Large-Scale Fading Precoding for Spatially Correlated Rician Fading with Phase Shifts
我们考虑大规模衰落预编码（LSFP），这是一个两层的预编码方案在多小区大规模MIMO（多输入多输出）系统的下行链路，以抑制小区间干扰。我们得到的封闭形式的频谱效率（SE）与LSFP在中央网络控制器和最大比预编码在基站（BS）使用线性最小均方误差或最小二乘信道估计。LSFP权值的设计基于长期的信道统计和两个重要的性能指标进行了优化下每BS的发射功率约束。这些指标是总和SE和比例公平性，其中产生的优化问题是非凸的。利用乘子法中的加权最小均方误差和交替方向法，提出了两种有效的算法。此外，提出了两种部分LSFP方案，以减少前传信令的要求。仿真量化了LSFP在标准单层预编码方案上的性能改进，并确定了每个优化问题的具体优势。
2020-06-25 cs.IT eess.SP math.IT
Interference Reduction in Multi-Cell Massive MIMO Systems I: Large-Scale Fading Precoding and Decoding
无线大规模MIMO系统需要大量（数十或数百个）基站天线服务于少得多的用户，与传统MIMO技术相比，在频谱效率和能量效率方面具有大的增益。直到最近，人们认为，在多蜂窝大规模MIMO系统中，即使在渐近状态下，由于服务天线的数量趋于无穷大，性能受到定向小区间干扰的限制。这种干扰是由不同小区中的用户不可避免地重复使用反向链路训练序列（导频污染）造成的。我们设计了一个新的概念，导致大规模MIMO系统中的小区间干扰的有效消除。这是通过外部多蜂窝预编码来实现的，我们称之为大规模衰落预编码（LSFP）。LSFP的主要思想是每个基站线性地组合针对来自不同小区的用户的消息，这些小区重复使用相同的训练序列。关键是，合并系数仅取决于用户和基站之间的慢衰落系数。每个基站使用基于估计的快衰落系数的传统线性预编码来独立地发送其LSFP组合符号。此外，我们推导出估计的下行链路和上行链路的信干噪比和容量下限的情况下，大规模MIMO系统与LSFP和有限数量的基站天线。
2014-11-15 cs.IT math.IT
Constant Envelope Precoding with Adaptive Receiver Constellation in MISO Fading Channel
恒包络预编码是一种能够实现高功率放大器效率的传输技术。对于单用户多输入单输出（MISO）信道中的CE预编码，当且仅当期望的星座可以被缩放为位于环形中时，期望的星座在接收器处是可行的，环形的边界由瞬时信道实现表征。因此，如果固定的接收机星座被用于衰落信道中的CE预编码，其中环是时变的，则通常存在遇到使得CE预编码不可行的信道的非零概率，从而导致高概率的错误。针对这一问题，本文研究了在单用户MISO平坦衰落信道中，发射端具有任意数量天线的CE预编码的自适应接收星座设计。我们首先研究固定速率自适应接收机星座设计，以最大限度地减少符号出错率（SER）。具体而言，提出了一种有效的算法，找到最佳的幅度和相移键控（APSK）星座与两个环，这是可行的，最大的最小欧几里德距离（MED），对于任何给定的星座大小和瞬时信道实现。数值结果表明，通过使用优化的固定速率自适应接收星座，我们提出的方案实现了显着改善的SER性能比CE预编码与固定的接收星座。基于最优固定速率自适应双环APSK星座集族，提出了一种可变速率CE传输方案，并进行了数值分析。
2016-07-15 cs.IT math.IT
GMD-Based Hybrid Precoding For Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
混合预编码技术可以显著减少毫米波大规模MIMO系统中所需的射频链路数量，降低系统的能耗，因此受到学术界和工业界的广泛关注。然而，大多数现有的混合预编码方案是基于奇异值分解（SVD）。由于奇异值分解后子信道信噪比（SNR）差异很大，通常需要复杂的比特分配来匹配子信道SNR。为了解决这个问题，我们提出了一种基于几何平均分解（GMD）的混合预编码方案，以避免复杂的比特分配。其基本思想是寻找一对模拟和数字预编码矩阵，它们足够接近最优无约束GMD预编码矩阵。具体来说，我们设计模拟（数字）预编码矩阵，同时保持数字（模拟）预编码矩阵固定。进一步地，将基追踪原理应用于模拟预编码矩阵的设计中，并通过对数字预编码矩阵进行GMD运算得到数字预编码矩阵。仿真结果表明，提出的基于GMD的混合预编码方案比传统的基于SVD的混合预编码方案具有更好的出错率（BER）性能和更低的复杂度。
2016-05-16 cs.IT math.IT
Codebook Based Hybrid Precoding for Millimeter Wave Multiuser Systems
在毫米波（mmWave）系统中，天线架构限制使得难以应用常规的全数字预编码技术，而是需要低成本的模拟射频（RF）和数字基带混合预编码方法。研究了射频链路数量有限的多用户多天线毫米波系统下行链路的射频-基带联合混合预编码。两个性能指标，最大限度地提高频谱效率和系统的能量效率，被认为是。我们提出了一种基于码本的射频预编码设计，并通过波束扫描过程获得信道状态信息。通过基于码本的设计，原系统被转换成一个虚拟的多用户下行链路系统的RF链约束。因此，我们能够简化复杂的混合预编码优化问题的联合码字选择和预编码器设计（JWSPD）的问题。然后，我们提出了有效的方法来解决JWSPD问题，并在两个性能指标下联合优化RF和基带预编码器。最后，提供了大量的数值结果来验证所提出的混合预编码器的有效性。
2017-07-04 cs.IT math.IT
Fronthaul Compression and Precoding Design for C-RANs over Ergodic Fading Channel
本文研究了云无线接入网下行链路前传压缩和预编码的联合设计。在C-RAN中，中央单元（CU）为无线电单元（RU）的集群执行基带处理，RU通过低延迟前传链路从CU接收压缩基带样本。关于前传压缩和预编码的设计的大多数先前工作假设恒定信道和CU处的瞬时信道状态信息（CSI）。这项工作，相反，集中在一个更实际的情况下，块遍历信道，并考虑在CU的瞬时或随机CSI。此外，分析包括压缩后预编码（CAP）和压缩前预编码（CBP）计划。利用CAP方法（其是标准C-RAN解决方案），CU执行信道编码和预编码，然后CU压缩并在前传链路上将得到的基带信号转发到RU。相反，利用CBP方案，CU不执行预编码，而是将移动站（MS）的子集的信息消息与压缩的预编码矩阵一起单独转发到每个RU，然后RU执行预编码。提出了基于随机连续上限最小化方法的CAP和CBP前传压缩和预编码优化算法。通过数值计算结果，这两种策略的相对优点，无论是瞬时或随机CSI作为一个函数的系统参数，如前传容量和信道相干时间进行评估。
2014-12-21 cs.IT math.IT
Linear MIMO Precoding in Jointly-Correlated Fading Multiple Access Channels with Finite Alphabet Signaling
在本文中，我们研究了多输入多输出（MIMO）多址信道（MAC）的线性预编码器的设计。我们假设，统计信道状态信息（CSI）是在发射机和考虑实际有限字母输入假设下的问题。首先，我们推导出一个渐进的（在大系统的限制）加权和速率（WSR）的MIMO MAC有限字母输入和一般联合相关衰落的表达式。随后，我们得到了线性预编码器最大化渐近WSR的必要条件，并提出了一种迭代算法来确定所有用户的预编码器。在该算法中，每个用户用于设计预编码矩阵的搜索空间是其自己的调制集合。与用于具有有限字母输入的MIMO MAC的常规预编码设计相比，这显著减小了用于找到所有用户的预编码矩阵的搜索空间的维度，其中搜索空间是所有用户的调制集合的组合。结果表明，该算法将有限字母输入的MIMO MAC预编码设计的计算复杂性降低了几个数量级。有限字母信令的仿真结果表明，所提出的迭代算法实现了显着的性能增益超过现有的预编码器设计，包括基于高斯输入假设的预编码器设计，在和速率和编码比特出错率。
2014-01-21 cs.IT math.IT
Frequency Selective Hybrid Precoding for Limited Feedback Millimeter Wave Systems
混合模拟/数字预编码在毫米波（mmWave）系统中提供了硬件复杂度和系统性能之间的折衷。这种类型的预编码允许毫米波系统利用足够的链路裕度所需的大天线阵列增益，同时允许低成本和功耗硬件。大多数先前的工作集中于窄带毫米波系统的混合预编码，在发射机处具有完美的或估计的信道知识。然而，mmWave系统将可能在具有频率选择性的宽带信道上操作。因此，本文考虑宽带毫米波系统与有限的反馈信道之间的发送器和接收器。首先，针对给定的RF码本，推导出最优的混合预编码设计。这为任何其他启发式算法提供了基准，并为码本设计提供了有用的见解。其次，开发了用于宽带毫米波系统中的空间复用的高效混合模拟/数字码本。最后，基于Gram-Schmidt正交化理论，提出了一种低复杂度、接近最优的贪婪频率选择性混合预编码算法。仿真结果表明，开发的混合码本和预编码器的设计实现了非常好的性能相比，无约束的解决方案，而需要更少的复杂度。
2016-08-23 cs.IT math.IT
Over-Sampling Codebook-Based Hybrid Minimum Sum-Mean-Square-Error Precoding for Millimeter-Wave 3D-MIMO
混合预编码设计对于毫米波（mmWave）大规模MIMO具有挑战性。现有的混合预编码方案大多以最大化总频谱效率（SSE）为目标，而对误码率（BER）的研究较少。因此，本文提出了一种基于过采样码本（OSC）的混合最小均方误差和（min-SMSE）预编码方案，用于毫米波多用户三维（3D）-MIMO系统，以优化系统的误码率，其中考虑了每个用户具有多个数据流的多用户传输。具体而言，给定由真实信道和模拟预编码组成的有效基带信道，我们首先设计基于最小最小均方误差准则的数字预编码器/合并器以优化误码率。为了进一步降低发送和接收信号之间的SMSE，我们提出了一种基于OSC的联合模拟预编码器/组合器（JAPC）设计。仿真结果表明，该方案可以实现更好的性能比传统的同行。
2018-05-21 cs.IT 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
Achievable Rates of Multi-User Millimeter Wave Systems with Hybrid Precoding
毫米波（mmWave）系统将可能在发射器和接收器两者处采用大型天线阵列。天线阵列的一个自然应用是同时向多个用户传输，这需要在发射机处进行多用户预编码。然而，硬件约束使得难以在毫米波处应用常规的较低频率MIMO预编码技术。提出并分析了一种适用于下行多用户毫米波系统的低复杂度模拟/数字混合波束形成算法。混合预编码涉及模拟和数字处理的组合，这是由降低整个射频和混合信号硬件的功耗的要求所激发的。所提出的算法配置混合预编码器在发射机和模拟组合器在多个接收机与一个小的训练和反馈开销。对于该算法，我们推导出一个下界的单路径信道的情况下，可实现的速率，显示其在大量的天线的渐近最优性，并作出有用的见解更一般的情况下。仿真结果表明，该算法比单纯模拟波束形成算法具有更高的和速率，接近无约束数字预编码方案的性能。
2015-05-02 cs.IT math.IT
Low Complexity Hybrid Precoding and Channel Estimation Based on Hierarchical Multi-Beam Search for Millimeter-Wave MIMO Systems
在毫米波（mmWave）MIMO系统中，虽然混合数字/模拟预编码结构提供了提高可实现速率的潜力，但它也面临着需要低复杂度设计的挑战。具体地，混合预编码可能需要具有天线大小的尺度的矩阵运算，这在毫米波通信中通常是大的。此外，由于Tx/Rx两侧的天线数量较多，信道估计也相当耗时。本文提出了一种低复杂度的混合预编码和信道估计方法。在信道估计阶段，提出了一种分层多束搜索方案，以快速获取具有最高功率的$N_{\rm{S}}$（流的数量）多径分量（MPC）/簇。在混合预编码阶段，模拟和数字预编码被解耦。模拟预编码被设计为沿着在Tx/Rx两侧的$N_{\rm{S}}$获取的MPC/集群进行引导，从而对等效的$N_{\rm{S}}\times N_{\rm{S}}$基带信道进行整形，而数字预编码在基带中利用缩减规模的信道执行操作。性能评估表明，与现有技术的方案相比，在实现接近甚至更好的性能的同时，当射频（RF）链或流的数量小时，混合预编码的计算复杂性和信道估计的时间复杂度都大大降低。
2016-03-04 cs.IT math.IT
Limited Feedback Hybrid Precoding for Multi-User Millimeter Wave Systems
天线阵列将是毫米波（mmWave）蜂窝系统中的重要组成部分。天线阵列的一个自然应用是同时向多个用户传输。遗憾的是，毫米波系统中的硬件约束使得难以在毫米波应用常规的较低频率多用户MIMO预编码技术。本文提出了低复杂度的混合模拟/数字预编码下行多用户毫米波系统。混合预编码涉及模拟和数字处理的组合，其灵感来自完整射频和混合信号硬件的功耗。所提出的算法配置混合预编码器在发射机和模拟组合器在多个接收机与一个小的训练和反馈开销。该算法的性能进行了分析，在高维制度和单径信道。当模拟和数字预编码矢量从量化码本中选择时，由于联合量化而导致的速率损失的特征在于，并且与仅模拟波束成形解决方案相比，给出了混合波束成形的性能的见解。分析和仿真结果表明，该技术与仅模拟波束形成方案相比，具有更高的和速率，并在较小码本下接近无约束数字波束形成的性能。
2015-03-05 cs.IT math.IT
Omnidirectional Precoding and Combining Based Synchronization for Millimeter Wave Massive MIMO Systems
针对毫米波大规模多输入多输出系统中的下行链路初始同步问题，设计了基站侧的预编码矩阵和用户侧的合并矩阵。首先，我们证明了预编码和组合矩阵的两个基本要求，包括在实现架构约束下，其中的所有条目都应该具有恒定的幅度，并且用于同步的总K个时隙上的平均传输功率对于任何空间方向都应该是恒定的。然后，我们推导出基于广义似然比检验的最优同步检测器。利用该检测器，分别分析了预编码矩阵和合并矩阵对检测器误检率和虚警率的影响，并给出了相应的条件。结果表明，预编码矩阵和合并矩阵都应该保证每个时隙的完美全向覆盖，即，对于任何空间方向，每个时隙的平均发射功率都是恒定的，这比上述第二个基本要求更严格。我们还表明，这样的全向预编码矩阵和全向组合矩阵存在时，只有发送流的数量和接收流的数量都等于或大于2。在这种情况下，我们建议利用Golay互补对和Golay-Hadamard矩阵来设计预编码和合并矩阵。仿真结果验证了该方法的有效性。
2017-10-28 cs.IT math.IT
Spatially Sparse Precoding in Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）信号经历的路径损耗比当前在大多数无线应用中使用的微波信号多几个数量级。因此，毫米波系统必须利用通过波长的减小而成为可能的大型天线阵列，以利用波束成形增益来对抗路径损耗。具有多个数据流的波束成形（称为预编码）可用于进一步提高毫米波频谱效率。在传统的多天线系统中，波束成形和预编码都是在基带处数字地完成的。然而，毫米波系统中混合信号器件的高成本和功耗使得RF域中的模拟处理更具吸引力。这种硬件限制限制了可以由实际毫米波收发器应用的预编码器和组合器的可行集合。在本文中，我们考虑发射预编码和接收机合并在毫米波系统与大型天线阵列。我们利用毫米波信道的空间结构，将预编码/合并问题制定为稀疏重构问题。利用基追踪的原理，我们开发了精确近似最佳无约束预编码器和组合器的算法，使它们可以在低成本的RF硬件中实现。我们提出的算法的性能的数值结果表明，它们允许毫米波系统接近其不受约束的性能限制，即使当收发器的硬件限制被认为是。
2013-05-11 cs.IT math.IT
Complex-BP-Neural-Network-based Hybrid Precoding for Millimeter Wave Multiuser Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）系统的高能耗已经成为毫米波（mm-Wave）通信场景中的一个突出问题。混合预编码技术通过将部分编码工作交给相移网络来完成，大大减少了射频（RF）链的数量，可以有效提高能量效率。然而，传统的基于数学方法的混合预编码算法往往遭受性能损失和高计算复杂度。提出了一种基于BP神经网络的混合预编码算法，该算法以全数字迫零（ZF）预编码为训练目标。考虑到基站信号的复杂性，我们选择了具有更丰富代表性的复合神经网络。此外，我们提出了复杂神经网络的激活函数和反向传播过程的梯度导数。仿真结果表明，所提出的混合预编码算法的性能可以最佳地接近ZF预编码。
2019-08-01 cs.IT eess.SP math.IT
Multiuser separation and performance analysis of millimeter wave channels with linear precoding
在传统的多用户MIMO系统中，用户选择和调度已经被用作提高系统的和速率性能的有效方法。然而，大规模MIMO系统（在厘米波长频率处）的最新概念已经表明，利用天线阵列的更高空间分辨率，密集场景中的不同用户可以在空间上分离。这反过来又大大减少了多用户选择算法所需的信号处理工作。另一方面，最近在毫米波频率下的测量表明，多径分量仅从几个角方向到达，导致路径和共址用户之间的高空间相关性。本文主要研究了毫米波频段下基于全数字线性迫零发射预编码的用户空间分离问题。我们的分析结果令人信服地证明了多用户选择算法仍然是毫米波通信系统的重要。结果还表明，天线元件的数量的增加并没有给一个主要的好处，总速率的改善相比，选择正确的用户数量进行选择/调度。
2016-11-27 cs.IT math.IT
Hardware-Aware Pilot Decontamination Precoding for Multi-cell mMIMO Systems With Rician Fading
我们考虑一个硬件受损的多小区莱斯衰落的大规模多输入多输出（mMIMO）系统与两层导频净化预编码，也被称为大规模衰落预编码（LSFP）。每个BS配备有灵活的动态模数转换器（ADC）/数模转换器（DAC）架构，并且用户设备（UE）具有低分辨率ADC。此外，BS和UE都具有硬件受损的射频链。动态ADC/DAC架构允许我们改变连接到每个BS天线的ADC/DAC的分辨率，并适当地选择它们以最大化SE。我们提出了一种失真感知的最小均方误差（DA-MMSE）预编码器，并研究其使用与两层LSFP和传统的单层预编码（SLP）的硬件受损mMIMO系统。我们讨论了LSFP和SLP与DA-MMSE和失真感知MMSE（DU-MMSE）预编码器的用例，这将为系统设计人员提供关于其在实际系统中使用的关键见解。
2022-11-29 cs.IT eess.SP math.IT
Feedback-Aware Precoding for Millimeter Wave Massive MIMO Systems
毫米波（mmWave）通信由于其大带宽而成为应对不断增长的移动数据业务的有前途的解决方案。为了实现足够的链路裕度，需要采用定向波束成形的大型天线阵列，其通过发射机处的信道状态信息（CSIT）的可用性来实现。然而，由于通常大量的发射和接收天线，用于毫米波信道的CSIT获取引入了巨大的反馈开销。利用毫米波信道的特性，本文提出了一种预编码策略，使反馈开销的灵活调整。特别地，最佳无约束预编码器通过从根据发射器阵列响应构造的基中选择可变数量的元素来近似，其中可以根据反馈约束来选择所选择的基元素的数量。仿真结果表明，所提出的预编码方案可以提供一个接近最优的解决方案，如果可以提供更高的反馈开销。对于低开销，它仍然可以提供最佳预编码器的良好近似。
2019-06-28 cs.IT math.IT
Spectral Efficiency Optimization For Millimeter Wave Multi-User MIMO Systems
作为5G无线的关键使能技术，毫米波（mmWave）通信促使利用大规模天线阵列来实现高度定向的波束成形。然而，射频链的高成本和高功耗阻碍了在大阵列系统中采用最优的全数字预编码。为了减少RF链的数量，同时仍然保持大阵列的空间复用增益，混合预编码架构已被提出用于毫米波系统，并在工业界和学术界引起了相当大的兴趣。然而，最佳的混合预编码设计尚未完全理解，特别是对于多用户MIMO情况。本文是第一个工作，直接解决毫米波多用户MIMO系统的非凸混合预编码问题（没有任何近似），通过使用惩罚对偶分解（PDD）方法。在较弱的假设条件下，该方法保证收敛到混合预编码问题的KKT解。仿真结果表明，即使在发射端和接收端都配备了支持多流传输所需的最少射频链的情况下，混合预编码在无限分辨率移相器和有限分辨率移相器情况下都能达到全数字预编码的性能。
2018-01-23 cs.IT math.IT
Capacity of a Multiple-Antenna Fading Channel with a Quantized Precoding Matrix
给定多输入多输出（MIMO）信道，来自接收器的反馈可用于指定发射预编码矩阵，其选择性地激活最强信道模式。在这里，我们分析的随机矢量量化（RVQ），其中的预编码矩阵是从包含独立的，各向同性分布的条目的随机码本中选择的性能。我们假设信道元素是独立同分布的。并且对于接收机是已知的，接收机使用B个比特将最优（速率最大化）预编码器码本索引中继到发射机。我们首先导出作为B的函数的波束成形（秩一预编码矩阵）的大系统容量，其中大系统将极限称为B，并且发射天线和接收天线的数量都以固定比率趋于无穷大。在波束成形的情况下，RVQ是渐近最优的，即，没有其它量化方案可以实现更大的渐近速率。RVQ的性能也比较了一个更简单的降秩标量量化方案，其中波束形成器被约束到位于一个随机子空间。随后，我们考虑一个预编码矩阵与任意秩，并近似的渐近RVQ性能与最佳和线性接收机（匹配滤波器和最小均方误差（MMSE））。数值例子表明，这些近似准确地预测有限尺寸系统的性能。给定目标频谱效率，数值例子表明，线性MMSE接收机所需的反馈量仅略多于最佳接收机所需的反馈量，而匹配滤波器可能需要更多的反馈。
2009-02-17 cs.IT math.IT
Alternating Minimization Algorithms for Hybrid Precoding in Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）通信被认为是5G网络的关键使能技术。与传统的多输入多输出（MIMO）系统相比，毫米波MIMO中的预编码不能使用数字预编码器完全在基带处执行，因为考虑到它们的成本和功耗，仅可以支持有限数量的信号混频器和模数转换器（ADC）。作为具有成本效益的替代方案，组合数字预编码器和模拟预编码器的混合预编码收发器架构最近受到了相当大的关注。然而，这种混合预编码器的最佳设计尚未完全理解。在本文中，将混合预编码器设计视为矩阵分解问题，将针对两种不同的混合预编码结构提出有效的交替最小化（AltMin）算法，即，完全连接和部分连接的结构。特别地，对于全连接结构，提出了一种基于流形优化的AltMin算法，以接近全数字预编码器的性能，但是，具有较高的复杂度。因此，低复杂度的AltMin算法，然后提出，通过对数字预编码器的正交约束。此外，对于部分连通的结构，AltMin算法也开发了半定松弛的帮助下。对于实际实现，建议AltMin算法进一步扩展到宽带设置与正交频分复用（OFDM）调制。仿真结果将证明显着的性能增益所提出的AltMin算法比现有的混合预编码算法。此外，基于所提出的算法，两种混合预编码结构之间的仿真比较将提供有价值的设计见解。
2016-01-27 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
Codeword Selection and Hybrid Precoding for Multiuser Millimeter Wave Massive MIMO Systems
针对宽带多用户毫米波大规模多输入多输出系统的可达和速率最大化问题，研究了混合预编码技术。由于可实现的和速率的每次计算只能在模拟预编码器和数字预编码器都被确定之后执行，因此可实现的和速率的最大化具有难以处理的计算复杂度。通过引入无干扰（IF）可实现的和速率，可以解耦模拟和数字预编码器的设计。为了避免波束冲突并最大化中频可实现的和速率，提出了一种基于匈牙利语的码字选择算法用于模拟预编码设计。仿真结果验证了该方案的有效性，并表明与现有的方案相比，可以实现更好的性能。
2019-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter-Wave Massive MIMO Systems Relying on Generalized Sub-Array-Connected Hybrid Precoding
在本文中，我们考虑了一个广义的子阵列连接（GSAC）架构的任意射频（RF）链和天线配置，其中连接到一个子阵列的RF链的数量和每个子阵列中的天线的数量可以是任意的。我们的设计目标是提高毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统的混合预编码器的能量效率。首先，我们提出了一种基于连续干扰消除的混合预编码算法，以最大限度地提高可实现的速率为任何给定的RF链和天线配置。该算法首先将总可达速率优化问题分解为多个子速率优化问题，然后依次最大化这些子速率。由于RF链的数量有限，我们可以使用穷举搜索方案来评估所有配置并确定具有最佳能效的配置。此外，依赖于一个有吸引力的有限反馈，我们还提出了一个波束控制码本，我们的混合预编码辅助GSAC架构。我们的仿真结果表明，该方案实现了类似的速率作为相应的最佳无约束预编码器。此外，我们表明，所提出的计划的能量效率是优于现有的计划在全连接和子阵列连接的架构。
2019-07-19 cs.IT math.IT
Channel-Statistics-Based Hybrid Precoding for Millimeter-Wave MIMO Systems With Dynamic Subarrays
研究了有限字母输入的毫米波多输入多输出系统的混合预编码设计。毫米波MIMO系统采用具有动态子阵列的部分连接混合预编码架构，其中每个射频（RF）链连接到天线的动态子集。我们考虑利用统计和/或混合信道状态信息（CSI）的模拟和数字预编码器的设计，其涉及解决理论上极其困难的问题：首先，设计RF链上的天线的最优划分是组合优化问题，其最优解需要对所有天线划分解进行穷举搜索;第二，毫米波MIMO信道下的平均互信息缺乏封闭形式的表达式，计算量过大;第三，给定天线划分的混合预编码问题相对于模拟和数字预编码器是非凸的。为了解决这些问题，本研究首先提出了一个简单的标准和相应的低复杂度的算法来设计的天线使用统计CSI的最佳划分。然后推导出平均互信息的下界及其近似值，与直接计算平均互信息相比，大大降低了计算复杂性。此外，它还表明，与一个恒定的位移的下限提供了一个非常准确的近似平均互信息。本文进一步提出利用下界近似作为开发基于流形的梯度上升算法的低复杂度和准确的替代方案，以找到接近最佳的模拟和数字预编码器。数值结果表明，我们提出的算法优于现有的混合预编码算法。
2019-02-12 cs.IT math.IT
Robust Hybrid Precoding for Beam Misalignment in Millimeter-Wave Communications
本文针对毫米波多接收机通信系统中波束失准现象，提出了稳健的混合预编码设计方案，以减轻这种影响所带来的性能损失。我们考虑两种不同的设计方法：I）合成的“平主瓣”波束模型，最大限度地提高最小有效阵列增益的波束失调范围内，和II）的“误差统计”纳入设计，其中阵列响应纳入失调误差的分布推导。对于这两种设计方法，我们提出了一种混合预编码设计，近似的强大的全数字预编码器，这是通过交替优化的基础上梯度投影（GP）方法。我们还提出了一个低复杂度的替代GP算法的最小二乘投影（LSP）的基础上，我们进一步部署了第二阶段的数字预编码器，以减轻任何残余的接收机间干扰后的混合模拟-数字预编码。数值结果表明，稳健的混合预编码设计可以有效地缓解波束失准带来的性能下降。
2019-03-22 cs.IT cs.NI math.IT
Channel Estimation and Hybrid Precoding for Millimeter Wave Cellular Systems
毫米波（mmWave）蜂窝系统由于在mmWave频率下可用的大带宽而将实现每秒千兆位数据率。为了实现足够的链路裕度，毫米波系统将在发射器和接收器处采用具有大天线阵列的定向波束成形。由于千兆采样混合信号设备的高成本和功耗，毫米波预编码可能会在模拟和数字域之间划分。大量天线和模拟波束成形的存在要求开发特定于毫米波的信道估计和预编码算法。本文开发了一种自适应算法来估计毫米波信道参数，利用信道的散射性质差。为了使该算法的有效操作，一种新的分层多分辨率码本的设计，以构建不同的波束宽度的训练波束形成向量。对于单径信道，使用该算法的估计误差概率的上限推导，并得到一些见解的自适应阶段的算法之间的训练功率的有效分配。自适应信道估计算法，然后扩展到多径的情况下，依赖于信道的稀疏性。利用估计的信道，本文提出了一种新的混合模拟/数字预编码算法，克服了仅模拟波束形成的硬件限制，并接近数字解决方案的性能。仿真结果表明，所提出的低复杂度的信道估计算法实现了相当的预编码增益相比，穷举信道训练算法。结果还表明，即使在干扰存在的情况下，所提出的算法也可以接近由完美的信道知识实现的覆盖概率。
2014-01-29 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Massive MIMO Downlink Per-Group Communications with Hybrid Linear Precoding
我们解决的问题，分析和分类组中的下行链路信道环境中的毫米波长小区，占路径损耗，多径衰落，和用户设备（UE）阻塞，通过采用混合传播和多径衰落模型，从而使用准确的组间干扰建模。基站（BS）采用大型均匀平面阵列（UPA）来促进高效率的大规模多输入多输出（MIMO）通信。UE配备有单个天线并且均匀地分布在小区内。关键问题是分析和定义预编码组。因为在组之间期望公平类型的吞吐量，所以必要时采用组合频分和空分复用（CFSDM）。我们表明，通过采用三个子载波频率，可以有效地将UE分成高吞吐量组，每组采用基于虚拟信道模型波束（VCMB）的内部预编码，然后是高效的多用户多输入多输出（MU-MIMO）外部预编码器。对于每一组，我们研究了三种不同的分组方法，提供不同的优势。我们表明，零强制每组预编码（ZF-PGP）的零强制预编码（ZFP）提供的改进是非常高的。
2020-02-05 cs.IT eess.SP 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
Beamspace Channel Estimation for Millimeter Wave Massive MIMO System with Hybrid Precoding and Combining
提出了一种毫米波（mmWave）大规模多输入多输出系统中波束域信道估计的框架。该框架包括混合预编码和合并矩阵的设计以及过采样波束空间接收矩阵最大项的搜索方法。在此基础上，提出了基于单位矩阵近似（IA）、基于离散零非对角（SZO）和基于集中零非对角（CZO）的三种信道估计方案。从计算复杂度、估计误差和信道训练总时隙数等方面对这些方案与现有的信道估计方案进行了比较。仿真结果表明，所提出的方案优于现有的方案，可以接近理想情况下的性能。特别地，用于信道训练的总时隙可以显著减少。
2019-01-07 cs.IT eess.SP math.IT
A Hardware-Efficient Analog Network Structure for Hybrid Precoding in Millimeter Wave Systems
混合预编码最近已经被提出作为用于毫米波（mm-wave）系统的具有成本效益的收发器解决方案。虽然在现有的工作中，射频（RF）链的数量已经有效地减少，但仍然需要大量的高精度移相器。实际的移相器具有粗略量化的相位，并且由于成本和功率考虑，它们的数量应该减少到最小。在本文中，我们提出了一种新的硬件高效的实现混合预编码，称为固定移相器（FPS）的实现。它只需要少量的量化和固定相位的移相器。为了提高频谱利用率，提出了一种开关网络来实现移相器与天线之间的动态连接，该网络能够自适应信道状态。一个有效的交替最小化（AltMin）算法开发的封闭形式的解决方案，在每次迭代，以确定混合预编码器和开关的状态。此外，为了进一步降低硬件复杂度，提出了一种组连接的映射策略，以减少开关的数量。仿真结果表明，FPS全连接混合预编码器实现了更高的硬件效率与更少的移相器比现有的建议。此外，组连接映射实现了频谱效率和硬件复杂度之间的良好平衡。
2018-02-28 cs.IT math.IT
Dynamic Hybrid Precoding Relying on Twin-Resolution Phase Shifters in Millimeter-Wave Communication Systems
毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统中的混合模拟/数字预编码与其全RF数字对应物相比能够以降低的硬件成本和功耗实现接近最佳的全数字性能。然而，具有多个移相器仍然是昂贵的，特别是当移相器具有高分辨率时。在本文中，我们提出了一种新的双分辨率移相器网络的毫米波MIMO系统，它降低了功耗的一个完全高分辨率的网络，同时减轻了严重的阵列增益降低的一个完全低分辨率的网络。具有不同分辨率的双移相器和天线之间的连接是固定的或动态配置的。在后者中，我们联合设计的移相器网络和混合预编码矩阵，其中的每个条目在模拟预编码矩阵的相位可以动态设计，根据所需的分辨率。该方法针对固定网络的混合预编码矩阵进行了略微修改。此外，我们提出的方法扩展到多用户MIMO系统，并提供其性能分析。我们的仿真结果表明，所提出的动态混合预编码方法罢工一个有吸引力的性能与功耗权衡。
2020-11-25 cs.IT eess.SP math.IT
Max-Min Fair Hybrid Precoding for Multi-group Multicasting in Millimeter-Wave Channel
使用毫米波（mmWave）来应对当前带宽短缺的潜力已经促使在相同的物理尺寸中封装更多的天线元件，这允许用于mmWave通信的大规模多输入多输出（MIMO）的出现。然而，随着天线元件数量的增加，为每个天线分配单个RF链的能力变得不可行且负担不起。作为一种具有成本效益的替代方案，已经考虑了混合预编码的设计，其中有限散射信号由高维RF预编码器捕获，该预编码器由模拟移相器网络实现，随后是基带处的低维数字预编码器。本文考虑最大最小公平性问题，设计了一种低复杂度的混合预编码器，用于毫米波信道中的多组多播系统。由于两个主要原因，该问题是非平凡的：对于全数字预编码器的多组多播的原始最大-最小问题是非凸的，并且模拟预编码器在设计问题中放置了限制预编码器的可行集合的常数模块约束。因此，我们考虑一种低复杂度的混合预编码器设计来解决毫米波信道结构并从中受益。每个模拟波束形成器被设计为最大化给定组内的用户的最小匹配分量。一旦获得，数字预编码器通过求解等效信道的最大-最小问题来获得。
2021-02-14 cs.IT math.IT
Multi-user Precoding and Channel Estimation for Hybrid Millimeter Wave Systems
在本文中，我们开发了一种低复杂度的混合毫米波（mmWave）系统的信道估计，其中射频（RF）链的数量远小于每个收发器配备的天线数量。所提出的毫米波信道估计算法首先利用多个频率音调来估计基站（BS）和用户侧的最强到达角（AoA），以用于模拟波束成形矩阵的设计。然后，所有用户沿着估计的最强AoA的方向向BS发送正交导频符号，以便估计信道。估计的信道将被采用来设计用于多用户下行链路传输的BS处的数字迫零（ZF）预编码器。所提出的信道估计算法适用于非稀疏和稀疏毫米波信道环境。此外，我们推导出一个紧密的可达速率上限的数字ZF预编码与建议的信道估计算法方案。我们的分析和仿真结果表明，所提出的方案获得了相当大的可实现的全数字系统的速率，其中在每个收发器配备的RF链的数量等于天线的数量。此外，通过考虑各种类型的错误的影响，即，随机相位误差、收发器模拟波束成形误差和等效信道估计误差，我们推导出所考虑方案的可实现速率的封闭形式近似。我们说明了所提出的信道估计和多用户下行链路预编码方案对系统缺陷的鲁棒性。
2017-03-12 cs.IT math.IT
Hybrid Precoding in Millimeter Wave Systems: How Many Phase Shifters Are Needed?
混合预编码最近已经被提出作为用于毫米波（mm-wave）系统的具有成本效益的收发器解决方案。与传统的全数字预编码器相比，这种预编码器中由移相器网络组成的模拟组件是关键的区分元件。虽然在现有的工作中通常假设大量的具有未量化相位的移相器，但在实践中，移相器应该用粗量化来离散化，并且由于成本和功率考虑，它们的数量应该减少到最小。在本文中，我们提出了一种新的混合预编码器的实现，使用少量的移相器与量化和固定的相位，即，固定移相器（FPS）实现，显着降低了成本和硬件复杂性。此外，提出了一种动态切换网络，以提高频谱效率。基于所提出的FPS实现，一个有效的交替最小化（AltMin）算法开发的封闭形式的解决方案，在每次迭代。仿真结果表明，该算法与FPS实现优于现有的。更重要的是，它需要比现有的混合预编码器提议少得多的移相器，例如，$\sim$ 10个固定移相器足以满足实际相关的系统设置。
2017-07-26 cs.IT math.IT
Multiuser Precoding and Channel Estimation for Hybrid Millimeter Wave MIMO Systems
在本文中，我们开发了一种低复杂度的混合毫米波（mmWave）系统的信道估计，其中射频（RF）链的数量远小于每个收发器配备的天线数量。所提出的信道估计算法的目的是估计最强的到达角（AoA）在基站（BS）和用户。然后，所有用户通过这些估计的最强AoA向BS发送正交导频符号，以便于信道估计。该算法不需要来自用户的任何显式信道状态信息（CSI）反馈，并且该算法的相关联的信令开销仅与用户的数量成比例，这与各种现有方案相比显著更少。此外，该算法适用于非稀疏和稀疏毫米波信道环境。基于估计的CSI，迫零（ZF）预编码被用于多用户下行链路传输。此外，我们推导出一个严格的可达速率上界的系统。我们的分析和仿真结果表明，所提出的方案提供了相当大的可实现的速率增益相比，全数字系统，在每个收发器配备的RF链的数量等于天线的数量。此外，所考虑的混合毫米波系统和全数字系统之间的可实现的速率性能差距的特点，这提供了有用的系统设计的见解。
2017-02-27 cs.IT math.IT
Hybrid Precoding-Based Millimeter-Wave Massive MIMO-NOMA with Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
非正交多址接入（NOMA）最近被认为是毫米波（mmWave）大规模MIMO系统，以进一步提高频谱效率。此外，同时无线信息和功率传输（SWIPT）是最大化能量效率的有前途的解决方案。在本文中，我们首次研究了毫米波大规模MIMO-NOMA系统中SWIPT的集成。由于毫米波大规模MIMO将可能使用混合预编码（HP）来显著减少所需的射频（RF）链的数量而没有明显的性能损失，其中全数字预编码器被分解为高维模拟预编码器和低维数字预编码器，因此我们提出在基于HP的MIMO-NOMA系统中应用SWIPT，其中每个用户可以通过使用功率分离接收机从接收到的RF信号中提取信息和能量。该算法首先为每个波束选择一个用户，然后根据所选择的簇头为所有波束设计模拟预编码。然后，基于用户的等效信道的相关性来执行用户分组。然后，通过在每个波束中选择具有最强等效信道增益的用户来设计数字预编码。最后，通过联合优化mmWave大规模MIMO-NOMA的功率分配和SWIPT的功率分配因子，最大化可达和速率，并设计了一种迭代优化算法来解决非凸问题.仿真结果表明，与基于HP的MIMO-OMA相比，基于HP的MIMO-NOMA具有更高的频谱效率和能量效率。
2018-09-20 cs.IT math.IT
Secured Communication over Frequency-Selective Fading Channels: a practical Vandermonde precoding
在本文中，我们研究了频率选择性广播信道与机密消息（BCC），其中发送器发送一个机密消息到接收器1和接收器1和2的公共消息。在N个符号的块传输之后是L个符号的保护间隔的情况下，频率选择性信道可以被建模为N *（N+L）Toeplitz矩阵。对于这种特殊类型的多输入多输出（MIMO）信道，我们提出了一个实用的范德蒙预编码，包括投影的机密信息在零空间的接收器2看到的信道，同时叠加的共同消息。对于该方案，我们提供了可实现的速率区域，即常见和机密消息的速率元组，并描述了一些特殊情况下的最佳协方差输入。证明了所提出的方案达到了最佳自由度（d.o.f）区域。更具体地，它使得能够在N+L个符号的块上同时发送1 <= L个机密消息和N-I个公共消息。有趣的是，该方案可以应用于安全的多用户场景，如K+1用户频率选择性BCC与K个机密消息和两个用户频率选择性BCC与两个机密消息。对于每个场景，我们提供了可实现的保密自由度（s.d.o.f.）区域，并证明了Vandermonde预编码的最优性。该方案的一个吸引人的特点是，它不需要任何特定的保密编码技术，但可以应用于任何现有的强大的编码方案。
2009-06-17 cs.IT 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
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
Energy-Efficient Precoding for Multiple-Antenna Terminals
研究了当系统中的终端具有多个天线时的能量有效预编码问题。考虑到静态和快衰落的多输入多输出（MIMO）信道，能量效率被定义为传输速率功率比，并示出在低发射功率最大化。最有趣的情况是慢衰落MIMO信道之一。对于这种类型的信道，最佳预编码方案通常不是微不足道的。此外，使用所有可用的发射功率在能量效率的意义上并不总是最优的（在这种情况下，其对应于有效发送功率（GPR）比的通信理论定义）。找到最佳的预编码矩阵被证明是一个新的开放的问题，并解决了在几个特殊情况下：1。当只有一个接收天线时; 2.在低或高信噪比状态下; 3.当假设均匀功率分配和大量天线的状态时。一个完整的数值分析来说明推导的结果和陈述的结构。特别是，天线的数量对能源效率的影响进行了评估，并显示是显着的。
2010-11-20 cs.IT math.IT
Channel Reconstruction-Based Hybrid Precoding for Millimeter Wave Multi-User MIMO Systems
本文的重点是毫米波系统的多用户MIMO传输与混合预编码结构在基站。为了实现多用户传输，基站在初始波束对准阶段使用波束成形向量的小区特定码本。每个用户使用波束成形向量的用户特定码本来在单用户设置中根据观察到的SNR学习前P个（其中P >= 1）波束对。从每个用户反馈前P个波束索引以及它们的SNR，并且基站利用该信息来生成用于同时传输的波束权重。生成波束权重的典型方法是仅使用每个用户的最佳波束，并且沿着该波束操纵能量，或者利用该信息来减少多用户干扰。其他波束用作解决阻塞或移动性的回退选项。这样的方法完全丢弃了所学习的关于信道条件的信息，即使每个用户反馈该信息。在此背景下，这项工作开发了一种先进的定向预编码结构的同时传输的成本额外的边际反馈开销。这一建设依赖于三个主要创新：1）附加反馈，以允许基站重构其与每个用户之间的信道矩阵的秩P近似，2）迫零结构，其通过在预编码器设计中保持接收器波束知识的不可知性来利用该信息来对抗多用户干扰，以及3）混合预编码架构，其允许以低复杂度和成本进行幅度和相位控制，以允许实现迫零结构。数值研究表明，该方案的结果在一个显着的和速率性能的改善，甚至与天真的计划，粗糙的初始波束对准码本。
2018-02-14 cs.IT math.IT
A Fixed Precoding Approach to Achieve the Degrees of Freedom in X channel
本文旨在提供一种固定的预编码方案，以实现广义遍历X信道的自由度自由度。这是通过使用遍历干扰对齐技术的概念来实现的。因此，在所提出的方法中，发射机不需要知道完整的信道状态信息，而这个假设是现有方法的组成部分。相反，有限速率反馈信道足以实现DoF。换句话说，它表明，信道增益的量化版本是足够的，以实现的自由度。为了深入了解所提出的方法的功能，首先，我们依赖于有限域信道模型，然后将术语扩展到更现实的情况下，包括量化器存在下的色散衰落信道。因此，在瑞利衰落环境中，示出了2log（p）+Theta（log（log（p）的反馈速率可以提供DoF，其中$p$是总发射功率。
2010-10-16 cs.IT math.IT
Location-Aided Coordinated Analog Precoding for Uplink Multi-User Millimeter Wave Systems
毫米波（mmWave）通信有望在下一代蜂窝网络中发挥重要作用，旨在应对影响传统无线载波的带宽短缺。已经提出使用边信息作为在毫米波大规模多输入多输出（m-MIMO）通信中加速波束选择的潜在方法。然而，在实践中，这样的信息并不是没有错误的，导致性能下降。在多用户情况下，错误的波束选择可能导致基站（BS）侧的不可减少的用户间干扰。在本文中，我们考虑在毫米波上行链路的情况下，多个用户（UE）的位置辅助预编码器的设计。假设存在直接的设备到设备（D2 D）链路，我们提出了一个分散的协调机制，鲁棒的快速波束选择。该算法允许BS侧的干扰的改进处理，并且进而导致更大的频谱效率。
2017-11-08 cs.IT eess.SP math.IT
Beamspace Precoding and Beam Selection for Wideband Millimeter-Wave MIMO Relying on Lens Antenna Arrays
依赖于透镜天线阵列的毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统能够经由波束选择以显著减少的射频（RF）链的数量来实现高天线增益。然而，传统的波束选择网络在宽带系统中由于波束偏斜的影响而遭受显著的性能损失。在本文中，我们提出了一个移相器辅助波束选择网络，它使一个单一的RF链，以支持多个聚焦能量波束，以减轻宽带毫米波MIMO系统中的波束偏斜。基于此架构，我们还设计了一个有效的发射预编码器（TPC），最大限度地提高可实现的和速率，它是由波束选择和波束空间预编码。具体而言，我们解耦的波束空间预编码和波束选择的设计问题，利用波束选择矩阵具有有限数量的候选人的事实。对于波束空间预编码设计，提出了一种基于连续干扰消除（SIC）的方法，将相关的优化问题分解为一系列子问题，依次求解。对于波束选择设计，我们提出了一种能量最大波束选择方法，以避免穷举搜索的高复杂性，并推导出所需的波束数量，以达到硬件成本和系统性能之间的一个有吸引力的权衡。我们的仿真结果表明，所提出的波束空间预编码和波束选择方法实现了更高的总速率和更高的能量效率比传统的同行。
2020-04-17 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Hybrid Precoding for Millimeter Wave MU-MISO System Via Meta-Learning
本文提出基于梯度引导元学习的混合预编码框架GGML，通过局部交替优化与全局元学习更新相结合，免训练且即插即用地解决毫米波MU-MISO系统非凸预编码问题，在提升频谱效率的同时将收敛速度加快8倍，并优于同天线数下的全数字WMMSE预编码。
2024-11-24 cs.IT eess.SP math.IT
Iteratively Weighted MMSE Uplink Precoding for Cell-Free Massive MIMO
在本文中，我们研究了一个无小区的大规模MIMO系统的接入点和用户设备配备多个天线在Weichselberger瑞利衰落信道。我们研究了上行链路的频谱效率（SE）的基础上的两层解码结构与最大比（MR）或局部最小均方误差（MMSE）合并应用在第一层和最佳的大规模衰落解码方法实现在第二层，分别。为了最大化加权和SE，提出了一种基于仅使用信道统计的迭代加权和MMSE（I-WMMSE）算法的上行链路预编码结构。此外，MR结合应用在第一层，我们得到新的可实现的SE表达式和最佳的预编码结构的封闭形式。数值结果验证了我们提出的结果，并表明I-WMMSE预编码可以获得良好的和SE性能。
2022-01-27 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Hybrid Precoding Design for Integrated Multicast-Unicast Millimeter Wave Communications with SWIPT
在本文中，我们研究了能量有效的混合预编码设计的综合多播-单播毫米波（毫米波）系统中，同时考虑无线信息和功率变换在接收端。我们在基站（BS）处采用两个稀疏射频链天线结构，即，全连接和子阵列结构，并根据不同的结构设计基于码本的模拟预编码。然后，我们制定了一个联合的数字多播，单播预编码和功率分配比优化问题，以最大限度地提高系统的能量效率，而在BS的最大发射功率和最小收获的能量在接收机被认为是。由于直接求解公式化问题的困难，我们将分数阶目标函数等价地转化为减法形式，并提出了一种双循环迭代算法来求解，外循环采用经典的双截迭代算法。对于内循环，我们利用逐次凸逼近技术将问题转化为凸问题，并提出了一种迭代算法来求解;同时，为了降低内循环的复杂度，我们提出了一种基于迫零（ZF）技术的低复杂度迭代算法。具体地说，ZF技术被应用到消除单播间干扰和一阶泰勒近似被用于凸化的非凸约束在原问题。最后，通过仿真比较了不同方案下所提算法的性能.
2020-02-11 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Precoding Design for Cell-Free Massive MIMO with Iteratively Weighted MMSE
在本文中，我们研究了一个无小区的大规模多输入多输出系统的接入点和用户设备配备多个天线在Weichselberger瑞利衰落信道。我们研究了上行链路的频谱效率（SE）的完全集中式处理方案和大规模衰落解码（LSFD）计划。为了进一步提高SE性能，我们设计了基于加权和SE最大化的上行预编码方案。由于加权和SE最大化问题不是联合在所有的优化变量，两个有效的上行链路预编码方案的基础上迭代加权和最小均方误差（I-WMMSE）算法，这依赖于加权MSE的迭代最小化，提出了两个处理方案的调查。此外，最大比合并应用在LSFD计划，我们得到新的封闭形式的可实现的SE表达式和最佳的预编码方案。数值结果验证了所提出的结果，并表明，I-WMMSE预编码方案可以实现良好的和SE性能与大量的UE天线。
2023-01-06 cs.IT eess.SP math.IT
Meta-Learning for Hybrid Precoding in Millimeter Wave MIMO System
本文提出一种基于梯度引导元学习（GGML）的即插即用混合预编码方法，无需预训练，通过保留传统迭代过程并交替优化模拟与数字预编码器，在毫米波MIMO系统中实现优于现有方法的频谱效率与鲁棒性。
2025-01-04 cs.IT eess.SP math.IT
Quantized Precoding for Multi-Antenna Downlink Channels with MAGIQ
提出了一种多天线、贪婪、迭代和量化（MAGIQ）的下行链路预编码算法。MAGIQ允许与正交频分复用（OFDM）直接集成。MAGIQ进行了比较，现有的三种算法的信息速率和复杂度：量化线性预编码（QLP），SQUID，和ADMM为基础的算法。信息速率通过使用有限调制集的下限来测量，并且复杂度通过乘法和比较的数量来测量。MAGIQ和ADMM实现了类似的信息速率，具有类似的复杂性瑞利平坦衰落信道和一个比特量化每实维，他们优于QLP和SQUID高阶调制。
2018-03-02 cs.IT math.IT
28 GHz Millimeter-Wave Ultrawideband Small-Scale Fading Models in Wireless Channels
本文介绍了小尺度衰落测量28 GHz室外毫米波超宽带信道使用定向喇叭天线在发射机和接收机。功率延迟分布是在一个典型的基地到移动场景中，在两个正交的接收器方向上的线性轨道上的局部区域（33个波长）上以半波长空间增量测量的，其中发射器和接收器天线波束指向方向固定。电压路径幅度被示出为遵循Rician分布，其中K因子在垂直到垂直共极化天线场景的视线（LOS）和非视线（NLOS）中分别在9 - 15 dB和5 - 8 dB的范围内，并且在LOS和NLOS垂直到水平交叉极化天线场景中均在3 - 7 dB的范围内。单个多径分量的平均空间自相关函数揭示了在LOS和NLOS共极化V-V天线场景中，信号幅度在2个和5个波长之后达到0的相关性。所提供的模型是有用的重建路径增益统计的毫米波宽带信道冲激响应在局部区域，多元素天线仿真和信道估计算法的研究。
2016-02-22 cs.IT math.IT
Low-Complexity Hybrid Precoding in Massive Multiuser MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）被设想为提供相当大的容量改进，但是以硬件的高复杂性为代价。在本文中，我们提出了一种低复杂度的混合预编码方案，以接近传统的基带迫零（ZF）预编码（称为全复杂度ZF），这被认为是一个虚拟的最佳线性预编码方案在大规模MIMO系统的性能。所提出的混合预编码方案，称为相位ZF（PZF），本质上是在RF域应用仅相位控制，然后基于从基带看到的有效信道执行低维基带ZF预编码。重量化的RF相位控制高达$2$位的精度也被认为是和招致非常有限的退化。该方案在理想瑞利衰落信道和稀疏散射毫米波（mmWave）信道中进行了仿真，都达到了非常理想的性能。
2014-10-15 cs.IT math.IT
