Half-Duplex or Full-Duplex Relaying: A Capacity Analysis under Self-Interference
本文从可达速率的角度比较了多天线半双工和全双工中继。全中继操作需要中继处的额外资源，诸如天线和RF链，以用于自干扰消除。使用残余自干扰的实际模型，计算中继具有与半双工情况相同数量的天线或相同数量的RF链的情况下的全双工可实现速率和自由度，并与它们的半双工对应物进行比较。结果表明，在中继功率缩放是必要的，以最大限度地提高自由度在全双工模式。
2013-03-11 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoff for the MIMO Static Half-Duplex Relay
在这项工作中，我们研究了多天线（MIMO）静态半双工中继信道的分集复用折衷（DMT）。在一定的假设下，推导出DMT上界的一般表达式，该上界可以通过中继处的压缩转发协议来实现。DMT表达式一般作为最小化问题的解给出，并且当中继信道关于天线数目对称时，即源和目的地每个具有n个天线，并且中继具有m个天线时，找到了显式表达式。观察到，当中继具有单个天线时，静态半双工DMT与全双工DMT匹配，并且当中继具有多个天线时，静态半双工DMT严格低于全双工DMT。此外，上界的推导涉及到球面积分（即关于酉群U（n）上Haar测度的积分）的新的渐近研究，这本身就是一个数学兴趣的话题。
2009-11-08 cs.IT math.IT
Robust Resource Allocation for Full-Duplex Cognitive Radio Systems
本文研究了全双工认知无线电系统的资源分配算法设计。辅网络采用FD基站来同时服务多个半双工下行链路和上行链路用户。我们研究的资源分配的设计，最大限度地减少泄漏到主用户的干扰，同时提供服务质量为次要用户。鲁棒资源分配算法设计考虑了主用户信道状态信息的不确定性。该算法设计是一个非凸优化问题，并通过应用半定规划（SDP）松弛最佳解决。仿真结果表明，与基线方案相比，该算法不仅显著降低了干扰泄漏，而且证实了该算法的鲁棒性。
2016-02-21 cs.IT math.IT
Self-Interference Suppression for the Full-Duplex Wireless Communication with Large-Scale Antenna
在这封信中，我们提出了一种用于多用户MIMO系统的共享天线全双工大规模MIMO模型。该模型利用基站（BS）处的单个天线阵列来同时发送和接收信号。它同时具有全双工系统和时分双工（TDD）大规模MIMO系统的优点，即，高频谱效率和信道互易性。重点研究了大规模MIMO系统中常用的迫零（ZF）和最大比传输/最大比合并（MRT/MRC）线性处理方法。作为主要的发现，我们证明了自干扰（SI）在共享天线全双工大规模MU-MIMO系统可以抑制在完全依赖的上行链路和下行链路信道的天线数量变得足够大。
2015-10-01 cs.IT cs.NI math.IT
Resource Allocation for Secure Full-Duplex OFDMA Radio Systems
在本文中，我们研究的资源分配的正交频分多址（OFDMA）无线电系统采用全双工基站服务多个半双工下行链路和上行链路用户同时。资源分配的设计目标是加权系统吞吐量的最大化，同时限制信息泄漏，以保证安全的同时下行链路和上行链路传输的潜在窃听者的存在。该算法设计导致了一个混合的组合非凸优化问题，并获得全局最优解需要一个过高的计算复杂性。因此，提出了一种有效的基于逐次凸逼近的次优迭代算法。我们的仿真结果证实，所提出的次优算法实现了显着的性能增益相比，两个基线计划。
2017-05-05 cs.IT math.IT
Multi-Antenna Cooperative Wireless Systems: A Diversity-Multiplexing Tradeoff Perspective
我们考虑一个一般的多天线网络，多个源，多个目的地和多个中继的分集复用权衡（DMT）。我们研究几个子情况下，考虑到处理能力的中继（半双工或全双工），和网络的几何形状（集群或非集群），这个最普遍的问题。我们首先研究了多天线中继信道与全双工中继了解直接链路中增加的自由度的影响。我们发现DMT上界，并调查可实现的性能解码和转发（DF），压缩和转发（CF）协议。我们的研究结果表明，虽然DF是DMT最佳时，所有终端都有一个天线，它可能无法保持其良好的性能时，自由度在直接链路中增加，而CF继续执行最佳。我们还研究了半双工中继的多天线中继信道。我们表明，半双工DMT的行为可以显着不同的全双工的情况下。我们发现，CF是DMT最佳的半双工中继，以及，是第一个已知的协议，以实现半双工中继DMT。我们接下来研究多址中继信道（MARC）DMT。最后，我们研究了一个系统，一个单一的源-目的地对和多个中继，每个节点有一个天线，并表明，即使在理想化的假设全双工中继和集群网络，这个虚拟的多输入多输出（MIMO）系统永远不能完全模仿一个真正的MIMO DMT。对于具有多个源和多个目的地的合作系统，同样的限制仍然有效。
2007-07-22 cs.IT math.IT
Antenna Selection in Full-Duplex Cooperative NOMA Systems
研究了全双工（FD）协作非正交多址接入（NOMA）系统中的天线选择问题，其中多天线FD中继协助多天线基站（BS）向远端用户发送数据，同时BS向近端用户发送数据.具体而言，基于端到端的信号与干扰加噪声比在近端和远端用户，两个AS方案选择一个单一的发射天线在BS和中继，以及一个单一的接收天线在中继分别提出。为了研究这些AS方案的遍历和速率和中断概率，我们推导出封闭形式的表达式假设瑞利衰落信道。的AS计划的总速率和中断概率进行了比较，最佳选择方案，最大限度地提高性能，以及与随机AS计划。我们的研究结果表明，所提出的AS计划可以提供一个接近最佳的性能为近，远用户，分别。
2018-02-12 cs.IT math.IT
Full-Duplex MIMO Small-Cell Networks: Performance Analysis
具有多个天线的全双工小型小区中继构成了设想的5G网络架构的核心元素。在本文中，我们使用随机几何分析全双工多天线小小区的无线网络的性能，特别强调成功传输的概率。为了实现这一目标，我们还描述了全双工节点的自干扰功率的分布。建议的框架揭示了有用的见解全双工的好处，就半双工的网络吞吐量。
2015-07-03 cs.IT math.IT
Joint Power and Subcarrier Allocation for Multicarrier Full-Duplex Systems
在本文中，我们研究资源分配多载波通信系统采用全双工基站服务多个半双工下行链路和上行链路用户同时。我们研究了联合功率和子载波分配设计的加权和系统的吞吐量最大化。算法设计被公式化为混合组合非凸优化问题，并且获得全局最优解可能需要过高的计算复杂性。因此，一个低计算复杂性次优迭代算法利用逐次凸逼近的建议，以获得局部最优解。仿真结果证实，所提出的次优算法获得了显着改善系统吞吐量相比，现有的各种基线计划。
2016-09-12 cs.IT math.IT
Cooperative Multiplexing in the Multiple Antenna Half Duplex Relay Channel
已经提出了终端之间的协作以提高无线通信的可靠性和吞吐量。虽然最近的工作已经表明，中继合作提供了增加的多样性，增加复用增益超过直接链路提供的，在很大程度上还没有探索。在这项工作中，我们表明，合作复用增益可以通过使用半双工中继实现。我们捕获终端之间的相对距离在高SNR分集复用权衡（DMT）框架。DMT性能的特点，然后为一个网络具有单天线半双工中继之间的单天线源和双天线的目的地。我们的研究结果表明，可实现的复用增益使用合作可以大于直接链路，是源和中继之间的相对距离的函数相比，目的地。此外，对于小于1的复用增益，中继监听1/3时间和发送2/3时间的简单方案可以实现2 × 2 MIMO DMT。
2009-01-15 cs.IT math.IT
Multi-Antenna Assisted Virtual Full-Duplex Relaying with Reliability-Aware Iterative Decoding
为了提高系统的频谱效率和可靠性，提出了一种多天线辅助的虚拟全双工（FD）中继，目的节点采用可靠性迭代译码。该方案使两个半双工中继节点（模拟FD中继）交替充当发送端和接收端，对解码后的数据信号进行中继而不考虑解码错误，同时利用QR分解消除中继间干扰。然后，通过部署可靠性感知的迭代检测/解码过程，目的节点可以有效地减轻帧间干扰和错误传播效应在同一时间。仿真结果表明，在不增加额外的时延和信令开销的情况下，该方案的误码率比传统的基于循环冗余校验的S-DF中继和基于门限的S-DF中继高8 dB.
2017-10-18 cs.IT math.IT
A Gibbs distribution based combinatorial optimization algorithm for joint antenna splitting and user scheduling problem in full duplex massive multiple-input multiple-output (MIMO) system is proposed in this paper. The optimal solution of this problem can be determined by exhaustive search. However, the complexity of this approach becomes prohibitive in practice when the sample space is large, which is usually the case in massive MIMO systems. Our algorithm overcomes this drawback by converting the original problem into a Kullback-Leibler (KL) divergence minimization problem, and solving it th…
2021-12-24 cs.IT math.IT
Performance Analysis for Training-Based Multi-Pair Two-Way Full-Duplex Relaying with Massive Antennas
研究了一种多对双向放大转发中继系统，其中多对全双工用户通过一个具有大量天线的全双工中继进行服务，中继采用最大比合并/最大比传输（MRC/MRT）处理。首先利用正交导频方案和最小二乘法估计信道状态信息（CSI）。当中继天线的数量是有限的，我们推导出一个近似的和速率表达式，这是一个很好的预测遍历和速率，特别是在大量的天线。然后采用另一种导频方案估计每个用户对的复合CSI，以减少信道估计的导频开销，从而得到相应的可达速率表达式。我们分析了这两种导频方案的可实现速率，然后展示了这两种方法的相对优点。在此基础上，分别基于和速率最大化和最大最小公平性准则，提出了用户和中继的功率分配策略。最后，数值结果验证了分析结果的准确性，并显示所提出的功率分配所取得的性能增益。
2016-12-14 cs.IT math.IT
One of the key enablers for the realization of a variety of unmanned aerial vehicle (UAV)-based systems is the high-performance communication system linking many UAVs and ground station. We have proposed a spectrum-efficient full-duplex directional-antennas-equipped multi-UAV communication system with low hardware complexity to address the issues of low spectrum efficiency caused by co-channel interference in areal channels. In this paper, by using the prototype system including UAVs and ground station, field experiments are carried out to confirm the feasibility and effectiveness of the propo…
2022-11-04 cs.IT math.IT
In this paper, we address the antenna selection (AS) problem in full-duplex (FD) cooperative non-orthogonal multiple access (NOMA) systems, where a multi-antenna FD relay bridges the connection between the multi-antenna base station and NOMA far user. Specifically, two AS schemes, namely max-$\SUu$ and max-$\SUuu$, are proposed to maximize the end-to-end signal-to-interference-plus-noise ratio at either or both near and far users, respectively. Moreover, a two-stage AS scheme, namely quality-of-service (QoS) provisioning scheme, is designed to realize a specific rate at the far user while impr…
2022-02-25 cs.IT math.IT
A high performance multi-UAV communication system, which bridges multiple UAVs and ground station, is one of the key enablers to realize a variety of UAV-based systems. To address the issues such as the low spectrum efficiency caused by the co-channel interference, we have proposed a spectrum-efficient full-duplex multi-UA V communication system with low hardware complexity. In this paper, on-ground experiments are conducted to confirm the feasibility and effectiveness of the key feature of the proposed system, i.e., co-channel interference cancellation among UAVs by directional antennas and U…
2022-02-01 cs.IT math.IT
User Scheduling and Optimal Power Allocation for Full-Duplex Cellular Networks
研究了全双工（FD）蜂窝网络中的用户调度和功率分配问题，其中一个FD基站在每个下行链路和上行链路信道上同时与一个半双工（HD）用户通信。首先，我们提出了低复杂度的用户调度算法，旨在最大限度地提高所考虑的FD系统的总速率。其次，我们推导出两个通信链路的最优功率分配，然后利用它来引入调度过程中FD/HD模式切换的有效度量，以进一步提高系统速率性能。我们分析了瑞利衰落的平均和速率的算法，并提供封闭形式的表达式。我们的代表性的性能评估结果的算法，并没有最佳功率控制提供了有用的见解之间的相互作用速率，发射功率，自干扰（SI）消除能力，和系统中的可用用户数。
2016-05-17 cs.IT math.IT
Optimal Joint Power and Subcarrier Allocation for Full-Duplex Multicarrier Non-Orthogonal Multiple Access Systems
在本文中，我们研究的资源分配算法设计的多载波非正交多址接入（MC-NOMA）系统采用全双工（FD）基站（BS）服务多个半双工（HD）下行链路（DL）和上行链路（UL）用户同时。该算法是从一个非凸优化问题的加权和系统吞吐量最大化的解决方案。我们应用单调优化开发一个最佳的联合功率和子载波分配策略。由于其高计算复杂性，最优资源分配策略充当系统性能基准。在此基础上，提出了一种基于逐次凸逼近的次优迭代格式，以平衡计算复杂性和最优性。我们的仿真结果表明，所提出的次优算法实现了接近最优的性能。此外，采用所提出的资源分配算法的FDMC-NOMA系统与传统的HD多载波正交多址（MC-OMA）系统和其他基线方案相比，提供了显著的系统吞吐量改进。此外，我们的研究结果揭示，提出的FDMC-NOMA系统实现了更公平的资源分配相比，传统的高清MC-OMA系统。
2016-07-09 cs.IT math.IT
Resource Allocation for a Full-Duplex Base Station Aided OFDMA System
在基站（BS）上采用全双工（FD）技术是提高系统性能的一种很有前途的解决方案。受此启发，我们重新审视全双工基站（FD-BS）辅助OFDMA系统，其中包括一个BS，多个上行链路/下行链路用户和多个子载波。考虑子载波、下行链路用户（DUE）、上行链路用户（UUE）之间的联合三维（3D）映射方案以及相关联的功率分配优化。具体地说，我们首先将复杂的三维映射问题分解成三个二维子问题，并分别用迭代匈牙利法求解。然后基于拉格朗日对偶方法，通过固定一个对偶点，依次求解功率分配和三维映射问题。最后利用次梯度法求出最优解。与现有的工作，只解决3D映射或功率分配问题，但具有较高的计算复杂度，我们解决这两个问题，并成功地降低了计算复杂度从指数到多项式阶。数值仿真结果验证了该方案的有效性。
2017-03-12 cs.IT math.IT
Full-Duplex Radio for Uplink/Downlink Wireless Access with Spatially Random Nodes
研究了一种全双工（FD）多天线接入点（AP）与单天线半双工（HD）空间随机用户通信以支持同时上行（UL）/下行（DL）传输的问题。由于FD节点固有地受到干扰（LI）的约束，我们研究了基于最大比合并（MRC）/最大比传输（MRT）的AP的预编码方案，迫零以及使用随机几何工具的UL和DL和速率最大化的最佳方案。为了摆脱洞察系统的性能，简单的表达式为单天线/完美的LI消除/可忽略的节点间干扰的情况下也提出。我们表明，在AP处的FD预编码提高了UL/DL总和速率，因此可以实现HD模式的性能的加倍。特别是，我们的研究结果表明，这些令人印象深刻的性能增益基本上保持不变，即使LI取消是不完美的。此外，FD和HD模式之间的相对性能差距随着发射/接收天线的数量变大而增加，而对于MRC/MRT方案，增加FD AP处的接收天线数量在总速率方面比增加发射天线数量更有益。
2015-10-23 cs.IT math.IT
A Joint Resource Allocation Scheme for Multi-User Full-Duplex OFDMA Systems
全双工是一种很有前途的技术，特别是当我们将其应用于基站时，可以实现极大的系统性能提升。在本文中，我们考虑了一个多用户OFDMA网络组成的一个全双工基站，多个上行链路用户，和一些下行链路用户。研究了子载波、下行用户和上行用户的联合映射和功率分配优化问题。具体地说，我们首先将三维映射问题分解为三个二维子问题，并使用经典匈牙利方法迭代求解。然后，基于对偶方法，依次求解每个对偶点的功率分配和三维映射问题。并利用次梯度法求出了对偶问题的最优解。与现有的方法，只解决一个子问题，但具有很高的计算复杂度，我们解决了这两个问题，并成功地降低计算复杂度从指数到多项式阶。数值模拟进行了验证所提出的系统。
2017-01-08 cs.IT math.IT
Full-duplex Multi-Antenna Relay Assisted Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access
我们考虑了一个合作的非正交多址接入（NOMA）网络中，一个全双工（FD）多天线中继协助传输从基站（BS）到一组远用户与恶劣的信道条件，而在同一时间的BS发送到一组附近的用户与强信道条件。我们假设不完美的自干扰（SI）消除在FD中继和不完美的用户间干扰消除在附近的用户。为了消除中继站的SI，采用了基于迫零的波束形成方案，并对随机近用户和随机远用户（RNRF）以及最近近用户和最近远用户（NNNF）两种用户选择策略进行了相应的中断概率分析。我们的研究结果表明，显着的性能改善，可以通过使用FD多天线中继相比，对应的系统与半双工中继。所实现的性能增益取决于网络参数，例如用户密度、用户区域、路径损耗和在邻近用户的情况下的用户间干扰的强度。我们还表明，NNNF策略表现出优越的中断性能相比，RNRF策略，特别是在近的情况下，
2017-08-13 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Full-Duplex Cellular Networks with Reconfigurable Antennas at Base Station
考虑全双工（FD）蜂窝网络，其中FD基站（BS）同时支持一组半双工（HD）下行链路（DL）用户和一组HD上行链路（UL）用户。基站的发射机和接收机配备了可重构天线，每个天线都可以从多种预设模式中选择其发射或接收模式。在基站FD操作无自干扰的假设下，研究了发送侧无信道状态信息（CSIT）和部分CSIT情况下FD蜂窝网络的和自由度（DoF）。特别地，针对无CSIT模型完全表征和DoF，并且针对部分CSIT模型建立可实现的和DoF，这改进了常规HD蜂窝网络的和DoF。对于无CSIT和部分CSIT模型，结果表明，随着DL和UL用户数量以及预设模式的增加，即使在存在用户间干扰的情况下，具有可重构天线的FD BS也可以使总和DoF加倍。它进一步表明，这样的自由度的改善确实产生在有限的和操作的信噪比制度的和速率的改善。
2016-11-15 cs.IT math.IT
Optimal Resource Allocation in Full-Duplex Wireless-Powered Communication Network
研究了无线供电通信网络（WPCN）中的最优资源分配问题，其中一个混合接入点（H-AP）在下行链路（DL）向一组分布式用户广播无线能量，同时在上行链路（UL）通过时分多址（TDMA）接收来自用户的独立信息。我们设计了一个有效的协议，以支持同时无线能量传输（WET）在DL和无线信息传输（WIT）在UL的建议FD-WPCN。我们联合优化针对DL WET的H-AP和针对UL WIT的不同用户的时间分配以及在H-AP处随时间的发射功率分配，以最大化具有所收获能量的UL信息传输的用户的加权和速率。我们认为这两种情况下，完美和不完美的自干扰消除（SIC）在H-AP，我们获得最佳和次优的时间和功率分配的解决方案，分别。此外，我们认为半双工（HD）WPCN作为一个基线计划，并得出其最佳的资源分配解决方案。仿真结果表明，FD-WPCN优于HD-WPCN时，有效的SIC可以实现和更严格的峰值功率约束应用在H-AP。
2014-09-15 cs.IT math.IT
Multi-Objective Resource Allocation in Full-Duplex SWIPT Systems
在本文中，我们研究的资源分配算法设计全双工同时无线信息和功率传输（FD-SWIPT）系统。所考虑的系统包括FD无线电基站、多个单天线半双工（HD）用户和配备有多个天线的多个能量采集器。我们提出了一个多目标优化框架，研究上行链路发射功率最小化，下行链路发射功率最小化，总收获能量最大化之间的权衡。所考虑的优化框架考虑了上行链路和下行链路通信以及无线功率传输的异构服务质量要求。将非凸多目标优化问题转化为一个等价的秩约束半定规划问题，并利用半定规划松弛法进行优化求解。所提出的框架的解决方案的结果在一组帕累托最优的资源分配政策。数值结果揭示了一个有趣的权衡所考虑的冲突系统的设计目标，并揭示了提高功率效率促进FD在SWIPT系统相比，传统的HD系统。
2016-01-31 cs.IT math.IT
UAV-based wireless systems, such as wireless relay and remote sensing, have attracted great attentions from academia and industry. To realize them, a high-performance wireless aerial communication system, which bridges UAVs and ground stations, is one of the key enablers. However, there are still issues hindering its development, such as the severe co-channel interference among UAVs, and the limited payload/battery-life of UAVs. To address the challenges, we propose an aerial communication system which enables system-level full-duplex communication of multiple UAVs with lower hardware complexi…
2022-02-01 cs.IT math.IT
Resource Allocation in Full-Duplex Mobile-Edge Computing Systems with NOMA and Energy Harvesting
该文研究了一种具有非正交多址接入（NOMA）和能量收集（EH）的全双工（FD）移动边缘计算（MEC）系统，其中一组用户通过NOMA同时将任务数据卸载到基站（BS），而基站通过FD同时接收数据并向另一组用户广播能量。我们的目标是通过功率控制，时间调度和计算能力分配的系统的总能耗最小化。为了解决这个非凸问题，我们首先将其转化为一个等价的问题，较少的变量。等价的问题被证明是凸的，在每个向量与其他两个向量固定，这使我们能够设计一个迭代算法具有较低的复杂性。仿真结果表明，该算法比传统的方法具有更好的性能。
2018-07-31 cs.IT math.IT
Low-Resolution ADC Quantized Full-Duplex Massive MIMO-Enabled Wireless Backhaul in Heterogeneous Networks Over Rician Channels
本文研究了莱斯信道上低分辨率模数转换器（ADC）量化全双工大规模多输入多输出（MIMO）回程的异构网络的频谱/能量效率（SE/EE）。回程通信分两个阶段完成。在第一阶段期间，宏小区（MC）基站（BS）部署大规模接收天线和少量发射天线;小小区（SC）BS采用大规模接收天线和单个发射天线。对于第二阶段，发射和接收天线的角色被切换。由于ADC的分辨率较低，我们考虑了量化噪声（QN）。我们表征了天线数量、自干扰、SC到SC干扰、QN和Rician K因子的联合影响。对于第一阶段，SE用大规模接收天线增强，并且由于QN的损失是有限的。对于第二阶段，期望信号和QN具有相同的阶数。因此，SE因大量发射天线而饱和。随着Rician K因子的增加，SE收敛。功率缩放定律推导证明，发射功率可以按比例缩小到大量的天线。我们研究EE/SE权衡。EE/SE区域的包络随着Rician K因子的增加而增长。
2020-05-13 cs.IT math.IT
Resource Allocation and Relay Selection In Full-Duplex Cooperative Orthogonal Frequency Division Multiple Access Networks
研究了带内全双工协作蜂窝网络上行链路中继选择问题。假设一个正交频分多址（OFDMA）蜂窝网络，我们开发了一个中继选择和资源分配算法，该网络。中继选择算法基于用户之间的距离和工作在放大转发（AF）模式下的信号与干扰加噪声比（SINR）来选择最佳中继。该优化问题为所有用户分配最优的子载波和功率，以最大化网络的平均和速率。此外，优化问题的约束条件是每个用户的服务质量（QoS）和发射功率。仿真结果表明了该方法的良好性能。
2017-02-07 cs.IT math.IT
Resource Allocation in Full-Duplex Communications for Future Wireless Networks
最近在实现全双工~（FD）系统方面取得的重大进展为在未来无线网络中提高服务质量（QoS）和体验质量（QoE）开辟了一条有希望的途径。目前迫切需要解决FD网络设计、理论和开发的不同方面的各种挑战。除了自干扰消除信号处理算法之外，诸如资源管理之类的网络协议在FD无线网络的实际设计和实现中也是必不可少的。本文从功率、空间、频率、设备等方面对全双工系统中的网络资源进行了分析，并提出了不同全双工系统中资源分配的最新进展和未来发展方向。四个代表性的应用场景被认为是：FD MIMO网络，FD合作网络，FD OFDMA蜂窝网络，和FD异构网络。提出了这些系统中的资源管理问题和新算法，并讨论了关键的开放研究方向。
2015-05-12 cs.IT math.IT
Pinching Antenna-Assisted Full-Duplex Communication Systems
Southwest Jiaotong University（西南交通大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Aristotle University of Thessaloniki（塞萨洛尼基亚里士多德大学）
针对全双工通信中自干扰抑制难题，提出夹捏天线系统辅助的FD架构，通过动态调整天线位置与波束赋形协同，联合优化天线位置、波束赋形和功率分配，显著提升和速率并有效抑制自干扰。
2026-09-25 cs.IT math.IT
Robust and Secure Resource Allocation for Full-Duplex MISO Multicarrier NOMA Systems
本文研究了多输入单输出（MISO）多载波非正交多址（MC-NOMA）系统中的资源分配算法设计。在该系统中，一个全双工基站在同一个子载波上同时为多个半双工上下行用户提供服务。资源分配被优化用于最大化加权系统吞吐量，同时信息泄漏被约束并且人工噪声被注入以保证在存在多个潜在窃听者的情况下的安全通信。为此，我们制定了一个强大的非凸优化问题，考虑到不完美的信道状态信息（CSI）的窃听信道和服务质量（QoS）的要求，合法用户。尽管优化问题的非凸性，我们最佳地解决它通过应用单调优化，产生最佳的波束形成，人工噪声设计，子载波分配，功率分配政策。最优资源分配策略用作性能基准，因为相应的基于单调优化的算法需要高计算复杂性。因此，我们还开发了一个低复杂度的次优资源分配算法收敛到一个局部最优解。我们的仿真结果表明，次优算法的性能接近的最优算法。此外，与传统的MISO正交多址接入（OMA）系统和其他两种基本方案相比，本文提出的最优MISO NOMA系统不仅能够同时保证上下行通信的安全性，而且系统保密率有了显著的提高。
2017-10-03 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoff in Multi-Antenna Multi-Relay Networks: Improvements and Some Optimality Results
本文研究的好处放大转发（AF）中继在多天线无线网络的设置。随机顺序（RS）中继的概念以前在文献中介绍，并表明，它实现了最大的分集增益在一般的多天线网络。在这里，我们表明，随机酉矩阵乘法在中继节点授权RS计划，以实现更好的分集复用权衡（DMT）相比，传统的AF中继。首先，我们研究了多天线全双工单中继两跳网络的情况下，我们表明，RS达到最佳DMT。应用这一结果，我们得到了一个新的可实现的DMT的情况下，多天线半双工并行中继网络。有趣的是，事实证明，RS方案的DMT对于多天线两个并行非干扰半双工中继的情况是最佳的。接下来，我们表明，随机酉矩阵乘法也提高了DMT的非正交AF中继方案的情况下，多天线单中继信道。最后，我们研究了一般情况下的多天线全双工中继网络，并推导出一个新的下界的DMT使用RS计划。
2009-12-20 cs.IT math.IT
Robust Transceiver Design for MIMO Decode-and-Forward Full-Duplex Relay
针对不可分辨的系统不确定性的鲁棒收发器设计对于可靠通信至关重要。例如，全双工通信在消除自干扰时遭受这种不确定性，因为残余自干扰（RSI）由于不完善的信道知识而保持未被消除。我们考虑一个MIMO多跳系统，其中的源，中继和目的地都配备了多个天线。我们允许多流波束赋形授予MIMO技术，而不限制传输到单流。中继可以在半双工或全双工模式下工作，并根据RSI强度改变模式。此外，中继被假定为执行解码和转发（DF）策略。我们研究了一个鲁棒的收发器设计问题，最大化的吞吐率最坏情况下的RSI信道不确定性约束。该问题是一个非凸优化问题。我们提出了一个有效的算法来迭代地获得局部最优解。最后，我们得到的见解在中继输入前端和输出前端的最佳天线分配，中继接收和传输，分别。有趣的是，在源处的天线数量少于目的地处的天线数量的情况下，在中继输入前端处应当使用比中继输出前端处更多数量的天线。
2019-01-25 cs.IT math.IT
Technical Report: Outage Performance of Full-Duplex MIMO DF Relaying using Zero-Forcing Beamforming
本文研究了多天线终端的解码转发协作网络中全双工中继的性能。更具体地说，通过分析端到端的统计，我们推导出精确的封闭形式的表达式的端到端中断概率的发送和接收ZFBF计划在瑞利衰落环境。一些选定的结果显示了一些有趣的观察有用的系统设计者。具体来说，我们观察到中断性能可以通过采用不同的天线配置的联合ZF为基础的预编码得到改善。
2017-03-09 cs.IT math.IT
Multi-Pair Two Way AF Full-Duplex Massive MIMO Relaying with ZFR/ZFT Processing
我们考虑双向放大和转发中继，其中多个全双工用户对通过共享的全双工大规模多输入多输出（MIMO）中继交换信息。我们推导出封闭形式的频谱效率与迫零处理的中继，通过使用最小均方误差信道估计。本文所考虑的系统模型的迫零下限，这是有效的任意数量的天线，尚未推导出在大规模MIMO中继文献。我们数值上证明了推导出的下界的准确性和使用迫零处理实现的性能改善。我们还数值演示了一个全双工系统实现的频谱增益超过一个半双工的各种天线制度。
2017-10-03 cs.IT math.IT
Half-Duplex or Full-Duplex Communications: Degrees of Freedom Analysis under Self-Interference
带内全双工（FD）通信由于增加的频谱效率和容量而为无线系统的半双工（HD）提供了有前景的替代方案。在本文中，HD和FD无线电实现的双向，两跳和双向两跳通信的自由度（DoF）在一个现实的剩余自干扰（SI）模型下进行了比较。针对HD、天线节省（AC）和RF链节省（RC）FD无线电实现的每个通信场景执行DoF分析。DoF分析表明，对于双向信道，具有不完美SI消除的可实现AC FD严格地在HD以下执行，并且当SI可以被充分消除时，RC FD DoF权衡是优越的。对于两跳信道，当中继具有大量天线和足够的SI消除时，FD是更好的。对于双向两跳信道，当两个节点需要相似的吞吐量时，FD的可实现DoF对的性能并不优于HD。FD仍然可以实现比HD更好的DoF对，只要中继具有足够数量的天线和SI抑制。
2017-11-14 cs.IT math.IT
Impact of Directionality on Interference Mitigation in Full-Duplex Cellular Network
在本文中，我们考虑两个基本的全双工（FD）架构，两个节点和三个节点，在蜂窝网络的终端采用定向天线的背景下。在非正交信道中同时发送和接收数据使得FD无线电成为当前有限频谱的潜在解决方案。然而，其实施方式产生高水平的干扰，或者是从收发器的输出到输入天线的干扰（LI）的形式，或者是由于大量的活动链路而在大规模多小区网络中产生同信道干扰的形式。利用随机几何模型，我们研究了定向天线如何控制和减轻同频干扰。此外，我们提供了一个模型，其特征在于定向天线管理LI的方式，以被动地抑制it.Our结果表明，这两种架构可以受益于定向天线的就业显着。最后，我们考虑的情况下，这两种架构都采用在网络中，并获得最佳值的密度分数的每个架构，最大限度地提高成功概率和网络吞吐量。
2016-11-02 cs.IT math.IT
Throughput Analysis and Optimization of Wireless-Powered Multiple Antenna Full-Duplex Relay Systems
我们考虑一个全双工（FD）解码和转发系统，其中的时间交换协议是由多天线中继接收能量从源和发送信息到目的地。瞬时吞吐量最大化，通过优化接收和发送波束形成器在中继和时间分割参数。我们研究最优和次优方案。在某些情况下，最优方案中的重新表达的问题在发射波束形成器方面实现了封闭形式的解决方案。在其他情况下，优化问题被制定为半定松弛问题，并且总是保证秩一最优解。在次优方案中，波束形成器使用最大比合并、迫零和最大比传输来获得。当波束形成器有封闭形式的解决方案，可实现的瞬时和延迟约束的吞吐量的分析特征。我们的研究结果表明，波束成形增加了FD中继的能量收集和环路干扰抑制能力。此外，仿真结果表明，选择的线性处理方案以及时间分裂起着关键作用，在确定FD增益。
2016-01-30 cs.IT math.IT
Robust Transceiver Design for Full-Duplex Decode-and-Forward Relay-Assisted MIMO Systems
针对不可分辨的系统不确定性的鲁棒收发器设计对于可靠通信至关重要。例如，全双工通信在消除自干扰时遭受这样的不确定性，因为一些残余自干扰（RSI）由于不完善的信道知识而保持未被消除。我们考虑一个MIMO多跳系统，其中的源，中继和目的地都配备了多个天线。所考虑的解码和转发（DF）混合中继可以工作在半双工或全双工模式，和模式的变化自适应地依赖于RSI强度。我们研究了一个鲁棒的收发器设计问题，最大化的吞吐率的最坏情况下的自干扰信道的不确定性约束。所得到的问题是一个非凸优化问题，其中非凸目标是在半定矩阵锥上优化的。在不失一般性的前提下，我们利用优化理论将问题简化为多个标量参数的优化问题。此外，我们提出了一个有效的算法，以获得局部最优解迭代。最后，我们得到的见解在中继输入前端和输出前端的最佳天线分配，中继接收和传输，分别。有趣的是，给定中继器处的天线数量，如果分配给接收的天线多于分配给传输的天线，则鲁棒性提高。
2019-12-30 cs.IT math.IT
Full-duplex Amplify-and-Forward Relaying: Power and Location Optimization
在本文中，我们考虑了全双工（FD）放大转发（AF）中继系统，并优化其功率分配和中继位置，以最小化系统的符号出错率（SER）。首先，我们推导出的渐进表达式的中断概率和SER性能，考虑到残留自干扰（RSI）的FD系统。然后，我们制定的最小SER标准的基础上的优化问题。分析和数值计算结果表明，优化中继位置和功率分配可以显著提高系统误码率性能，通过优化中继位置和功率分配可以显著降低由中继干扰引起的系统性能地板。
2017-03-21 cs.IT math.IT
Multi-objective Antenna Selection in a Full Duplex Base Station
使用全双工（FD）通信系统是提高频谱效率的新方法。由于这个原因，它在新一代无线通信系统中受到了严重的关注。FD系统的主要挑战是需要适当减少的自干扰。在本文中，我们已经考虑了FD多天线基站在蜂窝网络中，我们使用的天线选择技术来解决自干扰问题。我们还提供了一个新的标准来选择一个合适的天线。在这个新的准则中，天线选择被建模为一个多目标优化问题。这里，选择同时最小化干扰信道增益和最大化上行链路（UL）和下行链路（DL）信道增益的天线用于发送和接收。基站必须在UL和DL两者中表现良好，并且同时减少自干扰。因此，多目标准则比单目标准则具有更好的性能。虽然，在具有单目标准则的常规天线选择中，仅考虑UL和DL信道或干扰信道的功能。最后，仿真结果表明，新准则具有更高的吞吐率比其他传统的单目标天线选择技术。
2019-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
Asymmetric Degrees of Freedom of the Full-Duplex MIMO 3-Way Channel with Unicast and Broadcast Messages
在本文中，我们描述了非对称的总自由度（DoF）的多输入多输出（MIMO）3路信道。每个节点都有一个单独的天线全双工MIMO收发器，具有不同数量的天线，其中每个天线可以被配置用于信号发送或接收。我们研究这个系统下的两个消息配置;第一个配置是当每个节点有两个单播消息传递到其他两个节点，而第二个配置是当每个节点有两个单播消息以及一个广播消息传递到其他两个节点。对于每种配置，我们首先推导出系统总自由度的上限。割集界结合基因辅助界推导出可实现的总自由度的特征。之后，我们分析得出的最佳数量的发射和接收天线在每个节点，以最大限度地提高系统的总自由度，在每个节点的天线总数。最后，每个配置的可实现的方案构造。所提出的方案主要是基于迫零和零空间发射波束成形。
2016-07-31 cs.IT math.IT
Optimal Power Allocation Strategies in Full-duplex Relay Networks
在这项工作中，我们考虑一个双跳，解码和转发网络中的中继可以工作在全双工（FD）或半双工（HD）模式。我们将残留自干扰建模为加性高斯噪声，其方差与中继发射功率成比例，并且我们假设源处的输入分布为高斯分布。与以前的工作不同，我们假设源只知道中继在给定的时间范围内通过的发射功率分布，但不知道中继当前正在发送的符号。该假设更好地反映了中继节点也转发信令业务或由其他源发起的数据的实际情况。在这些条件下，我们确定了最佳的功率分配策略在源和中继，这在某些情况下符合半双工传输模式。特别是，我们证明，这种策略意味着无论是FD传输在整个帧，或FD/HD传输在一个可变的部分帧。我们确定的最佳发射功率电平在源和中继为每帧，或其部分。我们比较所提出的方案对参考FD和HD技术的性能，它假设源是知道的中继瞬时传输的符号。我们的研究结果强调，我们的计划密切接近或优于这些参考策略。
2017-08-04 cs.IT 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
Secrecy of Multi-Antenna Transmission with Full-Duplex User in the Presence of Randomly Located Eavesdroppers
本文针对随机分布窃听者场景，研究多天线传输至全双工用户的多种保密方案，推导出各方案保密中断概率的闭式表达式，为网络设计提供理论依据。
2020-12-17 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis and Optimization of Cooperative Full-Duplex D2D Communication Underlaying Cellular Networks
本文研究了蜂窝网络下的协作全双工设备到设备（D2D）通信，其中蜂窝用户（CU）充当全双工中继以辅助D2D通信。为了同时支持D2D中继和上行传输，在CU和D2D接收机处分别采用叠加编码和连续干扰消除。推导了系统的可达速率域和联合中断概率，以表征系统的性能。提出了一种最优功率分配方案，以最大化最小可达速率。此外，通过分析联合中断概率的上界，我们研究了一种次优功率分配，以改善中断性能。仿真结果证实了理论分析和所提出的功率分配方案的优势。
2018-05-17 cs.IT math.IT
Performance of Network-Assisted Full-Duplex for Cell-Free Massive MIMO
网络辅助全双工（NAFD）是一种适用于未来无线网络的空分双工技术，具有无小区的大规模多输入多输出在CF大规模MIMO（CF massive MIMO）网络中，使用半双工或全双工的大量远程天线单元（RAU）共同支持真正灵活的双工，包括时分双工，通过使用网络MIMO方法，根据上行链路和下行链路业务的需求，实现频分双工和全双工。利用NAFD，可以增加无线网络的双向数据率并且可以减少端到端延迟。该文研究了空间相关信道下，非理想信道状态信息（CSI）条件下CF大规模MIMO网络中NAFD通信的频谱效率。基于高维随机矩阵理论，推导了上行和速率最小均方误差（MMSE）接收机以及下行和速率迫零（ZF）和正则迫零（RZF）波束形成的确定性等价公式。数值结果表明，在不同的环境设置下，确定性的等效是准确的，在一个大规模的系统和系统与有限数量的天线。研究还表明，通过下行到上行干扰消除，可以提高具有NAFD的CF大规模MIMO的上行频谱效率。比较了带内全双工、半双工等不同双工配置下NAFD的频谱效率。在发射天线和接收天线总数相同的情况下，具有半双工RAU的NAFD提供了更高的频谱效率。为了减轻上下行干扰，提出了一种基于遗传算法的用户调度策略。仿真结果表明，与随机用户调度相比，采用GAS的下行链路可达和速率有了很大的提高。
2019-05-27 cs.IT math.IT
Self-Interference in Full-Duplex Multi-User MIMO Channels
我们考虑一个多用户多输入多输出（MIMO）设置全双工（FD）多天线节点应用线性波束形成器，同时发送和接收多个流在莱斯衰落信道。精确的第一次和第二次正的时刻的剩余自干扰（SI），涉及平方范数的非同分布的随机变量之和，推导出封闭的形式。因此调用矩量法来提供剩余SI分布的Gamma近似。所提出的定理在任意线性预编码器/解码器设计、天线和流的数量以及SI消除能力下成立。
2017-01-01 cs.IT math.IT
Resource allocation in OFDMA networks with half-duplex and imperfect full-duplex users
最近的研究表明带内全双工（FD）无线通信的可行性，其中无线电在同一频带中同时发送和接收。由于其增加容量的潜力，分析包含全双工设备的蜂窝网络的性能至关重要。在本文中，我们考虑最大化的下行链路和上行链路的加权和速率的单小区OFDMA网络，该网络由一个不完美的FD基站（BS）和半双工和不完美的全双工移动用户的混合。为此，子信道分配和功率分配的联合问题进行了研究，并提出了一个两步的解决方案。提出了一种将每个子信道分配给一对上下行用户的启发式算法，该算法具有多项式复杂度。利用两凹函数差法将功率分配问题转化为凸性问题，并得到了迭代解。仿真结果表明，当所有用户和基站都是完美FD节点时，网络吞吐量可以提高一倍，否则，网络性能的提高会受到节点间干扰和自干扰的限制。我们还研究了自干扰消除能力和FD用户的百分比在室内和室外场景下对网络性能的影响。
2016-05-06 cs.IT cs.NI math.IT
Max-Min Fairness User Scheduling and Power Allocation in Full-Duplex OFDMA Systems
在全双工（FD）多用户网络中，系统性能不仅受到自干扰的限制，而且受到由于同时的上行链路和下行链路传输而引起的同信道干扰的限制。在频分复用多用户网络中，用户的上行/下行传输方向和功率分配的联合设计是获得高系统性能的关键。本文研究了FD多用户正交频分多址接入（OFDMA）系统中联合上行/下行传输方向分配（TDA）、用户配对（UP）和功率分配问题，以最大化系统最大最小公平性（MMF）速率。该问题是制定与两个时间尺度的结构，其中的TDA和UP变量是用于优化长期的MMF速率，而功率分配是用于优化瞬时的MMF速率在每个信道相干间隔。我们研究的联合MMF速率最大化问题是NP-困难的一般。为了获得高质量的次优解，我们提出了基于简单松弛和贪婪舍入技术的有效方法。仿真结果表明，所提出的算法是有效的，并取得更高的MMF率比现有的探试法。
2019-04-08 cs.IT math.IT
Multipair Full-Duplex Relaying with Massive Arrays and Linear Processing
我们考虑一个多对解码和转发中继信道，其中多个源同时发送他们的信号到多个目的地的帮助下，一个全双工中继站。我们假设中继站配备了大量的阵列，而所有的源和目的地有一个单一的天线。中继站使用从接收到的导频和迫零（ZF）或最大比组合/最大比传输（MRC/MRT）获得的信道估计来处理信号。为了显著地减少环路干扰效应，我们提出了两种技术：i）使用大规模接收天线阵列;或者ii）在中继站处使用大规模发射天线阵列以及非常低的发射功率。我们推导出一个确切的可实现的速率在封闭形式的MRC/MRT处理和ZF处理的可实现的速率的解析近似。这种近似是非常严格的，特别是对于大量的中继站天线。这些封闭形式的表达式使我们能够确定全双工模式优于半双工模式的区域，以及设计最佳的功率分配方案。这种最优功率分配方案的目标是在中继站和源的峰值功率约束下，在给定的频谱效率和下，最大化能量效率。数值结果验证了最优功率分配方案的有效性。此外，我们表明，通过加倍的发射/接收天线的数量在中继站，每个源和中继站的发射功率可以减少1.5dB，如果导频功率等于信号功率，和3dB，如果导频功率保持固定，同时保持给定的服务质量。
2014-05-05 cs.IT math.IT
Wireless Information and Power Transfer in Full-Duplex Systems with Massive Antenna Arrays
我们考虑一个多用户无线系统与全双工混合接入点（HAP），发送到一组用户在下行链路信道，而接收数据从一组能量受限的传感器在上行链路信道。我们假设HAP配备了一个庞大的天线阵列，而所有的用户和传感器节点有一个单一的天线。我们采用了一种时间切换协议，在第一阶段，传感器通过无线能量传输从HAP和HAP估计用户的下行链路信道。在第二阶段，传感器使用收集的能量传输到HAP。通过在上行链路和速率约束下求解下行链路和速率最大化问题来获得下行链路-上行链路和速率区域。此外，假设完美和不完美的信道状态信息，我们推导出表达式的可实现的上行链路和下行链路速率在大天线的限制和近似的结果，适用于任何有限数量的天线。基于这些分析结果，我们得到了功率-缩放定律，并分析了天线数目对消除用户内干扰和自干扰的影响。
2017-04-08 cs.IT cs.NI math.IT
Pilot Optimization and Power Allocation for OFDM-based Full-duplex Relay Networks with IQ-imbalances
在具有IQ不平衡和全双工中继站的OFDM中继网络中，如何利用频域最小二乘信道估计器的均方误差和（Sum-MSE）最小化准则来优化导频图案和功率分配，对自干扰消除有重要影响。首先将导频方向图的设计问题转化为凸优化问题。从KKT条件出发，在固定源功率和RS功率的情况下，导出了最优解的解析表达式。随后，在源节点和RS的总发射功率总和约束下，提出并给出了一种最优功率分配（OPA）策略，以进一步缓解Sum-MSE的影响。仿真结果表明，该OPA算法的最小均方误差（Sum-MSE）优于等功率分配（EPA）算法，且最小均方误差（Sum-MSE）性能增益随着$ρ$偏离$ρ^o$的值而增大，其中$ρ$定义为RS处剩余SI信道与从源到RS的预期信道的平均比值.例如，通过以因子$4$收缩或拉伸$ρ$，OPA实现超过EPA的约5dB SNR增益。更重要的是，随着$ρ$减小或增大得更多，性能增益变得更加显著。
2017-09-11 cs.IT math.IT
