Spectral and Energy Efficiency of Cell-Free Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
无小区的大规模多输入多输出（MIMO）具有大量分布式接入点（AP），其共同服务于用户设备（UE），是未来无线通信的有前途的网络架构。为了降低此类系统的成本和功耗，在AP处利用低质量收发器硬件是重要的。然而，硬件损伤对无小区大规模MIMO的影响迄今尚未被研究。在本文中，我们首先看看这个重要的话题，利用完善的硬件失真模型，并推导出新的频谱和能源效率的封闭形式的表达式。这些表达式提供了重要的见解，硬件损伤的实际影响，以及如何有效地部署无细胞系统。此外，提出了一种新的硬件质量缩放定律。它证明了在AP的硬件损伤的影响消失的AP的数量的增长。数值结果验证了无小区的大规模MIMO系统对硬件损伤具有固有的弹性。
2017-09-09 cs.IT math.IT
Impact of Transceiver Impairments on the Capacity of Dual-Hop Relay Massive MIMO Systems
尽管通信系统上的硬件损伤的有害影响，大多数先前的作品没有调查广泛使用的中继系统的影响。最重要的是，廉价的收发器的应用，易于硬件损伤，是最具成本效益的方式来实现大规模多输入多输出（MIMO）系统。因此，本文的方向是对MIMO中继网络与大量的天线的硬件损伤的影响的调查。具体来说，我们得到了双跳（DH）放大转发（AF）中继系统的遍历容量的一般表达式。接下来，由于自由概率（FP）理论的优势，与其他已知的技术相比，在该地区的大型随机矩阵理论，我们追求一个大的限制分析的天线和用户的数量，通过揭示中继系统的行为所造成的硬件损伤。
2015-09-15 cs.IT math.IT
Impact of Residual Transmit RF Impairments on Training-Based MIMO Systems
无线通信系统中普遍存在的射频损伤会严重影响传统多输入多输出系统的性能。虽然补偿方案可以抵消这些RF损伤的一部分，但仍然存在一定量的损伤。这些残留损伤对MIMO系统性能有着根本性的影响。然而，以往的研究大多忽略了这一因素。本文研究了一种基于训练的具有剩余发射射频损伤（RTRI）的MIMO系统。特别是，我们推导出一个新的信道估计所提出的模型，并发现RTRI可以创建一个不可约的估计误差地板。此外，我们表明，在RTRI的存在下，最佳的训练序列长度可以大于发射天线的数量，特别是在低和高的信号噪声比（SNR）制度。通过采用最佳训练序列长度，也观察到所提出的近似可达速率的增加。当训练和数据符号的功率被要求是相等的，我们证明，在高信噪比，系统与RTRI需要更多的培训，而在低信噪比，这样的需求几乎是相同的所有实际水平的RTRI。
2014-06-13 cs.IT math.IT
Capacity Limits and Multiplexing Gains of MIMO Channels with Transceiver Impairments
理想MIMO信道的容量具有高SNR斜率，其等于发射和接收天线的数量的最小值。这封信分析了当物理收发器损伤导致失真时，这一结果是否成立。我们证明分析，这样的物理MIMO信道有一个有限的容量上限，任何信道分布和SNR。因此，高SNR斜率下降到零。这似乎令人沮丧，但我们证明了令人鼓舞的结果，采用MIMO的相对容量增益至少与理想的收发器一样大。
2014-05-01 cs.IT math.IT
On the MIMO Capacity with Residual Transceiver Hardware Impairments
通信系统的收发器硬件中的射频（RF）损伤（例如，相位噪声（PN）、高功率放大器（HPA）非线性、或同相/正交相位（I/Q）不平衡）可严重降低传统多输入多输出（MIMO）系统的性能。虽然校准算法可以部分补偿这些损伤，但剩余的失真仍然有很大的影响。尽管如此，大多数先前的作品没有分析这种类型的失真。在本文中，我们研究了剩余收发器硬件损伤对MIMO系统性能的影响。特别是，我们认为收发器损伤模型，这已被实验验证，并推导出解析遍历容量表达式的精确和高信噪比（SNR）。我们证明，在高信噪比制度的能力饱和，从而创建一个有限的容量上限。我们还提出了一个线性近似的遍历能力在低信噪比制度，并表明，损伤只有二阶的影响的能力。此外，我们分析了收发器损伤对大规模MIMO系统的影响;有趣的是，我们证明了如果只在一侧增加天线数量，则容量表现类似于有限维情况。相反，如果两侧的天线数量以固定比例增加，容量上限就会消失;因此，与理想的收发器硬件情况相比，损害只会导致容量的有限偏移。
2014-12-16 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
Downlink MIMO HCNs with Residual Transceiver Hardware Impairments
异构蜂窝网络（HCN）的一个主要限制是忽略了附加剩余收发器硬件损伤（ARTHI）。完美硬件的假设是相当强的，并导致误导性的结论。本文通过引入RTHI对具有小区关联的一般多输入多输出（MIMO）HCN进行建模。我们得出的覆盖概率和阐明的ARTHIs的影响，当各种传输方法被应用。随着硬件质量的降低，覆盖概率也随之降低。特别地，这种影响随着发射功率的增加而更加严重。此外，我们验证，在HCN中，最好在每个基站采用尽可能少的发射天线。
2016-07-18 cs.IT math.IT
On the Impact of Hardware Impairments on Massive MIMO
大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）系统是下一代无线通信系统的一种可能的关键技术。有人声称，由于高发射方向性，大规模MU-MIMO将使辐射能量效率和总速率容量提高几个数量级。然而，由于在每个基站（BS）处需要非常大量的收发器，大规模MU-MIMO的成功实现将取决于非常便宜、紧凑和功率高效的无线电和数字处理硬件的可用性。这又可能由于增加的功率放大器失真、相位噪声和量化噪声的量而损害调制射频（RF）信号的质量。在本文中，我们通过理论和仿真研究了硬件损伤对大规模MU-MIMO单小区系统的影响。使用简化的，完善的统计硬件损伤模型，以及更复杂和现实的模型的基础上进行的测量和电磁天线阵列模拟的模拟。
2014-11-26 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
Maximum Likelihood Algorithms for Joint Estimation of Synchronization Impairments and Channel in MIMO-OFDM System
研究了多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）系统中同步损伤和信道联合估计的最大似然（ML）算法。系统模型，考虑到载波频率偏移，采样频率偏移，符号定时误差和信道脉冲响应的影响制定。给出了连续参数估计的Cramér-Rao下界，该下界反映了不同损伤之间的耦合效应和联合估计的重要性.我们提出了一种最大似然估计算法，同步损伤和信道一起，使用网格搜索方法。为了降低ML算法中联合网格搜索的复杂度，本文还提出了一种具有多个一维搜索的改进ML（MML）算法。此外，一个阶段明智的ML（SML）算法使用现有的算法，估计较少的参数，也提出了。通过数值仿真研究了估计算法的性能，发现提出的ML和MML算法具有比SML算法更好的性能。
2012-10-27 cs.IT math.IT
On the Uplink Achievable Rate of Massive MIMO System With Low-Resolution ADC and RF Impairments
研究了射频损伤下粗量化大规模多输入多输出（MIMO）系统的信道估计和上行链路可达速率。我们利用加性量化噪声模型（AQNM）和扩展误差矢量幅度（EEVM）模型分别分析低分辨率模数转换器（ADC）和射频损伤的影响。我们表明，硬件损伤导致非零地板上的信道估计错误，这与传统的情况下与理想的硬件。最大比合并（MRC）技术，然后在接收端使用，并推导出一个近似听话的上行链路可达速率的表达式。仿真结果表明，ADC的分辨率和RF损伤之间有明显的补偿。所提出的研究支持在实际的大规模大规模多输入多输出系统中装备经济的粗糙ADC和经济的不完美RF元件的可行性。
2019-01-22 cs.IT eess.SP math.IT
Low Complexity Joint Estimation of Synchronization Impairments in Sparse Channel for MIMO-OFDM System
该文提出了一种低复杂度的单用户MIMO-OFDM系统同步损伤和信道联合估计方法。基于考虑载波频率偏移、采样频率偏移、符号定时误差等同步损伤和信道影响的系统模型，提出了一种联合估计的最大似然（ML）算法。为了降低ML网格搜索的复杂度，需要减少用于估计的接收信号样本的数量。传统的基于最小二乘（LS）的信道估计方法在小样本欠定系统中无法实现，导致联合估计器性能不佳。所提出的ML算法在稀疏衰落场景中使用基于压缩感知（CS）的信道估计方法，其中用于估计的接收样本小于基于LS的估计所需的样本。通过数值仿真研究了该估计方法的性能，发现基于CS的联合估计器性能优于基于LS的联合估计器
2013-04-28 cs.IT math.IT
Compensation of IQ-Imbalance and Phase Noise in MIMO-OFDM Systems
射频损伤对无线通信系统性能的影响在MIMO-OFDM传输中更为明显。IQ不平衡和相位噪声是严重限制MIMO-OFDM收发器性能的两个最常见的损伤。低复杂度的估计和补偿技术，可以共同消除这些损害的影响是非常可取的。在本文中，我们提出了一个简单的联合估计和补偿技术估计多径慢衰落信道下的MIMO-OFDM系统的信道，相位噪声和IQ不平衡参数。提出了一种子载波复用的前导码结构，以最小的开销估计信道和损伤参数，并将其用于IQ不平衡参数的估计以及包含公共相位误差（CPE）的有效信道矩阵的初始估计。然后，我们使用一种新的跟踪方法的基础上的二阶统计的载波间干扰（ICI）和噪声更新整个OFDM帧的有效信道矩阵。仿真结果表明，所提出的低复杂度估计和补偿技术可以有效地改善MIMO-OFDM系统的误比特率（BER）性能。
2012-09-01 cs.IT math.IT
Comprehensive Analysis of Behavioral Hardware Impairments in Cell-Free Massive MIMO-OFDM Uplink: Centralized Operation
本文首次综合分析宽带无蜂窝大规模MIMO-OFDM上行链路中多种硬件损伤对频谱效率的影响，借助Bussgang分解推导感知失真的合并向量以优化频谱效率。
2025-07-29 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting to Mitigate Residual Transceiver Hardware Impairments in Massive MIMO Systems
速率分离（RS）最近已经被示出在各种多用户传输场景中提供显著的性能益处。并行地，由吸引人的大规模多输入多输出（MIMO）提供的巨大自由度需要采用更容易出现硬件缺陷的廉价硬件，以便成为具有成本效益的技术。因此，在这项工作中，我们专注于一个现实的大规模多输入单输出（MISO）广播信道（BC）阻碍了不可避免的硬件损伤。我们考虑一个通用的实验验证模型的硬件损伤，占\textit{multiplicative distortion}由于相位噪声，\textit{additive distortion noise}和\textit{thermal noise amplification}的存在。在这两种情况下，完美和不完美的信道状态信息在发射机（CSIT），我们分析了潜在的鲁棒性RS每个单独的硬件缺陷。我们分析评估由于硬件缺陷的总和速率退化。有趣的是，在不完美的CSIT的情况下，我们证明了RS是一个强大的多用户MIMO在相位和放大的热噪声的存在下，因为它的和速率不饱和在高信噪比（SNR），与传统的技术。另一方面，加性损伤总是导致在高SNR下的和速率饱和，即使在应用RS之后。然而，RS仍然增强了性能。此外，随着用户数量的增加，RS提供的增益不仅在理想条件下减小，而且在具有RTHI的实际条件下也减小。
2017-04-20 cs.IT math.IT
Statistical CSI-Based Transmission Design for Reconfigurable Intelligent Surface-aided Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
本文研究了一种可重构智能表面（RIS）辅助的大规模多用户多输入多输出（MIMO）通信系统，该系统具有收发器硬件损伤（HWI）和RIS相位噪声。与现有的研究成果不同，RIS的相移设计是基于长期的角度信息。首先推导了上行链路可达速率的近似解析表达式。然后，我们使用遗传算法（GA），以最大化和率和最小数据率。最后，我们表明，它是至关重要的，以考虑HWI时，设计的RIS相移。
2021-10-13 cs.IT eess.SP math.IT
Distributed Two-Phase Processing for Modular XL-MIMO with Wireless Fronthaul under Hardware Impairments
Bilkent University（比尔肯特大学）
针对硬件损伤下采用放大转发无线前传的模块化超大规模MIMO系统，提出基于加权最小均方误差的联合优化算法，通过调整用户发射功率和前传放大系数最大化上行频谱效率。
2026-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex Amplify-and-Forward MIMO Relaying: Impairments Aware Design and Performance Analysis
全双工（FD）放大转发（AF）多输入多输出（MIMO）中继由于具有实现更高频谱效率和更低延迟的潜力以及固有的处理简单性而成为最近几项研究的焦点。然而，当考虑硬件失真的影响时，由于中继器发送信号协方差和残余自干扰协方差的相互依赖性质，这样的中继器遭受失真放大环路。上述行为导致具有低或中等硬件精度的系统的显著性能降级。在这项工作中，我们分析了中继传递函数以及均方误差（MSE）性能的FD-AF MIMO中继通信，集体源的加性和乘性发送和接收损伤的影响下。基于所进行的分析，设计了一个优化问题，以最大限度地减少通信MSE，并采用最近提出的惩罚对偶分解（PDD）框架解决。所提出的解决方案收敛到一个固定点的原始问题，通过一系列的凸二次规划（CQP）的，从而享受一个可接受的算术复杂性的问题尺寸变大。数值仿真验证了所提出的失真感知设计和分析的意义，相比常见的简化方法，硬件精度下降。
2020-08-13 cs.IT math.IT
Deep Learning Model-Based Channel Estimation for THz Band Massive MIMO with RF Impairments
针对太赫兹大规模MIMO信道估计中远场近场混合及射频损伤导致性能下降的问题，提出基于BiLSTM与GRU的深度学习模型，有效学习信道与射频损伤相关性，在各SNR水平下优于基准方法。
2024-09-24 cs.IT eess.SP 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
Analysis and Design of Secure Massive MIMO Systems in the Presence of Hardware Impairments
为了保持未来通信系统的硬件成本可管理，期望使用低成本硬件组件。这对于为基站（BS）配备大量天线元件的新兴大规模多输入多输出（MIMO）系统尤其如此。然而，低成本收发器设计将进一步加重任何实际通信系统中存在的硬件损伤。在本文中，我们研究了在存在被动多天线窃听器的下行链路大规模MIMO系统的保密性能的硬件损伤的影响。因此，对于BS和合法用户，考虑乘性相位噪声、加性失真噪声和放大的接收器噪声的联合效应，而假设窃听者采用理想硬件。当基站采用匹配滤波器（MF）数据预编码和人工噪声（AN）传输时，我们推导出了给定用户的遍历保密率的下界。基于推导出的解析表达式，我们研究了各种系统参数对保密率的影响，并优化了用于上行链路训练和AN预编码的导频集。我们的分析和仿真结果表明：1）基站处的加性失真噪声可能对保密性能有利，特别是当分配给AN发射的功率不足时; 2）所有其他硬件损伤对保密性能有负面影响; 3）{ \textcolor{blue}{despite their susceptibility to pilot interference in the presence of phase noise} }，即所谓的空间正交导频序列是优选的，除非相位噪声很强; 4）提出的广义零空间AN预编码方法可以有效地抑制相位噪声的负面影响。
2016-08-10 cs.IT math.IT
Energy Efficiency Optimization in Hardware-Constrained Large-Scale MIMO Systems
大规模的多输入多输出（MIMO）通信系统由于其自由度大、阵列增益大等特点，可以极大地提高系统的频谱效率和能量效率。然而，大规模MIMO预计将部署成本较低的射频（RF）组件，这特别容易受到硬件损害。遗憾的是，补偿方案不能完全消除硬件损伤的影响，使得一定量的残余损伤总是存在。在本文中，我们研究了剩余发射射频损伤（RTRI）的频谱和能量效率的训练为基础的点对点大规模MIMO系统的影响，并寻求确定最佳的训练长度和天线的数量，最大限度地提高能量效率。我们推导出确定性等效的信号噪声干扰比（SINR）与迫零（ZF）接收机，以及相应的频谱和能量效率，这是准确的，即使对于少量的天线。通过迭代序列优化，我们发现，与理想的硬件系统相比，RTRI系统的最佳训练长度可以在中等信噪比制度较小，而在高信噪比制度较大。此外，据观察，RTRI可以显着减少发射和接收天线的最佳数量。
2014-08-19 cs.IT math.IT
ADMM-Based One-Bit Quantized Signal Detection for Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
本文研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统中的信号检测问题，该系统具有一般的加性硬件损伤和一比特量化。首先，我们通过将它们概括为所考虑的硬件损伤模型来呈现量化未知和基于Bussgang分解的线性接收机。我们提出了一个优化问题来估计上行链路数据信号，通过选择一个合适的代价函数，处理在基站的未量化的接收信号作为变量。我们利用额外的结构的一位量化和信号调制，包括适当的约束。针对非凸二次约束二次规划问题，提出了一种基于ADMM的封闭更新方程算法。然后，我们将更新中的粗糙投影仪替换为它们的软版本，以提高检测性能。我们表明，建议的ADMM为基础的算法优于国家的最先进的线性接收机显着的误比特率（BER）和性能增益增加的天线和用户的数量。
2020-02-05 cs.IT eess.SP math.IT
Rate Splitting in MIMO RIS-assisted Systems with Hardware Impairments and Improper Signaling
在本文中，我们提出了一个优化框架速率分裂（RS）技术在多输入多输出（MIMO）可重构智能表面（RIS）辅助系统，可能与I/Q不平衡（IQI）。该框架可以应用于任何优化问题，其中目标和/或约束是速率和/或发射协方差矩阵的线性函数。这些问题包括最小加权和加权和速率最大化、目标速率的总功率最小化、最小加权能量效率（EE）和全局EE最大化。该框架可以应用于具有硬件损伤的任何干扰受限系统。为了说明的目的，我们考虑多小区MIMO RIS辅助广播信道（BC），其中基站（BS）和/或用户可能遭受IQI。由于IQI会产生不适当的噪声，我们认为不适当的高斯信号（IGS）作为一种干扰管理技术，可以额外补偿IQI。我们表明，RS与IGS相结合时，可以大大提高过载网络的频谱和能量效率（即，当每个小区的用户数量大于发射/接收天线的数量时）。
2022-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing Movable Antennas in Wideband Multi-User MIMO With Hardware Impairments
本文研究了宽带多用户MIMO系统中可动天线的优化，通过粒子群优化调整天线位置以最大化平均总速率，发现其性能提升取决于硬件损伤水平、多径丰富度和子载波数。
2025-06-02 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Hardware Impairments in OFDM-Based Cell-Free Massive MIMO With Impaired Wireless Fronthaul
Bilkent University（比尔肯特大学）
本文研究OFDM无小区大规模MIMO在硬件损伤下的上行性能，提出统一分析框架推导闭式表达式，并采用失真感知合并与最大最小公平资源分配以缓解性能下降。
2026-09-23 cs.IT eess.SP math.IT
Hardware Impairments Aware Transceiver Design for Full-Duplex Amplify-and-Forward MIMO Relaying
在这项工作中，我们研究了全双工（FD）和放大转发（AF）中继与多个天线的行为，其中FD中继收发器的硬件损伤被考虑在内。由于每个天线上的发射中继功率和FD-AF中继中的残余自干扰的相互依赖性，当中继动态范围不高时，我们观察到降低系统性能的失真环路。在这方面，我们分析了中继功能存在的硬件不准确性和优化问题，制定最大化的信号失真加噪声比（SDNR），中继和源发射功率的约束下。由于问题的复杂性，我们提出了一个基于梯度投影（GP）的算法来获得最优解。此外，提出了一个非交替的次优解决方案，假设秩为1的中继放大矩阵，并将中继过程的设计分为多个阶段（MuStR 1）。建议MuStR 1方法，然后通过引入一个交替更新的优化变量，表示为AltMuStR 1算法增强。据观察，与GP相比，（Alt）MuStR 1算法显着降低了所需的计算复杂性的代价是轻微的性能下降。最后，所提出的方法进行评估，在各种系统条件下，并与现有文献中的方法进行比较。特别地，观察到随着硬件损伤增加，或者对于具有高发射功率的系统，应用失真感知设计的影响是显著的。
2017-08-15 cs.IT math.IT
Asymptotic Rate Analysis for Impairments-Aware Multi-Carrier FD Massive MIMO Relay Networks utilizing MRT/MRC Strategy
在本文中，我们分析了渐进速率的多载波（MC）全双工（FD）大规模多输入多输出（mMIMO）解码和转发（DF）中继系统，服务于多个MC单天线半双工（HD）节点。我们考虑到硬件失真的影响，导致残留的自干扰（SI）和载波间泄漏（ICL），以及不完善的信道状态信息（CSI）的影响。当天线数目变大（变为$\infty$）时，我们推导了采用最大比发射（MRT）/最大比合并（MRC）策略的系统的渐近速率表达式。值得注意的是，硬件失真的影响变得显着，在一个大规模的天线阵列制度。与多用户干扰和接收机噪声的影响相反，其随着中继天线的数目变为无穷大而消失，由硬件损伤引起的残余SI和ICL保留在MC系统中。
2020-11-16 cs.IT eess.SP math.IT
Scalable Cell-Free Massive MIMO Systems: Impact of Hardware Impairments
标准无小区（CF）多输入多输出（mMIMO）系统是一种有前景的技术，以覆盖第五代（5G）网络及以后对更高数据率的需求。这些系统假设大量的分布式接入点（AP）使用联合相干传输与用户进行通信。然而，随着用户数量的增加，CF mMIMO系统呈现出增加的计算复杂性。已经提出了可扩展的无细胞CF（SCF）系统来面对这一挑战。考虑到这种大型网络的成本效益部署需要低成本的收发器，这是不可避免的硬件缺陷，SCF mMIMO系统的现实评估应该考虑到他们之前实施。因此，在这项工作中，我们专注于硬件损伤（HWI）对SCF mMIMO系统的影响，通过一个通用的模型占加性和乘性损伤。值得注意的是，在文献中没有其他研究CF mMIMO系统的本地振荡器（LO）中的相位噪声（PN）的影响或通常SCF mMIMO系统中的任何HWI的影响的工作。特别是，我们推导出的上行链路容量的上限和下限占HWI。此外，我们获得了最佳的硬件感知（HA）的部分最小均方误差（PMMSE）组合器。特别是，下限推导出封闭形式使用的确定性等价物（DE）的理论。在有趣的发现，我们观察到，单独的LO（SLO）优于一个共同的LO（CLO），和加性发射失真降低性能比加性接收失真。
2021-08-28 cs.IT math.IT
MIMO Detection under Hardware Impairments: Data Augmentation With Boosting
针对硬件损伤下的MIMO数据检测问题，提出结合数据增强与boosting的似然函数估计方法，通过多分布噪声生成增强数据集、结合EM或KDE估计并加权融合似然函数，显著提升检测性能且效果随增强数据量增大而优化。
2024-12-08 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO-AFDM Outperforms MIMO-OFDM in the Face of Hardware Impairments
University of Essex（埃塞克斯大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文研究硬件损伤对MIMO-AFDM系统的影响，推导了BER界和近似，发现AFDM具有全分集优势，且相比OFDM对相位噪声、载波频偏等乘性失真以及加性HWI引起的ICI更具鲁棒性。
2026-05-27 cs.IT eess.SP math.IT
STAR-RIS-Assisted Cell-Free Massive MIMO with Multi-antenna Users and Hardware Impairments Over Correlated Rayleigh Fading Channels
本文建模含硬件损伤的多天线STAR-RIS辅助无蜂窝大规模MIMO，分析两种上行处理架构并推导SE表达式，证明增加天线、AP和RIS单元可缓解损伤，且Level 2始终优于Level 1。
2025-03-17 cs.IT eess.SP math.IT
Massive MIMO Systems with Non-Ideal Hardware: Energy Efficiency, Estimation, and Capacity Limits
由于空间分辨率和阵列增益的极大提高，大规模天线阵列的使用可以为无线系统带来能量和/或频谱效率的实质性改善。大规模多输入多输出（MIMO）领域的最新研究表明，当基站（BS）处的天线数量增加时，用户信道解相关，因此可以在用户间干扰很小的情况下实现强信号增益。由于这些结果依赖于渐近性，重要的是要调查是否传统的系统模型是合理的，在这个渐近制度。本文考虑了一种新的系统模型，它结合了一般的收发器硬件损伤在BS（配备大型天线阵列）和单天线用户设备（UE）。相对于传统的理想硬件的情况下，我们表明，硬件损伤创建有限的天花板上的信道估计精度和每个UE的下行链路/上行链路容量。令人惊讶的是，容量主要受UE处的硬件限制，而大规模阵列中的损伤的影响渐近消失，并且用户间干扰（特别是导频污染）变得可以忽略不计。此外，我们证明了大规模MIMO提供的巨大的自由度可以用来降低发射功率和/或容忍较大的硬件损伤，这允许使用廉价和节能的天线元件。
2014-09-02 cs.IT math.IT
Improper Gaussian Signaling for the $K$-user MIMO Interference Channels with Hardware Impairments
研究了在硬件损伤（HWI）条件下，非正常高斯信号（IGS）在$K$ -用户多输入多输出（MIMO）干扰信道（IC）中的性能。HWI可能由于设备中的缺陷（如I/Q不平衡、相位噪声等）而出现。在I/Q不平衡的情况下，接收信号是发射信号和噪声的广泛线性变换。因此，接收器处的有效噪声变得不适当，这意味着其实部和虚部是相关的和/或具有不相等的功率。IGS可以在不适当的噪声和/或不适当的干扰的情况下改善系统性能。在本文中，我们研究IGS的好处，这种情况下的两个性能指标：可实现的速率和能源效率（EE）。我们考虑率区域，和率，EE区域和全局EE优化问题，以充分评估IGS的性能。为了解决这些非凸问题，我们采用优化框架的基础上优化最小化算法，这使我们能够获得一个稳定点的任何优化问题，其中无论是目标函数和/或约束是线性函数的利率。我们的数值结果表明，IGS可以显着提高性能的$K$ -用户MIMO集成电路的HWI和I/Q不平衡，其中它的好处与用户的数量，$K$，和不平衡的水平增加，并与天线的数量减少。
2020-08-06 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Detection under Hardware Impairments: Learning with Noisy Labels
针对硬件损伤 MIMO 系统，提出模型驱动与数据驱动两种无额外训练开销的检测器，并通过 EM 和鲁棒 DNN 训练提升检测性能。
2023-06-08 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-Free Massive MIMO with Hardware-Impaired Wireless Fronthaul
Bilkent University（比尔肯特大学）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本文提出了一种针对无源大规模MIMO的新型放大转发无线前传方案，通过联合建模硬件缺陷并优化线性组合器，提升频谱效率和系统性能。
2026-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
NOMA-based Improper Signaling for MIMO STAR-RIS-assisted Broadcast Channels with Hardware Impairments
本文提出结合IGS、NOMA和STAR-RIS的方案，以补偿收发机I/Q失衡并提升MIMO广播信道频谱效率，证明该方法能显著提高用户最低速率并改善系统性能。
2023-08-04 cs.IT eess.SP math.IT
Asymptotic Analysis of SU-MIMO Channels With Transmitter Noise and Mismatched Joint Decoding
无线系统的射频组件中的硬件损伤对传输造成不可避免的失真，而传统的线性信道模型无法捕获这些失真。在本文中，一个“binoisy”的单用户多输入多输出（SU-MIMO）的关系被认为是通过在发送侧的加性噪声项建模的额外的失真。通过扩展的SU-MIMO信道模型，研究了收发器硬件损伤对多天线点对点系统可达速率的影响。信道输入分布包括实际的离散调制方案，如QAM和PSK，以及高斯信号。此外，失配检测和解码的影响时，接收机有足够的信息的非理想性进行了研究。数值结果表明，对于实际系统参数，只有在高调制阶数时，发送端噪声和解码失配的影响才变得显著。
2014-10-22 cs.IT math.IT
Fundamental Limits in Correlated Fading MIMO Broadcast Channels: Benefits of Transmit Correlation Diversity
我们调查的高斯MIMO广播信道（BC）的空间相关衰落的渐近容量限制，以了解何时以及有多少传输相关性有助于容量。通过对用户的信道协方差（等效地，在发射机侧的发射相关性）施加结构（也称为\emph{transmit correlation diversity}），发射相关性对MIMO BC的功率增益的影响在系统参数的几个状态中被表征，特别关注大规模阵列（或大规模MIMO）状态。考虑到下行链路训练的代价，我们给出了多用户MIMO下行链路系统的渐近容量界，看看发射相关分集如何影响系统的复用增益。我们利用联合空分复用（JSDM）的概念，推导出的容量界限。在多用户MIMO系统中，发射相关分集可以显著提高复用增益和功率增益。特别是，在无线通信中的新类型的多样性，以提高系统的复用增益高达由这种多样性的度数的一个因素。最后，传统的大规模MIMO系统不利用发射相关性的性能限制的特点。
2014-10-10 cs.IT math.IT
Maximizing Spectral and Energy Efficiency in Multi-user MIMO OFDM Systems with RIS and Hardware Impairment
本文研究多用户MIMO OFDM广播信道中常规RIS、STAR-RIS与多扇区BD-RIS的性能，通过联合优化MIMO预编码和RIS配置，提出资源分配方案并证明其SE和EE增益。
2024-01-22 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Coordinated Beamforming in the Multicell Downlink with Transceiver Impairments
物理无线收发器遭受使发射和接收的信号失真的各种损伤。它们的降级影响在具有多用户传输、高发射功率和低成本设备的现代系统中尤其明显，但它们的存在在多小区传输的优化文献中通常被忽略。本文详细分析了多小区下行链路中的协作波束成形。我们解决了两个优化问题下的收发器损伤模型，并推导出最优解的结构。我们的数值计算表明，这些解决方案大大减少了损伤的影响，与波束成形开发的理想收发器相比。虽然所谓的复用增益是零收发器的损害下，我们表明，复用的增益可以是大的实际信噪比。
2012-09-04 cs.IT math.IT
How Many Transmit Antennas to Use in a MIMO Interference Channel
在多用户MIMO场景中，发射机和接收机都配备有多个天线，寻找最佳的数据流传输的数量的问题被认为是。在任何发射机没有信道状态信息，与迫零接收器每个用户被示出发送一个单一的数据流，以最大限度地提高自己的中断容量在存在足够数量的用户。传输一个单一的数据流也被证明是最佳的中断容量的总和最大化在存在足够数量的用户。
2011-05-31 cs.IT math.IT
Asymptotic Optimality of Massive MIMO Systems Using Densely Spaced Transmit Antennas
本文研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统的性能，该系统使用一个大的发射天线阵列与天线单元间隔密集。在理想均匀线性天线阵无互耦的假设下，证明了当发射天线间距趋于零时，预编码正交相移键控（QPSK）传输可以达到大规模MIMO系统的信道容量。这种渐近最优性类似于QPSK快于奈奎斯特信号。
2016-01-22 cs.IT math.IT
How to Diagonalize a MIMO Channel with Arbitrary Transmit Covariance?
多输入多输出（MIMO）或多天线通信是无线系统中实现高频谱效率的关键技术。对于点对点MIMO信道，基于信道奇异值分解（SVD）的线性预编码和解码实现了信道容量，这也将MIMO信道对角化为并行单输入单输出（SISO）子信道，用于独立的编码和解码。然而，在多用户MIMO系统中，由于控制和平衡用户间的同信道干扰，每个MIMO链路的最优发送协方差通常不是基于其信道SVD的。因此，它仍然是未知的线性预编码/解码策略是否仍然能够实现每个MIMO链路的容量，但对角化其MIMO信道，与所有用户的一组给定的最佳传输协方差。这封信解决了这个开放的问题，提供了一个封闭的形式容量实现线性预编码器/解码器的设计，对角化的MIMO信道与任意发送协方差。数值例子也提供了各种多用户MIMO系统中验证所提出的解决方案。
2016-04-23 cs.IT math.IT
Interference Alignment (IA) and Coordinated Multi-Point (CoMP) overheads and RF impairments: testbed results
在这项工作中，我们研究了网络MIMO技术的干扰对齐（IA）和完全自适应联合传输协作多点（CoMP）在室内非常小的小区环境。我们的重点是在系统中的开销与量化的信道状态反馈从接收器到发射器（基于802.11ac标准）和非理想的硬件的影响。由于信道的大相干带宽和相干时间，在所需反馈速率方面，室内办公室场景应该是最有利的情况。评估是使用具有三个BS和三个MS的真实世界无线测试平台完成的，所有BS和MS都具有两个天线。由于传输距离短，测量中的信噪比非常高，为35- 60 dB。在这种情况下，无线电硬件损伤成为性能的主要限制。我们量化了这些损害的影响。对于23 ms的更新间隔，开销是2.5%，并且在稳定条件下，IA和CoMP平均提高了总吞吐量27%和47%（相对于参考方案，例如TDMA MIMO）。当两个人在测量区域中行走时，吞吐量的提高分别下降到16%和45%。
2014-03-16 cs.IT math.IT
RIS-Aided MIMO Systems with Hardware Impairments: Robust Beamforming Design and Analysis
可重构智能表面（RIS）被认为是提高未来无线系统性能的一种新型技术。在本文中，我们研究了一个实用的RIS辅助多输入多输出（MIMO）系统中存在的收发器硬件损伤，RIS相位噪声和不完善的信道状态信息（CSI）。特别考虑了MIMO收发器和RIS反射矩阵的联合设计，以最小化所有数据流的总平均均方误差（MSE）。这个联合设计问题是非凸的，具有挑战性的解决，由于新考虑的实际缺陷。为了解决这个问题，我们首先分析了总平均MSE纳入上述系统的不完善的影响。然后，为了处理紧耦合的优化变量和非凸NP-硬约束，提出了一种基于交替优化（AO）框架的高效迭代算法，保证了算法的收敛性，其中每个子问题通过利用优化最小化（MM）技术得到一个封闭形式的最优解.此外，通过利用单位模约束的特殊结构，我们提出了一种改进的黎曼梯度上升（RGA）算法的离散RIS相移优化。此外，在视距信道条件下验证了该算法的最优性，并揭示了在高信噪比（SNR）条件下，由于硬件和信道状态信息的不完善而引起的不可约的均方误差地板效应.数值结果表明，我们所提出的算法的MSE性能优于所采用的基准计划，并表明，增加RIS元素的数量并不总是有益的上述系统的缺陷。
2023-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Closed Form Secrecy Capacity of MIMO Wiretap Channels with Two Transmit Antennas
高斯多输入多输出（MIMO）窃听信道模型。输入端是一个双天线发射器，而输出端是合法的接收器和窃听器，两者都配备了多个天线。假设所有信道都是已知的。在功率约束条件下，得到了满足保密容量的最优输入协方差矩阵，并给出了保密容量的封闭表达式。
2011-07-27 cs.IT math.IT
Max-Min SINR Analysis of STAR-RIS Assisted Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
本文研究了存在硬件损伤的STAR-RIS辅助大规模MIMO系统，推导了最优线性预编码下的最小SINR闭式解，利用确定性等价和投影梯度上升算法优化被动波束赋形，仿真验证了STAR-RIS优于传统RIS。
2023-11-23 cs.IT math.IT
Transmit Filter and Artificial Noise Design for Secure MIMO-OFDM Systems
物理层安全被认为是无线通信中保护合法传输不被被动窃听的重要安全手段。研究了无线多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）通信系统在存在多天线窃听者的情况下的物理层安全问题。首先提出了一种发射滤波器辅助的安全MIMO-OFDM系统，该系统能够破坏窃听者信号的正交性。我们提出的传输滤波器可以干扰窃听者的接收，同时保持合法传输的质量。然后，我们提出了另一种人工噪声（AN）辅助的安全MIMO-OFDM系统，以进一步提高合法传输的安全性。时域AN信号被设计成干扰窃听者的接收，而合法传输不会受到影响。仿真结果证明了所提出的发送滤波器设计和AN辅助方案在MIMO-OFDM系统中的安全性能。
2017-04-26 cs.IT math.IT
MIMO Underlay Cognitive Radio: Optimized Power Allocation, Effective Number of Transmit Antennas and Harvest-Transmit Tradeoff
本文分析了一种多输入多输出（MIMO）认知无线电系统的性能。特别地，次级发射器在空间复用传输模式下操作，而在次级接收器处采用迫零检测器。此外，次系统受到单天线主用户（PU）的干扰。为了提高二次传输的性能，在二次发射机处执行最优功率分配，其中约束由PU指定的最大可允许中断阈值。此外，辅发射天线的有效数量基于针对任意MIMO尺度的最优功率分配来指定。此外，推导了次系统各态历经信道容量的封闭表达式。然后，深入分析和评估了大规模MIMO次系统的场景，其中研究了捕获使能的次传输。分析了最优功率分配、有效副发射天线数、副发射天线与副接收天线之间的有效折衷以及副系统的平均信道容量。最后，大量的数值和模拟结果证实了我们的分析的有效性，同时提供了一些有用的工程见解。
2018-01-22 cs.IT math.IT
Error Performance of Various QAM Schemes for Nonrenegerative Cooperative MIMO Network with Transmit Antenna Selection
该文分析了瑞利衰落信道下双跳协作多输入多输出（MIMO）系统的性能。对于所考虑的系统模型，采用非再生MIMO方案与发射天线选择策略（TAS）。在该方案中，选择使接收机处的总接收信号功率最大化的单个发射天线用于发射。从平均符号出错率的各种正交幅度调制（QAM）方案，如一般阶六角形QAM（HQAM），一般阶矩形QAM（RQAM）和32交叉QAM（XQAM）的有用的见解。Monte-Carlo模拟进行验证推导出的解析表达式。
2018-09-05 cs.IT math.IT
Nonregenerative MIMO Relaying with Optimal Transmit Antenna Selection
我们推导出最佳信噪比为基础的发射天线选择规则在源和中继的非再生半双工MIMO中继信道。虽然天线选择是波束成形的次优形式，但其具有以下优点：优化是易处理的，并且可以仅利用从目的地到源和中继的几个比特的反馈来实现。我们比较的比特出错率的最佳天线选择在源和中继到其他建议的波束成形技术，并提出执行必要的有限反馈的方法。
2008-01-21 cs.IT math.IT
Stepwise Transmit Antenna Selection in Downlink Massive Multiuser MIMO
由于大规模MIMO系统的RF电路中的大功率消耗，诸如能量效率或带宽效率的实际相关性能度量既不一定是总发射功率的单调函数，也不一定是有源天线的数量的单调函数。然而，在这些系统中，最佳天线选择在计算上是不可行的。在本文中，我们提出了一种迭代算法来优化发射功率和所选天线的子集受到非单调性能指标在大规模多用户MIMO设置。数值结果给出了能源效率，并表明，对于几个设置所提出的算法报告的选择的天线的最佳数量显着小于发射天线的总数。这一事实表明，在几个大规模MIMO场景中的天线选择不仅降低了硬件复杂度和RF成本，而且提高了系统的能量效率。
2018-02-19 cs.IT math.IT
On the transmit strategy for the interference MIMO relay channel in the low power regime
本文研究了低发射功率下MIMO中继存在时两发射两接收的干扰信道。使用了一种结合块马尔可夫编码、波束形成和Willems反向解码的通信方案。利用该方案，我们得到了一个信道增益依赖于信号功率的干扰信道。提出了该方案的功率分配，并给出了该功率分配下的可达速率域。我们表明，在低发射功率，在中继和发射机具有相等的功率约束，MIMO中继的干扰信道实现了功率线性的和速率。该和速率由通道设置确定。我们还表明，在存在丰富的功率在中继，传输策略显着简化，和MAC从发射机到中继形成的瓶颈的系统从和速率的角度来看。
2009-10-20 cs.IT math.IT
