Kerdock Codes for Limited Feedback Precoded MIMO Systems
基于码本的有限反馈策略是预编码多输入多输出（MIMO）无线系统中在发射端获得部分信道状态信息的一种实用方法。传统的码本设计使用格拉斯曼打包、等角帧、矢量量化或基于傅立叶的构造。虽然已经广泛地研究了常规码本构造的容量和出错率性能，但是依赖于诸如非线性搜索或迭代算法之类的技术来构造这些码本是非常困难的。此外，所得到的码本可能不具有便于码本的存储和低搜索复杂度的系统结构。本文提出了一种基于Kerdock码和互无偏基的系统码书设计方法。提出的Kerdock码本由多个相互无偏的四元酉基矩阵和单位矩阵组成。我们建议从这个基础码本中推导出波束成形和预编码码本，从而消除了存储多个码本的要求。所提出的结构需要很少的内存来存储，正如我们所示，四元结构有利于码字搜索。我们推导出两个天线和四个天线码本的弦距离，表明所提出的码本与先前的设计相比毫不逊色。蒙特卡洛模拟用于比较不同码本大小的可实现速率和出错率。
2008-03-07 cs.IT math.IT
Trellis-Extended Codebooks and Successive Phase Adjustment: A Path from LTE-Advanced to FDD Massive MIMO Systems
为了提高频分复用（FDD）大规模多输入多输出（MIMO）系统的后向兼容性，研究一种获取准确信道状态信息（CSI）的有效方法具有重要意义。理论上众所周知，用于CSI量化的码本大小应当随着发射天线的数量变得更大而增加，并且3GPP长期演进（LTE）和高级LTE码本也遵循这一趋势。因此，在大规模MIMO中，主要由于码字搜索复杂度，很难应用使用预定义的矢量量化码本进行CSI量化的传统方法。在本文中，我们提出了一个网格扩展码本（TEC），可以很容易地协调与当前的无线标准，如LTE或LTE-高级扩展标准化码本设计为2，4，或8个天线的网格结构。TEC利用信道编码中的维特比解码器和卷积编码器分别作为CSI量化器和CSI重构器。通过在网格搜索的状态转换中使用标准化码本同时量化多个信道条目，TEC可以实现每信道条目的分数比特量化以具有实际的反馈开销。因此，TEC可以解决大规模MIMO系统中CSI量化的复杂度和反馈开销问题。我们还开发了网格扩展连续相位调整（TE-SPA），它作为TEC的差分码本。这类似于高级LTE的双码本概念。TE-SPA可以减少CSI量化误差，即使在时间相关信道中具有较低的反馈开销。数值结果验证了该方案在FDD大规模MIMO系统中的有效性。
2014-11-25 cs.IT math.IT
Beam Training based on Dynamic Hierarchical Codebook for Millimeter Wave Massive MIMO
研究了毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（massive MIMO）系统中基于分层码本的波束训练问题。与现有的使用相同的分层码本来估计不同的多径分量（MPC）的工作，动态分层码本，根据估计的MPC更新。首先，提出了一种广义的分层码书设计方法。然后在此基础上，提出了一种动态更新分层码本的波束训练方法，该方法通过从码本中去除估计MPC的贡献来动态更新分层码本。仿真结果验证了该方法的有效性，并表明该方法在波束训练的成功检测率方面优于现有方法。
2019-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
Clustering-Based Codebook Design for MIMO Communication System
码本设计是有限反馈多输入多输出（MIMO）通信系统的核心技术之一。然而，传统的码本设计通常假设MIMO向量是均匀分布或各向同性的。基于聚类算法良好的分类和分析能力，本文提出了一种基于K-means聚类的码书设计方法。首先将大量的信道状态信息（CSI）作为聚类的输入数据存储，最后根据最小距离将其划分为N个类。聚类中心作为码本构造的统计信道信息，其与真实信道信息的和距离最小。仿真结果与理论分析一致，表明该码本设计优于传统方案，尤其是在信道分布不均匀的情况下。
2019-02-25 cs.IT eess.SP 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 Precoding Based on Non-Uniform Quantization Codebook to Reduce Feedback Overhead in Millimeter Wave MIMO Systems
本文主要研究毫米波多输入多输出（MIMO）系统中的混合模拟/数字预编码设计。为了减少反馈开销，我们提出了两种基于非均匀量化（NUQ）码本的混合预编码方案用于两种主要的混合预编码实现，即，全连接结构和子连接结构。首先利用毫米波在角域中的稀疏性，将散射路径的到达/离开角（AOA/AOD）划分为若干个空间波瓣，将整个角域划分为有效空间波瓣覆盖角和无效覆盖角。然后，我们将量化比特非均匀地映射到不同的覆盖角，并构造NUQ码本，其中高数量的量化比特被用于有效覆盖角以将AoA/AoD转换为零，而零量化比特被用于无效覆盖角。最后，提出了两种基于NUQ码本的低复杂度混合模拟/数字预编码方案。仿真结果表明，所提出的两种基于NUQ码本的混合预编码方案实现了接近最优的频谱效率，并且与基于均匀量化（UQ）码本的工作相比，在减少反馈开销方面表现出优越性，例如，对于具有144/36个发射/接收天线的系统，可以减少至少12.5%的反馈开销。
2018-03-01 cs.IT math.IT
Learning Beam Codebooks with Neural Networks: Towards Environment-Aware mmWave MIMO
按比例增加天线的数量是当前和未来无线通信系统的关键特性。然而，硬件成本和功耗促使大规模MIMO系统（尤其是在毫米波（mmWave）频带处）依赖于仅模拟或混合模拟/数字收发器架构。在这些架构下，毫米波基站通常使用预定义的波束成形码本进行初始接入和数据传输。然而，当前的波束码本通常采用单瓣窄波束并且扫描整个角空间。这导致高波束训练开销和可实现的波束成形增益的损失。在本文中，我们提出了一个新的机器学习框架学习波束形成码书在硬件受限的大规模MIMO系统。更具体地说，我们开发了一个神经网络架构，该架构考虑了硬件约束，并学习了适应周围环境和用户位置的波束码本。仿真结果突出了所提出的解决方案在学习多瓣波束和减少码本大小方面的能力，与经典码本设计方法相比，这导致了显著的增益。
2020-02-25 cs.IT eess.SP 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
Over-Sampling Codebook-Based Hybrid Minimum Sum-Mean-Square-Error Precoding for Millimeter-Wave 3D-MIMO
混合预编码设计对于毫米波（mmWave）大规模MIMO具有挑战性。现有的混合预编码方案大多以最大化总频谱效率（SSE）为目标，而对误码率（BER）的研究较少。因此，本文提出了一种基于过采样码本（OSC）的混合最小均方误差和（min-SMSE）预编码方案，用于毫米波多用户三维（3D）-MIMO系统，以优化系统的误码率，其中考虑了每个用户具有多个数据流的多用户传输。具体而言，给定由真实信道和模拟预编码组成的有效基带信道，我们首先设计基于最小最小均方误差准则的数字预编码器/合并器以优化误码率。为了进一步降低发送和接收信号之间的SMSE，我们提出了一种基于OSC的联合模拟预编码器/组合器（JAPC）设计。仿真结果表明，该方案可以实现更好的性能比传统的同行。
2018-05-21 cs.IT math.IT
Hierarchical Codebook Design for Near-Field MmWave MIMO Communications Systems
具有模拟或混合模拟/数字架构的通信系统通常依赖于预定义的码本来执行波束成形。随着天线阵列尺寸的增大，近场情况下球面波阵面的特性是不可忽略的。因此，有必要设计一种自适应于近场场景的码本。在这封信中，我们研究了近场情况下的分层码本设计方法。提出了一种控制波束增益的计算方法，并设计了满足菲涅尔区覆盖要求的底层码本。对于上层码本，我们提出了波束旋转和波束重定位的方法来放置一个任意的波束图案在目标位置。仿真结果表明了所提出的近场分层码本设计的优越性。
2022-12-15 cs.IT eess.SP math.IT
Nearly Doubling the Throughput of Multiuser MIMO Systems Using Codebook Tailored Limited Feedback Protocol
我们提出并分析了一种新的鲁棒反馈和多用户MIMO下行链路通信系统的传输策略，称为速率近似（RA）。RA结合了在有限反馈约束下与用户终端进行可靠通信所需的灵活性和鲁棒性。它回应了两个重要的意见。首先，对信道进行近似不是那么重要，而是对速率进行近似，使得可以在基站处模仿最优调度决策。其次，当因此信道状态信息更准确时，发射机处的固定发射码本通常更好。在RA方案中，发射码本和反馈码本是分开的，并且用户速率以受控的均匀误差传递到基站。理论分析和实验结果表明，在一定的干扰噪声容限下，该方案具有更好的性能，并且比经典的Jindal公式具有更好的性能。LTE系统仿真支持的分析结果表明，性能增益高达50%或70%的迫零相比，当使用多个天线在基站和多个天线或一个天线在终端，分别。一个新的反馈协议的开发，固有地考虑了发射码本，这是能够处理在终端的复杂性问题。
2013-01-09 cs.IT math.IT
Joint Channel Direction Information Quantization For Spatially Correlated 3D MIMO Channels
本文提出了一种用于空间相关三维多输入多输出（MIMO）信道的联合量化信道方向信息（CDI）的码本。为了减少量化的大天线阵列的CDI的维度，我们引入了一个特殊的结构，通过使用Tucker分解的码字，利用3D MIMO信道的独特功能。具体而言，码字由四个部分组成，每个部分具有低维度，分别针对不同类型的信息：水平方向和垂直方向上的统计CDI，统计功率耦合和瞬时CDI。该码本避免了现有独立CDI量化所带来的冗余。分析结果提供了一个充分的条件，在3D MIMO信道上显示，所提出的码本可以实现相同的量化性能的公知的旋转码本应用于全球信道CDI，但所需的统计信道信息的显着减少。仿真结果验证了我们的分析，并表明，所提出的联合CDI量化提供了显着的性能增益比独立的CDI量化。
2015-01-23 cs.IT math.IT
Mode Switching for MIMO Broadcast Channel Based on Delay and Channel Quantization
不完全信道状态信息会降低多输入多输出（MIMO）通信的性能，它对单用户（SU）和多用户（MU）MIMO传输的影响是完全不同的。具体地，MU-MIMO由于不完美的信道状态信息而遭受残余用户间干扰，而SU-MIMO仅遭受功率损耗。本文比较了由于延迟和信道量化引起的SU和MU MIMO在下行链路上的吞吐量损失。精确的封闭形式的近似推导出可实现的速率为SU和MU MIMO。结果表明，SU-MIMO是相对稳健的延迟和量化的信道信息，而MU MIMO与迫零预编码失去空间复用增益与固定的延迟或固定码本大小。基于导出的可实现速率，提出了一种模式切换算法，该算法基于平均信噪比（SNR）、归一化多普勒频率和信道量化码本大小在SU和MU MIMO模式之间切换以提高频谱效率。确定具有不同延迟和码本大小的SU和MU模式的操作区域，其可以用于选择优选模式。结果表明，MU模式是活跃的，只有当归一化多普勒频率是非常小的码本大小是大的。
2008-12-16 cs.IT math.IT
An Effective Limited Feedback Scheme for FD-MIMO Based on Noncoherent Detection and Kronecker Product Codebook
信道状态信息（CSI）的低复杂度量化和三维（3D）信道的垂直自由度利用是\emph{full dimension multi-input-multi-output}（FD-MIMO）系统有限反馈设计中的两个关键问题。在本文中，我们提出了一个有效的有限反馈方案。我们首先采用基于Kronecker积的码本（KPC）来探索3D通道的垂直自由度，将有限反馈从二维（2D）扩展到3D。结果，我们使用非相干序列检测（NCSD）来量化CSI，其中包括垂直和水平信道信息。该方法利用码本搜索和NCSD之间的对偶性，将KPC上的CSI量化转化为两个并行的NCSD。该算法的复杂度随着天线数目的增加从指数下降到线性。我们还表明，所提出的计划不影响系统的分集增益，通过展示全分集阶数。Monte Carlo仿真结果表明，与传统的二维有限反馈方案相比，该方案至少提供了1.2dB的编码增益。此外，该方案优于其他FD/3D CSI量化方案的0.8dB的编码增益与适度的复杂度时，信道高度空间相关。
2016-05-03 cs.IT math.IT
A Scalable Limited Feedback Design for Network MIMO using Per-Cell Product Codebook
在网络MIMO系统中，在发射机侧需要信道状态信息以在空间域中复用用户。由于在实践中很难获得完美的信道知识，因此\emph{limited feedback}是一种被广泛接受的解决方案。网络MIMO系统的{ \em动态协作BS数}和{ \em异构路径损耗效应}对有限反馈设计提出了新的挑战。在本文中，我们提出了一个可扩展的有限反馈设计的网络MIMO系统，多个基站，多个用户和多个数据流的每个用户。我们提出了一个{ \em有限的反馈框架，使用每小区产品码本}，以及{ \em低复杂度的反馈索引选择算法}。我们表明，所提出的每小区产品码本有限反馈设计可以渐近地实现相同的性能的联合小区码本的方法。我们还得到了一个渐进的\emph{per-user throughput loss}由于有限的反馈与每细胞产品码本。在此基础上，我们表明，当每用户反馈位数$B_{k}$是$\mathcal{O}\big( Nn_{T}n_{R}\log_{2}(ρg_{k}^{sum})\big)$，系统在\emph{noise-limited}制度，其中每用户的吞吐量是$\mathcal{O} \left( n_{R} \log_{2} \big( \frac{n_{R}ρg_{k}^{sum}}{Nn_{T}} \big) \right)$。另一方面，当每用户反馈比特$B_{k}$的数目不随\emph{system…
2010-07-31 cs.IT math.IT
On the Performance of Channel Statistics-Based Codebook for Massive MIMO
对于具有大量基站（BS）天线的大规模MIMO系统，信道反馈开销非常高，因为传统码本的反馈比特的数量与BS天线的数量成线性比例。为了减少反馈开销，已经设计了基于信道统计的有效码本，其中所需的反馈比特数仅与信道相关矩阵的秩线性地缩放。然而，这个有吸引力的结论只是直观的解释，然后通过模拟结果在文献中验证，而没有严格的理论证明。为了填补理论结论与仿真结果之间的空白，本文对基于信道估计的码本性能进行了定量分析。具体来说，我们首先介绍了理想情况下的完美的信道状态信息在发送端和有限的信道反馈的实际情况下，我们发现，速率差距是依赖于码本的量化误差之间的速率差距。然后，我们推导出量化误差的上界，基于此，我们证明了所需的反馈比特，以确保一个恒定的速率间隙只与信道相关矩阵的秩线性缩放。最后，数值结果验证了这一结论。据我们所知，我们的工作是第一个为这一结论提供严格证明的工作。
2017-01-20 cs.IT math.IT
Learning on a Grassmann Manifold: CSI Quantization for Massive MIMO Systems
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本文重点研究了波束赋形码本的设计，使任何潜在信道分布的平均归一化波束赋形增益最大化。虽然现有技术使用统计信道模型，但我们利用具有机器学习基础的无模型数据驱动方法来生成适应周围传播条件的波束成形码本。关键的技术贡献在于减少码本设计问题的无监督聚类问题的格拉斯曼流形上的集群质心形成有限大小的波束形成码本的信道状态信息（CSI），这可以有效地解决使用K均值聚类。这种方法被扩展到开发一个非常有效的全维（FD）多输入多输出（MIMO）系统与均匀平面阵列（UPA）天线的乘积码本设计过程。仿真结果表明，所提出的设计标准的能力，在学习的码本，减少码本的大小，并产生显着更高的波束形成增益相比，现有的国家的最先进的CSI量化技术。
2020-05-18 cs.IT cs.LG math.IT
A Partial Channel Reciprocity-based Codebook for Wideband FDD Massive MIMO
频分双工（FDD）大规模MIMO系统中信道状态信息（CSI）的获取是一个巨大的挑战。在本文中，我们解决这个问题，一个新的CSI反馈框架，使部分互易性的上行链路和下行链路信道在宽带制度。首先，我们推导出了一个给定的角度延迟分布的宽带大规模MIMO信道协方差矩阵的秩的封闭形式的表达。一个低秩性质的识别，这推广了著名的结果的窄带均匀线阵设置。然后，我们提出了一个部分信道互易性（PCR）码本，启发的低秩行为和事实，即上行链路和下行链路信道具有相似的角度延迟分布。与5G中的最新码本相比，所提出的PCR码本方案在用户侧实现了更高的性能、更低的复杂度，并且需要更少量的反馈。我们推导出实现渐近无差错CSI反馈所需的反馈开销。还提出了两种低复杂度的替代方案，以进一步降低基站侧的复杂度。实际3GPP信道模型的仿真结果表明，与最新的5G码本相比，我们提出的方法具有显着的增益，这证明了我们提出的方法是5G及以后的实用解决方案。
2022-01-26 cs.IT eess.SP math.IT
Digital Twin Aided Millimeter Wave MIMO: Site-Specific Beam Codebook Learning
本文提出利用数字孪生生成合成信道数据，针对特定场所分别学习视距和非视距用户的波束码本，以提升毫米波MIMO的性能。
2025-12-01 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Precoding Architecture for Massive Multiuser MIMO with Dissipation: Sub-Connected or Fully-Connected Structures?
本文研究了大规模多用户多输入多输出（MIMO）系统中有限反馈信道下的混合预编码结构。我们专注于在一个更现实的硬件网络模型下的混合预编码的系统性能，特别是，不可避免的耗散。量化的模拟和数字预编码的效果进行了表征。我们研究了两种典型的混合预编码结构的频谱效率，即，子连接结构和全连接结构。结果表明，增加信号功率可以补偿量化模拟预编码带来的性能损失。此外，通过捕获混合处理的有效信道的性质，我们采用了基于信道相关性的码本，并证明了该码本显示出比传统的随机矢量量化（RVQ）码本有很大的优势。研究还发现，无论是在大规模MIMO还是在低信噪比的情况下，如果采用基于信道相关性的码本，子连接结构的性能总是优于全连接结构;反之，全连接结构的性能更好。瑞利衰落信道和毫米波信道下的仿真结果验证了上述结论。
2018-06-07 cs.IT math.IT
DPSS-based Codebook Design for Near-Field XL-MIMO Channel Estimation
本文针对6G XL-MIMO近场信道估计问题，提出基于DPSS的码本设计方法，通过推导近场信道矩阵特征向量与DPSS的联系，在显著减小码本尺寸的同时提升稀疏化性能和压缩感知信道估计精度。
2023-10-27 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Data-Aided Carrier Frequency Offset, Phase Offset, Amplitude and SNR Estimation for Millimeter-Wave MIMO Systems
本文研究了毫米波收发器之间载波频偏、相位偏移、幅度和信噪比的估计问题。首先给出不同参数的Cramér-Rao下界（CRLB），以及CRLB存在的条件，称为正则性条件。然后，讨论了如何找到合适的参数估计量的问题，并给出了最大似然估计量（ML）。
2017-12-16 cs.IT math.IT
Spatial-chirp Codebook-based Hierarchical Beam Training for Extremely Large-Scale Massive MIMO
针对近场XL-MIMO中角度与距离联合波束训练开销大的问题，提出基于空间啁啾码本的分层训练及流形优化增强方案，显著降低开销并提升波束赋形性能。
2023-08-15 cs.IT eess.SP math.IT
Near-Field Codebook-Based 3D Spherical Channel Estimation for UCA XL-MIMO Systems
针对UCA XL-MIMO系统近场三维信道估计问题，提出基于球面域码本和S-SOMP算法的联合估计方案，实现路径增益、角度与距离的高效准确估计，仿真验证了其精度优势。
2025-07-04 cs.IT eess.SP math.IT
Effect of Finite Rate Feedback on CDMA Signature Optimization and MIMO Beamforming Vector Selection
分析了有限速率反馈对CDMA（码分多址）签名优化和MIMO（多输入多输出）波束形成矢量选择的影响。在CDMA签名优化中，对于特定的用户，接收机从码本中选择一个签名向量，以最好地避免来自其他用户的干扰，然后将相应的索引反馈给指定的用户。对于MIMO波束成形向量选择，接收机从给定的码本中选择波束成形向量以最大化吞吐量，并将相应的索引反馈给发射机。这两个问题是双重的：两者都可以被建模为从有限大小的码本中选择单位范数向量以“匹配”随机生成的高斯矩阵。在签名优化中，需要最小匹配，而最大匹配优选用于波束成形选择。假设反馈链路是速率受限的，我们的主要结果是一个精确的渐近性能公式的签名/波束形成向量的长度，干扰/信道矩阵的维数，和反馈速率接近无穷大的常数比。证明依赖于一个随机矩阵合奏的大偏差原则。此外，我们证明了从各向同性分布产生的随机码本不仅在平均上是渐近最优的，而且概率为1。
2007-03-02 cs.IT math.IT
Tensor Learning-based Precoder Codebooks for FD-MIMO Systems
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Qualcomm（高通公司）
本文提出了一种有效的设计低复杂度的码本预编码在全维（FD）多输入多输出（MIMO）系统与均匀平面阵列（UPA）天线在发射机（Tx）使用张量学习。特别是，我们没有使用统计信道模型，而是利用一种无模型的数据驱动方法，以机器学习为基础，生成适应周围传播条件的码本。我们使用FD-MIMO信道的张量表示，并利用其属性来设计信道预编码器的量化版本。我们找到最佳预编码器的最佳表示作为两个低维预编码器的克罗内克积（KP）的函数，分别对应于UPA的水平和垂直维度，从信道的张量分解获得。然后，我们将该预编码器用于设计乘积码本，使得由于信道状态信息（CSI）的量化而导致的互信息的平均损失最小化。关键的技术贡献在于利用预编码器上的约束，以减少产品码本设计问题的笛卡尔积格拉斯曼流形（CPM）上的无监督聚类问题，其中的集群质心形成一个有限大小的预编码器码本。该码本可以通过在CPM上运行$K$均值聚类来有效地找到。与一个合适的诱导距离度量的CPM，我们表明，产品码书的建设相当于找到最佳的一组质心的因素流形上对应的水平和垂直维度。仿真结果表明，所提出的设计准则在学习的码本和设计的码本有吸引力的性能的能力。
2021-06-21 cs.IT cs.LG eess.SP
Neural Networks Based Beam Codebooks: Learning mmWave Massive MIMO Beams that Adapt to Deployment and Hardware
毫米波（mmWave）和大规模多输入多输出系统是5G及以后的固有组件。这些系统依赖于将波束成形码本用于初始接入和数据传输。然而，当前的波束码本通常包括扫描所有可能方向的大量窄波束，即使这些方向从未被使用。这导致非常大的训练开销。此外，这些码本通常不考虑硬件损伤或可能的非均匀阵列几何形状，并且它们的校准是昂贵的过程。为了克服这些限制，本文开发了一种有效的在线机器学习框架，该框架学习如何使码本波束模式适应特定的部署、周围环境、用户分布和硬件特性。这是通过设计一种新的复值神经网络架构来完成的，在该架构中，神经元权重直接对模拟移相器的波束成形权重进行建模，考虑了诸如恒定模数和量化角度等关键硬件约束。该模型通过在线和自监督训练来学习码本波束，避免了对显式信道状态信息的需要。这考虑到信道不可用、不完美或难以获得的实际情况，特别是在存在硬件损伤的情况下。仿真结果突出了所提出的解决方案在学习环境和硬件感知波束码本中的能力，这可以显着减少训练开销，提高可实现的数据速率，并提高对可能的硬件损伤的鲁棒性。
2020-06-25 cs.IT eess.SP math.IT
Hierarchical Codebook based Multiuser Beam Training for Millimeter Wave Massive MIMO
针对毫米波大规模MIMO多用户波束训练问题，提出UE端带闭式表达式的交替最小化分层码本设计方法及Zadoff-Chu初始化加速方案，BS端自适应分层码本多用户同时训练方案，仿真验证其有效性且开销低于波束扫描。
2025-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
Hierarchical ML Codebook Design for Extreme MIMO Beam Management
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文针对超大规模MIMO波束管理提出基于端到端学习的神经网络码本设计方法X-BM，实现初始接入8dB增益和频谱效率提升。
2023-11-24 cs.IT cs.LG cs.SY
Weighted Codebook Scheme for RIS-Assisted Point-to-Point MIMO Communications
提出一种基于DFT码本的加权设计方法，通过迭代优化权重获取最优反射系数，以提升RIS辅助点对点MIMO系统的信道容量，并设计了基于统计CSI的高效码字配置顺序。
2025-03-10 cs.IT eess.SP math.IT
Decentralized Interference-Aware Codebook Learning in Millimeter Wave MIMO Systems
本文针对多小区毫米波MIMO系统提出去中心化干扰感知码本学习方法，利用测量平均估计干扰零陷性能并设计新型奖励函数，在无信息交换条件下实现多智能体解耦学习和显著干扰抑制。
2024-01-15 cs.IT eess.SP math.IT
Codebook Design for Limited Feedback in Near-Field XL-MIMO Systems
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Guangzhou University（广州大学）；Zhejiang University（浙江大学）
针对XL-MIMO FDD系统中用户分布未被充分利用导致反馈开销大的问题，提出基于用户分布的码本设计，通过Voronoi划分优化角度-范围采样和比特分配，实现速率最大化。
2026-01-15 cs.IT eess.SP math.IT
Simplified Frequency Offset Estimation for MIMO OFDM Systems
针对频率选择性衰落信道下的多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统，提出了一种简化的频偏估计方法。利用Chu序列构造的训练序列具有良好的相关性，通过对代价函数的导数进行因子分解得到载波频偏估计，大大降低了计算复杂度。推导了频偏估计的均方误差（MSE），以优化简化估计器的关键参数，并评估估计器的性能。仿真结果证实了训练辅助CFO估计器的良好性能。
2017-03-21 cs.IT math.IT
Kronecker Product Correlation Model and Limited Feedback Codebook Design in a 3D Channel Model
2D天线阵列在多输入多输出（MIMO）系统中引入了新的控制水平和附加的自由度，特别是对于所谓的“大规模MIMO”系统。为了准确地评估这些大型阵列的性能增益，现有的仅方位角信道模型已被扩展到通过对仰角和方位角维度进行建模来处理3D信道。在本文中，我们研究了一个通用的射线为基础的3D信道模型的信道相关矩阵，我们的分析和仿真结果表明，3D相关矩阵可以很好地近似的Kronecker生产的方位角和仰角相关。这一发现奠定了理论支持的产品码本的使用，以减少复杂度的反馈，从接收机到发射机。我们还提出了基于格拉斯曼线包装的积码书的设计。
2014-01-13 cs.IT math.IT
Reinforcement Learning of Beam Codebooks in Millimeter Wave and Terahertz MIMO Systems
毫米波（mmWave）和太赫兹MIMO系统依赖于预定义的波束成形码本来进行初始接入和数据传输。然而，由于是预定义的，这些码本通常没有针对特定环境、用户分布和/或可能的硬件损伤进行优化。这导致具有高波束训练开销的大码本大小，这增加了初始接入/跟踪延迟，并且使得这些系统难以支持高度移动的应用。为了克服这些限制，本文开发了一种深度强化学习框架，该框架学习如何仅依赖于接收功率测量而不需要任何显式信道知识来迭代优化码本波束图案（形状）。开发的模型学习如何自主调整波束模式，以最好地匹配周围环境，用户分布，硬件损伤和阵列几何形状。此外，该方法不需要关于信道、阵列几何形状、RF硬件或用户位置的任何知识。为了减少学习时间，所提出的模型设计了一种新的Wolpertinger变量架构，能够有效地搜索一个最优的政策，在一个大的离散动作空间，这是重要的大型天线阵列与量化移相器。这种复值神经网络架构设计考虑了实际RF硬件约束，例如恒模和量化移相器约束。基于公开可用的DeepMIMO数据集的仿真结果证实了所开发的框架能够在不需要任何信道知识的情况下学习视线（LOS）和非LOS场景以及具有硬件损伤的阵列的接近最佳波束模式。
2021-02-22 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Resolution Codebook Design and Multiuser Interference Management for Discrete XL-RIS-Aided Near-Field MIMO Systems
针对实际XL-RIS离散相移导致的性能下降问题，提出分层波束训练、JOCC/SOCC码本构建及自适应增益矩阵近似的IM方法，提升近场MIMO系统波束训练性能与用户公平性。
2025-08-26 cs.IT eess.SP math.IT
RIS-aided Near-Field MIMO Communications: Codebook and Beam Training Design
针对RIS辅助MIMO的远场、近场及混合信道，提出距离码本、角度—距离联合码本及相应分层/两阶段波束训练，并用交替优化实现低复杂度联合设计。
2023-09-30 cs.IT cs.NI eess.SP
Frequency Offset Estimation and Training Sequence Design for MIMO OFDM
研究了频率选择性衰落信道下多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统的载波频偏估计和训练序列设计问题。通过利用训练序列在频域的正交性，估计整数CFO（ICFO）。{With训练序列中均匀间隔的非零导频}和相应的几何映射，通过实多项式的根来估计分数CFO（FCFO）。进一步给出了训练序列保证估计可辨识性的条件。通过对训练序列相关性的分析，构造了两类由Chu序列生成的次优训练序列。仿真结果验证了所提出的训练序列辅助的CFO估计器的良好性能。
2017-03-22 cs.IT math.IT
Enhanced Tracking and Beamforming Codebook Design for Wideband Terahertz Massive MIMO System
针对太赫兹大规模 MIMO 中波束方向过多导致跟踪开销高的问题，提出 TTD 辅助的增强频率扫描方案与耦合码本，实现多时隙多方向搜索并验证其优越性能。
2022-11-25 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning Based Beam Training for Extremely Large-Scale Massive MIMO in Near-Field Domain
超大规模大规模多输入多输出（XL-MIMO）被认为是下一代通信系统的重要技术。为了提高波束形成增益，基于码本的波束训练在XL-MIMO系统中被广泛采用。然而，在XL-MIMO系统中，近场域扩展，并且需要采用近场码本进行波束训练，这显著增加了导频开销。为了解决这个问题，我们提出了一种基于深度学习的波束训练方案，其中考虑了近场信道模型和近场码本。具体地说，我们首先利用对应于远场宽波束的接收信号来估计最佳近场波束。提出了两种训练方案，即建议的原始和改进的神经网络。原始方案直接基于神经网络的输出来估计最佳近场码字。相比之下，改进方案进行额外的波束测试，这可以显着提高波束训练的性能。仿真结果表明，本文提出的方法可以显著降低近场域的训练开销，获得波束形成增益。
2022-09-28 cs.IT eess.SP math.IT
Robust MMSE Precoding for Multiuser MIMO Relay Systems using Switched Relaying and Side Information
针对不完全信道状态信息（CSI）下的多用户多输入多输出（MIMO）中继系统，提出了一种新的预编码方案。基站（BS）和MIMO中继站（RS）都配备有酉矩阵的相同码本。根据码本的每个元素，我们创建一个潜在的预编码矩阵对，即BS预编码矩阵和RS预编码矩阵。通过将来自码本的适当酉矩阵乘以功率缩放因子来形成RS预编码矩阵。基于给定的CSI和发射符号块，通过合适的选择机制来选择从各种酉矩阵导出的所有可能的潜在预编码矩阵对的类内的最佳预编码矩阵对以用于传输，该选择机制被设计为最小化预先估计的接收向量与真实发射符号向量之间的平方欧几里德距离。我们开发了一个最小均方误差（MMSE）的设计算法的潜在预编码矩阵对的建设。在所提出的方案中，BS仅向RS发送酉矩阵的索引及其功率缩放因子，而不是发送完整的处理矩阵。这大大降低了开销。仿真结果表明，与其他最近报道的预编码算法相比，所提出的预编码方案能够提供更好的鲁棒性对CSI估计误差和多用户干扰的影响。
2014-12-17 cs.IT math.IT
Range-Angle Estimation for FDA-MIMO System With Frequency Offset
针对FDA-MIMO雷达在收发频偏下距离-角度估计性能下降问题，建立频偏系统模型，将其转化为附加噪声并分析其特性，引入去噪算法减轻恶化，推导了CRLB并通过仿真验证。
2024-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
A Design Framework for Limited Feedback MIMO Systems with Zero-Forcing DFE
我们考虑多输入多输出通信系统的设计与线性预编码器在发射机，迫零判决反馈均衡（ZF-DFE）在接收机，和一个低速率的反馈信道，使通信从接收机到发射机。假设在接收机处可用的信道状态信息（CSI）是完美的，并且基于该信息，接收机从码本中选择合适的预编码器，并将该预编码器的索引反馈给发射机。我们的方法，这个有限的反馈方案的组件的设计是基于开发，在这里，一个统一的框架，用于联合设计的预编码器和ZF-DFE的假设下，完美的CSI是在发射机和接收机都可用。该框架是通用的，包含了广泛的设计标准。这个框架使我们能够在一个标准的瑞利衰落环境中的最佳预编码器的统计分布特征。使用这种分布，我们表明，从格拉斯曼包装构造的码本最小化上界的平均失真的措施，因此是自然的候选人在有限的反馈系统的码本。我们还表明，对于任何给定的码本的性能所提出的有限反馈方案是一个上界的相应计划与线性迫零接收机。我们的仿真研究表明，所提出的有限反馈方案可以提供显着更好的性能在一个较低的反馈速率比现有的计划，其中检测顺序反馈到发射机。
2008-04-15 cs.IT math.IT
New families of asymptotically optimal codebooks from vectorial dual-bent functions
Chern Institute of Mathematics and LPMC, Nankai University（南开大学陈省身数学研究所和LPMC）；School of Mathematics, Hefei University of Technology（合肥工业大学数学学院）；School of Mathematical Sciences, Tiangong University（天津理工大学理学院）
利用向量对偶弯曲函数构造几类渐近达到Welch界的码本，明确确定最大互相关幅度及其分布，参数新颖且部分字母表极小。
2026-06-29 cs.IT math.IT
On the Capacity and Design of Limited Feedback Multiuser MIMO Uplinks
多输入多输出（MIMO）技术的理论已经得到很好的发展，以增加衰落信道容量比单输入单输出（SISO）系统。通常可以通过利用发送器和接收器处的信道状态信息来利用这种容量增益。用户利用该信道状态信息进行发送信号自适应。在这种对应关系中，我们推导出的MIMO多址接入信道（MIMO MAC）的容量区域时，部分信道状态信息可在发射机，我们假设一个同步MIMO多用户上行链路。部分信道状态信息反馈具有基数约束，并使用有限速率反馈信道从基站反馈到用户。利用这些反馈信息，我们提出了一种有限码本设计方法，以最大化和速率。在该对应关系中，码本是一组发射信号协方差矩阵。我们还推导了在协方差矩阵为秩一的情况下（即，波束成形）。这是由于波束成形在某些条件下是最佳的。仿真结果表明，当反馈比特数增加时，容量也增加。即使有少量的反馈比特，所提出的系统的性能接近于全反馈的最优解。
2008-02-22 cs.IT cs.MM math.IT
Optimizing MIMO Efficiency in 5G through Precoding Matrix Techniques
本文针对5G下行MIMO通信，通过多场景仿真对比基于Type I和Type II码本的预编码矩阵技术，揭示其优缺点，以优化容量和时延性能。
2024-10-03 cs.IT eess.SP 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
Codebook-Based Max-Min Energy-Efficient Resource Allocation for Uplink mmWave MIMO-NOMA Systems
本文研究了上行非正交多址（NOMA）毫米波系统中的能量有效资源分配问题，其中基站采用基于全连接的稀疏射频链天线结构。为了减轻信道估计的导频开销，提出了一种基于码本的模拟波束设计方案，该方案只需要获得等效的信道增益。在此基础上，通过NOMA为属于同一模拟波束的用户提供服务。同时，一个先进的NOMA解码方案，提出了利用全球信息在BS。在预定义的最小速率和最大发射功率约束下，为每个用户，我们制定了一个最大最小的用户能量效率（EE）优化问题，通过联合优化检测矩阵在BS和用户的发射功率。我们首先将原来的分数目标函数转换成一个减法。然后，我们提出了一个双循环迭代算法来解决重新制定的问题。具体地说，内环迭代地更新检测矩阵和发射功率，而外环采用二分法。同时，为了降低内环的复杂度，我们提出了一种基于迫零（ZF）的迭代算法，其中检测矩阵是通过ZF技术设计的。仿真结果表明，本文提出的方案在频谱效率和效率方面都优于传统方案
2019-09-13 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Hybrid Massive MIMO Systems with Adaptive-Resolution ADCs
在大规模多输入多输出（MIMO）系统的设计中，如何获得高的信道估计精度、降低硬件成本和功耗是一个很大的挑战。为了解决这些困难，复杂的导频设计已经被构思用于依赖于自适应分辨率模数转换器（RADC）的节能混合模数（HAD）波束成形架构的家族。本文对多用户大规模MIMO系统上行链路中的导频序列、RADC量化比特数和混合接收合并器进行了联合优化。我们解决了相关的均方误差（MSE）最小化问题的相关瑞利衰落信道的背景下，受到实际的限制。由于目标函数和约束条件的非凸性，相关的混合整数问题是相当具有挑战性的。依靠先进的分数规划（FP）技术，我们首先重铸原来的问题成一个更容易处理的等价形式，它允许解耦的分数目标函数。然后，我们设想了一对新的算法来解决所产生的问题，基于码本和无码本导频方案，分别。为了降低设计的复杂度，我们也提出了一个简化的算法，基于码本的导频方案。我们的仿真结果证实了所提出的算法的优越性，相关国家的最先进的基准计划。
2021-12-31 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Beam Codebooks for mmWave/THz Systems: Toward a Stochastic RL Approach
Institute of Computer Engineering, University of Lübeck（吕贝克大学计算机工程研究所）
本文提出一种鲁棒多智能体强化学习框架，通过环境反馈直接学习波束码书，克服硬件限制和不可预测的传播条件，验证了强化学习在毫米波/太赫兹大规模MIMO系统中的应用潜力。
2026-03-20 cs.IT cs.NI math.IT
An Error Probability Approach to MIMO Wiretap Channels
我们认为MIMO（多输入多输出）窃听信道，其中合法的发射机爱丽丝正在与合法的接收机鲍勃在窃听夏娃的存在下进行通信，并通过MIMO信道进行通信。我们假设爱丽丝的策略是使用一个具有格结构的码本，然后允许她执行陪集编码。我们分析了夏娃的概率正确解码的消息爱丽丝的意思是鲍勃，并从最小化这个概率，我们推导出一个代码的设计准则MIMO格窃听码。块衰落信道的情况下进行类似的处理，快衰落信道作为一个特殊的情况下得出。阿拉米德代码仔细研究，作为分析提供的一个例子。
2013-01-09 cs.IT math.IT
Robust SCMA Codebook Design: A Hardware-Aware Autoencoder Approach
School of Computer Science and Electronic Engineering, University of Essex（埃塞克斯大学计算机科学与电子工程学院）
针对OFDM-SCMA系统中载波频率偏移和相位噪声破坏子载波正交性的问题，提出一种硬件感知的端到源自编码器，将可微分的CFO和Wiener PN层嵌入训练循环，有效抑制误码平台。
2026-06-23 cs.IT math.IT
Online Beam Learning with Interference Nulling for Millimeter Wave MIMO Systems
采用大型天线阵列是毫米波（mmWave）和太赫兹通信系统的关键特性。由于硬件的限制和缺乏信道知识，通常采用基于码本的波束形成/合并来实现期望的阵列增益。然而，大多数现有的码本只关注提高其目标用户的增益，而没有考虑干扰。这可能导致密集网络中的关键性能下降。在本文中，我们提出了一种基于样本高效在线强化学习的波束方向图设计算法，该算法学习如何对波束方向图进行整形以消除干扰方向。所提出的方法不需要任何显式的信道知识或任何协调的干扰。仿真结果表明，所开发的解决方案是能够学习形状良好的波束图案，显着抑制干扰，同时牺牲可容忍的波束成形/梳增益从所需的用户。此外，基于毫米波相控阵的硬件概念验证原型被构建并用于在现实场景中实施和评估所开发的在线波束学习解决方案。在消声室中测量的学习波束图案显示了所开发框架的性能增益，并突出了毫米波和太赫兹系统的基于机器学习的波束/码本优化方向。
2022-09-09 cs.IT eess.SP math.IT
Limited Feedback in Single and Multi-user MIMO Systems with Finite-Bit ADCs
具有低分辨率模数转换器（ADC）的通信系统可以在发送器和接收器处利用信道状态信息。本文提出了有限位ADC的有限反馈MIMO系统的码本设计和性能分析。首先考虑点对点单用户信道。当接收信号由1位ADC进行切片时，接收器的绝对相位对于对齐接收信号的相位非常重要。因此，提出了一种新的波束形成码本设计，它分别量化信道方向和剩余相位。对于多比特的情况下，最佳的传输方法是未知的，次优高斯信令和特征向量波束成形被假定为获得可实现的速率的下限。研究发现，为了限制速率损失，在中等SNR状态下需要比低SNR和高SNR状态更多的反馈比特，这与传统的无限比特ADC的情况有很大不同。第二，考虑多用户系统，其中多天线发射器将信号发送到具有有限位ADC的多个单天线接收器。基于由于有限位ADC和有限位CSI反馈而导致的导出的性能损失，每个反馈的位数应随着ADC分辨率线性增加，以便限制速率损失。
2017-04-14 cs.IT math.IT
