换算法相比，DID-RMP能够以较低的回程业务开销抑制小区间干扰（ICI），并且性能优于已有的硬/软信息交换算法。
2014-01-01 cs.IT math.IT
Study of Joint Activity Detection and Channel Estimation Based on Message Passing with RBP Scheduling for MTC
本文在混合广义近似消息传递（HyGAMP）算法的基础上，提出了消息调度GAMP（MSGAMP）算法，以解决上行链路免授权大规模MIMO系统中的联合主动设备检测和信道估计问题。在MSGAMP中，我们应用三种不同的调度技术的基础上的剩余信念传播（RBP），其中使用最新的可用信息生成的消息。由于计算成本比最先进的算法低得多，MSGAMP型计划在活动出错率和归一化均方误差方面表现出良好的性能，需要少量的迭代收敛。%
2021-06-13 cs.IT eess.SP math.IT
Centralized and Distributed Sparsification for Low-Complexity Message Passing Algorithm in C-RAN Architectures
云无线接入网（C-RAN）是第五代（5G）蜂窝系统的一种很有前途的技术。然而，由要从无线电远程头端（RRH）收集（在上行链路中）并在基带单元（BBU）处处理的大量数据所施加的负担构成了严重的挑战。为了减少BBU处的最小均方误差（MMSE）接收机的计算工作量，可以使用高斯消息传递（MP）以及信道矩阵的适当稀疏化。在本文中，我们提出了两套解决方案，集中式或分布式的。在集中式解决方案中，我们提出了不同的方法来稀疏化信道矩阵，以降低MP的复杂度。然而，这些方法仍然需要将到达RRH的所有信号传送到BBU，因此骨干网络设备之间的通信要求不变。相反，在分散式解决方案中，我们的目标是通过预处理RRH处的信号并将减少的信号集合传送到BBU来降低BBU处的MP的复杂性和对RRHs-BBU通信链路的要求。
2017-06-27 cs.IT math.IT
Topological Interference Management with Decoded Message Passing
拓扑干扰管理（TIM）问题研究除了网络拓扑之外没有信道状态信息的部分连接的干扰网络（即，连接图）。在本文中，我们考虑了上行链路蜂窝网络中的类似问题，同时在接收器处启用消息传递（例如，基站），使得解码的消息可以经由回程链路被路由到其它接收机，以帮助进一步提高网络性能。对于这个TIM问题与解码消息传递（TIM-MP），我们建模的干扰模式的冲突有向图，连接正交访问冲突有向图上的非循环集着色，并显示一对一的干扰对齐归结为正交访问，因为消息传递。借助多面体组合学，我们确定了某些类别的网络拓扑结构的结构特性，其中正交访问实现了信息理论意义上的最佳自由度（DoF）区域。与传统的索引编码与同时解码的关系也研究了制定一个广义的索引编码问题与连续解码作为解码消息传递的结果。还研究了约简性和临界性的性质，通过这些性质，我们能够证明正交访问在对称自由度方面的线性最优性，对于所有可能的网络拓扑结构（218个实例），最多四个用户的网络。还讨论了消息传递的开销和可实现的对称DoF之间的权衡的实际问题，希望促进有效的回程利用率。
2017-02-26 cs.IT math.IT
Massive Random Access with Sporadic Short Packets: Joint Active User Detection and Channel Estimation via Sequential Message Passing
本文考虑了上行链路大规模机器类型通信（mMTC）场景，其中大量用户设备连接到基站（BS）。提出了一种新的免授权的大规模随机接入（MRA）策略，同时考虑了零星的用户业务和短数据包的特点。具体地，引入活动检测时间（ADT）和活动检测时段（ADP）的概念，使得可以在一个相干时间内多次执行活动用户检测。通过考虑零星的用户流量和短数据包的功能，我们建模的联合主动用户检测和信道估计问题到一个动态的压缩感知（CS）问题的基础稀疏信号表现出大量的时间相关性。本文建立了一个概率模型来捕捉时间结构，并建立了相应的因素图。设计了一种新的顺序近似消息传递（S-AMP）算法，从一个ADT到下一个ADT顺序执行推理并恢复稀疏信号。然后推导出贝叶斯活动用户检测器和相应的信道估计器。数值结果表明，在我们的场景下，所提出的S-AMP算法提高了主动用户检测和信道估计性能的竞争算法。
2021-02-22 cs.IT math.IT
Integrated Near Field Sensing and Communications Using Unitary Approximate Message Passing Based Matrix Factorization
针对ISAC系统上行近场联合定位与信号检测问题，提出结合VI与UAMP的低复杂度贝叶斯矩阵分解算法UAMP-MF，并通过仿真验证其优越性能。
2024-06-11 cs.IT math.IT
Channel Hardening-Exploiting Message Passing (CHEMP) Receiver in Large-Scale MIMO Systems
在本文中，我们提出了一种MIMO接收机算法，利用{ \em信道硬化}，发生在大MIMO信道。信道硬化是指随着信道增益矩阵${\bf H}$的大小增加，与对角项相比，${\bf H}^H{\bf H}$矩阵的非对角项变得越来越弱的现象。具体来说，我们提出了一种消息传递检测（MPD）算法，该算法与实值匹配滤波接收向量（其信号项变为${\bf H}^T{\bf H}{\bf x}$，其中${\bf x}$是传输向量）一起工作，并对${\bf H}^T{\bf H}$矩阵的非对角项使用高斯逼近。我们还提出了一个简单的估计方案，直接获得估计的${\bf H}^T{\bf H}$（而不是估计的${\bf H}$），它被用作一个有效的信道估计的MPD算法。我们将此接收器称为{ \em信道硬化-利用消息传递（CHEMP）}接收器。所提出的CHEMP接收机在大规模MIMO系统（例如，在具有16到128个上行链路用户和128个基站天线的系统中）。对于所考虑的大MIMO设置，所提出的MPD算法的复杂度几乎相同或小于最小均方误差（MMSE）检测。这是因为MPD算法不需要矩阵求逆。与MMSE和其他使用${\bf H}$的MMSE估计的消息传递检测算法相比，它还实现了显著更好的性能。我们还提出了一个收敛性分析所提出的MPD算法。此外，我们设计了优化的不规则低密度奇偶检验（LDPC）码特定于所考虑的大MIMO信…
2014-01-10 cs.IT math.IT
