Compact Full Duplex MIMO Radios in D2D Underlaid Cellular Networks: From System Design to Prototype Results
本文考虑了紧凑型全双工多输入多输出（MIMO）架构的实现和应用可能性，其中用户之间存在直接通信，例如，设备到设备（D2D）和蜂窝链路共存于同一频谱上。对于紧凑型全双工无线电的架构，我们将基于双极化的模拟自干扰消除器与高交叉极化鉴别（XPD）和基于长期演进（LTE）的每子载波数字自干扰消除器相结合。虽然我们考虑的紧凑性和功率效率的模拟解决方案，我们专注于数字消除器的设计与鲁棒性的频率选择性信道和高兼容性与传统的LTE系统。针对一个具有两个用户对的全双工测试床的空中无线实验，我们在基于FPGA的软件定义无线电平台上实现了一个支持20 MHz带宽的全双工MIMO物理层（PHY）。此外，我们提出了一种新的定时同步方法来构建一个更可行的全双工MIMO链路。通过具有全双工链路原型完全实时操作，我们提出了第一个表征的建议紧凑型全双工MIMO性能取决于全双工节点的发射功率。我们还展示了节点之间的链路质量。这项工作的重要见解之一是，全双工操作的用户是能够获得的吞吐量增益，如果用户具有自干扰能力，保证性能。
2017-03-17 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
Signaling Design of Two-Way MIMO Full-Duplex Channel: Optimality Under Imperfect Transmit Front-End Chain
我们推导出最佳的多输入多输出（MIMO）全双工双向信道下的不完美的发射前端链的信令。我们使用博弈论的方法，在那里我们专注于帕累托边界的可实现的速率区域和纳什均衡（NE）的通道的双向速率的特征。对于MISO全双工双向信道，我们证明了波束成形是一种最优的传输策略，可以达到帕累托边界上的任何点。此外，我们提出了一个封闭形式的表达的最佳波束成形的权重。在我们的数值例子中，我们量化的增益在所提出的波束成形的可实现的速率在迫零波束成形。对于一般的MIMO全双工信道，我们建立了NE的存在性和NE的唯一性的条件。然后，我们提出了一个迭代注水算法，这是能够达到NE。通过仿真，找到了自干扰电平的阈值，在该阈值以下，全双工网元的性能优于半双工TDMA。
2015-06-01 cs.IT math.IT
FDD Massive MIMO -- Antenna Duplex Pattern an-Reciprocity : A Missing Brick
在基站（BS）处获得下行链路（DL）信道状态信息（CSI）对于频分双工（FDD）大规模MIMO（MM）系统是具有挑战性的。DL训练和反馈需要相当大的开销。相反，研究通常假设FDD双工链路之间的高度相关的平均空间信号签名（即，定向簇）。然而，这些假设仅表示在双工频带上使用具有相同辐射图案的天线，从而导致相同簇的照射。在本文中，我们调查模式的互易性，在双工频段，实际用户手机。我们首先展示了如何测量当代手机的人口表现出明显的双工模式的分歧。然后，我们测量复杂的模式双工发散的一个模拟电话，其中去极化来顶部的增益差异。因此，我们揭示了一个重要的，但被忽视的砖DL CSI评估FDD MM操作。也就是说，为了使FDD MM性能研究是现实的，必须考虑实际的用户手机。
2020-11-15 cs.IT math.IT
Full-Duplex Massive MIMO Multi-Pair Two-Way AF Relaying: Energy Efficiency Optimization
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。大多数以前的大规模MIMO中继工作最大化频谱效率（SE）。相比之下，我们最大限度地提高非凸能源效率（EE）度量近似为一个伪凹问题，然后使用经典的Dinkelbach方法解决。我们还最大化的最低能效的用户依赖于最大最小的方法的EE。为了解决这些优化问题，我们推导出封闭形式的下限遍历可实现的速率最大比合并和迫零处理在中继，通过使用最小均方误差信道估计。我们数值特征的准确性的下界。我们还将拟议设计的SE和EE与现有全双工系统的SE和EE进行比较，并量化拟议算法所实现的显着改进。我们还比较了所提出的全双工系统的EE的半双工同行，并表征自环和用户间干扰制度，所提出的全双工系统成功地优于半双工的。
2017-10-04 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
Hybrid Beamforming and Combining for Millimeter Wave Full Duplex Massive MIMO Interference Channel
全双工（FD）通信可以彻底改变无线通信，因为它避免了使用独立的信道进行双向通信。这项工作推广了毫米波（mmWave）频段的点对点FD通信，包括K对大规模MIMO FD节点同时工作。我们提出了一种新的联合混合波束成形（HYBF）和加权和速率（WSR）最大化的合并方案，使大规模MIMO FD链路的共存成本有效。该算法依赖于基于最小化-最大化方法的替代优化。此外，我们提出了一种新的SI和大规模MIMO干扰信道感知功率分配方案，包括最优功率控制。仿真结果表明，显着的性能改善相比，传统的双向全数字半双工（HD）系统。
2022-01-04 cs.IT eess.SP 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
The degrees of freedom of MIMO networks with full-duplex receiver cooperation but no CSIT
研究了即使在各向同性衰落和发射端没有信道状态信息（或输出反馈）的情况下，多用户网络的自由度（DoF）是否可以得到增强的问题。为此，两个用户MIMO（多输入，多输出）的广播和干扰信道进行了研究，没有边信息，无论在发射机和接收机配备了全双工无线电。全双工特征允许接收器协作，因为每个接收器除了接收由发射器发送的信号之外，还可以同时将相同频带中的信号发送到另一接收器。与具有CSIT和全双工接收器的MIMO网络的情况不同，对于其DoF是已知的，示出了对于没有CSIT的MIMO网络，全双工接收器合作在甚至DoF区域被增强的程度上是有益的。实际上，对于由不同终端处的天线数量的某些关系定义的两用户MIMO广播和干扰信道的重要类别，建立精确的DoF区域。实现DoF最优性能的关键是新的反向协作干扰对齐方案。它们的最优性是通过对这些网络的某些基因辅助或增强版本的DoF分析来建立的。
2012-09-06 cs.IT math.IT
Full-Duplex Transmission Optimization for Bi-directional MIMO links with QoS Guarantees
我们考虑双向全双工（FD）多输入多输出（MIMO）通信系统，其中节点能够执行发送器（TX）-接收器（RX）数字预编码/组合和多抽头模拟消除，并且具有单独的信号与干扰加噪声比（SINR）要求。我们提出了一个迭代算法的TX功率最小化，其中包括在每个算法迭代步骤的TX/RX数字波束形成器的封闭形式的表达式。我们的代表性的仿真结果表明，该算法可以减少残留的自干扰（SI）由于FD操作到低于-110 dB，这是典型的噪声本底水平的无线通信。此外，我们的设计优于最近提出的2用户MIMO系统（所谓的MIMO X信道）的功率效率和计算复杂性的解决方案。
2018-09-24 cs.IT math.IT
Outage Probability for Multi-Hop Full-Duplex Decode and Forward MIMO Relay
本文研究了多跳（MH）解码转发（DF）多输入多输出（MIMO）中继网络。为了考虑更现实的场景，采用具有中继自干扰（RSI）的全双工（FD）操作。假设MIMO信道受到瑞利衰落的影响，推导出了一个简单而紧凑的闭型中断概率表达式。推导这一结果的关键假设是每个信道的互信息可以很好地近似为高斯随机变量。为了得到综合中断概率，Wishart分布的复随机矩阵的和已经得到了一个新的优良的精确近似。数值蒙特卡罗模拟验证了我们的结果。这些仿真表明，对于低干扰和中等干扰状态，FD模式的性能优于半双工（HD）模式。另一方面，当RSI增加时，HD模式可以优于FD模式。
2015-04-13 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Empowered Self-Interference Cancellation for 6G Full-Duplex MIMO Communication Systems
针对6G全双工MIMO系统的自干扰问题，提出RIS赋能的RFIC方案，通过推导RIS相移闭式解最小化干扰并保障QoS，和速率较基准提升超50%。
2023-03-29 cs.IT cs.NI math.IT
Performance Analysis of Self-Interference Cancellation in Full-Duplex Large-Scale MIMO Systems
本文对全双工大规模多输入多输出系统中的自干扰消除方法进行了性能分析。为了减轻自干扰（SI），我们假设全干扰基站（BS）使用SI减法或空间抑制。分析和数值结果证实，SI减法优于空间抑制SIC在一个完美的信道估计的情况下。它也得出结论，在不完美的信道估计的情况下，在给定的系统约束，如上行链路/下行链路和速率和在BS的总发射功率的空间抑制的上行链路和整体遍历速率性能分别优于那些SI减法。
2016-04-15 cs.IT math.IT
Simultaneous Data Communication and Channel Estimation in Multi-User Full Duplex MIMO Systems
本文研究了全双工（FD）多输入多输出（MIMO）无线系统中数据与控制信息信号的同时通信。特别地，考虑服务于多个单天线FD用户的FD MIMO基站，提出了一种用于同时下行链路（DL）波束成形数据传输和上行链路（UL）导频辅助信道估计的新颖的多用户通信方案。利用最近的FD MIMO硬件架构，降低复杂性的自干扰模拟消除，我们共同设计基站的发射和接收波束成形矩阵，以及多个模拟抽头和数字SI消除器的设置，以最大限度地提高DL和速率。我们的仿真结果表明，所提出的方法优于其传统的半双工对应的硬件复杂度降低了50%相比，最新的FD为基础的SCDC计划。
2020-11-12 cs.IT math.IT
Joint Design of Multi-Tap Analog Cancellation and Digital Beamforming for Reduced Complexity Full Duplex MIMO Systems
在多输入多输出（MIMO）系统中实现全双工操作提供了提高吞吐量性能的潜力。然而，模拟自干扰消除器的硬件复杂度与发射天线和接收天线的数量成比例，因此利用模拟消除的益处对于全双工MIMO收发器来说变得不切实际。在本文中，我们提出了一种新的架构，包括减少数量的抽头（抽头指的是固定延迟和可变移相器和衰减器的线）和简单的多路复用器之间的发送和接收射频链的有效信号路由的模拟消除器。与可用的模拟消除架构相比，每个抽头的值和多路复用器的配置根据某些性能目标与数字波束成形滤波器联合设计。以窄带平坦衰落信道模型为例，提出了一种模拟抵消和数字波束形成联合设计的通用优化框架。我们还详细介绍了一个特定的优化目标，连同其派生的解决方案，后者的架构组件。代表性的计算机模拟结果表明，所提出的低复杂度全双工MIMO系统的优越性，最近可用的。
2017-05-15 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
Can Dynamic TDD Enabled Half-Duplex Cell-Free Massive MIMO Outperform Full-Duplex Cellular Massive MIMO?
我们考虑一种支持动态时分双工（DTDD）的无小区大规模多输入多输出（CF-mMIMO）系统，其中每个半双工（HD）接入点（AP）基于用户设备（UE）的数据需求被调度为在上行链路（UL）或下行链路（DL）模式下操作，目标是最大化总UL-DL频谱效率（SE）。我们开发了一种新的，低复杂度，贪婪算法的组合AP调度问题，与理论上建立的最优性保证，通过显示的下限的总和UL-DL SE是子模块化。我们还考虑了UE之间的导频序列重用以限制信道估计开销。在CF系统中，所有AP估计来自每个UE的信道，使得导频分配问题不同于蜂窝情况。我们开发了一种新的算法，迭代最大限度地减少跨UE的导频污染。我们比较我们的解决方案的性能，无论是理论上和通过模拟，对全双工（FD）多小区mMIMO系统。我们的研究结果表明，由于在中央处理单元的信号的联合处理，CF-mMIMO与动态高清AP调度显着优于蜂窝FD-mMIMO的总和SE和90%的可能SE。因此，DTDD使能的HD CF-mMIMO是蜂窝FD-mMIMO的有前景的替代方案，而无需用于自干扰抑制的硬件成本。
2022-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex MIMO Relaying Powered by Wireless Energy Transfer
我们考虑一个全双工解码和转发系统，其中无线供电中继采用时间交换协议从源接收功率，然后将信息传输到目的地。假设中继节点配备有两组天线以实现全双工通信。研究了三种不同的干扰抑制方案，即1）最佳2）迫零和3）最大比合并/最大比传输。我们开发了新的中断概率表达式来研究这些方案的延迟约束传输吞吐量。我们的分析表明，有趣的性能比较所考虑的预编码方案不同的系统和链路参数。
2015-05-01 cs.IT math.IT
Multipair Massive MIMO Two-Way Full-Duplex Relay Systems with Hardware Impairments
相位噪声、量化误差、非线性和噪声放大等硬件损伤对无线通信有着不利的影响。本文研究了硬件损伤对多对大规模多输入多输出（MIMO）双向全双工放大转发中继系统的影响。更具体地说，新的封闭形式的频谱效率的近似表达式推导出所考虑的系统的实际设计中获得一些重要的见解。当中继天线$N$的数量增加没有约束，我们提出了一个硬件缩放定律，这表明，可以容忍的硬件损伤的水平大致成正比的$\sqrt{N}$。这一新的结果启发我们设计低成本和实用的多对大规模MIMO双向全双工中继系统。此外，推导出中继天线的最佳数量，以最大限度地提高能量效率。最后，提供的Motor-Carlo模拟结果来验证我们的分析结果。
2017-08-02 cs.IT math.IT
Achieving Net Feedback Gain in the Butterfly Network with a Full-Duplex Bidirectional Relay
一个对称蝶形网络（BFN）与全双工继电器工作在一个双向的反馈方式被认为是。该网络与各种无线网络相关，包括处理小区边缘用户的蜂窝系统。基于割集理论和合作论导出了一般无记忆反馈BFN容量域的上界，并将其应用于具有实源反馈的线性确定性BFN.它示出的上界是可实现的计算转发策略和经典的解码和转发策略的组合，从而充分表征的容量区域。结果表明，净率增益是可能的，在某些参数制度。
2012-07-27 cs.IT math.IT
Hybrid Block Diagonalization for Massive MIMO Two-Way Half-Duplex AF Hybrid Relay
本文研究了一种多对双向放大转发大规模多输入多输出（MIMO）混合中继系统。混合中继具有比天线更少数量的射频（RF）链，这显著降低了实现成本。我们采用块对角化为基础的基带处理在混合中继，以消除用户对间的干扰和等增益合并为基础的RF处理，以最大限度地提高波束成形增益。我们还使用了代数范数最大化中继传输策略，以最大限度地提高频谱效率（SE）的每个用户对。我们数值计算表明，建议的混合继电器只有轻微劣SE比一个完整的RF链继电器。
2018-09-17 cs.IT math.IT
Joint Beamforming Optimization and Power Control for Full-Duplex MIMO Two-way Relay Channel
在本文中，我们探讨了使用全双工无线电，以提高频谱效率的双向中继信道中，两个源交换信息，通过多天线中继，和所有的节点工作在全双工模式。全双工操作可以将整个通信减少到仅一个相位，但是遭受自干扰。而不是纯粹的抑制自干扰，我们的目标是最大限度地提高端到端的性能，通过联合优化波束成形矩阵在中继使用放大和转发协议，以及在源的功率控制。具体而言，我们提出了迭代算法和一维搜索来解决两个问题：找到可达速率区域和最大化总速率。在每一次迭代中，得到解析解或凸公式。我们比较了建议的全双工双向中继与传统的半双工双向中继，全双工单向中继和性能上限。数值结果表明，提出的全双工方案显着提高了可实现的数据率比传统的计划。
2014-11-21 cs.IT math.IT
Massive MIMO-Enabled Full-Duplex Cellular Networks
在本文中，我们提供了一个理论框架的研究大规模多输入多输出（MIMO）使能全双工（FD）蜂窝网络中的自干扰（SI）信道遵循莱斯分布和其他信道瑞利分布。为了促进双向无线功能，我们采用（i）在FD基站（BS）处的具有自干扰置零（ZF-SIN）的下行链路（DL）线性迫零预编码方案，以及（ii）在FD用户设备（UE）处的上行链路（UL）自干扰感知（SIA）部分功率控制机制。线性ZF接收器进一步用于UL中的信号检测。结果表明，在基线FD单天线系统中的UL速率瓶颈可以通过利用大规模MIMO来克服。另一方面，这些发现可以被视为现实检查，因为我们表明，在最先进的系统参数下，FD大规模MIMO相对于其半双工（HD）对应物的频谱效率（SE）增益在很大程度上取决于UE的SI消除能力。此外，预期的两倍增加SE被证明是唯一可以实现的无限大数量的天线。
2017-03-04 cs.IT math.IT
Gibbs Distribution Based Antenna Splitting and User Scheduling in Full Duplex Massive MIMO Systems
针对全双工大规模多输入多输出（MIMO）系统中的联合天线分裂和用户调度问题，提出了一种基于吉布斯分布的组合优化算法。该问题的最优解可以通过穷举搜索来确定。然而，当样本空间较大时，这种方法的复杂性在实践中变得令人望而却步，这在大规模MIMO系统中通常是这种情况。我们的算法克服了这个缺点，通过将原来的问题转化为一个Kullback-Leibler（KL）散度最小化问题，并通过一个相关的动力系统通过随机梯度下降方法来解决它。使用这种方法，我们提高了频谱效率（SE）的系统，通过执行联合天线分裂和用户调度。此外，数值结果表明，我们提出的算法得到的SE曲线与用户调度的穷举搜索得到的曲线重叠。
2021-12-24 cs.IT math.IT
Vector Bin-and-Cancel for MIMO Distributed Full-Duplex
在多输入多输出（MIMO）全双工网络中，其中带内全双工基础设施节点与支持同时上行和下行流的两个半双工移动台通信，上行和下行移动台之间的移动台间干扰限制了系统性能。我们研究了在不同的信道模型下，在这样的网络中的移动台之间利用带外侧信道的影响。对于时不变信道，我们的目标是表征边信道辅助的MIMO全双工网络的广义自由度（GDOF）。对于慢衰落信道，我们专注于分集复用权衡（DMT）的系统与各种假设的信道状态信息的可用性在发射机（CSIT）。最佳性能的关键是一个向量箱和取消策略，利用汉小林消息分裂，这是实现系统容量区域内的一个恒定的位。我们量化了侧信道如何改善GDoF和DMT相比，没有额外的正交频谱的系统。从我们的分析中获得的见解揭示了：i）来自不同节点处的多个天线的空间资源与侧信道的频谱资源之间的权衡，以及ii）发射机处的信道不确定性与侧信道的使用之间的相互作用。
2015-01-16 cs.IT math.IT
Low Complexity Full Duplex MIMO: Novel Analog Cancellation Architectures and Transceiver Design
在多输入多输出（MIMO）系统中实现全双工操作提供了提高吞吐量性能的潜力。然而，新兴全双工MIMO设计中的模拟自干扰消除器的硬件复杂度主要与发射和接收天线的数量成比例，因此利用模拟消除的益处对于全双工MIMO收发器来说变得不切实际，即使对于中等数量的天线也是如此。在本文中，我们提出了两种新型模拟消除器架构，与现有技术相比，消除元件数量减少，并且使用简单的多路复用器在发送和接收射频链之间进行高效信号路由。一种架构基于模拟抽头（抽头指的是固定延迟、可变移相器和衰减器的线路），另一种架构基于在本地生成消除信号的辅助（AUX）发射机（TX）。与可用的模拟消除架构相比，每个抽头或每个AUX TX的值以及多路复用器的配置根据某些性能目标与数字发送和接收波束成形滤波器联合设计。以窄带平坦衰落信道模型为例，提出了一种模拟自干扰抵消和数字波束形成联合设计的通用优化框架。我们还详细介绍了总和速率优化目标及其派生的解决方案，后者的架构组件。代表性的计算机模拟结果表明，无论是在硬件复杂度和可实现的性能的建议的低复杂度全双工MIMO方案比最近可用的。
2018-09-22 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
Full-Duplex MIMO Relaying: Achievable Rates under Limited Dynamic Range
在本文中，我们考虑的问题，全双工多输入多输出（MIMO）中继多天线的源和目的节点之间。实现这种系统的主要困难在于，由于中继器的发射和接收天线阵列之间的有限衰减，中继器的输出信号可能压倒其有限动态范围的输入电路，使得难以--如果不是不可能的话--恢复所需的输入信号。在明确建模发送器/接收器动态范围限制和信道估计误差的同时，我们推导出基于解码和转发的全双工MIMO中继系统的端到端可实现速率的严格上界和下界，并提出了一种基于最大化下界的传输方案。最大化要求我们（数值）解决一个非凸优化问题，为此，我们详细介绍了一种新的方法，基于对分搜索和梯度投影。为了深入了解系统设计的权衡，我们还推导出一个解析近似的可实现的速率和数值证明其准确性。然后，我们使用优化的半双工信令作为基线，研究可实现速率作为信噪比、干扰噪声比、发射机/接收机动态范围、天线数量和训练长度的函数的行为。
2012-05-17 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Self-Interference Cancellation in Full-Duplex Massive MIMO Systems: Subtraction versus Spatial Suppression
大规模多输入多输出（MIMO）和全双工（FD）是实现频谱效率以满足5G通信需求的有希望的候选方案。实现实用的FD大规模MIMO系统的关键之一是如何有效地抑制自干扰。然而，传统上，文献中通过反映实际信道特性来比较不同SI方法的性能是不够的。因此，本文提出了一种性能分析的SI消除（SIC）方法在FD大规模MIMO系统。分析和数值结果证实，在不完美的信道估计的情况下，遍历速率性能的空间抑制在上行链路中优于SI减法，由于预编码器和SI信道的估计误差之间的相关性。此外，我们还讨论了在不同的系统约束条件下，如上行链路和下行链路的总速率，总发射功率，功率缩放定律，哪种方法表现更好。
2022-05-28 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
The Degrees of Freedom of the $K$-pair-user Full-Duplex Two-way Interference Channel with and without a MIMO Relay
在$K$ -对-用户双向干扰信道（TWIC）中，$2K$消息和$2K$发射机/接收机形成在全双工模式下操作的前向方向上的$K$ -用户IC（$K$消息）和后向方向上的另一个$K$ -用户IC。所有节点可以相互作用，或者使输入适应于过去接收的信号。我们推导出一个新的外边界，以证明最佳自由度（DoF，也称为复用增益）是$K$：全双工操作使DoF加倍，但相互作用不会进一步增加DoF。接下来，我们用MIMO、全双工中继来表征$K$ -对-用户TWIC的DoF。如果中继是非因果/瞬时的（在时间$k$转发其接收到的信号的函数，直到时间$k$），并具有$2K$天线，我们演示了一个一次性的方案，其中中继减轻所有干扰，以实现无干扰的$2K$自由度。相比之下，如果中继是因果的（在时间$k$转发其接收信号的函数直到时间$k-1$），我们表明，全双工MIMO中继不能增加$K$ -对-用户TWIC的DoF超过$K$，就好像没有中继或交互存在一样。我们评论减少天线的数量在瞬时中继。
2013-11-27 cs.IT math.IT
Virtually Full-duplex Cell-Free Massive MIMO with Access Point Mode Assignment
我们考虑一个无小区的大规模多输入多输出（MIMO）网络，利用虚拟全双工（vFD）模式，其中接入点（AP）与下行链路（DL）模式和那些与上行链路（UL）模式同时服务DL和UL用户（UE）。为了最大化DL和UL传输的总频谱效率（SE），我们制定混合整数优化问题来联合设计AP模式分配和功率控制。该问题受到最低每UE SE要求、每AP功率控制和每UL UE功率约束的影响。通过采用逐次凸逼近技术，我们提出了一个算法，以获得一个固定的解决方案的制定问题。数值结果表明，所提出的vFD方法可以提供一个总和SE是$2.5$和$1.5$倍大于传统的半双工和启发式基线计划，分别在$95\%$ -可能的总和SE。
2022-05-13 cs.IT math.IT
On the Feasibility of Full-duplex Large-scale MIMO Cellular Systems
研究了全双工大规模多输入多输出（MIMO）蜂窝系统的可行性。我们首先提出了一个导频传输方案，并评估其性能，特别是遍历和速率。所提出的方案--同步导频传输（SPT）--能够减少导频开销，其中导频开销取决于基站（BS）处的天线数目，因为必须估计自干扰信道。我们考虑两个多小区的情况下-合作和非合作多小区系统-，并推导出解析模型的遍历可实现的和速率为小区边界用户。该模型是通过应用一个简单的线性滤波器，即，匹配滤波器或迫零滤波器。在分析模型中，我们还考虑了大尺度衰落，导频污染，发射机噪声和接收机失真。利用推导出的分析模型，全双工大规模MIMO系统的可行性示出相对于系统参数。最后，我们证实了我们的解析模型与数值结果吻合得很好，并且SPT比其他导频传输方法具有优势。
2017-11-22 cs.IT math.IT
Beamforming for Full-Duplex Multiuser MIMO Systems
我们解决了全双工（FD）多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统的和速率最大化问题。由于上行链路信道中的附加自干扰（SI）和下行链路信道中的同信道干扰（CCI）在FD通信中耦合，因此需要联合设计下行链路和上行链路多用户波束成形向量。然而，由于耦合效应，联合优化问题是非凸的，难以求解。为了正确地解决耦合的设计问题，我们重新制定了一个等效的上行链路信道的问题，使用被称为MAC-BC对偶的上行链路和下行链路信道的对偶。然后，使用最小化最大化（MM）算法的基础上仿射近似，我们得到的解决方案的重新制定的问题。此外，没有任何近似，从而性能下降，我们开发了一个交替算法的基础上迭代注水（IWF）来解决非凸问题。所提出的算法保证快速收敛和低计算复杂性。
2016-06-27 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoffs in MIMO Relay Channels
研究了准静态慢衰落环境中具有多天线终端的多跳中继信道。对于全双工和半双工中继的基本分集复用权衡（DMT）进行了分析。结果表明，虽然解码和转发（DF）中继实现最佳DMT在全双工中继的情况下，动态解码和转发（DDF）协议是必要的，以实现最佳DMT，如果中继被约束为半双工操作。对于后者的情况下，静态协议被认为是以及，相应的可实现的DMT性能的特点。
2008-08-14 cs.IT math.IT
Simultaneous Downlink Data Transmission and Uplink Channel Estimation with Reduced Complexity Full Duplex MIMO Radios
在本文中，我们研究全双工（FD）多输入多输出（MIMO）无线电同时数据通信和控制信息交换。利用最近提出的FD MIMO架构，结合数字发射和接收波束成形与降低复杂度的多抽头模拟自干扰（SI）消除，我们提出了一种新的传输方案，利用信道互易性联合下行链路波束成形信息数据通信和上行链路信道估计，通过训练数据传输。我们采用了一个通用的导频辅助信道估计模型，并提出了一个统一的优化框架，所有涉及FD MIMO设计参数。我们的代表性的Monte Carlo模拟结果的波束形成器以及模拟和数字SI消除的一个示例算法的解决方案表明，所提出的基于FD的联合通信和控制方案提供了1.4倍的下行链路速率的半双工对应。与具有全连接模拟消除的传统FD MIMO架构相比，模拟消除器的硬件复杂度降低了50%，从而实现了这种性能改进。
2020-03-14 cs.IT eess.SP math.IT
On the Capacity of the Half-Duplex MIMO Gaussian Diamond Channel
在本文中，我们分析了2中继多输入多输出（MIMO）高斯菱形信道。我们表明，多跳解码和转发多址接入（MDF-MAC）协议实现速率在一个恒定的间隙容量时，信道参数$Δ$大于零。我们还确定了传输协方差矩阵将使用的每个中继在多址接入（MAC）状态的MDF-MAC协议。如针对单天线2中继高斯菱形信道所做的那样，信道参数$Δ$被定义为从源到两个中继的链路的容量的乘积与从两个中继到目的地的链路的容量的乘积之间的差。
2016-02-08 cs.IT math.IT
Rate Balancing in Full-Duplex MIMO Two-Way Relay Networks
研究了全双工多输入多输出（MIMO）无线网络中包含两个信源和一个双向式的【形】（TW）中继的最小速率问题。为了提高整体性能，使用迫零的方法在中继抑制残留的自干扰所产生的全双工（FD）操作，基本的最大-最小的问题是铸造作为一个非凸的优化问题。为了避免这个问题，半定松弛技术，导致上，下限的优化问题的解决方案。数值结果验证了上下界解紧密遵循对方，表明所提出的方法的结果在接近最优的解决方案。此外，残余自干扰的影响后，网络的整体性能方面的最低速率的数值结果说明，并为低残余自干扰的情况下，所提出的方法相比，一个类似的半双工（HD）的对手的优越性。
2019-01-28 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex Relaying in MIMO-OFDM Frequency-Selective Channels with Optimal Adaptive Filtering
当与传统的半双工或带外全双工对应物相比时，带内全双工传输允许中继站通过在相同频带中同时接收和发送而在理论上使其频谱效率加倍。因此，中继站所遭受的感应自干扰可能达到相当大的功率电平，这降低了解码转发（DF）中继站中的信号与干扰加噪声比（SINR），导致中继站性能下降。提出了一种宽带多输入多输出（MIMO）中继中自干扰问题的解决方法。所提出的方法在DF中继中使用时域消除，其中干扰信号的副本借助于估计干扰频率选择性信道的递归最小二乘（RLS）算法来创建。仿真结果表明，与典型的正交频分复用（OFDM）序列长度相比，其收敛平均时间可以忽略不计。此外，在OFDM传输的误码率（BER）和SINR进行评估，确认所提出的方法显着扩展的自干扰功率的范围，中继是有弹性的，当与其他缓解方案相比。
2015-07-29 cs.IT math.IT
Full-Duplex Millimeter Wave MIMO Channel Estimation: A Neural Network Approach
本文研究全双工毫米波MIMO系统中的信道估计问题，提出基于神经网络的方法，通过共享导频资源降低开销，并利用NN映射解决分离天线配置下TX阵列信道估计的挑战。
2024-06-18 cs.IT eess.SP math.IT
Linear Precoder Design for a MIMO Gaussian Wiretap Channel with Full-Duplex Source and Destination Nodes
我们考虑用于多输入多输出（MIMO）高斯窃听信道的线性预编码器设计，该信道包括两个合法节点，即，爱丽丝和鲍勃，在全双工（FD）模式下操作，并在被动窃听者存在的情况下交换机密消息。使用和保密自由度（sum S.D.o.F.）作为可靠性度量，我们用公式表示关于预编码矩阵的优化问题。为了解决这一问题，我们首先提出了一种合作保密传输方案，并证明了其可行集足以实现最大和S. D. O. F.。基于该可行集，然后确定最大可实现和S.D.o.F.。并提供了一种实现最大和S.D.o.F.的预编码矩阵对的构造方法。结果表明，基于FD的网络提供了一个有吸引力的保密传输速率性能。
2016-11-15 cs.IT math.IT
Co-Designing Statistical MIMO Radar and In-band Full-Duplex Multi-User MIMO Communications -- Part II: Joint Precoder, Radar Code, and Receive Filters Design
本文针对统计MIMO雷达与带内全双工多用户MIMO通信的频谱共享问题，提出基于复合加权和互信息的联合设计框架，并采用块坐标下降与交替投影方法优化雷达码、预编码器和接收滤波器，实验验证了算法收敛性、干扰抑制能力和数据速率稳定性。
2024-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Optimization for Full-Duplex Wireless-powered MIMO Systems
我们提出了用于优化全双工多输入多输出（MIMO）无线供电通信系统中的发射波束成形的技术，该系统包括两个阶段。在第一阶段中，无线供电的移动站（MS）使用来自基站（BS）的信号来获取能量，而在第二阶段中，MS和BS两者以全双工模式彼此通信。当完整的瞬时信道状态信息（CSI）可用时，BS波束形成器和能量收集的时间分裂（TS）参数被联合优化以获得BS-MS速率区域。联合优化问题是非凸的，然而，计算效率的优化技术，半定松弛和线搜索的基础上，提出了解决问题。提出了一种次优迫零方法，得到了TS参数的封闭解。当只有二阶统计的发送CSI是可用的，我们建议最大限度地遍历信息速率在MS，同时保持在BS的中断概率低于一定的阈值。中断概率的上界也推导出一个近似的凸优化框架，提出了有效地解决潜在的非凸问题。仿真结果表明，所提出的方法优于次优和半双工的。
2017-05-11 cs.IT math.IT
Robust Sum Secrecy Rate Optimization for MIMO Two-way Full Duplex Systems
研究了多输入多输出（MIMO）全双工（FD）双向保密系统。具体地，两个多天线FD合法节点在存在窃听者的情况下交换它们自己的机密消息。考虑到窃听者的信道状态信息（CSI）不完全，在可达和保密率的中断概率约束和发射功率约束下，提出了一个鲁棒和保密率最大化（RSSRM）问题.与其他现有的信道不确定性模型不同，例如，范数有界和高斯分布，我们利用基于矩的随机分布CSI信道不确定性模型，将我们的公式化RSSRM问题转换为基于马尔可夫不等式和鲁棒圆锥重构的凸优化框架，即，半定规划（SDP）此外，差分凹（DC）近似迭代处理这些合法节点的发送协方差矩阵。仿真结果验证了我们提出的FD方法。
2017-05-17 cs.IT math.IT
Full-Duplex MIMO Small-Cell Networks with Interference Cancellation
全双工（FD）技术由于其提高频谱效率的能力而被设想为未来移动宽带网络的关键组件。与半双工（HD）传输相比，FD系统可以以残余自干扰（SI）和对网络的额外干扰为代价在相同频率上同时发送和接收。本文利用随机几何分析了FD多天线基站（BS）和HD用户设备（UE）的无线网络性能。我们的分析结果量化的成功概率和可实现的频谱效率，并指示有益的FD操作所需的SI取消量。示出了多天线BS/UE的优点，并且导出了通过平衡期望信号功率增加和干扰消除而实现的性能增益。所提出的框架旨在阐明FD模式相对于HD模式在网络吞吐量方面的系统级增益，并为FD技术在大型小型小区网络中的实际实施提供设计指导。
2017-05-11 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
Hardware Impairments Aware Transceiver Design for Bidirectional Full-Duplex MIMO OFDM Systems
在本文中，我们解决的线性预编码和解码设计问题的双向正交频分复用（OFDM）通信系统，两个多输入多输出（MIMO）全双工（FD）节点之间。同时考虑了硬件失真和信道状态信息误差的影响。在第一步中，我们通过线性傅立叶变换将FD MIMO收发器的硬件失真的可用时域特征变换到频域。因此，硬件不准确性对残余自干扰（RSI）和载波间泄漏（ICL）的明确影响是相对于预期的发射/接收信号来制定的。然后，线性预编码和解码的设计，提出了提高系统性能的最小均方误差（MMSE）和总和速率最大化的策略，假设完美或错误的CSI的可用性。所提出的设计是基于对系统参数的交替优化的应用，导致必要的收敛。数值结果表明，失真感知设计的应用程序是必不可少的系统具有高的硬件失真，或为系统具有低的热噪声方差。
2018-02-08 cs.IT math.IT
Joint Near-Field Target Tracking and Communications with Full Duplex Holographic MIMO
针对近场场景，提出两端配备 DMA 的全双工全息 MIMO 联合目标跟踪与多用户通信框架，通过扩展 Fresnel 近似并设计混合 A/D 收发的子空间跟踪方案最大化和速率。
2024-01-22 cs.ET cs.IT math.IT
Reference Receiver Based Digital Self-Interference Cancellation in MIMO Full-Duplex Transceivers
在本文中，我们提出并分析了一种新的带内MIMO全双工收发器的自干扰消除结构。所提出的结构利用参考接收机链来获得用于数字自干扰消除的参考信号，这意味着所有发射机引起的非理想性将被包括在数字消除信号中。据我们所知，在全双工收发器的上下文中，以前没有讨论过这种类型的结构。首先，我们将分析所提出的取消方案的整体可实现的性能，同时也提供一些可能的瓶颈。我们还提供了一个详细的制定实际的消除过程中，并进行分析到自干扰耦合信道估计的接收信号的影响。所提出的基于参考接收机的数字消除过程的实现的性能，然后评估和验证与全波形仿真。分析和波形仿真结果表明，在实际发射机RF/模拟损伤水平下，所提出的基于参考接收机的消除架构可以提供比任何现有解决方案更好的自干扰抑制，尽管仅部署低复杂度的线性数字处理。
2014-10-10 cs.IT math.IT
Repeater-Assisted Massive MIMO Full-Duplex Communications
Queen's University Belfast（贝尔法斯特女王大学）；Macquarie University（麦考瑞大学）；University of Peradeniya（佩拉德尼亚大学）
本文提出了一种中继辅助的大规模MIMO全双工通信方案，通过优化中继权重提升系统谱效率，实验表明其性能比半双工方案提高了4至2.5倍。
2026-01-28 cs.IT math.IT
Channel Covariance Estimation in Massive MIMO Frequency Division Duplex Systems
在频分双工（FDD）模式下的多用户Massive MIMO系统中，信道协方差是获取瞬时信道状态信息（CSI）的关键因素。在此上下文中，信道互易性不成立，并且通常预期关于下行链路信道的协方差信息必须由用户设备（UE）估计并反馈。作为另一种CSI获取技术，我们建议根据观测到的上行链路协方差来推断下行链路协方差。该推断过程依赖于上行链路/下行链路协方差矩阵的字典，以及对应的黎曼空间中的插值;一旦字典已知，估计就不依赖于来自UE的任何形式的反馈。在这篇文章中，我们提出了几种不同的插值方法，并通过模拟对它们进行基准测试。
2016-02-18 cs.IT math.IT stat.AP
Full-Duplex MIMO-OFDM Communication with Self-Energy Recycling
研究了全双工中继多输入多输出正交频分复用（OFDM）通信中的能量回收问题。由于全功率传输而导致的环路自干扰（SI）被视为能量受限的中继节点通过无线功率传输补充其能量需求的机会。在将源信息转发到目的地时，FD中继器可以同时从源无线传输以及还通过从其自身传输的能量回收来收获能量。其目标是通过设计OFDM子载波和发射天线上的最优功率分配来最大化整体频谱效率。由于大量的子载波，这个设计问题提出了一个大规模的非凸优化问题，涉及几千个变量的功率分配，这是非常具有挑战性的计算。提出了一种新的路径跟踪算法，该算法收敛于最优解。该算法是非常有效的，因为它是基于\textit{closed-form}计算。一个实际的模拟设置的数值结果表明，通过实现高频谱效率的有前途的结果。
2019-03-24 cs.IT math.IT
Modeling and Efficient Cancellation of Nonlinear Self-Interference in MIMO Full-Duplex Transceivers
本文讨论了带内全双工（FD）收发器中多个发射和接收天线的自干扰的建模和数字消除。自干扰建模和所提出的非线性时空数字消除器结构通过设计考虑了I/Q调制器不平衡和具有记忆的功率放大器（PA）非线性的影响，以及多径自干扰传播信道和模拟RF消除级。所提出的解决方案是文献中的第一个消除技术，可以处理这样的自干扰情况。通过使用真实的RF元件参数和两种不同的PA模型进行全面的仿真，可以明显优于当前最先进的数字自干扰消除器，并明显扩展了可用的发射功率范围。
2014-10-10 cs.IT math.IT
Direction-Assisted Beam Management in Full Duplex Millimeter Wave Massive MIMO Systems
全双工（FD）技术的最新应用集中于实现同时的控制通信和数据传输以减少控制信息交换开销，这影响端到端延迟和频谱效率。在本文中，我们提出了一个同时的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统的方向估计和数据传输方案，使最近的FD MIMO技术与降低硬件复杂度的自干扰（SI）消除。我们将所提出的框架应用于毫米波模拟波束管理问题，考虑配备有实现下行链路模拟波束成形的大型发射天线阵列和用于上行链路到达方向（DoA）估计的少量数字控制接收天线元件的基站。提出了一种用于设计DOA辅助模拟波束形成器和模拟以及数字SI消除的联合优化框架，其目标是最大化可实现的下行链路速率。我们的仿真结果表明，该方案优于其传统的半双工对应，产生减少的DOA估计误差和优越的下行链路数据率。
2021-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
