Max-Min Rates in Self-backhauled Millimeter Wave Cellular Networks
本文考虑可行的广域毫米波蜂窝网络的以下问题。使用多跳中继的单个光纤站点的最大扩展覆盖区域是多少，同时实现每用户数据速率的最小目标？我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高每用户数据速率的最小端到端，并利用毫米波部署的独特功能，以产生一个易于处理的解决方案。网状网络被建模为$k-$环形城市峡谷型部署，其中$k$是返回到光纤站点的跳数。每个光纤站点的中继总数按$k^2$增长。我们考虑了集成接入回程（IAB）和正交接入回程（OAB）资源分配策略，以及半双工和全双工基站（BS）。通过一些经过验证的简化，我们的结果以简单的封闭形式给出，即使对于大型网络也很容易评估。提供了几个设计准则，包括路由和调度策略的选择，在全双工中继的最大允许自干扰和双连接的作用，以减少跨BS的负载不平衡。例如，我们表明，对于某些负载条件，与可调谐OAB（使用单独的频谱进行接入和回程链路）相比，IAB（如5G所考虑的）的增益非常小;后者的实现要简单得多。
2018-11-20 cs.IT math.IT
Optimal Design of Energy-Efficient Millimeter Wave Hybrid Transceivers for Wireless Backhaul
这项工作分析了毫米波单小区网络，它包括一个宏基站（BS）和覆盖层的小小区BS使用无线回程的数据流量。我们寻找在BS和小小区BS的天线的最佳数量，最大限度地提高系统的能量效率（EE）时，采用混合收发器架构。封闭形式的表达式的EE-天线的数量的最佳值的推导，提供了宝贵的见解优化变量和硬件特性之间的相互作用。数值和分析结果表明，最大的EE是实现了一个“接近”的全数字系统，其中的BS天线的数量近似等于服务的小小区的数量。
2017-03-28 cs.IT math.IT
Line-of-Sight MIMO for High Capacity Millimeter Wave Backhaul in FDD Systems
无线回程被认为是未来无线网络的关键部分，具有密集的小小区业务和高容量需求。在本文中，我们专注于设计一个高频谱效率的视线（LoS）多输入多输出（MIMO）系统的毫米波（毫米波）回程使用双极化频分双工（FDD）。由于各种物理损伤，例如相位噪声（PHN）、定时偏移（TO）以及LoS MIMO的不良条件数，对于系统实现高频谱效率是非常具有挑战性的。在本文中，我们提出了一个整体的解决方案，包括TO补偿，PHN估计，预编码器/解相关器优化的LoS MIMO无线回程，和交织的每一个部分。我们表明，所提出的解决方案具有鲁棒的性能，对于8x8 MIMO，端到端频谱效率为60 bits/s/Hz。
2020-06-18 cs.IT eess.SP math.IT
RadiOrchestra: Proactive Management of Millimeter-wave Self-backhauled Small Cells via Joint Optimization of Beamforming, User Association, Rate Selection, and Admission Control
毫米波自回程小小区是下一代无线网络的关键组成部分。它们的密集部署将提高数据速率，减少延迟，并实现接入和回程网络之间的高效数据传输，提供光纤以前无法实现的更大灵活性。尽管具有很高的潜力，但以最佳方式运行密集的自回程网络是一个开放的挑战，特别是对于无线电资源管理（RRM）。本文提出了一个整体RRM框架，RadiOrchestra模型和优化波束成形，速率选择以及用户关联和自回程网络的准入控制。该框架被设计为考虑诸如基站的硬件限制（例如，计算容量、离散速率）、对回程链路的适应性的需要以及干扰的存在。我们的框架被制定为一个非凸的混合整数非线性规划，这是具有挑战性的解决。为了解决这个问题，我们提出了三个算法，提供了复杂性和最优性之间的权衡。此外，我们推导出上界和下界来表征系统的性能极限。我们在各种情况下评估开发的策略，显示在未来的网络中部署实际的自回程的可行性。
2022-07-13 cs.IT cs.NI eess.SP
Sparse Beamforming and User-Centric Clustering for Downlink Cloud Radio Access Network
本文考虑了一个下行链路云无线接入网络（C-RAN），其中所有的基站（BS）通过有限容量的数字回程链路连接到一个中央计算云。每个用户与以用户为中心的BS集群相关联;中央处理器与集群中的BS共享用户的数据，然后通过联合波束成形来合作地服务用户。在此基础上，本文从网络效用最大化的角度研究了用户调度、基站分簇和波束赋形设计问题。与以往的工作不同，本文明确考虑了每个基站的回程容量约束。我们制定了两种不同的模型下的下行链路C-RAN的网络效用最大化问题，取决于是否为每个用户的BS集群是动态的或静态的不同的用户调度时隙。在前一种情况下，以用户为中心的BS集群与每个时频隙中的波束成形向量一起针对每个调度用户进行动态优化，而在后一种情况下，以用户为中心的BS集群针对每个用户是固定的，并且我们联合优化用户调度和波束成形向量以考虑回程约束。在这两种情况下，非凸的每BS回程约束近似使用重新加权的l1范数技术。这种近似允许我们将每BS回程约束重新公式化为加权的每BS功率约束，并且通过广义加权最小均方误差方法来解决加权和速率最大化问题。本文表明，所提出的动态聚类算法可以实现显着的性能增益比现有的天真的聚类方案。本文还提出了两个启发式的静态聚类方案，已经可以实现很大一部分的增益。
2014-10-19 cs.IT math.IT
Content-Centric Multicast Beamforming in Cache-Enabled Cloud Radio Access Networks
多播传输和无线缓存是减少无线网络中空中和回程业务负载的有效方法。本文提出了将这两个关键的想法，内容为中心的多播传输在云无线接入网络（RAN），其中多个基站（BS）连接到一个中央处理器（CP）通过有限容量的回程链路。每个BS具有有限存储大小的高速缓存，并且配备有多个天线。BS协作地向网络中的多个用户发送内容，所述内容存储在本地缓存中或者从CP获取。请求相同内容的用户形成多播组，并且由相同的BS集群协作地使用多播波束成形来服务。假设固定的缓存放置，本文研究了联合设计的组播波束成形和内容为中心的BS集群制定的优化问题，最大限度地减少总网络成本下的服务质量（QoS）的约束，为每个组播组。网络成本包括传输功率和回程成本。我们使用波束成形向量的混合$\ell_0/\ell_2$范数对回程成本进行建模。为了解决这个非凸问题，我们首先近似它使用半定松弛（SDR）方法和凹光滑函数。然后，我们提出了一个差分凸函数（DC）规划算法，以获得次优解，并显示三个光滑函数的连接。仿真结果验证了组播的优势，并显示了不同的缓存大小和缓存策略在云RAN中的效果。
2015-08-11 cs.IT math.IT
Robust Beamforming in Cache-Enabled Cloud Radio Access Networks
流行的内容缓存预计将在有效地减少回程拥塞和实现下一代移动无线电系统中的用户满意度方面发挥重要作用。考虑启用高速缓存的云无线电接入网络（CRAN）的下行链路，其中每个启用高速缓存的基站（BS）配备有有限大小的本地高速缓存存储。中央计算单元（云）经由有限容量回程链路连接到BS，并且服务于一组单天线移动用户（MU）。本文假设只有不完美的信道状态信息（CSI）是在云。它集中在最小化的总网络功率和回程成本的问题，以确定每个用户的波束形成向量在整个网络中，量化噪声协方差矩阵，并受到不完美的信道状态信息和固定的缓存放置假设的BS聚类。本文建议解决这样一个困难的，非凸优化问题，使用半定松弛（SDR）。然后，本文使用$\ell_0$ -范数近似，提供一个可行的，次优的解决方案，使用优化最小化（MM）的方法。仿真结果特别示出了与传统的无缓存CRAN相比，启用缓存的网络如何显著提高回程成本，特别是在高信号干扰噪声比（SINR）值下。
2016-09-06 cs.IT math.IT
Bandwidth Partitioning and Downlink Analysis in Millimeter Wave Integrated Access and Backhaul for 5G
随着网络密度的增加，向每个小区站点提供传统的光纤回程接入变得非常困难，这对于小小区基站（SBS）尤其如此。毫米波（mm波）通信的日益成熟已经开启了向这样的小区站点提供高速无线回程的可能性。由于毫米波也适用于接入链路，因此第三代合作伙伴计划（3GPP）正在设想用于第五代（5G）蜂窝网络的集成接入和回程（IAB）架构，其中相同的基础设施和频谱资源将用于接入和回程两者。在本文中，我们开发了一个分析框架IAB使能蜂窝网络，使用其下行链路速率覆盖概率准确的特点。使用该框架，我们研究了三种回程带宽（BW）划分策略的性能：1）相等划分：当所有SBS获得相等的回程带宽份额时; 2）基于瞬时负载的划分：当SBS的回程带宽份额与其瞬时负载成比例时;以及3）基于平均负载的划分：当SBS的回程带宽份额与其平均负载成比例时。我们的分析表明，根据分区策略的选择，存在一个最佳的分割接入和回程带宽的速率覆盖范围最大化。此外，存在小区负载（用户总数）的临界量，超过该临界量，由启用IAB的网络提供的增益消失，并且其性能收敛到没有SBS的传统仅宏网络的性能。
2018-11-11 cs.IT cs.NI math.IT
Integrated Access and Backhaul Optimization for Millimeter Wave Heterogeneous Networks
通过允许大量的链路被同时发送，具有波束成形的定向天线阵列已经被设想为达到前所未有的空间隔离水平的有希望的候选者。为了实现高效率的空间复用，在提高系统性能，最大化可实现的数据率的多跳异构网络，其中包括集成的接入和回程的概念，并支持接入和回程链路上的下行链路和上行链路传输的优化问题，制定。然后对优化问题进行了系统分解，证明其为NP难问题，并提出了一种启发式的联合调度和资源分配算法，以最大化可达到的数据率。此外，为了进一步提高数据率，提出了一种高效的动态路由算法。通过大量的系统级仿真，证明了所提出的算法在数据率方面比基准方案获得了显着的增益，并且接近理论最优值，但具有较低的延迟。此外，所提出的算法能够灵活地调整下行链路和上行链路传输持续时间分配，并支持半双工和全双工模式，具有相当大的性能增强。特别是，所提出的算法是能够满足不同的性能要求的点到点和点对多点通信。
2019-01-15 cs.IT math.IT
Tractable Model for Rate in Self-Backhauled Millimeter Wave Cellular Networks
毫米波（mmW）蜂窝系统将需要高增益定向天线和密集基站（BS）部署以克服高近场路径损耗和差衍射。作为期望的副作用，高增益天线提供干扰隔离，从而提供了将自回程（self-backhauling）--在网状架构中BS在它们之间回程而不显著损失吞吐量--结合的机会，以实现所需的大BS密度。定向天线的使用以及接入和回程链路之间的资源共享导致覆盖范围和速率趋势与传统微波（$μ$ W）蜂窝系统显着不同。在本文中，我们提出了一个通用的和易于处理的毫米波蜂窝模型捕捉这些关键的趋势，并表征相关的速率分布。所开发的模型和分析验证使用实际的建筑物位置从密集的城市设置和间接派生的路径损耗模型。分析表明，与$μ$ W蜂窝网络的干扰受限性质形成鲜明对比，mmW网络的频谱效率（除了总速率之外）也随着BS密度而增加，特别是在小区边缘。增加系统带宽，虽然提高中值和峰值速率，但不会显著影响小区边缘速率。利用自回程，示出了有线回程部分（即，具有有线连接的BS的部分）和BS密度的不同组合以保证相同的中值速率（QoS）。
2015-03-19 cs.IT cs.NI math.IT
Backhaul Traffic Balancing and Dynamic Content-Centric Clustering for the Downlink of Fog Radio Access Network
最近，已经提出了云无线电接入网络（C-RAN）的演进，称为雾无线电接入网络（F-RAN）。与C-RAN相比，F-CAN中的无线电单元（RU）配备了本地缓存，可以存储一些经常请求的文件。在下行链路中，请求相同文件的用户形成多播组，并且由RU的集群协作地服务。请求的文件可以在此群集的缓存中本地获得，也可以通过回程从中央处理器（CP）获取。因此，缓存一些频繁请求的文件可以大大减少回程链路的负担。集群中是否应涉及特定RU以服务多播组取决于其回程容量、请求的文件、缓存的文件和信道。因此，它需要优化。在本文中，我们研究的联合设计多播波束成形，动态分簇和回程流量平衡。波束成形和集群联合优化，以最大限度地减少功耗，同时要满足每个用户的QoS和每个回程链路上的流量是根据其容量平衡。
2016-02-22 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Power Control in Coordinated Multicell: Max-Min Duality, Effective Network and Large System Transition
研究了多小区协作下行链路系统中的联合波束成形和功率控制问题，该系统在每个小区为多个用户提供服务时，最大化最小加权信干噪比。利用非线性Perron-Frobenius理论和多单元网络对偶理论，导出了最优解和具有几何快速收敛速度的分布式算法。迭代算法虽然以分布式方式操作，但仍然需要通过回程在协调集群内进行瞬时功率更新。回程信息交换和消息传递可能随着发射天线数目的增加和用户数目的增加而变得令人望而却步。为了得到渐近最优解，利用随机矩阵理论设计了一种只需要统计信息的分布式算法。我们的方法的优点是，通过回程没有瞬时功率更新。此外，利用非线性Perron-Frobenius理论和随机矩阵理论，提出了一种有效的原始网络和有效的对偶网络来刻画和解释渐近解.
2013-06-27 cs.IT math.IT
Robust Beamforming Design for RIS-aided Cell-free Systems with CSI Uncertainties and Capacity-limited Backhaul
针对RIS辅助无小区系统，考虑CSI不确定性和容量受限回传，提出联合优化AP预编码与RIS相移的鲁棒波束赋形算法，以最大化最差情况总和速率，并实现低复杂度高性能。
2023-05-09 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Sparse Beamforming and Power Control for Large-scale DAS with Network-Assisted Full Duplex
本文研究了大规模分布式天线系统（L-DAS）中网络辅助全双工（NAFD）的稀疏波束形成和功率控制问题。在L-DAS中，远端天线单元可以工作在半双工模式或全双工模式，它们都通过高速回程链路连接到中央处理器（CPU）。NAFD通过CPU的联合处理，可以实现真正灵活的双工，包括灵活的半双工和全双工。交叉链路干扰和有限容量的回程是L-DAS中NAFD的主要问题。为了解决这些问题，我们的目标是最大化上行链路和下行链路的聚合速率服从服务质量约束和回程约束。已经提出了两种方法来解决优化问题，其中第一种方法将目标函数转换为两个具有半定松弛（SDR）的凸函数的差，然后应用迭代SDR-块坐标下降法来解决问题。第二种方法是基于序贯参数凸逼近。仿真结果表明，与传统的时分双工方案相比，所提出的算法产生了更高的速率增益。
2019-11-13 cs.IT math.IT
Joint Hybrid Backhaul and Access Links Design in Cloud-Radio Access Networks
云无线接入网（CRAN）有望成为下一代移动无线系统的核心网络架构。在本文中，我们考虑的CRAN形成的一个中央处理器（云）和几个基站（BS），其中每个BS连接到云通过无线或容量有限的有线回程链路的下行链路。该论文解决了混合回程链路的联合设计（即，设计从云到BS的有线和无线回程连接）和接入链路（即，确定从BS到用户的稀疏波束成形解决方案）。本文通过最小化网络总功耗，阐述了混合回程和接入链路的设计问题。本文采用两阶段启发式算法求解该问题。在一个阶段，稀疏波束成形解决方案是使用加权混合“1=”2范数最小化方法来找到的;有线回程链路的量化噪声的相关矩阵是使用经典的率失真理论来计算的。在第二阶段，通过利用在第一阶段中找到的速率，基于速率守恒的原理，通过求解受制于服务质量约束的功率最小化问题来找到无线回程链路的发射功率。仿真结果表明，该算法的性能接近全局最优解，特别是在高信号干扰噪声比（SINR）。
2016-01-27 cs.IT math.IT
Integrated Access and Backhaul in Cell-free Massive MIMO Systems
针对无蜂窝大规模MIMO网络的回传链路挑战，研究毫米波频段集成接入与回传技术，优化带宽分配与混合波束成形以最大化端到端速率，验证了方案的有效性并分析了相关影响因素。
2022-10-23 cs.IT eess.SP math.IT
User-Centric Joint Access-Backhaul Design for Full-Duplex Self-Backhauled Wireless Networks
全双工自回程有望为超密集无线网络提供具有成本效益和灵活性的回程连接，但也对接入和回程链路之间的资源管理提出了巨大挑战。在本文中，我们提出了一个以用户为中心的全双工自回程无线网络的联合接入回程传输框架。在接入链路中，采用以用户为中心的分簇，使得每个用户由多个小基站（SBS）协作服务。在回程链路中，提出了以用户为中心的多播传输，使得每个用户的消息被视为公共消息并多播到其服务SBS集群。我们首先制定了一个优化问题，以最大限度地提高网络加权和速率，通过联合接入回程波束成形和SBS分簇时，全球信道状态信息（CSI）是可用的。这个问题是有效地解决了通过连续的下限最大化方法与一个新的近似目标函数和迭代链接删除技术。然后，我们将研究扩展到具有部分CSI的随机联合接入-回程波束成形优化。仿真结果表明，无论是完整的CSI和部分CSI的情况下，所提出的算法的有效性。它们还表明，部分CSI的传输设计可以大大减少CSI开销，而性能下降很少。
2019-07-27 cs.IT eess.SP math.IT
Beam Designs for Millimeter-Wave Backhaul with Dual-Polarized Uniform Planar Arrays
本文提出了毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）回程系统的发射和接收基站的双极化天线的均匀平面阵列（UPA）的混合波束成形设计。所提出的波束成形设计是考虑到双极化UPA结构来近似最优地解决优化问题。基于优化问题的解，本文证明了由具有相同最优性的最优单极化波束形成器生成最优双极化波束形成器的可能性。作为具体的例子，分别考虑了平方误差和内积的大小作为优化准则。为了优化所提出的波束形成器，需要部分信道信息，并且还提出使用低开销导频序列来计算出所需的信息。仿真结果表明，在双极化天线的UPA覆盖范围内，所设计的波束形成器具有最均匀的增益（以平方误差为准则）或最高的平均增益（以内积的大小为准则）。
2020-03-11 cs.IT eess.SP math.IT
System-Level Analysis of Full-Duplex Self-Backhauled Millimeter Wave Networks
集成接入和回程（IAB）通过多跳自回程促进了毫米波（mmWave）蜂窝网络的经济高效的部署。全双工（FD）技术，特别是用于毫米波系统的全双工（FD）技术，是克服IAB网络所面临的延迟和吞吐量挑战的潜在手段。我们推导出实用和易于处理的吞吐量和延迟的限制，使用嵌入式理论和制定网络效用最大化问题，以评估FD-IAB和半双工（HD）-IAB网络。我们使用这一点来表征从传统HD IAB节点升级到FD节点时所看到的网络级改进，方法是推导出（i）FD-IAB相对于HD-IAB的延迟增益以及（ii）HD和FD-IAB网络在满足延迟和吞吐量目标的同时可以支持的最大跳数的封闭表达式。大量的仿真结果表明，FD-IAB可以降低延迟，提高吞吐量，加深网络和更公平的服务。与HD-IAB相比，FD-IAB可以将吞吐量提高8倍，并将第四跳用户的延迟降低4倍。事实上，升级具有FD功能的IAB节点可以使网络支持HD对应节点根本无法满足的延迟和吞吐量目标。对于距离捐助者较远的用户来说，这些收益更加深远，即使残余自干扰显着高于噪底，也可以实现。
2021-12-10 cs.IT eess.SP math.IT
Design of Full-Duplex Millimeter-Wave Integrated Access and Backhaul Networks
未来蜂窝网络的关键技术之一是在毫米波（mmWave）频率下操作的支持全双工（FD）的集成接入和回程（IAB）网络。实现FD-IAB网络的主要挑战是减轻宽带毫米波频率中自干扰（SI）的影响。在本文中，我们首先介绍了3GPP IAB网络架构和宽带毫米波信道模型。通过在FD-IAB节点处利用基于子阵列的混合预编码方案，在发射机处使用迫零来减轻多用户干扰，而在接收机处通过最小均方误差基带组合器来消除成功部署天线和模拟消除之后的残余SI。针对不同类型移相器和信道不确定性的RF插入损耗（RFIL），评估了频谱效率（SE）。仿真结果表明，在RFIL的存在下，几乎双SE，这是接近从全连接混合预编码，可以实现相比，半双工系统时的不确定性是低强度。
2021-04-01 cs.ET cs.IT math.IT
Analysis of Large Scale Aerial Terrestrial Networks with mmWave Backhauling
服务提供商正在考虑使用无人机（UAV）来增强蜂窝网络的无线连接。为了提供连接，UAV必须通过地面基站（BS）回程到核心网络。特别是，我们考虑毫米波（毫米波）回程的混合空中-地面网络的下行链路中，回程链路受到波束成形未对准误差。在提出的模型中，用户设备（UE）可以连接到地面BS或无人机，其中我们根据回程状态区分两种传输方案。在一种方案中，UE由UAV服务，而不管回程链路是否良好。在另一种方案中，UAV知道回程链路状态，因此，只有成功回程的UAV的子集可以服务于UE。使用随机几何，所提出的模型的性能进行评估的覆盖概率和验证对蒙特卡洛模拟。为确定一些系统参数提供了几种见解，包括UAV高度和所需数量以及回程链路的波束成形失准误差。所获得的结果突出了UAV回程链路对UE体验的影响。
2021-06-13 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Beamforming in Millimeter-Wave Directional Wi-Fi
波束成形在60 GHz毫米波定向多千兆位Wi-Fi的运行中不可或缺。简单功率法及其扩展使得发射和接收天线阵列能够形成单个空间流的波束。为了进一步提高未来60 GHz定向Wi-Fi的频谱效率，交替最小二乘（ALS）算法可以在发射机和接收机之间形成多个波束，用于多输入多输出（MIMO）操作。对于共享和分离MIMO架构，ALS波束成形算法可以在频率平坦和频率选择性信道中操作。在分裂架构中，MIMO波束成形近似地最大化波束成形MIMO信道的容量。
2014-03-30 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for Massive MIMO Backhaul (Working Title)
考虑了发射机和接收机都可以使用大型天线阵列的上行链路。这被提出作为双层蜂窝网络中的天线卸载和连接小小区接入点（SCAP）的方法。由于具有有限数量的RF链，混合波束形成器被设计为在RF频带处进行纯相位处理，然后在基带处进行数字处理。建议的接收机是一个行合并器，集群充分相关的天线元件，其性能进行比较，通过离散傅立叶变换（DFT）矩阵与随机投影。行组合器的模拟是列扩展器，其取决于发射相关性，并且在相关的天线元件上重复发射信号。这种方法的一个主要优点是减少了所使用的移相器的数量，同时优于DFT方案。当只有发射机具有相关性并且RF链受限时，基带预编码向量被示出为有效发射相关矩阵的特征向量。根据信道的相关性，这个矩阵可以近似为具有三对角Toeplitz结构与建议的列扩展器（CS）。由此产生的特征值有一个封闭的形式的解决方案，使我们能够表征系统的总和率。最有趣的是，相关联的特征向量不需要使用特征值分解（EVD）方法计算的有效发射相关矩阵的知识。
2016-05-26 cs.IT math.IT
Hybrid MMSE Beamforming for Multiuser Millimeter Wave Communication Systems
研究了基于最小均方误差（MMSE）准则的多用户毫米波（mmWave）通信系统中的混合模拟和数字波束形成（HBF）设计。采用交替最小化方法，交替优化基站的混合预编码器和用户的混合合路器。结果表明，优化后的基站数字预编码器和用户数字合路器都具有封闭形式的表达式，其相应的模拟预编码器和合路器可以通过广义特征分解有效地得到。仿真结果表明，该算法收敛速度快，性能接近全数字波束形成。
2019-04-18 cs.IT math.IT
Iterative Joint Beamforming Training with Constant-Amplitude Phased Arrays in Millimeter-Wave Communication
在毫米波通信（MMWC）中，为了补偿高传播衰减，相控阵天线通过波束形成获得阵列增益，需要对发射和接收天线阵列进行联合训练，以获得合适的天线权向量（AWV）。由于AWV的每个元素的幅度通常是约束常数，以简化设计的相控阵在MMWC，现有的基于奇异向量的波束形成训练方案不能用于这样的设备。因此，在这封信中，导向矢量为基础的迭代波束形成训练计划，它利用MMWC信道的方向性特征，提出了恒幅相控阵设备。性能评估表明，该方案实现了一个快速的收敛速度，以及一个接近最佳的阵列增益。
2015-11-07 cs.IT math.IT
Triple-Band Scheduling with Millimeter Wave and Terahertz Bands for Wireless Backhaul
随着移动业务需求的爆炸式增长，密集部署的宏小区下的小小区对于5G及更高级别的无线网络具有巨大的潜力。在本文中，我们考虑的问题，支持不同的QoS要求的业务流，利用三个高频段，即，28GHz频带、E频带和太赫兹（THz）频带。三个频带的合作有助于最大化满足QoS要求的流的数量。为了解决制定的非线性整数规划问题，我们提出了一个三带调度方案，可以选择最佳的调度频带之间的三个不同的频带为每个流。所提出的方案还有效地利用资源调度流传输的时隙。大量的模拟表明，该计划的优越性能超过三个基线计划的完成流的数量和系统吞吐量。
2022-05-28 cs.IT cs.NI math.IT
NOMA Meets Finite Resolution Analog Beamforming in Massive MIMO and Millimeter-Wave Networks
有限分辨率模拟波束形成（FRAB）已被公认为是一种有效的方法，以减少大规模多输入多输出（MIMO）和毫米波网络的硬件成本。然而，FRAB的使用意味着波束形成器与用户的信道不完全对准，并且多个用户可能被分配相似的或甚至相同的波束形成器。这封信显示了如何非正交多址接入（NOMA）可以用来利用这一特点的FRAB，其中一个单一的FRAB波束形成器是由多个用户共享。分析和仿真结果都证明了这种新的NOMA传输方案所取得的优异性能。
2017-02-28 cs.IT math.IT
Downlink Power Optimization for Heterogeneous Networks with Time Reversal-based Transmission under Backhaul Limitation
在本文中，我们研究了两种不同的波束成形技术的应用，并提出了一种新的下行链路功率最小化方案的两层异构网络（HetNet）模型。在这种情况下，我们采用时间反转（TR）技术的毫微微蜂窝基站（FBS），而我们假设，一个宏蜂窝基站（MBS）使用迫零为基础的算法和通信信道受到频率选择性衰落。此外，HetNet的回程连接无法支持用于两个层之间的信令信息交换的足够吞吐量。考虑到HetNet模型，提出了一种下行链路功率最小化方案，并提供了关于最优解的封闭形式的表达式，考虑到这一约束。此外，考虑到不完美的信道估计在TR雇用的毫微微蜂窝，最坏情况下的鲁棒功率最小化问题。通过设计TR最坏情况分析，这个强大的问题转化为一个等价的配方，是易于解决。我们的论文中提出的结果表明，TR技术优于迫零一个在毫微微蜂窝工作环境的波束成形方法的角度。最后，我们验证了所提出的功率加载策略的完美和不完美的信道估计的情况下。
2017-04-06 cs.IT math.IT
Frequency-Selective Hybrid Beamforming Based on Implicit CSI for Millimeter Wave Systems
混合波束形成是实现毫米波高数据率传输的一个很有前途的概念。为了在收发器中实现它，许多参考文献最佳地适应于高维多天线信道，但或多或少忽略了信道估计的复杂性。意识到接收到的耦合系数的信道和对可能的模拟波束成形向量可以用于模拟波束选择，我们进一步提出了一个低复杂度的计划，利用耦合系数来实现混合波束成形。从本质上讲，耦合系数可以被视为隐含的信道状态信息（CSI），这些耦合系数的估计产生的有效的信道矩阵的替代品的维数低得多。在计算这些有效信道矩阵的Frobenius范数之后，证明了具有最大Frobenius范数值的有效信道提供了混合波束形成问题的解决方案。
2018-02-27 cs.IT math.IT
Beamforming in Millimeter Wave Systems: Prototyping and Measurement Results
论证大天线阵列波束形成的可行性对于实现毫米波通信系统是必不可少的。这是由于这些系统依赖于大阵列波束成形增益来提供足够的接收信号功率。在本文中，详细解释了在实践中证明这些收益的概念验证原型的设计。我们开发了一个毫米波系统与数字控制的模拟前端。开发的原型使用60 GHz相控阵和通用软件无线电外设（USRP）控制器。我们设计的软件界面易于复制，可用于未来的毫米波原型和演示。
2018-08-04 cs.IT math.IT
Hybrid Analog-Digital Beamforming for Multiuser MIMO Millimeter Wave Relay Systems
提出了一种新的用于多用户毫米波中继系统的模数混合波束形成方法。对于这个系统，我们考虑一个和率最大化问题。所提出的混合波束形成的设计间接考虑了和均方误差（MSE）最小化问题，同时利用数字波束形成的解决方案。为此，我们假设数字波束形成利用众所周知的块对角化（BD）方法。在这种假设下，我们解决我们的问题如下：首先，我们制定的和速率最大化问题的混合和数字波束成形设计的接收信号之间的MSE最小化。然后利用压缩感知技术设计了源、中继和各目的节点的混合波束赋形。仿真结果表明，所提出的混合波束形成设计的性能非常接近的数字之一。此外，我们还研究了射频（RF）链和路径的数量以及到达角（AoA）和离开角（AoD）估计器的精度对混合波束成形设计的总速率的影响。计算机模拟揭示，当RF链和路径的数量增加（或AoA（AoD）估计器的精度提高）时，混合波束成形的总和速率增加。
2015-11-11 cs.IT math.IT
Narrowband Channel Estimation for Hybrid Beamforming Millimeter Wave Communication Systems with One-bit Quantization
毫米波（mmWave）频谱由于其巨大的可用带宽而引起关注。毫米波频带中的高传播损耗需要使用大量天线进行波束成形。传统上，每个天线都与高速模数转换器（ADC）配对，这导致高功耗。为了降低功耗，人们提出了混合波束成形架构和一位分辨率ADC。然而，模拟波束成形和一比特量化使得信道估计更具挑战性。本文提出了一种基于广义近似消息传递（GAMP）的毫米波通信系统窄带信道估计算法。我们通过仿真表明，1）GAMP变体与一位ADC具有更好的性能比没有量化的最小二乘估计方法，2）所提出的一位GAMP算法实现了最低的估计误差的GAMP变体中，和3）利用更多的帧和RF链提高信道估计性能。
2018-05-30 cs.IT math.IT
Exploiting Reconfigurable Intelligent Surfaces in Edge Caching: Joint Hybrid Beamforming and Content Placement Optimization
边缘缓存可以有效地减少核心网的回程负担，提高无线边缘节点的服务质量。然而，当卸载链路处于深度衰落时，边缘缓存的有益作用不能完全实现。幸运的是，无线传播环境引起的损伤可以通过可重构智能表面（RIS）来修复。本文提出了一种新的RIS辅助边缘缓存系统，其中网络成本最小化问题，制定优化内容放置在缓存单元，主动波束形成在基站和被动相移在RIS。在将内容放置子问题与混合波束形成设计解耦后，我们提出了一种交替优化算法来解决主动波束形成和被动相移问题。对于主动波束形成，我们将问题转化为半定规划（SDP），并证明了SDP的最优解总是秩1。对于被动相移，我们引入块坐标下降法交替优化辅助变量和RIS相移。在此基础上，提出了一种基于流形优化的共轭梯度算法来处理非凸单位模约束。数值结果表明，我们的RIS辅助边缘缓存设计可以有效地降低回程容量和功耗方面的网络成本。
2020-11-07 cs.IT math.IT
Machine Learning-based Beamforming Design for Millimeter Wave IRS Communications with Discrete Phase Shifters
本文研究了一种智能反射面辅助的毫米波多输入单输出下行无线通信系统。通过联合计算基站处的主动波束形成和IRS处的被动波束形成，我们的目标是在每个用户的信号与干扰加噪声比的约束下最小化发射功率。为了解决这个问题，我们提出了一个低复杂度的机器学习的交叉熵（CE）算法交替优化的主动波束形成和被动波束形成。具体地，在交替迭代过程中，迫零（ZF）方法和CE算法分别被应用于获得主动波束形成和被动波束形成。CE算法从随机采样开始，通过分布聚焦的思想，即通过最小化CE使分布向期望的方向移动，可以以足够高的概率获得接近最优的反射系数。此外，我们扩展了原来的一位相移在IRS的高分辨率相移的常见情况下，以提高算法的有效性。仿真结果表明，该算法能以较低的计算复杂性获得近似最优解。
2022-03-10 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for 5G Millimeter-Wave Multi-Cell Networks
多小区无线系统通常遭受小区内和小区间干扰，这可以经由协作多点（CoMP）技术来减轻。先前关于微波频带的多小区分析的工作通常考虑全数字波束成形，其需要每个天线后面的完整射频链，这对于毫米波（mmWave）系统不太实际，在毫米波（mmWave）系统中，需要大量天线来提供足够的波束成形增益并使得能够发送和接收每个用户的多个数据流。本文提出了四种模拟和数字混合波束形成方案的多小区多用户多流毫米波通信，利用CoMP。频谱效率性能的建议的混合波束形成方法进行了研究和比较，使用第三代合作伙伴计划和NYUSIM信道模型。仿真结果表明，基于最大化信号泄漏噪声比的多点协作可以提高频谱效率，不同波束形成方法之间的频谱效率差距取决于干扰水平，而干扰水平受小区半径和每个小区的用户数的影响。
2018-03-11 cs.IT math.IT
Optimized Base-Station Cache Allocation for Cloud Radio Access Network with Multicast Backhaul
云无线电接入网络（C-RAN）的性能受到连接集中式处理器（CP）与基站（BS）的回程链路的有限容量的限制，特别是当回程在无线介质中实现时。本文提出了使用无线多播与BS缓存，其中BS预存储流行文件的内容，以增加C-RAN的回程。针对由单个基站集群和无线回程组成的下行链路C-RAN，研究了基站之间的最优缓存分配策略和CP处的最优组播波束赋形传输策略，使得用户请求的消息以最有效的方式从CP传送到基站。我们首先陈述基于联合高速缓存-信道编码方案的多播回程速率表达式，这意味着较大的高速缓存大小应当被分配给具有较弱信道的BS。然后，我们制定了一个两个时标的联合缓存大小分配和波束成形设计问题，其中缓存是离线优化的长期信道统计信息的基础上，而波束成形器的设计在文件传输阶段的基础上的瞬时信道状态信息。通过利用样本近似方法和交替方向乘法器（ADMM）的方法，我们开发了高效的算法优化缓存大小之间的BS分配，并量化多少缓存应该分配给较弱的BS。我们进一步考虑的情况下，多个文件具有不同的流行度，并表明，它通常不是最佳的完全缓存最流行的文件第一。数值结果表明，优化后的缓存大小分配方案的性能显着改善均匀分配和其他启发式计划。
2018-04-28 cs.IT math.IT
Turbo-Like Beamforming Based on Tabu Search Algorithm for Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
对于毫米波（mmWave）大规模MIMO系统，通常采用基于码本的模拟波束成形（包括发射预编码和接收合并）来补偿mmWave信号的严重衰减。然而，传统的波束成形方案涉及在预定义的码本中进行复杂的搜索以找出模拟预编码器和模拟组合器的最佳对。针对这一问题，本文将Turbo均衡器的思想与禁忌搜索（TS）算法相结合，提出了一种基于TS的Turbo-like波束形成方案，称为Turbo-TS波束形成，以实现低复杂度的近最优性能。具体而言，Turbo-TS波束形成方案由以下两个关键部分组成：1）基于基站和用户之间的迭代信息交换，设计了一种Turbo-like联合搜索方案，以找到模拟预编码器和模拟合并器的近最优对; 2）受人工智能中发展起来的TS算法思想的启发，我们提出了一种基于TS的预编码/合并方案，以在具有低复杂度的Turbo式联合搜索的每次迭代中智能地搜索最佳预编码器/合并器。分析表明，所提出的Turbo-TS波束形成可以大大降低搜索复杂度，仿真结果验证了它可以达到接近最优的性能。
2015-07-16 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Location-Based Beamforming using Compressive Sensing
本文提出了一种基于位置的模拟波束形成（BF）技术，使用压缩感知（CS）是可行的毫米波（mmWave）无线通信系统。所提出的方案是基于利用CS和本地化的好处，以减少毫米波波束成形（BF）的复杂性和提高其性能相比，传统的毫米波模拟BF技术。CS理论用于利用毫米波传播信道的稀疏性质来估计毫米波信道的出发角（AoD）和到达角（AoA），并且知道节点位置有效地减少了构造感测矩阵所需的BF向量的数量。因此，可以获得具有低待用时间的高精度毫米波BF。仿真分析证实了所提出的毫米波BF技术的高效率相比，传统的穷举搜索BF和CS基于BF没有定位使用随机测量
2018-08-04 cs.IT math.IT
Inter-Operator Resource Management for Millimeter Wave, Multi-Hop Backhaul Networks
在本文中，提出了一种新的框架，用于优化包含多个移动网络运营商（MNO）的无线小小区网络（SCN）内的大规模多跳毫米波（mmW）回程的操作和性能。所提出的框架使得小型基站（SBS）能够联合决定在属于多个独立MNO的回程基础设施上形成多跳mmW链路，同时在这些链路上适当地分配资源。在这方面，这个问题是解决使用一种新的框架，匹配理论的基础上，组成两个高度相互关联的阶段：多跳网络形成阶段和资源管理阶段。该框架的一个独特之处在于，它共同考虑了网络形成和资源管理过程中的无线信道特性和经济因素。多跳网络的形成阶段制定为一个一对多的匹配游戏，解决了使用一种新的算法，建立在所谓的延迟接受算法，并示出产生一个稳定的和帕累托最优的多跳毫米波回程网络。然后，一个一对多的匹配游戏制定，使适当的资源分配在形成的多跳网络。这个游戏，然后表现出同伴效应，因此，开发了一种新的算法，以找到一个稳定的和最佳的资源管理解决方案，可以妥善应对这些同伴效应。仿真结果表明，所提出的框架产生了很大的收益，在平均和率方面，分别达到27%和54%，相比，非合作计划，其中不允许运营商间共享和随机分配方法。结果还表明，我们的框架提供了有关如何管理定价和成本的合作毫米波回程网络的移动网络运营商的见解。
2017-05-19 cs.GT cs.IT cs.NI
Random Beamforming in Millimeter-Wave NOMA Networks
本文研究了第五代（5G）移动网络的两种关键使能技术之间的共存，即非正交多址（NOMA）和毫米波（mmWave）通信。特别地，本文考虑将随机波束成形应用于所述mmWave-NOMA场景，以避免基站知道所有用户的信道状态信息的要求。随机几何被用于通过使用毫米波系统的关键特征来表征所提出的毫米波-NOMA传输方案的性能，例如，毫米波传输是高度定向的，潜在的阻塞将使用户分布变薄。还提出了两种随机波束形成方法，可以进一步降低系统开销的毫米波-NOMA通信的情况下，他们的性能进行了研究，通过开发的分析结果的总和率和中断概率。仿真结果也证明了所提出的mmWave-NOMA传输方案的性能，并验证了所开发的分析结果的准确性。
2017-03-16 cs.IT math.IT
Randomly-Directional Beamforming in Millimeter-Wave Multi-User MISO Downlink
本文研究了毫米波多用户多输入单输出下行链路系统中的随机定向波束形成。基于均匀随机视距（UR-LoS）信道模型，利用渐近方法分析了毫米波MISO中RDB的性能和MU增益。它表明，存在一个过渡点上的用户数量相对于天线元件的数量的非平凡性能的RDB计划，并且此外，在UR下可以实现任意接近于相对于天线元件的数量的线性缩放的和速率缩放。如果用户数相对于天线数线性增加，则通过适当的用户调度的机会随机波束形成的LoS信道模型元素所提供的结果产生的见解最有效的波束成形和调度选择毫米波MU-MISO在各种操作条件下。仿真结果验证了我们的分析的基础上渐近技术有限的情况下。
2015-06-09 cs.IT math.IT
A New Codebook Design for Analog Beamforming in Millimeter-wave Communication
在这项研究中，我们分析了用于模拟波束形成的码本设计。模拟波束成形和组合受到子空间采样限制，也就是说，接收器不能直接观察信道系数;相反，接收器观察到它们的加权组合的噪声版本。为了解决这个问题，发射机和接收机通常在波束扫描过程中协作以确定最佳波束形成器组合器对。这通过评估从预定义码本中选择的有限数量的码字来完成。在这项研究中，我们提出了一个新的框架的启发广义劳埃德算法设计模拟波束成形码本，优化各种性能指标，包括平均波束成形增益，中断，和平均数据率。我们的框架的灵活性，使我们能够设计波束形成码本的任何阵列形状，包括均匀的线性和平面阵列。模拟波束形成中的另一个实际复杂性是移相器的低分辨率。因此，我们已经扩展了我们的算法，以创建量化码本，优于现有的码本文献。我们也提供了大量的模拟，以验证我们提出的码本的优越性相比，现有的码本。
2020-02-10 cs.IT math.IT
Wideband Channel Estimation for Hybrid Beamforming Millimeter Wave Communication Systems with Low-Resolution ADCs
潜在的巨大频谱资源使毫米波通信成为一项很有前途的技术。由于用于波束成形以克服大的传播损耗的大量天线和模数转换器（ADC）而导致的高功耗在实践中是有问题的。由于混合波束成形架构和低分辨率ADC被认为可以降低功耗，因此毫米波信道的估计变得具有挑战性。我们评估了几种信道估计算法的宽带毫米波系统的混合波束形成和低分辨率ADC。通过仿真，我们表明：1）在感兴趣的SNR范围内，具有最小二乘估计的无限位ADC的信道估计性能比具有正交匹配追踪（OMP）的1位ADC差，2）当使用OMP时，三位和四位量化器可以实现接近未量化情况的信道估计性能，3）如果利用足够的帧，则具有单个RF链的接收器可以产生比具有四个RF链的接收器更好的估计，以及4）对于一位ADC，利用更高的发射功率和更多的帧来增强性能在某个点之后对估计性能产生不利影响。
2017-10-29 cs.IT math.IT
Joint Power Allocation and Beamforming for Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Millimeter-Wave Communications
在本文中，我们探讨毫米波（mmWave）通信（mmWave-NOMA）中的非正交多址（NOMA）。特别是，我们考虑一个典型的问题，即，2用户mmWave-NOMA系统的和速率的最大化。在这个问题中，我们需要找到波束成形向量，以同时转向两个用户，同时受到模拟波束成形结构的影响，同时为它们分配适当的功率。由于问题是非凸的，可能不会被转换为一个凸的问题，简单的操作，我们提出了一个次优的解决方案，这个问题。其基本思想是将原始的联合波束赋形和功率分配问题分解为两个相对容易求解的子问题：一个是功率和波束增益分配问题，另一个是恒模约束下的波束赋形问题。还讨论了所提出的解决方案从2用户mmWave-NOMA到更多用户mmWave-NOMA的扩展。通过大量的性能评估验证了该方案的合理性，结果表明，该次优方案获得了接近于有界的和速率性能，明显优于时分多址（TDMA）方案。
2017-11-04 cs.IT math.IT
Subspace Tracking Algorithms for Millimeter Wave MIMO Channel Estimation with Hybrid Beamforming
本文提出了使用子空间跟踪算法在毫米波（mmWave）频率执行MIMO信道估计。使用子空间的方法，我们开发了一个协议，使估计的权利（分别。左）发射机处的奇异向量（分别为接收器）侧;在此基础上，我们将收缩投影近似子空间跟踪算法（PASTd）和正交Oja算法（OOJA）引入到本文的信道估计框架中，得到了两种信道估计算法。在算法设计阶段也明确考虑了波束形成器的混合模拟/数字性质。数值结果表明，所提出的估计算法是有效的，他们表现得更好，比两个相关的竞争替代品在公开文献中。
2017-04-22 cs.IT math.IT
User Fairness Non-orthogonal Multiple Access (NOMA) for 5G Millimeter-Wave Communications with Analog Beamforming
在第五代移动通信（5G）中，毫米波非正交多址接入（mmWave-NOMA）技术的引入可以显著提高频谱效率，增加用户数量。在本文中，我们考虑了下行mmWave-NOMA蜂窝系统，其中基站安装有模拟波束成形相控阵列，多个用户在同一时间频率资源块服务。为了保证用户公平性，我们制定了一个联合波束成形和功率分配问题，以最大化用户之间的最小可实现速率，即，我们采用最大最小公平原则。由于问题是难以解决的，由于非凸公式和高维的优化变量，我们提出了一个次优的解决方案，它利用了空间稀疏的角度域的毫米波信道。在求解过程中，首先得到最优功率分配的封闭形式，将联合优化问题转化为一个等价的波束形成问题。然后设计合适的波束形成向量。仿真结果表明，该方案在可达速率方面可以达到接近上限的性能，明显优于传统的毫米波正交多址（mmWave-OMA）系统。
2018-11-07 cs.IT math.IT
Distributed Robust Multi-Cell Coordinated Beamforming with Imperfect CSI: An ADMM Approach
多小区协作波束成形（MCBF）是多个基站（BS）在波束成形设计中相互协作以减轻小区间干扰的一种方法，近来已经成为一个备受关注的主题。大多数MCBF设计假设移动台（MS）的信道状态信息（CSI）是完美的，但实际上CSI错误是不可避免的。假设信道状态信息误差为椭圆有界，本文研究了在最坏情况下，最小化基站加权和功率的鲁棒MCBF设计问题。我们的目标是设计一种分布式优化方法，可以以分散的方式获得最坏情况下的鲁棒波束成形解决方案，仅在每个BS处使用本地CSI，并且BS之间的消息交换的回程信令很少。然而，所考虑的问题是难以处理的，即使在集中的形式。首先，我们提出了一个有效的近似方法的集中形式，半定松弛（SDR）技术的基础上。为了以分散的方式获得鲁棒波束形成解决方案，我们进一步提出了一种分布式鲁棒MCBF算法，使用称为交替方向乘法器（ADMM）的分布式凸优化技术。我们分析表明，所提出的分布式强大的MCBF算法的收敛到最佳的集中式解决方案，其更好的带宽效率在回程信令比现有的基于对偶分解的算法。仿真结果验证了所提出的SDR方法和分布式鲁棒MCBF算法的有效性。
2011-07-05 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming Based on Implicit Channel State Information for Millimeter Wave Links
混合波束形成为实现毫米波高数据率传输提供了一种很有前途的解决方案。基于可用的信道状态信息在收发器处实现混合波束成形是常见的解决方案。然而，许多参考方法忽略了大型天线阵列的信道估计或后续步骤的复杂性，例如信道矩阵的奇异值分解。为此，我们提出了一个低复杂度的计划，利用隐含的信道知识，以促进频率选择性衰落信道的混合波束形成的设计。隐式信道知识可以被解释为在发射机和接收机处通过周围信道的所有可能的模拟波束成形向量对之间的耦合。而不是计算大的天线阵列之间的互信息，我们专注于小尺寸的波束模式之间的耦合矩阵选择使用适当的关键参数作为性能指标。这将复杂的混合波束形成问题转换为简单得多的问题：它相当于收集不同的大功率耦合系数集合来构造有效信道矩阵的多个备选方案。然后，产生有效信道的最大Frobenius范数（或行列式的最大绝对值）的集合提供了混合波束形成问题的解决方案。结果表明，该方法不需要MIMO信道的信息，并且可以简单地通过接收到的相关导频信号来实现，这些导频信号应该用于信道估计。
2018-05-18 cs.IT math.IT
Joint Tx-Rx Beamforming and Power Allocation for 5G Millimeter-Wave Non-Orthogonal Multiple Access (MmWave-NOMA) Networks
在本文中，我们研究了非正交多址接入和毫米波通信（毫米波NOMA）的组合。被认为是一个下行链路蜂窝系统，其中模拟相控阵列都配备在基站和用户。提出了一种联合Tx-Rx波束成形和功率分配问题，在满足最小速率约束的条件下，最大化每个用户的可达和速率（ASR）。由于问题是非凸的，我们提出了一个次优的解决方案，三个阶段。在第一阶段，最优功率分配与封闭形式获得任意固定的Tx-Rx波束成形。在第二阶段中，具有封闭形式的最佳Rx波束成形设计用于任意固定Tx波束成形。在第三阶段，利用已有的结果将原问题转化为Tx波束形成问题，并提出一种边界压缩粒子群优化算法（BC-PSO）来获得次优解。通过大量的性能评估验证了所提方案的合理性，结果表明，所提方案的ASR性能接近上限，与现有方案和传统的毫米波正交多址接入（mmWave-OMA）系统相比，性能有了显著的提高。
2018-11-07 cs.IT math.IT
Towards Higher Spectral Efficiency: Spatial Path Index Modulation Improves Millimeter-Wave Hybrid Beamforming
毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统与折射率调制（IM）技术的结合构成了一种新型的毫米波混合波束形成技术。已经进行了大量的研究，以表明这样的系统有可能优于传统的毫米波MIMO的频谱效率（SE）。目前的大多数工作只集中在设计混合波束形成结构，以经验地实现更高的SE性能。然而，一个根本的问题，即IM技术是否可以真正提高当前毫米波混合波束形成的SE仍然没有答案。在这样的背景下，在这项工作中，我们首先扩展的IM辅助毫米波系统到一个更广义的版本，即空间路径索引调制辅助毫米波（SPIM-mmWave）系统，其中包括IM辅助和传统的毫米波MIMO系统作为其特殊情况。基于SPIM-mmWave的框架，对SPIM-mmWave保证优于传统mmWave-MIMO方案的理论条件进行了基础研究。它表明，在特定的信道条件和噪声水平（这将明确给出我们的工作），SPIM-mmWave保证优于传统的mmWave-MIMO系统。
2019-02-26 cs.IT math.IT
DBRAA: Sub-6 GHz and Millimeter Wave Dual-Band Reconfigurable Antenna Array for ISAC
本文提出双频段可重构天线阵列DBRAA，通过天线复用和混合波束成形实现sub-6G与毫米波频段的ISAC，并设计解耦优化算法最大化通信和速率。
2025-03-27 cs.IT math.IT
Flexible Backhaul Design and Degrees of Freedom for Linear Interference Networks
所考虑的问题是在回程负载约束下最大化蜂窝下行链路中的自由度（DoF）的问题，回程负载约束限制可以从集中式控制器递送到基站发射机的消息的数量。考虑线性干扰信道模型，其中每个发射机连接到具有相同索引的接收机以及一个后续接收机。回程负载被定义为在所有发射机处可用的所有消息的总和，该总和通过用户数量进行归一化。当回程负载被约束到整数水平B时，渐近每用户DoF被示出为等于（4 B-1）/（4 B），并且示出了消息到发射机的最优分配是不对称的并且满足局部协作约束，并且最优编码方案仅依赖于迫零发射波束成形。最后，所提出的编码方案的扩展适用于更一般的局部连接和二维网络。
2014-01-14 cs.IT math.IT
On the Energy Efficiency of MIMO Hybrid Beamforming for Millimeter Wave Systems with Nonlinear Power Amplifiers
多输入多输出（MIMO）毫米波（mmWave）系统由于在高频下操作并且采用大量射频（RF）硬件组件而易受硬件损害的影响。特别地，由于能量效率的考虑，在发射机处采用的非线性功率放大器（PA）在接近饱和操作时使信号失真。在本文中，我们研究了MIMO毫米波混合波束形成方案在非线性PA的存在下的性能。首先，我们开发了一个统计模型，在这样的系统中发送的信号，并表明，带内失真的空间方向的波束成形滤波器。这表明，即使在大天线制度，窄波束可以转向接收器，非线性PA的影响不应该被忽略。然后，通过采用一个现实的功率消耗模型的PA，我们研究了在这样的系统中的频谱和能源效率之间的权衡。我们的研究结果表明，当发射天线的数量变大时，增加发射功率电平可以在能量效率方面起反作用。此外，使用数值模拟，我们表明，当发射功率是大的，模拟波束形成导致更高的频谱和能量效率相比，数字和混合波束形成方案。
2018-06-05 cs.IT math.IT
Joint Power Control and Beamforming for Uplink Non-Orthogonal Multiple Access in 5G Millimeter-Wave Communications
在本文中，我们研究了第五代（5G）无线移动通信，即毫米波（mmWave）通信和非正交多址（NOMA）的两个关键使能技术的组合。特别地，我们考虑典型的2用户上行链路mmWave-NOMA系统，其中基站（BS）配备具有单个RF链的模拟波束成形结构并且服务2个NOMA用户。一个优化问题，制定最大化的2个用户的可实现的总和速率，同时确保每个用户的最小速率约束。该问题变成联合功率控制和波束成形问题，即，我们需要找到波束形成向量，以同时引导到两个用户，这两个用户服从模拟波束形成结构，并且同时控制它们上的适当功率。由于直接搜索非凸问题的最优解过于复杂，我们建议将原问题分解为两个相对容易解决的子问题：一个是功率控制和波束增益分配问题，另一个是恒模约束下的模拟波束形成问题。大量的仿真验证了所提出的解决方案的合理性，性能评估结果表明，所提出的次优解决方案实现了接近上界的上行链路和速率性能。
2017-11-15 cs.IT math.IT
