Multiuser Millimeter Wave Beamforming Strategies with Quantized and Statistical CSIT
为了减轻毫米波系统中硬件的高成本，通常采用混合模拟/数字预编码。在传统的两级反馈方案中，通过束搜索和反馈来确定模拟波束形成器，以最大化每个用户的期望信号功率。基于有效信道的量化和反馈设计了数字预编码器，以抑制多用户干扰。或者，我们提出了一个一级反馈方案，有效地降低了信令和反馈过程的复杂性。具体地，利用二阶信道统计来设计用于干扰减轻的数字预编码器，而所有反馈开销被保留用于精确的模拟波束成形。在固定的总反馈约束下，我们研究了一级反馈方案优于传统的两级反馈方案的条件。此外，速率分裂（RS）传输策略的引入，以进一步解决多用户干扰和提高速率性能。考虑（1）由一级反馈方案预编码的RS和（2）由两级方案预编码的常规传输策略，其中第一级反馈与（1）相同，并且还有一定量的额外第二级反馈。我们证明了（1）可以达到与（2）相当的和率。因此，RS可以显着节省第二阶段训练和反馈开销。
2017-02-23 cs.IT math.IT
Training and Feedback Optimization for Multiuser MIMO Downlink
我们考虑MIMO衰落广播信道，其中衰落信道系数在跨越相干时间$\times$相干带宽的时频块上是恒定的。在闭环系统中，通过基站发送的下行链路训练和来自每个用户终端的显式反馈来获取发射机处的信道状态信息（CSIT）。在开环系统中，CSIT通过利用上行链路训练和信道互易性来获得。我们使用一个紧密的封闭形式的下限遍历可实现的速率在CSIT错误的存在下，以优化系统的整体吞吐量，考虑到明确的开销，由于信道估计和信道状态反馈。基于实际系统的三个时频块模型，我们提供了一些有用的指导方针，为整个系统的优化。特别是，数字（量化）反馈被发现提供了一个很大的优势超过模拟（非量化）反馈。
2009-12-10 cs.IT math.IT
A Rate Splitting Strategy for Massive MIMO with Imperfect CSIT
在多用户MIMO广播信道中，当发射端信道状态信息（CSIT）不完全时，多用户干扰会影响系统的速率性能。为了解决多用户干扰的不利影响，最近已经提出了一种速率分裂（RS）方法，该方法将一个选定的用户的消息分成公共和私有部分，并将公共消息叠加在私有消息之上。公共消息从公共码本中提取，并且应该由所有用户解码。在本文中，我们推广的想法RS到大规模阵列政权与不完善CSIT。通过进一步利用信道的二阶统计特性，我们提出了一种新的和通用的框架分层速率分裂（HRS），特别适合于大规模MIMO系统。HRS同时发送针对每个用户的私有消息和两种公共消息，这两种公共消息可以分别由所有用户和用户子集解码。我们分析了RS和HRS的渐近和速率，并优化了公共消息的预编码器。一个封闭形式的功率分配推导出系统参数的影响提供了见解。最后，仿真结果验证了RS和HRS在不同基线上的显著和速率增益。
2015-12-22 cs.IT math.IT
On Stochastic Orders and Fast Fading Multiuser Channels with Statistical CSIT
本文研究了衰落高斯多用户信道。如果信道对于发射机是完全已知的，则已经针对其中信道可以满足某些信息理论阶数（诸如劣化或强/非常强的干扰）的许多情况建立了容量。在这里，我们研究的情况下，只有统计的信道是已知的发射机，这是一个开放的问题，在一般情况下。本文的主要贡献如下：首先，我们引入了一个框架来分类随机衰落信道的联合分布的基础上，利用三个方案：最大耦合，耦合，和copula。所有方案的基本精神是，我们通过改变联合分布来获得等效信道，使得它现在满足一定的信息论顺序，同时确保不同用户的信道的边缘分布不变。该等效多用户信道的构造允许我们直接利用现有的容量结果，其中包括高斯干扰信道、高斯广播信道和高斯窃听信道。我们还扩展的框架，以一个特定的内存结构，即有限状态的信道，其中马尔可夫衰落广播信道作为一个特殊情况进行了讨论。几个实际的例子，如瑞利衰落和Nakagami- \textit{m}衰落说明推导结果的适用性。
2018-10-03 cs.IT math.IT
Multi-Branch Tomlinson-Harashima Precoding for MU-MIMO Systems: Theory and Algorithms
Tomlinson-Harashima预编码（THP）是在发送侧采用的非线性处理技术，并且是在接收侧的连续干扰消除（SIC）检测的对偶。与SIC检测类似，THP的性能强烈依赖于预编码符号的排序。然而，最优排序算法，是不切实际的多用户MIMO（MU-MIMO）系统与多个接收天线，由于用户的地理分布的事实。在本文中，我们提出了一个多分支THP（MB-THP）的计划和算法，采用多个发送处理和排序策略以及选择方案，以减轻干扰MU-MIMO系统。提出了两种类型的多分支THP（MB-THP）结构。第一种算法在用户的接收端采用对角加权滤波器的分散策略，第二种算法在发送端采用对角加权滤波器。MB-MMSE-THP算法也推导出一个扩展的系统模型的LQ分解的帮助下，这是简单得多相比，传统的MMSE-THP算法。仿真结果表明，MB-MMSE-THP预编码器在计算复杂性增加较小的情况下，可以获得更好的出错率（BER）性能。
2014-01-19 cs.IT math.IT
Low-Complexity Hybrid Linear/Tomlinson-Harashima Precoding for Downlink Large-Scale MU-MIMO Systems
针对下行链路大规模多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，提出了一种新的低复杂度混合线性/Tomlinson-Harashima预编码器（H-L-THP）。所提出的预编码器包括仅利用信道状态信息（CSI）的二阶统计的内部线性预编码器和使用实际信道和内部预编码器的级联的瞬时总体CSI的外部THP。用户终端被分成组，其中对于每个组，THP连续地减轻组内干扰，而组间干扰由内部线性预编码器消除。我们的仿真结果表明，比特出错率（BER）的建议H-L-THP预编码器是接近传统的THP预编码器，并大大低于常用的正则化迫零（RZF）预编码器的BER。此外，我们推导出精确的表达式的计算复杂性的建议H-L-THP预编码器的浮点运算所需的数量。这些结果表明，所提出的H-L-THP预编码器具有比传统的THP和RZF预编码器低得多的计算复杂性，并且因此是用于实际实现的优秀候选。
2016-04-29 cs.IT math.IT
A Hierarchical Rate Splitting Strategy for FDD Massive MIMO under Imperfect CSIT
在多用户MIMO广播信道中，当发射端信道状态信息（CSIT）不完全时，多用户干扰会影响系统的速率性能。为了解决干扰问题，最近提出了一种速率分裂（RS）方法，该方法将一个用户的消息分成公共和私有部分，并将公共消息叠加在私有消息之上。公共消息从公共码本中提取，并且应该由所有用户解码。在本文中，我们提出了一种新的和一般的框架，表示为分层速率分裂（HRS），这是特别适合于FDD大规模MIMO系统。HRS同时发送针对每个用户的私有消息和两种公共消息，这两种公共消息可以分别由所有用户和用户子集解码。分析了不完全CSIT下HRS的渐近和率。一个封闭形式的功率分配推导出系统参数的影响提供了见解。最后，仿真结果验证了显着的和速率增益HRS在不同的基线。
2015-07-28 cs.IT math.IT
Multiuser Wirelessly Powered Backscatter Communications: Nonlinearity, Waveform Design and SINR-Energy Tradeoff
无线功率传输和反向散射通信已经成为用于激励功率受限设备和与功率受限设备通信的有前景的解决方案。尽管在无线供电的反向散射通信方面取得了一些进展，但焦点一直集中在反向散射和能量采集器上。近年来，在点到点后向散射系统中，自适应于发射端信道状态信息（CSIT）的发射多正弦波形设计取得了重大进展。在本文中，我们利用工作和研究的设计，在多用户后向散射系统，由一个发射机，一个阅读器和多个标签同时激活。我们推导出一种有效的算法来优化发射波形，以便确定在标签处收获的能量的量和通信的可靠性之间的权衡，在读取器处的信号与干扰加噪声比（SINR）方面测量。研究了基于线性和非线性能量采集器模型的优化波形的性能。数值结果表明，占能量采集器的非线性，多用户分集，频率分集和多正弦波形自适应CSIT扩大SINR的能量区域的好处。
2018-11-04 cs.IT math.IT
Robust Transmission in Downlink Multiuser MISO Systems: A Rate-Splitting Approach
我们考虑一个下行链路多用户MISO系统的有界误差的信道状态信息在发送端（CSIT）。我们首先看看在鲁棒的设计问题，实现最大最小的公平用户之间（在最坏的情况下）。与文献中采用的传统方法相反，我们提出了一种基于速率分割（RS）策略的非正统设计。每个用户的消息被分成两部分，公共部分和私有部分。所有公共部分被打包成一个超级公共消息，使用公共码本进行编码，而私有部分被独立编码。得到的符号流被线性预编码并同时发送，每个接收机通过解码公共流及其对应的专用流来检索其预期消息。对于CSIT的不确定性区域，缩放与SNR（例如，通过缩放反馈位的数量），我们证明了基于RS的设计实现了更高的最大-最小（对称）自由度（DoF）相比，传统的设计（NoRS）。对于非缩放CSIT的特殊情况（例如，固定数量的反馈比特），并且与NoRS相反，RS可以实现非饱和的最大-最小速率。我们提出了一个强大的算法的基础上切割集的方法加上加权最小均方误差（WMMSE）的方法，我们证明了其性能增益超过国家的最先进的设计。最后，我们扩展了RS策略，以解决服务质量（QoS）约束的功率最小化问题，我们表现出显着的收益超过基于NoRS的设计。
2016-06-26 cs.IT math.IT
On the Fundamental Feedback-vs-Performance Tradeoff over the MISO-BC with Imperfect and Delayed CSIT
这项工作认为，多用户多输入单输出（MISO）广播信道（BC），其中具有M个天线的发射机发送信息到K个单天线用户，并在那里-如预期的那样-在发射机（CSIT）的信道状态信息的质量和及时性是不完美的。出于多少反馈是必要的，以实现一定的性能的基本问题，这项工作旨在建立自由度（DoF）的性能和CSIT反馈质量之间的权衡界限。具体而言，这项工作为具有部分电流CSIT的一般K用户MISO BC提供了一种新的DoF区域外边界，其自然地弥合了没有电流CSIT（仅延迟CSIT或没有CSIT）的情况与具有完全CSIT的情况之间的差距。然后，该工作表征了总和DoF的任何点所需的最小CSIT反馈，这对于M >= K的情况以及M=2，K=3的情况是最优的。
2013-02-04 cs.IT math.IT
Study of Clustered Robust Linear Precoding for Cell-Free MU-MIMO Networks
本文针对无小区MU-MIMO系统中CSIT不完善导致的残余干扰问题，提出在优化目标中加入加载项的鲁棒预编码方法，并利用用户与接入点簇降低计算和信令开销，实验证明其性能优于传统MMSE预编码器。
2024-07-07 cs.IT math.IT
Tomlinson-Harashima Precoding with Stream Combiners for MU-MIMO with Rate-Splitting
本文介绍了多用户多输入多输出（MU-MIMO）架构的基础上，非线性预编码和流合并技术使用率分裂（RS），其中发射机往往只有部分的信道状态信息（CSI）的知识。与现有的作品相比，我们考虑部署的接收器可能配备有多个天线。这使我们能够采用线性组合技术的最小最大值，最大比率和最小均方误差标准的基础上，随着汤姆林森-Harashima预编码器（THP）的RS为基础的MU-MIMO系统，以提高和速率性能。此外，我们将多分支（MB）的概念到RS架构，以进一步提高和速率性能。通过统计分析，推导出了接收端信干噪比和和速率的闭式表达式。仿真结果表明，所提出的RS-THP方案取得了更好的性能比传统的线性和THP预编码器。
2021-03-14 cs.IT math.IT
Study of Tomlinson-Harashima Precoders for Rate-Splitting-Based Cell-Free MIMO Networks
针对无蜂窝MIMO网络中多用户干扰及发射端信道状态信息不完善的问题，结合速率分裂技术与多分支Tomlinson-Harashima非线性预编码，仿真验证其性能优于传统线性预编码器。
2024-10-06 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
Rate-Splitting Multiple Access for Downlink Multiuser MIMO: Precoder Optimization and PHY-Layer Design
速率分割多址接入（RSMA）最近已经作为用于下行链路多用户（MU）多天线通信的强大且鲁棒的多址接入和干扰管理策略出现。在这项工作中，我们研究了在下行链路MU系统中的RSMA方案的预编码器设计问题，完美和不完美的信道状态信息在发射机（CSIT）和评估的作用和好处发送多个公共流。与现有的作品，考虑单天线接收机（多输入单输出-MISO），我们提出并扩展了RSMA框架多天线接收机（多输入多输出-MIMO）和制定的预编码器优化问题的目的是最大限度地提高加权遍历和速率（WESR）。预编码器的优化解决了使用样本平均近似（SAA）连同建议的矢量化和加权最小均方误差（WMMSE）为基础的方法。RSMA的可扩展和自由度（DoF）是作为传输的公共和私有流的数量的递增函数导出的，这是进一步验证遍历和速率（ESR）性能使用蒙特卡罗模拟。基于线性预编码器和非正交多址（NOMA）方案的常规MU-MIMO被认为是基线。仿真结果表明，在CSIT不完善的情况下，RSMA的总DoF和ESR性能优于两种基线，并且随着传输公共流的数量增加而增加。此外，通过更好地管理干扰，RSMA不仅比基线方案具有显著的ESR增益，而且对CSIT不准确性、网络负载和用户部署更具鲁棒性。
2021-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
Delay-Doppler Domain Tomlinson-Harashima Precoding for OTFS-based Downlink MU-MIMO Transmissions: Linear Complexity Implementation and Scaling Law Analysis
正交时频空间（OTFS）调制是最近提出的一种延迟-多普勒（DD）域通信方案，在一般无线通信中，特别是在高移动性信道中表现出良好的性能。在本文中，我们研究了DD域汤姆林森-原岛预编码（THP）的下行链路多用户多输入多输出OTFS（MU-MIMO-OTFS）传输。而不是直接应用THP基于巨大的等效信道矩阵，我们提出了一个简单的实现THP，不需要任何矩阵分解或求逆。这种简单的实现是通过DD域信道属性来实现的，即，不同的可分辨路径不共享相同的延迟和多普勒频移，这使得可以以逐个符号的方式预先消除所有DD域干扰。我们还研究了可实现的速率性能的建议计划，利用信息理论的等效模型。特别是，我们表明，该方案可以实现在高信噪比（SNR）制度的近最佳性能。更重要的是，推导出了可达速率与天线数和用户数的缩放定律，表明可达速率随天线数和用户数线性增加。我们的数值结果与我们的研究结果一致，并且与OTFS和正交频分复用（OFDM）上现有的MU-MIMO方案相比，也表现出显着的改进。
2023-01-30 cs.IT math.IT
Achievable Rates of FDD Massive MIMO Systems with Spatial Channel Correlation
众所周知，具有i.i.d.与时分双工（TDD）系统相比，由于在发射机处获取信道状态信息（CSIT）的开销过大，因此，在本文中，我们研究了空间相关信道的FDD大规模MIMO系统的可达速率，考虑CSIT捕获维数损失，CSIT的不完善性和正则化迫零线性预编码器。通过合理设计下行信道训练序列和用户CSIT反馈码本，利用多用户空间信道相关性，优化了可达速率。我们比较我们的可实现的速率与TDD大规模MIMO系统，i.i.d. FDD系统和联合空分复用（JSDM）方案，通过基于流行的信道模型导出可实现速率的确定性等效。结果表明，基于所提出的特征空间信道估计方案，FDD系统和TDD系统之间的速率差距显着缩小，甚至在适度数量的基站天线接近。与JSDM方案相比，我们的方案实现了降维信道估计而无需信道预投影，并且在中等数量的天线和中等到大的信道相干时间下具有更高的吞吐量，尽管具有更高的计算复杂性。
2014-06-29 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
Study of Robust Adaptive Power Allocation Techniques for Rate Splitting based MU-MIMO systems
与传统方法相比，速率分裂（RS）系统可以更好地处理发射端的不完美信道状态信息（CSIT）。然而，这需要通常具有高计算复杂性的适当的功率分配，这对于实际和大型系统可能是不够的。为此，自适应功率分配技术可以以低计算成本提供良好的性能。针对RS多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，提出了一种新的鲁棒自适应功率分配技术。特别是，我们开发了一个强大的自适应功率分配的基础上随机梯度学习和RS系统的发送符号和接收信号之间的均方误差最小化。所提出的鲁棒功率分配策略结合了信道误差方差的知识来处理不完美的CSIT，并在存在不确定性的情况下调整功率电平。对所提出的功率分配算法的凸性和稳定性进行了分析，并研究了它们的计算复杂性和功率分配策略的理论界限。数值结果表明，在不理想CSIT条件下，自适应功率分配的RS系统的和速率性能优于RS和传统MU-MIMO系统。% \vspace{-0.75em}
2022-06-04 cs.IT math.IT
Downlink CSIT under Compressed Feedback: Joint vs. Separate Source-Channel Coding
针对频分双工多用户大规模MIMO系统下行CSIT获取难题，提出单时隙延迟下利用信道二阶统计量优化特征空间投影的实用JSCC反馈方案，推导相关性能下界，实验验证其性能优于多种基线方案且逼近最优DR理论性能。
2025-06-12 cs.IT math.IT
Rate Splitting for MIMO Wireless Networks: A Promising PHY-Layer Strategy for LTE Evolution
MIMO处理在最近无线网络的频谱和能量效率的提高中起着核心作用。MIMO已经超越了最初的点对点信道，现在是指各种集中式和分布式部署。在多用户MIMO网络中实现巨大的频谱和能量效率效益的根本瓶颈在于对发射机处的准确信道状态信息（CSIT）的巨大需求。由于依赖于密集异构网络和配备有大量天线的发射机的下一代无线网络中的天线和接入点的数量不断增加，这已经变得越来越难以满足。CSIT不准确导致多用户干扰问题，这是MIMO无线网络的主要瓶颈。回顾过去，问题一直是努力将为完美CSIT设计的技术应用于具有不完美CSIT的场景。在本文中，我们离开这种传统的方法，并向读者介绍了一个有前途的战略的基础上率分裂。速率拆分依赖于公共和私有消息的传输，并且被示出为在频谱和能量效率、可靠性和CSI反馈开销减少方面提供优于在LTE-A中使用的并且仅依赖于私有消息传输的常规策略的显著益处。还讨论了开放的问题，对标准规范和操作挑战的影响。
2016-03-03 cs.IT cs.NI math.IT
Hybrid Precoding for mmWave V2X Doubly-Selective Multiuser MIMO Systems
毫米波（mmWave）是为车联网（V2X）通信提供高数据率的实用解决方案。这使得未来的自动驾驶汽车能够与基站（BS）交换大数据，例如速度和位置，以提高高级驾驶辅助系统（ADAS）的感知能力。在这种情况下，我们考虑一个单小区多用户双选择系统，其中BS同时服务于多个车辆。为了实现这一要求，在混合架构中实现BS以支持多个空间流，而车辆具有仅模拟的结构。在这项工作中，我们开发了一种低复杂度的混合预编码算法，其中的混合预编码器在BS和模拟组合器在车辆的设计需要小的训练和反馈开销。我们提出了一个两阶段的混合预编码算法，其中第一阶段设计的模拟波束形成器在单用户的情况下，而第二阶段设计的多用户数字预编码器在BS。在第二阶段，我们推导出封闭形式的数字预编码器，如最大比传输（MRT），迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）作为第一个变量，而我们提出迭代数字预编码器作为第二个变量。用于两种变体的数字预编码器的设计需要从车辆发送到BS的有限反馈。我们参考随机矢量量化（RVQ）和波束控制码本来分别对变体I和II的反馈进行优化，因为完美的反馈需要长开销和大量训练。我们评估的数字和模拟码本的量化对完美的信道状态信息在发送端（CSIT）所产生的速率损失。
2021-03-23 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting to Mitigate Residual Transceiver Hardware Impairments in Massive MIMO Systems
速率分离（RS）最近已经被示出在各种多用户传输场景中提供显著的性能益处。并行地，由吸引人的大规模多输入多输出（MIMO）提供的巨大自由度需要采用更容易出现硬件缺陷的廉价硬件，以便成为具有成本效益的技术。因此，在这项工作中，我们专注于一个现实的大规模多输入单输出（MISO）广播信道（BC）阻碍了不可避免的硬件损伤。我们考虑一个通用的实验验证模型的硬件损伤，占\textit{multiplicative distortion}由于相位噪声，\textit{additive distortion noise}和\textit{thermal noise amplification}的存在。在这两种情况下，完美和不完美的信道状态信息在发射机（CSIT），我们分析了潜在的鲁棒性RS每个单独的硬件缺陷。我们分析评估由于硬件缺陷的总和速率退化。有趣的是，在不完美的CSIT的情况下，我们证明了RS是一个强大的多用户MIMO在相位和放大的热噪声的存在下，因为它的和速率不饱和在高信噪比（SNR），与传统的技术。另一方面，加性损伤总是导致在高SNR下的和速率饱和，即使在应用RS之后。然而，RS仍然增强了性能。此外，随着用户数量的增加，RS提供的增益不仅在理想条件下减小，而且在具有RTHI的实际条件下也减小。
2017-04-20 cs.IT math.IT
