Optimal Channel Estimation for Hybrid Energy Beamforming under Phase Shifter Impairments
智能多天线无线电力传输可以使物联网中的能量收集（EH）节点永久运行。此外，为了克服与在射频（RF）能量源处具有大天线阵列相关联的增加的硬件成本和空间约束，可以采用具有单个RF链的混合能量波束成形（EBF）架构。使用最近提出的混合EBF架构建模的实际模拟移相器损伤（API），我们推导出最佳的最小二乘估计的能量源EH用户信道。接下来，在考虑非线性RF EH模型的同时推导出用户处的平均收获功率，并且还通过探索API的实际限制来给出其紧密的解析近似。使用这些发展，联合全球最佳的发射功率和时间分配信道估计（CE）和EBF阶段，最大限度地提高平均能量存储在EH用户推导出封闭的形式。数值结果验证了所提出的分析，并提出了非平凡的设计见解的影响，API和CE的错误，可实现的EBF性能。结果表明，优化的混合EBF协议与联合资源分配产生了$37\%$的平均性能改善基准固定分配方案。
2019-02-22 cs.IT math.IT
Unsupervised Learning Based Hybrid Beamforming with Low-Resolution Phase Shifters for MU-MIMO Systems
Department of Electrical Engineering, National Tsing Hua University（国立清华大学电机工程学系）；Research Center for Information Technology Innovation, Academia Sinica（中央研究院资讯科技创新研究中心）
毫米波（mmWave）是第五代（5G）及以后通信的关键技术。混合波束成形已经被提出用于毫米波通信中的大规模天线系统。现有的基于无限分辨率移相器（PS）的混合波束成形设计由于硬件成本和功耗而不切实际。提出了一种基于无监督学习的多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统模拟预编码器和合并器的联合设计方法。我们将模拟预编码器和组合器的设计问题转化为相位分类问题，并提出了一种通用的神经网络架构，称为相位分类网络（PCNet），能够产生各种PS分辨率的解决方案。仿真结果表明，优越的总和速率和复杂度性能的建议方案相比，最常用的低分辨率PS配置的最先进的混合波束成形设计。
2022-02-04 cs.IT cs.LG eess.SP
Ultra-Low-Cost Hybrid Beamforming: A New Static-Connection Architecture with Sparse Phase-Shifter Sharing
School of Information Science and Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学信息科学与工程学院）；Institute for Digital Communications, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)（埃尔朗根-纽伦堡大学数字通信研究所）；Huawei Device Company Ltd.（华为终端有限公司）；School of Electrical Engineering and Telecommunications, University of New South Wales（新南威尔士大学电气与电信工程学院）
提出一种新型静态连接架构，通过稀疏移相器共享实现超低成本子连接混合波束赋形，在单/多射频链场景下分别减少37.5%和62.5%的移相器数量，同时保持大部分波束赋形能力。
2026-07-03 cs.IT math.IT
Hybrid Digital and Analog Beamforming Design for Large-Scale Antenna Arrays
毫米波（mmWave）频率用于未来无线蜂窝通信系统的潜力已经激发了用于实现高度定向波束成形的大规模天线阵列的研究。然而，由于高频中RF链组件的高成本和高功耗，每个天线元件需要一个射频（RF）链的常规全数字波束成形方法对于大规模天线阵列是不可行的。为了解决这个硬件限制的挑战，本文考虑了一种混合波束形成架构，其中的整体波束形成器包括一个低维数字波束形成器，然后使用模拟移相器实现的RF波束形成器。我们的目的是表明，这样的架构可以接近一个完全数字化的方案的性能与RF链的数量少得多。具体来说，本文建立了，如果RF链的数量是数据流总数的两倍，混合波束形成结构可以实现任何完全数字波束形成器，无论天线元件的数量。针对射频链路数较少的情况，进一步研究了点对点多输入多输出（MIMO）系统和下行多用户多输入单输出（MU-MISO）系统的混合波束成形设计问题.对于每种情况下，我们提出了一个启发式的混合波束成形设计，实现了接近的性能的全数字波束成形基线的性能。最后，所提出的算法进行了修改，更实际的设置中，只有有限分辨率移相器。数值模拟表明，即使在使用分辨率很低的移相器时，所提出的方案也是有效的。
2016-01-25 cs.IT math.IT
Flexible Unsupervised Learning for Massive MIMO Subarray Hybrid Beamforming
École Polytechnique de Montréal（蒙特利尔工程学院）
混合波束形成是一种很有前途的技术，以提高大规模MIMO系统的能量效率。特别地，子阵列混合波束形成可以通过减少移相器的数量来进一步降低功耗。然而，由于子阵连接和相移量的离散性，设计混合波束形成矢量是一项复杂的任务。找到RF链和天线之间的最佳连接需要在大的搜索空间中解决非凸问题。此外，传统的解决方案假设完美的CSI是可用的，这在实际系统中并非如此。因此，我们提出了一种新型的无监督学习方法来设计适用于任何子阵列结构的混合波束形成，同时支持量化移相器和有噪CSI。所提出的架构的一个主要特点是，没有波束形成码本是必需的，和神经网络的训练，以考虑相移量化。仿真结果表明，所提出的深度学习解决方案可以实现比现有方法更高的总速率。
2022-08-10 cs.IT cs.LG eess.SP
Hybrid Combining Based on Constant Phase Shifters and Active/Inactive Switches
本文提出了一种新的毫米波多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统的模数混合架构。所提出的结构采用基于有源/非有源开关的每个射频（RF）链的天线子集选择，并且使用恒定移相器（CPS）来控制RF电路中的信号的相位。在该方案中，对于每个RF链，选择对期望信号功率的贡献大于干扰功率的接收天线的子集用于模拟域中的信号组合，而其他接收天线被排除在信号组合之外，从而增强总速率。同时，所提出的结构通过专门激活与为每个RF链选择的天线相对应的开关来降低RF电路中的功耗。我们还开发了三个低复杂度的算法，每RF链天线子集选择。最后，通过数值模拟，我们表明，所提出的结构提供了更高的频谱效率和更高的能量效率比传统的混合模拟和数字组合方案的毫米波MU-MIMO系统。
2020-01-02 cs.IT eess.SP math.IT
DBRAA: Sub-6 GHz and Millimeter Wave Dual-Band Reconfigurable Antenna Array for ISAC
本文提出双频段可重构天线阵列DBRAA，通过天线复用和混合波束成形实现sub-6G与毫米波频段的ISAC，并设计解耦优化算法最大化通信和速率。
2025-03-27 cs.IT math.IT
Blind Adaptive Beamforming Based on Constrained Constant Modulus RLS Algorithm for Smart Antennas
本文研究了智能天线盲自适应波束形成算法在实际环境中的性能。一个约束恒模（CCM）的设计准则，并用于推导递归最小二乘（RLS）型优化算法。此外，两种情况下被认为是在文件中分析其性能。仿真结果表明，该方法与其他已知的盲自适应波束形成方法相比，具有更好的性能。实验结果表明，该方法具有较快的收敛速度、较好的环境鲁棒性和较好的跟踪能力。
2013-03-07 cs.IT math.IT
Movable Superdirective Pairs: A Phase Shifter-Free Approach to mmWave Communications
本文提出可移动超方向性天线对（MSP）方法，通过优化天线对的旋转角度和位置，在无移相器条件下最大化毫米波多径信号的接收信噪比，并设计交替优化与梯度投影算法求解非凸问题，仿真表明其性能优于固定位置阵列且硬件成本更低。
2024-12-31 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming Design for IRS-Aided Communications with Channel Estimation Errors
研究了智能反射面（IRS）辅助多用户（MU）多输入多输出（MIMO）下行传输中波束形成方案的联合设计。信道估计误差与最小均方误差（MMSE）估计假设和加权和速率（WSR）被采用作为性能指标。低分辨率移相器（PS）在实际实现中也被考虑在内。在发射功率和离散移相器（PS）的约束下，最大化所有用户的WSR的优化问题。为了在IRS上获得最优波束形成矩阵，分别提出了基于优化最小化（MM）和逐次凸逼近（SCA）方法的两种解决方案。仿真结果表明，这两种方案都能显著提高WSR。此外，基于SCA的解决方案的优越性进行了论证。总体而言，在具有信道估计误差的IRS辅助MU-MIMO下行链路通信系统中，提供了两种可行的联合波束成形设计解决方案。
2020-07-14 cs.IT eess.SP math.IT
Transformer-Based Hybrid Beamforming with Reconfigurable Pixel Antenna for HAPS Communications
本文提出了一种基于Transformer的混合波束成形框架，用于高海拔平台站（HAPS）通信中的可重构像素天线（RPA）配备的大规模多输入多输出（MIMO）系统。该框架包含两个关键组件：1）一种利用Transformer编码器确定每个天线元件辐射模式的可重构模式网络；2）一种利用模型驱动残差学习计算基于SVD初始化的模拟和数字预编码的混合波束成形网络。仿真结果表明，所提出的PR-HBFNet接近贪心基准的频谱效率，同时显著降低了计算复杂度。
2026-05-18 cs.IT math.IT
Beamforming Performances of Holographic Surfaces
该研究建立通用互耦模型分析全息表面波束成形性能，发现考虑互耦时阵列致密化可显著提升增益与分辨率，且增益存在间距相关的饱和特性。
2023-11-08 cs.IT math.IT
Retrodirective Large Antenna Energy Beamforming in Backscatter Multi-User Networks
在这封信中，我们研究了多用户网络中能量波束成形（EB）的新技术，该技术将发射机侧的大天线后向性与能量接收机处的信号后向散射相结合。所提出的技术具有低复杂度，并且实现了EB，而无需在接收机处进行任何主动操作或在发射机处进行复杂的信号处理技术。由于平均收获的能量取决于后向散射系数，我们调查不同的反射政策，为各种设计目标。所提出的政策进行了分析，从系统级的角度考虑到空间的随机性。
2018-02-25 cs.IT math.IT
Fluid Antenna-Enhanced Flexible Beamforming
Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）
本文提出了一种基于流体天线的灵活波束成形框架，通过统一的框架连接波束模式合成与端口选择，利用压缩感知算法和迭代FFT相位检索方法提升波束重建精度。
2025-11-27 cs.IT math.IT
Robust Analog Beamforming for Periodic Broadcast V2V Communication
我们概括了现有的低成本模拟信号处理的概念，利用车辆到车辆的广播服务的周期性的发射机侧。特别是，我们建议使用移相器的模拟波束成形网络（ABN）或在可用天线之间周期性交替的天线切换网络（PSTN）来处理多个天线，以向具有移相器的模拟组合网络（ACN）的接收器发送周期性消息，这在早期工作中已经提出。为了保证鲁棒性，我们的目标是最大限度地减少突发错误的概率，最坏的接收车辆用户，在一个场景中的不良传播条件，是由一个单一的主导路径之间的通信车辆建模。在没有任何形式的信道知识的情况下，我们解析地推导出ABN和ESTA的最佳参数。ABN波束形成向量被发现是最佳的所有用户，而不仅仅是最差的接收用户。此外，我们证明了两个发射天线的特殊情况下的Alamanti计划产生类似的性能ABN和双天线。最后，我们证明了当接收端使用混合ACN-最大比合并时，这两种传输策略的参数也是最优的。
2021-05-06 cs.IT math.IT
Optimal Energy Beamforming under Per-Antenna Power Constraint
能量波束形成是提高无线电能传输效率的关键技术。在本文中，我们研究的最佳EB下的每天线功率约束（PAC），这是更实际的比传统的和功率约束（SPC）。我们考虑一个多天线能量发射器（ET）与PAC广播无线能量多个随机放置的能量接收器（ER）在其小区区域内。我们考虑和能量最大化问题与PAC，并提供了最佳的解决方案结构的一般情况下。这种最优结构意味着在PAC下发送一个能量波束是最优的，这意味着发送协方差矩阵的秩是类似于SPC的秩。我们还推导了两种特殊情况下的封闭形式的解决方案，并提出了两个次优的解决方案，一般情况下，执行非常接近最佳波束形成。
2018-02-11 cs.IT math.IT
SoftNull: Many-Antenna Full-Duplex Wireless via Digital Beamforming
在本文中，我们提出并研究了一种数字控制的方法，称为软同步，使全双工多天线系统。与大多数依靠模拟消除器来抑制自干扰的设计不同，SoftwareTM依靠数字发射波束成形来减少自干扰。软干扰并不试图完美地消除自干扰，而是试图充分减少自干扰，以防止淹没接收机的动态范围。剩余的自干扰然后由接收器数字地消除。我们评估的性能，Softcraft使用测量从72元天线阵列在室内和室外环境。我们发现，Softcycle可以显着优于半双工的小小区在多天线制度，其中天线的数量是远远超过同时服务的用户数量。
2017-03-26 cs.IT math.IT
Weighted Fair Multicast Multigroup Beamforming under Per-antenna Power Constraints
一个多天线发射机，传达独立的公共数据集不同的用户群被认为是。这种模型被称为物理层多播到多个同信道组。在这种情况下，解决了由每个天线辐射的最大允许功率电平的实际约束。每天线功率受限系统相对于预定的服务质量权重在最大公平意义上被优化。换句话说，通过最大化其加权信号与干扰加噪声比来提升最差缩放用户。因此，一个详细的解决方案，以解决加权最大-最小公平多组组播问题下的每天线功率约束。通过突出的应用和范例的影响，新的约束。更重要的是，鲁棒的每天线约束的多组组播波束形成的解决方案。最后，一个广泛的性能评估量化的增益所提出的算法在现有的解决方案，并展示其准确性，每天线功率受限的系统。
2014-06-29 cs.IT math.IT
Cooperative Beamforming for Dual-Hop Amplify-and-Forward Multi-Antenna Relaying Cellular Networks
研究了放大转发中继蜂窝网络中基站、中继站和移动终端均配置多天线的线性波束形成设计问题。该设计基于最小均方误差准则，同时考虑了上行链路和下行链路的情况。研究发现，下行链路和上行链路波束成形设计问题具有相同的形式，可以使用具有相同结构的迭代算法来求解设计问题。针对上行链路系统满载或过载的具体情况，推导了一种新的波束形成算法，并揭示了它与现有的几种传统MIMO或多用户系统波束形成算法的关系。仿真结果证明了所提出的设计算法的性能优势。
2011-12-01 cs.IT math.IT
Adaptive Multicell 3D Beamforming in Multi-Antenna Cellular Networks
我们考虑一个蜂窝网络与多天线基站（BS）和单天线用户，多小区合作，不完善的信道状态信息，定向天线每个垂直可调波束。我们调查的BS天线图案，表示为倾斜，所考虑的网络的性能时，采用传统的单小区传输或完全合作的多小区传输的仰角的影响。利用这项调查的结果，我们提出了一种新的混合多小区合作技术，其中小区间的干扰是通过在水平平面的合作波束成形或协调波束成形在垂直平面的无线信道，表示为自适应多小区3D波束成形控制。其主要思想是将覆盖区域划分为两个不相交的垂直区域，并在服务每个区域时在BS处采用多小区协作策略。一个公平的调度器被用来共享垂直区域之间的时隙。结果表明，所提出的技术可以实现与完全协作传输相当的性能，但复杂性和信令要求显着降低。为了使性能分析的计算效率，不同的波束形成策略下的用户遍历速率的解析表达式也推导出来。
2015-09-07 cs.IT math.IT
Joint Antenna Rotation and IRS Beamforming for Multi-User Uplink Communications
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Macau（澳门大学）
本文提出了一种联合天线旋转与IRS波束成形的多用户上行通信系统，通过优化3D旋转、接收波束成形和IRS相移，提升在物理遮挡和角度不匹配下的通信性能。
2026-01-16 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Joint Unicast and Multicast Beamforming with Multi-Antenna User Terminals
本文研究多小区多用户多输入多输出系统中能量有效的联合发射接收波束形成。我们认为传统的网络能源效率的度量，其中用户可以接收单播流，除了特定于组的共同组播流有一定的速率约束。目标是当用户配备有多个天线时，更有效地使用传输资源以提高能量效率。数值结果表明，通过使用额外的自由度的多播传输到私人消息单播所实现的能源效率增益。
2017-05-10 cs.IT math.IT
Joint Downlink-Uplink Beamforming for Wireless Multi-Antenna Federated Learning
研究无线多天线联邦学习的联合下行-上行波束成形设计，提出基于交替优化的低复杂度算法最小化全局损失上界，显著优于传统分离链路设计并逼近无误通信的理想性能。
2023-07-01 cs.IT math.IT
An EEP-based robust beamforming approach for superdirective antenna arrays and experimental validations
针对超定向天线阵列互耦效应复杂、对激励误差敏感的问题，提出基于嵌入单元方向图（EEP）的超定向波束形成方法及EEP辅助的正交补鲁棒波束形成算法，经仿真和5偶极子阵列实验验证了超定向性与鲁棒性。
2023-08-23 cs.IT math.IT
A Superdirective Beamforming Approach with Impedance Coupling and Field Coupling for Compact Antenna Arrays
针对紧凑天线阵列，提出基于阻抗与场双重耦合的超方向波束成形方法，推导波束向量并高效计算耦合矩阵，经仿真与实验验证实现超方向性。
2024-11-11 cs.IT math.IT
Low-Complexity Hybrid Beamforming for Massive MIMO Systems in Frequency-Selective Channels
频率选择性信道的混合波束成形是一个具有挑战性的问题，因为移相器向所有子载波提供相同的相移。现有的方法仅仅依赖于信道的频率响应，并且混合波束形成器在整个频带上最大化平均频谱效率。与最先进的技术相比，我们表明，通过联合利用大规模多输入多输出（MIMO）信道的频域和时域特性，可以实现大量的和速率增益，无论是对于丰富的和稀疏的散射信道。在我们提出的方法中，射频（RF）波束形成器在时域中相干地组合接收到的符号，因此，它将信号的功率集中在特定的时间样本上。结果，RF波束形成器消除了“有效”传输信道的频率响应，并减小了其均方根延迟扩展。然后，基带组合器减轻频域中的残余干扰。利用大规模MIMO信道的良好传播条件，我们给出了所提出的波束形成器及其性能的闭式表达式，并证明了当所采用的移相器网络的数量是时域中可分辨多径分量的两倍时，我们所提出的方案可以实现全数字迫零的性能。
2019-03-12 cs.IT math.IT
On the Performance of Multi-Antenna Wireless-Powered Communications with Energy Beamforming
在本文中，我们研究了能量波束形成的平均吞吐量性能在多天线无线供电通信网络（WPCN）。所考虑的网络由一个混合接入点（AP）与多个天线和一个单天线用户。用户没有恒定的电源，因此需要从AP在下行链路（DL）中广播的信号中收集能量，然后在上行链路（UL）中将其数据与收集的能量一起发送回AP。我们推导出封闭形式的平均吞吐量和他们的渐近表达式在高信噪比的延迟限制和延迟容忍传输模式。然后，针对高SNR，获得最大化系统吞吐量的最佳DL能量收集时间。所有的解析表达式都通过数值模拟进行了验证。各种参数，如AP发射功率，能量收集时间，和天线的数量，对系统吞吐量的影响也进行了研究。
2015-03-10 cs.IT math.IT
Hybrid Analog and Digital Beamforming for mmWave OFDM Large-Scale Antenna Arrays
混合模拟和数字波束成形是大规模毫米波MIMO系统的一个有前途的候选者，因为它能够显著降低传统全数字波束成形方案的硬件复杂度，同时能够接近全数字方案的性能。大多数关于混合波束成形的现有工作考虑窄带信道。然而，诸如毫米波系统的宽带系统是频率选择性的。在宽带系统中，需要为整个频带设计通用的模拟波束形成器，同时在不同的频率子带中采用不同的数字波束形成器。本文研究了OFDM调制系统中的混合波束形成设计。首先，对于在发射器和接收器处均采用混合波束成形架构的SU-MIMO系统，由于毫米波信道的稀疏性，具有少量RF链的混合波束成形可以渐近地接近用于足够大数量的收发器天线的全数字波束成形的性能。对于具有实际数量的天线的系统，然后，我们提出了一个统一的启发式设计两种不同的混合波束成形结构，完全连接和部分连接的结构，以最大限度地提高毫米波MIMO系统的整体频谱效率。数值结果表明，该算法的性能优于现有的混合波束形成方法，在全连接结构下，该算法的频谱效率与最优全数字波束形成非常接近，但所需的射频链路要少得多。其次，对于MU-MISO的情况下，我们提出了一种启发式的混合预编码设计，以最大化在下行链路中的加权和速率，并数值表明，所提出的算法与实际数量的RF链已经可以接近全数字波束成形的性能。
2017-11-22 cs.IT math.IT
Optimal Beamforming for Two-Way Multi-Antenna Relay Channel with Analogue Network Coding
本文研究了无线双向中继信道（TWRC），其中两个源节点S1和S2通过一个辅助中继节点R进行信息交换。假设R在一个时隙中接收来自S1和S2的和信号，然后在下一个时隙中放大并将接收到的信号转发到S1和S2。通过应用模拟网络（ANC）的原理，S1和S2中的每一个消除来自R的接收信号中的所谓“自干扰”，然后解码所需的消息。假设S1和S2均配备单天线，R配备多天线，本文分析了在R处采用线性处理（波束成形）的基于ANC的TWRC的容量区域。容量区域包含在S1、S2和R处的给定发射功率约束下S1和S2的所有可实现双向速率对。我们提出了最佳中继波束形成结构，以及一个有效的算法来计算基于凸优化技术的最佳波束形成矩阵。低复杂度的次优中继波束形成方案也提出了，和他们的可实现的速率与最佳方案的容量进行比较。
2009-05-29 cs.IT math.IT
Alternate Distributed Beamforming for Buffer-Aided Multi-Antenna Relay Systems
研究了中继节点处具有多个天线的半双工（HD）双跳协作系统中的链路选择问题。针对缓冲器辅助的多天线中继系统，提出了交替分布式波束形成（ADB）方案。在该方案中，中继节点被分成两组，一组接收来自源节点的相同信息广播，另一组在每个时隙通过分布式波束形成向目的节点发送公共信息。值得注意的是，在不需要瞬时信道状态信息（CSI）的情况下确定用于接收和发送的中继。理论分析了该方案在瑞利衰落下的可达吞吐量，并推导出近似的封闭形式的表达式。仿真结果验证了理论分析的正确性。数值结果表明，与现有的链路选择策略相比，固定调度的ADB方案在可达吞吐量上有显著的提高。它还表明，对于ADB方案，增加在每个中继配备的天线的数量的吞吐量性能优于增加配备有单个天线的中继的数量时，在中继的天线总数是固定的。
2020-05-15 cs.IT 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
On the feasibility of beamforming in millimeter wave communication systems with multiple antenna arrays
毫米（mm）波频谱用于下一代（5G）移动通信最近已经获得了显著的关注。毫米波频率处的小载波波长使得能够合成紧凑的天线阵列，从而提供补偿增加的传播损耗的波束成形增益。在这项工作中，我们研究了在毫米波系统中采用多个天线阵列来获得分集/复用增益的可行性，其中每个阵列都能够独立地进行波束成形。考虑基于码本的波束成形系统（例如，以便于有限的反馈），我们观察到，即使对于非常合理的系统参数，优化多个阵列上的波束形成方向的\emph{jointly}的复杂性也是非常令人望而却步的。为了克服这一瓶颈，我们开发了复杂度降低的算法，用于优化波束形成方向的选择，在稀疏的多径结构的毫米波信道。具体而言，我们通过将注意力限制在一小组主导候选方向上来降低联合波束成形搜索空间的基数。为了获得主导方向集，我们开发了两种互补的方法：（a）基于一种新的空间功率度量的计算;对该度量的详细分析表明，在大天线阵列的限制下，所选择的候选方向接近信道的主要到达角和离开角，并且（b）精确估计信道的（长期）主要到达角，利用跨不同接收器子阵列接收的信号的相关性。我们的方法使优化搜索空间的大幅减少（减少100倍），同时提供接近最佳性能，从而表明在毫米波系统中实现分集和复用增益的潜在可行性。
2014-10-21 cs.IT math.IT
Beamforming Optimization for Intelligent Reflecting Surface with Discrete Phase Shifts
智能反射表面（IRS）是一种通过利用大量低成本反射元件来实现未来无线网络中的高频谱效率的有前途的技术，每个反射元件以适当的相移反射入射信号。然而，先前的IRS工作主要是基于无限分辨率移相器的优化，由于硬件的不完善，这实际上是不可行的。相比之下，我们在本文中研究的IRS辅助的无线网络，其中IRS只有有限分辨率移相器可在每个元素部署，以协助从多天线接入点（AP）的通信到单天线用户。我们的目标是通过联合优化AP处的发射波束成形和IRS处的反射波束成形来最小化AP处的发射功率，受到信噪比（SNR）约束和实际离散相移约束。我们首先提出了一个次优，但低复杂度的算法，利用交替优化技术。然后，我们发现，与连续相移的情况一样，具有离散相移的IRS也实现了渐进大量反射元件的平方功率增益，尽管性能损失仅取决于移相器的分辨率。
2018-10-26 cs.IT math.IT math.OC
Hybrid Beamforming with Spatial Modulation in Multi-user Massive MIMO mmWave Networks
射频（RF）链的成本是大规模MIMO毫米波网络的最大缺点。通过采用空间调制（SM），可以实现比发射天线更少数量的RF链，但仍然实现高频谱效率。在这项工作中，我们提出了一个系统模型的SM计划与混合波束形成在发射机和数字组合在接收机。在该模型中，空间调制比特映射到天线阵列的索引。结果表明，该模型实现了约5dB的增益比经典的多用户SM计划，只有8个发射天线在每个天线阵列。可以通过增加每个阵列处的发射天线的数量而不增加RF链的数量来进一步提高该增益。
2017-09-14 cs.IT math.IT
A Full-Diversity Beamforming Scheme in Two-Way Amplified-and-Forward Relay Systems
考虑一个简单的双向中继信道，其中两个单天线源通过多天线中继交换信息。针对这种情况，现有的能够实现全分集阶数的方法都是基于天线/中继选择的，其中波束形成的难点在于单个波束形成器需要服务于两个目的地。在本文中，我们提出了一种新的全分集波束形成方案，确保中继信号在两个目的地的相干组合。分析和数值结果表明，该方案可以优于现有的一个基于天线选择。
2014-05-28 cs.IT math.IT
Multicast Multigroup Beamforming for Per-antenna Power Constrained Large-scale Arrays
大的发射元件的数量，多天线阵列与每个元件的限制是本工作的重点。在这种情况下，物理层多组多播下每天线功率约束，在这里进行了研究。为了解决这个复杂的优化问题，提出了半定松弛的低复杂度替代方案。目标是在最大公平性的意义下优化每个天线功率受限的发射机，这是一个非凸二次约束二次问题。因此，最近开发的可行点追踪和逐次凸逼近的工具扩展到占实际的每天线功率约束。有趣的是，新的迭代法不仅表现出优越的性能，在接近放松的上限，但也显着的复杂性降低，作为优化变量的尺寸增加。因此，多播多组波束成形的大规模阵列发射机与每个天线专用放大器的计算效率和准确性。对半定松弛常产生非秩1解的大系统，给出了一个初步的性能评估。
2015-03-24 cs.IT math.IT
Imbalanced Beamforming by a Multi-antenna Source for Secure Utilization of an Untrusted Relay
我们调查的中继网络中，多天线源可以潜在地利用未经认证（不可信）的中继，以增加其直接传输的机密消息的目的地。由于中继是不可信的，因此希望保护机密数据免受其影响，同时利用它来增加传输的可靠性。我们提出了一个低复杂度的计划表示为不平衡波束成形的基础上线性波束成形和星座映射，确保完美的物理层的安全性，即使在利用不可信的中继。此外，该方案的安全性举行，即使中继采用传统的decodeand-forward协议，不同于以往的工作。仿真结果表明，所提出的不平衡信令保持恒定的BER为0.5在窃听器在任何SNR和源天线的数量，同时保持或提高检测性能的目的地相比，不利用中继或现有的安全方法。
2013-05-20 cs.IT math.IT
Leakage-Based Robust Beamforming for Multi-Antenna Broadcast System with Per-Antenna Power Constraints and Quantized CDI
在本文中，我们研究了鲁棒波束形成方案的多用户多输入单输出（MU-MISO）系统与每个天线的功率约束和量化的信道方向信息（CDI）反馈。我们的设计目标是最大化的加权和速率性能的期望，通过控制干扰泄漏和合理分配的用户设备（UE）之间的功率。首先，我们证明了非鲁棒迫零（ZF）波束成形方案的最优性的意义下产生的最小量的平均UE间干扰量化CDI。然后，我们推导出非鲁棒ZF波束成形方案的干扰泄漏功率的累积密度函数（CDF）的封闭形式的表达式，在此基础上，我们调整泄漏阈值，并提出了两个鲁棒波束成形方案，每个天线功率约束下，使用几何规划（GP）的迭代过程来更新每个UE的功率分配。仿真结果表明，所提出的鲁棒波束形成方案的平均加权和速率性能优于现有的计划。
2020-03-17 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Design of Digital and Analog Processing for Downlink C-RAN with Large-Scale Antenna Arrays
在具有大规模天线阵列的毫米波通信系统中，传统的数字波束成形可能不是成本有效的。一个有前途的解决方案是实现混合波束成形技术，它包括低维数字波束成形，然后是模拟射频（RF）波束成形。本文研究了云无线接入网（C-RAN）架构下混合波束赋形的优化问题。在C-RAN系统中，数字基带信号处理功能通过有限容量前传链路从远程无线电头端（RRH）迁移到“云”中的基带处理单元（BBU）。具体而言，这项工作解决了联合优化数字波束成形和前传量化策略在BBU，以及RF波束成形在RRH的问题，与最大化的加权下行链路总速率的目标。前传容量和每RRH功率约束连同对RF波束成形矩阵的恒模约束一起被强制执行。提出了一种基于逐次凸逼近和松弛恒模约束的迭代算法。数值仿真结果验证了该方法的有效性。
2017-04-03 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Antenna Selection for Sum Rate Maximization in Cognitive Radio Networks
本文研究了在认知无线电多输入单输出广播信道中，具有多个主用户的次基站（BS）的联合发射波束形成和天线选择。目标是最大化服从次BS发射功率、次用户的最小所需速率以及PU的干扰功率约束的和速率。由于目标效用函数是非凹的，所涉及的约束条件也是非凸的，因此该问题很难求解。尽管如此，我们提出了一个新的迭代算法，找到局部最优的至少。在算法的每一步迭代中，我们利用内逼近方法构造并求解了一个简单的中维凸二次规划。仿真结果表明，该算法收敛速度快，优于现有的方法。
2017-03-01 cs.IT math.IT
Fluid Antenna-Aided Robust Secure Uplink Transmission in LEO Satellite Constellations
Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学）；Central China Normal University（华中师范大学）；Henan Polytechnic University（河南理工大学）
本文提出了一种基于可移动天线的 secure LEO 卫星通信方案，通过联合优化发射波束成形和天线位置，以最大化平均保密率，解决了高密度 LEO 卫星星座中安全传输设计的挑战。
2026-11-06 cs.IT math.IT
Optimization and Analysis of Wireless Powered Multi-antenna Cooperative Systems
在本文中，我们考虑了一个三节点的合作无线供电通信系统组成的多天线混合接入点（H-AP）和单天线中继和单天线用户。能量受限的中继器和用户首先在下行链路中收获能量，然后中继器帮助用户使用收获的功率用于上行链路中的信息传输。研究了最优能量波束形成矢量和收获与协作的时间分割问题。为了降低计算复杂性，次优设计也进行了研究，其中的能量波束形成向量和时间分裂的封闭形式的表达式推导。为了比较的目的，我们还提出了一个详细的性能分析方面的可实现的中断概率和直观的能量波束成形方案的平均吞吐量，其中H-AP的所有能源对用户的方向。该论文的研究结果表明，在H-AP处实现多天线可以显著提高系统性能，并且闭合形式的次优能量波束成形向量和时间分割产生接近最优的性能。此外，对于直观的波束成形方案，可以实现（N+1）/2的分集阶数，其中N是H-AP处的天线数量。
2017-03-06 cs.IT math.IT
Quantized Analog Beamforming Enabled Multi-task Federated Learning Over-the-air
针对多任务联邦学习空中计算中的任务间干扰问题，提出接收端量化模拟波束成形方案，通过大规模天线阵列特性实现统计干扰消除，验证了低精度移相器可逼近理想学习性能。
2025-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Rotatable Antenna-Enhanced Beamforming: Signal Enhancement and Interference Suppression
针对固定取向天线阵列波束成形的信号增强与干扰抑制受限问题，提出通过优化天线旋转角度与权重向量的可旋转天线增强波束成形方案，仿真验证其阵列增益优于传统方案。
2025-10-22 cs.IT math.IT
Genetic Algorithm Assisted Hybrid Beamforming for Wireless Fronthaul
提出了一种遗传算法辅助的混合信号泄漏加噪声比（SLNR）波束成形设计的无线前传场景。所提出的混合SLNR波束形成的数字预编码器以封闭形式表示。在模拟预编码器处的移相器处假定高度有限的相位分辨率（一位分辨率）。提出了最大化近似和速率的模拟预编码器。采用遗传算法搜索一比特模拟预编码器的最优解。与通常假设的发射机处的真实信道矩阵的完全知识相反，所提出的方法仅依赖于模拟预编码器之后的失真信道矩阵。在模拟预编码器处具有有限相位分辨率的所提出的混合SLNR波束成形的性能可以在单小区无线前传场景中实现接近数字波束成形的性能。它还表明，混合波束成形可能会导致不需要的波束，造成小区间干扰，在多小区无线前传的情况。
2018-03-07 cs.IT math.IT
Hybrid Precoder and Combiner Design with Low Resolution Phase Shifters in mmWave MIMO Systems
毫米波（mmWave）通信已经被认为是下一代蜂窝系统和Wi-Fi网络的关键技术，因为其在提供比当前无线网络宽的数量级的带宽方面的进步。经济和节能的模拟/数字混合预编码和组合收发器经常被提出用于毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统，以克服毫米波信道的严重传播损耗。现有的解决方案的一个主要缺点在于假设无限或高分辨率的移相器（PS）来实现模拟波束形成器。然而，在实践中通常采用低分辨率PS以降低硬件成本和功耗。受此启发，在本文中，我们研究了毫米波MIMO系统中具有低分辨率PS的混合预编码器和组合器的实际设计。特别是，我们提出了一种迭代算法，连续设计的低分辨率模拟预编码器和组合器对每个数据流，旨在有条件地最大化频谱效率。然后，基于所获得的有效基带信道来计算数字预编码器和组合器，以进一步提高频谱效率。在努力实现一个更硬件高效的大型天线阵列，我们还研究了一位分辨率（二进制）PS的混合波束形成器的设计，并提出了一种新的二进制模拟预编码器和组合器优化算法的天线数量的二次复杂度。所提出的低分辨率混合波束成形设计进一步扩展到多用户MIMO通信系统。仿真结果表明，与现有的低分辨率混合波束成形设计相比，所提出的算法的性能优势，特别是对于一位分辨率PS的情况。
2017-10-17 cs.IT math.IT
Dynamic MIMO Architecture Design for Near-Field Communications
本文提出一种动态混合波束赋形架构，通过减少射频链数量并优化波束赋形，在近场MIMO网络中实现空间复用与功耗的权衡，并设计了连续和离散移相器下的高效算法。
2023-12-25 cs.IT eess.SP math.IT
Learning-Based Joint Beamforming and Antenna Movement Design for Movable Antenna Systems
针对不完美CSI下可移动天线多接收机系统的和速率最大化问题，本文提出异构MADDPG算法，联合学习波束成形与天线移动策略，实现实时求解并显著提升和速率性能。
2024-04-02 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Antenna Wireless Powered Communication with Energy Beamforming
新近出现的无线供电通信网络（WPCN）最近引起了极大的关注，其中无线电信号被用于为无线终端供电以用于信息传输。在本文中，我们研究了一个WPCN，其中一个多天线接入点（AP）协调能量传输和信息传输到/从一组单天线用户。假设先收集后发送协议，其中AP首先在下行链路（DL）中经由能量波束成形向所有用户广播无线功率，然后用户使用其收集的能量在上行链路（UL）中同时向AP发送其独立信息。为了优化用户的吞吐量，同时保证其速率公平性，我们通过DL-UL时间分配、DL能量波束成形和UL发射功率分配加接收波束成形的联合设计来最大化所有用户之间的最小吞吐量。我们通过两个步骤来最优地解决这个非凸问题。首先，我们固定DL-UL时间分配，并获得最佳的DL能量波束成形，UL功率分配和接收波束成形，以最大化所有用户的最小信号与干扰加噪声比（SINR）。这个问题被证明是在一般非凸的，但是，我们将其等价地转换为一个谱半径最小化问题，这可以有效地解决应用交替优化的基础上的非负矩阵理论。然后，通过一维搜索找到最优的时间分配，以最大化所有用户的最小速率。此外，提出了两个次优设计的复杂度较低，其吞吐量性能进行比较，对最佳的解决方案。
2014-04-15 cs.IT math.IT
Adaptive Hybrid Beamforming with Massive Phased Arrays in Macro-Cellular Networks
通过同时传送多个数据流，经由大型天线阵列的混合波束成形已经显示出用于增加蜂窝网络中的数据率的巨大潜力。本文针对宏蜂窝环境，在单天线功率受限的条件下，基于长期信道信息，提出了几种基于大规模相控阵的波束形成算法。使用自适应方案，每当长期信道信息改变时，波束形成向量被更新。首先，研究当基站具有单个RF链（单波束场景）时的问题。半定松弛（SDR）与随机化被用来解决这个问题。作为第二种方法，提出了一种低复杂度的启发式波束合成算法，该算法的性能非常接近SDR获得的上界。接下来，研究了一般数量的RF链（多波束场景）的问题，其中梯度投影方法用于获得局部解。数值结果表明，使用具有优化波束成形向量的大规模天线阵列可以使网络吞吐量比使用传统天线的系统提高5倍。
2018-02-03 cs.IT math.IT
Beamforming Design for Joint Localization and Data Transmission in Distributed Antenna System
研究了一种分布式天线系统，其目标是为移动台（MS）提供数据通信和定位功能。每个MS从多个基站（BS）接收数据，并且使用接收到的信号不仅提取信息，而且确定其位置。这是基于到达时间（TOA）或到达时间差（TDOA）测量来完成的，这取决于假定的同步条件。在数据吞吐量和定位精度要求下最小化BS的总功率消耗的问题相对于在BS处使用的波束成形向量来公式化。该分析涵盖了频率平坦和频率选择性信道，并考虑在参数不确定性的存在下的鲁棒性约束。所提出的算法解决方案是基于秩松弛和差分凸（DC）规划。
2014-04-29 cs.IT math.IT
Arbitrary Beam Synthesis of Different Hybrid Beamforming Systems
对于未来的毫米波移动通信系统，模拟/混合波束成形的使用被设想为关键方面。波束合成是在波束搜索、数据传输和MU MIMO操作期间实现最佳可能操作的关键技术。所开发的合成波束的方法是基于以前的工作，在雷达技术只考虑相控阵天线。利用该技术，可以在期望的目标收发器天线前端的约束下生成任何形状的期望波束。它不受特定天线阵列几何形状的约束，但可以处理一维，二维甚至三维天线阵列几何形状，如圆柱形阵列。数值算例表明，该方法可以在增益、过渡区宽度和通带波纹之间进行用户自定义的折衷，实现波束综合。
2017-04-26 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Indoor THz Communications with One-Bit Precoding
研究了采用1位数模转换器（DAC）的室内太赫兹（THz）通信系统的性能。接入点的天线采用子阵列阵列架构，其中每个RF链唯一地激活一个不相交的天线子集，每个天线子集连接到一个专用移相器。混合预编码，包括最大比传输（MRT）和迫零（ZF）预编码，被认为是。首先证明了大子阵天线体制下移相器的最佳波束控制方向为视距路径方向，然后推导出大子阵天线体制下可达速率下界的封闭表达式，该表达式与MRT和ZF相同，且与发射功率无关。数值结果验证了分析，以及提供。
2018-07-01 cs.IT math.IT
Effects of Beamforming and Antenna Configurations on Mobility in 5G NR
未来的5G系统越来越接近现实。事实上，预计第一个5G网络将在2018年底和2019年初推出。然而，仍然有一些问题和问题必须面对，需要新的解决方案和方法来解决它们。沿着这些思路，波束成形和天线配置可能对5G新无线电（NR）中的移动性产生的影响仍然不清楚。事实上，通过使用定向天线和高频（例如，10 GHz以上），以满足5G的严格要求（例如，支持500 km/h），因此理解设想的5G NR天线配置如何影响移动性（以及因此的移动性）至关重要。在本文中，我们将首先简要介绍3GPP Release 15中目前正在讨论的移动性增强和解决方案。特别是，我们将重点分析测量报告中涉及的物理层信号以及5G NR中使用的新无线电测量模型，以过滤具有大量天线元件的定向天线的典型多波束。最后，将通过广泛的系统一级评价分析的结果，更详细地分析前几节确定的流动性的关键方面。
2018-11-15 cs.IT math.IT
