Achievable Rate of Rician Large-Scale MIMO Channels with Transceiver Hardware Impairments
收发器硬件损伤（例如，相位噪声、同相/正交相位（I/Q）不平衡、放大器非线性和量化误差）对无线通信的性能具有明显的降级影响。虽然先前的工作已经提高了我们的知识，单用户多输入多输出（MIMO）系统在瑞利衰落信道的硬件损伤的影响，分析包括莱斯衰落信道还没有。在本文中，我们追求的规则和大规模（LS）的莱斯衰落信道MIMO系统的详细分析，推导出新的，封闭形式的表达式，可实现的速率提供了一些重要的见解，为实际的系统设计。更具体地，对于具有硬件损伤的常规MIMO系统，总是存在有限的可实现速率上限，这与发射功率和衰落条件无关。对于LS-MIMO系统，有趣的是发现可实现的速率损失取决于Rician $K$因子，这揭示了LS-MIMO系统中的有利传播可以消除硬件损伤的影响。然而，我们表明，非理想的LS-MIMO系统仍然可以实现高的频谱效率，由于其巨大的自由度。
2015-11-27 cs.IT math.IT
Performance and Impairment Modelling for Hardware Components in Millimetre-wave Transceivers
这份邀请文件详细介绍了欧盟mmMAGIC项目中进行的一些硬件建模和减值分析。建模工作包括手机和接入点天线阵列，其中解决了特定的毫米波挑战。在功率放大器相关的分析，统计和行为建模方法进行了讨论。相位噪声是毫米波的主要损伤之一，本文在两种模型下对相位噪声进行了分析。
2018-03-15 cs.IT eess.SP math.IT
Hardware Impairments Aware Transceiver for Full-Duplex Massive MIMO Relaying
本文研究了大规模MIMO全双工中继（MM-FDR），其中多个源-目的对在一个配备超大天线阵列的全双工中继的帮助下同时通信。与传统的MM-FDR协议不同，本文提出了一种允许源/目的地配置多天线的通用模型。与传统的MIMO系统相比，大规模MIMO系统必须使用易于受到硬件损害的低成本组件来构建。在本文中，硬件损伤的影响被考虑在内，并使用发送/接收失真噪声建模。我们提出了一种低复杂度的硬件损伤感知收发器方案（命名为HIA方案），以减轻失真噪声，利用统计知识的信道和天线阵列在源和目的地。为了进一步优化基于HIA的MM-FDR的频谱效率，提出了一种自由度和功率联合优化算法。仿真结果表明，如果源端和目的端的天线数与中继端的天线数成比例，HIA方案可以有效地抑制传统MM-FDR协议中出现的"天花板效应"。
2015-09-18 cs.IT math.IT
Beamforming Optimization for IRS-Aided Communications with Transceiver Hardware Impairments
在本文中，我们专注于智能反射面（IRS）辅助多天线通信与收发器的硬件损伤，在实践中遇到的。特别是，我们的目标是最大限度地提高接收到的信号噪声比（SNR）考虑到硬件损伤的影响，其中源发射波束成形和IRS反射波束成形联合设计下提出的优化框架。为了规避非凸性的制定的设计问题，我们首先推导出一个封闭形式的最优解的源发射波束成形。然后，针对IRS反射波束形成的优化问题，通过求解一个凸问题，得到了最优目标值的上界。提出了一种低复杂度的最小化-最大化（MM）算法来逼近上界。仿真结果表明，与传统的SNR最大化方案相比，该波束形成方案对硬件损伤具有更强的鲁棒性。此外，与没有部署IRS的情况相比，通过合并硬件损伤带来的性能增益对于IRS辅助通信更加明显。
2020-10-21 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Beamforming for Practical RIS-Aided RSMA Systems with Imperfect SIC under Transceiver Hardware Impairments
School of Information Science and Engineering, Shandong University（山东大学信息科学与工程学院）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文研究了在存在硬件缺陷和不完美SIC情况下，RIS辅助RSMA系统的鲁棒波束成形设计，通过理论分析性能退化并提出高效算法以最大化多用户速率。
2026-03-19 cs.IT math.IT
MSE-Based Transceiver Designs for RIS-Aided Communications With Hardware Impairments
由于固有的硬件损伤，在可重构智能表面（RIS）上精确配置反射元件的相移具有挑战性。本文研究了在具有收发机干扰和RIS相位噪声的情况下，RIS辅助的单用户多输入多输出（MIMO）通信系统的均方误差（MSE）性能。我们的目标是联合优化发射预编码器，线性接收均衡器，和RIS反射矩阵，以最大限度地减少MSE。为了解决这个问题，提出了一种迭代算法，其中波束形成矩阵交替优化。具体而言，对于波束形成优化子问题，我们推导出最佳预编码器和均衡器矩阵的封闭形式的表达。然后，对于相移优化子问题，提出了一种基于优化最小化（MM）方法的有效算法。仿真结果表明，所提出的基于MSE的RIS辅助收发器方案显着优于传统的系统算法，不考虑HI在收发器和RIS。
2022-08-16 cs.IT eess.SP math.IT
Exact Performance Analysis of THz Link Under Transceiver Hardware Impairments
收发器硬件损伤（THI）是高速率太赫兹（THz）通信不可避免的。现有的统计分析要么忽略THI的影响，或提供近似的结果时，分析太赫兹系统的性能结合信道衰落和天线失调。在本文中，我们开发了精确的解析表达式的平均信噪比（SNR），遍历容量，和平均比特错误率（BER）性能的太赫兹无线链路下的联合作用下的$α$ - $μ$衰落信道，零波束指向错误，高斯分布THI。我们还推导出了中断概率和平均误码率的渐近表达式，这表明太赫兹链路的分集阶数与THI的参数无关。仿真验证了推导的分析结果，并证明了THI参数对太赫兹性能的影响。
2023-02-21 cs.IT eess.SP math.IT
Hardware Impairments Aware Transceiver Design for Full-Duplex Amplify-and-Forward MIMO Relaying
在这项工作中，我们研究了全双工（FD）和放大转发（AF）中继与多个天线的行为，其中FD中继收发器的硬件损伤被考虑在内。由于每个天线上的发射中继功率和FD-AF中继中的残余自干扰的相互依赖性，当中继动态范围不高时，我们观察到降低系统性能的失真环路。在这方面，我们分析了中继功能存在的硬件不准确性和优化问题，制定最大化的信号失真加噪声比（SDNR），中继和源发射功率的约束下。由于问题的复杂性，我们提出了一个基于梯度投影（GP）的算法来获得最优解。此外，提出了一个非交替的次优解决方案，假设秩为1的中继放大矩阵，并将中继过程的设计分为多个阶段（MuStR 1）。建议MuStR 1方法，然后通过引入一个交替更新的优化变量，表示为AltMuStR 1算法增强。据观察，与GP相比，（Alt）MuStR 1算法显着降低了所需的计算复杂性的代价是轻微的性能下降。最后，所提出的方法进行评估，在各种系统条件下，并与现有文献中的方法进行比较。特别地，观察到随着硬件损伤增加，或者对于具有高发射功率的系统，应用失真感知设计的影响是显著的。
2017-08-15 cs.IT math.IT
Hardware Impairments Aware Transceiver Design for Bidirectional Full-Duplex MIMO OFDM Systems
在本文中，我们解决的线性预编码和解码设计问题的双向正交频分复用（OFDM）通信系统，两个多输入多输出（MIMO）全双工（FD）节点之间。同时考虑了硬件失真和信道状态信息误差的影响。在第一步中，我们通过线性傅立叶变换将FD MIMO收发器的硬件失真的可用时域特征变换到频域。因此，硬件不准确性对残余自干扰（RSI）和载波间泄漏（ICL）的明确影响是相对于预期的发射/接收信号来制定的。然后，线性预编码和解码的设计，提出了提高系统性能的最小均方误差（MMSE）和总和速率最大化的策略，假设完美或错误的CSI的可用性。所提出的设计是基于对系统参数的交替优化的应用，导致必要的收敛。数值结果表明，失真感知设计的应用程序是必不可少的系统具有高的硬件失真，或为系统具有低的热噪声方差。
2018-02-08 cs.IT 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
Towards a Realistic Assessment of Multiple Antenna HCNs: Residual Additive Transceiver Hardware Impairments and Channel Aging
鉴于广播信道的关键依赖于发射机（CSIT）的信道状态信息的准确性，我们开发了一个通用的下行链路模型与迫零（ZF）预编码，应用在现实的异构蜂窝系统与多天线基站（BS）。具体而言，我们考虑到不完美的CSIT由于导频污染，信道老化，由于用户的相对运动，以及不可避免的残留添加剂收发器硬件损伤（RATHIs）。假设基站是泊松分布，主要的贡献集中在推导的覆盖概率的上限和可达到的用户速率为这个一般模型。我们发现，覆盖概率和用户速率都依赖于不完美的CSIT和RATHIs。更具体地说，我们量化了由于这些影响而导致的网络性能损失。我们描述了上行链路RATHI具有相等的影响，但是下行链路发送BS失真具有比用户的接收硬件损害更大的影响。因此，发送BS硬件应该比用户的接收硬件具有更好的质量。此外，我们还根据信道的时变特性来估计覆盖概率和用户速率。结果表明，它们都随着用户移动性的增加而减少，但在归一化多普勒频移的特定值之后，它们再次增加。实际上，遵循Jakes自相关函数的时间变化反映了这种对覆盖概率和用户速率的影响。最后，我们考虑空分多址（SDMA），单用户波束形成（SU-BF），和基线单输入单输出（SISO）传输。这些方案之间的比较表明，通过SU-BF的覆盖优于SDMA的覆盖。
2017-06-15 cs.IT math.IT
RIS-Assisted Multiuser NOMA Networks With Imperfect CSI Under Transceiver Hardware Impairments
Northeastern University at Qinhuangdao（东北大学秦皇岛分校）；School of Computer and Communication Engineering, Northeastern University at Qinhuangdao（东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院）；Shandong University（山东大学）；School of Information Science and Engineering, Shandong University（山东大学信息科学与工程学院）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；School of Electrical and Electronics Engineering, Nanyang Technological University（南洋理工大学电气与电子工程学院）；Southeast University（东南大学）；National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学移动通信国家重点实验室）
针对RIS辅助NOMA网络在硬件损伤和不完美CSI下的性能下降，提出鲁棒设计最小化发射功率，利用Bernstein不等式和半定松弛求解，多波束优于单波束。
2026-09-29 cs.IT math.IT
Robust Transmission Design for RIS-Aided Communications with Both Transceiver Hardware Impairments and Imperfect CSI
可重构智能表面（RIS）或智能反射表面（IRS）最近被认为是未来第六代（6G）通信中最有前途的技术之一。在本文中，我们考虑了在基站（BS）的发射波束形成和RIS的相移的联合优化的RIS辅助无线通信系统的硬件损伤和不完善的信道状态信息（CSI）。具体来说，我们假设BS用户信道和BS-RIS用户信道都是由于信道估计误差而不完美的，并且我们考虑统计CSI误差模型下的信道估计误差。然后，BS的发射功率被最小化，受到中断概率约束和反射元件上的单位模量约束。通过使用Bernstein型不等式和半定松弛（SDR）重新制定的约束条件，我们将优化问题转化为一个半定规划（SDP）问题。数值结果表明，所提出的鲁棒性设计算法可以在硬件损伤和CSI不完美的情况下保证用户的通信质量。
2021-12-12 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Wireless Communication in RIS-Aided MISO Systems with Hardware Impairments
在实际应用中，收发器硬件的残余损伤不可避免地导致失真噪声，从而导致性能损失。在本文中，我们研究了鲁棒传输设计的可重构智能表面（RIS）辅助安全通信系统中存在的收发器硬件损伤。我们的目标是最大限度地提高保密率，同时确保发射功率约束的主动波束形成在基站和单位模约束的被动波束形成在RIS。为了解决这个问题，我们采用交替优化方法迭代优化一组变量，同时保持另一组固定。其中，主动波束形成优化子问题采用逐次凸逼近（SCA）方法求解，被动波束形成优化子问题采用半定规划（SDP）方法求解。数值结果表明，所提出的传输设计方案是更强大的硬件损伤比传统的非鲁棒方案，忽略了硬件损伤的影响。
2021-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Transmission with Residual Transmit-RF Impairments
用于多输入多输出（MIMO）无线通信系统的物理收发器实现遭受发射RF（Tx-RF）损伤。在本文中，我们研究的信道容量和错误率性能的残余Tx-RF损伤，无视适当的补偿的效果。特别是，我们证明了这种残留失真严重降低性能（近）最佳MIMO检测算法。为了减轻这种性能损失，我们提出了一个有效的算法，这是基于一个独立同分布。高斯模型的失真所造成的这些损害。为了验证这个模型，我们提供了测量结果的基础上的4流Tx-RF链实现MIMO正交频分复用（OFDM）。
2010-02-02 cs.IT math.IT
Optimal Large-MIMO Data Detection with Transmit Impairments
用于多输入多输出（MIMO）无线通信系统的现实世界收发器设计受到已经出现在发射侧的许多硬件损伤的影响，诸如放大器非线性、量化伪像和相位噪声。虽然在数据检测文献中通常忽略这种发送侧损伤，但它们通常限制实际系统中的可靠通信。在本文中，我们提出了一种新的数据检测算法，称为大MIMO近似消息传递与发射损伤（简称LAMA-I），它考虑到了广泛的无线系统中的发射侧损伤与大量的发射和接收天线。我们提供的条件，在大系统的限制，LAMA-I实现的错误率性能的个人最佳（IO）的数据检测器。我们还证明了LAMA-I在现实的有限维大MIMO系统中以低计算复杂性实现了近IO性能。
2015-10-21 cs.IT math.IT
Distributed Spatial Multiplexing Systems with Hardware Impairments and Imperfect Channel Estimation under Rank-$1$ Rician Fading Channels
分析了单天线发射终端和多天线基站接收机的多用户通信系统的性能。该系统在独立和非相同分布的秩- $1$莱斯衰落信道下操作，在收发器处具有不完美的信道估计和残余硬件损伤（假设补偿算法，其减轻主要损伤）。考虑空间复用操作模式，其中所有用户同时将其流发送到接收器。迫零与连续干扰消除（SIC）一起应用，作为用于接收流的有效检测的手段。一些重要的性能指标，即整个系统的中断概率和遍历容量，新的解析封闭形式的表达式。解析表达式和仿真结果都显示了在大规模MIMO和毫米波通信系统的使用场景中，不完美的信道估计和硬件损伤对整体系统性能的影响。
2016-10-25 cs.IT math.IT
Ergodic Spectral Efficiency Analysis of Intelligent Omni-Surface Aided Systems Suffering From Imperfect CSI and Hardware Impairments
本文研究非理想CSI和硬件损伤下IOS辅助系统的遍历频谱效率，提出双时间尺度波束成形设计，并证明增加AP天线可有效补偿硬件损伤。
2024-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
On the Joint Impact of Hardware Impairments and Imperfect CSI on Successive Decoding
在本文中，一个空间复用多输入多输出（MIMO）系统时，随着RF的硬件缺陷发生在通信设置的分析研究。更具体地，当实现连续干扰消除（SIC）时，考虑收发器处的硬件损伤和接收器处的不完美信道状态信息（CSI）的情形。分析了两种流行的线性检测方案，即迫零SIC（ZF-SIC）和最小均方误差SIC（MMSE-SIC）。当考虑独立同分布的瑞利衰落信道时，给出了新的SIC各阶段中断概率的解析表达式。此外，著名的连续SIC阶段之间的误差传播效应进行了分析，而封闭形式的表达式推导出一些特殊情况下的利益。最后，有用的工程见解体现，如可实现的分集阶数，ZF和MMSE-SIC之间的性能差异，以及不完美的CSI和/或硬件损伤的存在对整体系统性能的影响。
2016-10-05 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Reconfigurable Holographic Surfaces in the Near-Field Scenario of Cell-Free Networks Under Hardware Impairments
本文针对无蜂窝网络中的近场可重构全息表面提出混合波束赋形架构，推导了考虑相移误差和硬件损伤的频谱效率及渐近容量界，并证明增加基站数量可补偿硬件损伤，且近场模型频谱效率高于远场模型。
2024-05-02 cs.IT math.IT
Analytical Performance Evaluation of Beamforming Under Transceivers Hardware Imperfections
在本文中，我们提供的数学框架来评估和量化的无线系统的性能，采用波束成形，在基站和用户设备的硬件缺陷的存在下。更详细地说，通过采取宏观的联合影响的硬件缺陷，我们介绍了一个通用模型，占收发器损伤波束成形传输。为了评估它们的影响，我们提出了新的封闭形式的中断概率和上限的表征系统的容量的表达式。我们的分析表明，不完美的水平可以显着约束遍历能力。因此，在评估和设计波束成形系统时，将它们考虑在内是很重要的。
2019-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
Statistical CSI-Based Transmission Design for Reconfigurable Intelligent Surface-aided Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
本文研究了一种可重构智能表面（RIS）辅助的大规模多用户多输入多输出（MIMO）通信系统，该系统具有收发器硬件损伤（HWI）和RIS相位噪声。与现有的研究成果不同，RIS的相移设计是基于长期的角度信息。首先推导了上行链路可达速率的近似解析表达式。然后，我们使用遗传算法（GA），以最大化和率和最小数据率。最后，我们表明，它是至关重要的，以考虑HWI时，设计的RIS相移。
2021-10-13 cs.IT eess.SP math.IT
On the Impact of Hardware Impairments on Massive MIMO
大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）系统是下一代无线通信系统的一种可能的关键技术。有人声称，由于高发射方向性，大规模MU-MIMO将使辐射能量效率和总速率容量提高几个数量级。然而，由于在每个基站（BS）处需要非常大量的收发器，大规模MU-MIMO的成功实现将取决于非常便宜、紧凑和功率高效的无线电和数字处理硬件的可用性。这又可能由于增加的功率放大器失真、相位噪声和量化噪声的量而损害调制射频（RF）信号的质量。在本文中，我们通过理论和仿真研究了硬件损伤对大规模MU-MIMO单小区系统的影响。使用简化的，完善的统计硬件损伤模型，以及更复杂和现实的模型的基础上进行的测量和电磁天线阵列模拟的模拟。
2014-11-26 cs.IT math.IT
Asymptotic Analysis of Max-Min Weighted SINR for IRS-Assisted MISO Systems with Hardware Impairments
我们专注于现实的最大化的上行链路的最小信号与干扰加噪声比（SINR）的一般多输入单输出（MISO）系统的智能反射表面（IRS）的协助下，在大系统的限制占HI。特别是，我们在IRS（IRS-HI）和收发器HI（AT-HI）引入HI，尽管它们不可避免的影响，但通常被忽视。具体地，确定性等效分析使得能够通过联合优化HI感知接收器、发射功率和反射波束成形矩阵（RBM）来导出具有HI的渐近加权最大-最小SINR。值得注意的是，我们获得了最佳的功率分配和反射波束形成矩阵，而不是在传统的MIMO系统的基础上的瞬时信道信息的频繁必要的计算与低开销。蒙特卡罗模拟验证了分析结果，显示了深刻的关键参数之间的相互作用和性能退化，由于HI。
2021-07-06 cs.IT math.IT
Rate Splitting in MIMO RIS-assisted Systems with Hardware Impairments and Improper Signaling
在本文中，我们提出了一个优化框架速率分裂（RS）技术在多输入多输出（MIMO）可重构智能表面（RIS）辅助系统，可能与I/Q不平衡（IQI）。该框架可以应用于任何优化问题，其中目标和/或约束是速率和/或发射协方差矩阵的线性函数。这些问题包括最小加权和加权和速率最大化、目标速率的总功率最小化、最小加权能量效率（EE）和全局EE最大化。该框架可以应用于具有硬件损伤的任何干扰受限系统。为了说明的目的，我们考虑多小区MIMO RIS辅助广播信道（BC），其中基站（BS）和/或用户可能遭受IQI。由于IQI会产生不适当的噪声，我们认为不适当的高斯信号（IGS）作为一种干扰管理技术，可以额外补偿IQI。我们表明，RS与IGS相结合时，可以大大提高过载网络的频谱和能量效率（即，当每个小区的用户数量大于发射/接收天线的数量时）。
2022-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
RIS-Aided MIMO Systems with Hardware Impairments: Robust Beamforming Design and Analysis
可重构智能表面（RIS）被认为是提高未来无线系统性能的一种新型技术。在本文中，我们研究了一个实用的RIS辅助多输入多输出（MIMO）系统中存在的收发器硬件损伤，RIS相位噪声和不完善的信道状态信息（CSI）。特别考虑了MIMO收发器和RIS反射矩阵的联合设计，以最小化所有数据流的总平均均方误差（MSE）。这个联合设计问题是非凸的，具有挑战性的解决，由于新考虑的实际缺陷。为了解决这个问题，我们首先分析了总平均MSE纳入上述系统的不完善的影响。然后，为了处理紧耦合的优化变量和非凸NP-硬约束，提出了一种基于交替优化（AO）框架的高效迭代算法，保证了算法的收敛性，其中每个子问题通过利用优化最小化（MM）技术得到一个封闭形式的最优解.此外，通过利用单位模约束的特殊结构，我们提出了一种改进的黎曼梯度上升（RGA）算法的离散RIS相移优化。此外，在视距信道条件下验证了该算法的最优性，并揭示了在高信噪比（SNR）条件下，由于硬件和信道状态信息的不完善而引起的不可约的均方误差地板效应.数值结果表明，我们所提出的算法的MSE性能优于所采用的基准计划，并表明，增加RIS元素的数量并不总是有益的上述系统的缺陷。
2023-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Impact of Major RF Impairments on mm-wave Communications using OFDM Waveforms
本文研究了振荡器相位噪声、功率放大器非线性和I/Q不平衡这三种主要射频损伤对基于OFDM调制的毫米波通信链路性能的联合影响。首先推导出一般的损伤模型，用于描述每个TX、每个RX以及毫米波通信链路中的联合效应。基于mmMAGIC项目获得的信号模型和初始空中接口设计，我们数值评估RF损伤对信道估计的信道噪声比（CNR）的影响，以及由于信道相干时间内相位噪声引起的公共相位误差（CPE）引起的信道波动。然后，使用广泛的计算机模拟的最大和速率方面的链路性能的影响进行了评估。仿真结果表明，所使用的空中接口设计一般是鲁棒的RF损伤的存在。关于毫米波通信中高阶调制字母表的使用和低功耗低成本RF收发器的实现，需要特别注意相位噪声，其中载波间干扰（ICI）可能成为主要限制因素。
2017-05-14 cs.IT math.IT
Scalable Cell-Free Massive MIMO Systems: Impact of Hardware Impairments
标准无小区（CF）多输入多输出（mMIMO）系统是一种有前景的技术，以覆盖第五代（5G）网络及以后对更高数据率的需求。这些系统假设大量的分布式接入点（AP）使用联合相干传输与用户进行通信。然而，随着用户数量的增加，CF mMIMO系统呈现出增加的计算复杂性。已经提出了可扩展的无细胞CF（SCF）系统来面对这一挑战。考虑到这种大型网络的成本效益部署需要低成本的收发器，这是不可避免的硬件缺陷，SCF mMIMO系统的现实评估应该考虑到他们之前实施。因此，在这项工作中，我们专注于硬件损伤（HWI）对SCF mMIMO系统的影响，通过一个通用的模型占加性和乘性损伤。值得注意的是，在文献中没有其他研究CF mMIMO系统的本地振荡器（LO）中的相位噪声（PN）的影响或通常SCF mMIMO系统中的任何HWI的影响的工作。特别是，我们推导出的上行链路容量的上限和下限占HWI。此外，我们获得了最佳的硬件感知（HA）的部分最小均方误差（PMMSE）组合器。特别是，下限推导出封闭形式使用的确定性等价物（DE）的理论。在有趣的发现，我们观察到，单独的LO（SLO）优于一个共同的LO（CLO），和加性发射失真降低性能比加性接收失真。
2021-08-28 cs.IT math.IT
System Outage Probability and Diversity Analysis of SWIPT Enabled Two-Way DF Relaying under Hardware Impairments
本文研究了基于双向解码转发（DF）中继网络的同时无线信息和功率传输（SWIPT）的系统中断性能，其中考虑了所有收发器中的潜在硬件损伤（HI）。在通过功率分配方案同时收获能量和解码消息之后，能量受限的中继节点将解码的信息转发到两个终端。每个终端通过选择组合来组合来自直接链路和中继链路的信号。推导了独立非同分布Nakagami-m衰落信道下的系统中断概率。它揭示了整体系统天花板（OSC）效应，即，如果目标速率超过由HI的水平确定的OSC阈值，则系统陷入中断。此外，我们推导出所考虑的网络的多样性增益。结果表明，当传输速率低于OSC阈值时，分集增益等于直接链路的形状参数与较小的终端到中继链路的形状参数之和，否则分集增益为零。这与放大转发（AF）策略不同，在AF策略下，中继链路对分集增益没有贡献。仿真结果验证了分析结果，并表明与AF策略相比，DF策略下基于SWIPT的双向中继链路对高干扰具有更强的鲁棒性，系统中断概率更低。
2021-10-17 cs.IT math.IT
Analysis and Design of Secure Massive MIMO Systems in the Presence of Hardware Impairments
为了保持未来通信系统的硬件成本可管理，期望使用低成本硬件组件。这对于为基站（BS）配备大量天线元件的新兴大规模多输入多输出（MIMO）系统尤其如此。然而，低成本收发器设计将进一步加重任何实际通信系统中存在的硬件损伤。在本文中，我们研究了在存在被动多天线窃听器的下行链路大规模MIMO系统的保密性能的硬件损伤的影响。因此，对于BS和合法用户，考虑乘性相位噪声、加性失真噪声和放大的接收器噪声的联合效应，而假设窃听者采用理想硬件。当基站采用匹配滤波器（MF）数据预编码和人工噪声（AN）传输时，我们推导出了给定用户的遍历保密率的下界。基于推导出的解析表达式，我们研究了各种系统参数对保密率的影响，并优化了用于上行链路训练和AN预编码的导频集。我们的分析和仿真结果表明：1）基站处的加性失真噪声可能对保密性能有利，特别是当分配给AN发射的功率不足时; 2）所有其他硬件损伤对保密性能有负面影响; 3）{ \textcolor{blue}{despite their susceptibility to pilot interference in the presence of phase noise} }，即所谓的空间正交导频序列是优选的，除非相位噪声很强; 4）提出的广义零空间AN预编码方法可以有效地抑制相位噪声的负面影响。
2016-08-10 cs.IT math.IT
Deep Reinforcement Learning for RIS-aided Multiuser Full-Duplex Secure Communications with Hardware Impairments
在本文中，我们研究了一个可重构智能表面（RIS）辅助的多用户全双工安全通信系统的收发器和RIS的硬件损伤，其中多个窃听者偷听的双向传输信号同时，和RIS应用，以提高保密性能。以最大化和保密率（SSR）为目标，在基站发射功率约束和移相器单位模约束下，建立了基站发射波束形成和反射波束形成的联合优化问题。由于环境是时变的，系统是高维的，这种非凸优化问题在数学上是难以解决的。探索了一种基于深度强化学习（DRL）的算法，通过与动态环境的反复交互和学习来获得满意的解。大量的仿真结果表明，基于DRL的安全波束形成算法被证明是显着有效的改善SSR。研究还发现，通过选择合适的神经网络参数，可以大大提高DRL方法的性能，加快神经网络的收敛速度。
2022-08-16 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Design and Performance Evaluation for Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Wireless Communication Systems With Non-Ideal Hardware
可重构智能表面（RIS）可以有效地控制入射信号的波前，是一种具有成本效益的提高无线系统频谱和能量效率的解决方案。现有的RIS研究大多假设硬件操作是完美的。然而，物理收发器和RIS在实践中遭受不可避免的硬件损伤，这会导致严重的系统性能下降，并增加波束成形优化的复杂性。因此，现有的RIS研究，包括信道估计、波束形成优化、频谱和能量效率分析等，不能直接应用于硬件损坏的情况。在本文中，考虑到硬件损伤，我们进行联合发射和反射波束形成优化，并重新评估系统性能。首先，我们描述了单用户和多用户情况下的直接和级联信道的封闭形式的估计器，并分析了硬件损伤对信道估计精度的影响。在此基础上，推导了最优发射波束形成方案，并提出了一种基于梯度下降方法的反射波束形成优化算法。此外，我们分析了三种类型的渐近信道容量相对于发射功率，天线数量，和反射元件的数量。最后，从系统能耗的角度分析了功率缩放定律和能量效率。我们的实验结果还揭示了一个令人鼓舞的现象，即具有大量反射元件的RIS辅助无线系统可以实现高频谱和能量效率，而不需要大量的天线，也不需要分配太多的资源来优化反射波束成形。
2022-06-04 cs.IT math.IT
Achievable Rate Analysis and Phase Shift Optimization on Intelligent Reflecting Surface with Hardware Impairments
本文针对存在硬件损伤的智能反射面通信系统，推导了可达速率与效用的闭式表达式，通过半定规划求解相移优化问题，验证了硬件损伤的影响及IRS优于传统解码转发中继的场景。
2020-12-05 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Reconfigurable Holographic Surfaces Operating in the Presence of Realistic Hardware Impairments
本文针对存在硬件损伤的开关控制可重构全息表面辅助通信系统，提出基于特征分解、奇异值分解及功率交替优化的能效最大化方法，并证明其能效优于传统全数字和相移阵列混合波束成形方案。
2024-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Optimization for Active RIS-Aided Multiuser Communications With Hardware Impairments
本文研究存在硬件损伤的主动RIS辅助多用户通信系统，通过联合设计基站发射波束成形、主动RIS放大因子和相移以最大化总速率，提出两种高效优化算法，并验证了主动RIS相比被动RIS的性能优势及HWIs对系统的限制。
2024-02-16 cs.IT eess.SP math.IT
Random Access Protocols for Cell-Free Wireless Network Exploiting Statistical Behavior of THz Signal Propagation
针对太赫兹无小区无线网络，提出基于统计传播模型的随机接入协议，通过固定与自适应传输概率方案，在有限延迟和能耗下实现多用户可靠传输。
2023-11-10 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink Noncoherent Cooperation without Transmitter Phase Alignment
多小区联合处理可以减轻小区间干扰，从而提高蜂窝系统的频谱效率。大多数先前的工作已经假设来自不同基站收发器站（BTS）的相位对准（相干）传输，这在实践中难以实现。在这项工作中，非相干协作传输方案的下行链路进行了研究，它不需要相位对准。重点在于联合服务共享相同资源块的相邻小区中的两个用户。两个BTS通过回程链路部分地共享它们的消息，并且每个BTS发送两个码字的叠加，每个接收机一个码字。每个接收器解码自己的消息，并将另一个接收器的信号视为背景噪声。对于窄带传输，可实现的速率区域和最大可实现的加权和速率的特征在于优化每个BTS在其两个码字之间的功率分配（以及在多个发射天线的情况下的波束成形向量）。针对宽带（多载波）系统，提出了子载波间最优功率分配问题的对偶形式，该对偶形式可以通过数值方法有效地求解。实验结果表明，在中低信噪比的情况下，该协作方案可以显著提高和速率。
2012-09-10 cs.IT math.IT
Optimality Analysis of RSMA Degenerating to SDMA Under Imperfect SIC
School of Information Science and Engineering, Shandong University（山东大学信息科学与工程学院）；Department of Electrical and Electronic Engineering, Imperial College London（帝国理工学院电气电子工程系）
本文从最优性角度分析了RSMA在不完美SIC下退化为SDMA的条件，揭示了当SIC失效时RSMA性能趋近于SDMA的理论依据。
2026-02-20 cs.IT math.IT
Impact of General Channel Aging Conditions on the Downlink Performance of Massive MIMO
最近的工作已经将大规模多输入多输出（MIMO）确定为用于实现频谱和能量效率的实质性增益的关键技术。此外，转向低成本的收发器，容易受到硬件损害，是最有效和有吸引力的方式，成本效益的应用涉及大规模MIMO系统。在这种情况下，信道老化的影响，这严重影响了性能，本文研究通过考虑一个广义模型。具体来说，我们表明，多普勒频移，因为用户的相对运动以及相位噪声，由于嘈杂的本地振荡器（LO）的信道老化。为此，我们首先提出了一个联合模型，包括这两种影响，以调查的大规模MIMO系统的性能的基础上不可避免的时变性质的现实移动通信。然后，我们推导出的信号与噪声和干扰比（SINR）与最大比传输（MRT）和正则化迫零预编码（RZF）的确定性等效（DE）。我们的分析不仅展示了MRT和RZF在这些条件下的性能比较，但最重要的是，它揭示了有趣的属性有关的用户移动性和相位噪声的影响。特别地，大天线极限行为深刻地取决于这两种效应，但是即使对于中等用户速度（$\approx30$ km/h），由于用户移动性而引起的负担也比相位噪声有害得多，而相位噪声的负面影响在较低移动性条件下是值得注意的。
2016-05-24 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface-assisted MU-MISO Systems with Imperfect Hardware: Channel Estimation, Beamforming Design
IRS辅助系统中的大多数工作忽略了收发器硬件和IRS处的不可避免的剩余硬件损伤（HWI）的影响，而任何相关工作仅解决了简单的场景，例如，具有单天线网络节点和/或不考虑IRS处的相位噪声的随机性。在这项工作中，我们的目标是填补这一空白，考虑一个一般的IRS辅助多用户（MU）多输入单输出（MISO）系统，不完美的CSI和相关的瑞利衰落。并行，我们提出了一个通用的计算效率的方法IRS反射波束成形（RB）优化。具体而言，我们介绍了一个有利的信道估计（CE）方法，这样的系统占HWI。此外，我们得出了上行链路可实现的频谱效率（SE）与最大比合并（MRC）接收机，显示三个显着的优点是：1）其封闭形式的表达式，2）它只依赖于大规模的统计，3）它的低训练开销。值得注意的是，通过利用前两个好处，我们实现了执行优化的反射波束形成矩阵（RBM），可以只发生在每几个相干间隔，因此，显着降低了计算成本相比，其他方法，需要频繁的相位优化。在有见地的意见，我们强调，不相关的瑞利衰落不允许优化的SE，这使得应用IRS无效。而且，在描述RBM中的相位失真的相位漂移均匀分布的情况下，IRS的存在没有提供优势。分析结果优于以前的工作，并验证了蒙特卡罗（MC）模拟。
2021-09-04 cs.IT math.IT
