On the Optimal Beamwidth of UAV-Assisted Networks Operating at Millimeter Waves
毫米波（mm波）频带实现了可以生成用于波束成形和空间复用的窄波束的非常大的天线阵列。然而，方向性引入波束未对准并导致降低的能量效率。因此，在小区中采用最可能的波束可能不一定意味着最大覆盖。这项工作的目的是确定最佳扇区波束宽度的蜂窝体系结构服务的无人机（UAV）作为基站（BS）。假设小区中的用户在给定的用户密度下按照泊松点过程（PPP）分布。我们考虑在无人机的混合波束形成，使得多个并发波束同时服务于所有扇区。一个优化问题，制定在一个给定的区域最大化的总和速率，同时限制每个扇区的总功率。我们观察到，对于给定的发射功率，最佳扇区波束宽度随着小区中的用户密度减小而增加，并且基于UAV的高度而变化。因此，我们为农村地区的用户提供了最佳波束成形配置的指导方针。
2023-01-26 cs.IT cs.NI math.IT
Modeling and Analyzing Millimeter Wave Cellular Systems
我们提供了毫米波（mmWave）蜂窝系统的数学模型和分析技术的全面概述。与常规Sub-6 GHz蜂窝系统的两个基本物理差异是（i）易受阻塞，以及（ii）需要在发射器和/或接收器处的显著方向性，这是通过使用小个体元件的大天线阵列来实现的。我们概述和比较这两个因素的模型，并提出了一个基线分析方法的基础上随机几何，允许计算的统计分布的下行链路信号干扰噪声比（SINR）和每链路数据率，这取决于SINR以及平均负载。模型和分析有许多含义：（a）对于大多数参数配置，毫米波系统比Sub-6 GHz更明显地受到噪声限制;（b）在毫米波中，初始接入要困难得多;（c）自回程比Sub-6 GHz系统更可行，这使得超密集部署更可行，但这导致越来越多的干扰限制行为;以及（d）与Sub-6 GHz系统形成鲜明对比的是，蜂窝运营商可以通过共享其频谱许可证而互惠互利，尽管这样做会导致不受控制的干扰。最后，我们概述了几个重要的扩展的基线模型，其中许多是有前途的途径，为未来的研究。
2016-05-13 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Fifth-Generation Cellular Uplink
预计第五代蜂窝网络相对于第四代网络至少会表现出三个主要的物理层差异：毫米波传播、天线阵列方向性和基站密度。在本文中，这些差异对单载波频域多址上行链路系统的跳频性能的影响进行了评估。一个新的分析，这是更详细的比任何其他在现有的文献，并容纳实际的基站拓扑结构，捕捉上行链路通信的主要特点。介绍了基于毫米波测量的距离相关幂律、阴影和衰落模型。说明了基站密集化、高度定向扇区化和跳频的有益效果。
2015-08-25 cs.IT cs.NI math.IT
A 3D Human Body Blockage Model for Outdoor Millimeter-Wave Cellular Communication
阻塞是第五代（5G）蜂窝通信系统利用毫米波的最重要挑战之一。与建筑物或地形造成的阻塞相比，人体阻塞由于人的移动性和动态统计性而表现出更高的复杂性。为了支持室外毫米波蜂窝系统的发展，在本文中，我们提出了一种新的三维人体阻塞的物理模型。基于该模型，讨论了人体遮挡对基于帧的数据传输的影响，以及系统规格和环境条件。
2017-10-23 cs.IT math.IT
Joint CFO and Channel Estimation in Millimeter Wave Systems with One-Bit ADCs
提出了一种在毫米波MIMO系统中联合估计载波频偏和窄带信道的方法。我们假设完美的定时同步，并使用提升技术将底层CFO信道优化问题转换到更高维的空间。利用毫米波MIMO信道在角度域的稀疏性，我们通过求解提升版本的噪声量化压缩感知问题，使用广义近似消息传递来执行联合估计。仿真结果表明，我们的方法是能够恢复的信道和CFO使用一位的测量。
2017-07-29 cs.IT math.IT
Design Challenges of Millimeter Wave Communications: A MAC Layer Perspective
由于对强大数据量的指数级需求，频谱变得越来越稀缺，新的毫米波（mmW）频带被认为是5G通信的支持者，以提供多千兆比特的无线接入。MmW通信表现出高衰减和阻塞、由于大规模波束成形的方向性、耳聋、低干扰，并且可能需要微波网络进行协调和回退支持。当前的mmW配置受到由这种异构通信系统和mmW频带特性给出的压倒性复杂度的挑战。这需要在所有层上开发新的实质性协议。本文综述了毫米波通信中的介质访问控制问题。它被讨论，而现有的标准解决了这些问题的个人和局域网，很少有做蜂窝网络。有人认为，介质访问控制层应配备适应机制，知道特殊的毫米波特性。提供了5G中mmW介质访问控制设计的建议。它的结论是，毫米波的高效访问控制技术的设计是在其起步阶段，还有很多工作要做。
2014-03-12 cs.IT cs.NI math.IT
Multi-User Millimeter Wave Channel Estimation Using Generalized Block OMP Algorithm
在多用户毫米波通信系统中，我们考虑估计中心节点（基站）和每个用户设备（UE）之间的信道响应的问题。我们提出了三种不同的策略：1）每个UE单独估计其信道，2）基站联合估计所有UE的信道，以及3）在UE和基站两者处进行估计的两阶段过程。利用毫米波信道的低秩性质，我们提出了一个广义块正交匹配追踪（G.BOMP）的信道估计框架，在所有三种策略。仿真结果表明，在多用户毫米波系统中，G.BOMP算法的平均波束形成增益高于传统的OMP算法和现有的其他算法。
2017-03-16 cs.IT math.IT
Initial Access in 5G mm-Wave Cellular Networks
毫米波频率（大约在10 GHz以上）的大量可用带宽有可能大大增加第五代蜂窝无线系统的容量。然而，为了克服在这些频率处经历的高各向同性路径损耗，在基站和移动用户设备处都需要高方向性以在广域网中建立足够的链路预算。这种对方向性的依赖对于控制层过程具有重要意义。由于需要基站和用户找到用于定向发送和接收的适当对准，初始接入尤其可能被显著延迟。本文提供了一个调查最近提出的几种技术，用于此目的。覆盖和延迟分析进行比较各种技术，包括穷举和迭代搜索，上下文信息为基础的算法。我们表明，最佳策略取决于目标信噪比制度，并提供指导方针，以表征作为系统参数的函数的最佳选择。
2016-05-24 cs.IT cs.NI math.IT
2D Unitary ESPRIT Based Super-Resolution Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO with Hybrid Precoding
具有混合预编码的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）是用于未来5G无线通信的有前景的技术。由于毫米波大规模MIMO信道的天线数量较多，而射频链路数量较少，估计高维毫米波大规模MIMO信道将带来较大的导频开销。针对这一问题，提出了一种基于二维统一ESPRIT算法的超分辨率信道估计方案。通过利用毫米波信道的角度稀疏性，可以高精度地联合估计连续分布的到达角/离开角（AoA/AoD）。具体而言，通过在基站（BS）和移动台（MS）处设计上行链路训练信号，我们首先使用低导频开销来估计低维有效信道，其具有与待估计的高维毫米波MIMO信道相同的阵列响应的移位不变性。从低维有效信道出发，利用二维酉ESPRIT信道估计算法，可以联合获得AoA和AoD的超分辨率估计。此外，可以基于最小二乘（LS）准则来获取相关联的路径增益。最后，我们可以根据所获得的AoA、AoD和路径增益来重构高维毫米波MIMO信道。仿真结果证实了该方案优于传统方案，具有更低的导频开销。
2017-10-30 cs.IT math.IT
Training Signal Design for Sparse Channel Estimation in Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter-Wave Communication
研究了稀疏信道模型下智能反射面辅助毫米波通信中的训练信号设计问题。基于信道估计均方误差（MSE）的Cram $\acute{\text{e}}$ r-Rao下界（CRB）来解决该问题。通过利用毫米波信道的稀疏结构，CRB的路径增益和路径角组成的信道参数推导出在贝叶斯和混合参数假设下的封闭形式。在此基础上，提出了一种在反射系数为常数模约束条件下，以CRB为设计变量的函数的IRS反射方向图设计方法。数值结果验证了所提出的稀疏毫米波信道估计设计方法的有效性。
2020-12-28 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
Millimeter Wave communication with out-of-band information
配置天线阵列是毫米波（mmWave）通信系统中开销的主要来源。在高移动性的情况下，这个问题更加严重，因为实现最高速率需要频繁的链路重新配置。一种解决方案是利用不同频带处的信号之间的空间一致性，并从在另一频带中获得的边信息中提取毫米波信道参数。本文提出了带外信息辅助毫米波通信的概念。我们分析了不同的策略，以利用来自传感器或其他通信系统在6 GHz以下频段运行的信息来帮助配置毫米波通信链路。的开销减少，可以利用带外信息时，其特征在于在初步研究。最后，详细分析了与使用带外信号作为毫米波边信息源相关的挑战。
2017-05-03 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
Hierarchical Codebook Design for Beamforming Training in Millimeter-Wave Communication
在毫米波通信中，需要大型天线阵列通过利用窄波束朝向彼此转向来实现高功率增益，这提出了在Tx和Rx侧在角度域中有效地搜索最佳波束方向的问题。由于穷举搜索耗时较长，分层搜索已被广泛接受，以降低复杂度，其性能高度依赖于码本设计。在本文中，我们提出了两个基本标准的分层码本设计，并设计了一个有效的分层码本，通过联合利用子阵列和去激活（关闭）天线处理技术，其中提供了封闭形式的表达式来生成码本。在不同的系统和渠道模型下进行性能评估。结果表明，所提出的码本优于现有的替代品。
2016-01-18 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
Optimal User Scheduling and Power Allocation for Millimeter Wave NOMA Systems
本文从波束形成、用户调度和功率分配等方面研究了非正交多址接入技术在毫米波通信中的应用。随机波束形成被调用，以减少所考虑的系统的反馈开销。提出了一个最大化和速率的非凸优化问题，并证明了该问题是NP-困难的。采用分支定界法求解最优功率分配策略，并证明了该策略收敛于全局最优解。为了进一步阐述，低复杂度的次优方法被开发用于实现良好的计算复杂性-最优性折衷，其中分别调用匹配理论和连续凸近似（SCA）技术来处理用户调度和功率分配问题。仿真结果表明：i）所提出的低复杂度解决方案实现了接近最优的性能;以及ii）所提出的毫米波NOMA系统能够在总速率和所服务的用户数量方面优于传统的毫米波正交多址（OMA）系统。
2017-05-08 cs.IT math.IT
Fountain Code-Inspired Channel Estimation for Multi-user Millimeter Wave MIMO Systems
针对具有大型天线阵列的多用户毫米波无线系统，提出了一种新的信道估计方法。通过利用固有的毫米波信道稀疏性，我们提出了一种新的迭代喷泉训练（SWIFT）框架，其中信道测量的平均数量是适应各种信道条件的错误估计。为此，基站（BS）和每个用户继续利用发送/接收波束成形方向的随机子集来测量信道，直到信道估计收敛。我们制定的信道估计过程作为一个压缩感知问题，并应用稀疏估计方法来恢复虚拟信道信息。由于SWIFT不会使BS的发射波束适应任何单个用户，因此我们能够同时估计所有用户信道。仿真结果表明，SWIFT可以显着优于现有的随机波束形成的方法，使用固定数量的测量，在一定范围内的信噪比和信道相干时间。
2017-03-02 cs.IT math.IT
Pilot Beam Sequence Design for Channel Estimation in Millimeter-Wave MIMO Systems: A POMDP Framework
本文研究了大容量毫米波MIMO系统中用于信道估计的自适应导频波束序列设计问题。通过利用具有虚拟信道表示的mmWave MIMO信道的稀疏性并对视线（LOS）和反射簇的物理移动施加马尔可夫随机游走假设，示出了大型mmWave MIMO系统中的稀疏信道估计问题简化为在二维矩形网格中找到非零值bin的位置和值的顺序检测问题，而最优自适应导频设计问题可以归结为部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）的框架。在POMDP框架下，得到了一种最优自适应导频波束序列设计方法，以最大化给定时间段内的累积传输数据率。数值结果验证了我们的导频信号的设计方法，他们表明，所提出的方法产生良好的性能。
2014-09-30 cs.IT math.IT
Training Beam Sequence Design for Millimeter-Wave MIMO Systems: A POMDP Framework
本文研究了毫米波多输入多输出（MIMO）大信道下的自适应训练波束序列设计问题。通过利用大型毫米波MIMO信道的稀疏性，并对接收机和反射簇的运动施加马尔可夫随机游走假设，将自适应训练波束序列设计和信道估计问题表示为部分可观测马尔可夫决策过程（POMDP）问题，该问题在二维网格中找到非零bin.在所提出的POMDP框架下，最优和次优的自适应训练波束序列设计策略。此外，一个非常快速的次优贪心算法的基础上，新提出的减少充分统计量，使所提出的算法的计算复杂性低到一个水平，以实际实施。数值结果提供了建议的训练波束设计方法的性能进行评估。数值结果表明，所提出的训练波束序列设计算法具有良好的性能。
2014-10-14 cs.IT math.IT
RACE: A Rate Adaptive Channel Estimation Approach for Millimeter Wave MIMO Systems
在本文中，我们考虑在毫米波（mmWave）无线系统与大型天线阵列的信道估计问题。通过利用毫米波信道固有的稀疏性，我们开发了一种新的速率自适应信道估计（RACE）算法，该算法可以根据估计误差的预期概率（PEE）自适应地调整所需的信道测量的数量。为此，我们设计了一个最大似然（ML）的估计，以最佳的路径信息和相关的错误概率从越来越多的信道测量。基于ML估计器，该算法能够使用可变数量的波束方向图来测量信道，直到接收器相信所估计的方向是正确的。这与现有的毫米波信道估计算法形成对比，在现有的毫米波信道估计算法中，测量的数量通常是固定的。仿真结果表明，与现有的多阶段信道估计算法相比，该算法在保持较高精度的同时，可以显著减少信道估计测量次数。
2016-09-09 cs.IT math.IT
Secure Millimeter-Wave Ad Hoc Communications Using Physical Layer Security
毫米波（mmWave）通信在提高现代无线网络的容量方面具有很大的潜力，而物理层安全（PLS）技术在提高其中的关键保密性能方面具有很大的潜力。针对毫米波自组织通信中非视距（NLoS）和视距（LoS）链路信号的显著差异，提出了一种基于视距的协同干扰（SCJ）方案，以提高毫米波自组织通信的PLS性能。在该方案中，每个潜在的干扰，没有LoS链路到其最近的接收器，但可能有LoS链路到窃听者被选择具有一定的概率，以产生人工噪声，使得在合法的接收器的信道优势，可以实现。针对新干扰方案的性能建模问题，首先提出了新颖有效的理论近似方法，解决了干扰分布建模的难题，然后提出了一种基于随机几何的理论框架来刻画SCJ方案下的保密传输容量行为.最后，提供了大量的数值结果来说明SCJ方案在各种网络场景下。
2020-09-04 cs.IT math.IT
Cost-Effective Millimeter Wave Communications with Lens Antenna Array
毫米波（mmWave）通信是用于第五代（5G）无线系统的有前途的技术。然而，毫米波系统中使用的大量天线和宽信号带宽使得传统的多天线技术在信号处理复杂度、硬件实现和功耗方面成本越来越高。在本文中，我们首先概述了现有的主要技术，这些技术在性能和成本之间提供了不同的权衡，然后重点讨论了基于先进透镜天线阵列的有前途的新技术，从而研究了具有成本效益的毫米波通信。研究表明，利用透镜阵列的角度依赖性能量聚焦特性以及毫米波信道的角度稀疏性，毫米波透镜-天线系统能够以非常少的射频（RF）链和使用低复杂度的单载波传输实现容量最优性能，即使对于宽带频率选择性信道也是如此。数值结果表明，基于透镜的系统在频谱效率和能量效率方面明显优于最先进的毫米波系统设计。
2016-10-08 cs.IT math.IT
Performance Limits of Single-Anchor Millimeter-Wave Positioning
研究了单锚点多天线定位的基本限制。利用多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）信道在毫米波频率的结构，我们提出几何直观的渐近表达式的位置，方向和速度的Fisher信息的大带宽和天线数量。同步误差和移动性的影响进行了研究，它表明，非视线（NLOS）路径可以用来估计同步误差，并大大提高定位性能。我们还发现，在视线（LOS）的存在下，移动性对可实现的定位精度有很小的影响，但在NLOS的情况下，它可以显着提高可实现的性能，这取决于同步误差的方差。最后，考虑到通信系统与设备特定的传输和接收的限制，我们比较的定位精度之间的下行链路和上行链路，并表明，他们是等效的信号噪声比（SNR）下。
2020-12-02 cs.IT math.IT
A Generalized Framework on Beamformer Design and CSI Acquisition for Single-Carrier Massive MIMO Systems in Millimeter Wave Channels
针对时分双工（TDD）模式下采用单载波（SC）调制的频率选择性大规模多输入多输出（MIMO）系统，利用毫米波（mm）频段的联合角度-延迟域信道稀疏性，建立了降维信道状态信息（CSI）估计和预波束形成器设计的一般框架。首先，基于一种通用子空间投影方法，考虑了联合角度-时延功率分布和用户分组，推导了空间相关宽带MIMO信道下的降秩最小均方误差（RR-MMSE）瞬时CSI估计器。其次，统计预波束形成器的设计被认为是频率选择性SC大规模MIMO信道。我们研究的降维问题和子空间（波束空间）的建设，RR-MMSE估计可以实现尽可能准确。最后，通过在适当的降维波束空间中进行最小二乘（LS）估计，得到了一种时空域相关器型降秩信道估计器，作为RR-MMSE估计的近似。据观察，所提出的技术显示出显着的鲁棒性的导频干扰（或污染）的导频开销的显着减少。
2016-07-05 cs.IT math.IT
Coordinated Beam Selection in Millimeter Wave Multi-User MIMO Using Out-of-Band Information
使用带外（OOB）边信息最近已被示出为加速单用户毫米波（mmWave）大规模多输入多输出通信中的波束选择。在本文中，我们提出了一种新的面向对象辅助波束选择框架的毫米波上行链路多用户系统。特别是，我们利用从较低（子6 GHz）频段提取的空间信息，以协助在毫米波频段的用户间协调方案。为了加强协调，我们提出了一个交换协议，利用设备到设备的通信，其中低速率波束相关的信息交换的移动终端之间。分散式协调机制允许抑制所谓的共波束干扰，否则共波束干扰将在基站侧导致不可减少的干扰，从而触发实质的频谱效率增益。
2019-03-29 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
Joint Activity Detection and Channel Estimation for Massive IoT Access Based on Millimeter-Wave/Terahertz Multi-Panel Massive MIMO
多面板阵列作为一种最先进的天线封装技术，由于其低成本部署和可扩展配置，非常适合毫米波（mmWave）/太赫兹（THz）系统。但在非均匀阵列结构的情况下，它会导致棘手的信号处理。基于这样的阵列结构在基站，本文研究了一种联合主动用户检测（AUD）和信道估计（CE）方案的压缩感知（CS）的应用于大规模物联网（IoT）。具体而言，通过利用mmWave/THz大规模物联网接入信道的结构化稀疏性，我们首先将基于多面板大规模多输入多输出（mMIMO）的联合AUD和CE问题表示为多测量向量（MMV）-CS问题。然后，我们利用期望最大化（EM）算法来学习先验参数（即，噪声方差和稀疏比），提出了一种正交近似消息传递（OAMP）-EM-MMV算法。我们的仿真结果验证了改进的AUD和CE性能相比，传统的CS为基础的算法所提出的计划。
2022-09-11 cs.IT math.IT
Secure Communication for Spatially Sparse Millimeter-Wave Massive MIMO Channels via Hybrid Precoding
在本文中，我们研究了安全通信稀疏毫米波（mm-Wave）的大规模多输入多输出（MIMO）信道，利用空间稀疏的合法用户的信道。我们提出了一种安全的通信方案，其中信息数据被预编码到主导角度分量的稀疏信道通过有限数量的射频（RF）链，而人工噪声（AN）广播在剩余的非主导角度干扰只有窃听者具有很高的概率。结果表明，信道稀疏性在实现安全通信中起着类似于密钥的基本作用。因此，通过定义两个统计措施的信道稀疏性，我们分析其对保密率的影响。特别地，由于不确定性，即，“熵”，由窃听者未知的信道稀疏性引入。结果表明，在功率域的稀疏性总是可以有助于保密率。与此相反，在角度域中，存在一个最佳水平的稀疏性，最大化的保密率。数值仿真结果验证了所提方法和所得结果的有效性。
2019-11-16 cs.IT math.IT
Codebook Design for Millimeter-Wave Channel Estimation with Hybrid Precoding Structure
在本文中，我们研究了毫米波（mmWave）通信信道估计的分层码本设计与混合预编码结构。由于毫米波功率放大器（PA）的饱和功率有限，我们考虑到每个天线的功率约束（PAPC）。我们首先提出一个度量，即，广义检测概率（GDP），以评价\emph{an arbitrary codeword}的质量。该度量不仅能够实现毫米波码本设计的优化方法，而且还可以用于比较两个不同码字/码本的性能。据我们所知，GDP是用于信道估计的毫米波码本设计的第一度量。然后，我们提出了一种方法来设计一个分层码本利用波束展宽与多RF链子阵列技术（BMW-MS）。为了获得BMW-MS的关键参数，我们提供了两种解决方案，即用于优化GDP度量的低复杂度搜索（LCS）解决方案和用于追求平坦波束图案的闭合形式（CF）解决方案。性能比较表明，BMW-MS/LCS和BMW-MS/CF实现了非常接近的性能，并且在PAPC下优于现有的替代品。
2016-03-08 cs.IT math.IT
Hybrid LISA Precoding for Multiuser Millimeter-Wave Communications
毫米波（mmWave）通信对于未来的蜂窝网络起着重要作用，因为在未充分利用的mmWave频带中有大量的频谱可用。为了克服这些频带中巨大的自由空间全向路径损耗，在基站处部署非常大量的天线元件是至关重要的。由大量天线元件导致的复杂性、功耗和成本可以通过限制RF链的数量来降低。这导致了混合预编码和组合，与传统的全数字预编码和组合相比，混合预编码和组合将信号处理的一部分从数字域移动到模拟域。本文提出了新的算法，在多用户的情况下，混合预编码器和组合器的设计。该算法是基于先前提出的线性连续分配方法开发的传统的全数字版本。它连续地分配数据流给用户，并在两个阶段抑制各自的流间干扰，这完美地匹配的混合架构。此外，低复杂度的版本是通过利用毫米波信道的典型结构。仿真结果表明了该方法及其低复杂度版本的良好性能。
2017-06-15 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO with Hybrid Precoding over Frequency-Selective Fading Channels
针对毫米波大规模MIMO在频率选择性衰落信道下的信道估计难题，提出一种基于分布式压缩感知和自适应网格匹配追踪的多用户上行链路信道估计方案，有效解决了连续AoA/AoD导致的功率泄漏问题。
2023-10-19 cs.IT math.IT
Fast Beam Alignment for Millimeter Wave Communications: A Sparse Encoding and Phaseless Decoding Approach
在本文中，我们研究了毫米波（mmWave）通信的波束对准问题，其中我们假设在发射端（即基站）采用混合模拟和数字波束形成结构，并且在接收端（即用户）使用全向天线或天线阵列。通过利用毫米波信道的稀疏散射特性，波束对准问题被公式化为稀疏编码和无相解码问题。更具体地说，感兴趣的问题涉及找到一个稀疏的传感矩阵和一个有效的恢复算法，以恢复的支持和幅度的稀疏信号从压缩无相测量。提出了一种稀疏二分图编码（SBG-Coding）算法，用于稀疏编码和无相解码。我们的理论分析表明，在无噪声的情况下，我们提出的算法可以完美地恢复支持和幅度的稀疏信号的概率超过一个预先指定的值从$\mathcal{O}(K^2)$测量，其中$K$是非零条目的稀疏信号的数量。该算法具有简单的解码过程，计算效率高，抗噪声能力强。仿真结果表明，我们提出的方法呈现出可靠的波束对准在低和中等信噪比（SNR）制度，并提出了一个明显的性能优势，比现有的方法。
2018-11-09 cs.IT math.IT
Adaptive Millimeter Wave Beam Alignment for Dual-Polarized MIMO Systems
预期第五代无线系统使用异构蜂窝网络内的小小区在毫米波（mmWave）频率下采用多天线通信。毫米波的高路径损耗以及物理障碍物使通信具有挑战性。为了补偿严重的路径损耗，毫米波系统可以采用波束对准算法，该算法通过对准多个天线阵列的波束方向来促进高度定向的传输。本文讨论了采用双极化天线的毫米波系统。首先，我们提出了一个实用的软决策波束对准（软对准）算法，利用正交极化。通过并行探测正交极化，放松了训练序列Welch界的相等性准则。第二，模拟波束成形系统适于毫米波链路的定向特性，假设高莱斯K因子和差散射环境。软算法使得毫米波系统能够将无数窄波束对准信道子空间，以尝试有效地扫描毫米波信道。第三，我们提出了一种方法来有效地适应信道探测观测的数量，以特定的信道环境的基础上的波束失准的近似概率。仿真结果表明，所提出的自适应探测时间的软对准算法有效地利用极化分集扫描移动用户的信道子空间。
2015-05-18 cs.IT math.IT
Scalable and Energy-Efficient Millimeter Massive MIMO Architectures: Reflect-Array and Transmit-Array Antennas
混合模拟-数字架构被认为是实现毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统的有希望的候选者，因为它们通过将一些信号处理操作移动到模拟域中来实现所需的昂贵的射频（RF）链的数量的显著减少。然而，混合MIMO架构的包括RF分配器、组合器、移相器和线路连接的模拟馈送网络由于其对于大量发射天线的过高功耗而不可扩展。出于这种限制，在本文中，我们研究了新的大规模MIMO架构，即反射阵列（RA）和发射阵列（TA）天线。我们表明，RA和TA天线的预编码器必须满足不同的约束条件相比，传统的MIMO架构。考虑到这些限制，并利用毫米波信道的稀疏性，我们设计了一个有效的预编码器的基础上的正交匹配追踪算法的RA和TA天线。此外，为了公平地比较RA和TA天线与传统的全数字和混合MIMO架构的性能，我们开发了一个统一的功耗模型。我们的仿真结果表明，与传统的MIMO架构，RA和TA天线是高能效和完全可扩展的发射天线的数量方面。
2018-11-07 cs.IT math.IT
Subspace Estimation and Decomposition for Large Millimeter-Wave MIMO systems
混合模数毫米波（mmWave）MIMO系统中的信道估计和预编码是一个基本问题，在任何承诺的增益可以利用之前，尚未得到解决。为此，我们提出了一种方法（基于著名的Arnoldi迭代），利用TDD系统中的信道互易性和信道本征模的稀疏性，来估计正确的（分别）。左）信道的奇异子空间，在BS（分别MS）。我们首先描述了在传统的MIMO系统的上下文中的算法，并推导出在BS和MS的失真的存在下的估计误差的界限。我们后来确定的障碍，阻碍了这样的算法的混合模拟-数字架构的应用，并单独解决它们。鉴于履行的混合模拟-数字架构所施加的约束，我们进一步提出了一种迭代算法的子空间分解，从而上述估计的子空间，近似模拟和数字预编码器/组合器的级联。最后，我们评估我们的方案对完美的CSI，全数字的情况下（即，等效的传统MIMO系统），并且得出结论，可以实现类似的性能，特别是在中高SNR（其中性能差距小于5%）下，然而，具有显著更少数量的RF链（少4到8倍）。
2016-06-27 cs.IT math.IT
Context-Aware Scheduling of Joint Millimeter Wave and Microwave Resources for Dual-Mode Base Stations
克服毫米波（mmW）通信的剧烈信道变化的最有希望的方法之一是部署集成mmW和微波（\muW）频率两者的双模基站。获得双模操作的益处需要能够在两个频带处有效地并且联合地分配资源的调度机制。在本文中，提出了一种新的资源分配框架，利用用户的上下文，在用户应用程序（UA）的延迟要求，以最大限度地提高服务质量（QoS）的双模基站。特别地，这种上下文感知方法使得网络能够动态地调度UA而不是用户，从而提供更精确的延迟保证和对mmW资源的更有效利用。将无人机的调度问题转化为无人机与网络资源之间的一对多匹配问题，提出了一种新的算法来解决该问题，并证明了该算法收敛于无人机与网络资源之间的双边稳定匹配。仿真结果表明，所提出的方法优于经典的CSI为基础的调度在每个UA的QoS，产生高达36%的改善。结果还表明，利用毫米波资源提供了显著的流量卸载，从\muW频带达到高达43%。
2016-02-04 cs.IT math.IT
Device-to-Device Communications in the Millimeter Wave Band: A Novel Distributed Mechanism
尽管具有潜在的优势，但设备到设备（D2 D）通信的大规模实现尚未实现，这主要是由于严重的干扰和微波（$μ$ W）频带中缺乏足够的带宽。最近，利用毫米波（mmW）频带用于D2 D通信作为这些挑战的潜在解决方案已经吸引了相当多的关注。然而，其对阻塞的严重敏感性以及其方向性使得mmW频带的利用成为具有挑战性的任务，因为其需要视线（LOS）链路检测和D2 D收发器之间的仔细波束对准。在本文中，我们提出了一种新的分布式机制，使D2 D设备发现畅通的LOS链路的毫米波波段通信。此外，由于这种LOS链路并不总是可用的，因此所提出的机制允许D2 D设备在必要时切换到$μ$ W频带。此外，所提出的机制检测LOS链路的方向来执行波束对准。我们已经使用随机几何工具来评估所提出的机制的信号干扰噪声比（SINR）的覆盖概率方面的性能。然后将所提出的算法的性能与单个频带的性能（即，$μ$ W/mmW）通信。仿真结果表明，该机制大大优于单频通信。
2018-02-09 cs.IT math.IT
Millimeter Wave MIMO Channel Estimation using Overlapped Beam Patterns and Rate Adaptation
研究了毫米波无线系统中大天线阵列的信道估计问题。通过利用毫米波信道固有的稀疏性，我们首先提出了一种快速信道估计（FCE）算法的基础上一种新的重叠波束图案设计，它可以增加每个信道测量携带的信息量，从而减少所需的信道估计时间相比，现有的非重叠设计。我们开发了一个最大似然（ML）估计，以最佳的路径信息从信道测量。然后，我们提出了一种新的速率自适应信道估计（RACE）算法，它可以动态地调整信道测量的数量的基础上的估计误差（PEE）的期望概率。分析了这两种算法的性能。对于FCE算法，PEE的近似封闭形式的表达。对于RACE算法，一个下界的最小信号能量-噪声比所需的信道测量的数量是基于香农-哈特利定理。仿真结果表明，FCE算法与现有的使用非重叠波束模式的算法相比，显著减少了信道估计测量的数量。通过采用RACE算法，我们可以实现高达6dB的增益，在相同的PEE的信号能量噪声比相比，现有的算法。
2016-09-19 cs.IT math.IT
Resource Management and Cell Planning in Millimeter-Wave Overlaid Ultra-Dense Cellular Networks
本文提出了一种利用毫米波（mmWave）和超密集基站（BS）的蜂窝网络，以实现下行平均速率的深远5G目标。然而，毫米波覆盖网络由于在移动用户处的实现困难而导致其充足的数据率仅适用于下行链路传输的缺陷，从而导致上行链路和下行链路速率之间的巨大差异。因此，我们把我们的注意力不仅要最大化下行链路速率，而且要确保最小的上行链路速率。为此，我们首先推导出毫米波覆盖的超密集蜂窝网络频谱效率的上行链路和下行链路的情况下，在封闭的形式，通过使用随机几何通过下界近似。在实际场景中，所提出的网络的这种易处理的结果揭示了现有微波（$μ$ Wave）蜂窝资源应该主要专用于上行链路传输，以便与毫米波下行链路速率改进相对应。此外，经由$μ$ Wave BS致密化来增加上行链路速率不能单独应对毫米波下行链路/上行链路速率不对称，并且因此在5G蜂窝网络中需要额外的$μ$ Wave频谱。
2015-04-20 cs.IT cs.NI math.IT
Full-Spectrum Wireless Communications for 6G and Beyond: From Microwave, Millimeter-Wave, Terahertz to Lightwave
本文提出全频谱无线通信（FSWC）概念，利用从微波到光波的整个电磁频谱资源，为6G提供充足带宽并开创新范式，并探讨太赫兹与光波段的机遇和挑战。
2023-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Coverage Analysis for Millimeter Wave Networks: The Impact of Directional Antenna Arrays
毫米波（mm波）通信被认为是5G网络的一种有前途的技术。利用大规模天线阵列的波束成形增益来对抗毫米波段处增加的路径损耗是其定义特征之一。然而，以往的毫米波网络分析工作通常采用过于简化的天线方向图，这可能会导致与实际天线方向图的性能显着偏差。在本文中，使用随机几何的工具，我们进行了全面的调查定向天线阵列在毫米波网络的影响。我们首先提出了一个通用的和易于处理的框架，覆盖分析与任意分布的干扰功率和任意天线图案。然后，它被应用到毫米波ad hoc和蜂窝网络，其中两个复杂的天线方向图与理想的精度和分析的易处理性，提出了近似的实际天线方向图。与以前的工作相比，所提出的近似天线方向图有助于获得更多的见解定向天线阵列在毫米波网络中的作用。特别是，它示出了这两种类型的网络的覆盖概率增加作为一个非递减的凹函数与天线阵列的大小。通过仿真验证了分析结果的有效性和可靠性，数值结果也表明，在毫米波网络中，需要大规模的天线阵列，以获得满意的覆盖。
2017-04-20 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
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
Spatial- and Frequency-Wideband Effects in Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
在大规模MIMO系统中，当天线数量较多时，发射的宽带信号会对电磁波在大阵列孔径上的物理传播延迟敏感，即空间宽带效应。在这种情况下，收发器的设计是不同于大多数现有的作品，这假定的传输信号的带宽不是那么宽，忽略了空间宽带效应，只解决频率选择性。本文从阵列信号处理的角度研究了大规模MIMO系统中的空间宽带效应和频率宽带效应，称为双宽带效应。以毫米波通信为例，我们描述了传输过程，以解决双宽带效应。通过利用信道在角度域和延迟域的稀疏性，我们开发了高效的上行链路和下行链路信道估计策略，需要更少的训练开销，不会导致导频污染。由于采用了阵列信号处理技术，该方法适用于TDD和FDD大规模MIMO系统。数值算例表明，所提出的大规模MIMO系统的传输设计可以有效地处理双宽带效应。
2018-04-26 cs.IT math.IT
Soft-Output Detection Methods for Sparse Millimeter Wave MIMO Systems with Low-Precision ADCs
低精度模数转换器（ADC）的使用是用于以高于几个G采样/秒的采样率操作的毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的低成本且功率高效的解决方案。然而，当应用常规频域均衡技术时，由于子载波间干扰，该解决方案可以使显著的误帧率（FER）劣化。在本文中，我们提出了计算效率，但接近最佳的软输出检测方法的编码毫米波MIMO系统与低精度ADC。所提出的方法的基本思想是通过联合利用毫米波信道中的延迟域稀疏性和由低精度ADC引起的高量化噪声来构建极其稀疏的符号间干扰（ISI）信道模型。然后，我们利用这个稀疏信道模型来创建一个状态数减少的网格图或一个边缘连接非常稀疏的因子图。使用减少的网格图，我们提出了一种软输出检测方法，计算的对数似然比（LLR）的编码位通过优化组合的量化接收信号从多个接收天线使用的前向和后向算法。为了进一步降低计算复杂性，我们还提出了一种低复杂度的检测方法，使用稀疏因子图计算LLR在迭代的方式基于置信传播算法。仿真结果表明，所提出的软输出检测方法提供了显着的FER增益相比，现有的频域均衡技术在编码毫米波MIMO系统中使用一位或两位ADC。
2018-11-29 cs.IT math.IT
Secure Millimeter Wave Cloud Radio Access Networks Relying on Microwave Multicast Fronthaul
在本文中，我们研究的下行链路安全波束成形（BF）的设计问题的云无线接入网络（C-RAN）依赖于多播前传，毫米波和微波载波分别用于接入链路和前传链路。基站（BS）通过协作的混合模拟/数字BF来联合服务用户。我们首先开发用于协作BS的模拟BF。在此基础上，我们制定了一个保密率最大化（SRM）的问题受到现实的有限的前传容量和总BS发射功率约束。由于非凸问题的复杂性，先进的凸逼近技术，约束凹凸程序和半定规划（SDP）松弛被用来将其转化为一个凸的。随后，提出了一种联合优化多播波束赋形、协作数字波束赋形和人工噪声协方差的迭代算法。接下来，我们构造的原始问题的解决方案，利用原始和对偶的最优解的SDP放松的问题。此外，每BS的发射功率约束被认为是，需要重新制定的SRM问题，这可以通过一个有效的迭代算法来解决。然后，我们消除了理想化的简化假设有完美的信道状态信息（CSI）的窃听链路，并调用现实的不完美CSI。此外，最坏情况下的SRM问题进行了研究。最后，结合所谓的$\mathcal{S}$ -过程和凸逼近技术，设计了一种有效的迭代算法来求解该问题，并给出了仿真结果来评估保密率，证明了所提算法的有效性。
2020-02-11 cs.IT math.IT
On the feasibility of beamforming in millimeter wave communication systems with multiple antenna arrays
毫米（mm）波频谱用于下一代（5G）移动通信最近已经获得了显著的关注。毫米波频率处的小载波波长使得能够合成紧凑的天线阵列，从而提供补偿增加的传播损耗的波束成形增益。在这项工作中，我们研究了在毫米波系统中采用多个天线阵列来获得分集/复用增益的可行性，其中每个阵列都能够独立地进行波束成形。考虑基于码本的波束成形系统（例如，以便于有限的反馈），我们观察到，即使对于非常合理的系统参数，优化多个阵列上的波束形成方向的\emph{jointly}的复杂性也是非常令人望而却步的。为了克服这一瓶颈，我们开发了复杂度降低的算法，用于优化波束形成方向的选择，在稀疏的多径结构的毫米波信道。具体而言，我们通过将注意力限制在一小组主导候选方向上来降低联合波束成形搜索空间的基数。为了获得主导方向集，我们开发了两种互补的方法：（a）基于一种新的空间功率度量的计算;对该度量的详细分析表明，在大天线阵列的限制下，所选择的候选方向接近信道的主要到达角和离开角，并且（b）精确估计信道的（长期）主要到达角，利用跨不同接收器子阵列接收的信号的相关性。我们的方法使优化搜索空间的大幅减少（减少100倍），同时提供接近最佳性能，从而表明在毫米波系统中实现分集和复用增益的潜在可行性。
2014-10-21 cs.IT math.IT
Low-Rank Tensor Decomposition-Aided Channel Estimation for Millimeter Wave MIMO-OFDM Systems
我们考虑毫米波MIMO-OFDM系统的下行链路信道估计问题，其中基站和移动台都采用大天线阵列进行定向预编码/波束成形。采用混合模拟和数字波束形成结构，以提供硬件复杂性和系统性能之间的折衷。与现有的窄带信道估计方法不同，本文考虑了宽带毫米波信道的频率选择性估计，该方法更适合毫米波MIMO-OFDM系统。通过利用毫米波信道的稀疏散射特性，我们提出了一种基于CANDECOMP/PARAFAC（CP）分解的信道参数估计方法（包括到达/离开角度，时间延迟和衰落系数）。在我们提出的方法中，在BS接收到的信号表示为三阶张量。我们表明，张量具有低秩CP分解的形式，信道参数可以从相关的因子矩阵估计。我们的分析表明，CP分解的唯一性可以保证，即使当张量的大小是小的。因此，所提出的方法有可能实现大幅减少训练开销。我们还开发了Cramer-Rao界（CRB）的信道参数的结果，并比较我们提出的方法与基于压缩感知的方法。仿真结果表明，该方法的均方误差与相应的CRB非常接近，在估计精度和计算复杂性方面均优于基于压缩感知的方法.
2016-11-01 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
Blind Diagnosis for Millimeter-wave Large-scale Antenna Systems
毫米波（mmWave）通信系统依赖于大规模天线阵列来对抗毫米波频带处的大路径损耗。由于硬件特性和部署环境，毫米波大规模天线系统容易受到天线元件阻塞和故障的影响，这需要诊断技术来定位故障天线元件以进行校准。当前的诊断技术需要信道状态信息（CSI）的全部或部分知识，这在存在天线故障的情况下获取可能具有挑战性。在这封信中，我们提出了一种盲诊断技术来识别毫米波大规模天线系统中的故障天线元件，它不需要任何CSI知识。通过联合利用毫米波信道和故障模式的稀疏性，我们首先将诊断问题表示为联合稀疏恢复问题。然后，原子范数的引入，导致毫米波信道的稀疏性在连续傅立叶字典。提出了一种基于交替方向乘子法（ADMM）的求解该问题的有效算法。最后，所提出的技术的性能进行了评估，通过数值模拟。
2021-03-12 cs.IT cs.SY eess.SP
Tractable Resource Management with Uplink Decoupled Millimeter-Wave Overlay in Ultra-Dense Cellular Networks
即将到来的5G蜂窝网络预计将覆盖毫米波（mmW）传输与现有的微波（μW）架构。因此，整个毫米-μW资源管理应相互协调。本文旨在以最小上行链路（UL）速率约束最大化总体下行链路（DL）速率，并得出结论：在时分双工（TDD）mmW操作下，mmW倾向于更多地关注DL传输，而μW具有补充UL的高优先级。这种μW的UL专用是由于移动用户处的过度功耗和/或高峰均功率比（PAPR）而导致的对mmW UL带宽的有限使用。为了进一步缓解这种UL瓶颈，我们提出了mmW UL解耦，其允许每个传统μW基站（BS）接收mmW信号。它对毫米-μW资源管理的影响是通过一种新的封闭形式的毫米-μW频谱效率（SE）推导，以一种易于处理的方式提供。在超密集蜂窝网络（UDN）中，我们的推导证明了mmW（或μW）SE是BS与用户密度比的对数函数。这种惊人的简单，但实际有效的分析，使利用随机几何结合真正的三维（3D）建设堵塞统计在韩国首尔。
2016-03-08 cs.IT cs.NI math.IT
Deep Learning for Beamspace Channel Estimation in Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
毫米波大规模多输入多输出（MIMO）可以使用透镜天线阵列来显著减少射频（RF）链的数量，但是由于RF链的数量远小于天线的数量，因此信道估计具有挑战性。通过利用波束空间信道的稀疏性，波束空间信道估计可以被公式化为稀疏信号恢复问题，该问题可以通过称为近似消息传递（AMP）的经典迭代算法来解决，并且其相应版本的学习AMP（LAMP）由深度神经网络（DNN）实现。然而，这些现有的方案不能达到令人满意的估计精度。为了提高信道估计的性能，本文提出了一种基于先验辅助高斯混合LAMP（GM-LAMP）的波束域信道估计方法。具体地说，基于先验信息，波束空间信道元素可以建模的高斯混合分布，我们首先推导出一个新的收缩函数来完善AMP算法。然后，通过使用高斯混合收缩函数代替LAMP网络中的原始收缩函数，开发了一种先验辅助的GM-LAMP网络，以更准确地估计波束空间信道。利用理论信道模型和基于光线跟踪的信道数据集进行仿真，结果表明，所提出的GM-LAMP网络具有更高的信道估计精度。
2020-10-23 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Channel Estimation and Data Transmission in Millimeter-Wave CRAN with Lens Antenna Arrays
毫米波（mmWave）通信和网络致密化对于在下一代无线网络中实现高速率通信具有很大的希望。云无线接入网（CRAN）是实现网络密集化的一种具有成本效益的解决方案，其中部署了由中央单元（CU）协调的低复杂度远程无线头端（RRH）以分布式方式为用户服务。然而，当在毫米波频率中的大带宽上操作时，CRAN中的数字前传链路将容易被要在RRH和CU之间传送的大量采样和量化信号饱和。为了应对这一挑战，我们在本文中提出了一种新的架构，毫米波为基础的CRAN先进的透镜天线阵列在RRH。由于能量聚焦特性，透镜天线阵列在利用毫米波信道的角度稀疏性方面是有效的，并且因此有助于大幅降低前传速率并简化多天线RRH和CU处的信号处理，即使当信道是频率选择性的时。我们认为在毫米波CRAN与透镜天线阵列的上行链路传输，并提出了一个低复杂度的量化比特分配方案，在每个RRH多个天线，以满足给定的前传速率约束。此外，我们提出了一种信道估计技术，利用透镜阵列的能量聚焦特性，并可以实现在CU具有低复杂度。最后，我们比较了所提出的毫米波CRAN使用透镜天线阵列与传统的CRAN使用均匀的平面阵列在RRH，并表明，所提出的设计实现了显着的吞吐量增益，但复杂性低得多。
2018-07-29 cs.IT math.IT
Intelligent Surface-Aided Transmitter Architectures for Millimeter Wave Ultra Massive MIMO Systems
在本文中，我们研究了两种新型的大规模多输入多输出（MIMO）发射机架构的毫米波（mmWave）通信，包括几个有源天线，每个配备了一个专用的射频（RF）链，照亮附近的大型智能反射/发射表面（IRS/ITS）。IRS（ITS）由大量低成本和高能效的无源天线元件组成，这些元件能够反射（传输）入射电磁场的相移版本。与透镜阵列（LA）天线类似，IRS/ITS辅助天线架构由于有源天线和智能表面之间几乎无损耗的空中连接而具有能效。然而，与LA天线不同，LA天线的有源天线的数量必须随着无源元件的数量线性增长（即，透镜孔径）由于不可重构性（即，非智能），对于IRS/ITS辅助天线，IRS/ITS的可重构性便于按比例增加辐射无源元件的数量，而不增加昂贵且笨重的有源天线的数量。我们表明，IRS/ITS辅助天线的预编码器必须满足的约束不同于传统的MIMO架构。考虑到这些限制，并利用毫米波信道的稀疏性，我们设计了两个有效的预编码器;一个基于最大化的互信息和一个基于近似的最佳无约束全数字（FD）预编码器通过正交匹配追踪算法。此外，我们开发了一个IRS/ITS辅助天线的功耗模型，该模型考虑了IRS/ITS缺陷的影响，即溢出损耗、锥形损耗、孔径损耗和移相器损耗。
2021-06-05 cs.IT math.IT
