On the Ergodic Capacity for SIM-Aided Holographic MIMO Communications
University of Hertfordshire（赫特福德大学）；National Technical University of Athens（雅典国立技术大学）
本文提出了一种新的闭式下界方法，用于评估SIM辅助全息MIMO系统在瑞利衰落条件下的极限容量，并通过低SNR分析揭示了关键系统参数对容量性能的影响。
2025-12-26 cs.IT math.IT
On the Separability of Ergodic Fading MIMO Channels: A Lattice Coding Approach
本文研究了具有独立衰落块的块衰落信道上的点对点通信。当发射机（CSIT）和接收机（CSIR）处的信道状态信息都可用时，大多数可实现的方案使用可分离编码，即，在不同的衰落状态上独立地和并行地编码。不幸的是，可分离编码具有缺点，包括在通信两端的大存储器需求。本文提出了一种格型编码和解码方案，实现遍历容量没有可分离的编码，格型码本和解码决策区域是通用的跨信道实现。我们首先证明了这一结果的衰落分布离散，有限的支持，其序列是鲁棒的典型。结果，然后扩展到连续衰落分布，以及多输入多输出（MIMO）系统。此外，所提出的方案的一个变体，提出了MIMO遍历衰落信道CSIR只有，在那里我们证明了存在一个通用的码本，实现有限支持衰落分布的能力在一个恒定的间隙内的速率。与文献中的其他方案相比，差距很小。还提供了对连续值衰落的扩展。
2018-08-24 cs.IT math.IT
On the Ergodic Capacity of MIMO Free-Space Optical Systems over Turbulence Channels
自由空间光通信（FSO）可以实现高容量，具有巨大的免许可光谱和低运营成本。在湍流信道上的FSO系统的相应性能分析是非常有限的，特别是当使用多个孔径在发送器和接收器侧。研究了大气衰落信道下多输入多输出（MIMO）自由空间光通信系统的各态历经容量特性。受大气条件畸变的光信道的辐照度的波动通常由伽马-伽马（$ΓΓ$）分布描述，并且需要$ΓΓ$随机变量（RV）的和的分布来对MIMO光链路进行建模。我们使用$α$ - $μ$分布通过基于矩的估计器来有效地近似独立和相同分布的$ΓΓ$ RV之和的概率密度函数（PDF）。此外，独立但不一定相同分布的$ΓΓ$ RV的和的PDF可以通过$ΓΓ$分布的PDF的有限加权和来有效地近似。基于这些可靠的近似，新的和精确的解析表达式的MIMO FSO系统的遍历容量。此外，我们推导出的渐近简单的表达式在高信噪比制度，这提供了有用的见解系统参数的遍历容量的影响。最后，我们提出的结果通过Monte-Carlo模拟验证。
2015-05-05 cs.IT math.IT
Impact of System Correlation Matrix Bordering on the MU-MIMO Ergodic Sum-Rate Capacity in the Presence of the Multipath Fading Channel
利用带状相关模型分析了多用户大规模多输入多输出系统的容量分析问题。所提出的研究影响的分析统计描述的遍历和速率容量的系统功能在多径衰落信道的存在下，复杂的传输系数的复杂Nakagami-m统计的封闭形式的表达式。推导的表达式进行了数值验证，并表现出良好的对应性与模拟。研究表明，系统的相关矩阵（当考虑指数模型的情况下），可以接壤的五对角结构，而不会引入任何差异的和速率容量。
2022-04-01 cs.IT math.IT
Ergodic Sum Capacity of Macrodiversity MIMO Systems in Flat Rayleigh Fading
基站（BS）合作的前景，导致联合合并在相距甚远的天线已经导致了越来越多的兴趣，在宏分集系统，其中源和接收天线都是地理分布。在这种情况下，关于信道容量的分析知之甚少，因为信道矩阵具有非常一般的形式，其中每个路径可以具有不同的功率。因此，在本文中，我们考虑的遍历和容量的宏分集MIMO系统与任意数量的源和接收天线工作在瑞利衰落信道。对于这个系统，我们计算精确的遍历能力的两个源系统和一般系统的紧凑近似，这是非常准确的情况下，在很宽的范围内。最后，我们开发了一个高度简化的上限，导致洞察能力和渠道权力之间的关系。通过Monte Carlo模拟验证了结果，并研究了各种信道功率分布对容量的影响
2012-09-20 cs.IT math.IT
The Role of Large-Scale Fading in Uplink Massive MIMO Systems
在这封信中，我们分析了一个大的上行链路多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统在广义$K$衰落信道的遍历容量。在所考虑的情况下，多个用户将其信息发送到配备有大量天线的基站。由于大规模MIMO系统中快衰落的影响逐渐消失，大规模衰落成为影响大规模MIMO系统遍历容量的最主要因素。关于这一事实，在我们的工作中，我们集中我们的注意力在大规模MIMO系统的大规模衰落的影响。具体地说，一些有趣的和新颖的遍历容量的下界已经得到了完美的信道状态信息（CSI）和不完美的CSI。仿真结果评估这些解析表达式的准确性。
2014-06-12 cs.IT math.IT
Asynchronous Downlink Massive MIMO Networks: A Stochastic Geometry Approach
大规模多输入多输出（MIMO）技术因其在提高频谱利用率方面的潜力而被认为是下一代无线网络的一项有前途的技术。在大规模MIMO的初始研究中，系统被认为是在整个小区中完全同步的。然而，完美的同步在实践中可能难以实现。因此，我们研究了一个大规模的MIMO系统，其小区彼此不同步，而小区中的传输仍然是同步的。利用随机几何工具分析了异步下行大规模MIMO系统的覆盖概率和遍历速率。为了比较，我们也得到了同步系统的结果。此外，我们调查的上行链路功率控制和导频符号的数量上的下行链路遍历速率的效果，我们观察到，有一个最佳值的导频符号的数量最大化的下行链路遍历速率的小区。我们的研究结果还表明，与同步传输的情况相比，在异步模式下，下行链路遍历速率对上行链路功率控制更敏感。
2018-06-08 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity of IRS-Assisted MIMO Systems with Correlation and Practical Phase-Shift Modeling
我们专注于精确遍历容量（EC）的点到点多输入多输出（MIMO）系统的智能反射面（IRS）的辅助下的最大化。此外，我们还考虑了相关Rayleigh衰落的影响以及每个IRS元件反射系数的幅度和相移之间的交织，尽管它们在实践中存在，但通常都被忽视。随机矩阵理论工具允许推导出封闭形式的级联通道的概率密度函数（PDF），并且随后推导出EC，其仅取决于大规模统计和相移。值得注意的是，我们以低开销相对于相移优化EC，即，而不是依赖于瞬时信道信息的表达式所需的频繁必要优化的负担。蒙特卡罗（MC）模拟验证了分析结果，并展示了深刻的关键参数之间的相互作用和它们对EC的影响。
2021-12-04 cs.IT math.IT
Ergodic Mutual Information and Outage Probability for SIM-Assisted Holographic MIMO Communications
针对SIM辅助全息MIMO系统，利用大随机矩阵理论推导遍历互信息分布和中断概率闭式解，并采用梯度下降法优化，仿真验证性能优于传统MIMO和单层方案，且算法比AO更快。
2025-10-23 cs.IT math.IT
Optimal Transmit Covariance for Ergodic MIMO Channels
本文研究了在加性高斯白噪声下各态历经的多输入多输出信道的信道容量计算问题。考虑了两种情况。首先，时变信道被认为是在发送器和接收器都有知识的信道实现。最佳传输策略是在空间和时间上注水。它表明，这可能是实现在一个因果关系，确实瞬时的方式。在第二种情况下，只有接收机具有信道实现的完美知识，而发射机具有信道增益概率定律的知识。在这种情况下，我们确定了一个最优性条件的输入协方差的遍历高斯矢量信道的信道增益是独立的发射信号的条件下，具有任意信道分布。利用这个最优性条件，我们找到了一个迭代算法的最优输入协方差矩阵的数值计算。相关瑞利和莱斯信道的应用程序。
2005-10-21 cs.IT math.IT
Distributed Graph Neural Network Design for Sum Ergodic Spectral Efficiency Maximization in Cell-Free Massive MIMO
本文提出一种分布式图神经网络框架，利用接入点本地CSI分配功率，在无小区大规模MIMO系统中实现接近集中式学习的总和遍历速率，并优于基于模型的优化方法。
2024-11-05 cs.IT math.IT
On the Ergodic Rate Lower Bounds with Applications to Massive MIMO
在大规模MIMO文献中广泛使用的众所周知的下限取决于信道硬化，即，由于大量的天线，由波束成形产生的有效信道系数趋向于确定性的量的现象。如果信道硬化效应不能保持得足够好，则该界限可能与实际可实现的速率相当远。在大规模MIMO的最新发展中，出现了信道硬化不够明显的几种情况。这些设置包括例如小散射角扩展的情况，产生高度相关的信道向量，以及无小区大规模MIMO的情况。在这篇简短的文章中，我们提出了两个关于可实现遍历速率的新界限，它们提供了与经典界限互补的行为：而前者在信道硬化的情况下和/或当系统是干扰受限时表现良好（值得注意的是，在有限数量的天线和共轭波束成形传输的情况下），当有用信号系数没有变硬但信道相干块长度相对于用户数量较大时，以及在通过迫零波束成形几乎完全消除干扰的情况下，新的边界表现良好。总的来说，使用最合适的界限取决于系统的操作条件产生更好的理解的实际性能的系统中，信道硬化可能不会发生，即使在存在非常大数量的天线。
2017-10-25 cs.IT math.IT
Ergodic MIMO Mutual Information: Twenty Years After Emre Telatar
在Emre Telatar在1999年的著名工作（迄今为止有14274次引用）中，示出了具有SNR $1/t$的$m\times n$ MIMO瑞利信道矩阵$\mathbf{H}$的互信息\begin{equation*} \mathrm{I} = \ln\det\left( \mathbf{I}_m + \frac{1}{t} \mathbf{HH}^{\dagger} \right) \end{equation*}的期望值可以表示为涉及Laguerre多项式的积分。我们表明，在这项工作中，Telatar的积分表示可以明确评估的形式\begin{equation*} \mathbb{E}\!\left[\mathrm{I}\right]=\sum_{k=0}^{n+m-3}a_{k}t^{k}+\rm e^{t}~\text{Ei}(-t)\sum_{k=0}^{n+m-2}b_{k}t^{k},, \end{equation*}，其中$\text{Ei}(-t)$是指数积分和$a_{k}$，$b_{k}$是已知的常数，不依赖于$t$的有限总和。令人惊讶的是，对这个经典信息论问题的重新兴趣来自量子信息论的最新发展。
2019-01-19 cs.IT math.IT
On the Transmit Beamforming for MIMO Wiretap Channels: Large-System Analysis
随着无线网络的发展，由于这些网络的广播性质，安全性已经成为无线通信中的基本问题。在这项工作中，我们考虑MIMO窃听信道在快衰落环境中，其整体性能的特点是遍历MIMO保密率。不幸的是，直接的解决方案，以寻找遍历保密率是禁止的，由于在此设置的利率表达式的期望。为了克服这个困难，我们调用大系统的假设，它允许一个确定性的近似遍历互信息。利用随机矩阵理论的结果，我们能够描述可实现的遍历保密率。基于这种特性，我们解决了发射机的协方差优化问题。我们的数值结果表明，大系统近似和实际模拟的保密率之间的良好匹配，以及一些有趣的功能的预编码器优化。
2014-11-01 cs.IT math.IT
Ergodic Achievable Rate Analysis and Optimization of RIS-assisted Millimeter-Wave MIMO Communication Systems
可重构智能表面（RISs）由于其在覆盖和容量增强方面的潜力，已成为下一代无线网络的一种有前景的技术。以前的工作，可达到的速率分析的RIS辅助通信系统主要集中在丰富的散射环境中，瑞利和莱斯信道模型可以应用。本文研究了在Saleh-Valenzuela信道模型下，具有有限散射的毫米波段RIS辅助多输入多输出通信系统的各态历经可达速率。首先，我们利用优控制理论和Jensen不等式得到了遍历可达速率的一个上界。上界表明，遍历可实现的速率随基站（BS）和用户处的天线数量、RIS处的反射单元数量以及与BS、用户和RIS相关联的引导矩阵的特征值而呈指数增长。然后，我们的目标是通过联合优化在BS和RIS的反射系数的发射协方差矩阵，以最大化遍历可实现的速率。具体地说，发射协方差矩阵的优化注水算法和反射系数的优化使用黎曼共轭梯度算法。仿真结果验证了所提优化算法的有效性。
2022-09-20 cs.IT math.IT
Ergodic Achievable Rate Maximization of RIS-assisted Millimeter-Wave MIMO-OFDM Communication Systems
可重构智能表面（RIS）是近年来受到广泛关注的一个领域。然而，大多数研究集中在窄带和/或瞬时信道状态信息（CSI）的场景，而使用毫米波（mmWave）（包括亚太赫兹）频谱的宽带是下一代无线通信的主要趋势，并且统计CSI在现实系统中更实用。因此，我们{考虑}各态历经的可实现的速率的RIS辅助毫米波多输入多输出正交频分复用通信系统。采用广泛使用的Saleh-Valenzuela信道模型来表征毫米波信道，并且仅统计CSI可用。首先利用优控制理论和Jensen不等式导出了遍历可达速率的近似表达式。然后，提出了一种交替优化算法，通过联合设计在基站的发射协方差矩阵和反射系数在RIS的遍历可达速率最大化。具体地说，发射协方差矩阵的设计转化为一个功率分配问题，并解决了空间频率注水。反射系数采用黎曼共轭梯度法进行优化。仿真结果证实了所提算法的有效性。
2022-11-03 cs.IT math.IT
Spectral Efficiency Bounds for Interference-Limited SVD-MIMO Cellular Communication Systems
基于随机几何的思想，研究了干扰受限多输入多输出（MIMO）下行蜂窝系统的各态历经频谱效率。通过奇异值分解预编码和合并，为单个用户提供服务。通过近似的信道特征值的期望，我们推导出上界和下界的遍历SE。得到的上界是最好的可能的系统级性能的任何MIMO策略在非合作蜂窝网络。我们通过仿真验证我们的分析结果。我们还推测，存在的最佳数量的流是成正比的路径损耗指数。
2016-10-30 cs.IT math.IT
Closed-Form Expressions of Ergodic Capacity and MMSE Achievable Sum Rate for MIMO Jacobi and Rayleigh Fading Channels
多模/多芯光纤有望提供一种有吸引力的解决方案来克服当前光通信系统的容量限制。在模式/芯之间存在高串扰的情况下，输入/输出传输矩阵的平方奇异值遵循随机矩阵的雅可比系综的定律。假设信道状态信息仅在接收端可用，我们推导出MIMO雅可比衰落信道的遍历容量的新表达式。这个表达式涉及二重积分，可以很容易和有效地评估。此外，在推导该表达式时所使用的方法并不诉诸于随机矩阵模型的经典的一点相关函数。利用Jacobi多项式和Laguerre多项式之间的极限转换，我们推导出了MIMO瑞利衰落信道的遍历容量的类似公式。此外，我们推导出一个新的精确的封闭形式的表达式MIMO雅可比和瑞利衰落信道采用线性最小均方误差（MMSE）接收机的可达和速率。分析结果进行了比较，通过Monte Carlo模拟得到的结果和文献中的相关结果，这表明完美的协议。
2020-06-10 cs.IT math.IT math.PR
Precoder Design and Power Allocation for Downlink MIMO-NOMA via Simultaneous Triangularization
在本文中，我们考虑两个用户的功率域多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）系统的下行链路预编码器的设计。提出的预编码方案基于同时三角化，将两个用户的MIMO-NOMA信道分解为多个单输入单输出的NOMA信道，假设用户处具有低复杂度的自干扰消除。与基于同步对角化的预编码方案相比，该方案避免了用户MIMO信道的反转，从而提高了遍历速率性能。此外，我们还开发了一种基于凹凸过程的功率分配算法，并利用它来获得所提出的MIMO-NOMA方案的各态历经可达速率区域。我们的研究结果表明，该方案优于基线预编码方案的基础上SD和正交多址接入的用户速率范围很广，并执行接近脏纸编码上限。通过利用基于所提出的MIMO-NOMA方案和点对点MIMO之间的分时的混合方案，可以进一步改进遍历速率区域。
2021-01-14 cs.IT math.IT
Ergodic Sum Rate Capacity Achieving Transmit Design for Massive MIMO LEO Satellite Uplink Transmission
研究仅有统计信道状态信息的大规模MIMO低轨卫星上行传输，提出基于低维矩阵转化和条件梯度法的遍历和速率容量最优发射协方差矩阵设计，并利用渐近表达式简化计算。
2023-05-17 cs.IT math.IT
On the Ergodic Mutual Information of Keyhole MIMO Channels With Finite-Alphabet Inputs
本文研究了具有有限字母表输入信号的锁孔多输入多输出信道的各态历经互信息（EMI）。首先研究了单流传输的EMI，考虑了在发送端有和没有信道状态信息的情况。然后，推导出的结果被扩展到多流传输的场景。在高信噪比（SNR）的制度进行渐近分析。高SNR EMI收敛到一个常数，其收敛速度由分集阶数决定。在此基础上，讨论了小孔效应对电磁干扰的影响。数值模拟验证了分析结果。
2022-09-09 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic Rate Analysis of Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Massive MIMO Systems with ZF Detectors
这封信研究了可重构智能表面（RIS）辅助大规模多输入多输出（MIMO）系统的两个时标设计。首先，迫零（ZF）检测器应用在基站（BS）基于瞬时聚合CSI，这是直接信道和级联的用户-RIS-BS信道的叠加。然后，通过利用信道的统计特性，我们推导出封闭形式的遍历可达速率表达式。利用梯度上升法，设计了仅依赖于长期统计CSI的RIS无源波束形成。我们证明了遍历速率可以获得$\mathcal{O}\left(\log_{2}\left(MN\right)\right)$数量级的增益，其中$M$和$N$分别表示BS天线和RIS单元的数量。我们还证明了显着的优越性所考虑的RIS辅助系统与ZF检测器的RIS免费系统和RIS辅助系统与最大比合并（MRC）。
2021-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic Fading MIMO Dirty Paper and Broadcast Channels: Capacity Bounds and Lattice Strategies
多输入多输出（MIMO）版本的脏纸信道进行了研究，其中的信道输入和污垢经历相同的衰落过程和衰落信道状态是已知的接收机（CSIR）。这表示信号和干扰源位于同一位置的设置，例如在广播信道中。首先，科斯塔的脏纸编码（DPC）的一个变种，其可实现的速率是在一个恒定的差距，所有的信号和污垢的权力。此外，提出了一种格型编码和解码方案，其判决区域与信道实现无关。在瑞利衰落下，格型编码方案的容量间隙随着接收天线的数目而消失，即使在有限的信噪比（SNR）下。因此，尽管衰落脏纸信道的容量仍然是未知的，这项工作表明，它是不远的无尘对应。来自脏纸信道的见解直接导致用于双用户MIMO广播信道（BC）的传输策略，其中发射器相对于每个接收器发射期望和不期望（脏）信号的叠加。分析了两个用户在不同衰落动态下格型编码方案的性能，表明高维格型可以实现接近容量的速率。
2017-06-20 cs.IT math.IT
On the Ergodic Capacity of Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)-Aided MIMO Channels
可重构智能表面（RISs）已成为一种很有前途的技术，以提高系统的频谱效率。本文研究了在发射机-接收机、发射机-接收机和发射机-接收机信道中含有确定性视距路径的假设下，基于RIS的多输入多输出信道的各态历经信道容量（ECC）。新的表达式推导出的ECC的上限和下限的特征。为了揭示更多的系统见解，渐近分析的系统ECC在大的信噪比（SNR）和反射元件（RE）的数量的限制。理论分析表明，RIS的部署可以通过影响其高信噪比功率偏移来塑造ECC曲线，并且可以通过增加RE的数量来改善ECC。
2022-08-18 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic Spectral Efficiency of Massive MIMO with Correlated Rician Channel and MRC Detection based on LS and MMSE Channel Estimation
本文研究了具有空间相关Rician信道的多小区大规模多输入多输出（MIMO）系统的频谱效率。最小二乘（LS）估计器和它的误差之间的相关性复杂的SE分析，因为信号和干扰分量成为互相关，太。最小均方误差（MMSE）估计不受此负担。在以前的一些工作中，信号的适当部分被称为干扰，这使得它们互相关不相关，并导致SE下界。在我们的改进方法中，我们提取并参考信号的互相关干扰部分来实现这一目标。在这里，我们使用这种方法来计算最大比合并（MRC）检测器的LS和MMSE估计方法下的瞬时SE。我们还推导出封闭形式的近似遍历SE。这种方法也适用于其他线性信道估计器或数据检测器。数值结果表明，可实现的SE优于以前的方法。他们还表明，我们的近似是足够接近蒙特卡洛模拟结果，特别是在大量的基站（BS）天线。
2020-05-11 cs.IT math.IT
Scaling Laws for Ergodic Spectral Efficiency in MIMO Poisson Networks
在本文中，我们研究了随机无线网络中的多天线通信的好处，其中的拓扑结构是由随机几何建模。设置是[1]中介绍的泊松双极模型的设置，泊松双极模型是ad-hoc和设备到设备（D2 D）网络的自然模型。主要的发现是，在接收器与其相关联的发射器之间的信道状态信息的知识的情况下，通过迫零连续干扰消除，并且对于适当的天线配置，遍历频谱效率可以被使得与1）发射和接收天线的数量的最小值、2）节点的密度和3）路径损耗指数两者线性地缩放。该线性增益是通过使用发射天线来发送多个数据流（例如，通过开环传输方法）并且通过利用接收天线来消除干扰来实现的。此外，当接收器能够从一定数量的邻近干扰器学习信道状态信息时，当使用连续干扰消除方法时可以实现更高的缩放增益。推导出的缩放定律的一个主要含义是，空间复用传输方法对于在多天线随机无线网络中获得更好的和最终最优的缩放定律是必不可少的。仿真结果支持这一分析。
2016-08-22 cs.IT math.IT
Large System Achievable Rate Analysis of RIS-Assisted MIMO Wireless Communication with Statistical CSIT
可重构智能表面（Reconfigurable intelligent surface，RIS）是一种新兴的无线通信技术，它通过在表面上安装大量的近被动反射元件来提高无线通信的能量消耗和系统性能。研究了一种下行RIS-assisted多输入多输出（MIMO）无线通信系统，该系统包括基站到RIS、RIS到用户和基站到用户三个Rician信道通信链路。该算法的目标是利用基站的统计信道状态信息，在基站处设计最优的发送协方差矩阵，在RIS处设计最优的对角相移矩阵，以最大化可达到的各态历经速率。因此，利用高维随机矩阵理论中的副本方法，得到了可达遍历速率的大系统近似。这种大系统近似使得能够使用交替优化算法来识别渐进最优的发射协方差和对角相移矩阵。仿真结果表明，大系统的结果是一致的，可达到的遍历速率通过蒙特卡罗平均计算。仿真结果表明，该算法能够显著提高RIS辅助MIMO系统的性能。
2021-03-16 cs.IT math.IT
Massive MIMO for Communications with Drone Swarms
我们说明了大规模MIMO与无人机（UAV）通信的潜力。我们考虑的情况下，多个单天线无人机同时与地面站（GS）配备了大量的天线进行通信。具体来说，我们讨论了可实现的上行链路（无人机GS）的能力性能的情况下，视线（LoS）的条件。我们开发了一个现实的几何模型，其中包括一个任意方向的GS和无人机天线元件的极化失配损失的特点，由于无人机的运动和方向发生。推导了具有估计信道状态信息的最大比合并接收机的各态历经速率下界的封闭形式表达式。对于均匀线阵和矩形阵，也确定了使UAV实现的遍历速率最大化的最佳天线间距。结果表明，当无人机是球形均匀分布在GS周围，遍历率每无人机最大化的天线间距等于半波长的整数倍。
2017-12-08 cs.IT math.IT
On the Minimum Differential Feedback for Time-Correlated MIMO Rayleigh Block-Fading Channels
在本文中，我们考虑了一般的多输入多输出（MIMO）系统的信道状态信息（CSI）反馈的时间相关的瑞利块衰落信道。具体来说，我们首先推导出的最小差分反馈速率的封闭形式的表达，以实现最大的Erdodic容量在存在信道估计误差和量化失真的接收机。在反馈信道传输速率受限的情况下，进一步研究了周期反馈系统中各态历经容量与微分反馈间隔的关系，通过理论分析发现存在一个最优微分反馈间隔，使得各态历经容量最大化.最后，通过仿真验证了分析结果在一个实际的周期微分反馈系统使用劳埃德的量化算法。
2011-11-30 cs.IT math.IT
Impact of Residual Transmit RF Impairments on Training-Based MIMO Systems
射频损伤是无线通信系统中普遍存在的一个问题，它严重限制了多输入多输出系统的性能。虽然我们可以诉诸补偿计划，以减轻这些损害的一部分，一定数量的剩余损害总是持续存在。在本文中，我们考虑了一个基于训练的点对点MIMO系统的剩余发射射频损伤（RTRI）使用空间复用传输。具体来说，我们推导出一个新的线性信道估计所提出的模型，并显示RTRI创建一个估计误差地板在高信噪比（SNR）制度。此外，我们推导出封闭形式的信号噪声干扰比（SINR）分布的表达式，以及分析表达式的各态历经可实现的迫零率，最大比合并，最小均方误差接收机，分别。此外，我们优化了各态历经的可实现的速率相对于训练序列的长度，并证明了有限维系统与RTRI一般需要更多的训练在高信噪比比那些与理想的硬件。最后，我们将我们的分析扩展到大规模的MIMO配置，并推导出确定性等价的遍历可达速率。结果表明，通过部署大型接收天线阵列，由于RTRI的额外的训练要求可以被消除。事实上，在接收天线数量足够大的情况下，具有RTRI的系统甚至可能比具有理想硬件的系统需要更少的训练。
2015-03-29 cs.IT math.IT
Artificial Noisy MIMO Systems under Correlated Scattering Rayleigh Fading -- A Physical Layer Security Approach
现有的人工噪声（AN）安全系统的研究假设只有零空间被用来发送AN信号，所有的特征子信道应该被用来传输消息。我们先前的工作提出了一个AN方案，分配一些特征子信道来传输AN信号，以提高保密率。然而，我们以前的工作只考虑不相关的MIMO瑞利衰落信道。实际上，在实际的散射信道环境中，天线之间的相关性是存在的。在本文中，我们扩展我们以前的AN计划，空间相关的瑞利衰落信道在合法的接收器和窃听器侧，并推导出一个确切的理论表达式的遍历保密率的AN计划，以及近似分析。数值和仿真结果都表明，所提出的AN方案提供了一个更高的遍历保密率比现有的计划，揭示了一个事实，窃听者的天线之间的相关性可以潜在地提高MIMO系统的保密率。
2019-06-10 cs.IT math.IT
On Capacity of Large-Scale MIMO Multiple Access Channels with Distributed Sets of Correlated Antennas
本文提出了一种确定性遍历和速率的等价形式，并给出了一种估计上行链路大规模多输入多输出（MIMO）天线信道容量实现输入协方差矩阵的算法。我们考虑一个大规模的MIMO系统，由多个用户和一个基站与几个分布式天线集。用户和天线组之间的每个链路形成具有视线（LOS）分量的双侧空间相关MIMO信道。我们的推导是基于新的技术，从高维随机矩阵理论（RMT）的假设下，在终端的天线数量接近无穷大的固定比例。确定性等价的结果（遍历和速率和容量实现输入协方差矩阵的确定性等价）是很容易计算的，并被证明是准确的现实系统的尺寸。此外，他们被证明是不变的几种类型的衰落分布。
2012-09-26 cs.IT math.IT
On the Compound MIMO Broadcast Channels with Confidential Messages
研究了带保密消息的复合多输入多输出（MIMO）广播信道，其中一个发射机向两个接收机发送一个公共消息，向每个接收机分别发送两个保密消息。信道状态可以采取有限状态集合中的一个，并且发射机知道状态集合但不知道状态的实现。我们研究了可实现的速率与完美的保密在高信噪比制度的特点，可实现的保密自由度（s.d.o.f.）。区域的两个模型，高斯MIMO-BCC和遍历衰落多输入单输出（MISO）-BCC没有一个共同的消息。我们表明，通过利用一个额外的时间维度，由于在遍历衰落模型中的状态变化，可实现的S.D.O.F.与具有恒定状态的高斯模型相比，区域可以得到显著改善，尽管代价是更大的延迟。
2009-06-17 cs.IT math.IT
Uplink Power Control in Massive MIMO with Double Scattering Channels
大规模多输入多输出（MIMO）是提高5G及以后无线网络频谱和能量效率的关键技术。为了便于分析，大规模MIMO的大部分以前的工作都集中在丰富的散射环境下的复高斯信道冲激响应的系统性能。相反，本文研究了双散射信道模型下每个用户的上行链路各态历经频谱效率（SE）。我们推导出一个封闭形式的表达的上行链路遍历SE利用最大比（MR）合并技术的基础上不完美的信道状态信息。我们进一步研究了渐近SE行为作为在每个基站（BS）的天线的数量和在每个无线电信道的散射体的数量的函数。然后，我们制定和解决的总能量优化问题的上行链路数据传输，旨在同时满足所需的SE从所有用户有限的数据功率资源。值得注意的是，我们提出的算法可以应付拥塞问题出现时，至少有一个用户是由较低的SE比请求。数值结果表明了封闭形式的遍历SE的有效性，蒙特卡罗模拟。此外，即使在拥塞的情况下，系统仍然可以向许多用户提供所需的SE。
2021-09-11 cs.IT math.IT
New Approximations of Non-Separable MIMO Channels by Separable Channels for Accurate Ergodic Capacity Analysis
École de Technologie Supérieure (ÉTS)（高等技术学院）；Cornell University（康奈尔大学）；Lebanese American University (LAU)（黎巴嫩美国大学）
该研究针对Weichselberger不可分MIMO信道模型的分析复杂度问题，提出基于KLD和矩匹配方法的可分信道近似，提升了全信噪比区域的遍历容量估计精度。
2026-08-18 cs.IT math.IT
Uplink and Downlink MIMO-NOMA with Simultaneous Triangularization
在本文中，我们考虑两个用户的功率域多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）系统的上行链路和下行链路预编码器的设计。我们提出了新的上行链路和下行链路的预编码和解码方案，通过分解成多个单输入单输出（SISO）-NOMA信道的用户的MIMO信道的同时三角化（ST）和低复杂度的自干扰消除在接收机处的接收机的MIMO-NOMA信道，降低解码复杂度。提出的ST MIMO-NOMA方案避免了发送端和接收端的信道反转，并充分利用了用户MIMO信道的零空间，有利于获得遍历的可达速率性能。我们的最大遍历可实现的速率区域的建议的上行链路和下行链路ST MIMO-NOMA方案的特征，并将它们与各自的上限，基线MIMO-NOMA预编码方案，和正交多址接入（OMA）。我们的研究结果表明，所提出的方案显着优于所考虑的基线MIMO-NOMA预编码方案和OMA，并有一个小的差距，以各自的上限为大多数信道条件和用户速率。此外，我们表明，一个混合方案，它执行建议的上行链路和下行链路ST MIMO-NOMA和单用户MIMO之间的分时，可以进一步提高性能。
2021-01-14 cs.IT math.IT
Almost universal codes achieving ergodic MIMO capacity within a constant gap
本文研究了在多天线块衰落信道中，当衰落块的个数趋于无穷大时，格形码的容量问题。提出了一种基于归一化最小行列式的划分代数多块空时码的设计准则，该准则与高斯信道下的Hermite不变量具有相似的作用。结果表明，该标准是足够的，以保证传输速率在一个恒定的差距从容量无论是慢衰落信道和遍历衰落信道。这种性能是在最大似然解码和朴素格解码下实现的。在独立同分布瑞利衰落的情况下，它也表明，错误概率指数快速消失。与文献中采用随机格系综的标准方法不同，本文的存在性结果是从数论中得到的。首先，差距的能力取决于所选择的划分代数的判别式，然后类域理论应用于建立家庭的代数与小判别式。在建设中的关键因素是选择一个序列的司代数的中心是数域与小根判别式。
2015-07-27 cs.IT math.IT math.NT
A Deterministic Equivalent for the Analysis of Correlated MIMO Multiple Access Channels
本文给出了一类高维随机矩阵的Stieltjes变换和Shannon变换的新的确定性等价形式。这些结果被用来描述多天线多址接入信道的遍历速率区域，当每个点到点的传播信道根据克罗内克模型建模。具体而言，推导出遍历速率区域内实现的所有速率的近似，并且提供了实现速率区域的边界的线性预编码器的近似以及获得这些预编码器的迭代注水算法。这项工作的一个原始特征是，所提出的确定性等价物被证明是有效的，即使在通信双方的强相关模式。上述结果通过Monte Carlo模拟得到了验证。
2010-10-24 cs.IT math.IT
On the Downlink Average Energy Efficiency of Non-Stationary XL-MIMO
本文研究了非平稳多用户XL-MIMO系统在TDD和FDD模式下的下行平均能效，通过检测接收信号能量估计可视区（VR），推导了采用RZF预编码时遍历平均能效的近似表达式，并提出交替优化算法设计检测阈值和导频长度。
2024-05-30 cs.IT math.IT
Free Deterministic Equivalents for the Analysis of MIMO Multiple Access Channel
在本文中，一个自由的确定性等价提出了一个更一般的信道模型相比，以前的作品的多输入多输出（MIMO）多址信道（MAC）的容量分析。具体地，考虑具有配备有若干分布式天线集合的一个基站（BS）的MIMO MAC。用户和BS天线组之间的每个链路形成联合相关的莱斯衰落信道。该分析基于算子值自由概率理论，极大地拓宽了自由概率技术的适用范围。通过用满足一定算子自由度关系的算子值随机变量替换独立的高斯随机矩阵，得到了信道Gram矩阵的自由确定等价.推导了自由确定等价的Shannon变换，给出了信道各态历经输入输出互信息的近似表达式。基于近似遍历的输入输出互信息，推导了实现输入协方差矩阵的和速率容量。自由确定性等价结果易于计算，仿真结果表明，这些近似是数值精度和计算效率。
2016-05-23 cs.IT math.IT
Optimal Power Assignment for MIMO Channels Under Joint Total and Per-Group Power Constraints
本文针对满足总功率和分组平均功率约束的天线系统，推导了固定MIMO正交信道的最优功率分配闭式解，提出衰落信道下的分配算法并证明收敛性。
2023-05-01 cs.IT math.IT
Characterization of Effective Capacity in Antenna Selection MIMO Systems
本文研究了多输入多输出（MIMO）系统在两种不同的接收天线选择（RAS）和发射天线选择（TAS）方案下的有效容量。在准静态衰落信道下，给出了该网络在统计时延服务质量（QoS）约束下的最大常数到达率的封闭解。本研究在两种不同的情况下进行。当信道状态信息（CSI）在MIMO发射机处不可用时，TAS的实现是困难的。因此，采用RAS方案，并在接收端选择一个具有最大瞬时信噪比（SNR）的天线。另一方面，当CSI在发射机处可用时，执行TAS方案。在这种情况下，在发射机处选择一个天线。此外，一个最佳的功率控制策略被应用到所选择的天线和MIMO系统的有效容量的推导。最后，这种最佳的功率自适应和有效容量的两个渐近情况下，宽松和严格的QoS要求进行了研究。特别是，我们表明，在TAS计划与宽松的QoS限制，有效容量收敛到遍历容量。然后，得到了该信道各态历经容量的精确封闭解。
2016-07-30 cs.IT math.IT
On the Outage Probability Conjecture for MIMO Channels
多输入多输出（MIMO）通信系统由于其多路复用增益等性能优势而得到了广泛的应用。对于非遍历高斯信道的MIMO系统，Telatar在[1]中提出了一个关于其中断概率的猜想。这个猜想已被证明为特殊的单输出的情况下，并在一般假设是正确的。本文从理论上分析了特殊的二输入多输出（TIMO）情形，并给出了一个反例。反例从理论和数值实验两方面进行了验证。本文还对一般的MIMO情况进行了理论分析，并给出了计算方法。这一结果拒绝了长达数十年的猜想，并提供了有趣的见解MIMO系统的对称性。
2017-12-10 cs.IT math.IT
Spatially Correlated RIS-Aided Secure Massive MIMO Under CSI and Hardware Imperfections
本文面向HWI、不完美CSI和空间相关信道下的RIS辅助安全大规模MIMO，推导保密速率下界并提出定点求解的功率分配策略，证明增加RIS元件可补偿硬件损伤。
2024-04-08 cs.IT math.IT
Achievable Rate Analysis and Optimization of Double-RIS Assisted Spatially Correlated MIMO with Statistical CSI
本文研究双RIS辅助空间相关MIMO系统，利用复制方法推导遍历速率闭式解，提出基于统计CSI的低开销优化方案及共相位设计，在恶劣环境下实现了高性能与高可靠性。
2024-03-12 cs.IT eess.SP math.IT
Lattice Coding and Decoding for Multiple-Antenna Ergodic Fading Channels
针对各态历经衰落，提出了一种格型编解码策略，并在单输入单输出（SISO）和多输入多输出（MIMO）点对点信道以及多址接入信道（MAC）下分析了其性能，信道状态信息仅在接收端可用（CSIR）。在解码器提出了一种新的策略，包括一个随时间变化的均衡矩阵，其次是决策区域，只依赖于信道统计，而不是个人的实现。我们的编码器有一个类似的结构，埃雷兹和扎米尔。对于SISO信道，在宽范围的衰落分布下，容量间隙由常数限定。对于瑞利衰落下的MIMO信道，所实现的速率在与容量的间隙内，该间隙不依赖于信噪比（SNR），并且随着接收天线的数量而减小。分析扩展到K-用户MAC，类似的结果。在将CSIR的使用限制于均衡器的同时实现小的容量间隙突出了高效解码器实现的范围，因为决策区域是固定的，即，独立于信道实现。
2017-02-26 cs.IT math.IT
On the MIMO Capacity with Residual Transceiver Hardware Impairments
通信系统的收发器硬件中的射频（RF）损伤（例如，相位噪声（PN）、高功率放大器（HPA）非线性、或同相/正交相位（I/Q）不平衡）可严重降低传统多输入多输出（MIMO）系统的性能。虽然校准算法可以部分补偿这些损伤，但剩余的失真仍然有很大的影响。尽管如此，大多数先前的作品没有分析这种类型的失真。在本文中，我们研究了剩余收发器硬件损伤对MIMO系统性能的影响。特别是，我们认为收发器损伤模型，这已被实验验证，并推导出解析遍历容量表达式的精确和高信噪比（SNR）。我们证明，在高信噪比制度的能力饱和，从而创建一个有限的容量上限。我们还提出了一个线性近似的遍历能力在低信噪比制度，并表明，损伤只有二阶的影响的能力。此外，我们分析了收发器损伤对大规模MIMO系统的影响;有趣的是，我们证明了如果只在一侧增加天线数量，则容量表现类似于有限维情况。相反，如果两侧的天线数量以固定比例增加，容量上限就会消失;因此，与理想的收发器硬件情况相比，损害只会导致容量的有限偏移。
2014-12-16 cs.IT math.IT
Achievable Throughput of Multi-mode Multiuser MIMO with Imperfect CSI Constraints
对于具有不完全信道状态信息的多输入多输出（MIMO）广播信道，其容量和最优传输技术尚未完全被发现。在本文中，我们推导出可实现的遍历速率的MIMO衰落广播信道时，CSI延迟和量化。结果表明，我们不应该支持太多的用户与空分复用由于残留的用户间干扰所造成的不完善的CSI。基于推导出的可达速率，我们提出了一种多模传输策略，以最大化的吞吐量，自适应调整的活跃用户的数量的基础上的信道统计信息。
2008-12-16 cs.IT math.IT
The Jacobi MIMO Channel
本文提出了一种新的MIMO信道衰落模型--Jacobi衰落模型。它断言将$m_t$输入耦合到$m_r$输出的传递矩阵$H$是$m\times m$随机（Haar分布）酉矩阵的子矩阵。$H$的（平方）奇异值遵循随机矩阵的经典Jacobi系综定律;因此该通道被命名为。定义这种信道的一个动机来自多模/多芯光纤通信。事实证明，这个模型可以从性质上不同于瑞利模型，从而导致有趣的实际和理论结果。这项工作首先评估遍历容量的信道。然后，它认为非遍历的情况下，它分析了中断概率和分集复用的权衡。在其中$k=m_t+m_r-m > 0$的情况下，示出了至少$k$自由度被保证对于任何信道实现不衰落，从而在相应速率下实现零中断概率或无限分集阶数。一个简单的计划，利用（可能过时的）信道状态反馈，实现无中断保证。最后，指出随着$m$的增加，Jacobi模型逐渐接近Rayleigh模型，并讨论了该模型在其它通信网络中的适用性。
2012-08-15 cs.IT math.IT
Secrecy Analysis of Random MIMO Wireless Networks over $α$-$μ$ Fading Channels
本文研究了随机MIMO无线网络在小尺度$α$ - $μ$衰落信道下的保密性能，其中合法接收者和窃听者均服从两个独立的齐次泊松点过程（HPPPs）分布.具体地说，会计的存在下，非合谋窃听，保密性能指标，包括连接中断概率（COP），概率非零保密容量（PNZ）和遍历保密容量，推导关于$k$ -th最近/最佳用户的情况。根据发射机和接收机之间的距离，从排序中提取用于第$k$最近用户的索引，而用于第$k$最佳用户的索引基于路径损耗和小尺度衰落的组合效应。特别是，概率密度函数（PDF）和累积分布函数（CDF）的复合信道增益，为$k$ -th最近的和最好的用户，其特征在于，分别。受益于这些结果，随后得到的COP，PNZ和遍历保密能力的封闭形式表示。此外，最佳顺序的用户的最大数量的限制也计算，对于一个给定的保密中断约束。最后，数值结果验证了我们推导的正确性。此外，还分析了衰落参数、路径损耗指数和密度比等因素的影响。
2018-10-01 cs.IT math.IT
Optical MIMO communication with unequal power allocation to channels
光纤通信中的多输入多输出（MIMO）方法已成为解决日益增长的信息交换需求的有效建议。在各态历经的情况下，与光纤中的多个模式或纤芯或两者相关联的多个信道由随机矩阵的雅可比系综来建模。MIMO系统的互信息是评价MIMO系统性能的一个重要指标。我们专注于在这里的情况下，任意的传输协方差矩阵和推导精确的行列式为基础的结果的矩生成函数（MGF）的互信息（MI），从而解决的情况下，每个激发模式的功率不等。MGF用于获得基于高斯分布和威布尔分布的概率密度函数（PDF）、累积分布函数（CDF）或等效中断概率的近似值，以及生存函数（SF）或可靠性函数。此外，一个数值傅里叶逆的方法来获得PDF，CDF，和SF直接从MGF。MGF进一步用于研究遍历容量，即互信息的一阶矩（均值）。分析结果被发现是在良好的协议与蒙特卡罗模拟。我们的研究超越了早期的调查，其中协方差矩阵成正比的单位矩阵已被认为是对应于每个激发模式的相等的功率分配。
2022-11-24 cs.IT math.IT
MIMO Channel Reconstruction from Lower Dimensional Multiple Antenna Measurements
提出了一种从低维信道测量重构多输入多输出（MIMO）信道相关矩阵的方法。利用相关矩阵结构的对称性使得能够从可用的低阶测量再现更高维MIMO信道矩阵。这导致允许预测更高维MIMO系统容量的实际重要应用。特别是，我们研究了克罗内克型MIMO信道适合于从空间和极化域的发射-接收衰落的部分信息中重建完整的信道矩阵，并分析了这种模型的有效性条件。重要的信道条件之一是与环境中的非平稳性相关的多普勒频率。我们提出了使用2x2 MIMO信道相关矩阵的簇型散射模型的仿真，以预测2x 4 MIMO系统的性能，包括角功率谱的恢复。在2.5 GHz频带中的双圆极化2 × 4 MIMO陆地移动卫星测量的示例示出了该方法重构空间和极化信道相关矩阵以用于从单天线或单极化测量估计遍历信道容量的适用性。
2016-12-09 cs.IT math.IT
Secure Communication for Spatially Correlated RIS-Aided Multiuser Massive MIMO Systems: Analysis and Optimization
本文研究了利用人工噪声的可重构智能表面（RIS）辅助多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统中的安全通信。首先推导出空间相关MIMO信道下遍历保密率的封闭表达式。通过使用这个派生的结果，我们进一步优化AN的功率分数在封闭的形式和RIS相移通过开发一个基于梯度的算法，它只需要统计信道状态信息（CSI）。我们的分析表明，在RIS的空间相关性提供了一个额外的维度优化RIS相移。数值模拟验证了分析结果，显示了深刻的系统参数之间的相互作用和保密性能的退化，由于在RIS的高空间相关性。
2023-01-10 cs.IT math.IT
Gallager's Exponent for MIMO Channels: A Reliability-Rate Tradeoff
在本文中，我们推导出Gallager的多输入多输出（MIMO）信道的随机编码误差指数，假设没有信道状态信息（CSI）在发送端和完美的CSI在接收端。该测量给出了对MIMO信道的通信可靠性和信息速率之间的基本折衷的洞察，使得能够确定所需的码字长度以在低于信道容量的给定速率下实现规定的错误概率。我们量化的天线数量，信道相干时间，和空间衰落相关的MIMO指数的影响。此外，在空间相关性的存在下，遍历容量和截止速率的一般公式推导出的指数表达式。这些公式适用于任意结构的发射和接收相关，包括所有以前已知的结果作为我们的表达式的特殊情况。
2006-07-20 cs.IT math.IT
