On Multiterminal Communication over MIMO Channels with One-bit ADCs at the Receivers
当在接收器终端处使用有限数量的一位模数转换器（ADC）时，考虑多输入多输出（MIMO）网络上的通信的基本限制。先前的工作主要集中在点对点通信，其中考虑由模拟处理模块、具有非自适应阈值的有限数量的一位ADC和数字处理模块的级联组成的接收器架构。在这项工作中，提出了一种新的接收器架构，它利用自适应阈值一位ADC-其中ADC阈值在每个通道使用依赖于在以前的通道使用的通道输出-以减轻量化率损失。编码方案提出的点对点和广播信道上的通信，并得出可实现的速率区域。在高SNR制度，它表明，使用所提出的架构和编码方案导致最大的可实现的速率区域之间的所有接收器架构具有相同数量的一位ADC。
2019-01-31 cs.IT math.IT
Channel Estimation in Broadband Millimeter Wave MIMO Systems with Few-Bit ADCs
针对毫米波多输入多输出（MIMO）系统，提出了一种基于低比特模数转换器（ADC）的宽带信道估计算法。我们的方法利用联合稀疏的毫米波MIMO信道的角度和延迟域。我们制定的估计问题作为一个嘈杂的量化压缩感知问题，并解决它使用高效的近似消息传递（AMP）算法。特别是，我们使用Bernoulli-Gaussian混合分布与未知参数的角度延迟系数建模，并使用期望最大化（EM）形式的广义AMP（GAMP）和矢量AMP（VAMP）算法，同时学习的分布参数和计算近似最小均方误差（MSE）估计的信道系数。我们设计了一个训练序列，允许快速，FFT为基础的实现这些算法，同时最大限度地减少峰均功率比在发射机，使我们的方法有效地扩展到大量的天线元件和延迟。我们提出了一个详细的模拟研究，比较我们的算法的几个基准的结果。我们的研究调查的SNR，训练长度，训练类型，ADC的分辨率，和运行时间对信道估计的MSE，互信息，和可达到的速率的影响。结果表明，我们的方法允许1位ADC在低SNR下执行从1到无限位ADC，而4位ADC在中等SNR下执行从1到无限位ADC。
2017-12-06 cs.IT math.IT
Successive Cancellation Soft Output Detector For Uplink MU-MIMO Systems With One-bit ADCs
本文提出了一种用于上行链路多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统的逐次抵消软输出（SCSO）检测器，该检测器采用1位模数转换器（ADC）。所提出的检测器产生软输出（例如，对数似然比（LLR））：每个用户k的消息从用于$k=1,...,K$的信道解码器$k$以该顺序被顺序解码，并且先前解码的消息被利用来提高LLR的可靠性。此外，我们开发了一个有效的贪心算法来优化解码顺序。通过仿真结果，我们证明了所提出的有序SCSO检测器优于其他检测器的编码MU-MIMO系统与一位ADC。
2017-11-01 cs.IT math.IT
ADC Bit Allocation under a Power Constraint for MmWave Massive MIMO Communication Receivers
在宽带宽上操作并且使用大量天线的毫米波（mmWave）系统对功耗施加了沉重的负担。在大规模多输入多输出（MIMO）上行链路中，模数转换器（ADC）将是基站接收机中的主要功率消耗者。提出了一种功率受限下的毫米波多用户（MU）大规模MIMO系统比特分配（BA）方法。我们将ADC应用于波束空间投影的模拟相控阵的输出，以利用毫米波信道稀疏性。我们放松均方量化误差（MSQE）最小化问题，并映射到每个ADC的非负整数位的封闭形式的解决方案。在链路级仿真中，所提出的方法在相同或更低的功耗下提供了比传统低分辨率ADC更好的通信性能。我们的贡献是一个接近最优的低复杂度BA方法，最大限度地减少总MSQE下的功率约束。
2017-02-24 cs.IT math.IT
Joint Channel-Estimation/Decoding with Frequency-Selective Channels and Few-Bit ADCs
我们提出了一种快速和接近最佳的方法，联合信道估计，均衡和解码的编码单载波（SC）传输频率选择性信道与几位模数转换器（ADC）。我们的方法利用参数双线性广义近似消息传递（PBiGAMP），以减少联合信道估计和（软）符号解码的实现复杂度的几个快速傅立叶变换（FFT）。此外，它学习并利用信道脉冲响应中的稀疏性。我们的工作是出于毫米波系统的带宽上的Gsamples/sec的顺序，其中几位ADC，SC传输，和快速处理都导致显着降低功耗和实施成本。我们用数字证明我们的方法，使用根据IEEE 802.11ad无线局域网（LAN）标准生成的信号和信道，在这种情况下，接收器使用模拟波束成形和一个ADC。
2018-12-09 cs.IT math.IT
Spectral and Energy Efficiency of Multicell Massive MIMO With Variable-Resolution ADCs Over Correlated Rayleigh Fading Channels
本文分析了采用可变分辨率模数转换器（ADC）的多单元大规模多输入多输出（MIMO）系统的性能。在这样的架构中，每个ADC使用任意量化分辨率以节省功率和硬件成本。沿着这个方向，我们首先介绍了一种基于加性量化噪声模型（AQNM）和线性最小均方误差（LMMSE）估计理论的量化感知信道估计器。然后，利用估计的信道状态信息（CSI），分别推导出最大比合并（MRC）、量化感知多小区最小均方误差（QA-M-MMSE）合并和量化感知单小区最小均方误差（QA-S-MMSE）合并在空间相关Rayleigh衰落信道上可实现的上行链路频谱效率（SE）的渐进表达式。在推导过程中，我们考虑了量化误差的影响，并借助随机矩阵理论得到了渐近结果。最后，仿真结果表明，我们的理论分析是正确的，所提出的量化感知估计器和组合器是更有益的量化不知道的同行。此外，基于一个通用的功耗模型，它表明，低分辨率的ADC可以获得最佳的折衷之间的SE和能源效率（EE）的多个单元的情况下。
2021-09-20 cs.IT math.IT
Study of SIC and RLS Channel Estimation for Large-Scale Antenna Systems with 1-Bit ADCs
针对上行链路多用户多输入多输出系统，提出了一种新的低分辨率递归最小二乘信道估计算法。为了减少能量消耗，在每个接收天线上使用1位ADC。性能损失可以通过接收端的大规模天线阵列来弥补。所提出的自适应信道估计器可以减轻由于粗量化引起的失真。此外，我们提出了一个低分辨率感知的最小均方误差为基础的连续干扰消除器，连续减轻多用户干扰。仿真结果表明，该系统在均方误差和误比特率出错率方面具有良好的性能。
2018-02-02 cs.IT math.IT
Uplink Performance of Wideband Massive MIMO with One-Bit ADCs
模数转换器（ADC）占大规模MIMO基站总功耗的很大一部分。1位ADC是降低功耗的一种方法。本文分析了使用1位ADC的大规模MIMO系统中单载波和OFDM传输的频谱效率。封闭形式的可实现速率，即，对于具有大量信道抽头的宽带系统，推导出容量的下限，该宽带系统采用低复杂度线性信道估计和符号检测。量化在符号检测中导致两种类型的误差。在大规模MIMO中，循环对称误差变为高斯，并且随着天线数量的增加而消失。接收干扰能量中符号持续时间的变化会引起幅度失真，严重影响OFDM系统的性能。随着信道抽头数的增加，幅度失真消失，OFDM具有与单载波传输相同的性能。本文的一个主要结论是宽带大规模MIMO系统与1位ADC配合使用效果良好。
2016-10-17 cs.IT math.IT
Joint CFO and Channel Estimation in Millimeter Wave Systems with One-Bit ADCs
提出了一种在毫米波MIMO系统中联合估计载波频偏和窄带信道的方法。我们假设完美的定时同步，并使用提升技术将底层CFO信道优化问题转换到更高维的空间。利用毫米波MIMO信道在角度域的稀疏性，我们通过求解提升版本的噪声量化压缩感知问题，使用广义近似消息传递来执行联合估计。仿真结果表明，我们的方法是能够恢复的信道和CFO使用一位的测量。
2017-07-29 cs.IT math.IT
Dominant Channel Estimation via MIPS for Large-Scale Antenna Systems with One-Bit ADCs
在大规模天线系统中，使用一位模数转换器（ADC）近来变得重要，因为它们提供了功率和成本的显著降低。然而，与高分辨率ADC相比，1位ADC的粗量化会导致信息的不可逆丢失。在信道估计的背景下，已经广泛地开发了研究以对抗由一位ADC引起的性能损失。此外，在阵列信号处理领域，结合一位ADC的波达方向（DOA）估计最近得到了越来越多的关注，以最大限度地减少估计误差。在本文中，提出了一种用于1位ADC的通道估计器，其中通道的特征在于其角度几何形状，例如，均匀线性阵列（ULA）。目标是估计多个路径中的主导信道。所提出的信道估计器首先找到DOA估计使用最大内积搜索（MIPS）。然后，信道衰落系数估计使用对数似然函数的对数。还研究了1位ADC固有的限制，这是由于幅度信息的丢失造成的。
2018-08-21 cs.IT eess.SP math.IT
Wideband Channel Estimation for Hybrid Beamforming Millimeter Wave Communication Systems with Low-Resolution ADCs
潜在的巨大频谱资源使毫米波通信成为一项很有前途的技术。由于用于波束成形以克服大的传播损耗的大量天线和模数转换器（ADC）而导致的高功耗在实践中是有问题的。由于混合波束成形架构和低分辨率ADC被认为可以降低功耗，因此毫米波信道的估计变得具有挑战性。我们评估了几种信道估计算法的宽带毫米波系统的混合波束形成和低分辨率ADC。通过仿真，我们表明：1）在感兴趣的SNR范围内，具有最小二乘估计的无限位ADC的信道估计性能比具有正交匹配追踪（OMP）的1位ADC差，2）当使用OMP时，三位和四位量化器可以实现接近未量化情况的信道估计性能，3）如果利用足够的帧，则具有单个RF链的接收器可以产生比具有四个RF链的接收器更好的估计，以及4）对于一位ADC，利用更高的发射功率和更多的帧来增强性能在某个点之后对估计性能产生不利影响。
2017-10-29 cs.IT math.IT
A Two-stage Approach to Estimate CFO and Channel with One-bit ADCs
在这封信中，我们提出了一个两阶段的方法来估计载波频率偏移（CFO）和信道与一位模数转换器（ADC）。首先，提出了一个简单的度量，它只是一个函数的CFO，并通过求解一维优化问题的CFO估计。其次，利用广义近似消息传递（GAMP）算法结合期望最大化（EM）方法进行信道估计。为了提供一个基准，我们提出的算法在CFO估计方面，相应的Cramér-Rao界（CRB）的推导。数值结果表明，该方法在一般高斯信道和毫米波信道下都是有效的.
2018-11-21 cs.IT math.IT
On the Capacity of Massive MIMO With 1-Bit ADCs and DACs at the Receiver and at the Transmitter
本文研究了在复值加性高斯白噪声（AWGN）干扰下，发射机和接收机均采用1位数模转换器（DAC）和1位模数转换器（ADC）的大规模多输入多输出（MIMO）系统的容量。作为1比特DAC和ADC的结果，假设发送和接收的符号以及发送和接收侧信道状态信息（CSI）被量化为1比特的信息。导出的结果表明，所考虑的大规模MIMO系统的容量是$2N$和$2M$比特每信道使用时，$N$是固定的和$M\to\infty$和$M$是固定的和$N\to\infty$，其中$M$和$N$分别表示发送和接收天线的数量。这些与在发射机和接收机处具有全CSI的相应容量一致。在这两种情况下，我们表明，派生的容量可以实现与噪声1比特CSI在发送端或在接收端，而没有任何CSI在另一端。此外，我们表明，容量可以实现在一个信道使用，而不采用信道编码，这将导致在一个信道使用的延迟。
2019-11-12 cs.IT math.IT
Channel Estimation in MIMO Systems with One-bit Spatial Sigma-delta ADCs
本文主要研究了单用户和多用户MIMO系统中的信道估计问题，其中多天线基站配备了1位空间Σ-Δ模数转换器。仔细选择1位Σ-Δ型ADC反馈环路中使用的量化电压电平和相移对于提高其有效分辨率至关重要。我们首先建立了1位空间Σ-Δ型ADC的量化噪声模型。使用开发的噪声模型，然后，我们提出了一个两步信道估计算法来估计多径信道参数的增益，到达角（AoAs），和出发角（AoDs）。具体地，在第一步骤中，使用均匀地激励所有角度的上行链路导频来估计AoA和路径增益。接下来，在第二步骤中，通过递归二分法逐步细化上行链路波束来估计AoD。对于这种算法，我们提出了一种技术来选择量化电压电平和相移。通过数值仿真，我们证明了所提出的参数信道估计算法，MIMO系统与1位空间Σ-Δ ADC的性能显着优于那些与常规的1位ADC，并与MIMO系统与高分辨率ADC。
2021-09-19 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
Massive MU-MIMO-OFDM Uplink with Direct RF-Sampling and 1-Bit ADCs
模数转换器（ADC）技术的进步为直接对宽带射频（RF）信号进行数字化提供了可能性，从而避免了模拟下变频的需要。在这项工作中，我们考虑了一个基于正交频分复用（OFDM）的大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）上行链路系统，该系统依赖于在基站直接RF采样和数字化接收到的RF信号与1位ADC。利用Bussgang定理，我们提供了一个解析表达式的误差矢量幅度（EVM）实现的数字下变频和迫零合并。我们的结果表明，直接RF采样1位ADC实现低EVM，并支持大规模MU-MIMO-OFDM上行链路中的高阶星座。
2019-07-16 cs.IT eess.SP math.IT
Study of Iterative Detection and Decoding for Large-Scale MIMO Systems with 1-Bit ADCs
针对大规模多用户多天线系统的上行链路，提出了一种新的迭代检测和译码方案。为了降低接收机的能量消耗和计算复杂性，在前端采用了1位模数转换器。由于1比特量化的性能损失可以通过使用大规模天线阵列来减轻。我们提出了一种线性低分辨率感知的最小均方误差检测器的软多用户干扰缓解。此外，短块长度的低密度奇偶校验码被认为是为了避免高延迟。在信道译码器中，设计了一种带比例因子的准均匀量化器，以降低LDPC码的误码平层。仿真结果表明，该系统在比特出错率方面的良好性能相比，以前的工作。
2017-12-23 cs.IT math.IT
Quantization Design and Channel Estimation for Massive MIMO Systems with One-Bit ADCs
研究了上行链路多用户大规模MIMO系统的信道估计问题。为了显著降低系统的硬件成本和功耗，在基站（BS）使用1位模数转换器（ADC）对接收信号进行解调。由于粗量化导致的严重失真，1比特大规模MIMO系统的信道估计具有挑战性。以前的研究表明，需要非常长的训练序列才能获得可接受的性能。本文研究了一比特大规模MIMO系统中信道估计的最优一比特量化设计问题。我们的分析表明，如果量化阈值是最佳设计的，使用一位ADC可以实现的估计误差接近（增加了一个因素的$π/2$），一个理想的估计器，可以访问未量化的数据。然而，最佳量化阈值取决于未知的信道参数。为了应付这个困难，我们提出了一个自适应量化（AQ）的方法，其中的阈值自适应调整的方式，使阈值收敛到最佳阈值，和随机量化（RQ）计划，随机生成一组不相同的阈值的基础上的一些统计先验知识的信道。仿真结果表明，我们提出的AQ和RQ方案，由于他们明智地设计的阈值，提出了一个显着的性能改善传统的固定量化方案，使用一个固定的（通常为零）阈值，同时实现了大量的训练开销减少信道估计。特别地，即使具有中等数量的导频符号（大约是用户数量的5倍），AQ方案也可以提供接近于完美信道状态信息（CSI）情况的可实现速率的可实现速率。
2017-04-16 cs.IT math.IT
The Distributed MIMO Scenario: Can Ideal ADCs Be Replaced by Low-resolution ADCs?
这封信考虑了分布式天线系统的架构，该系统由大量单天线远程无线电头（RRH）组成，其中一些具有全分辨率，但另一些具有低分辨率模数转换器（ADC）接收器。该架构的高能效和低成本实现在很大程度上推动了其发展。我们推导出假设频率平坦信道和最大比合并（MRC）的系统的最坏情况的上行链路频谱效率（SE），并且揭示SE随着低分辨率ADC的量化比特数的增加而增加，并且SE随着具有低分辨率ADC的RRH的数量的增加而收敛。我们的研究结果还表明，一个很大的改善，可以通过添加大部分的RRH与低分辨率ADC接收机，如果足够的量化精度和可接受的比例的高到低分辨率的RRH使用。
2017-05-15 cs.IT math.IT
Semi-Supervised Learning Detector for MU-MIMO Systems with One-bit ADCs
研究了一种采用1位模数转换器（ADC）的上行链路多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统。对于这样的系统，监督学习（SL）检测器最近已被提出通过建模成一个参数化的Bernoulli类模型的非线性端到端的系统功能。尽管SL检测器具有吸引人的性能，但它需要大量的标记数据（即，导频信号）来精确地估计基础模型的参数。这是因为参数的数量随着用户的数量呈指数增长。为了克服这个缺点，我们提出了一种半监督学习（SSL）检测器，其中两个导频信号（即，标记的数据）和数据信号的某一部分（即，未标记的数据）用于通过期望最大化（EM）算法估计参数。通过仿真结果，我们表明，建议的SSL检测器可以达到现有的SL检测器的性能，显着降低导频开销。
2019-02-03 cs.IT math.IT
Capacity analysis and bit allocation design for variable-resolution ADCs in Massive MIMO
我们推导出一个表达式的容量大规模多输入多输出毫米波（毫米波）信道的接收机配备了一个可变分辨率的模数转换器（ADC）和混合组合器。示出的能力是一个函数的Cramer-Rao下界（CRLB）为一个给定的比特分配矩阵和混合组合器。推导了接收机功率约束下最佳ADC比特分配的条件。这是基于相对于给定信道的比特分配矩阵、混合预编码器和混合组合器的容量的最大化而导出的。结果表明，这个条件与使用CRLB最小化艾哈迈德等人提出的。蒙特卡洛模拟表明，使用所提出的条件计算的容量与使用穷举搜索比特分配获得的容量非常接近。
2018-09-08 cs.IT eess.SP math.IT
Transceiver Design with Low-Precision Analog-to-Digital Conversion : An Information-Theoretic Perspective
现代通信接收机架构以数字信号处理（DSP）为中心，其中大部分接收机处理是对模数转换（ADC）之后获得的数字信号执行的。在本文中，我们探讨了香农理论的性能限制时，ADC精度急剧下降，从典型值的8-12位在当前的通信收发器中使用的，1-3位。目标是深入了解以DSP为中心的收发器架构在通信带宽扩展时是否可行，并认识到高采样率下的高精度ADC要么不可用，要么成本太高或功耗太大。具体而言，我们评估了理想的实离散时间加性高斯白噪声（AWGN）信道下，输入的平均功率约束的低精度ADC施加的通信限制。对于具有K个量化仓的ADC（即，精度为log 2 K位），我们表明，香农容量是可实现的离散输入分布，最多K + 1质量点。对于2 bin（1位）对称ADC，该结果经过收紧，以表明二进制对映信号对于任何信噪比（SNR）都是最佳的。对于多位ADC，通过数值计算计算容量，所得结果用于对低精度ADC的系统设计进行以下令人鼓舞的观察：（a）即使在高达20 dB的适度高SNR下，2-3比特量化也仅导致频谱效率降低10-20%，这对于大通信带宽是可接受的，（b）具有设置为实现最大似然硬判决的ADC阈值的标准等概率脉冲幅度调制在高SNR下是渐近最佳的，并且在低到中等SNR下也工作良好。
2008-04-08 cs.IT math.IT
Spectral Efficiency Analysis of Massive MIMO-OFDM Systems with Double Quantization
TUBITAK BILGEM（土耳其科学技术研究理事会信息与信息安全研究中心）；Istanbul Technical University（伊斯坦布尔理工大学）；Bilkent University（比尔肯大学）
本研究分析大规模MIMO-OFDM系统在双量化下的上行频谱效率，推导了线性最小均方误差信道估计器，发现ADC与前传量化分辨率影响相当，低分辨率为主导限制因素，六位量化可达理想SE的90%以上。
2026-10-08 cs.IT math.IT
Limited Feedback in Multiple-Antenna Systems with One-Bit Quantization
具有低分辨率模数转换器（ADC）的通信系统可以在发射机（CSIT）和接收机处利用信道状态信息。本文介绍了一位ADC有限反馈系统的码本设计和性能分析的初步结果。与高分辨率情况不同，当接收信号由1位ADC切片时，接收器处的绝对相位对于对齐接收信号的相位很重要。提出了一种新的码本设计波束形成的情况下，分别量化的信道方向和残余相位。
2015-12-21 cs.IT math.IT
Narrowband Channel Estimation for Hybrid Beamforming Millimeter Wave Communication Systems with One-bit Quantization
毫米波（mmWave）频谱由于其巨大的可用带宽而引起关注。毫米波频带中的高传播损耗需要使用大量天线进行波束成形。传统上，每个天线都与高速模数转换器（ADC）配对，这导致高功耗。为了降低功耗，人们提出了混合波束成形架构和一位分辨率ADC。然而，模拟波束成形和一比特量化使得信道估计更具挑战性。本文提出了一种基于广义近似消息传递（GAMP）的毫米波通信系统窄带信道估计算法。我们通过仿真表明，1）GAMP变体与一位ADC具有更好的性能比没有量化的最小二乘估计方法，2）所提出的一位GAMP算法实现了最低的估计误差的GAMP变体中，和3）利用更多的帧和RF链提高信道估计性能。
2018-05-30 cs.IT math.IT
Joint Source-Channel Coding with One-Bit ADC Front End
受新兴传感器网络和物联网应用中出现的实际约束的启发，研究了高斯测量在实单输入多输出（SIMO）加性高斯白噪声（AWGN）信道上的零延迟传输，并采用低分辨率模数转换器（ADC）前端。联合优化的编码器和解码器的映射下处理均方误差（MSE）失真和失真中断概率（DOP）的标准，与平均功率约束的信道输入。最佳的编码器和解码器的映射确定一位ADC前端下的两个标准。对于MSE失真，最佳的编码器映射被示出为一般是非线性的，而它往往是一个线性编码器在低信噪比（SNR）制度，和对映数字编码器在高SNR制度。这与在全精度前端存在的情况下在所有SNR值下线性编码的最优性形成对比。对于DOP准则，它表明，最佳编码器映射是分段常数，只能采取两个相反的值时，它是非零的。对于MSE失真和DOP标准，然后推导出$K$级ADC前端以及具有多个1位ADC的前端的必要最优性条件。这些条件用于获得数值优化的解决方案。广泛的数值结果也提供了，以获得洞察的最佳编码和解码映射的结构。
2017-05-31 cs.IT math.IT
Uplink Achievable Rate for Massive MIMO with Low-Resolution ADC
在这封信中，我们推导出一个大规模的多输入多输出（MIMO）天线系统的上行链路可达到的速率时，有限精度的模数转换器（ADC）和共同的最大比合并技术在接收机的近似解析表达式。为了得到这个表达式，我们把量化噪声作为一个加性量化噪声模型。考虑到得到的表达式，我们表明，低分辨率ADC导致可实现的速率下降，但性能损失可以通过增加接收天线的数量来补偿。此外，我们研究了天线数目与ADC分辨率之间的关系，以及功率-缩放定律。这些讨论支持在实际的大规模MIMO系统中配备低分辨率的高经济性ADC的可行性。
2015-12-02 cs.IT math.IT
Study of Channel Estimation Algorithms for Large-Scale Multiple-Antenna Systems using 1-Bit ADCs and Oversampling
具有大带宽的大规模多天线系统是未来无线通信的基础，其中基站采用大型天线阵列。在这种情况下，所面临的一个问题是随着接收天线的数量按比例增加而产生的大的能量消耗。近年来，低分辨率模数转换器（ADC）引起了人们的广泛关注。具体而言，1位ADC由于其低成本和低能耗而适合于此类系统。本文考虑上行链路大规模多天线系统，每个接收天线上的1位ADC。我们调查的好处，使用过采样信道估计的均方误差和符号出错率的性能。特别是，低分辨率意识的信道估计器的基础上开发的Bussgang分解的1位过采样系统和分析界的均方误差也进行了研究。数值结果表明，所提出的信道估计算法的性能和推导出的理论界。
2020-05-18 cs.IT eess.SP math.IT
Passive Beamforming Design and Channel Estimation for IRS Communication System with Few-Bit ADCs
利用智能反射表面（IRS）被证明是有效的，以提高无线网络的能量效率。在本文中，我们研究了被动波束形成和信道估计的IRS辅助无线通信与低分辨率的模数转换器（ADC）在接收端。利用Bussgang定理推导出了近似可达速率。基于推导出的解析可达速率表达式，我们使用半定规划（SDP），分支定界（BB），和基于梯度的方法，最大限度地提高可达速率。最大似然（ML）估计器，然后提出了考虑$\mathrm{1}$位量化ADC的信道估计。数值结果表明，所提出的波束形成设计和信道估计方法明显优于现有的方法。
2021-02-28 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Spatially/Temporally Correlated Massive MIMO Systems with One-Bit ADCs
本文考虑了大规模多输入多输出（MIMO）系统，使用一位模数转换器（ADC）的信道估计问题。以前的大规模MIMO信道估计技术使用一位ADC都是基于单次估计，而没有利用无线信道中固有的时间相关性。在本文中，我们提出了一种自适应信道估计技术，考虑到空间和时间相关性的大规模MIMO与一位ADC。我们首先使用Bussgang分解线性化的一位量化的接收信号。然后，我们采用卡尔曼滤波器估计的空间和时间相关的信道。由于量化噪声不是高斯的，我们假设有效噪声是具有相同统计量的高斯噪声以应用卡尔曼滤波。我们还实现了基于截断多项式展开的低复杂度信道估计器，性能损失可以忽略不计。数值结果表明，所提出的信道估计器可以提高估计精度显着利用信道的空间和时间的相关性。
2019-12-09 cs.IT eess.SP math.IT
Comparison of different coding schemes for 1-bit ADC
本文致力于比较不同的编码方案（Polar和LDPC码，乘积码和BCH码的各种构造）的情况下，在AWGN信道上传输信息时，量化具有尽可能低的复杂度和分辨率：1比特。我们检查性能（在帧错误率- FER）上述方案，并给出一些推理，我们得到的结果。对于给定的码率和码长，我们给出了选择编码方案的一些建议。
2022-11-19 cs.CR cs.IT math.IT
On the Spectral Efficiency of Massive MIMO Systems with Low-Resolution ADCs
低分辨率模数转换器（ADC）是大规模多输入多输出（MIMO）系统中显著降低射频电路功耗的一种很有前途的解决方案。在这封信中，我们研究了莱斯衰落信道下具有低分辨率ADC的大规模MIMO系统的上行链路频谱效率（SE），其中考虑了完美和不完美的信道状态信息。通过将低分辨率ADC的量化噪声建模为加性量化噪声，我们推导出具有典型最大比合并（MRC）接收机的大规模MIMO上行链路SE的易于处理的精确近似表达式。我们还分析了ADC分辨率、Rician $K$因子和天线数量对上行链路SE的影响。我们的推导结果表明，在大规模MIMO系统中，使用低成本和低分辨率的ADC仍然可以实现令人满意的SE。
2016-02-25 cs.IT math.IT
Overdemodulation for High-Performance Receivers with Low-Resolution ADC
研究了低分辨率模数转换器（ADC）接收机模拟解调器的设计。对于无限ADC分辨率，使用M = 2个正交正弦函数解调到基带（正交解调）是最佳设计选择。对于仅限于低幅度分辨率ADC的接收系统，我们在这里表明，这种经典的解调方法是次优的。为此，我们分析了理论信道参数估计性能的基础上，一个简单的悲观表征的费舍尔信息措施时，形成M > 2模拟解调信道之前，ADC与1位幅度分辨率。为了强调这里面也是真实的通信问题，我们提供了一个额外的讨论的行为下的香农信息测度过解调和1位量化。
2014-09-04 cs.IT math.IT
Joint Impact of ADC and Fronthaul Quantization in Cell-Free Massive MIMO-OFDM Uplink
Bilkent University（比尔肯特大学）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）
本文研究了大规模MIMO-OFDM上行链路中ADC和前haul量化的联合影响，提出了一种前haul策略以减少量化伪影，通过高效算法重建未量化的信号以提升传输效率。
2026-01-10 cs.IT eess.SP math.IT
Near Maximum-Likelihood Detector and Channel Estimator for Uplink Multiuser Massive MIMO Systems with One-Bit ADCs
在大规模多输入多输出（MIMO）系统中，对于每个天线元件具有高分辨率模数转换器（ADC）可能不是功率高效的。本文提出了一种用于上行链路多用户大规模MIMO系统的近最大似然（nML）检测器，其中每个天线连接到一对1位ADC，即，一个用于基带信号的每个实部和虚部。在所有可能的发送向量的穷举搜索在原来的最大似然（ML）检测问题所需的放松，制定ML估计问题。然后，ML估计问题转化为一个凸优化问题，可以有效地解决。使用该解决方案，基站可以对来自多个用户的发射信号执行简单的逐符号检测。为了进一步提高检测性能，我们还开发了一个两阶段的nML检测器，利用原始ML和建议（一阶段）nML检测器的结构。数值结果表明，所提出的nML检测器是足够有效的，以同时支持多个上行链路用户采用高阶星座，例如，16正交幅度调制。由于我们的检测器利用信道状态信息作为检测的一部分，因此还开发了一种ML信道估计技术，该技术具有与我们提出的nML检测器共享相同结构的一位ADC。所提出的检测器和信道估计器为大规模MIMO系统的上行链路提供了一个完整的低功耗解决方案。
2016-02-11 cs.IT math.IT
Single-User mmWave Massive MIMO: SVD-based ADC Bit Allocation and Combiner Design
针对单用户毫米波大容量多输入多输出接收机，提出了一种基于奇异值分解的变分辨率模数转换器（ADC）比特分配方案。我们推导出了功率约束下比特分配的最优性条件。该条件确保了在均方误差（MSE）意义上的最佳接收机性能。我们推导出MSE表达式，并表明它接近Cramer-Rao下界（CRLB）。CRLB被看作是模拟组合器、数字组合器和比特分配矩阵的函数。我们试图通过对组合器的结构做出适当的假设来最小化CRLB相对于比特分配矩阵。在此过程中，比特分配设计简化为一组简单的不等式，由ADC比特、信道奇异值和每条RF路径上量化噪声的协方差组成，从而得到一种简单且计算效率高的比特分配算法。使用模拟，我们表明，我们提出的比特分配的MSE性能是非常接近的全搜索（FS）的比特分配。与基于FS和遗传算法的$\cite{Zakir1}$比特分配算法相比，该算法的计算复杂度有一个数量级的提高
2018-04-23 cs.IT eess.SP math.IT
Multipair Massive MIMO Relaying Systems with One-Bit ADCs and DACs
本文研究了一种多对放大转发的大规模MIMO中继系统，中继端采用1位ADC和1位DAC。信道状态信息通过导频训练来估计，然后由中继器用于执行简单的最大比合并/最大比传输处理。利用的Bussgang分解，一个确切的可达到的速率推导出系统与相关的量化噪声。在此基础上，一个封闭形式的渐近近似的可达速率，从而使有效的评估的关键参数对系统性能的影响。此外，功率缩放定律的特点，以研究潜在的能源效率与部署大规模的一位天线阵列在中继。此外，功率分配策略的设计，以补偿所造成的粗量化的速率下降。我们的研究结果表明，信道估计的质量取决于所使用的特定的正交导频序列，相反，任何一组正交导频序列给出相同的结果的非量化系统。此外，双量化中继系统与理想非量化系统之间的和速率差距是低功率区中的$4/π^2$的适度因子。
2017-03-25 cs.IT math.IT
Online Shaping for ISI Channels with a Limited Number of ADC Bits
提出了一种在具有码间干扰（ISI）和接收机模数转换器（ADC）噪声的高斯信道中实现高性能通信的在线成形技术。该技术使用在线发射机预编码脉冲幅度调制（PAM）星座，旨在塑造符号分布，使峰值功率约束在信道输出得到满足。迭代解码器在修改的M-BCJR模块和turbo解码器之间共享信息，修改的M-BCJR模块在线计算成形分布的网格转移概率。其结果是所需的ADC有效位数（ENOB）减少，这在现代高速有线链路中特别有吸引力。理论界分析得出，使评估可能的增益使用整形。在实际情况下，旨在通过印刷电路板传输200 Gbps和400 Gbps，我们在模拟中证明了整体ENOB增益高达1.43位和1.78位，分别与均匀的4-PAM传输与涡轮均衡在接收器侧。
2020-10-14 cs.IT eess.SP math.IT
A Low-Complexity Soft-Output wMD Decoding for Uplink MIMO Systems with One-Bit ADCs
研究了一种采用1位模数转换器（ADC）的上行链路多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，其中具有单发射天线的$K$用户与具有$N_{\rm r}$接收天线的基站（BS）通信。在该系统中，最近提出了一种新的MU-MIMO检测方法，称为加权最小距离（wMD）解码，通过引入一个等效的编码问题。尽管其具有吸引人的性能，但wMD解码在实践中具有两个限制：i）硬判决输出可以降低信道码的性能; ii）计算复杂性随着$K$呈指数增长。为了解决这些问题，我们首先提出了一种软输出wMD解码，其有效地计算软度量（即，对数似然比）。然后，我们通过引入{ \em分层码划分}来构造低复杂度（软输出）wMD解码。该方法可以看作是汉明空间中的球形译码，因为搜索空闲被显著地减少。最后，我们证明了所提出的方法显着执行国家的最先进的方法具有可比的复杂性。
2017-07-13 cs.IT math.IT
Directional Frame Timing Synchronization in Wideband Millimeter-Wave Systems with Low-Resolution ADCs
在本文中，我们提出并评估了一种新的波束成形策略，用于宽带毫米波（mmWave）系统中的定向帧定时同步，该系统采用低分辨率模数转换器（ADC）。在所采用的系统模型中，我们假设在基站处配备的多个射频链在模拟域中同时形成多个同步波束。我们制定相应的定向帧定时同步问题作为一个最大最小多播波束形成问题下的低分辨率量化。我们首先表明，制定的问题不能有效地解决传统的基于单流波束成形的方法，由于大的量化损失和有限的波束码本分辨率。然后，我们开发了一种新的多波束探测为基础的定向同步策略，目标是最大限度地提高所有用户之间的最小接收同步信号量化加噪声比（SQNR）。利用一个共同的同步信号结构设计，所提出的方法合成一个有效的复合波束从同时探测波束，以更好地权衡波束形成增益和量化失真。数值结果表明，对于宽带毫米波系统与低分辨率ADC，我们提出的方法的定时同步性能优于现有的方法，由于在接收同步SQNR的改善。
2018-09-08 cs.IT math.IT
Zero-Delay Source-Channel Coding with a One-Bit ADC Front End and Correlated Side Information at the Receiver
考虑了高斯信源在加性高斯白噪声（AWGN）信道上的零延迟传输，前端采用1位模数转换器（ADC），接收端采用相关边信息。最佳编码器和解码器的设计进行了研究的两个性能标准，即，均方误差（MSE）失真和失真中断概率（DOP），在信道输入的平均功率约束下。对于这两个标准，必要的最优性条件的编码器和解码器的推导。使用这些条件，它是观察到的数值优化编码器（NOE）下的MSE失真准则是周期性的，其周期与源和接收器侧信息之间的相关性增加。对于DOP，可以看到NOE映射周期性地获得正值和负值，其随着源幅度的增加而衰减到零，并且映射取非零值的间隔随着源和边信息之间的相关性而变得更宽。
2019-12-17 cs.IT math.IT
Message passing-based joint CFO and channel estimation in millimeter wave systems with one-bit ADCs
当使用大型天线阵列时，毫米波（mmWave）下的信道估计具有挑战性。先前的工作已经通过基于压缩感测的算法来利用毫米波信道的稀疏性质进行信道估计。然而，这些算法中的大多数假设完美同步，并且容易受到由于载波频率偏移（CFO）和相位噪声而产生的相位误差的影响。最近，稀疏感知，非相干波束形成算法，是强大的相位误差被提出用于窄带相控阵系统与全分辨率模数转换器（ADC）。然而，这种基于能量的算法对于接收机处的重量化不鲁棒。在本文中，我们开发了一种联合CFO和宽带信道估计算法，可扩展到不同的毫米波架构。我们的方法利用毫米波MIMO信道的角度延迟域中的稀疏性，除了相位误差矢量的可压缩性。我们制定的联合估计作为一个稀疏的双线性优化问题，然后使用消息传递恢复。我们还给出了一个有效的实现广义双线性消息传递算法的联合估计毫米波系统与一位ADC。仿真结果表明，即使在存在相位噪声的情况下，我们的方法也能够压缩地恢复CFO和信道。
2018-06-17 cs.IT math.IT
On the Capacity of MISO Channels with One-Bit ADCs and DACs
一位无线收发器是一种很有前途的通信架构，它不仅可以方便毫米波通信系统的设计，而且可以极大地降低功耗。然而，在收发器处由一比特量化引起的非线性失真效应改变了通信速率的基本限制。在本文中，一个多输入单输出（MISO）衰落信道的容量与1比特收发机的特点是在一个封闭的形式时，完美的信道状态信息（CSI）在发送器和接收器都可用。一个主要的发现是，容量实现传输策略是均匀地使用四个多维星座点。四个多维星座点被最佳地选择为信道和信噪比（SNR）的函数之间的信道输入集构造的空间点阵调制方法。作为一个副产品，它示出，几个比特的CSI反馈足以实现的能力。对于CSI不完全知道的情况下，接收机，实际的信道训练和CSI反馈方法，有效地利用推导出的容量实现传输策略。
2018-11-14 cs.IT math.IT
Resolution-Adaptive Hybrid MIMO Architectures for Millimeter Wave Communications
在本文中，我们提出了一种混合模拟-数字波束形成架构与分辨率自适应ADC的毫米波（毫米波）接收机与大型天线阵列。我们采用阵列响应向量的模拟组合器和ADC的位分配（BA）的解决方案，在封闭的形式。BA解决方案表明，ADC的最佳位数与RF链的信噪比的1/3次方成比例。使用的解决方案，两个建议的BA算法最小化接收到的模拟信号的均方量化误差下的总ADC功率约束。本文的贡献包括：1）ADC比特分配算法，以提高通信性能的混合MIMO接收机，2）近似的容量与BA算法作为信道的函数，和3）的遍历速率的最坏情况下的分析建议MIMO接收机，量化系统的权衡，并作为下界。仿真结果表明，BA算法在频谱和能量效率方面优于固定ADC方法，并验证了容量和遍历速率公式。对于与固定4位ADC等效的功耗约束，改进的BA算法使量化误差可以忽略不计，同时实现了22%的能效提升。具有可忽略不计的量化误差允许现有的国家的最先进的数字波束形成器容易地应用到所提出的系统。
2017-08-16 cs.IT math.IT
Channel Estimation for RIS-aided mmWave Massive MIMO System Using Few-bit ADCs
毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（massive multiple-input multiple-output，massive MIMO）是第五代及以后无线通信系统中最有前途的技术之一。然而，大量的天线导致高功耗和硬件成本，并且高频通信给基站（BS）处的模数转换器（ADC）带来沉重的负担。此外，在大型天线阵列系统中为每个天线配备高精度ADC成本太高。采用低分辨率ADC来解决这个问题是有希望的。在本文中，我们研究了毫米波大规模MIMO系统的级联信道估计的可重构智能表面（RIS）与BS配备了几位ADC的辅助。由于级联信道的低秩特性，级联信道的估计可以用低秩矩阵完备化问题来表示。本文提出了一种贝叶斯最优信道估计框架，用于估计用户-基站-基站级联信道，以解决量化带来的信息丢失问题。为了实现估计器和实现矩阵完成，我们使用高效的双线性广义近似消息传递（BiG-AMP）算法。大量的仿真结果表明，我们提出的方法可以准确地估计级联信道的RIS辅助毫米波大规模MIMO系统与低分辨率ADC。
2023-01-26 cs.IT eess.SP math.IT
Spectral Efficiency of Mixed-ADC Massive MIMO
研究了一个混合ADC的大规模MIMO系统的频谱效率（SE），在该系统中，K个单天线用户与一个基站（BS）通信，该基站配备M个天线，连接到N个高分辨率ADC和M-N个1位ADC。这种架构已被提出作为实现具有合理功耗的大规模MIMO系统的方法。首先，我们研究了混合ADC架构在克服粗量化引起的信道估计误差方面的有效性。对于信道估计阶段，我们研究仅利用N << M对高分辨率ADC就可以在多大程度上对抗SE损失。我们扩展了混合ADC系统的循环训练方案，包括高分辨率和一位量化观测。然后，我们分析了在数据检测阶段产生的信道估计误差的影响。我们考虑随机高分辨率ADC分配，并分析了一个简单的天线选择方案，以增加SE。最大比合并（MRC）和数值结果的SE推导出解析表达式迫零（ZF）检测。通过与具有统一ADC分辨率的系统和没有循环训练的混合ADC系统进行性能比较，说明每种方法在何种条件下具有最大优势。
2018-04-30 cs.IT math.IT
Optimal Bit Allocation Variable-Resolution ADC for Massive MIMO
在本文中，我们推导了在功率约束下配备可变分辨率ADC的单用户（SU）毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（Ma-MIMO）接收机的最佳ADC比特分配（BA）条件，其标准如下：（i）最小化所接收信号的均方误差（MSE），量化和组合的符号向量，以及（ii）最大化包含混合预编码器和组合器的SU毫米波Ma-MIMO信道的容量。在两个准则下的最优BA结果相同。我们共同设计了基于信道奇异值分解的混合合路器。我们证明了改进建议的最佳BA的基础上最小化的均方量化误差（MSQE）的BA。使用Monte-Carlo模拟，它表明，所提出的BA的MSE和容量性能是非常接近的穷举搜索（ES）。所提出的技术的计算复杂度进行了比较ES和MQSE BA算法。
2019-02-09 cs.IT eess.SP math.IT
An Energy Efficiency Perspective on Massive MIMO Quantization
大规模MIMO（MaMi）的一个基本方面是当前研究的焦点，即其使用低成本和节能硬件的潜力。人们经常声称，MaMi将允许使用分辨率非常低的模数转换器（ADC），这将导致能源效率的整体提高。在这方面的贡献，我们进行了参数的能量效率分析的MaMi上行链路的整个基站接收机系统与不同的ADC分辨率。分析表明，对于各种系统参数，具有中间位分辨率（4 - 10位）的ADC在能量效率意义上是最佳的，并且使用非常低的位分辨率会导致能量效率的降低。
2016-12-07 cs.IT math.IT
Analysis of Ergodic Rate for Transmit Antenna Selection in Low-Resolution ADC Systems
本文分析了低分辨率模数转换器（ADC）系统中单发射天线选择（TAS）的遍历速率。使用低分辨率ADC是多天线系统的潜在功耗降低解决方案。采用TAS的低分辨率ADC系统可以进一步降低无线收发器的成本和功耗。考虑这类系统，我们用TAS导出了遍历速率的近似下界。在这里，我们利用近似分布的威布尔随机变量的总和，以解决在分析量化误差所涉及的挑战。然后，我们推导出近似遍历速率与TAS的单接收天线在封闭的形式，揭示了TAS增益在低分辨率ADC系统。推导了粗量化下单发射单接收天线系统的上界，并与TAS系统的遍历速率进行了比较。分析表明，TAS方法实现了一个很大的改善遍历率与适当数量的发射天线。仿真结果验证了所推导的遍历速率和由此产生的直观。
2019-01-25 cs.IT math.IT
Channel Estimation and Data Detection Analysis of Massive MIMO with 1-Bit ADCs
针对大规模多输入多输出上行链路系统中采用1位模数转换器（ADC）和i.i.d.的信道估计和数据检测问题，提出了一种分析框架。瑞利衰落首先，我们提供了封闭形式的表达式的均方误差（MSE）的信道估计考虑到国家的最先进的线性最小均方误差估计和缩放最小二乘估计类。对于数据检测，我们提供了封闭形式的表达式的期望值和方差的估计符号时，采用最大比合并，这可以被利用来有效地实现最小距离检测，并潜在地，设计一组发送符号。我们的分析结果明确取决于关键系统参数，如信噪比（SNR），用户设备的数量和导频长度，从而使1位ADC的信道估计和数据检测的性能的精确表征。所提出的分析突出了一个基本的SNR权衡，根据该权衡，在正确的噪声水平下工作可以显著提高系统性能。
2021-11-16 cs.IT eess.SP math.IT
An Optimal Low-Complexity Energy-Efficient ADC Bit Allocation for Massive MIMO
固定低分辨率模数转换器（ADC）有助于降低工作在大带宽下的毫米波大容量多输入多输出（Ma-MIMO）接收机的功耗。但是，它们并不能保证最佳的能源效率（EE）。已有研究表明，在Ma-MIMO接收机中采用可变分辨率（VR）ADC可以在提供更好的EE的同时，提高系统的均方误差（MSE）和吞吐量。我们推导出一个表达式EE作为一个函数的Cramer-Rao下界的MSE的接收，合并，和量化的信号。通过在功率约束下最大化EE，得到了最优BA条件。我们表明，由此获得的最佳BA是完全相同的使用蛮力BA的计算复杂性显着降低。我们还研究了EE的性能和计算复杂性的启发式算法，产生一个接近最优的解决方案。
2021-04-12 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Multiuser Massive MIMO Systems with One-Bit ADCs: A Coding-Theoretic Viewpoint
研究了一种基于1比特模数转换器（ADC）的上行链路多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统，在该系统中，具有单天线的$K$用户与具有$n_r$天线的基站（BS）通信。在这个系统中，我们提出了一个新的MIMO检测框架，这是受编码理论的启发。所提出的框架的关键思想是使用完全由非线性MIMO信道矩阵表征的编码函数来创建长度为$n_r$且速率为$K/n_r$的非线性码$\Cc$。由此，多用户MIMO检测问题被转换成等效信道编码问题，其中，在每个具有不同交叉概率的$n_r$并行二进制对称信道上发送$\Cc$的码字。Levereging这一框架，我们开发了一个最大似然解码方法，并表明，最小距离的$\Cc$是强相关的分集阶。此外，我们提出了一个实际的实施方法时，所提出的框架的信道状态信息是不知道的BS。所提出的方法是使用训练序列在BS处估计码$\Cc$。然后，应用所提出的{ \em加权}最小距离解码。仿真结果表明，该方法在合理的训练开销下，几乎达到了理想的性能。
2017-02-02 cs.IT math.IT
One-Bit Massive MIMO: Channel Estimation and High-Order Modulations
我们调查的信息理论吞吐量可实现的衰落通信链路时，接收机配备了一位模数转换器（ADC）。该分析是针对发射机和接收机都没有关于衰落信道实现的先验信息的情况进行的。这意味着需要在接收器处基于一比特量化信道输出来获取信道状态信息。我们表明，最小二乘（LS）信道估计结合联合导频和数据处理的容量实现在单用户，单接收天线的情况下。我们还研究了在一个大规模的多输入多输出系统，其中每个元素的天线阵列在接收基站饲料一位ADC的上行链路的吞吐量。我们表明，LS信道估计和最大比合并足以支持多用户操作和使用高阶星座。尽管1位ADC引入了严重的非线性，但这一点仍然成立。
2015-05-05 cs.IT math.IT
Fundamental Limits for Jammer-Resilient Communication in Finite-Resolution MIMO
本文研究了有限分辨率 ADC 下 MIMO 抗干扰通信的基本极限，证明强干扰会导致 ADC 饱和或量化噪声淹没信号，推导出互信息随干扰功率趋于零的界限，并指出每增加 6.02 dB 干扰功率需增加 1 比特分辨率以维持通信。
2024-08-27 cs.IT math.IT
