Closed Form Secrecy Capacity of MIMO Wiretap Channels with Two Transmit Antennas
高斯多输入多输出（MIMO）窃听信道模型。输入端是一个双天线发射器，而输出端是合法的接收器和窃听器，两者都配备了多个天线。假设所有信道都是已知的。在功率约束条件下，得到了满足保密容量的最优输入协方差矩阵，并给出了保密容量的封闭表达式。
2011-07-27 cs.IT math.IT
The Capacity Region of the MIMO Interference Channel and its Reciprocity to Within a Constant Gap
对于每个节点具有任意数量天线的2用户多输入多输出（MIMO）高斯干扰信道（IC）的一般情况，其容量区域被表征为在与信道矩阵无关的恒定间隙内。Telatar和Tse在以前的工作中获得了一类干扰信道的可达速率区域和容量区域的外边界，作为所有可能的输入分布的并集。与以前的工作相比，MIMO IC，一个简单的和一个明确的可实现的编码方案在这里获得，并示出具有恒定的间隙容量属性，其中每个用户的公共和私人消息的子速率明确指定为每个可实现的速率对。因此，在这项工作中，通过首先建立明确的上限和下限的容量区域的恒定间隙容量的结果证明。还证明了互易性结果，即互易MIMO IC的容量在前向MIMO IC的容量区域的恒定间隙内。
2013-02-15 cs.IT math.IT
MIMO Capacity Characterization for Movable Antenna Systems
在本文中，我们提出了一种新的多输入多输出（MIMO）通信系统与可移动天线（MA）利用天线位置优化，以提高容量。与传统的固定位置天线（FPA）MIMO系统不同，该系统可以灵活地改变发送/接收MA的位置，从而重新配置它们之间的MIMO信道，以实现更高的容量。我们的目标是表征MA使能的点对点MIMO通信系统的能力，通过联合优化的位置的发送和接收MA以及发送信号的协方差。首先，我们开发了一种高效的交替优化算法，通过迭代优化发射协方差矩阵和每个发射/接收MA的位置来找到局部最优解，其中其他变量是固定的。接下来，我们提出了低信噪比条件下容量最大化以及多输入单输出（MISO）和单输入多输出（SIMO）情况下复杂度较低的替代算法。数值结果表明，我们提出的MA系统显着提高MIMO信道容量相比，传统的FPA系统，以及各种基准计划，和有用的见解得出的MA系统的容量增益。
2022-10-11 cs.IT math.IT
MIMO Z-Interference Channels: Capacity Under Strong and Noisy Interference
针对多输入多输出高斯Z干扰信道，分别建立了强干扰和对齐强干扰情况下的信道容量域。这种信道的总速率容量是在噪声干扰下建立的。这些结果推广了标量高斯Z干扰信道的已知结果。
2009-11-24 cs.IT math.IT
On the Capacity Region and the Generalized Degrees of Freedom Region for the MIMO Interference Channel with Feedback
在本文中，我们研究了反馈对两个用户MIMO干扰信道的影响。具有反馈的MIMO干扰信道的容量区域的特征在于在恒定比特数内，其中该常数与信道矩阵无关。此外，它示出的MIMO干扰信道的反馈和它的互易干扰信道的容量区域是在一个恒定的比特数。最后，给出了带反馈MIMO干扰信道的广义自由度域的特征。
2013-09-14 cs.IT math.IT
Capacity and Error Rate Analysis of MIMO Satellite Communication Systems in Fading Scenarios
研究了静止轨道上单颗和多颗双极化卫星与地面移动多天线接收站构成的多输入多输出（MIMO）卫星系统的容量和出错率性能。我们评估了两个系统参数的影响，如卫星数量，接收天线的数量，和SNR和环境因素，包括大气信号衰减和信号相位干扰的整体系统性能上使用MIMO卫星系统的分析和空间模型。
2014-08-09 cs.IT math.IT
Capacity Limits and Multiplexing Gains of MIMO Channels with Transceiver Impairments
理想MIMO信道的容量具有高SNR斜率，其等于发射和接收天线的数量的最小值。这封信分析了当物理收发器损伤导致失真时，这一结果是否成立。我们证明分析，这样的物理MIMO信道有一个有限的容量上限，任何信道分布和SNR。因此，高SNR斜率下降到零。这似乎令人沮丧，但我们证明了令人鼓舞的结果，采用MIMO的相对容量增益至少与理想的收发器一样大。
2014-05-01 cs.IT math.IT
Deterministic Capacity of MIMO Relay Networks
中继网络的确定性容量是当中继仅限于传输\emph{reliable}信息时网络的容量，即源消息的（渐近）确定性函数。在本文中，它表明，确定性容量的MIMO中继网络的数量可以发现在低功率制度，其中$\SNR\to0$。这是通过推导单个字母的上限并找到这些上限的极限作为$\SNR\to0$来实现的。这种技术的优点是它克服了寻找互信息的最佳分布的困难。
2009-04-01 cs.IT math.IT
Capacity-Achieving Iterative LMMSE Detection for MIMO-NOMA Systems
针对上行链路非正交多址多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，提出了一种迭代线性最小均方误差（LMMSE）检测算法。迭代LMMSE检测通过将整个处理分离成许多低复杂度的分布式计算而大大降低了系统的计算复杂性。然而，它通常被认为是次优的，并且实现相对较差的性能。本文首先给出了MIMO-NOMA系统迭代检测的匹配条件和面积定理。基于所提出的匹配条件和面积定理，分析了迭代LMMSE检测的可达速率域。我们证明了通过适当设计迭代LMMSE检测器，它可以实现（i）MU-MIMO系统的最佳和容量，（ii）MU-MIMO系统容量区域中的所有最大极值点，（iii）两用户MIMO系统的整个容量区域。
2016-02-24 cs.IT math.IT
User Capacity of Pilot-Contaminated TDD Massive MIMO Systems
由于导频污染会导致信号干扰噪声比（SINR）饱和，因此被认为是时分复用（TDD）大规模多输入多输出（Massive MIMO）系统的主要限制因素。然而，导频污染将如何限制下行链路大规模MIMO的用户容量，即，可接受用户的最大数量尚未得到解决。本文给出了在导频污染的情况下，用户数大于导频序列长度的大规模MIMO用户容量的显式表达式。此外，实现用户容量的方案，即，上行链路导频训练序列和下行链路功率分配已经被识别。通过使用这种容量实现方案，可以满足每个用户的SINR要求，并且在大天线尺寸（LAS）机制中能量有效的传输是可行的。与两个非容量实现方案的比较突出了我们提出的方案在实现更高的用户容量方面的优越性。
2014-11-01 cs.IT math.IT
Mean Capacity of Spatially Semi-Correlated MIMO Fading Channel
研究了空间半相关平坦衰落信道下多输入多输出（MIMO）系统的平均容量。实际上，当发射机或接收机或两侧存在相关性时，由于信道协方差（CC），容量急剧下降。大多数现有的作品，到目前为止，考虑了传统的信道协方差矩阵，还没有完全构建。因此，我们提出了一个迭代信道协方差（ICC）矩阵使用矩阵分裂（MS）技术与保证零相关系数的情况下，下行链路相关MIMO信道，以最大化的平均容量。我们的数值结果表明，所提出的ICC方法实现了最大的信道增益与高信噪比（SNR）的情况。
2016-09-24 cs.IT math.IT
Extensions on `A Convex Scheme for the Secrecy Capacity of a MIMO Wiretap Channel with a Single Antenna Eavesdropper'
物理层安全性的一个关键度量是保密容量。这是一个系统在完全保密的情况下可以传输的最大速率。对于多输入多输出（MIMO）系统（5G、6G及更高版本的较新技术），保密能力尚未完全了解。对于高斯MIMO信道，保密容量是一个非凸优化问题，一般的解决方案是不可用的。作者以前的工作表明，具有单个窃听天线的MIMO系统的保密容量是凹到一个截止点。在这项工作中，它扩展了以前的文件，结果给出了该区域以外的截止点。它示出，对于某些参数，所提出的方案是凹到一个点，凸超越它，因此可以有效地解决使用现有的凸优化软件。
2022-09-30 cs.IT math.IT
Carnot machine-based massive MIMO communication capacity modeling and performance analysis
与传统热机中的能量流动过程类似，信息在通信系统中也是以能量和熵的形式流动的。结合热力学卡诺机和经典香农信息论，建立了一个广义热力学MIMO（multiple input multiple outputs）通信系统，分析了采用前向纠错码的信道容量。基于通信系统中的自由度和熵的概念，在热力学理论下提出了广义信道容量。此外，推导并仿真了所提出的信道容量与噪声自由度和编码开销之间的关系。仿真结果验证了所提出的信道容量与经典的信道容量是一致的。
2022-03-18 cs.IT math.IT
A Rigorous Proof of the Capacity of MIMO Gauss-Markov Rayleigh Fading Channels
研究了在时变单用户多输入多输出（MIMO）瑞利衰落信道中，在接收端具有完整的信道状态信息（CSIR）和平均功率约束条件下的消息传输问题。为了描述信道随时间的变化，我们考虑一阶高斯马尔可夫模型。我们完全解决了这个问题，给出了一个封闭形式的信道容量的单字母表征，并提供了一个严格的证明。
2022-04-13 cs.IT math.IT
On the Outage Capacity of Orthogonal Space-time Block Codes Over Multi-cluster Scattering MIMO Channels
多簇散射MIMO信道是研究微微蜂窝MIMO网络的有效模型。本文研究了在这种信道上的正交空时分组码传输，其中有效信道等于n个复高斯矩阵的乘积。一个简单而准确的封闭形式近似的信道中断容量已在此设置中导出。结果是有效的任意数量的集群n-1的散射体和任意的天线配置。数值结果提供了研究之间的相对中断性能的多簇和瑞利衰落MIMO信道，其中n=1。
2014-04-04 cs.IT math.IT
Approaching the Capacity of Large-Scale MIMO Systems via Non-Binary LDPC Codes
在本文中，应用非二进制低密度奇偶校验（NBLDPC）码的MIMO系统中，采用数百个天线的发射机和接收机已被提出。与公知的低复杂度MMSE检测一起，中等长度的NBLDPC码可以更接近MIMO容量进行操作，例如，电容间隙约为3.5 dB（最佳已知间隙大于7 dB）。为了进一步降低MMSE检测的复杂度，本文还提出了一种新的软输出检测方法，该方法在低信噪比区域具有良好的编码性能，同时复杂度降低了99%。用蒙特卡罗密度演化方法分析了算法的渐近性能。发现NBLDPC码可以在MIMO容量的1.6dB内操作。此外，NBLDPC码在大型MIMO系统中的优点与存在的不完美的信道估计和空间衰落相关，这两者都是大型MIMO系统的现实情况也指出。
2012-11-21 cs.IT math.IT
Capacity of Gaussian MIMO Bidirectional Broadcast Channels
我们考虑三节点网络的广播阶段，其中中继节点使用频谱高效的两阶段解码和转发协议在两个节点之间建立双向通信。在第一阶段中，两个节点将它们的消息发送到中继节点。然后，中继节点解码消息，并在第二阶段中广播它们的重新编码的组成。我们考虑高斯MIMO信道，并确定第二阶段的容量区域，我们称之为高斯MIMO双向广播信道。
2008-04-30 cs.IT math.IT
Towards the Secrecy Capacity of the Gaussian MIMO Wire-tap Channel: The 2-2-1 Channel
我们发现的2-2-1高斯MIMO窃听信道，其中包括一个发射机和一个接收机与两个天线，和一个窃听器与一个单一的天线。我们确定这个通道的保密能力，提出一个可实现的计划，然后开发一个紧的上限，满足建议的可实现的保密率。我们表明，对于这个通道，高斯信号的波束形成的形式是最佳的，没有预处理的信息是必要的。
2007-09-21 cs.IT math.IT
Capacity-Achieving Iterative LMMSE Detection for MIMO-NOMA Systems
针对非正交多址（NOMA）上行多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，研究了一种迭代线性最小均方误差（LMMSE）检测方法。众所周知，迭代LMMSE检测通过将整个处理分离成可以并行执行的许多低复杂度分布式计算来大大降低系统计算复杂性。然而，它通常被认为是次优的，并且由于其次优检测器而实现相对较差的性能。本文首先给出了MIMO-NOMA系统迭代检测的匹配条件和面积定理。基于匹配条件和面积定理，分析了迭代LMMSE检测的可达速率域。有趣的是，我们证明了通过适当地设计迭代LMMSE检测器，它可以实现（i）对称MIMO-NOMA系统的最佳容量，（ii）非对称MIMO-NOMA系统的最佳和容量，（iii）非对称MIMO-NOMA系统容量域中的所有最大极值点，（iv）两用户和三用户非对称MIMO-NOMA系统的整个容量域，在所有情况下都是分布式的。最后，针对一般的非对称MIMO-NOMA系统，提出了一种实用的迭代LMMSE检测器设计。
2016-04-28 cs.IT math.IT
On the Capacity of Doubly Correlated MIMO Channels
在本文中，我们分析了多输入多输出（MIMO）瑞利衰落信道的容量存在的空间衰落相关的发射机和接收机，假设信道是未知的发射机和接收机完全已知。我们首先推导出容量的精确特征函数的行列式表示，然后使用它来确定均值、方差、偏度、峰度和其他高阶统计量（HOS）的迹表示。这些结果使我们能够准确地评估两个相关的信息理论容量的措施-遍历容量和中断容量-和这样的MIMO信道的容量的HOS。本文提出的分析框架是有效的任意数量的天线和推广以前已知的结果独立同分布或单边相关MIMO信道的情况下，衰落相关存在于两侧。我们验证了我们的分析结果，通过比较它们与Monte Carlo模拟的相关模型的基础上现实的信道测量，以及一个经典的指数相关模型。
2005-09-27 cs.IT math.IT
Capacity Comparison between MIMO-NOMA and MIMO-OMA with Multiple Users in a Cluster
本文研究了多个用户组成簇时多输入多输出非正交多址接入（MIMO-NOMA）系统的性能。分析证明了MIMO-NOMA在总信道容量和各态历经总容量方面优于MIMO正交多址（MIMO-OMA）。此外，它表明，更多的用户被接纳到一个集群，较低的是实现的和速率，这说明了和速率和接纳的用户的最大数量之间的权衡。在此基础上，提出了一种在信干噪比门限相等时，总速率和接纳用户数均为最优的用户接纳方案。当这些阈值是不同的，所提出的计划仍然取得了良好的性能，在平衡这两个标准。此外，在一定条件下，它最大限度地接纳用户的数量。此外，所提出的计划的复杂性是线性的每个集群的用户数。仿真结果验证了MIMO-NOMA在总速率和用户公平性方面优于MIMO-OMA，以及所提出的用户接纳方案的有效性。
2017-06-08 cs.IT math.IT
Alternating Optimization for Capacity Region of Gaussian MIMO Broadcast Channels with Per-antenna Power Constraint
本文研究了具有天线功率约束（PAPC）的高斯MIMO广播信道的容量域。虽然在总功率约束（SPC）下的MIMO BC的容量域得到了广泛的研究，但在PAPC下的容量域却很少受到关注。一个原因是很难找到解决这个问题的有效办法。本文的目标是设计一个有效的算法来确定高斯MIMO BC的容量区域受PAPC，这是可扩展的问题的大小。为此，我们首先变换的加权和容量最大化问题，这是固有的非凸的输入协方差矩阵，到一个凸的制定在双多址信道的极大极小对偶。然后，我们结合交替优化和连续凸逼近的概念推导出一种计算效率高的算法。该算法实现了更低的复杂度相比，现有的邻域点方法。此外，数值结果表明，该算法收敛速度非常快，在各种情况下。
2017-05-17 cs.IT math.IT
A Riccati-Lyapunov Approach to Nonfeedback Capacity of MIMO Gaussian Channels Driven by Stable and Unstable Noise
本文证明了当噪声为非平稳和不稳定时，多输入多输出（MIMO）加性高斯噪声（AGN）信道的无反馈容量是一个渐近优化问题，它涉及滤波理论中的广义矩阵代数Riccati方程（ARE）和高斯系统稳定性理论中的矩阵李雅普诺夫方程。此外，条件被确定为，无反馈容量的表征对应于一致渐近每单位时间限制，在所有的初始分布，有限块或传输无反馈信息（FTwFI）容量的表征，这涉及到，两个广义矩阵差分Riccati方程（DREs）和矩阵差分李雅普诺夫方程。
2022-05-03 cs.IT math.IT
New Lower Bound on the Ergodic Capacity of Optical MIMO Channels
在本文中，我们提出了一个分析的多输入多输出（MIMO）光信道的遍历容量的下限。事实证明，将mt个输入（模式/核心）耦合到mr个输出（模式/核心）的光学MIMO信道矩阵可以被建模为m × m个Haar分布酉矩阵的子矩阵，其中m > mt，mr。使用来自酉系综的随机矩阵的本征值的概率密度可以用Christoffel-Darboux内核来表示的事实。我们提供了一个新的解析表达式的遍历能力的信号噪声比（SNR）的函数。此外，我们推导出一个封闭形式的下界表达式的遍历能力。此外，我们还推导出一个近似的遍历容量在低信噪比制度。最后，我们提出了数值结果支持的表达式。
2017-01-30 cs.IT math.IT
Capacity Scaling for MIMO Two-Way Relaying
考虑了一种多输入多输出（MIMO）双向中继信道，其中两个信源希望使用多个中继节点相互交换消息，并且信源和中继节点都配备有多个天线。假设两个源具有相等数量的天线，并且对于MIMO双向中继信道的所有信道具有完美的信道状态信息（CSI），然而，假设每个中继节点对于其发送和接收信道具有CSI（相干情况）或者对于任何信道都没有CSI（非相干情况）。本文的主要结果是在MIMO双向中继信道的容量区域的缩放行为随着中继节点的数量增加。在相干的情况下，MIMO双向中继信道的容量区域示出成比例线性与源节点处的天线的数量和grammically与中继节点的数量。在非相干的情况下，示出的容量区域与源节点处的天线的数量成线性比例，并且与信噪比成线性比例。
2008-04-07 cs.IT math.IT
On Uplink User Capacity for Massive MIMO Cellular Networks
在大规模MIMO网络中的性能受到导频污染限制的条件下，当使用不同的导频分配方案时，反向链路信号干扰比（SIR）表现出不同的分布。通过利用不同的正交导频序列组，与相邻小区之间的重用序列相反，所得到的SIR分布在使网络上的用户数量最大化同时为所有用户保持给定的服务质量（QoS）方面更有利。本文提供了一个简单的表达式，在这样的网络上的上行链路用户容量，并提出了上行链路用户容量的数字为选择的服务质量目标的导频分配方案。
2016-06-09 cs.IT math.IT
Channel Capacity Analysis of MIMO System in Correlated Nakagami-m Fading Environment
我们认为垂直贝尔实验室分层空时（V-BLAST）系统在相关的多输入多输出（MIMO）Nakagami-m衰落信道与相等的功率分配给每个发射天线，我们也认为，信道状态信息（CSI）是只在接收机。因此，为了实际应用，有必要对相关环境下的VBLASTMIMO系统进行研究。本文对相关和非相关信道条件下的信道容量进行了详细的研究，并利用适当的数学关系式对结果进行了验证。
2014-03-13 cs.IT math.IT
On Secrecy Capacity of Fast Fading MIMOME Wiretap Channels With Statistical CSIT
在本文中，我们考虑在各态历经瑞利快衰落多输入多输出多天线窃听（MIMOME）窃听信道的安全传输，只有统计信道状态信息在发射机（CSIT）。当合法接收方的天线数大于（或等于）窃听方的天线数时，通过建立一个新的保密容量上界，证明了部分CSIT下的第一个MIMOME保密容量。其关键步骤是通过将合法接收者的信道矩阵分成两个子矩阵，并将其中一个子矩阵设置为与窃听者的信道矩阵相同来形成MIMOME降级信道。接下来，在所有发射天线的总功率约束下，我们解析地解决了信道输入协方差矩阵优化问题，以充分表征MIMOME保密容量。通常，MIMOME优化问题是非凹的。然而，由于提出的降级信道，我们可以将随机MIMOME优化问题转化为舒尔凹问题，然后找到它的解决方案。除了总功率约束，我们还研究了保密容量时，发射机受到实际的每天线功率约束。相应的优化问题甚至更困难，因为它不是Schuar凹的。在这两种功率约束下，当合法接收方和窃听方的天线数相差足够大时，相应的MIMOME保密容量都可以随信噪比（SNR）而变化.然而，当合法的接收器和窃听者各自具有单个天线时，这样的SNR缩放对于两种情况都不存在。
2013-09-06 cs.IT math.IT
Message Transmission and Common Randomness Generation over MIMO Slow Fading Channels with Arbitrary Channel State Distribution
研究了在平均输入功率受限、加性高斯白噪声（AWGN）、任意状态分布和接收端可获得完整信道状态信息（CSIR）的单用户多输入多输出（MIMO）慢衰落信道中的消息传输问题和公共随机性（CR）生成问题.首先，我们推导出一个下限和上限的MIMO慢衰落信道的中断传输容量的任意状态分布，并表明，边界一致，除了可能在中断传输容量的不连续点，其中有，最多，可数多。为了证明中断传输容量的下界，我们还建立了一个特定的复合MIMO高斯信道的容量。其次，我们定义了中断CR容量的两个源模型与单向通信在MIMO慢衰落信道与任意状态分布，并建立一个下限和上限，它使用我们的MIMO慢衰落信道的中断传输容量的界限。
2022-10-21 cs.IT math.IT
Capacity of Compound MIMO Gaussian Channels with Additive Uncertainty
本文考虑了多输入多输出（MIMO）高斯信道上的可靠通信，其中信道矩阵在标称信道矩阵周围的有界信道不确定性区域内，即，复合MIMO高斯信道的实例。本文研究了复合MIMO高斯信道的最优发送协方差矩阵设计问题，其中信道不确定区域由谱范数表征。该设计问题是一个具有挑战性的非凸优化问题。然而，在本文中，我们发现，这个问题有一个隐藏的凸性属性，可以利用映射到一个凸优化问题的问题。我们首先证明了最优发送设计是将标称信道对角化，然后证明了复合MIMO高斯信道的容量与最小-最大信道容量之间的对偶间隙为零，这证明了Loyka和Charalambous的猜想（IEEE Trans. Inf. Theory，vol.58，no.4，pp. 2048-2063，2012）。证明这些结果的关键工具是一个新的矩阵行列式不等式和一些酉不变性质。
2013-06-04 cs.IT math.IT
Capacity Optimal Coded Generalized MU-MIMO
随着未来通信场景的复杂化，传统的多用户多输入多输出（MU-MIMO）信号处理技术大多基于高斯信号和独立同分布（IID）信道矩阵等理想假设，变得不可靠。因此，本文考虑了具有更一般假设的广义MU-MIMO（GMU-MIMO）系统，即，任意固定的输入分布，以及一般的酉不变信道矩阵。然而，目前还没有准确的容量分析和容量优化收发器的实际复杂度的GMU-MIMO编码约束下。为了解决这些问题，受副本方法的启发，利用著名的互信息和最小均方误差（MMSE）引理以及正交/矢量近似消息传递（OAMP/VAMP）的MMSE最优性，计算了固定输入分布下编码GMU-MIMO系统的约束和容量。然后，提出了一种容量最优的多用户OAMP/VAMP接收机，证明了其可达速率等于约束和容量。在此基础上，提出了多用户OAMP/VAMP系统的多用户码设计原则，并在此基础上设计了一种实用的多用户低密度奇偶校验（MU-LDPC）码。数值结果表明，所提出的多用户OAMP/VAMP MU-LDPC码的有限长度性能与约束和容量相差约2 dB，优于现有的最新方法。
2022-06-24 cs.IT math.IT
Practical MIMO-NOMA: Low Complexity & Capacity-Approaching Solution
MIMO-NOMA结合了多输入多输出（MIMO）和非正交多址（NOMA），可以解决异构挑战，如大规模连接，低延迟和高可靠性。本文提出了一种实用的编码MIMO-NOMA系统，该系统性能接近容量，实现复杂度低。具体而言，所采用的接收机由一个多用户线性最小均方误差（LMMSE）检测器和一个银行的单用户消息传递解码器，分解成分布式的低复杂度的计算的整体信号恢复。提出了一种渐进外信息传递分析方法来估计迭代接收机的性能，其中构造了在迭代译码角度与LMMSE检测器相匹配的实际信道码。因此，建议的编码MIMO-NOMA系统实现渐近性能在0.2 dB的理论容量。仿真结果验证了所提出的系统在实际环境中的可靠性和鲁棒性，包括各种系统负载，迭代次数，码长和信道条件。
2018-07-18 cs.IT math.IT
Capacity-Region-Achieving Sparse Regression Codes for MIMO Multiple-Access Channels
Zhejiang University（浙江大学）；Xidian University（西安电子科技大学）；Tsinghua University（清华大学）；Technical University of Berlin（柏林工业大学）
本文提出了一种用于MIMO多址信道的稀疏回归码编码框架，通过随机半单位正交字典矩阵实现多用户并行干扰抵消。理论推导了基于MA-OAMP接收机的最优编码原则，结合时间共享实现容量区域。
2026-07-07 cs.IT math.IT
On the Capacity of Large-MIMO Block-Fading Channels
我们的瑞利块衰落多输入多输出（MIMO）信道的容量在非相干设置的发射机和接收机没有先验知识的衰落信道的实现。我们证明，酉空时调制（USTM）是不是实现在高信噪比（SNR）制度的容量时，天线的总数超过衰落信道的相干时间（表示在符号持续时间的倍数），这种情况是相关的MIMO系统与大型天线阵列（大型MIMO系统）。这一结果肯定地解决了Zheng & Tse（2002）的一个猜想。实现容量的输入信号，我们称之为贝塔变量空时调制（BSTM），原来是一个酉各向同性分布的随机矩阵，和一个对角矩阵，其非零元素分布为适当大小的贝塔分布随机矩阵的特征值的平方根的产品。数值结果表明，在大MIMO系统中使用BSTM而不是USTM，对于实际感兴趣的SNR值，可以获得高达13%的速率增益。
2012-09-30 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity Analysis of Amplify-and-Forward MIMO Dual-Hop Systems
在信道状态信息仅在目的端可用的条件下，分析了放大转发MIMO双跳中继信道的遍历容量.与以前的结果相比，我们的表达式适用于任意数量的天线和任意中继配置。我们推导出一个表达式的确切遍历能力，简化的封闭形式的高信噪比制度的表达式，和紧密的封闭形式的上限和下限。这些结果是有可能采用最近的工具，从有限维随机矩阵理论推导出新的封闭形式的表达式的各种统计特性的等效AF MIMO双跳中继信道，如无序特征值的分布和某些随机行列式的属性。基于解析容量表达式，我们研究了系统和信道特性，如天线配置和中继功率增益的影响。我们还展示了一些有趣的双跳AF MIMO中继信道和传统的点到点MIMO信道在各种渐近制度之间的关系。
2008-11-27 cs.IT math.IT
Capacity Analysis of One-Bit Quantized MIMO Systems with Transmitter Channel State Information
随着新兴无线系统中带宽达到千兆赫量级，高分辨率模数转换器（ADC）成为功耗瓶颈。一种解决方案是采用低分辨率1位ADC。在本文中，我们分析了平坦衰落多输入多输出（MIMO）信道与一位ADC。假设信道状态信息在发射机和接收机处都是已知的。对于多输入单输出信道，我们推导了精确的信道容量。对于单输入多输出MIMO信道，得到了无限信噪比下的容量，并给出了有限信噪比下的容量上界，当信道满秩时，该上界是紧的。此外，我们提出了一种有效的方法来设计输入符号以接近容量实现解决方案。我们将毫米波信道特性，并找到无限的SNR容量的界限。结果显示了路径的数量和接收天线的数量如何影响容量。
2015-11-06 cs.IT math.IT
On The Capacity of Gaussian MIMO Channels Under The Joint Power Constraints
在总功率和天线功率联合约束（TPC和PAC）下，研究了固定高斯MIMO信道的容量和最优信令。虽然一般情况下仍然是一个开放的问题，一个封闭的形式的满秩的解决方案，以及其充分必要条件。建立了每个约束处于非活动状态的条件。高和低信噪比制度进行了研究。在前一种情况下，各向同性信令被示出为最优的，而秩-1信令（波束成形）在后一种情况下不一定是最优的。指出了联合约束下最优协方差的奇异性。
2018-08-31 cs.IT math.IT
Capacity-Achieving MIMO-NOMA: Iterative LMMSE Detection
针对多个单天线用户同时与多天线基站通信的多输入多输出非正交多址系统（MIMO-NOMA），提出了一种低复杂度的迭代线性最小均方误差（LMMSE）多用户检测器。虽然LMMSE作为线性检测器具有低复杂度，但由于LMMSE检测和多用户解码之间的失配，它在多用户检测场景中具有次优性能。因此，在本文中，我们提供了MIMO-NOMA的检测器和解码器之间的匹配条件，然后使用它来推导迭代检测的可达速率。我们证明了一个匹配迭代LMMSE检测器可以实现（i）任意用户数的对称MIMO-NOMA的最优容量，（ii）任意用户数的非对称MIMO-NOMA的最优和容量，（iii）任意用户数的非对称MIMO-NOMA容量域中的所有极大极值点，（iv）两用户和三用户非对称MIMO-NOMA系统的容量区域中的所有点。此外，设计了一种实用的低复杂度纠错多用户码，称为非规则重复累积码，与LMMSE检测器相匹配。数值结果表明，所提出的迭代LMMSE检测的比特出错率性能优于现有的最先进的方法，是在0.8dB的相关容量限制。
2019-01-23 cs.IT math.IT
Effective Capacity of Receive Antenna Selection MIMO-OSTBC Systems in Co-Channel Interference
研究了密集环境下存在同频干扰的多输入多输出（MIMO）通信系统的时延约束性能。在发射端采用正交空时分组码（OSTBC），在下行链路采用接收天线选择（RAS）方案，以降低MIMO系统的高复杂度和高开销。这里，对于简单和便宜的移动手机，在每次使用信道时在接收机处选择一个天线。在这些假设下，在一个无线信道中的延迟服务质量（QoS）保证的最大常数到达率被提取。在准静态瑞利衰落和同信道干扰条件下，给出了采用RAS方案的MIMO-OSTBC信道有效容量的解析解。最后，提供了数值模拟和验证的理论结果。
2016-08-02 cs.IT math.IT
Low SNR Capacity of Fading Channels -- MIMO and Delay Spread
考虑离散时间瑞利衰落多输入多输出（MIMO）信道，在发送端和接收端没有信道状态信息。假设衰落在时间上是相关的，并且与天线之间无关。峰值和平均发射功率约束被施加在天线上的总和上，或者施加在每个单独的天线上。在这两种情况下，上界和渐近下界，作为信号-噪声比接近零，信道容量。归一化容量的限制下确定的总和功率约束，并为一个子类的信道，为个人的功率约束。这些结果延续到具有延迟扩展（即频率选择性衰落）的SISO信道。
2007-04-26 cs.IT math.IT
Generic Correlation Increases Noncoherent MIMO Capacity
本文研究了MIMO瑞利块衰落信道在非相干环境下的高信噪比容量，在这种环境下，发送端和接收端都没有先验的信道状态信息。我们表明，当接收天线的数量足够大，每个块内的时间相关性是“通用的”（在干扰对齐文献中使用的意义），容量pre-log由T（1-1/N）T<N，其中T表示发射天线的数量和N表示块的长度。与广泛使用的恒定块衰落信道（其中每个块内的衰落是恒定的）的比较表明，对于大的块长度，通用相关性将容量预对数增加约四倍。
2013-06-05 cs.IT math.IT
An Alternative Proof for the Capacity Region of the Degraded Gaussian MIMO Broadcast Channel
我们提供了一个替代的证明退化高斯多输入多输出（MIMO）广播信道的容量区域。我们的证明不使用通道增强技术，而不是原来的证明Weingertan { \it et. al.}和Liu { \it et. al}。我们的证明从退化的广播信道的容量区域的单字母描述开始，并通过使用两个主要的技术工具直接评估它对于退化的高斯MIMO广播信道。第一个是由于Palomar \emph{et. al.}的广义de Bruijn恒等式，它提供了微分熵和Fisher信息矩阵之间的联系。我们使用的第二个工具是一个不等式，由于Dembo下界的微分熵的Fisher信息矩阵。
2010-02-21 cs.IT math.IT
A Distributed Massive MIMO Channel Sounder for "Big CSI Data"-driven Machine Learning
提出了一种用于获取大型CSI数据集的分布式大规模MIMO信道探测器DICHASUS。测量的数据在用于用户定位、JCAS、信道制图、在FDD操作中实现大规模MIMO等的各种机器学习算法的研究中具有潜在的应用。所提出的信道探测器架构与以前类似的设计不同，因为每个单独的单天线接收器是完全自主的，能够实现任意的空间分布的天线部署，并提供几乎无限的天线数量的可扩展性。可选地，提取的信道系数向量可以用通过GNSS接收器（用于室外操作）或通过各种室内定位技术获得的地面实况位置数据来标记。
2022-06-30 cs.IT eess.SP math.IT
On the Capacity of a Class of MIMO Cognitive Radios
认知无线电最近已经被研究为以更有效的方式利用频谱的手段。本文重点研究了单授权用户和单认知用户的MIMO认知无线电网络的基本操作限制。信道设置等同于具有降级消息集的干扰信道（认知用户可以访问许可用户的消息）。一个可实现的区域和外边界推导出这样的网络设置。结果表明，在一定的条件下，可达到的区域是最佳的一部分，包括总容量的容量区域。
2007-12-11 cs.IT math.IT
Optimized data sharing in multicell MIMO with finite backhaul capacity
本文讨论了合作在多小区环境中，基站（BS）希望联合服务多个用户，在有限的回程容量。我们指出，对于有限的回程容量之间的权衡共享用户数据，这允许充分的MIMO合作，而不这样做，这减少了干扰信道的设置，但也需要更少的开销，出现。我们通过制定一种速率分割方法来优化这种权衡，在该方法中，非共享数据（每个发射机专用）和共享数据被叠加。我们推导出相应的可达速率区域，并获得最佳的波束成形设计共享和私人符号。我们展示了如何回程的容量可以用来确定有多少用户数据值得在多个BS之间共享，特别是取决于干扰有多强。
2011-01-25 cs.IT math.IT
Universal Polar Coding for Parallel Gaussian Channels with Non-Binary Inputs and Its Applications to HARQ and MIMO
在本文中，我们首先提出了一个通用的极化编码方案的并行高斯信道与非二进制输入。假设编码器只知道M个并行信道的总容量，而不知道任何单个信道的容量。通过将每个并行信道分解为T = [log2r]个子信道，我们因此获得MT二进制子信道。然后提出了一种跨所有子信道的超极化编码方案。当块长度足够大时，该方案可以实现总容量。我们还讨论了并行极化编码设计在HARQ和MIMO系统中的应用。它示出了一个容量实现HARQ方案可以获得块衰落信道和容量实现MIMO设计，只需要反馈的总和速率的所有MIMO层也可以获得。
2022-06-02 cs.IT math.IT
The MIMO Wiretap Channel Decomposed
研究了高斯多输入多输出（MIMO）窃听信道中秘密信息的发送问题。虽然该信道的容量是已知的，但不清楚如何构造实现该容量的最佳编码方案。在这项工作中，我们使用线性操作以及连续干扰消除，以获得有效的并行单天线窃听信道。通过在所得到的并行信道上使用独立的标量高斯窃听码本，实现了MIMO窃听信道的容量。该方案的推导是基于联合三角化的信道矩阵。我们发现，同样的技术可以用来重新推导出的MIMO窃听信道的容量表达式的方式，是简单的，紧密相连的传输方案。这种技术允许扩展到MIMO情况下的标量高斯信道的先前证明的强安全性。我们进一步考虑在两个用户的广播MIMO信道上传输机密消息的问题。对于这个问题，我们发现，推导的容量和传输方案是一个直接的推论，所提出的分析MIMO窃听信道。
2016-10-27 cs.IT math.IT
On the MIMO Capacity with Residual Transceiver Hardware Impairments
通信系统的收发器硬件中的射频（RF）损伤（例如，相位噪声（PN）、高功率放大器（HPA）非线性、或同相/正交相位（I/Q）不平衡）可严重降低传统多输入多输出（MIMO）系统的性能。虽然校准算法可以部分补偿这些损伤，但剩余的失真仍然有很大的影响。尽管如此，大多数先前的作品没有分析这种类型的失真。在本文中，我们研究了剩余收发器硬件损伤对MIMO系统性能的影响。特别是，我们认为收发器损伤模型，这已被实验验证，并推导出解析遍历容量表达式的精确和高信噪比（SNR）。我们证明，在高信噪比制度的能力饱和，从而创建一个有限的容量上限。我们还提出了一个线性近似的遍历能力在低信噪比制度，并表明，损伤只有二阶的影响的能力。此外，我们分析了收发器损伤对大规模MIMO系统的影响;有趣的是，我们证明了如果只在一侧增加天线数量，则容量表现类似于有限维情况。相反，如果两侧的天线数量以固定比例增加，容量上限就会消失;因此，与理想的收发器硬件情况相比，损害只会导致容量的有限偏移。
2014-12-16 cs.IT math.IT
The Capacity of Gaussian MIMO Channels Under Total and Per-Antenna Power Constraints
固定高斯多输入多输出（MIMO）信道的容量和总功率（TP）约束下的最优传输策略和完整的信道状态信息是众所周知的。这个问题在一般情况下仍然是开放的，在个别的每天线（PA）的功率约束，而一些特殊情况下已经得到解决。这些包括用于MIMO信道的满秩解决方案和用于多输入单输出（MISO）信道的一般解决方案。本文考虑了固定高斯MISO信道，在一般情况下，在总功率和天线功率联合约束下，以封闭形式给出了其容量和最优传输策略。特别地，最优策略是混合的，包括两部分：第一部分是等增益传输，第二部分是最大比传输，它们分别负责PA和TP约束。给出了最优波束形成向量的封闭形式，并提出了一个准确而简单的近似容量。最后，通过建立联合功率约束下衰落MIMO信道的遍历容量，将上述结果推广到MIMO情况，当衰落分布为右酉不变时（其中i.i.d.和半相关瑞利衰落是特殊情况）。与固定的MISO的情况下，最佳的信令示出在这种情况下是各向同性的。
2016-12-14 cs.IT math.IT
Non-coherent Rayleigh fading MIMO channels: Capacity Supremum
研究了在快瑞利衰落MIMO信道中，除了衰落统计信息外，发送端和接收端都不知道信道状态信息（CSI）的情况下，信息传输的极限。我们开发了一个标量信道模型，由于在非相干瑞利衰落的相位信息的情况下，并推导出容量上确界与接收天线的数量在任何信号噪声比（SNR）使用拉格朗日优化。此外，我们概念化的最佳输入分布的离散性质，提出的优化$N$离散输入的信道互信息。此外，我们推导出的渐近容量的表达式时，输入功率是大的，并与现有的容量结果时，接收机配备了大量的天线。
2005-11-07 cs.IT math.IT
Characterization of Effective Capacity in Antenna Selection MIMO Systems
本文研究了多输入多输出（MIMO）系统在两种不同的接收天线选择（RAS）和发射天线选择（TAS）方案下的有效容量。在准静态衰落信道下，给出了该网络在统计时延服务质量（QoS）约束下的最大常数到达率的封闭解。本研究在两种不同的情况下进行。当信道状态信息（CSI）在MIMO发射机处不可用时，TAS的实现是困难的。因此，采用RAS方案，并在接收端选择一个具有最大瞬时信噪比（SNR）的天线。另一方面，当CSI在发射机处可用时，执行TAS方案。在这种情况下，在发射机处选择一个天线。此外，一个最佳的功率控制策略被应用到所选择的天线和MIMO系统的有效容量的推导。最后，这种最佳的功率自适应和有效容量的两个渐近情况下，宽松和严格的QoS要求进行了研究。特别是，我们表明，在TAS计划与宽松的QoS限制，有效容量收敛到遍历容量。然后，得到了该信道各态历经容量的精确封闭解。
2016-07-30 cs.IT math.IT
Capacity and IAPR Analysis for MIMO Faster-than-Nyquist Signaling with High Acceleration Rate
本文扩展了MIMO超奈奎斯特（FTN）信号的容量分析至低于特定阈值的加速因子，并对不同加速因子下的峰均功率比（PAPR）进行分析仿真，揭示了传输功率与接收信噪比（SNR）的变化规律。
2025-08-24 cs.IT math.IT
The Approximate Capacity of the MIMO Relay Channel
研究了发送端具有t1根发射天线，中继端具有r2根接收天线和t2根发射天线，接收端具有r3根接收天线的多天线复高斯中继信道的容量界.它示出的部分解码前向编码方案实现min（t1，r2）位从割集界和至少一半的割集界，建立一个很好的近似表达的容量。min（t1 + t2，r3）+ r2比特的类似的加性间隙被示出为通过压缩-前向编码方案来实现。
2015-09-07 cs.IT math.IT
On the Relationship Between the Multi-antenna Secrecy Communications and Cognitive Radio Communications
研究了多个窃听者使用单天线或多天线时多天线或多输入多输出（MIMO）保密信道的容量。已知的是，MIMO保密容量是可实现的最佳传输协方差矩阵，最大化的秘密用户和窃听者的信道互信息之间的最小差异。因此，MIMO保密容量计算可以被公式化为非凸的最大-最小问题，这不能通过标准的凸优化技术有效地解决。为了处理这个困难，我们探索MIMO保密信道和最近开发的MIMO认知无线电（CR）信道之间的关系，其中多天线次用户在同一频谱上同时与多个主用户进行传输，受到主用户处的接收干扰功率约束，或者所谓的“干扰温度（ITF）”约束。通过构造一个辅助CR MIMO信道，具有相同的信道响应的MIMO保密信道，我们证明了最佳的传输协方差矩阵，以实现保密容量是相同的，以实现CR频谱共享容量与适当选择的IT约束。基于这种关系，提出了几种算法来解决非凸保密容量计算问题，将其转化为一系列凸的CR频谱共享容量计算问题。对于单天线窃听者的情况，该算法得到了MIMO保密信道的精确容量;对于多天线窃听者的情况，该算法得到了MIMO保密信道容量的上界和下界。
2009-01-30 cs.IT math.IT
