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
Wireless Power Transfer in Massive MIMO Aided HetNets with User Association
本文探讨了大规模多输入多输出（MIMO）辅助异构网络（HetNets）中的无线功率传输（WPT）的潜力。在HetNets中，大规模MIMO应用于宏小区，用户的目标是收集尽可能多的能量并减少上行链路路径损耗以增强其信息传输。通过解决大规模MIMO对用户关联的影响，我们比较和分析了两个用户关联方案。我们采用线性最大比传输波束成形的大规模MIMO功率传输充电用户。通过推导新的统计性质，我们得到了平均收获能量的精确和渐近表达式。然后，我们推导出平均上行链路可达速率下收获的能量约束。
2016-07-11 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Optimization for Wireless Information and Power Transfer in Large-Scale MIMO Systems Employing Energy Beamforming
在这封信中，我们考虑了一个大规模的多输入多输出（MIMO）系统，接收器应该收获能量从发射器的无线功率传输，以支持其无线信息传输。利用大规模MIMO系统中的能量波束形成来解决具有挑战性的长距离无线功率传输问题。此外，考虑到在这样的系统中的功率的限制，这封信集中在最大化的信息传输的能量效率（比特每焦耳），同时满足服务质量（QoS）的要求，即延迟约束，通过联合优化传输持续时间和发射功率。通过求解优化问题，我们得到了一个节能的资源分配方案。数值结果验证了该方法的有效性。
2013-09-24 cs.IT math.IT
Small Cell In-Band Wireless Backhaul in Massive MIMO Systems: A Cooperation of Next-Generation Techniques
大规模多输入多输出（MIMO）系统、密集小小区（SC）和全双工是下一代通信系统的三种候选技术。下一代技术的合作可以提供更多的好处，例如，大规模MIMO系统中的SC带内无线回程。本文介绍并比较了大规模MIMO系统中SC带内无线回程的三种策略，完全时分双工（CTDD）、零分双工（ZDD）和具有干扰抑制的ZDD（ZDD-IR）。仿真结果表明，SC带内无线回程具有提高大规模MIMO系统吞吐量的潜力。具体来说，在这三种策略中，CTDD是最简单的一种，可以实现可观的吞吐量提高。根据条件，利用SC处的自干扰消除能力，ZDD可以实现比CTDD更好的吞吐量，即使具有残留自干扰。此外，与ZDD相比，ZDD-IR需要BS处的额外干扰抑制过程，但其通常可以实现比CTDD和ZDD更好的吞吐量。
2015-12-09 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoff of Double Scattering MIMO Channels
众所周知，在复用增益和分集增益方面，双散射的存在降低了MIMO信道的性能。本文给出了双散射MIMO信道分集复用折衷（DMT）的封闭表达式。结果表明，对于具有nT发射天线、nR接收天线和nS散射体的信道，对于任意的nT、nS和nR，DMT仅依赖于三元组（nT，nS，nR）的有序形式.还建立了双散射信道与单散射信道具有相同DMT的条件。
2006-03-31 cs.IT math.IT
An Asymptotic Bound on Estimation and Prediction of Mobile MIMO-OFDM Wireless Channels
在本文中，我们推导出一个渐近封闭形式的表达式外推双选择性移动MIMO无线信道的误差界。该界限示出了预测误差与系统设计参数（诸如带宽、天线元件的数量以及频率和时间导频的数量）之间的关系，从而提供了对这些参数对预测性能的影响的有用的见解。数值模拟表明，渐近界提供了一个很好的近似先前推导的界限，同时消除了需要重复计算和依赖于信道参数，如到达角和出发角，延迟和多普勒频移。
2014-07-24 cs.IT math.IT
Massive MIMO and Waveform Design for 5th Generation Wireless Communication Systems
本文回顾了现有的相关工作，并确定了波形设计和大规模多天线系统（也称为Massive MIMO）交叉的关键5G领域的主要挑战。在基于滤波器组多载波（FBMC）的大规模MIMO中引入自均衡特性，可以减少系统所需的子载波数。它还表明，盲信道跟踪性能的FBMC可以用来解决导频污染-大规模MIMO系统的主要限制因素之一。我们的研究结果揭示并激励了一个全新的研究路线，以更好地理解波形设计，重点是基于FBMC的大规模MIMO网络。
2016-09-23 cs.IT math.IT
Receive Diversity and Ergodic Performance of Interference Alignment on the MIMO Gaussian Interference Channel
本文研究了当信噪比不渐近高时，K用户高斯MIMO干扰信道（MIMO-IC）上的干扰对齐问题。我们介绍了一个泛化IA，使接收分集内的无干扰子空间。我们概括的存在性标准的IA解决方案提出的Yetis等人。这种情况下，从而建立一个多用户分集复用权衡（DMT）的干扰信道。此外，我们推导出一个封闭形式的紧下界的遍历互信息可实现使用IA在高斯MIMO-IC与高斯i.i.d.当发射信号在IA定义的子空间内为白色时，在任意SNR下的信道系数。最后，作为前面的结果的应用程序，我们比较IA在DMT允许的各个操作点所实现的性能，最近推出的基于博弈论的分布式方法。
2010-06-23 cs.IT math.IT
Parametric Schemes for Prediction of Wideband MIMO Wireless Channels
在自适应和有限反馈MIMO-OFDM系统中，关于时变频率选择性信道的未来状态的信息可以显著地增强反馈的有效性。本文研究了宽带MIMO信道的参数外推使用的双向MIMO模型的变化。我们提出了三个预测器，估计参数的信道使用4D，3D和2D扩展的ESPRIT算法和预测未来的状态的信道使用的模型。此外，使用向量公式的Cramer Rao下界的参数的函数，我们推导出在宽带MIMO信道的预测误差的限制。数值模拟被用来评估所提出的算法在不同的信道和传输条件下的性能，并与推导出的误差界进行比较。
2014-08-04 cs.IT math.IT
Joint Transmit Diversity Optimization and Relay Selection for Cooperative MIMO Systems using Discrete Stochastic Algorithms
针对译码转发（DF）协作MIMO系统，提出了一种基于离散随机优化的联合发射分集选择（TDS）和中继选择（RS）算法，TDS和RS联合进行，采用连续最小二乘信道估计（CE），所有节点均采用线性最小均方误差（MMSE）接收机，中继间无需通信。通过比特出错率（BER）的比较和多样性分析，所提出的方案的性能进行评估，并收敛到最佳的穷举解。
2013-06-10 cs.IT math.IT
Secure Wireless Information and Power Transfer in Large-Scale MIMO Relaying Systems with Imperfect CSI
在本文中，我们解决的问题，安全的无线信息和功率传输的大规模多输入多输出（LS-MIMO）放大转发（AF）中继系统。利用LS-MIMO中继的优势来提高无线安全性、传输速率和能量效率。特别是，短拦截距离和长传输距离带来的挑战性问题得到了很好的解决。在非常实际的假设下，即，在无窃听者信道状态信息（CSI）和不完全合法信道状态信息的情况下，研究了不完全CSI对保密中断容量的影响，得到了保密中断容量与发射功率和信道条件的显式关系。然后，我们提出了一个最佳的功率分配方案，在中继，以最大限度地提高保密中断容量。最后，我们的理论索赔进行了验证仿真结果。
2014-07-21 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoff in Selective-Fading MIMO Channels
我们建立了相干时间，频率和时间-频率选择性衰落MIMO信道的最佳分集复用（DM）权衡，并提供了一个DM权衡最优的代码设计准则。我们的研究结果是基于与一个给定的选择性衰落MIMO信道的“詹森信道”的分析。由于互信息是相关随机变量的总和，原始问题在分析上似乎难以处理，而Jensen信道在DM权衡的意义上等同于原始信道，并且很好地适合于分析处理。最后，作为我们的研究结果的结果，我们发现，经典的秩准则的空时码设计（在选择性衰落MIMO信道），确保DM权衡的意义上的最优性。
2007-04-25 cs.IT math.IT
MIMO Detection Algorithms for High Data Rate Wireless Transmission
基于MIMO宽带衰落信道模型，本节对各种未编码的自适应和非自适应MIMO检测算法的BER/PER性能和硬件复杂度进行了比较研究。所有的仿真都是在MIMO-OFDM框架下进行的，并且具有类似于IEEE 802.11a/g标准的分组结构。比较结果表明，RLS算法是一种经济实惠的解决方案，宽带MIMO系统的目标是千兆位无线传输。因此，MIMO可以通过使用优化的信道编码和MIMO检测来克服MIMO检测所需的巨大处理功率。
2010-06-14 cs.IT cs.OH math.IT
Diversity of Linear Transceivers in MIMO AF Half-duplex Relaying Channels
在MIMO放大转发（AF）中继系统中，中继站和目的站之间的线性切换方案由于实现复杂度低而引起了人们的广泛兴趣。本文对线性迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）收发器的分集阶数进行了全面的分析。首先，我们得到了一个紧凑的封闭形式的表达分集复用折衷（DMT）通过严格的上限和下限。虽然我们的DMT分析准确地预测了ZF收发器的性能，但观察到MMSE收发器表现出复杂的速率相关行为，因此对于有限速率情况，通过DMT是非常不可预测的。其次，我们强调MMSE收发器的这种有趣的行为，并在所有有限速率的分集阶数的特征。这导致了一个封闭形式的表达的分集率权衡（DRT），揭示了分集，速率和天线的数量在每个节点之间的关系。我们的DRT分析补充我们以前的工作DMT，从而提供了一个完整的理解MIMO AF中继信道的线性交织方案的分集阶数。
2014-03-09 cs.IT math.IT
Multiuser MIMO Wireless Energy Transfer With Coexisting Opportunistic Communication
这封信认为，一个主要的多用户多输入多输出（MIMO）无线能量传输（WET）系统和一个共存的次要的点对点MIMO无线信息传输（WIT）系统之间的频谱共享，其中WET产生干扰WIT和降低其吞吐量性能。我们表明，由于干扰，WIT系统遭受损失的自由度（DoF）的能量发射机（ET），其中，在一般情况下，需要大于1，以优化多用户WET与用户公平性的考虑发送的能量波束的数量成正比。为了最小化WIT中的自由度损失，我们进一步提出了一种基于分时原理的新的单波束能量传输方案，其中ET每次发送一个最优能量波束。这种新的方案实现了相同的WET系统的最佳性能，并最大限度地减少其干扰的WIT系统的影响。
2015-01-09 cs.IT math.IT
On Designs of Full Diversity Space-Time Block Codes for Two-User MIMO Interference Channels
针对两用户MIMO干扰信道，提出了一种空时分组码（STBC）的设计准则，在每个接收端采用组迫零（ZF）算法消除用户间干扰。基于该设计准则，提出了一种在两用户干扰信道下，采用组ZF接收机实现全分集的空时分组码设计方案。当编码中的时间延迟（或码块大小）变大时，码率接近1。性能结果表明，我们提出的空时分组码与组ZF接收机可以保证全分集。
2012-09-26 cs.IT math.IT
MmWave Massive MIMO Based Wireless Backhaul for 5G Ultra-Dense Network
超密集网络（UDN）被认为是未来5G网络的一个有前途的候选，以满足爆炸性的数据需求。为了实现UDN，连接超密集小小区基站（BS）和宏小区BS的可靠、千兆赫带宽和成本有效的回程是先决条件。毫米波（mmWave）可以为无线回程提供潜在的Gbps流量。此外，毫米波可以很容易地与大规模MIMO集成，以提高链路可靠性。在这篇文章中，我们讨论了基于mmWave大规模MIMO的无线回程用于5G UDN的可行性，并讨论了其优点和挑战。特别是，我们提出了一种基于数字控制移相器网络（DPSN）的混合预编码/合并方案的毫米波大规模MIMO，从而利用毫米波大规模MIMO信道矩阵的低秩属性，以减少所需的成本和复杂性的收发器与一个可以忽略不计的性能损失。所提出的方案的一个关键特征是宏小区BS可以同时支持多个小小区BS，每个小小区BS具有多个流，这本质上不同于通常限于具有多个流的单用户MIMO或具有每个用户的单个流的多用户MIMO的传统混合预编码/组合方案。基于所提出的方案，我们进一步探讨了开发用于无线回程的毫米波大规模MIMO的基本问题，并讨论了实现用于5G UDN的基于毫米波大规模MIMO的无线回程的相关挑战、见解和前景。
2015-11-27 cs.IT math.IT
Selective-Fading Multiple-Access MIMO Channels: Diversity-Multiplexing Tradeoff and Dominant Outage Event Regions
我们建立了最佳的分集复用（DM）权衡相干选择性衰落多址MIMO信道，并提供相应的代码设计准则。作为一个副产品，在概念层面上，我们发现一个有趣的DM权衡框架之间的关系和概念的主要错误事件区域，首先介绍了在AWGN的情况下，由Gallager，IEEE trans.IT，1985年。这种关系使我们能够准确地描述在MIMO衰落多址信道的错误机制。特别是，我们发现，对于一个给定的速率元组，最大可实现的分集阶数是由一个单一的中断事件，占主导地位的总错误概率指数SNR。最后，我们研究了Badr和Belfiore在国际苏黎世通信研讨会上提出的分布式空时码构造。，2008年，使用本文推导的规范设计标准。
2009-06-26 cs.IT math.IT
Transmit Diversity v. Spatial Multiplexing in Modern MIMO Systems
一个当代的角度之间的权衡发射天线分集和空间复用。有人认为，在大多数现代无线系统的背景下以及对于感兴趣的操作点，利用所有可用空间自由度进行复用的传输技术优于显式牺牲空间复用以实现多样性的技术。因此，在这样的系统的上下文中，在MIMO通信中基本上不需要在发射天线分集和空间复用之间做出决定。然而，要得出这一结论，需要对信道和一些关键系统特性进行充分建模，并采用适当的性能指标;如果做不到这一点，可能会得出截然不同的结论。作为具体示例，使用3GPP长期演进系统设计来说明这种对比。
2009-03-05 cs.IT math.IT
On Multiple-Input Multiple-Output OFDM with Index Modulation for Next Generation Wireless Networks
多输入多输出带索引调制的正交频分复用（MIMO-OFDM-IM）是近年来提出的一种新的多载波传输技术，它可以替代传统的MIMO-OFDM。在该方案中，OFDM与索引调制（OFDM-IM）的概念与MIMO传输相结合，以利用这两种技术的优点。在本文中，我们阐明了下一代5G无线网络的MIMO-OFDM-IM方案的实现和错误性能分析。提出了基于最大似然（ML）、近似最大似然（near-ML）、简单最小均方误差（MMSE）和有序连续干扰消除（OSIC）的MIMO-OFDM-IM MMSE检测器，并研究了它们的理论性能。通过大量的计算机模拟表明，MIMO-OFDM-IM方案在误码性能和频谱效率之间提供了一个令人感兴趣的折衷，并且在实际条件下，使用不同类型的检测器时，它获得了比经典MIMO-OFDM更好的误码性能。
2016-04-24 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Future Wireless Networks: A Marriage between Massive MIMO and Small Cells
为高能效设计的蜂窝网络会是什么样子？为了回答这个基本问题，我们使用随机几何模型的蜂窝网络和优化的能量效率相对于基站的密度，每个小区的天线和用户的数量，发射功率电平，和导频复用。最高效率既不是通过纯小小区方法实现的，也不是通过纯大规模MIMO解决方案实现的。有趣的是，正是这些方法的组合提供了最高的能量效率;小小区通过减少传播损耗而做出贡献，而大规模MIMO能够在干扰受控的情况下实现用户的复用。
2015-06-02 cs.IT math.IT
On the Achievable Diversity-Multiplexing Tradeoff in MIMO Fading Channels with Imperfect CSIT
在本文中，我们分析了分集和复用在多输入多输出（MIMO）信道与不完善的信道状态信息在发送端（CSIT）的基本权衡。我们表明，不完美的CSIT，更高的分集增益，以及更有效的分集复用权衡（DMT）可以实现。在具有K个发射/接收天线的多输入单输出（MISO）/单输入多输出（SIMO）信道的情况下，可以在空间复用增益r处获得d（r）=K（1-r+Kα）的分集增益，其中α是本文定义的CSIT质量。对于M（M>1）个发射天线和N（N>1）个接收天线的一般MIMO信道，我们证明了根据α的值，可以得到不同的DMT，并且α的值对可实现的分集有很大的影响，特别是在高复用增益下。具体地，当α高于某个阈值时，可以实现d（r）=MN（1+MNα）-（M+N-1）r的分集增益;否则，可实现的DMT低得多，并且可以被描述为取决于M、N、r和α的不连续线段的集合。我们的分析表明，不完美的CSIT显着提高可实现的分集增益，同时享受高空间复用增益。
2009-08-16 cs.IT math.IT
A Low-decoding-complexity, Large coding Gain, Full-rate, Full-diversity STBC for 4 X 2 MIMO System
提出了一种适用于4发送2接收（$4\times 2$）多输入多输出（MIMO）系统的低译码复杂度、全分集、全速率空时分组码（STBC）。对于这样的系统，已知的最好的码是DjABBA码，并且最近，Biglieri、Hong和Viterbo提出了另一种STBC（BHV码），其具有比DjABBA低的解码复杂度，但是不具有像DjABBA码那样的全分集。本文提出的码具有相同的解码复杂度的平方QAM星座的BHV码，但也有全分集。与DjABBA码族中的最佳码相比，我们的码具有更低的译码复杂度，更好的编码增益，因此也有更好的误码性能。仿真结果证实了这些。
2008-06-11 cs.IT math.IT
Full-Rate Full-Diversity Achieving MIMO Precoding with Partial CSIT
在本文中，我们考虑了一个$n_t\times n_r$多输入多输出（MIMO）信道受到块衰落。可靠性（在实现的分集阶数方面）和速率（在每个信道使用发送的符号的数量方面）在这样的信道中是感兴趣的。我们提出了一种新的预编码方案，实现全分集（$n_tn_r$第阶分集）以及全速率（$n_t$符号每信道使用）使用部分信道状态信息在发射机（CSIT），适用于MIMO系统，包括$n_r<n_t$非对称MIMO。该方案通过对星座集的选择进行优化，实现了全分集，提高了编码增益。优化最大化$d_{min}^2$为我们的预编码方案的能量约束。该方案需要$n_t-1$角度参数值的反馈，相比$2n_tn_r$实系数在全CSIT的情况下。针对$3\times 1$、$3\times 2$、$4\times 1$、$8\times 1$预编码MIMO系统（每个信道分别使用$n_t=3,3,4,8$符号）的误码率性能结果表明，所提出的预编码分别实现了3阶、6阶、4阶和8阶分集。这些性能被证明是优于文献中的其他预编码方案，更好的性能是由于在所提出的方案中的信号集和反馈角度的选择。
2011-03-24 cs.IT math.IT
A Joint Wireless-Optical Front-haul Solution for Multi-user Massive MIMO 5G RAN
我们展示了一种用于多用户大规模多输入多输出5G RAN的高容量光纤中频移动前传解决方案。使用该方案，在没有光纤色散补偿的情况下，在40 km以上的单个光波长上传输了创纪录的25.6 GHz的聚合无线电带宽
2020-11-18 cs.IT eess.SP math.IT
A Tb/s Indoor MIMO Optical Wireless Backhaul System Using VCSEL Arrays
本文系统地设计了一种基于垂直腔面发射激光器（VCSEL）阵列的多输入多输出（MIMO）光无线通信（OWC）链路，以支持数据率超过1 Tb/s的第六代（6 G）室内无线网络回程。提出的设计结合了直流光正交频分复用（DCO-OFDM）和空间复用MIMO架构。对于这种具有低发散激光束的超高速视线（LOS）OWC链路，保持对准是非常重要的。在本文中，发射机和接收机之间的两种类型的失调误差，即径向位移误差和定向角误差，并彻底建模在一个统一的分析框架假设高斯激光束，从而在广义失调模型（GMM）。推导出的GMM扩展到MIMO阵列和MIMO-OFDM OWC系统的性能进行了分析的聚合数据率。通过计算机模拟，研究了束腰、阵列配置和不同失调误差等因素对系统性能的影响，为短距离Tb/s MIMO OWC系统的设计提供了指导。
2022-04-04 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Design of MIMO Heterogeneous Networks with Wireless Backhaul
随着未来网络旨在满足高数据率应用的不断增长的需求，密集和异构网络（HetNet）将被部署以提供更好的覆盖和吞吐量。除了对能量消耗的重要影响之外，朝向密集化的趋势要求越来越多的无线链路将大量回程流量转发到核心网络中。考虑到无线回程的存在对于HetNet的节能设计至关重要。在本文中，我们提供了一个通用的框架来分析的能量效率的两层MIMO异构网络的无线回程中存在的上行链路和下行链路传输。我们发现，在空间复用的HetNet的能量效率是敏感的网络负载，它应该考虑到控制每个基站服务的用户数量时。我们表明，具有无线回程的双层HetNet可以比单层蜂窝网络更节能。然而，这需要根据负载条件最优地设计无线电接入链路和无线回程之间的带宽划分。
2016-03-29 cs.IT math.IT
MIMO Beamforming for Secure and Energy-Efficient Wireless Communication
考虑多用户多输入多输出（MIMO）信道与窃听，这封信开发了一个波束形成器的设计，以优化能源效率的保密比特每焦耳保密服务质量的约束下。这是一个非常困难的设计问题，没有可用的精确解技术。提出了一种利用简单的中维二次规划迭代改进可行点的路径跟踪方法。在任何固定的计算容差下，该过程在多次迭代后终止，至少产生局部最优解。仿真结果表明，该算法的性能优于其他现有的方法。
2017-01-18 cs.IT math.IT
Optimization of Power Transfer Efficiency and Energy Efficiency for Wireless-Powered Systems with Massive MIMO
大规模MIMO由于其将能量集中到期望空间位置的能力而对于无线信息和能量传输是有吸引力的。在本文中，总的功率传输效率（PTE）和能量效率（EE）的无线供电的大规模MIMO系统中，多天线基站（BS）使用无线能量传输充电的下行链路上的单天线能量收集用户。用户可以利用所收获的能量来在上行链路上向BS发送信息。在考虑实际能量采集器的非线性特性的同时，分析了整个系统的性能。首先，对于无线能量传输，使用BS电路功耗的可缩放模型来表征PTE。推导出了基站天线和用户的PTE最优数目。然后，对于无线能量和信息传输，EE性能的特点。根据基站天线数和用户数等关键系统参数，推导出了EE最优基站发射功率。随着天线的数量变大，增加发射功率提高了中等数量到大量天线的能量效率。仿真结果表明，它是能量有效的操作系统在大量的天线制度。
2019-09-18 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing Tradeoff in Selective-Fading Multiple-Access MIMO Channels
建立了相干选择性衰落多址多输入多输出（MIMO）信道的最优分集复用（DM）折衷，并给出了相应的码设计准则。作为一个副产品，在概念层面上，我们发现一个有趣的DM权衡框架和主导错误事件区域的概念之间的关系，这是首次引入的AWGN的情况下，由Gallager，IEEE trans.IT，1985年。这种关系允许准确地描述MIMO衰落多址信道中的错误机制。特别是，我们发现，对于一个给定的速率元组，最大可实现的分集阶数是由占主导地位的总错误概率在SNR指数的错误事件。最后，我们证明了Badr和Belfiore最近提出的分布式空时码构造，2008年，满足本文推导的规范设计标准。
2008-05-01 cs.IT math.IT
MIMO Cellular Networks with Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
在本文中，我们介绍了一种用于密集部署的多天线蜂窝网络的系统级分析和优化的数学方法，其中低能耗设备能够同时解码信息数据和收获功率。假设基站根据泊松点过程进行部署，并利用随机几何工具来量化信息速率和收获功率方面的权衡。它表明，多天线传输是能够提高信息速率和收获的功率在同一时间。
2016-08-29 cs.IT math.IT
Flexible-Position MIMO for Wireless Communications: Fundamentals, Challenges, and Future Directions
本文介绍灵活位置MIMO（如流体/可移动天线）的基础，证明其能以更少天线匹配信道硬化，分析SE-EE关系，设计最优天线轨迹，并指出未来研究方向。
2023-11-14 cs.IT math.IT
On the Outage Capacity of the Massive MIMO Diversity Channel
考虑了在独立同分布瑞利衰落下，在收发端均采用线性处理的大规模多输入多输出（MIMO）分集信道，分析了大天线数情况下的中断容量。我们首先讨论了经典的单输入多输出（SIMO）分集信道，使用最大比合并（MRC）或选择合并（SC）。对于MRC，数值计算和高斯近似（GA）被认为是，而对于SC的精确评估是可能的。分析，然后直接扩展到多输入单输出（MISO）系统，使用最大比传输（MRT）或发射天线选择。一般的多输入多输出（MIMO）系统，追求全分集，最后考虑，在发射机和接收机的最佳线性处理和简单的天线选择。如果至少一侧的天线数量足够大，则每个考虑的分集信道的中断容量接近具有适当定义的信噪比（SNR）的合适参考加性高斯白噪声（AWGN）信道的中断容量，这提供了性能基准。这一结论是有效的，但现实的大量天线兼容的假设独立衰落。
2021-06-08 cs.IT math.IT
An Information-Theoretic Characterization of MIMO-FAS: Optimization, Diversity-Multiplexing Tradeoff and $q$-Outage Capacity
本文采用信息论方法研究MIMO-FAS的性能极限，提出QR MIMO-FAS次优方案最大化高SNR下速率，推导了最优分集复用折衷，并引入q-中断容量指标，证明MIMO-FAS显著优于传统MIMO。
2023-10-25 cs.IT math.IT
Impact of Mobility on MIMO Green Wireless Systems
本文研究了移动性对无线网络功耗的影响。随着流动性的增加，我们表明，网络应该致力于一个不可忽略的部分的有用率估计不同的自由度。为了保持速率恒定，我们量化了几种感兴趣的情况下所需的功率增加。在点到点MIMO链路的情况下，我们计算目标速率和中断概率所需的最小发射功率作为相干时间和天线数量的函数。有趣的是，结果表明，对于给定的相干时间和功耗，有一个最佳的天线数量。这提供了维持绿色网络所需的最小功率的下限。
2011-06-05 cs.IT math.IT
Indoor Massive MIMO Deployments for Uniformly High Wireless Capacity
提供始终如一的高无线容量对于支持未来数字企业所需的应用变得越来越重要。在本文中，我们提出了本征方向感知ZF（EDA-ZF）与基站（BS）和分布式干扰抑制之间的部分协调作为一种实用的方法来实现这一目标。我们将我们的解决方案与迫零（ZF）和网络MIMO（NeMIMO）进行比较，迫零既不需要BS协调也不需要小区间干扰减轻，网络MIMO（NeMIMO）中，完全BS协调实现了集中式小区间干扰管理。我们还评估了三个子6 GHz部署与不同的BS密度-稀疏，中间和密集-所有固定的天线总数和辐射功率的计划的性能。广泛的模拟表明：（i）实现所提出的EDA-ZF的室内大规模MIMO为所有用户提供了一致的良好速率;（ii）除非实现完全协调，否则室内网络密集化是有害的;（iii）部署NeMIMO在强室外干扰下是有回报的，特别是对于小区边缘用户。
2017-10-10 cs.IT math.IT
Study and Capacity Evaluation of SISO, MISO and MIMO RF Wireless Communication Systems
无线通信系统已经经历了从SISO系统到MIMO系统的不同世代。带宽是无线通信中的一个重要约束。在无线通信中，高数据传输速率对于诸如三重播放（即数据、语音和视频）的服务是必不可少的。在用户端，容量决定了通信系统的质量。本文旨在比较不同的射频无线通信系统，如SISO，MISO，SIMO和MIMO系统的容量基础上，并解释的概念，因为今天，无线通信已经从2G，3G发展到4G和公司正在努力创造越来越多的容量网络，以便数据率可以增加，客户可以受益更多。无线通信系统的最终目标是建立一个全球性的个人和多媒体通信没有任何容量问题。
2014-03-30 cs.IT cs.NI math.IT
Diversity Analysis of Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
研究了毫米波大规模MIMO系统的渐近分集分析。首先，对于采用分布式天线子阵列架构的单用户毫米波系统，其中发射机和接收机分别由Kt和Kr子阵列组成，当子阵列处的天线数量趋于无穷大时，建立了分集增益定理。具体地，假设所有子信道具有相同数量的传播路径L，该定理指出，通过采用这种分布式天线子阵列架构，可以实现KrKtL-Ns+1的分集增益，其中Ns是数据流的数量。该结果意味着与共置天线架构相比，使用分布式天线子阵列架构可以与KrKt成比例地按比例增加分集增益或复用增益。分集增益分析，然后扩展到多用户的情况下，以及与传统的部分连接的RF结构的情况下，在文献中。与混合模拟/数字处理得到的仿真结果证实了分析结果，并表明，分布式子阵列架构确实产生显着更好的分集性能比共址天线架构。
2018-01-01 cs.IT math.IT
Diversity-Multiplexing-Delay Tradeoffs in MIMO Multihop Networks with ARQ
研究了多跳MIMO中继网络中采用ARQ的分集、复用和时延的折衷问题，其中随机时延是由发送和ARQ重传引起的。这导致了一个最佳的ARQ分配问题，每跳延迟或端到端延迟约束。最优ARQ分配必须在接收机在分配的最大ARQ轮中未能解码的ARQ错误和由于延迟引起的分组丢失之间进行权衡。这两个概率的错误，其特征在于使用分集复用延迟权衡（DMDT）（无延迟）和随机延迟的尾概率，分别使用大偏差技术。然后，最优ARQ分配问题可以被表述为凸优化问题。我们发现，最佳的ARQ分配应该平衡每个链路的性能，以及避免显着的队列延迟，这也是通过数值例子证明。
2010-01-05 cs.IT math.IT
Wireless Information and Energy Transfer for Decode-and-Forward Relaying MIMO-OFDM Networks
研究了具有能量收集中继的多输入多输出（MIMO）-正交频分复用（OFDM）系统的系统可达速率及其优化问题。首先，我们提出了一种基于时间交换的中继（TSR）协议，以实现中继器处的同时信息处理和能量收集。然后，我们从理论上讨论了它的可达速率性能，并制定了一个优化问题，以最大限度地提高系统的可达速率。由于该问题求解困难，我们设计了一种增广拉格朗日罚函数（ALPF）方法，并通过大量的仿真实验验证了分析结果的准确性和ALPF方法的有效性。
2015-01-04 cs.IT math.IT
Diversity of MIMO Linear Precoding
线性预编码是一种相对简单的MIMO信令方法，在某些特殊情况下也是最佳的。本文致力于MIMO线性预编码的高信噪比分析。分析了多个线性预编码器的分集复用折衷（DMT）。此外，由于有限速率下的分集（也称为固定速率机制，对应于复用增益为零）并不总是遵循DMT，因此还分析了线性预编码器在固定速率下的分集。在几种情况下，发现在复用增益为零的分集不是唯一的，而是取决于频谱效率。分析了迫零、正则化迫零、匹配滤波和维纳滤波预编码器。在最大化吞吐量和最小化发射功率两种常见的设计方法下，我们计算了ZF预编码的DMT。结果表明，正则化ZF（RZF）或匹配滤波器（MF）遭受错误地板的所有积极的复用增益。然而，在固定速率制度，RZF和MF预编码实现全分集达到一定的频谱效率和零分集在高于它的速率。当在RZF的正则化参数优化的MMSE意义上，该结构被称为维纳预编码器，在固定速率制度被证明具有多样性，不仅取决于天线的数量，但也取决于频谱效率。同时分析了预编码和均衡的分集特性。
2012-02-23 cs.IT math.IT
Cell-Free Massive MIMO for 6G Wireless Communication Networks
最近商业化的第五代（5G）无线通信网络实现了许多改进，包括通过大规模多输入多输出（MIMO）、毫米波等多项关键技术实现空中接口增强、频谱扩展和网络强化。通信和超密集网络。尽管5G商用系统已经部署，但无线通信仍面临着许多挑战，以实现连接智能和无数应用，如工业物联网，自治系统，脑机接口，数字孪生，触觉互联网等，因此，迫切需要启动第六代（6G）无线通信系统的研究。在这些系统的候选技术中，结合分布式系统和大规模MIMO的优点的无小区大规模MIMO被认为是提高无线传输效率的关键解决方案，并成为国际前沿。在本文中，我们提出了一个全面的研究无小区的大规模MIMO的6G无线通信网络，特别是从信号处理的角度。我们专注于使物理层技术的无小区大规模MIMO，如用户关联，导频分配，发射机和接收机的设计，以及功率控制和分配。此外，一些当前和未来的研究问题进行了强调。
2021-11-30 cs.IT eess.SP math.IT
Space Codes for MIMO Optical Wireless Communications: Error Performance Criterion and Code Construction
研究了对数正态衰落信道下的多输入多输出无线光通信系统。在这种情况下，一个通用的标准设计的全分集空间码（FDSC）与最大似然（ML）检测器的开发。该准则表明，在高信噪比（SNR）的制度，MIMO-OWC提供大规模的分集增益，控制指数衰减的误差曲线，和小规模的分集增益，产生传统的幂律衰减。特别是对于具有单极脉冲幅度调制（PAM）的2 × 2 MIMO-OWC系统，封闭的-利用数论中关于Farey序列连续项的已有性质，并通过发展Farey序列项所形成的不相交区间的新性质，对连续和离散两种情况进行攻击，得到了同时优化分集增益的线性FDSC设计问题的形式解。变量混合极大极小设计问题事实上，这种特定的设计不仅证明了重复码（RC）是优化分集增益的最佳线性FDSC，而且还揭示了MIMO射频（RF）通信和MIMO-OWC之间的显著差异，即空间维度本身就足以实现完整的大规模分集。计算机模拟表明，FDSC在总光功率和频谱效率相同的情况下，性能明显优于未编码的空间复用，而后者仅提供小尺度的分集增益。
2015-09-24 cs.IT math.IT
A Basic Unified Context for Evaluating the Beam Forming and MIMO Options in a Wireless Link
对于一个孤立的无线链路，我们统一看待简单波束成形（BF）与MIMO的对比，看看两者是如何出现的，以及在哪些条件下优势会出现在一个或另一个。通信是从一个高基地阵列到一个用户在混乱。信道传播模型来自基本原理。基站知道功率角谱，但不知道信道实例。场空间自相关的本征态是激励电场的自然模式的驱动因子，是最佳切趾（APOD）。MIMO或BF的偏好取决于APOD谱，其被调查指向各种渐近效应，包括最大BF增益。研究了10%停电时不同本征模功率设置下的性能。我们专注于（1，4）驱动BF的最强模式和（4，4）驱动MIMO的4个最强模式。在代表性的参数设置下获得结果，例如，8度的角展度、2GHz载波、0 dB SNR和1.68m的阵列孔径（4个场去相关长度），其中天线元件间隔为λ/2。我们发现MIMO优于阵列孔径远大于去相关长度，BF几乎以及较小的孔径。
2011-04-07 cs.IT math.IT
On the Role of Transmit Correlation Diversity in Multiuser MIMO Systems
在多天线系统（MIMO）中，已经在各种场景中研究了发射天线之间的相关性，并且已经显示出取决于特定系统和基本假设是有害的或提供益处。在本文中，我们调查的高斯MIMO广播信道（BC）的容量上的传输相关性的效果，特别感兴趣的大规模阵列（或大规模MIMO）制度。为此，我们引入了一种新的类型的多样性，称为发射相关分集，它捕获的事实，即不同用户的信道向量可能有不同的，往往是几乎相互正交，大规模的信道特征方向。特别地，当适当地考虑下行链路训练的成本时，发射相关分集可以在所有感兴趣的机制中产生显著的容量增益。我们的分析表明，相对于标准方案，系统复用增益可以增加一个因子，高达$\lfloor{M}/{r}\rfloor$，其中$\lfloor{M}/{r}\rfloor$是天线的数量，而$r\le M$是用户传输相关矩阵的公共等级，该标准方案与传输相关性无关，并将信道视为各向同性分布。因此，这种新形式的多样性揭示了自己作为一个有价值的“新资源”在多用户通信。
2015-05-12 cs.IT math.IT
On Low-Complexity Full-diversity Detection In Multi-User MIMO Multiple-Access Channels
多输入多输出（MIMO）技术在最近的无线通信标准中变得普遍。这个增加的维度（即，空间）可以有效地用于减轻多用户MIMO环境中的干扰。在本文中，我们专注于MIMO多址接入信道（MAC）的上行链路中，完美的信道状态信息（CSI），只有在目的地。我们提供了一组新的充分条件，广泛的空时分组码（STBC）的实现全分集下\emph{partial interference cancellation group decoding}（PICGD）与或不连续干扰消除（SIC）的完全盲用户。显式干扰消除（IC）计划为两个和三个用户，然后提供和示出，以满足派生的全分集标准。除了由于所提出的IC方案能够在不牺牲分集增益的情况下对不同用户进行单独解码的事实而导致的复杂度降低之外，还可以获得解码复杂度的进一步降低。事实上，由于所提出的方案的结构，每个用户的符号的实部和虚部可以被解耦而没有任何性能损失。最后，我们的理论主张得到了仿真结果的证实，新的IC方案的两个用户MIMO MAC性能优于最近提出的两个用户IC方案，特别是高频谱效率，同时需要显着降低解码复杂度。
2014-06-20 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
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
Large System Achievable Rate Analysis of RIS-Assisted MIMO Wireless Communication with Statistical CSIT
可重构智能表面（Reconfigurable intelligent surface，RIS）是一种新兴的无线通信技术，它通过在表面上安装大量的近被动反射元件来提高无线通信的能量消耗和系统性能。研究了一种下行RIS-assisted多输入多输出（MIMO）无线通信系统，该系统包括基站到RIS、RIS到用户和基站到用户三个Rician信道通信链路。该算法的目标是利用基站的统计信道状态信息，在基站处设计最优的发送协方差矩阵，在RIS处设计最优的对角相移矩阵，以最大化可达到的各态历经速率。因此，利用高维随机矩阵理论中的副本方法，得到了可达遍历速率的大系统近似。这种大系统近似使得能够使用交替优化算法来识别渐进最优的发射协方差和对角相移矩阵。仿真结果表明，大系统的结果是一致的，可达到的遍历速率通过蒙特卡罗平均计算。仿真结果表明，该算法能够显著提高RIS辅助MIMO系统的性能。
2021-03-16 cs.IT math.IT
Optimal Diversity-Multiplexing Tradeoff in Selective-Fading MIMO Channels
我们建立了相干时间，频率和时间-频率选择性衰落多输入多输出（MIMO）信道的最佳分集复用（DM）的权衡，并提供了一个代码设计标准DM权衡最优。我们的研究结果是基于一个给定的选择性衰落MIMO信道的“詹森信道”的新概念。由于通道输入和输出之间的互信息是相关随机变量的和，原始问题在分析上似乎是难以解决的，而Jensen通道在DM折衷的意义上等同于原始通道，并且很好地适合于分析处理。我们制定了一个系统的程序设计DM权衡最佳码一般选择性衰落MIMO信道的设计问题可以分为两个简单和独立的问题：内码的设计，或预编码器，适应于信道统计（即，选择性特性）和独立于信道统计的外码。我们的结果得到了吸引人的几何直观的支持，第一次指出的平坦衰落的情况下，郑和Tse，IEEE trans. inf. Theory，2003年。
2009-07-14 cs.IT math.IT
Joint Wireless Information and Energy Transfer with Reduced Feedback in MIMO Interference Channels
为了确定用于MIMO干扰信道（IFC）中的联合无线信息和能量传输（JWIET）的传输策略，信息接入点（IAP）和能量接入点（EAP）需要到信息解码（ID）移动站（MS）和能量收集（EH）MS两者的它们相关联的链路的信道状态信息（CSI）（所谓的本地CSI）。为了减少两用户MIMO IFC中JWIET的MS反馈开销，提出了一种在EAP处需要部分CSI的测地线能量波束形成方案。在两用户MIMO IFC中，证明了测地线能量波束形成是最优的波束形成策略。通过对IAP的发射信号协方差增加秩一约束，我们可以利用测地线信息波束形成来进一步减少IAP的反馈开销。在IAP发射信号秩为1的约束下，证明了测地线信息/能量波束形成方法是两用户MIMO IFC中JWIET的最优策略。我们还讨论了建议的秩一测地线信息/能量波束成形策略的扩展到一般K用户MIMO IFC。最后，通过统计分析不完美部分CSIT下的可达速率-能量性能，我们提出了一种适用于EH MS和ID MS的自适应比特分配策略。
2015-01-12 cs.IT math.IT
Massive MIMO and Millimeter Wave for 5G Wireless HetNet: Potentials and Challenges
全球范围内一直在积极研究开发下一代5G无线网络。预计5G网络将支持大量的移动数据流量和大量的无线连接，在通信延迟、可靠性和安全性方面实现更好的成本和能量效率以及服务质量（QoS）。为此，5G无线网络应该利用不同网络维度中的潜在增益，包括超密集和异构的小区部署和大规模天线阵列（即，大规模多输入多输出（MIMO）技术）和利用更高的频率，特别是毫米波（mmWave）频率。本文讨论了融合大规模MIMO和毫米波技术的5G异构无线网络（HetNet）的潜力和挑战。我们将首先提供5G无线网络的典型要求。然后，详细讨论了大规模MIMO和毫米波在未来5G HetNet工程中的意义。讨论了与这种5G HetNet设计相关的潜在挑战。最后，我们提供了一些案例研究，说明所考虑的技术的潜在好处。
2015-10-21 cs.IT cs.NI math.IT
How to Understand LMMSE Transceiver Design for MIMO Systems From Quadratic Matrix Programming
本文研究了一种适用于各种无线系统的统一的线性最小均方误差（LMMSE）收发器设计框架。统一设计是基于一个优雅的和强大的数学规划技术称为二次矩阵规划（QMP）。基于QMP，可以观察到，对于不同的无线系统，存在可以用于设计LMMSE收发器的某些共同特性，例如，二次型研究还发现，从点对点MIMO系统发展到各种先进的无线系统，如多小区协作系统、多用户MIMO系统、MIMO认知无线电系统、放大转发MIMO中继系统等，LMMSE收发机设计始终保持二次性，并且始终可以通过迭代求解多个QMP问题来实现。给出了一个解决QMP问题的综合框架。本文提出的工作很可能是第一枪的收发器设计，为未来不断变化的无线系统。
2013-03-02 cs.IT math.IT
An Overview of Transmission Theory and Techniques of Large-scale Antenna Systems for 5G Wireless Communications
为了满足未来对无线数据服务的巨大业务量的需求，近年来已经进行了对第五代（5G）移动通信系统的研究。预计5G移动通信系统中的频谱和能量效率应该比第四代（4G）移动通信系统中的频谱和能量效率高十倍。因此，重要的是进一步开发多个天线的空间复用的潜力。在过去的二十年中，多输入多输出（MIMO）天线技术被认为是提高无线通信系统容量的关键技术。当在基站中配备大规模天线阵列（也称为大规模MIMO）或部署大量分布式天线（也称为大规模分布式MIMO）时，可以通过使用空间域多址来进一步提高频谱和能量效率。本文综述了大规模MIMO和大规模分布式MIMO系统，包括频谱效率分析、信道状态信息（CSI）获取、无线传输技术和资源分配。
2016-05-11 cs.IT math.IT
