Millimeter-Wave Radar Beamforming with Spatial Path Index Modulation Communications
针对B5G毫米波混合波束成形复用增益损失问题，提出融合空间路径索引调制的ISAC方法，低复杂度设计雷达与通信专用波束成形器，在频谱效率和波束方向图上性能优于传统方案。
2023-01-22 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Tradeoffs for Initial UE Discovery in Millimeter-Wave MIMO Systems
毫米波MIMO系统已经朝着满足下一代无线系统中的高数据速率要求的目标获得了越来越多的牵引力。这项工作的重点是低复杂度的波束成形方法在这样的系统中的初始UE发现。为了实现这一目标，我们首先注意到每个天线的增益和相位控制的最佳波束形成器的结构和每个天线的相位只有控制的良好的波束形成器的结构。在毫米波系统中学习这些波束形成结构充满了相当大的复杂性，例如需要非广播系统设计、波束形成器逼近对小路径长度变化的敏感性等。为了克服这些问题，我们建立了这些波束形成器之间的物理解释结构和主导路径的出发/到达角度。这种物理解释提供了一个理论基础上出现的兴趣定向波束形成方法，是不太敏感的小路径长度的变化。虽然已经很好地理解了用于方向学习的经典方法（诸如MUSIC），但是它们在mmW上下文中遭受许多实际困难，诸如非广播系统设计和高计算复杂性。用于mmW系统的更简单的广播解决方案是在两端处适配用于波束成形的定向码本。我们建立了最佳波束展宽码本的基本限制，并提出了一个虚拟子阵列架构，在所有有用的波束展宽因子的最佳权衡曲线的几个dB内的激励建设。最后，我们提供了所提出的构造的接收到的SNR损失UE发现延迟权衡。我们的研究结果表明，用户具有合理的链路余量可以快速发现所提出的设计与平滑滚降的性能，因为链路余量恶化。
2016-01-12 cs.IT math.IT
Ergodic Spectral Efficiency Analysis of Intelligent Omni-Surface Aided Systems Suffering From Imperfect CSI and Hardware Impairments
本文研究非理想CSI和硬件损伤下IOS辅助系统的遍历频谱效率，提出双时间尺度波束成形设计，并证明增加AP天线可有效补偿硬件损伤。
2024-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Multiuser Millimeter Wave MIMO Channel Estimation with Hybrid Beamforming
本文主要研究毫米波频段的多用户MIMO信道估计和数据传输。所提出的方法依赖于时分双工（TDD）协议，是基于两个不同的阶段。首先，基站（BS）发送合适的探测信号，使得所有移动站（MS）可以使用子空间跟踪算法来估计它们的BS到MS传播信道的主左奇异向量。然后，每个MS使用估计的主左奇异向量作为预编码波束形成器，发送合适的导频序列，使得BS可以估计相应的右主信道奇异向量和相应的特征值。在MS处使用低复杂度的具有收缩的投影近似子空间跟踪（PASTd）算法来进行主导子空间估计，而在BS处使用导频匹配（PM）和迫零（ZF）接收。所提出的算法可以用于与模拟RF波束形成器，并表现出非常好的性能。
2017-04-22 cs.IT math.IT
Subspace Tracking and Least Squares Approaches to Channel Estimation in Millimeter Wave Multiuser MIMO
本文研究了毫米波频率下的MIMO信道估计问题，包括单用户和多用户两种情况。使用子空间的方法，我们开发了一个协议，使估计的权利（分别。左）发射机处的奇异向量（分别为接收器）侧;在此基础上，我们将收缩的投影近似子空间跟踪算法和正交Oja算法应用到我们的框架中，得到了两种信道估计算法。我们还提出了一种替代算法的基础上最小二乘法。在算法设计阶段也明确考虑了波束形成器的混合模拟/数字性质。为了限制系统的复杂性，在通信链路的两侧使用固定的模拟波束形成器。所得到的数值结果，显示在信道矩阵的主要奇异向量，系统可实现的频谱效率，和系统的比特错误率的估计的准确性，证明所提出的算法是有效的，他们比较有利的，在性能复杂度权衡方面，相对于几个竞争的替代品。
2019-06-20 cs.IT math.IT
Common Codebook Millimeter Wave Beam Design: Designing Beams for Both Sounding and Communication with Uniform Planar Arrays
第五代（5G）无线网络预计将利用毫米波（mmWave）频率下可用的宽带宽来提高系统吞吐量。然而，毫米波链路的不利信道条件，例如，由于大气气体或水蒸气引起的更高的路径损耗和衰减阻碍了可靠的通信。为了补偿这些严重的损失，必须有大量的天线来产生尖锐和强大的波束进行定向传输。在本文中，我们考虑毫米波系统使用均匀平面阵列（UPA）天线，有效地将更多的天线在一个二维网格。混合波束成形设置也被认为是通过仅使用几个射频链组合多个天线来生成波束。我们专注于设计一组发射波束形成器，生成适合毫米波链路方向特性的波束，假设UPA和混合波束形成。我们首先定义UPA结构的理想波束图案。每个波束形成器被构造为最小化来自对应的理想波束图案的均方误差。仿真结果表明，该码本提高了毫米波系统的波束形成可靠性和数据率。
2017-02-03 cs.IT math.IT
Near-Field Hierarchical Beam Management for RIS-Enabled Millimeter Wave Multi-Antenna Systems
在本文中，我们提出了一种低开销波束管理方法，近场毫米波多天线通信系统，使可重构智能表面（RISs）。我们设计了一种新的可变宽度的分层相移码本，适用于近场和远场的RIS，并提出了一种快速对齐算法的RIS相移和收发器波束形成器。指示性的性能评估结果显示，验证了所提出的方法的有效性与各种基准计划相比。
2022-03-29 cs.IT math.IT
Hybrid Beamformer Codebook Design and Ordering for Compressive mmWave Channel Estimation
在毫米波（mmWave）通信系统中，利用大型天线阵列的波束成形对于克服高路径损耗至关重要。将全数字波束成形分为模拟和数字阶段可以提供实际实现所需的功耗的大幅降低和频谱效率的小幅损失。由于模拟级中的额外自由度及其伴随的硬件约束，开发具有这种有利权衡的算法是具有挑战性的。例如，在混合波束成形系统中，信道估计算法不直接观察信道，面对高信道计数，并且在发射-接收波束对准之前在低SNR下操作。由于毫米波信道在时域和波束域中是稀疏的，因此已经开发了许多压缩感知（CS）信道估计算法，其随机配置模拟波束形成器、数字波束形成器和/或导频符号。在本文中，我们提出设计确定性波束形成器和导频符号的开环信道估计。我们使用CS方法，依赖于低相干性的恢复保证，因此寻求最小化的压缩传感矩阵的相互相干性。我们还提出了一个预编码器列排序设计的导频符号。仿真结果表明，我们的波束形成器的设计减少了竞争方法的信道估计误差。
2019-09-21 cs.IT math.IT
Multiple RISs Assisted Cell-Free Networks With Two-timescale CSI: Performance Analysis and System Design
可重构智能表面（RIS）可以在无小区系统中使用，以通过可配置元件创建从基站（BS）到用户的有利传播条件。然而，在RI辅助的无小区系统设计上的现有工作主要依赖于瞬时信道状态信息（CSI），这可能由于估计的信道的极高维度而招致大量开销。为了解决这个问题，本文提出了一种低复杂度的算法，通过两个时标传输协议，其中在BS和RIS的联合波束成形通过交替优化框架，以最大化平均加权和速率。具体地说，RISs的被动波束形成器通过统计CSI进行优化，而BS的发射波束形成器基于有效信道的瞬时CSI。以这种方式，可实现的加权和速率的封闭形式的表达式推导出，这使得关键参数对系统性能的影响的评估。为了获得更多的见解，一个特殊的情况下，没有视线（LoS）组件进一步调查，其中功率增益的顺序为$\mathcal{O}(M)$实现，$M$是BS天线数量。数值结果验证了我们推导的解析表达式的严密性，并显示了所提出的算法的快速收敛。研究结果表明，该算法的性能与两个时间尺度的CSI与瞬时CSI在低或中等信噪比制度。还评估了RIS元素数量、CSI设置和Rician因子等关键系统参数的影响。此外，通过无细胞范式和部署RIS的显着优势直观地证明。
2022-08-12 cs.IT eess.SP math.IT
Mixed-Timescale Deep-Unfolding for Joint Channel Estimation and Hybrid Beamforming
在大规模多输入多输出（MIMO）系统中，混合模拟-数字波束成形是一种利用潜在阵列增益而无需为每个天线使用专用射频链的基本技术。然而，由于天线数量大，传统的信道估计和混合波束成形算法通常需要很高的计算复杂性和信令开销。在这项工作中，我们提出了一个端到端的深度展开神经网络（NN）联合信道估计和混合波束形成（JCEHB）算法，以最大限度地提高系统的和速率在时分双工（TDD）的大规模MIMO。具体而言，递归最小二乘（RLS）算法和随机逐次凸逼近（SSCA）算法展开的信道估计和混合波束形成，分别。为了减少信令开销，我们考虑了一种混合时标混合波束形成方案，其中模拟波束形成矩阵基于离线的信道状态信息（CSI）统计进行优化，而数字波束形成矩阵基于估计的低维等效CSI矩阵在每个时隙进行设计。我们联合训练的模拟波束形成器与RLS和SSCA诱导的深度展开神经网络的可训练参数的基础上CSI统计离线。在数据传输过程中，我们通过RLS诱导的深度展开神经网络估计低维等效CSI，并更新数字波束形成器。此外，我们提出了一个混合的时标深度展开神经网络的模拟波束形成器进行在线优化，并扩展到频分双工（FDD）系统，其中信道反馈被认为是框架。仿真结果表明，该算法在降低计算复杂性和信令开销的同时，性能明显优于传统算法。
2022-06-08 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming for Millimeter Wave MIMO Integrated Sensing and Communications
在这封信中，我们认为毫米波（mmWave）MIMO通感一体化（ISAC）的混合波束成形。以目标雷达波束方向图为目标，在满足通信用户信干噪比（SINR）和双功能雷达通信基站总发射功率的约束下，设计了双功能雷达通信基站的发射波束。为了提供额外的自由度的波束设计问题，我们引入了一个相位矢量的目标波束方向图，并提出了一个交替的最小化方法来迭代优化发射波束和相位矢量，其中涉及二阶锥规划和约束最小二乘估计，分别。然后基于设计的发射波束，在毫米波MIMO中移相器网络的恒包络约束下，仍然采用交替最小化方法，确定模拟波束形成器和数字波束形成器。仿真结果表明，在相同的通信用户信干噪比约束条件下，较大的天线阵列可以获得更好的雷达波束质量。
2022-03-12 cs.IT eess.SP math.IT
Multiuser Millimeter Wave Beamforming Strategies with Quantized and Statistical CSIT
为了减轻毫米波系统中硬件的高成本，通常采用混合模拟/数字预编码。在传统的两级反馈方案中，通过束搜索和反馈来确定模拟波束形成器，以最大化每个用户的期望信号功率。基于有效信道的量化和反馈设计了数字预编码器，以抑制多用户干扰。或者，我们提出了一个一级反馈方案，有效地降低了信令和反馈过程的复杂性。具体地，利用二阶信道统计来设计用于干扰减轻的数字预编码器，而所有反馈开销被保留用于精确的模拟波束成形。在固定的总反馈约束下，我们研究了一级反馈方案优于传统的两级反馈方案的条件。此外，速率分裂（RS）传输策略的引入，以进一步解决多用户干扰和提高速率性能。考虑（1）由一级反馈方案预编码的RS和（2）由两级方案预编码的常规传输策略，其中第一级反馈与（1）相同，并且还有一定量的额外第二级反馈。我们证明了（1）可以达到与（2）相当的和率。因此，RS可以显着节省第二阶段训练和反馈开销。
2017-02-23 cs.IT math.IT
Analog Beamforming Enabled Multicasting: Finite-Alphabet Inputs and Statistical CSI
针对有限字母表输入和统计CSI的模拟波束赋形多播系统，推导AMR表达式并分析高信噪比渐近性能，提出最大化阵列增益的波束赋形算法以提升平均多播速率。
2024-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
Versatile Compressive mmWave Hybrid Beamformer Codebook Design Framework
混合波束成形（HB）架构对于具有大型天线阵列的无线通信系统是有吸引力的，因为模拟波束成形级可以显著减少RF收发器的数量，从而降低功耗。在HB系统中，由于基带处理对通信信道的间接访问以及由于波束对准之前的低SNR，信道估计（CE）变得具有挑战性。已经采用基于压缩感知（CS）的算法来通过利用毫米波多输入多输出（mmWave MIMO）信道的稀疏性质来解决这些挑战。在窄带CE的许多CS算法中，混合波束形成器是随机配置的，这并不总是产生恢复保证依赖于相干性的那些CS算法所期望的低相干感测矩阵。在本文中，我们提出了一个通用的确定性HB码本设计框架的CS算法与基于相干的恢复保证，以提高CE的准确性。仿真结果表明，与随机码本相比，该设计在基于移相器、开关和透镜的HB结构中可以获得更低的信道估计误差和更高的频谱效率。
2019-09-21 cs.IT math.IT
Ergodic Achievable Rate Maximization of RIS-assisted Millimeter-Wave MIMO-OFDM Communication Systems
可重构智能表面（RIS）是近年来受到广泛关注的一个领域。然而，大多数研究集中在窄带和/或瞬时信道状态信息（CSI）的场景，而使用毫米波（mmWave）（包括亚太赫兹）频谱的宽带是下一代无线通信的主要趋势，并且统计CSI在现实系统中更实用。因此，我们{考虑}各态历经的可实现的速率的RIS辅助毫米波多输入多输出正交频分复用通信系统。采用广泛使用的Saleh-Valenzuela信道模型来表征毫米波信道，并且仅统计CSI可用。首先利用优控制理论和Jensen不等式导出了遍历可达速率的近似表达式。然后，提出了一种交替优化算法，通过联合设计在基站的发射协方差矩阵和反射系数在RIS的遍历可达速率最大化。具体地说，发射协方差矩阵的设计转化为一个功率分配问题，并解决了空间频率注水。反射系数采用黎曼共轭梯度法进行优化。仿真结果证实了所提算法的有效性。
2022-11-03 cs.IT math.IT
Beamforming Algorithm for Multiuser Wideband Millimeter-Wave Systems with Hybrid and Subarray Architectures
我们提出了一种波束形成算法的多用户宽带毫米波（mmWave）通信系统，其中一个接入点使用混合模拟/数字波束形成，而多个用户站具有相控阵与一个单一的RF链。该算法比文献中的其他算法运行在更一般的模式下，具有更低的计算复杂度和训练开销。在整个文件中，我们描述：i）新型波束形成器集合的构造ii）波束形成算法，其使用码本上的训练传输来选择使沿带宽的接收和功率最大化的波束形成器，以及iii）在毫米波WLAN的标准室内场景中使用通过统计和射线跟踪模型获得的信道对算法进行数值验证。我们的算法被设计为在宽带OFDM系统中服务于多个用户，并且不需要信道矩阵知识或特定的信道结构。此外，我们将天线的具体方面的分析，如天线耦合，元素辐射模式，和波束斜视。虽然没有其他的解决方案，本文研究的一般系统，我们的特征算法的可实现的速率，并表明，它达到了70%以上的频谱效率（1.5和3 dB的SNR损失之间）相对于理想的全数字波束形成在分析的情况下。我们还表明，对于某些特殊情况，我们的算法具有与文献中其他解决方案相似的总速率性能，同时提供显着更低的计算复杂性（与天线数量呈线性相关）和更短的训练开销。
2019-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Design for Large-Scale Antenna Arrays Using Deep Learning
在有限的射频链和基于移相器的模拟波束形成架构下，大规模天线阵列的波束形成（BF）设计已被公认为是毫米波通信系统中的关键问题。它变得更具挑战性的不完美的信道状态信息（CSI）。在这封信中，我们提出了一个基于深度学习的BF设计方法，并开发了一个BF神经网络（BFNN），可以训练学习如何优化波束形成器，以最大限度地提高频谱效率与硬件限制和不完善的CSI。仿真结果表明，与传统的BF算法相比，该算法具有显著的性能改善和对不完美CSI的鲁棒性。
2019-06-05 cs.IT math.IT
Millimeter Wave MIMO Prototype: Measurements and Experimental Results
毫米波多输入多输出（mm-Wave MIMO）系统是5G无线标准化工作的候选方案之一。在这方面，本文的主要贡献有三个方面。1)我们描述了在室内办公室，购物中心和室外设置在相同的发射-接收位置对2.9，29和61 GHz的载波频率的测量并行设置。这些测量提供了对传播、阻塞和材料穿透损失的深入了解，以及系统设计中使毫米波系统在实践中可行所需的关键要素。2)这些元素之一是混合波束形成必要的更好的链路裕度，通过收获大天线尺寸的阵列增益。从类的完全灵活的混合波束形成器，我们描述了一个强大的类的定向波束形成器对毫米波系统的高数据速率的要求。3)利用这些设计的见解，我们然后描述了一个实验原型系统在28 GHz的实现高数据速率的下行链路和上行链路，并保持这些速率在室外和室内的移动场景。除了在无线电频率挑战下保持大信号星座大小之外，该原型还利用毫米波信道的定向性质来执行跨毫米波基站的无缝波束切换和切换，从而克服在毫米波频率下遇到的非视距链路和阻塞中的路径损耗。
2017-10-25 cs.IT math.IT
Subspace Tracking Algorithms for Millimeter Wave MIMO Channel Estimation with Hybrid Beamforming
本文提出了使用子空间跟踪算法在毫米波（mmWave）频率执行MIMO信道估计。使用子空间的方法，我们开发了一个协议，使估计的权利（分别。左）发射机处的奇异向量（分别为接收器）侧;在此基础上，我们将收缩投影近似子空间跟踪算法（PASTd）和正交Oja算法（OOJA）引入到本文的信道估计框架中，得到了两种信道估计算法。在算法设计阶段也明确考虑了波束形成器的混合模拟/数字性质。数值结果表明，所提出的估计算法是有效的，他们表现得更好，比两个相关的竞争替代品在公开文献中。
2017-04-22 cs.IT math.IT
Energy Efficient Beamforming for Massive MIMO Public Channel
针对微波或毫米波（mmwave）频段任意扇区大小的大规模MIMO公共信道，研究了在保证服务质量（QoS）的前提下，最小化发射功率的波束赋形设计方法。首先通过Parseval恒等式推导出理想波束图，并在此基础上提出了波束形成设计问题，以最小化与理想波束图的差距。该问题可转化为多凸问题，并采用迭代优化算法得到全数字波束形成器。此外，利用相同波束图定理，在波束图不变的情况下，提高了波束形成器的功率放大器效率。最后，得到了实现全数字波束形成器解决方案的实际混合实现。仿真结果验证了所提出的方案优于现有的。
2017-09-22 cs.IT math.IT
Robust Beamforming for Security in MIMO Wiretap Channels with Imperfect CSI
在本文中，我们研究的方法，以减少两个多天线节点之间传输的消息被截获的可能性，一个未被发现的窃听者。特别是，我们专注于明智的人工干扰的传输，以掩盖所需的信号在它被广播的时候。与以前的工作，假设一些先验知识的窃听者的信道，并专注于最大限度地提高保密能力，我们考虑的情况下，没有关于窃听者的信息是可用的，我们使用信号干扰加噪声比（SINR）作为我们的性能指标。具体而言，我们专注于最大化的功率量的问题，可用于广播干扰信号，旨在隐藏所需的信号从潜在的窃听者，同时保持在所需的接收器的预定的SINR。干扰信号被设计成当它到达期望的接收机时与信息信号正交，假设接收机和窃听者都采用最佳波束形成器并且具有精确的信道状态信息（CSI）。在实践中，发射机处的完美CSI的假设通常难以证明。因此，我们还研究了由于不完美的CSI的存在而导致的性能下降，并且我们提出了鲁棒的波束成形方案，该方案在完美的CSI情况下恢复了大部分性能。数值模拟验证了我们的分析性能预测，并说明了强大的波束形成方案的好处。
2010-09-12 cs.IT math.IT
CSI-free vs CSI-based multi-antenna WET for massive low-power Internet of Things
无线能量传输（WET）是为大规模物联网部署提供动力的一种有前途的解决方案。一个重要的问题是昂贵的信道状态信息（CSI）获取过程是否是必要的最佳性能。在本文中，我们揭示了一些光到这个问题上，通过评估CSI为基础的和CSI免费的多天线WET计划中的设置与WET在下行链路中，和周期性或泊松流量的无线信息传输（WIT）在上行链路中。当CSI是可用的，我们表明，最大比传输波束形成器是接近最佳的最远的节点经历至少3 dB的功率衰减比其余的设备。另一方面，虽然所采用的无CSI机制不能提供平均收获增益，但与基于CSI的方案相比，它确实提供了更大的WET/WIT分集和更低的能量要求。我们的数值结果表明，CSI自由计划在周期性的交通条件下表现良好，但它可能是不足的泊松流量的情况下，特别是如果设置不是最佳配置。最后，我们展示了突出的性能结果时，上行链路传输是周期性的，同时强调需要一个最小均方误差均衡器，而不是迫零信息解码。
2020-12-22 cs.IT cs.NI math.IT
Millimeter Wave Communications with an Intelligent Reflector: Performance Optimization and Distributional Reinforcement Learning
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；University of Oulu（奥卢大学）
提出了一种新的毫米波基站下行多用户通信优化框架，该框架由可重构智能反射器（IR）辅助。特别地，开发了一种信道估计方法来实时测量信道状态信息（CSI）。首先，对于理想的CSI场景，通过迭代方法联合优化BS的预编码传输和IR的反射系数，以便最大化朝向多个用户的下行链路速率之和。接下来，在不完美的CSI场景中，提出了一种分布式强化学习（DRL）方法来学习最佳IR反射并最大化下行链路容量的期望。为了对下行链路传输速率的概率分布进行建模，提出了一种基于分位数回归（QR）的学习算法，并证明了所提出的QR-DRL方法收敛于一个稳定的下行链路传输速率分布。仿真结果表明，在信道状态信息无差错的情况下，与固定红外反射方案和直接传输方案相比，该方法的下行链路和速率分别提高了30%和2倍以上。仿真结果还表明，通过部署更多的IR元素，可以显着提高下行链路的和速率。然而，随着IR分量的数量增加，信道估计需要更多的时间，并且IR辅助传输速率的增加的斜率将变得更小。此外，在有限的CSI知识下，仿真结果表明，所提出的QR-DRL方法，学习下行链路速率的全分布，产生更好的预测精度，并提高了10%的下行链路速率在线部署，相比Q学习基线。
2021-07-31 cs.IT cs.LG 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
Joint Estimation of Multipath Angles and Delays for Millimeter-Wave Cylindrical Arrays with Hybrid Front-ends
宽带毫米波（mmWave）大规模混合阵列由于波束倾斜和射频（RF）链比天线少得多，精确的信道参数估计是一个挑战。针对宽带毫米波全连接混合均匀圆柱阵，提出了一种新的时延和角度联合估计方法。我们首先设计了一种新的混合波束形成器，利用贝塞尔函数的收敛性在水平面上降低接收信号的维数，并通过预选减少垂直方向上的有效波束。基于子空间的角度和延迟估计所需的接收信号的重要递归关系被保留，即使RF链比天线少得多。然后，线性插值广义重构的混合波束形成器的接收信号，使信号可以在整个频带上相干合并，以抑制波束斜视。因此，有效的基于子空间的算法可以被开发来估计多径分量的角度和延迟。在存在不可忽略的噪声的情况下，通过提出扰动操作，估计的延迟和角度进一步匹配并正确地与不同的路径相关联。仿真结果表明，该方法能够以比现有方法低得多的计算复杂性逼近估计的Cramér-Rao下界.
2021-02-22 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Communications with Reconfigurable Antennas
传播信道的高度稀疏性质和收发器处射频（RF）链的受限使用限制了毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的性能。将可重构天线引入毫米波可以为设计毫米波MIMO系统提供额外的自由度。本文提供了一个理论框架，研究毫米波MIMO与可重构天线。我们提出了一种可重构毫米波MIMO的架构，在发射机和接收机的波束空间混合模拟-数字波束形成器和可重构天线。我们表明，采用可重构天线可以提供毫米波MIMO的吞吐量增益。我们推导了使用可重构天线的平均吞吐量增益的表达式，并考虑到大量的重配置状态的情况下，进一步简化的表达式。此外，我们提出了一个低复杂度的算法的重新配置状态和波束的选择，它实现了几乎相同的吞吐量性能的最佳选择的重新配置状态和波束的穷举搜索。
2018-05-31 cs.IT math.IT
Compressed Sensing Based Multi-User Millimeter Wave Systems: How Many Measurements Are Needed?
毫米波（mmWave）系统将可能在发射器和接收器两者处采用具有大型天线阵列的定向波束成形。然而，由于波束形成之前的大天线阵列和小信噪比，获取信道知识来设计这些波束形成器是具有挑战性的。在本文中，我们提出和评估的多用户毫米波系统的压缩感知信道估计和共轭模拟波束形成的基础上的下行链路系统操作。采用可实现的和速率作为性能指标，我们展示了需要多少压缩感知测量来接近完美的信道知识性能。结果表明，所提出的算法需要一个数量级的训练开销相比，传统的低频解决方案，同时采用毫米波适合的硬件。他们还表明，测量的数量需要进行优化，以处理信道估计质量和训练开销之间的权衡。
2015-05-02 cs.IT math.IT
Active Sensing for Multiuser Beam Tracking with Reconfigurable Intelligent Surface
本文研究AP与RIS协同的多用户波束跟踪主动感知问题，提出基于RNN和GNN的深度学习框架，利用历史CSI轨迹动态优化波束成形与RIS反射系数，性能显著优于非自适应方法。
2024-11-11 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Beam Tracking with the Unscented Kalman Filter for Millimeter Wave Communication
用于5G蜂窝技术的毫米波（mmWave）通信链路需要高波束成形增益来克服信道损伤并实现高吞吐量。虽然许多工作集中在估计毫米波信道和设计波束成形方案上，但毫米波信道的时间动态性质很快使估计变得陈旧并增加探测开销。我们对毫米波信道的基本时间动态状态空间进行建模，并设计适合于在卡尔曼滤波框架中进行跟踪的探测波束形成器。给定初始信道估计，滤波有效地导致精确的估计，并且允许在数据传输期间针对更高的持续波束成形增益的前向预测。从跟踪的先验信道估计，自适应选择的最佳和受约束的次优波束减少探测开销，同时最大限度地减少估计误差。
2018-04-23 cs.IT eess.SP math.IT
Tracking Position and Orientation through Millimeter Wave Lens MIMO in 5G Systems
毫米波信号和大型天线阵列被认为是未来5G网络的支持技术。尽管它们对于实现高数据率通信有好处，但是它们对于跟踪用户终端的位置的潜在优点在很大程度上未被发现。针对毫米波频率选择性多输入多输出透镜天线系统，提出了一种基于支撑检测的信道训练方法。我们表明，准确的位置和方向的估计和跟踪是可能的，使用从一个单一的发射机与透镜天线阵列的信号。特别地，波束空间信道估计被公式化为用于估计到达角、离开角和到达时间的下行链路和上行链路中的两个稀疏信号恢复问题。与基于压缩感知的解决方案相比，所提出的方法提供了更高的稀疏检测概率。最后，提出了一种联合启发式波束形成器的设计和用户的位置和方向跟踪方法的基础上获得的信道参数的初始估计在训练阶段。
2018-09-17 cs.IT math.IT
Deep Reinforcement Learning for Distributed Dynamic Coordinated Beamforming in Massive MIMO Cellular Networks
为了适应爆炸性的无线业务，大规模多输入多输出（MIMO）被认为是下一代通信系统的关键使能技术之一。在大规模MIMO蜂窝网络中，协作波束形成（CBF）是一种有效的提高网络性能的方法，它联合设计多个基站（BS）的波束形成器。在本文中，我们研究了大规模MIMO移动蜂窝网络中的和速率最大化问题，其中在每个小区中，多天线BS通过下行链路波束成形同时为多个移动用户提供服务。虽然现有的基于优化的CBF算法可以提供接近最优的解决方案，他们需要实时和全局的信道状态信息（CSI），除了他们的高计算复杂度。在实际的无线网络中，特别是在高度动态的移动蜂窝网络中，几乎不可能应用它们。基于此，我们提出了一种基于深度强化学习的分布式动态协调波束形成（DDCBF）框架，该框架使每个BS能够仅利用本地CSI和来自其他BS的一些历史信息来确定波束形成器。此外，通过利用神经网络和专家知识，即，从加权最小均方误差（WMMSE）算法的迭代过程观察到的解结构。此外，我们提供了广泛的数值模拟，以验证所提出的DRL为基础的方法的有效性。结果表明，该方法具有较低的计算复杂性和较少的信息需求，可获得与集中式迭代优化算法相当的性能。
2023-03-24 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Beamforming Techniques for Non-Orthogonal Multiple Access Systems with Bounded Channel Uncertainties
在这封信中，我们提出了一个强大的波束成形设计的非正交多址（NOMA）为基础的多输入单输出（MISO）下行链路系统。特别是，鲁棒功率最小化问题的研究与不完美的信道状态信息（CSI），其中波束形成器的设计，通过将范数有界的信道不确定性，以提供所需的服务质量在每个用户。这个鲁棒的方案是基于最坏情况性能优化框架开发的。在波束形成向量方面，原始鲁棒设计不是凸的，因此，不能直接获得鲁棒波束形成器。为了避免这个非凸问题，原来的棘手问题转化为一个凸问题，其中的非凸约束转化为线性矩阵不等式（LMI）利用S-过程。最后，仿真结果证明了所提出的鲁棒设计的有效性。
2017-08-25 cs.IT math.IT
Capacity Performance of Relay Beamformings for MIMO Multi-Relay Networks with Imperfect R-D CSI at Relays
在本文中，我们考虑了一个双跳多输入多输出（MIMO）无线中继网络中存在的不完善的信道状态信息，其中的源-目的地对都配备了多个天线，通过大量的半双工放大和转发（AF）中继终端通信。研究了中继节点处中继到目的（R-D）链路的信道状态信息不理想时，三种线性波束形成方案的性能。这三种有效的线性波束形成方案分别基于匹配滤波器（MF）、迫零（ZF）和正则化迫零（RZF）预编码技术，它们在中继节点同时利用S-D信道和R-D信道的信道状态信息。通过将中继节点处的R-D CSI误差建模为独立的复高斯随机变量，我们推导了三种波束形成器在瞬时SNR方面的遍历能力。利用大数定律，我们得到了渐近容量，并在此基础上推导出了优化的MF-RZF。仿真结果表明，渐近容量与各自的遍历容量很好地匹配。分析和仿真结果表明，优化的MF-RZF优于MF和MF-ZF的R-D CSI误差的任何功率。
2020-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Two-timescale joint power control and beamforming design with applications to cell-free massive MIMO
本研究提出双时间尺度联合功率控制与波束成形最优算法，基于长期统计CSI，缓解可扩展性问题，并在无小区大规模MIMO中优于现有长期方法。
2025-04-23 cs.IT eess.SP math.IT
CSI-free Rotary Antenna Beamforming for Massive RF Wireless Energy Transfer
射频（RF）无线能量传输（WET）是一项关键技术，可以为未来的大规模低能耗物联网（IoT）网络无缝供电。为了实现高效的大规模WET，信道状态信息（CSI）受限/自由多天线发射方案最近已经在文献中被提出。这个想法是减少/消除能量收集（EH）IoT节点参与大规模时间/功耗CSI训练所需支付的能量成本，但仍然能够实现一些传输空间增益。在本文中，我们又向前迈出了一步，提出了一种新型的无CSI旋转天线波束成形（RAB）WET方案，该方案在配备均匀线性阵列（UWB）的功率信标（PB）为大量周围EH IoT设备供电的场景中优于所有最先进的无CSI方案。RAB使用适当设计的无CSI波束形成器，其与PB处的连续或周期性旋转相结合，以提供按比例缩放为$0.85\sqrt{M}$的平均EH增益，其中$M$是PB的天线元件的数量。此外，提出了旋转特定功率控制机制，以i）如果设备的定位信息可用，则相当优化WET过程，和/或ii）避免在特定吸收率（SAR）方面对人类健康的危害。我们表明，RAB性能甚至快速接近（或超过，对于具有足够大数量的EH设备的场景，或当使用所提出的功率控制时）传统的基于全CSI的发送方案的性能，并且它对SAR约束也不太敏感。最后，我们讨论了重要的实用性相关的RAB，如其对非视线条件下的鲁棒性相比，其他CSI-免费的WET计划，其推广的情况下，PB使用的其他拓扑结构。
2021-08-27 cs.IT math.IT
Low-Complexity Reconfigurable MIMO for Millimeter Wave Communications
毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的性能受到传播信道的稀疏性质和收发器处的有限数量的射频（RF）链的限制。可重构天线的引入为设计毫米波MIMO系统提供了额外的自由度。本文提供了一个理论框架，研究毫米波MIMO与可重构天线。基于虚拟信道模型，提出了一种可重构毫米波MIMO系统的结构，该系统在发射端和接收端均采用波束空间混合模拟数字波束形成器和可重构天线。我们表明，采用可重构天线可以提供毫米波MIMO的吞吐量增益。我们推导出在系统中使用可重构天线的平均吞吐量增益的表达式，并进一步推导出信道（准）静态的情况下的中断吞吐量增益的表达式。此外，我们提出了一个低复杂度的算法，用于重新配置状态选择和波束选择。我们的数值结果验证了推导出的吞吐量增益的表达式，并证明了所提出的低复杂度算法的近最佳吞吐量性能。
2018-08-21 cs.IT math.IT
Asynchronous Distributed Coordinated Hybrid Precoding in Multi-cell mmWave Wireless Networks
针对多小区毫米波网络，提出异步分布式混合波束成形框架及鲁棒算法，在仅需有限信息交换的条件下降低总发射功率与信令开销，有效抑制小区间干扰并提升收敛性能。
2024-02-13 cs.IT eess.SP 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
Uplink Beam Management for Millimeter Wave Cellular MIMO Systems with Hybrid Beamforming
混合模拟和数字波束成形（HBF）是用于毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的使能收发器技术之一。该技术提供了高度定向的通信，能够对抗毫米波信号传播的固有特性。然而，毫米波系统中的小相干时间，特别是在移动性条件下，使得独立毫米波通信中的有效波束管理（BM）成为非常困难的任务。在本文中，我们考虑HBF收发器与平面天线面板和设计一个多级波束码本的模拟波束形成器包括平顶波束与可变宽度。这些波束对于整个期望的角度宽度表现出几乎恒定的阵列增益，从而促进有效的分层BM。针对上行链路通信，提出了一种新的动态波束排序波束训练算法，该算法适用于最新mmWave标准讨论中对时延的严格要求。我们的仿真结果展示了延迟性能的改善和接收的信噪比与不同的变化，所提出的方案的最佳波束训练方案的基础上，穷举窄束搜索。
2021-01-18 cs.IT math.IT
Semi-Supervised Learning for Channel Charting-Aided IoT Localization in Millimeter Wave Networks
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
提出了一种新的毫米波网络信道图辅助定位框架。特别地，提出了一种卷积自动编码器模型来估计无线用户设备（UE）的三维位置，基于多径信道状态信息（CSI），由不同的基站接收。为了学习无线电几何图并捕获每个UE的相对位置，以无监督的方式构建基于自动编码器的信道图，使得物理空间中的相邻UE将在信道图中保持接近。接下来，将信道制图模型扩展到半监督框架，其中将自动编码器分为两个组件：编码器和解码器，并且使用具有关联位置信息的标记CSI数据集单独优化每个组件，以进一步提高定位精度。仿真结果表明，提出的CC辅助半监督定位产生了更高的精度，与现有的监督定位和传统的无监督CC方法。
2021-08-03 cs.AI cs.IT cs.NI
Channel reciprocity calibration in TDD hybrid beamforming massive MIMO systems
模拟数字混合波束形成结构是构建低成本大规模多输入多输出系统的一种非常有吸引力的解决方案。通常，这些系统使用一组固定波束进行发送和接收，以避免需要在发射机处为每个天线元件单独获得信道状态信息（CSIT）。然而，这样的方法不能充分利用混合AD波束成形系统的潜力。或者，可以通过假设传播信道的模型来估计CSIT，而由于其较差的散射性质，该模型仅在毫米波（mmWave）频带中得到验证。在本文中，我们专注于时分双工（TDD）系统与混合波束形成结构，并提出了一个互惠校准方案，允许获得完整的CSIT。与现有的CSIT捕获方法不同，我们的方法不需要对信道模型进行任何假设，并且在理论上可以估计CSIT到任意小的误差。
2017-08-25 cs.IT math.IT
An Efficient CSI Acquisition Method for Intelligent Reflecting Surface-assisted mmWave Networks
毫米波（mmWave）通信是第五代蜂窝网络（5G）的关键推动因素之一。然而，毫米波通信的基本挑战之一是对阻塞效应的敏感性。减轻这种影响的一种方法是使用智能反射表面（IRS）。然而，由于IRS上反射元件的数量庞大，信道估计成为一个具有挑战性的问题。针对红外辅助毫米波通信系统，提出了一种低复杂度的信道信息获取方法。我们的想法包括利用毫米波信道的稀疏性和IRS本身的拓扑结构。与现有的方法相比，本文提出的方法在获取信道信息时所需的时频资源要少得多。仿真结果证实了该方法的有效性。
2019-12-27 cs.IT math.IT
Secure Millimeter Wave Cloud Radio Access Networks Relying on Microwave Multicast Fronthaul
在本文中，我们研究的下行链路安全波束成形（BF）的设计问题的云无线接入网络（C-RAN）依赖于多播前传，毫米波和微波载波分别用于接入链路和前传链路。基站（BS）通过协作的混合模拟/数字BF来联合服务用户。我们首先开发用于协作BS的模拟BF。在此基础上，我们制定了一个保密率最大化（SRM）的问题受到现实的有限的前传容量和总BS发射功率约束。由于非凸问题的复杂性，先进的凸逼近技术，约束凹凸程序和半定规划（SDP）松弛被用来将其转化为一个凸的。随后，提出了一种联合优化多播波束赋形、协作数字波束赋形和人工噪声协方差的迭代算法。接下来，我们构造的原始问题的解决方案，利用原始和对偶的最优解的SDP放松的问题。此外，每BS的发射功率约束被认为是，需要重新制定的SRM问题，这可以通过一个有效的迭代算法来解决。然后，我们消除了理想化的简化假设有完美的信道状态信息（CSI）的窃听链路，并调用现实的不完美CSI。此外，最坏情况下的SRM问题进行了研究。最后，结合所谓的$\mathcal{S}$ -过程和凸逼近技术，设计了一种有效的迭代算法来求解该问题，并给出了仿真结果来评估保密率，证明了所提算法的有效性。
2020-02-11 cs.IT math.IT
Robust Design for Intelligent Reflecting Surfaces Assisted MISO Systems
在这项工作中，我们研究了统计鲁棒波束形成设计的智能反射面（IRS）辅助多输入单输出（MISO）无线系统在不完美的信道状态信息（CSI），其中信道估计误差被假定为加性高斯。我们的目标是联合优化发射/接收波束形成器和IRS相移，以最大限度地减少用户的平均均方误差（MSE）。特别是，为了解决非凸优化问题，开发了一种有效的算法，利用交替优化和优化最小化技术。仿真结果表明，该方法在信道状态信息有误差的情况下仍具有鲁棒的均方误差性能，且性能明显优于传统的非鲁棒方法。
2020-06-12 cs.IT eess.SP math.IT
ADC Bit Optimization for Spectrum- and Energy-Efficient Millimeter Wave Communications
对于需要大型天线阵列和高功耗ADC的毫米波通信系统来说，频谱和能效系统至关重要。我们提出了一个ADC位分配（BA）算法，解决了最小均方量化误差问题下的功率约束。与现有的BA方法，只考虑ADC的功率约束，所提出的算法考虑总的接收机功率约束的混合模拟-数字波束形成架构。最大的挑战是最小化问题中的非线性。为了解决这个问题，我们首先转换成一个凸优化问题，通过实数松弛和ADC分辨率开关功率恒定的平均开关功率替代。然后，我们通过固定激活的射频（RF）链的数量M来导出封闭形式的解。利用该解，二分搜索找到最优M及其对应的最优解。我们还提供了一个离线训练和建模方法来估计平均开关功率。仿真结果验证了该算法的频谱和能量效率。特别地，现有的最先进的数字波束形成器可以在系统中与BA算法结合使用，因为它使得量化误差在低分辨率状态下可以忽略不计。
2017-12-06 cs.IT math.IT
Low-complexity Robust Optimization for an IRS-assisted Multi-Cell Network
信道估计误差、小区间干扰、相位调整成本和计算成本对智能反射表面（IRS）辅助系统的影响在实践中是严重的，但在大多数现有工作中为了简单而被忽略。在本文中，我们研究了一个多天线基站（BS）服务于一个单天线用户的帮助下，在信道估计误差和小区间干扰的存在下，多元素IRS。我们考虑BS处的不完美信道状态信息（CSI），即，不完美的CSIT，并专注于BS的瞬时CSI自适应波束形成和IRS的准静态相移的鲁棒优化。首先，我们制定了强大的优化BS的瞬时信道状态信息（CSI）自适应波束形成和IRS的准静态相移遍历速率最大化作为一个非常具有挑战性的两个时标随机非凸问题。然后，我们得到了一个封闭形式的波束形成器的任何给定的相移和一个更容易处理的单时标随机非凸问题，只有相移。接下来，我们提出了一个低复杂度的随机算法，以获得准静态相移对应于一个KKT点的单时标随机问题。值得注意的是，所提出的方法提供了一种封闭形式的鲁棒瞬时CSI自适应波束成形设计，其可以迅速适应时隙上的快速CSI变化，以及在存在信道估计误差和小区间干扰的情况下的低计算和相位调整成本的鲁棒准静态相移设计。最后，数值结果表明，所提出的鲁棒关节设计的显着收益比现有的，并揭示了所提出的解决方案的实用价值。
2022-01-05 cs.IT math.IT
A New Codebook Design for Analog Beamforming in Millimeter-wave Communication
在这项研究中，我们分析了用于模拟波束形成的码本设计。模拟波束成形和组合受到子空间采样限制，也就是说，接收器不能直接观察信道系数;相反，接收器观察到它们的加权组合的噪声版本。为了解决这个问题，发射机和接收机通常在波束扫描过程中协作以确定最佳波束形成器组合器对。这通过评估从预定义码本中选择的有限数量的码字来完成。在这项研究中，我们提出了一个新的框架的启发广义劳埃德算法设计模拟波束成形码本，优化各种性能指标，包括平均波束成形增益，中断，和平均数据率。我们的框架的灵活性，使我们能够设计波束形成码本的任何阵列形状，包括均匀的线性和平面阵列。模拟波束形成中的另一个实际复杂性是移相器的低分辨率。因此，我们已经扩展了我们的算法，以创建量化码本，优于现有的码本文献。我们也提供了大量的模拟，以验证我们提出的码本的优越性相比，现有的码本。
2020-02-10 cs.IT math.IT
Joint Design of Hybrid Beamforming and Reflection Coefficients in RIS-aided mmWave MIMO Systems
本文研究了一种可重构智能地面（RIS）辅助毫米波（mmWave）下行通信系统，该系统在基站（BS）采用混合模拟-数字波束形成。我们制定了一个功率最小化问题，通过联合优化混合波束形成在BS和RIS的响应矩阵，在所有用户的信号干扰噪声比（SINR）的约束下。由于RIS反射系数和模拟波束形成器的非凸SINR约束以及单位模相移约束，该问题是非常具有挑战性的解决。提出了一种基于两层惩罚的算法来解耦SINR约束中的变量，并采用流形优化来处理非凸的单位模约束。{We本文还提出了一种低复杂度的顺序优化方法，该方法无需迭代，依次优化RIS反射系数、模拟波束形成器和数字波束形成器。此外，功率最小化问题和最大最小公平性（MMF）问题之间的关系进行了讨论。仿真结果表明，所提出的基于惩罚的算法优于最先进的半定松弛（SDR）的算法。结果还表明，RIS在降低功耗方面起着重要作用。
2022-02-14 cs.IT math.IT
Reconfigurable-intelligent-surface-assisted Downlink Transmission Design via Bayesian Optimization
本文研究了可重构智能地面（RIS）辅助下行链路系统的传输设计。当RIS没有配备射频链时，信道状态信息（CSI）通常难以在基站（BS）处估计。在本文中，我们提出了一个下行链路传输框架与未知CSI通过贝叶斯优化。由于CSI在BS处不可用，因此我们将未知的目标函数视为黑盒函数，并将波束形成器、相移和接收滤波器作为输入。然后将目标函数分解为低维子函数之和，降低了算法的复杂度。通过在球坐标系中重新表达基站的功率约束，将原约束问题转化为等价的无约束问题。用户估计训练符号的和MSE作为目标值，并将其反馈给BS。我们假设一个高斯先验的反馈样本和下一个查询点的更新，通过最小化构造的采集函数。此外，该框架还可以应用于电力传输系统和公平性问题。仿真结果验证了该传输方案在下行数据传输和功率传输中的有效性。
2021-02-04 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
Hybrid Knowledge-Data Driven Channel Semantic Acquisition and Beamforming for Cell-Free Massive MIMO
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Yangtze Delta Region Academy, Beijing Institute of Technology (Jiaxing)（北京理工大学长三角研究院（嘉兴））；Advanced Technology Research Institute, Beijing Institute of Technology（北京理工大学前沿技术研究院）；China Mobile (Chengdu) Institute of Research and Development（中国移动（成都）研究院）
该研究针对室外XR应用的无线传输需求，提出无蜂窝大规模MIMO下知识-数据混合驱动的信道语义获取与波束成形方法，兼具高精度、低复杂度与强鲁棒性。
2023-07-21 cs.AI cs.IT eess.SP
Joint Design of Fronthauling and Hybrid Beamforming for Downlink C-RAN Systems
混合波束形成是一种具有成本效益和广泛的解决方案，用于大规模天线阵列的系统。本工作研究了下行链路云无线电接入网络（C-RAN）架构中用于远程无线电头端（RRH）的混合波束成形解决方案的模拟和数字组件的优化。数字处理在“云”中的基带处理单元（BBU）处执行，并且预编码的基带信号在经由有限容量前传链路传输到RRH之前被量化。在该系统中，我们考虑两种不同的信道状态信息（CSI）场景：1）在BBU处的理想CSI 2）不完美有效CSI。BBU处的数字波束成形和前传量化策略以及RRH处的模拟射频（RF）波束成形的优化是耦合问题，因为接收器处的量化噪声的影响取决于预编码矩阵。由此产生的联合优化问题进行检查的加权下行链路和速率和网络的能量效率最大化的目标。前传容量和每RRH功率约束与RF波束成形矩阵上的恒模约束一起被强制执行。针对理想CSI的情况，通过放松模拟波束形成器的恒模约束，提出了一种基于加权最小均方误差的块坐标下降算法。此外，我们提出了不完美的CSI的加权和速率和网络的能量效率性能的影响，并通过应用样本平均近似算法进行扩展。数值结果证实了该方案的有效性，并表明该算法对估计误差具有鲁棒性。
2019-03-14 cs.IT 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
Blind Diagnosis for Millimeter-wave Large-scale Antenna Systems
毫米波（mmWave）通信系统依赖于大规模天线阵列来对抗毫米波频带处的大路径损耗。由于硬件特性和部署环境，毫米波大规模天线系统容易受到天线元件阻塞和故障的影响，这需要诊断技术来定位故障天线元件以进行校准。当前的诊断技术需要信道状态信息（CSI）的全部或部分知识，这在存在天线故障的情况下获取可能具有挑战性。在这封信中，我们提出了一种盲诊断技术来识别毫米波大规模天线系统中的故障天线元件，它不需要任何CSI知识。通过联合利用毫米波信道和故障模式的稀疏性，我们首先将诊断问题表示为联合稀疏恢复问题。然后，原子范数的引入，导致毫米波信道的稀疏性在连续傅立叶字典。提出了一种基于交替方向乘子法（ADMM）的求解该问题的有效算法。最后，所提出的技术的性能进行了评估，通过数值模拟。
2021-03-12 cs.IT cs.SY eess.SP
