Diffusive MIMO Molecular Communications: Channel Estimation, Equalization and Detection
在基于扩散的通信中，对于分子系统，由于扩散的随机性，可实现的数据率很低，扩散表现出严重的符号间干扰（ISI）。多输入多输出（MIMO）复用以链路间干扰（ILI）为代价来提高数据率。本文研究了扩散MIMO（D-MIMO）系统中基于训练的信道估计方法和相应的均衡方法。推导了平均信道的最大似然估计和最小二乘估计，并设计了训练序列以使均方误差（MSE）最小。数值验证方面的MSE进行了比较Cramer-Rao界推导这里。均衡基于判决反馈均衡器（DFE）结构，因为这在减轻扩散ISI/ILI方面是有效的。迫零，最小均方误差和最小二乘准则已配对的DFE，和他们的性能进行评估的比特错误概率。由于D-MIMO系统由于发射机间距离短而受到ILI的严重影响，因此利用D-MIMO时间交织作为对策来减轻ILI，并具有显着的性能改善。探讨了D-MIMO系统中包括训练和数据均衡的块型通信的可行性，并对系统级性能进行了数值推导。
2019-04-25 cs.IT math.IT
Precoded Integer-Forcing Universally Achieves the MIMO Capacity to Within a Constant Gap
开环单用户多输入多输出通信方案被认为是一个发射机，配备了多个天线，编码成独立的数据流都取自同一个线性码。然后使用完美线性色散空时码的编码矩阵对编码流进行线性预编码。在接收器侧，应用整数强制均衡，然后是标准的单流解码。它示出，这种通信架构实现了任何高斯多输入多输出信道的能力，仅取决于发射天线的数量的间隙。
2014-11-03 cs.IT math.IT
Coded Adaptive Linear Precoded Discrete Multitone Over PLC Channel
离散多音调制（DMT）系统利用正交子载波的能力，以有效地应对窄带干扰，高频衰减和多径衰落的帮助下，简单的均衡滤波器。自适应线性预编码离散多音系统（LP-DMT）是在经典DMT的基础上，结合线性预编码的一种系统。在本文中，我们研究的比特和能量分配算法的自适应LP-DMT系统考虑到信道编码方案。本文提出了一种适用于电力线通信（PLC）的编码自适应LPDMT系统，该系统具有一种在比特和能量计算中适应信道编码增益的加载算法。分析了一种级联信道编码方案的性能，该方案由一个内部的4维16状态网格码和一个外部的Reed-Solomon码组成，并与所提出的算法相结合。理论编码增益推导和仿真结果给出了一个固定的目标比特出错率在功率谱密度约束下的多载波的情况下。使用PLC信道的多径模型，它表明，建议的编码自适应LP-DMT系统的性能优于编码DMT，可以实现更高的吞吐量PLC应用。
2008-09-30 cs.IT math.IT
Zero-Forcing Precoding for Frequency Selective MIMO Channels with $H^\infty$ Criterion and Causality Constraint
我们考虑在存在符号间干扰的情况下，通过因果和线性时不变预编码器对频率选择性MIMO信道进行迫零均衡。我们的动机是双重的。首先，我们关注的是因果预编码器的最佳性能从最坏的情况下的角度来看。因此，我们构建了一个最佳的因果预编码器，而与其他作品相反，我们的建设不限于有限或理性的脉冲响应。此外，我们推导出一种新的数值方法来计算因果预编码器可实现的最佳性能指标给定的信道。这个量在最佳预编码器的数值确定中是重要的。
2008-10-27 cs.IT math.IT
Low Complexity Decoding for Punctured Trellis-Coded Modulation Over Intersymbol Interference Channels
如Ungerboeck在1976/1983年引入的经典网格编码调制（TCM）使用与每个PAM符号具有一位冗余的未编码传输相比具有两倍基数的信号星座，即，当$2^{n}$表示信号星座的基数时，应用具有速率$\frac{n-1}{n}$的码。因此，原始方法仅包括整数传输速率，即，此外，当在符号间干扰（ISI）信道上发送时，最佳解码方案将联合地执行信道码的均衡和解码。在本文中，我们允许通过打孔的卷积码（CC）的TCM方案是基于的速率调整。在这种情况下，一个非平凡的映射的输出符号的CC信号点的结果在一个时变网格。我们提出了一种有效的技术，集成到这个网格的ISI通道，并表明，计算复杂性可以显着降低通过减少状态序列估计（RSSE）算法的时变网格。
2013-12-05 cs.IT math.IT
Unsupervised Linear and Nonlinear Channel Equalization and Decoding using Variational Autoencoders
Tel-Aviv University（特拉维夫大学）
介绍了一种新的盲信道均衡和译码方法，即变分推理方法，特别是变分自编码器（VAE）。首先，我们考虑重建的未编码的数据符号传输在一个嘈杂的线性符号间干扰（ISI）的信道，与一个未知的脉冲响应，而不使用导频符号。我们推导出一个近似的最大似然估计的信道参数和重建的传输数据。我们表现出显着和一致的改善，在出错率的重建符号，相比现有的盲均衡方法，如恒模，从而使更快的信道采集。VAE均衡器使用具有少量自由参数的卷积神经网络。这些结果被推广到未知参数的噪声非线性ISI信道的盲均衡。然后，我们考虑编码通信使用低密度奇偶校验（LDPC）码在噪声线性或非线性ISI信道上传输。目标是在不使用导频符号的情况下，根据与所发送的码字相对应的信道观测来重构所发送的消息。我们证明了改进的期望最大化（EM）算法，使用涡轮均衡。此外，不同于EM，我们的方法的计算复杂性不具有对信道冲激响应的大小的指数依赖性。
2020-04-13 cs.IT cs.LG eess.SP
Single-Carrier Delay-Doppler Domain Equalization
针对OTFS调制PAPR过高的问题，提出单载波时延-多普勒域均衡方案（SC-DDE），在接收端利用DZT转换至DD域进行均衡，在保持低PAPR的同时实现了与OTFS可比的误码率性能。
2024-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink-Downlink Duality for Integer-Forcing
考虑具有信道矩阵$\mathbf{H}$的高斯多输入多输出（MIMO）多址信道（MAC）和具有信道矩阵$\mathbf{H}^{\mathsf{T}}$的高斯MIMO广播信道（BC）。对于MIMO MAC，整数强制架构包括首先解码发送码字的整数线性组合，然后求解原始消息。对于MIMO BC，整数强制架构包括在发射机处对整数线性组合进行预反相，使得每个接收机可以通过解码整数线性组合来获得其期望的码字。在这两种情况下，整数强制提供比迫零更高的可实现速率，同时保持类似的实现复杂性。本文建立了整数强迫的上下行对偶关系，即，通过在MIMO MAC上进行整数强制可实现的任何和速率都可以通过在MIMO BC上进行整数强制而以相同的和功率来实现，反之亦然。使用这种对偶关系，它示出，整数强制可以在MIMO BC总和容量的恒定间隙内操作。最后，本文提出了一种基于对偶的迭代算法，用于选择最优波束形成和均衡向量的非凸问题，并证明了该算法收敛于局部最优。
2018-01-07 cs.IT math.IT
Meta-ViterbiNet: Online Meta-Learned Viterbi Equalization for Non-Stationary Channels
基于深度神经网络（DNN）的数字接收器可以潜在地在复杂环境中操作。然而，通信信道的动态性质意味着在某些情况下，基于DNN的接收器应该定期重新训练，以便跟踪信道条件的时间变化。为此，通常需要频繁地发送冗长的导频序列，代价是大量的开销。在这项工作中，我们提出了一个DNN辅助的符号检测器，Meta-ViterbiNet，它通过集成三种互补技术来跟踪信道变化，减少开销：1）我们利用领域知识来实现基于模型/数据驱动的均衡器，ViterbiNet，它使用相对较少的可训练参数; 2）针对符号检测问题，设计了一种元学习算法，优化了学习算法的超参数，使其能够快速在线自适应;以及3）我们采用基于编码通信的决策导向方法以实现具有短长度导频块的在线训练。数值结果表明，元ViterbiNet准确地运行在快速变化的信道，优于以前的最佳方法，基于ViterbiNet或传统的循环神经网络没有元学习，由高达0.6 dB的利润率在比特出错率在各种具有挑战性的情况。
2021-03-24 cs.IT eess.SP math.IT
Time Reversal with Post-Equalization for OFDM without CP in Massive MIMO
研究了在大规模多输入多输出系统中消除正交频分复用（OFDM）冗余循环前缀（CP）的可能性。CP的不存在以符号间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI）为代价增加了带宽效率。众所周知，在大规模MIMO中，随着基站（BS）天线的数量趋于无穷大，不同类型的干扰逐渐消失。在本文中，我们调查，如果在没有CP的信道失真的平均在大天线制度。为此，我们分析了传统的最大比合并（MRC）的性能，并认识到，总是存在一些残留的干扰，导致饱和的信号干扰比（SIR）。SIR的这种饱和通过数学方程来量化。此外，为了解决饱和问题，我们提出了一种基于时间反转MRC的迫零多用户检测（TR-ZF）技术。因此，我们提出的TR-ZF的SIR不饱和，并且是BS天线数量的线性函数。我们还表明，TR-ZF每个用户只需要一个OFDM解调器，而不管BS天线的数量，大大降低了BS信号处理的复杂性。最后，我们证实了我们的主张，以及通过模拟分析结果。
2016-07-19 cs.IT math.IT
Multi-Antenna Coded Caching
在本文中，我们考虑一个单小区的下行链路的情况下，多天线基站提供的内容，多个缓存使能的用户终端。基于所谓的编码缓存技术提供的多播机会，我们研究了三种交付方法。我们的基线方案采用编码缓存技术的最大-最小公平多播。第二种是迫零（ZF）和编码缓存的联合设计，其中编码块在信号域（复数域）中形成。第三种方案类似于第二种方案，不同之处在于编码块在数据域（有限域）中形成。我们推导出封闭形式的速率表达式，我们的结果表明，后两个计划超过第一个方面的自由度（DoF）。然而，在中间SNR状态下，在信号域中形成编码块导致功率损失，并且将恶化第二方案的吞吐量。我们的论文的主要信息是，在自由度方面表现良好的方案可能不直接适用于中间SNR制度，和修改后的计划，应采用。
2017-01-11 cs.IT cs.NI math.IT
A General Framework for the Design and Analysis of Sparse FIR Linear Equalizers
线性有限脉冲响应（FIR）均衡器的复杂度与滤波器中非零抽头数的平方成正比。这使得使用迫零或最小均方误差（MMSE）滤波器的具有长脉冲响应的信道的均衡在计算上昂贵。稀疏均衡是解决这个问题的一种广泛使用的技术。在本文中，提供了一个通用的框架，将稀疏线性均衡器（LE）的设计问题转化为一个向量在不同字典中的最稀疏逼近问题。此外，在这个框架中的稀疏字典的一些可能的选择进行了讨论。此外，最坏情况下的一致性，这些字典，这决定了他们的稀疏化强度，分析和/或数值评估。最后，通过数值实验验证了所提出的稀疏FIR LE设计框架的有效性。
2015-11-22 cs.IT math.IT
Asynchronous Physical-Layer Network Coding with Quasi-Cyclic Codes
研究了接收机已知但不易补偿的有界定时抖动情况下的通信。这种情况的示例包括符号间干扰（ISI）信道和异步无线网络上的点对点通信。在这些场景中，尽管接收器可能知道所有延迟，但是由于信号被混合在一起，接收器补偿延迟通常不是一件容易的任务。一种新的框架称为交织/解交织变换（IDT）提出来处理这个问题。它示出，IDT允许一个设计的延迟，以便准循环（QC）码与适当的移位约束可以相应地使用。当与QC码结合使用时，IDT提供比仅依赖于循环码的现有方案显著更好的性能。然后研究了异步物理层网络编码的两种情况，即ISI信道的整数强制均衡和异步计算转发。对于整数强制均衡，所提出的方案提供了使用循环码的改进的性能。对于异步计算和转发，所提出的方案表明，没有损失的可实现的信息，由于延迟是整数倍的符号持续时间。此外，所提出的方法表明，有时可以利用信道引入的延迟来获得比同步情况下可获得的信息速率更高的信息速率。所提出的IDT可以被认为是由Wang等人提出的交织/去交织思想的推广，其允许使用QC码，从而大大增加了设计空间。
2014-11-14 cs.IT math.IT
Free Ride on LDPC Coded Transmission
在本文中，我们制定了一个新的问题，以应付在现有的编码传输链路（称为编码有效载荷链路）的额外比特的传输，而无需任何额外的传输能量或额外的带宽的成本。这是可能的，因为对于实际代码通常存在与信道容量的间隙。一个新的概念，被称为可访问的能力，被引入到指定的最大速率，在该速率下，额外的比特的叠加传输是可靠的，并且对编码的有效载荷链路的性能的影响可以忽略不计。对于二进制输入输出对称（BIOS）无记忆信道，可访问容量可以表征为信道容量与编码有效载荷链路的互信息速率之间的差，其可以针对非常短的有效载荷代码进行数值评估。对于一般的有效载荷码，我们提出了一个简单的下限上的可访问的容量，由信道容量减去有效载荷码的编码率。然后，我们专注于低密度奇偶校验（LDPC）码的情况下实现的有效载荷链路。我们建议通过随机叠加来传输额外的比特进行编码，并通过穷举搜索（借助统计学习）进行解码。我们进一步建议，通过在二进制字段上建立由“迫零”引起的辅助信道（称为综合症信道），使用重复码和一阶Reed-Muller（RM）码等结构化码传输额外比特。数值结果表明，高达60个额外的比特可以可靠地传输与1/2的LDPC码的长度为8064。
2019-06-26 cs.IT math.IT
URLLC with Coded Massive MIMO via Random Linear Codes and GRAND
无线通信中的当前挑战是确保超可靠和低延迟通信（URLLC）。虽然可靠性方面是公知的，通过使用长码字的信道编码来改善，但这通常意味着使用引入不期望的延迟的双绞线。使用短码字是使解码延迟最小化所需的改变。这项工作提出了一个编码和解码方案的组合，连同空间信号处理作为一种手段，以提供URLLC在衰落信道。本文提出了在大规模MIMO（mMIMO）信道上使用随机线性码（RLC），并采用标准迫零检测和猜测随机加性噪声解码（GRAND）。在mMIMO平坦衰落信道上对几种方案的性能进行了评估。所提出的方案大大优于使用5G极化编码和解码的等效方案，以获得感兴趣的信噪比（SNR）。虽然极化码的复杂度在所有SNR下都是恒定的，但使用具有GRAND的RLC可以在大部分SNR范围内实现更快的解码时间，从而进一步减少延迟。
2023-03-14 cs.IT math.IT
Integer-Forcing MIMO Linear Receivers Based on Lattice Reduction
针对多输入多输出（MIMO）衰落信道，提出了一种新的整数强制（IF）线性接收机结构，其中接收符号的整数线性组合必须作为解码过程的一部分进行计算。在本文中，我们提出了一种方法的基础上Hermite-Korkine-Zolotareff（HKZ）和Minkowski格基减少算法，以获得整数系数的中频接收机。我们表明，该方法提供了一个下界的遍历速率，并实现了充分的接收分集。研究了复Lenstra-Lenstra-Lovasz（LLL）格点约简算法（CLLL）求解该问题的适用性。此外，我们建立了建议的中频线性接收机和格约简辅助MIMO检测器（具有相同的复杂度）之间的连接，并指出前者的接收机的优势，后者。对于$2 \times 2$和$4\times 4$ MIMO信道，我们比较了所提出的方法与其他线性接收机的编码块出错率和比特出错率。仿真结果表明，该方法的性能优于迫零（ZF）接收机，最小均方误差（MMSE）接收机，格型约简辅助MIMO检测器。
2013-07-14 cs.IT math.IT
PR-NN: RNN-based Detection for Coded Partial-Response Channels
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）
在本文中，我们研究了使用递归神经网络（RNN）为基础的检测磁记录通道与符号间干扰（ISI）。我们将所提出的检测方法称为部分响应神经网络（PR-NN），该方法旨在用于记录具有部分响应均衡的通道。我们训练双向门控递归单元（bi-GRU）恢复ISI信道输入从嘈杂的信道输出序列和评估网络性能时，应用于连续的，流数据。PR-NN在评估过程中的计算复杂性与Viterbi检测器相当。在其上进行实验的记录系统使用具有E2 PR 4部分响应信道目标的速率2/3、（1，7）游程长度受限（RLL）码。理想PR信号的实验结果表明，在加性高斯白噪声（AWGN）中，PR-NN检测的性能接近Viterbi检测。此外，PR-NN检测器优于Viterbi检测，并在不同的信道密度下，在加性有色噪声（ACN）中实现了噪声预测最大似然（NPML）检测的性能。用AWGN和ACN训练的PR-NN检测器保持了在单独训练下观察到的性能。类似地，当用对应于两个不同信道密度的ACN训练时，PR-NN在两个密度下都保持其性能。实验证实，这种鲁棒性是一致的信号噪声比（SNR）在很宽的范围内。最后，PR-NN显示强大的性能时，应用到一个更现实的磁记录通道MMSE均衡洛伦兹信号。
2020-07-30 cs.IT cs.LG eess.SP
Modeling, Analysis, and Optimization of Caching in Multi-Antenna Small-Cell Networks
在传统的高速缓存使能的小小区网络（SCN）中，由于内容中心基站关联，用户可能遭受强干扰。这可能会降低多个小型基站（SBS）之间的协作内容缓存（包括概率缓存和编码缓存）的优势。在这项工作中，我们通过在每个SBS部署多个天线进行干扰管理来解决这个问题。考虑两种类型的波束成形。一个是匹配滤波器（MF），以加强有效的信道增益的期望信号，另一个是迫零（ZF），以消除在选定的SBS合作组内的干扰。我们将这两种波束形成技术应用于概率缓存和编码缓存，并使用随机几何进行性能分析。我们得到精确的和近似的紧凑的积分表达式的系统性能测量的平均分数卸载流量（AFOT）和平均遍历频谱效率（AESE）。基于这些表达式，我们然后优化AFOT或AESE最大化的缓存参数。对于概率缓存，最佳的缓存解决方案。对于编码缓存，提出了一种有效的基于贪婪的算法。数值结果表明，多天线可以提高概率缓存和编码缓存的优势，传统的最流行的缓存与波束形成的适当使用。
2019-08-19 cs.IT cs.NI math.IT
Vector Coded Caching Multiplicatively Boosts MU-MIMO Systems Under Practical Considerations
EURECOM（欧洲通信研究所）
本文提出向量编码缓存技术，通过优化多用户MIMO系统中的干扰管理，显著提升吞吐量，尤其在实际信道条件下表现更优。
2026-01-20 cs.IT math.IT
