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
Self-Interference Cancellation with Nonlinear Distortion Suppression for Full-Duplex Systems
在全双工系统中，由于强自干扰信号，系统非线性成为限制可能的可消除自干扰功率的重要限制因素。本文提出了一种全双工正交频分复用系统的自干扰消除方案。该方案通过抑制发射机和接收机非线性引起的失真，增加了可消除的自干扰功率。迭代技术被用来联合估计自干扰信道和抑制失真信号所需的非线性系数。性能的数值研究表明，所提出的方案实现的性能是小于0.5dB的线性全双工系统的性能。
2013-09-23 cs.IT math.IT
Experiment-driven Characterization of Full-Duplex Wireless Systems
我们提出了一个实验为基础的表征全双工无线通信系统中的无源抑制和有源自干扰消除机制。特别是，我们考虑由于在同一节点的天线分离的无源抑制，和模拟和/或数字域中的有源抵消。首先，我们表明，主动抵消技术的平均抵消量随着接收到的自干扰功率的增加而增加。作为自干扰功率的函数的平均消除的表征使我们能够表明，对于接收器天线处的恒定信号干扰比（在应用任何主动消除之前），全双工链路的速率随着自干扰功率的增加而增加。其次，我们表明，模拟消除后应用数字消除有时会增加自干扰，因此，数字消除是更有效的选择性地应用时，根据测量的抑制值。第三，我们完成了我们的自干扰消除机制的影响的研究，通过表征自干扰信道的概率分布之前和之后的消除。
2012-07-30 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
On the Impact of Phase Noise on Active Cancellation in Wireless Full-Duplex
最近的实验结果表明，全双工通信对于短距离通信是可能的。然而，将全双工扩展到远程通信仍然是一个挑战，这主要是由于即使使用无源抑制和有源消除方法的组合也会产生残余自干扰。在本文中，我们调查的根本原因，目前的全双工系统的性能瓶颈。我们首先基于它们如何计算其消除信号以及在何处注入消除信号以消除自干扰来对所有已知的全双工架构进行分类。基于分类，我们分析解释了几个已发表的实验结果。当前系统中的关键瓶颈原来是全双工节点的发送和接收链中的本地振荡器中的相位噪声。作为我们的分析的一个关键副产品，我们提出了宽带和MIMO全双工系统的信号模型，捕获所有突出的设计参数，从而使未来的分析开发先进的编码和信号设计全双工系统。
2012-12-21 cs.IT math.IT
Self-Interference Cancellation in Multi-hop Full-Duplex Networks via Structured Signaling
本文讨论了在多跳无线网络中，节点采用全双工通信方式时，处理自干扰问题的传输策略。对最简单的这种多跳网络：两跳源-中继-目的地网络的信息理论研究导致了一种称为结构化自干扰消除（或简称“结构化消除”）的新传输策略。在结构化消除策略中，源抑制在某些信号电平上进行发送，并且中继器结构化其发送信号，使得其可以通过观察其自己的发送信号的出现在源留下的空信号电平处的部分来学习残余自干扰信道，并且消除自干扰。结果表明，在某些非平凡的制度，结构化的消除策略优于不仅半双工，但也全双工计划中，时间正交训练用于估计残留的自干扰信道。
2011-11-03 cs.IT math.IT
Joint User Scheduling and Power optimization in Full-Duplex Cells with Successive Interference Cancellation
本文考虑了一个具有全双工基站和半双工用户的蜂窝系统。基站可以在上行链路或下行链路中激活一个用户（半双工模式），或者同时在每个方向上激活两个不同的用户（全双工模式）。上行链路和下行链路中的同时传输在基站处引起自干扰，并且在下行链路用户处引起上行链路到下行链路干扰。虽然上行链路到下行链路的干扰通常被视为噪声，它表明，连续的干扰解码和消除（SIC模式）可以导致显着改善网络效用，特别是当用户分布集中在几个热点。所提出的时间公平用户调度算法和相应的功率优化利用全双工和SIC模式，以及半双工传输的基础上对网络效用的影响。仿真结果表明，该策略可以实现高达95%的平均小区吞吐量的改善，在典型的室内场景相对于传统的网络中，基站是半双工的。
2017-12-04 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
All-Digital Self-interference Cancellation Technique for Full-duplex Systems
如果自干扰信号可以被显著地减轻，则全双工系统与传统的半双工系统相比预期将使频谱效率加倍。数字消除是全双工系统中复杂度最低的自干扰消除技术之一。然而，它的缓解能力是非常有限的，主要是由于发射机和接收机电路的损伤。在本文中，我们提出了一种新的数字自干扰消除技术的全双工系统。所提出的技术示出，以显着减轻自干扰信号以及相关的发射机和接收机的损害。在所提出的技术中，辅助接收机链用于获得所发送的射频（RF）自干扰信号的数字域副本。然后在数字域中使用自干扰副本来消除自干扰信号和相关联的损伤。此外，为了减轻接收机相位噪声影响，辅助接收机链和普通接收机链之间共享一个公共振荡器。一个彻底的分析和数值分析的影响，发射机和接收机损伤的消除能力的建议的技术。最后，整体性能的数值研究表明，使用所提出的技术，自干扰信号可以减轻到~3dB高于接收机噪声本底，这导致高达76%的速率提高相比，传统的半双工系统在20 dBm的发射功率值。
2014-06-20 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
Adaptive Self-Interference Cancellation for Full-Duplex Wireless Communication Systems
在这封信中，我们考虑单小区、单用户系统，其中上行链路和下行链路用户设备与全双工中继通信。由于远近问题，自干扰（SI）可以是接收信号功率的100- 1000倍。在这种情况下，我们认为自适应最小均方（LMS）算法估计SI信道，然后减去SI从所需的接收信号之前的模数转换器（ADC）。我们衡量的比特出错率（BER）和频谱效率方面的这种技术的鲁棒性。
2021-06-02 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
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
Self-Interference Cancellation with Phase Noise Induced ICI Suppression for Full-Duplex Systems
实际全双工系统中的主要瓶颈之一是振荡器相位噪声，它限制了可能消除的自干扰功率。本文提出了一种适用于全双工正交频分复用系统的数字域自干扰消除方案。该方案通过抑制发射机和接收机振荡器相位噪声的影响，增加了可消除的自干扰功率。所提出的方案包括两个主要阶段，估计阶段和消除阶段。在估计阶段，最小均方误差估计器用于联合估计与输入自干扰信号相关联的发射机和接收机相位噪声。在消除阶段，估计的相位噪声用于抑制由与输入自干扰信号相关联的相位噪声引起的载波间干扰。在不同的操作条件下，所提出的计划的性能进行了数值研究。仿真结果表明，该方案比现有的忽略子载波间干扰抑制的数字域自干扰消除方案多实现9dB的自干扰消除。
2013-07-16 cs.IT math.IT
Wideband Self-Adaptive RF Cancellation Circuit for Full-Duplex Radio: Operating Principle and Measurements
本文提出了一种新的RF电路结构，用于带内全双工无线电收发机中的自干扰消除。所开发的消除器能够提供宽带消除，波形带宽在100 MHz或更高的顺序，还包含自适应或自愈功能，使自动跟踪随时间变化的自干扰信道特性。除了架构和工作原理描述外，我们还提供了2.4 GHz ISM频段的实际RF测量结果，展示了在不同带宽、不同天线配置和低成本高度非线性功率放大器下可实现的消除水平。在具有100 MHz波形带宽的非常具有挑战性的示例中，获得了大约41 dB的总消除，而对于更传统的20 MHz载波带宽，对应的消除数字接近60 dB。此外，有效的跟踪随时间变化的反射情况下证明。
2015-03-10 cs.IT math.IT
Widely-Linear Digital Self-Interference Cancellation in Direct-Conversion Full-Duplex Transceiver
本文讨论了全双工直接变频无线电收发器在实际不完善的射频（RF）组件下工作时的自干扰建模和消除。首先，进行详细的自干扰信号建模，考虑到最重要的RF缺陷，即发射机功率放大器非线性失真以及发射机和接收机IQ混频器幅度和相位不平衡。分析表明，现实的天线隔离和RF消除后，在接收机数字基带的主导自干扰波形可以通过原始发射数据的宽线性变换来建模，而不是经典的纯线性模型。这种宽线性自干扰波形在物理上源于发射机和接收机IQ成像，并且不能通过经典的线性数字消除来有效地抑制。受此启发，新的宽线性数字自干扰消除处理，然后提出和制定，结合有效的参数估计方法。广泛的仿真结果表明，所提出的宽线性消除处理明显优于现有的线性解决方案，因此，使实际的低成本RF前端使用的全双工收发器中的IQ混频。
2014-10-13 cs.IT math.IT
Analysis of Oscillator Phase-Noise Effects on Self-Interference Cancellation in Full-Duplex OFDM Radio Transceivers
本文分析了振荡器相位噪声对全双工直接变频无线电收发机自干扰消除能力的影响。在全双工收发器的发射器和接收器链处具有独立振荡器或相同振荡器的两种替代情况下，针对源自相位噪声的残余自干扰的功率导出闭合形式的解决方案。结果表明，相位噪声有严重的影响，在这两种情况下的自干扰消除，并通过使用共同的振荡器在上变频和下变频的结果在明显较低的残留自干扰水平。结果还表明，在全双工收发器中使用高质量的振荡器，或者具有用于相位噪声估计和减轻的某种手段以抑制其影响通常是至关重要的。主要发现之一是，在实际场景中，当期望大量的自干扰消除时，自干扰信道的多径分量的子载波式相位噪声扩展导致大部分残余相位噪声效应。
2014-01-15 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
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
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
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
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
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
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
Throughput Analysis for Full-Duplex Wireless Networks with Imperfect Self-interference Cancellation
利用随机几何方法研究了全双工无线网络的吞吐量。全双工（FD）无线电可以彼此同时交换数据。另一方面，FD传输的缺点是与半双工（HD）传输相比，它将不可避免地对网络造成额外的干扰。此外，残余自干扰对网络吞吐量有负面影响。在本文中，我们专注于一个无线网络的节点与HD和FD的能力，并推导和优化在这样的网络的吞吐量。我们的分析结果表明，如果网络是适应ALOHA协议，最大的吞吐量是通过调度所有并发发送节点工作在FD模式或HD模式取决于一个简单的条件。此外，我们的数学模型的基础上，不完美的自干扰消除的信号干扰比（SIR）损失和吞吐量的影响进行了分析。我们严格量化不完美的自干扰消除对吞吐量增益，传输范围和其他指标的影响，我们建立的最小量的自干扰抑制需要FD是有益的。
2015-02-25 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
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
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
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
Non-Linear Digital Self-Interference Cancellation for In-Band Full-Duplex Radios Using Neural Networks
全双工系统需要非常强的自干扰消除以便正确地操作，并且自干扰信号的很大一部分是由于各种收发器损伤所产生的非线性效应。因此，单独的线性消除通常是不够的，并且在文献中已经提出了复杂的非线性消除算法。在这项工作中，我们研究了使用神经网络作为替代传统的非线性消除方法，是基于多项式基函数。全双工测试平台的测量结果表明，一个小而简单的前馈神经网络抵消器的工作非常好，因为它可以匹配的多项式非线性抵消器的性能与显着降低计算复杂度。
2018-10-05 cs.IT eess.SP 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
Self-Interference Cancellation Using Time-Domain Phase Noise Estimation in OFDM Full-Duplex Systems
在全双工系统中，振荡器相位噪声（PN）问题被认为是自干扰消除（SIC）阶段可能面临的瓶颈挑战，特别是当部署正交频分复用（OFDM）传输方案时。相位噪声如果在SIC技术之前或期间不被减轻，则会显著降低SIC性能。振荡器相位噪声的存在对传输的数据符号具有不同的影响，如共同相位误差（CPE）和载波间干扰（ICI）。然而，相位噪声可以在时域或频域中以数字方式估计和减轻。通过这项工作，我们提出了一种新的和简单的时域自干扰（SI）相位噪声估计和缓解技术。该算法的灵感来自于时域中的维纳滤波。仿真结果表明，与现有的时域或频域PN抑制方案相比，该算法在计算复杂性上有明显的降低，具有更好的性能。
2016-03-17 cs.IT 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
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
Feasibility of In-band Full-Duplex Radio Transceivers with Imperfect RF Components: Analysis and Enhanced Cancellation Algorithms
在本文中，我们提供了一个概述的可行性，带内全双工收发器下不完善的RF组件。我们利用全双工通信的最新研究结果和发现，同时也引入发射机引起的热噪声的分析。这意味着本文中使用的RF损伤模型是迄今为止最全面的。通过假设现实的参数值为不同的收发器组件，它表明，IQ成像和发射机引起的非线性是最重要的失真源带内全双工收发器，除了线性自干扰。出于这一动机，我们提出了一种新的增强非线性数字自干扰消除器，能够建模，从而抑制所有必要的发射机缺陷联合。这也被验证和广泛的波形模拟证明。
2014-09-04 cs.IT 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
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
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
Nonlinear Self-Interference Cancellation for Full-Duplex Radios: From Link- and System-Level Performance Perspectives
LTE演进的一项有前途的技术是全双工无线电，这一创新有望使频谱效率翻倍。为了在实践中实现全双工，主要的挑战是克服自干扰，为了做到这一点，研究人员已经开发了自干扰消除技术。由于大多数无线收发器使用功率放大器，特别是在蜂窝系统中，研究人员揭示了非线性自干扰消除的重要性。在这篇文章中，我们首先探讨了几种非线性数字自干扰消除技术。然后，我们提出了一个低复杂度的预校准为基础的非线性数字自干扰抵消技术。接下来，我们讨论关于参考信号分配和每种技术的开销的问题。对于性能评估，我们通过实时原型和链路/系统级仿真进行了广泛的测量。对于链路级分析，我们测量每种技术的消除自干扰量。我们还通过基于3D光线跟踪的模拟来评估系统级性能。数值结果证实了显着的性能改善，即使在干扰有限的室内环境中的半双工系统。
2017-02-15 cs.IT cs.NI 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
