Max-Min Power Control in Downlink Massive MIMO with Distributed Antenna Arrays
在本文中，我们研究了最优下行链路功率分配在大规模多输入多输出（MIMO）网络与分布式天线阵列（DAA）在相关和不相关信道衰落。在DAA大规模MIMO中，基站（BS）由多个天线子阵列组成。值得注意的是，天线子阵列部署在DAA大规模MIMO小区内的任意位置。因此，距离相关的大尺度传播系数是不同的，从用户到这些不同的天线子阵列，这使得功率控制的一个具有挑战性的问题。我们假设网络以时分双工模式操作，其中每个BS经由上行链路导频获得信道估计。基于信道估计，BS在下行链路中执行最大比传输。然后，我们推导出一个封闭形式的信号干扰噪声比（SINR）的表达式，其中的信道受到相关衰落。基于信干噪比表达式，我们提出了一种全网最大最小功率控制算法，以确保网络中的每个用户接收到统一的服务质量。数值结果表明DAA大规模MIMO提供的性能优势。对于某些特定场景，DAA大规模MIMO可以将平均每用户吞吐量提高高达55%。此外，我们表明，信道衰落协方差是一个重要的因素，在决定DAA大规模MIMO的性能。
2020-10-25 cs.IT math.IT
Millimeter Wave MIMO with Lens Antenna Array: A New Path Division Multiplexing Paradigm
毫米波（mmWave）通信是用于5G蜂窝系统的有前途的技术。为了补偿毫米波系统中的严重路径损耗，通常使用大型天线阵列来实现显著的波束成形增益。然而，由于与射频（RF）链相关联的高硬件和功耗成本，期望实现大天线增益，但是仅使用有限数量的RF链用于毫米波通信。为此，我们在本文中研究了一种新的透镜天线阵列使毫米波MIMO通信系统。我们首先表明，所提出的透镜天线阵列在接收器/发射器的阵列响应遵循“sinc”函数，其中具有峰值响应的天线由接收/发射信号的到达角（AoA）/离开角（AoD）确定。通过利用透镜天线阵列的这种独特特性以及毫米波信道的多径稀疏性，我们提出了一种新的低成本和容量实现MIMO传输方案，称为\emph{orthogonal path division multiplexing (OPDM)}。对于具有不充分分离的AoA和/或AoD的信道，我们还提出了一种简单的基于组的小规模MIMO处理的\emph{path grouping}技术，以减轻路径间干扰。数值结果提供了比较性能的毫米波MIMO系统与传统阵列的透镜天线阵列，在不同的实际设置。结果表明，所提出的系统实现了显着的吞吐量增益以及复杂性和硬件成本的降低，都使它成为一个有吸引力的新的范例毫米波MIMO通信。
2015-07-07 cs.IT math.IT
Single Anchor Localization and Orientation Performance Limits using Massive Arrays: MIMO vs. Beamforming
下一代蜂窝网络将经历毫微微蜂窝、毫米波通信和大规模天线阵列的组合。由于大规模阵列提供的波束形成能力以及高角分辨率，只能使用一个充当锚节点的单个接入点（AP）进行定位估计，从而避免专用于定位的超大基础设施。在这种情况下，我们的论文的目的是在调查的定位和定向性能限制，采用大规模的阵列在AP和移动端。因此，我们首先渐近地证明了在大规模阵列制度的Cramer-Rao界（CRB）的紧密性，并在存在或不存在多径。接着，我们提出了MIMO和波束形成的阵列结构，时间同步误差和多径分量的比较。在不同的阵列配置中，我们还考虑随机加权作为MIMO的高分集增益和相控阵保证的高方向性之间的权衡。通过评估不同阵列配置的CRB，结果显示分集和波束形成增益之间的相互作用，以及通过改变定位精度方面的阵元数量可实现的好处。
2017-05-25 cs.IT math.IT
Dynamic Metasurface Antennas for Uplink Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）通信是近年来相当感兴趣的焦点。虽然已经建立了大规模MIMO的理论增益，但在实践中实现具有大规模天线阵列的MIMO系统具有挑战性。与大规模MIMO系统相关的实际挑战包括增加的成本、功耗和物理尺寸。在这项工作中，我们研究了大规模MIMO天线阵列使用动态元表面天线（DMA），一种新兴的技术，固有地处理上述挑战的实现。具体而言，DMA实现了大规模的平面天线阵列，并且可以在物理天线结构中自适应地结合诸如压缩和模拟组合的信号处理方法，从而降低成本和功耗。首先，我们提出了一个数学模型的大规模MIMO系统与DMA和讨论他们的限制相比，理想的天线阵列。然后，我们的特点的基本限制的上行链路通信与由此产生的系统，并提出了两种算法设计实用的DMA接近这些限制。我们的数值结果表明，所提出的方法产生了实用的大规模MIMO系统，其性能与理想天线阵列可实现的性能相当。
2019-06-30 cs.IT math.IT
Advanced Quantizer Designs for FDD-Based FD-MIMO Systems Using Uniform Planar Arrays
大规模多输入多输出（MIMO）系统在基站处利用大量天线，期望通过实现改进的多用户MIMO技术来提高网络吞吐量。为了以合理的形状因子部署许多天线，期望基站在水平维度和垂直维度上都采用天线阵列，这被称为全维（FD）MIMO。最流行的二维阵列是均匀平面阵列（UPA），其中天线以网格模式放置。为了充分利用频分复用（FDD）中大规模MIMO的优势，下行链路信道状态信息（CSI）应该被估计、量化并从接收机反馈到发射机。然而，由于大规模MIMO信道的高维性，难以以计算高效的方式精确地对信道进行估计。在本文中，我们开发了窄带和宽带CSI量化器FD-MIMO考虑到现实信道和UPA的属性。为了提高量化质量，我们不仅专注于量化信道中的主导无线电路径，而且还结合量化的波束。我们还开发了一种分层束搜索方法，它扫描垂直和水平域联合适度的计算复杂性。数值仿真表明，所提出的量化器的性能优于以前的CSI量化技术。
2018-04-16 cs.IT math.IT
Two-Dimensional Golay Complementary Array Sets With Arbitrary Lengths for Omnidirectional MIMO Transmission
本文提出了一种编码方法，用于实现全向传输的某些公共信号在大规模多输入多输出（MIMO）网络，使接收功率在任何方向上在一个小区保持恒定的任何给定的距离。具体地，二维的【形】（2D）Golay互补阵列集（GCAS）可以用于设计最优的大规模MIMO预编码矩阵，以便由于其互补自相关特性而实现全向传输。本文提出了一种新的任意阵列长度的二维GCAS结构。我们的主要思想是仔细截断某些较大的数组所产生的二维广义布尔函数的列。最后，功率辐射方向图和数值结果验证了基于GCAS的预编码的全向性。提出的预编码方案的错误性能，以验证其优于现有的替代品。
2023-01-11 cs.IT math.IT
Precoding for Multiuser MIMO Systems with Single-Fed Parasitic Antenna Arrays
发射机（TX）在各个级别上的协作已经被示出增加多用户多输入多输出（MIMO）系统的总吞吐量。在本文中，我们考虑一个K用户MIMO系统，TX只有全球信道状态的知识。理论上已经表明，干扰对准（IA）实现了该K个用户MIMO干扰信道的K/2个自由度。然而，结果IA和所有建议的收发器技术，该信道到目前为止，假设传统的天线阵列在收发器与多个射频（RF）链，每个连接到一个不同的天线元件。为了减少随之而来的硬件负担和功耗所施加的这种阵列，我们建议在本文中利用紧凑的单射频电子可操纵寄生（无源）阵列辐射器（ESPAR）在合作TX。首先描述了能够捕获所考虑的天线阵列的特性的信号模型，然后介绍了TX的EPAR处的可调谐寄生负载的一般预编码设计方法。针对一个ESPAR TX的3用户2x2 MIMO系统，给出了具体的预编码技术和指示性的ESPAR设计，得到的性能评估结果表明TX协作的增益仍然是可行的。
2014-12-15 cs.IT math.IT
Array Size Reduction for High-Rank LOS MIMO ULAs
在本文中，我们提出了一个扩展的LOS MIMO信道模型，它考虑了一个额外的相移项的传输路径，并提供了潜在的改善信道条件显着。我们表明，这种相移可以，例如，通过在发射和接收天线之间添加介电材料来实现，其中相移取决于波在介质中行进的距离。使用该距离作为设计参数，我们证明了均匀线性阵列的天线元件之间的最佳间距，实现全空间复用，可以减少与众所周知的间距标准从以前的调查。
2015-09-07 cs.IT math.IT
Multi-user Massive MIMO Communication Systems Based on Irregular Antenna Arrays
在实际的移动通信工程应用中，天线阵列部署区域的表面通常是不平坦的。因此，大规模多输入多输出（MIMO）通信系统通常通过不规则的天线阵列来传输无线信号。针对大规模MIMO通信系统中存在互耦效应的情况，定义了矩阵相关系数和各态历经接收增益，以评估不规则天线阵列的性能。此外，首先推导了采用不规则天线阵列的多用户大规模MIMO通信系统的各态历经可达速率、符号出错率和平均中断概率的下界。当天线数趋于无穷大时，也得到了渐近结果。数值结果表明，在采用不规则天线阵列的大规模MIMO通信系统中，当天线数目不断增加时，存在一个最大可达速率。此外，当天线数目大于或等于给定阈值时，不规则天线阵列在大规模MIMO通信系统的可达速率方面优于规则天线阵列。
2016-04-18 cs.IT cs.NI math.IT
Line of Sight 2 x nr MIMO with Random Antenna Orientations
当天线阵列的几何形状和方向基于终端间的距离设计时，视线（LoS）多输入多输出（MIMO）提供完全的空间复用增益。这些已知的设计方法适用于具有固定取向的天线阵列，但对于任意阵列取向不提供完全的MIMO增益。在本文中，我们研究了LoS MIMO信道与随机阵列方向时，用于信令的发射天线的数量是2。我们研究了常见的阵列几何形状对错误概率的影响，并确定了描述任意编码方案的高信噪比（SNR）错误性能的代码设计参数。对于平面接收阵列，出错率的衰减速度仅与秩为1的信道一样快，并且对于包括空间复用的一类编码方案，其误码率不会好于1/SNR ^3。然后，我们表明，对于四面体接收阵列，它使用的非平面阵列中的天线数量最少，出错率衰减速度比秩1信道，是指数的SNR为每个编码方案。最后，我们设计了一个LoS MIMO系统，保证了良好的错误性能的所有发送/接收阵列的方向和终端间的距离范围内。
2016-11-09 cs.IT math.IT
Flexible XL-MIMO via Array Configuration Codebook: Codebook Design and Array Configuration Training
本文提出阵列配置码本（ACC）以实现低成本高效的灵活XL-MIMO，并设计两阶段扫描训练方法，在多用户通信和无线定位场景中提升系统性能。
2025-08-28 cs.IT math.IT
Beamforming Design for Continuous Aperture Array (CAPA)-Based MIMO Systems
The University of Hong Kong（香港大学）；Queen Mary University of London（伦敦大学女王玛丽学院）
针对CAPA-MIMO波束成形优化计算代价高的问题，本文推导了可达速率的闭式表达式，并提出基于变分法的WMMSE迭代算法及Gauss-Legendre求积的低复杂度实现，显著提升性能并降低计算复杂度。
2025-07-18 cs.IT math.IT
A Tb/s Indoor MIMO Optical Wireless Backhaul System Using VCSEL Arrays
本文系统地设计了一种基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）阵列的多输入多输出（MIMO）光无线通信（OWC）链路，以支持数据率超过1 Tb/s的第六代（6 G）室内无线网络回程。提出的设计结合了直流光正交频分复用（DCO-OFDM）和空间复用MIMO架构。对于这种具有低发散激光束的超高速视线（LOS）OWC链路，保持对准是非常重要的。在本文中，发射机和接收机之间的两种类型的失调误差，即径向位移误差和定向角误差，并彻底建模在一个统一的分析框架假设高斯激光束，从而在广义失调模型（GMM）。推导出的GMM扩展到MIMO阵列和MIMO-OFDM OWC系统的性能进行了分析的聚合数据率。通过计算机模拟，研究了束腰、阵列配置和不同失调误差等因素对系统性能的影响，为短距离Tb/s MIMO OWC系统的设计提供了指导。
2022-04-04 cs.IT math.IT
Doubly Massive mmWave MIMO Systems: Using Very Large Antenna Arrays at Both Transmitter and Receiver
下一代无线通信系统的关键特征之一将是在人口密集的室内和室外场景中使用10- 100 GHz（又名毫米波波段）范围内的频率。由于减小的波长，具有大量天线的天线阵列可以被封装在非常小的体积中，从而使得至少在原则上可以考虑其中不仅基站而且用户设备都配备有非常大的天线阵列的通信链路。我们将这种配置表示为“双大规模”MIMO无线链路。本文介绍了毫米波双大规模MIMO系统的概念，表明在毫米波的大规模MIMO制度的基本原理是完全不同的，从传统的6 GHz以下的蜂窝频率发生。例如，它示出的信道的复用能力和它的秩不再由发射和接收天线的数量，而是由周围环境中的散射簇的数量来决定。还讨论了双大规模MIMO制度对收发器处理、系统能量效率和系统吞吐量的影响。
2016-07-25 cs.IT math.IT
Antenna Arrays for Line-of-Sight Massive MIMO: Half Wavelength is not Enough
研究了5G大规模MIMO系统在视距工作条件下的阵列综合问题。进行的数值研究的主要结果是，非均匀阵列是这种应用中的自然选择。特别是，通过使用非等间距阵列，我们表明，它是可能实现更好的平均条件数的信道矩阵和显着更高的频谱效率。此外，我们还验证了增加阵列大小对圆形阵列也有好处，并且我们为大规模MIMO应用的天线阵列设计提供了一些有用的经验法则。这些结果与5G大规模MIMO文献中广泛接受的想法形成对比，其中普遍采用半波长线性均匀阵列。
2017-09-01 cs.IT cs.NI math.IT
Low RF-Complexity Technologies to Enable Millimeter-Wave MIMO with Large Antenna Array for 5G Wireless Communications
针对大规模天线毫米波MIMO射频链路过多导致成本与功耗过高的问题，本文综述低射频复杂度技术，重点分析PAHP与LAHP的原理、挑战、性能及实际部署方向。
2017-10-01 cs.IT math.IT
Multi-User Millimeter Wave MIMO with Full-Dimensional Lens Antenna Array
利用透镜天线阵列的毫米波（mmWave）通信是一种很有前途的技术，用于实现具有大MIMO（多输入多输出）但仅具有有限射频（RF）链的具有成本效益的5G无线系统。研究了一种上行多用户毫米波单边透镜MIMO系统，其中只有基站（BS）配备具有仰角和方位角分辨能力的全维（FD）透镜天线阵列，每个移动站（MS）采用传统的不带透镜的均匀平面阵列（UPA）。通过利用在BS的透镜天线阵列的角度相关的能量聚焦特性以及毫米波信道的多径稀疏性，我们提出了一种低复杂度的路径分多址（PDMA）方案，当所有MS多径信号的到达角（AoA）在BS处充分分离时，该方案能够实现几乎无干扰的多用户通信。为此，在BS处提出了一种称为路径延迟补偿的新技术，以有效地将多用户频率选择性MIMO信道转换为用于不同MS的并行频率平坦小尺寸MIMO信道，对于每个MS，应用低复杂度的单载波（SC）传输。对于AoA间隔不足的一般场景，MS处的模拟波束成形和BS处的数字组合被联合设计为基于由路径延迟补偿产生的MS的有效MIMO信道来最大化MS的可实现的和速率。此外，我们提出了一种新的和高效的信道估计方案，专门为PDMA，这需要在实际的毫米波系统中的训练开销可以忽略不计，但会导致类似的性能，基于完美的信道状态信息（CSI）。
2016-11-18 cs.IT math.IT
Downlink Power Control in Massive MIMO Networks with Distributed Antenna Arrays
在本文中，我们研究下行链路功率控制在大规模多输入多输出（MIMO）网络与分布式天线阵列。每个小区中的基站（BS）由多个天线阵列组成，这些天线阵列部署在小区内的任意位置。由于天线阵列之间的空间分离，大规模传播效应从用户到小区中的不同天线阵列是不同的，这使得功率控制与传统的大规模MIMO相比是一个具有挑战性的问题。我们假设每个小区中的BS经由上行链路导频获得信道估计。基于信道估计，BS执行下行链路的最大比率传输。然后，我们推导出一个封闭形式的频谱效率（SE）的表达式，其中的信道受到相关衰落。利用推导出的表达式，我们提出了一个最大最小功率控制算法，以确保网络中的每个用户接收到一个统一的服务质量。数值结果表明，在这项工作中考虑的网络，优化最大最小SE通过最大最小功率控制提高了总和SE的网络相比，相等的功率分配。
2018-03-13 cs.IT math.IT
Transmit Array Interpolation for DOA Estimation via Tensor Decomposition in 2D MIMO Radar
针对平面阵列单基地多输入多输出（MIMO）雷达，提出了一种基于张量建模的二维（2D）联合发射阵列插值和波束空间设计的波达方向（DOA）估计方法。我们的基本思想是将发射阵列映射到所需的阵列，并抑制感兴趣的空间扇区之外的发射功率。这样，在接收阵列处的信号-音调噪声比得到改善。然后，我们沿着每个维度折叠接收到的数据到一个张量结构，并应用基于张量的方法来获得DOA估计。此外，我们推导出一个封闭的形式表示的DOA估计偏差所造成的插值误差，并主张使用一个专门设计的查找表来补偿偏差。相应的Cramer-Rao界（CRB）也被导出。仿真结果显示了所提出的方法的性能，并比较其性能CRB。
2017-05-05 cs.IT math.IT
Out-of-Band Radiation Measure for MIMO Arrays with Beamformed Transmission
多用户MIMO系统在环境中发射的带外辐射的空间特性，由于其功率放大器（由多项式模型建模）是非线性的，通过推导发射信号的连续时间互相关的解析表达式进行了研究。在随机空间点处，当MIMO基站和SISO基站辐射相同的功率量时，两者在任何频率处平均接收到相同的功率。然而，对于特定的信道实现，接收功率取决于信道。我们发现，在多用户MIMO系统中，带外接收的功率仅偏离平均值很小，并且仅在一个用户的情况下，该偏离可能是显著的。使用遍历性参数，我们得出结论，带外辐射是一个问题，在大规模MIMO，其中总辐射功率较低的SISO系统和频谱再生的要求可以放宽MIMO系统中，而不会导致更多的总带外辐射。
2015-10-19 cs.IT math.IT
mmWave Massive MIMO with Simple RF and Appropriate DSP
对于下一代无线通信系统，毫米波（mmwave）频率和大量天线阵列（大规模MIMO）的组合使用具有相当大的兴趣。在这两个因素之间存在共生关系：毫米波频率允许密集封装的天线阵列，因此可以用小的形状因子实现大规模MIMO;可以用大的阵列增益克服低的每天线SNR和阴影;用大的阵列操纵窄波束或零点对于视线（LOS）或近LOS毫米波传播环境是良好的匹配，等等。然而，在毫米波频率下的大规模MIMO阵列的标准实现的成本和功耗是快速采用和部署的显著缺点。在本文中，我们研究了一些可能的方法，以降低成本和功率在基站和用户终端，弥补它与信号处理和额外的（便宜的）天线。这些方法包括低分辨率模数转换器（ADC），无线本振分布网络，空间复用和多流代替高阶调制等。我们将研究这些方法在实现毫米波大规模MIMO方面的潜力，并讨论数字信号处理（DSP）方面的要求。
2017-12-15 cs.IT math.IT
Constructing Receiver Signal Points using Constrained Massive MIMO Arrays
研究了一种用于构造接收机信号点的低成本解决方案，该解决方案将大量受约束的射频（RF）前端与有限数量的全RF链相结合。受约束的RF前端具有低成本，并且限于天线元件的开/关切换和少量的相位。对于这些简单的开/关天线阵列的多用户MIMO，通常观察到严重的劣化。一些完整的RF前端被示出为补偿用于各种场景的大量受限RF前端的信号误差。这样的混合RF（HRF）系统的算法开发，实现性能接近的穷举搜索相对于瑞利衰落和WINNER 2城市宏信道模型的构造接收机信号的均方误差。
2017-02-08 cs.IT math.IT
Optimal Capacity-Driven Design of Aperiodic Clustered Phased Arrays for Multi-User MIMO Communication Systems
研究了多用户多输入多输出（MU-MIMO）通信系统中基站（BS）的非周期/不规则分簇相控阵天线的优化设计问题。本文提出了一种ad-hoc综合方法，旨在最大限度地提高用户的业务容量的小区内服务的BS，同时保证足够的信号水平在终端。为此，搜索的最佳非周期性集群进行通过定制的平铺技术，能够考虑单个和多个瓦片形状，以及确保天线孔径的完全覆盖的方向性的最大化。代表性的结果，从一组广泛的数值例子与现实的天线模型和基准3GPP的情况下，报告评估的优势，不规则的阵列架构相比，由标准的开发组织提出的规则/周期性的布局，以及。
2021-07-28 cs.IT math.IT
Limits of Transmit and Receive Array Gain in Massive MIMO
本文研究了大规模MIMO系统的发射和接收天线阵增益。特别是，我们看看他们的依赖于阵列中的天线数量，以及均匀的线性和均匀的圆形阵列的天线间距。已知发射阵列增益在一定的天线间距处饱和，但接收阵列增益未被考虑。我们的物理一致性分析的基础上的多端口通信理论，我们表明，接收阵列增益不饱和，但有一个峰值在一定的天线间距时，没有去耦网络的接收机。由于为大规模MIMO实现解耦网络几乎是不可能的，因此这是一个合理的假设。此外，我们分析了阵列增益如何根据天线间距和天线阵列的大小而变化，并得出设计建议。
2020-06-26 cs.IT eess.SP math.IT
Uncoordinated and Decentralized Processing in Extra-Large MIMO Arrays
提出了一种适用于超大型多输入多输出（XL-MIMO）阵列的分散接收机。我们的方法没有中央处理器（CPU），所有的信号检测任务都在分布式节点上完成。我们利用一个组合的消息传递框架，设计一个不协调的检测方案，克服了XL-MIMO系统中的三个主要挑战：计算复杂性，可扩展性和用户能量分布的非平稳性。我们的数值计算结果表明，一个显着的性能改善相比，基准分布式方法，同时操作非常接近集中式接收器。
2021-03-11 cs.IT eess.SP 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
On the Power Leakage Problem in Millimeter-Wave Massive MIMO with Lens Antenna Arrays
新兴的具有透镜天线阵列的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）（也称为“波束空间MIMO”）可以有效地减少所需的高功耗射频（RF）链的数量。因此，它被认为是即将到来的5G通信及以后的一种有前途的技术。然而，目前大多数关于波束空间MIMO的研究都没有考虑到波束空间信道中的重要功率泄漏问题，这可能会导致信噪比（SNR）和系统和速率的显着下降。为此，本文提出了一种波束对准预编码方法来处理功率泄漏问题。首先，提出了一种移相器网络（PSN）结构，使波束空间MIMO中的每个RF链能够选择多个波束来收集泄漏功率。然后，基于所提出的PSN结构，设计了一种基于旋转的预编码算法，该算法将所选择的波束的信道增益朝向相同的方向对齐，以最大化每个用户处的接收SNR。此外，我们揭示了一些系统设计的见解，通过分析所提出的波束对准预编码方法的总速率和能量效率（EE）。在仿真中，所提出的方法被发现，以实现接近最佳的和速率性能相比，理想的情况下，没有功率泄漏，并获得更高的EE比现有的计划与线性或平面阵列。
2020-08-24 cs.IT math.IT
Analysing of 3D MIMO Communication Beamforming in Linear and Planar Arrays
该研究分析线性与平面阵列中三维MIMO通信的波束成形，采用基于协方差的波形方法，通过MATLAB仿真评估不同波束成形技术的性能。
2023-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
Impact of Angular Spread in Moderately Large MIMO Systems under Pilot Contamination
导频污染是大规模多输入多输出（MIMO）网络的主要瓶颈之一。对于中等大小的天线阵列（对最近/新兴部署很重要）和相关MIMO，导频污染在某些场景中可能不是主要的限制因素。据我们所知，一个严格的表征的可实现的速率和它们的显式依赖于角展度（AS）是不可用的，在现有的文献中的适度大的天线阵列制度。在本文中，考虑到特征波束形成（EBF）预编码，我们推导出一个精确的解析表达式，在多小区MIMO系统中的导频污染下的可达速率，并表征AS之间的关系，阵列大小，和各自的用户速率。我们的分析和仿真结果表明，EBF和正则化迫零（RZF）预编码器的可实现的速率遵循非单调的行为增加AS时，天线阵列的大小是中等的。我们认为，这种非单调行为的知识可以用来开发有效的用户细胞配对技术。
2018-07-21 cs.IT math.IT
Massive MIMO is a Reality -- What is Next? Five Promising Research Directions for Antenna Arrays
大规模多输入多输出（多输入多输出）不再是未来蜂窝网络的“狂野”或“有前途”的概念-在2018年成为现实。具有64个全数字收发器链的基站（BS）在多个国家进行了商业部署，大规模多输入多输出的关键成分已使其成为5G标准，实现前所未有的频谱效率所需的信号处理方法已经开发出来，并且由于导频污染而导致的限制已经得到解决。即使是毫米波频率的全数字大规模多输入多输出阵列的开发--曾经被认为是极其复杂和昂贵的--也在顺利进行中。几年后，采用全数字收发器的大规模多输入多输出将成为6 GHz以下和毫米波频率的主流功能。在本文中，我们解释了大规模多输入多输出研究传奇的第一章是如何结束的，而故事才刚刚开始。即将到来的具有大规模天线阵列的BS的大规模部署打开了通向空间处理能力无所不在的全新世界的大门。除了移动宽带服务外，天线还可用于其他通信应用，如低功率机器型或超可靠通信，以及雷达、传感和定位等非通信应用。我们概述了五个新的大规模多输入多输出相关的研究方向：极大孔径阵列，全息大规模多输入多输出，六维定位，大规模MIMO雷达和智能大规模多输入多输出。
2019-06-12 cs.IT eess.SP math.IT
Reliable Beamspace Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO Systems with Lens Antenna Array
采用透镜天线阵列的毫米波大规模MIMO通过波束选择可以大大减少所需的射频（RF）链路数量。然而，波束选择要求基站获得准确的波束空间信道信息。这是一项具有挑战性的任务，因为波束空间信道的大小很大，而RF链的数量有限。本文研究了毫米波透镜天线阵列大规模MIMO系统的波束域信道估计问题。具体而言，首先设计了一种适用于透镜天线阵列的毫米波大规模MIMO系统的自适应选择网络，并在此网络的基础上，将波束空间信道估计问题转化为稀疏信号恢复问题。然后，充分利用毫米波波束空间信道的结构特点，提出了一种性能可靠、导频开销小的基于支持检测（SD）的信道估计方案。最后，性能和复杂度的分析，证明所提出的SD为基础的信道估计方案可以估计稀疏波束空间信道的支持与传统的计划相当或更高的精度。仿真结果表明，该方法能够充分利用波束域信道的结构特性，即使在低信噪比区域，也能获得较好的信道估计性能。
2017-08-24 cs.IT math.IT
LoS MIMO-Arrays vs. LoS MIMO-Surfaces
无线研究界对亚太赫兹频段表示出极大的兴趣，以便在未来的无线网络中实现移动通信。亚太赫兹波段提供了大量的可用带宽，因此，有望实现光速无线通信。在这样的高频带，收发器需要具有更大的孔径，并且需要比在低频带更密集地部署。这些因素成比例地增加了远场极限，电磁波的球面曲率不能再被忽略。这提供了实现空间复用的机会，即使在视线信道。在本文中，我们概述和比较现有的设计方案，以实现高秩传输的视线信道。
2023-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
ADMM Enabled Hybrid Precoding in Wideband Distributed Phased Arrays Based MIMO Systems
基于分布式相控阵的多输入多输出（DPA-MIMO）是最近提出的一种高度可重构的架构，其能够在毫米波（mmWave）系统中实现空间复用和波束成形。在这项工作中，我们专注于处理混合预编码的宽带DPA-MIMO系统与正交频分复用（OFDM）调制。更具体地说，我们提出了一种交替方向乘法器（ADMM）启用混合预编码方法的基础上交替优化框架，简称ADMM-AltMin，这样的合作阵列的子阵列结构。仿真结果表明，所提出的ADMM-AltMin方法实现了良好的性能与实际量化的移相器考虑。
2019-08-24 cs.IT eess.SP math.IT
Asymptotic Optimality of Massive MIMO Systems Using Densely Spaced Transmit Antennas
本文研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统的性能，该系统使用一个大的发射天线阵列与天线单元间隔密集。在理想均匀线性天线阵无互耦的假设下，证明了当发射天线间距趋于零时，预编码正交相移键控（QPSK）传输可以达到大规模MIMO系统的信道容量。这种渐近最优性类似于QPSK快于奈奎斯特信号。
2016-01-22 cs.IT math.IT
Beamspace Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO Systems with Lens Antenna Array
通过采用透镜天线阵列，波束空间MIMO可以利用波束选择来减少毫米波大规模MIMO系统中所需的RF链的数量，而不会有明显的性能损失。然而，要实现接近容量的性能，波束选择需要大尺寸波束空间信道的准确信息，这是一个挑战，特别是当RF链数量有限时。为了解决这个问题，在本文中，我们提出了一种基于可靠支持检测（SD）的信道估计方案。具体来说，我们建议将总波束空间信道估计问题分解为一系列子问题，每个子问题只考虑一个稀疏信道分量。对于每个通道组件，我们首先利用毫米波波束空间通道的结构特征可靠地检测其支持。然后，从总波束空间信道估计问题中去除该信道分量的影响。在检测到所有信道分量的支持度后，稀疏波束空间信道的非零元素可以以较低的导频开销进行估计。仿真结果表明，提出的基于SD的信道估计方法优于传统的信道估计方法，即使在低信噪比区域也具有令人满意的精度。
2016-07-18 cs.IT math.IT
Spectrum and Energy Efficient Beamspace MIMO-NOMA for Millimeter-Wave Communications Using Lens Antenna Array
波束空间多输入多输出（MIMO）的最新概念可以显著减少毫米波（mmWave）大规模MIMO系统中所需的射频（RF）链的数量而没有明显的性能损失。然而，现有的波束空间MIMO的基本限制是，在相同的时频资源上，支持的用户的数量不能大于RF链的数量。为了打破这一基本限制，在本文中，我们提出了一种新的频谱和能量高效的毫米波传输方案，该方案将非正交多址（NOMA）的概念与波束空间MIMO相结合，即，波束空间MIMO-NOMA通过在波束空间MIMO系统中使用NOMA，在相同的时频资源下，支持的用户数量可以大于RF链的数量。特别地，在典型的毫米波信道模型下，分析了所提出的波束空间MIMO-NOMA的可达和速率，与现有的波束空间MIMO相比，表现出明显的性能增益。然后，设计了一种基于迫零（ZF）原理的预编码方案，以降低波束空间MIMO-NOMA系统中的波束间干扰。此外，为了最大化可达和速率，通过求解联合功率优化问题，提出了一种动态功率分配算法，该算法不仅考虑了波束内功率优化，还考虑了波束间功率优化。最后，提出了一种低复杂度的迭代优化算法，实现了动态功率分配。仿真结果表明，与现有的波束空间MIMO相比，本文提出的波束空间MIMO-NOMA可以获得更高的频谱和能量效率。
2017-07-21 cs.IT math.IT
Antenna Array Diagnosis for Millimeter-Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）MIMO系统中密集的天线经常被雨、雪、灰尘甚至手指遮挡，这会改变信道特性，降低系统性能。为了解决这个问题，我们提出了一个交叉熵启发的天线阵列诊断检测（CE-AAD）技术，利用相邻天线的相关性，当阻塞发生在发射机。然后，我们将提出的CE-AAD算法扩展到发射机和接收机同时发生阻塞的情况。仿真结果表明，该算法的性能优于传统算法。
2021-06-05 cs.IT eess.SP math.IT
Placement Delivery Array for Cache-Aided MIMO Systems
Key Lab of Education Blockchain and Intelligent Technology, Ministry of Education（教育部教育区块链与智能技术重点实验室）；Guangxi Key Lab of Multi-source Information Mining & Security, Guangxi Normal University（广西师范大学多源信息挖掘与安全广西壮族自治区重点实验室）；School of Science, Guilin University of Aerospace Technology（桂林航天工业学院理学院）；School of Electronic Information and Communications, Huazhong University of Science and Technology（华中科技大学电子信息与通信学院）
本文提出了一种用于缓存辅助MIMO系统的放置交付阵列，通过两种新构造实现了最大总自由度和低子分包化。
2026-01-15 cs.IT math.IT
Dealing with Interference in Distributed Large-scale MIMO Systems: A Statistical Approach
本文考虑了在大规模MIMO多小区网络中通过使用二阶统计量进行干扰控制的问题。我们认为这两种情况下，共同定位的大规模阵列和大规模分布式天线设置。我们感兴趣的是表征用户的信道协方差矩阵的低秩，因为这样的属性可以被利用朝向改进的信道估计（所谓的导频净化）以及通过空间滤波的干扰抑制。在以前的工作中，它表明，大规模MIMO信道协方差矩阵表现出一个有用的有限秩属性，可以通过在MIMO均匀线性阵列的多径角扩展建模。本文将这一结果扩展到更一般的设置，包括某些非均匀阵列，更令人惊讶的是，二维的分布式大规模阵列。特别是我们的模型表现出的信号子空间的丰富性的用户终端周围的散射半径的依赖，通过一个封闭的形式表达。重点介绍了低秩协方差特性在信道估计去噪和低复杂度干扰滤波中的应用。
2014-05-01 cs.IT math.IT
Joint DOA and Array Manifold Estimation for a MIMO Array Using Two Calibrated Antennas
Beijing Institute of Technology, Beijing, China（北京理工大学）；University of Sheffield, UK（谢菲尔德大学）
本文提出一种简单方案，利用两个校准天线对MIMO阵列进行联合DOA和阵列曼fold估计，通过旋转不变性特性获取初始DOA结果，并通过局部搜索算法迭代获得更精确的估计。
2013-10-10 cs.IT cs.NA math.IT
Optimal Geometries of Dual-Polarized Arrays for Large Point-to-Point MIMO Channels
本文针对近场点对点MIMO信道，推导双极化均匀矩形阵列的最优天线间距以实现理想信道容量，并据此给出最小化孔径面积和孔径长度的两种阵列几何结构。
2023-05-30 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter-Wave Massive MIMO Systems Relying on Generalized Sub-Array-Connected Hybrid Precoding
在本文中，我们考虑了一个广义的子阵列连接（GSAC）架构的任意射频（RF）链和天线配置，其中连接到一个子阵列的RF链的数量和每个子阵列中的天线的数量可以是任意的。我们的设计目标是提高毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统的混合预编码器的能量效率。首先，我们提出了一种基于连续干扰消除的混合预编码算法，以最大限度地提高可实现的速率为任何给定的RF链和天线配置。该算法首先将总可达速率优化问题分解为多个子速率优化问题，然后依次最大化这些子速率。由于RF链的数量有限，我们可以使用穷举搜索方案来评估所有配置并确定具有最佳能效的配置。此外，依赖于一个有吸引力的有限反馈，我们还提出了一个波束控制码本，我们的混合预编码辅助GSAC架构。我们的仿真结果表明，该方案实现了类似的速率作为相应的最佳无约束预编码器。此外，我们表明，所提出的计划的能量效率是优于现有的计划在全连接和子阵列连接的架构。
2019-07-19 cs.IT math.IT
Robustness of Low-Complexity Massive MIMO Architectures Against Passive Eavesdropping
大规模MIMO窃听设置覆盖大型发射天线阵列，能够通过窄波束形成来抑制针对合法终端的被动窃听者。这意味着在这些环境中几乎可以免费获得保密。我们表明，这一属性不仅适用于全数字MIMO架构，而且在大规模的MIMO设置，其发射机采用降低复杂性的架构。调查考虑两种主要的方法来降低复杂度，即天线选择和混合模拟-数字预编码。我们表明，使用任何一种方法，通过可实现的和速率归一化的信息泄漏消失的发射阵列的大小变大。对于这两种方法，确定衰减速度。结果表明，随着发射阵列尺寸的增大，通过天线选择和混合模数预编码得到的归一化泄漏分别在双对数和对数上收敛到零。这些分析推导证实了各种基准架构，通过数值研究。
2019-12-05 cs.IT math.IT
An Overview of Enhanced Massive MIMO with Array Signal Processing Techniques
在过去的十年中，关于大规模多输入多输出系统的研究取得了巨大的进展，其中大部分是从通信的角度出发的。研究大规模多输入多输出的一个新趋势是从阵列信号处理的角度重新构建收发器设计，以深入利用半波长阵列并在多个方面提供增强的性能，特别是对于毫米波（mmWave）传输这样的稀疏场景。例如，高维信道可以被分解成少量的物理参数，例如，到达角（AoA）、离开角（AoD）、多径延迟、多普勒频移等。因此，诸如同步、信道估计、波束成形、预编码、多用户接入等的收发机技术，与直接用信道状态信息（CSI）设计的那些相比，可以用这些物理参数重新整形。有趣的是，像AoA/AoD和多径延迟这样的参数是频率不敏感的，并且因此可以用于甚至对于FDD系统从上行链路训练引导下行链路传输。此外，以前模糊揭示的大规模多输入多输出的一些现象现在可以用阵列信号处理更好地解释，例如，光束偏斜效应。总之，本文的目标是提出一个概述的最新进展，将阵列信号处理融入大规模多输入多输出通信，以及其有前途的未来方向。
2019-08-10 cs.IT eess.SP math.IT
Spherical Wavefronts Improve MU-MIMO Spectral Efficiency When Using Electrically Large Arrays
现代MIMO通信系统几乎完全是在天线阵列上局部平面波前的假设下设计的。这被称为远场近似，在大多数相关传输范围内，在低于6 GHz的频率下是合理的。然而，当使用更高的频率和更短的传输范围时，阵列上的波曲率不再可以忽略，并且阵列在所谓的辐射近场区域中操作。这封信的目的是表明，经典的远场近似可能大大低估了多用户MIMO通信在30 GHz频段及以上，甚至在超过夫琅和费距离的范围内可实现的频谱效率。对于具有典型尺寸的平面阵列，我们表明，计算组合方案的基础上的远场模型显着降低了信道增益和空间复用能力。当使用辐射近场模型时，干扰抑制方案，如最佳最小均方误差组合器，与电大阵列相结合时，似乎是非常有前途的，以满足下一代网络的严格要求。
2023-02-27 cs.IT eess.SP math.IT
Space-Constrained Arrays for Massive MIMO
我们分析了一个大规模的多用户MIMO（MU-MIMO）系统的行为，包括一个基站（BS）配备了五个不同的天线拓扑结构的空间孔径是不受约束的，或空间受限。我们推导出的归一化平均干扰（NMI）与基于射线的信道模型，作为度量拓扑结构的比较，在这两种情况下。本文在文献[1]对水平均匀矩形阵（HURA）的推导基础上，给出了均匀线阵（HURA）和均匀圆阵（UCirA）的NMI封闭方程。然后，我们推导出相同的垂直URA（VURA）和均匀圆柱阵列（UCylA）。通常考虑的无约束情况下的结果证实了先前的理解，即具有更宽方位角足迹的拓扑有助于性能。然而，在空间受限的情况下，性能由拓扑结构提供的角分辨率决定，特别是在仰角方面。我们通过使用最小均方误差（MMSE）处理观察系统SINR中的相同模式来确认NMI预测的行为模式。
2020-10-26 cs.IT eess.SP math.IT
Accelerated Randomized Methods for Receiver Design in Extra-Large Scale MIMO Arrays
大规模多输入多输出（M-MIMO）的特征在于用于大量用户的空间复用的能力。这个数字在超大型（XL-MIMO）中变得更加极端，这是M-MIMO的一种变体，其中天线阵列具有非常大的尺寸。然而，M-MIMO中的信号处理复杂度的问题由于阵列的XL大小而进一步加剧。基本的处理问题归结为一个稀疏的线性方程组，可以解决的随机Kaczmarz（RK）算法。该算法最近已被应用于设计低复杂度的M-MIMO接收机;然而，它受到以下事实的限制，即线性方程的某些配置可能会显着恶化RK算法的性能。在本文中，我们拥抱在加速RK算法的兴趣，并介绍了三个新的RK为基础的低复杂度接收机设计。在我们的实验中，我们的方法不仅能够克服以前的计划，但他们对用户间干扰（IUI）和稀疏信道矩阵中产生的XL-MIMO制度更强大。此外，我们表明，基于RK的计划使用的机制类似于连续干扰消除（SIC）接收机近似正则化迫零（RZF）计划。
2021-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
Spatial Compressive Sensing for MIMO Radar
我们研究压缩感知在空间域中实现目标定位，特别是到达方向（DOA），使用多输入多输出（MIMO）雷达。针对发射和接收单元随机布置的MIMO阵列，提出了一种稀疏定位框架。这使得所需的元件数量大幅减少，同时仍能获得与填充（奈奎斯特）阵列相当的性能。通过利用结构随机矩阵的属性，我们开发的结果测量矩阵的一致性的约束，并获得条件下，测量矩阵满足所谓的各向同性属性。相干性和各向同性的概念被用来建立均匀和非均匀的恢复保证内提出的空间压缩感知框架。特别地，我们证明了如果发射和接收单元数的乘积MN（也是自由度的数目）与K（log（G））^2成比例，则保证非均匀恢复，其中K是目标的数目，G与阵列孔径成比例，并确定角度分辨率。与其中乘积MN与G线性缩放的填充虚拟MIMO阵列相比，在所提出的框架中对G的对数依赖性支持由虚拟阵列孔径提供的高分辨率，同时使用少量MIMO雷达元件。在数值结果中，我们表明，在所提出的框架中，压缩感知恢复算法能够比经典的方法，如波束成形和MUSIC更好的性能。
2013-10-30 cs.IT math.IT
A novel 2D non-stationary wideband massive MIMO channel model
针对大规模多输入多输出（MIMO）通信系统，提出了一种新的二维非平稳宽带几何随机模型（GBSM）。在这个模型中，大规模MIMO信道的关键特性，如近场效应和集群沿阵列的演变。近场效应通过对球面波前的二阶近似来建模，即，抛物线波前，导致多径分量（MPC）的角度的线性漂移和沿阵列的非平稳性。考虑了沿阵列的团簇演化，包括团簇（消失）和平滑的平均功率变化。聚类（消失）的外观是由一个两个状态的马尔可夫过程和平滑的平均功率变化的空间对数正态过程建模。信道模型的统计特性，如时间自相关函数（ACF），空间互相关函数（CCF），和集群的平均功率和莱斯因子的变化在阵列推导。最后，仿真结果和分析，表明抛物线波前和集群软进化是很好的候选人建模重要的大规模MIMO信道特性。
2016-11-02 cs.IT math.IT
Using Massive MIMO Arrays for Joint Communication and Sensing
在超5G和6 G无线通信系统领域中越来越重要的趋势之一是对联合执行通信和环境感测的系统的研究。本文提出了使用基站（BS），我们称之为\textit{radar-BS}，配备了一个大规模的天线阵列来执行，使用相同的频率范围，与移动用户通信，并通过雷达扫描感测/监视周围环境。大规模天线阵列实际上既可以作为具有协同定位天线的MIMO雷达（发射指向正仰角的雷达信号）运行，又可以执行信号空间波束成形，以主要基于地面与用户进行通信。我们的研究结果表明，使用一个大规模的MIMO雷达基站的通信和雷达系统可以共存，相互干扰很小。
2019-12-01 cs.IT eess.SP math.IT
Low Complexity Optimization of the Asymptotic Spectral Efficiency in Massive MIMO NOMA
大规模多输入多输出（MIMO）技术极大地提高了无线信道的容量，而非正交多址（NOMA）技术解决了传统正交多址（OMA）技术中资源有限的问题，有望提高频谱效率。本文利用渐近容量计算结果降低了小规模MIMO-NOMA功率分配算法的复杂度，使其可应用于大规模MIMO阵列系统。所提出的方法最大限度地提高了所考虑的系统的总容量，功率和性能的限制，并表现出更高的精度比其他方法，尽管剩余的低复杂度为任意大的天线阵列。
2020-07-08 cs.IT math.IT
A Codebook Design for FD-MIMO Systems with Multi-Panel Array
在这项工作中，我们研究了全维多输入多输出（FD-MIMO）系统与多面板阵列（MPA）的码本设计。我们提出了新的码本，允许精确的MPA FD-MIMO系统的波束结构，通过调查的物理特性和对齐的面板。我们特别利用的特点，一组天线在垂直方向上表现出更多的相关性比那些在水平方向上。这使得能够经济地使用反馈比特，同时与传统码本相比构造更精细的波束。通过使用强化学习在多个部分（诸如波束幅度和共相系数）上动态地分配反馈比特，进一步改进码本。数值结果证实了所提出的方法在性能和计算复杂性方面的有效性。
2022-08-09 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming with Spatial Modulation in Multi-user Massive MIMO mmWave Networks
射频（RF）链的成本是大规模MIMO毫米波网络的最大缺点。通过采用空间调制（SM），可以实现比发射天线更少数量的RF链，但仍然实现高频谱效率。在这项工作中，我们提出了一个系统模型的SM计划与混合波束形成在发射机和数字组合在接收机。在该模型中，空间调制比特映射到天线阵列的索引。结果表明，该模型实现了约5dB的增益比经典的多用户SM计划，只有8个发射天线在每个天线阵列。可以通过增加每个阵列处的发射天线的数量而不增加RF链的数量来进一步提高该增益。
2017-09-14 cs.IT math.IT
Non-Stationarities in Extra-Large Scale Massive MIMO
大规模MIMO是在蜂窝系统中提高区域频谱效率的关键技术，它是在假设孔径大小适中的情况下开发的。在本文中，我们认为，由于空间非平稳性，大规模MIMO系统的行为在大规模政权不同。在大规模的制度，约50个波长的阵列，终端看到整个阵列，但非平稳性发生，因为不同的区域的阵列看到不同的传播路径。在更大的维度上，我们称之为超大尺度区域，终端看到阵列的一部分，并且在内部可能发生第一种非平稳性。我们发现，大规模MIMO信道的非平稳特性改变了几个重要的MIMO设计方面。在模拟中，我们演示了如何非平稳性是一个诅咒时，被忽视，但祝福时，拥抱在计算负载和多用户收发器设计。
2019-10-07 cs.IT eess.SP math.IT
