Alternating Minimization for Hybrid Precoding in Multiuser OFDM mmWave Systems
混合预编码是支持毫米波（mmWave）通信的定向传输的具有成本效益的方法。虽然现有的混合预编码的工作主要集中在单用户单载波传输，在实践中，需要多载波传输，以打击大大增加的带宽，和多用户MIMO可以提供额外的空间复用增益。本文提出了一种新的多用户OFDM毫米波系统的混合预编码结构，该结构大大简化了混合预编码器的设计，并且能够接近全数字预编码器的性能。特别地，两组移相器被组合以将来自射频（RF）链的信号映射到天线。提出了一种基于交替最小化的混合预编码算法（AltMin），交替优化数字预编码器和模拟预编码器。一个主要的算法创新是模拟预编码器的LASSO公式，它产生计算效率高的算法。仿真结果将显示所提出的算法的性能增益。此外，它将揭示，消除用户间干扰是关键的多用户OFDM混合预编码系统。
2017-01-06 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
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
Energy-Efficient Hybrid Analog and Digital Precoding for mmWave MIMO Systems with Large Antenna Arrays
毫米波（mmWave）MIMO可能会使用混合模拟和数字预编码，它使用少量的RF链来避免与混合信号分量（如模数分量）相关的能耗，更不用说基带处理复杂性。然而，大多数混合预编码技术考虑需要大量移相器的全连接架构，这也是能量密集型的。本文主要研究子连接结构下更节能的混合预编码，提出了一种基于连续干扰消除（SIC）的混合预编码算法，该算法具有接近最优的性能和较低的复杂度。受SIC多用户信号检测思想的启发，本文首先提出将非凸约束下的总可达速率优化问题分解为一系列简单的子速率优化问题，每个子速率优化问题只考虑一个子天线阵列。然后，我们证明，最大限度地提高每个子天线阵列的可实现的子速率相当于简单地寻求一个预编码向量足够接近（在欧几里得距离方面）的无约束的最优解。最后，本文提出了一种低复杂度的基于SIC的混合预编码算法，该算法可以避免奇异值分解和矩阵求逆。复杂度评估表明，基于SIC的混合预编码的复杂度仅为典型mmWave MIMO系统中最近提出的空间稀疏预编码的复杂度的10%左右。仿真结果验证了基于SIC的混合预编码接近最优的性能。
2015-07-16 cs.IT math.IT
Dynamic Subarrays for Hybrid Precoding in Wideband mmWave MIMO Systems
混合模拟/数字预编码架构可以解决大规模MIMO系统中可实现的频谱效率和功耗之间的权衡问题。这使得它成为毫米波系统的一个有前途的候选者，毫米波系统需要在发射机和接收机处部署大型天线阵列，以保证足够的接收信号功率。大多数关于混合预编码的先前工作集中在窄带信道上，并且假设完全连接的混合架构。然而，MmWave系统被期望是具有频率选择性的宽带。本文针对频率选择性毫米波系统，提出了一种基于全连接OFDM的混合模拟/数字预编码的封闭解。然后，将该解决方案扩展到部分连接但固定的架构，其中每个RF链连接到天线的特定子集。所得到的解决方案提供的见解，混合子阵列结构应该如何设计。在此基础上，提出了一种基于长期信道特性动态构造混合子阵的新方法。仿真结果表明，所提出的混合预编码解决方案实现的频谱效率接近宽带毫米波信道中的全数字架构。此外，结果表明，开发的动态子阵解决方案优于固定的混合子阵结构在各种系统和信道条件。
2016-06-27 cs.IT math.IT
Wideband Hybrid Precoding for Next-Generation Backhaul/Fronthaul Based on mmWave FD-MIMO
毫米波（mmWave）通信由于其大的传输带宽而被认为是下一代回程/前传网络不可或缺的技术。特别是对于异构网络（HetNet），毫米波全维（FD）-MIMO被用来在虚小区基站（BS）和宏小区BS之间建立回程/前传链路，其中高效的预编码是先决条件。在此背景下，本文提出了一种基于主成分分析（PCA）的混合预编码的宽带毫米波MIMO回程/前传信道。首先，我们提出了一个最佳的混合预编码器，利用主成分分析（PCA），从而最佳的高维频率选择性预编码器投影到低维频率平坦预编码器。此外，该组合器的设计，通过利用加权PCA，其中接收信号的协方差被考虑作为权重的最佳最小均方误差（MMSE）的全数字组合器，以进一步提高性能。仿真结果表明，该方案在频谱效率（SE）和误码率（BER）性能上优于传统方案。
2018-09-10 cs.IT math.IT
Machine Learning Based Hybrid Precoding for MmWave MIMO-OFDM with Dynamic Subarray
由于射频（RF）中的频率平坦模拟预编码器，混合预编码设计对于宽带毫米波（mmWave）大规模MIMO可能具有挑战性。现有的宽带混合预编码研究主要集中在全连接阵列（FCA）上，而很少考虑能量有效的部分连接子阵列（PCS），包括固定子阵列（FS）和动态子阵列（DS）。在此背景下，本文提出了一种基于机器学习的毫米波大规模MIMO宽带混合预编码算法。具体而言，我们首先提出了一种基于主成分分析（PCA）的FS的最佳混合预编码器，从而从全数字MIMO的最佳频率选择性预编码器的主成分中提取每个子阵列的频率平坦RF预编码器。此外，我们扩展的PCA为基础的混合预编码DS，其中一个共享的凝聚层次聚类（AHC）算法开发的机器学习提出了分组DS提高频谱效率（SE）。最后，我们调查的能量效率（EE）的无源和有源天线所提出的计划。仿真结果表明，该方案在SE和EE方面都优于传统方案。
2018-09-10 cs.IT math.IT
Reversing the Curse of Densification in mmWave Networks Through Spatial Multiplexing
无线网络的黄金标准是吞吐量随着接入点（AP）的密度线性增加。然而，这种线性吞吐量增益在5G毫米波网络中被暂停，主要是由于毫米波频带中的短通信距离和毫米波AP的密集部署。由于工作在干扰受限的环境中，毫米波接入点数量的增加所带来的聚合干扰将逐渐成为网络性能的瓶颈，导致吞吐量饱和。在本文中，我们建议通过在AP处采用空间复用来克服毫米波网络的致密化平台。为了研究空间复用对毫米波网络的影响，我们首先推导出作为空间复用增益的函数的覆盖概率。然后，使用固定速率编码方案来提供网络吞吐量。我们还引入了致密化增益的概念，以捕获通过AP致密化实现的网络吞吐量的改善。我们的研究结果表明，没有AP的空间复用，毫米波网络的吞吐量将达到平台时，AP的密度变得足够大。然而，通过在AP处启用空间复用，mmWave网络可以随着AP数量的增加而不断获得吞吐量增益。通过推导毫米波网络吞吐量的上限，我们量化了空间复用增益增加时潜在的吞吐量改善。然而，我们的数值结果表明，这样一个潜在的吞吐量增益不能探索的固定速率编码方案。然后，我们证明了在毫米波网络中部署多速率编码方案的必要性，特别是当毫米波AP的空间复用增益很大时。
2020-12-14 cs.IT math.IT
Impact of Spatial Multiplexing on the Throughput of Ultra-Dense mmWave AP Networks
由于频带的高路径损耗和阻塞问题，单个毫米波（mmWave）接入点（AP）的操作范围很小。为了实现与传统的sub-6 GHz网络相似的覆盖，毫米波网络需要超密集的AP部署。通常，毫米波AP可以被分类为回程连接AP和中继AP。虽然回程连接的AP的空间分布可以通过毒点过程（PPP）来捕获，但是中继AP的期望位置取决于在毫米波网络中操作的传输协议。在本文中，我们考虑建模毫米波AP网络的拓扑结构，将多跳协议。我们首先推导出AP网络的拓扑结构与空间复用禁用每个传输跳。然后，我们分析了在毫米波AP处启用空间复用时的拓扑。为了获得网络吞吐量，我们首先量化延迟的改善和覆盖概率的下降，随着毫米波AP的空间复用增益的增加。然后，我们展示了空间复用对超密集毫米波AP网络吞吐量的影响。
2020-02-17 cs.IT math.IT
Finite-Alphabet Wiener Filter Precoding for mmWave Massive MU-MIMO Systems
多用户（MU）预编码的功率消耗是全数字大规模MU多输入多输出（MIMO）基站中的主要关注点，所述全数字大规模MU多输入多输出（MIMO）基站具有以毫米波（mmWave）频率操作的数百个天线元件。我们建议用有限字母表WF预编码（FAWP）矩阵来替换部分线性维纳滤波器（WF）预编码矩阵，这使得能够使用消耗低功率和面积的低精度硬件。为了最大限度地减少我们的方法的性能损失，我们提出了有效地计算FAWP矩阵，最好地模仿WF预编码器的方法。我们的研究结果表明，FAWP矩阵的方法无限精度的错误率和错误向量幅度的性能，只有3位的预编码权重，即使在现实的毫米波信道中工作。因此，FAWP是在全数字毫米波大规模MU-MIMO系统中大幅降低功耗和硅面积的有前途的方法。
2020-09-10 cs.IT eess.SP math.IT
Hardware-Aware Beamspace Precoding for All-Digital mmWave Massive MU-MIMO
在毫米波（mmWave）频率下操作的大规模多用户多输入多输出（MU-MIMO）无线系统使得能够向大量用户同时进行宽带数据传输。为了降低全数字基站架构中MU预编码的复杂度，我们提出了一种两阶段预编码架构，该架构首先使用波束空间域中的稀疏矩阵执行预编码，然后进行快速傅立叶逆变换，将结果转换到天线域。稀疏预编码矩阵需要少量乘法器，并支持常规硬件架构，这允许设计硬件高效的全数字预编码器。仿真结果表明，我们的方法接近传统的维纳滤波器预编码的错误率与超过2倍降低复杂度。
2021-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Machine Learning Inspired Energy-Efficient Hybrid Precoding for MmWave Massive MIMO Systems
混合预编码是毫米波大规模MIMO系统的一种很有前途的技术，因为它可以大大减少所需的射频（RF）链的数量，而没有明显的性能损失。然而，大多数现有的混合预编码方案需要复杂的移相器网络，这仍然涉及高能耗。在本文中，我们提出了一种节能的混合预编码架构，其中模拟部分是由少量的开关和逆变器，而不是大量的高分辨率移相器来实现。我们的分析证明，提出的混合预编码架构和传统的性能差距是小的，并保持恒定的天线数量时，趋于无穷大。然后，受机器学习中交叉熵（CE）优化的启发，我们提出了一种基于自适应CE（ACE）的混合预编码方案。它旨在通过最小化CE来自适应地更新混合预编码器中元素的概率分布，这可以以足够高的概率生成接近最优解的解。仿真结果表明，该方案可以获得接近最优的和速率性能和更高的能量效率比传统的计划。
2017-08-24 cs.IT math.IT
Generalized Spatial Modulation Aided MmWave MIMO with Sub-Connected Hybrid Precoding Scheme
由于专用射频（RF）链的高成本和低能量效率，从实际的角度来看，毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统中的RF链的数量通常是有限的。在这种情况下，独立数据流的最大数量也受到RF链数量的限制，这因此导致限制潜在可达到的空间复用增益。为了解决这个问题，本文提出了一种新的广义空间调制（GenSM）辅助毫米波MIMO系统，它能够通过有源天线组的索引传输额外的数据流，并且不需要额外的RF链。此外，还提出了一个两步算法来优化混合预编码器的设计，频谱效率（SE）最大化。最后，数值仿真结果表明，所提出的方案实现了优越的SE性能。
2017-04-28 cs.IT math.IT
Distributed Neural Precoding for Hybrid mmWave MIMO Communications with Limited Feedback
混合预编码是用于毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）通信的成本有效的技术。本文提出了一种深度学习方法，通过使用分布式神经网络的混合模拟和数字预编码设计有限的反馈。所提出的分布式神经预编码网络，称为DNet，致力于实现两个目标。首先，DNet实现信道状态信息（CSI）压缩与分布式架构的神经网络，这使得实际部署在多个用户。具体地说，这种神经网络由多个具有相同结构和参数的独立子网络组成，既减少了训练参数的数量，又降低了网络的复杂度。其次，DNet从有限反馈的重构CSI学习混合预编码的计算。与现有的黑盒神经网络设计不同，DNet是根据混合预编码矩阵计算的数据形式进行专门设计的。仿真结果表明，与传统的有限反馈预编码方法相比，在不同CSI压缩比的测试下，DNet的性能提高了近50%。
2022-04-18 cs.IT eess.SP 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
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
Super-resolution channel estimation for mmWave massive MIMO with hybrid precoding
对于具有混合预编码的毫米波（mmWave）大规模MIMO，信道估计是具有挑战性的，因为射频（RF）链的数量远小于天线的数量。传统的基于压缩感知的信道估计方案由于信道角度量化而遭受严重的分辨率损失。为了提高信道估计精度，本文提出了一种基于迭代重加权的超分辨率信道估计方法。该方法通过梯度下降方法优化目标函数，使估计的到达角/离开角（AoA/AoD）迭代地向最优解移动，最终实现超分辨率信道估计。在优化过程中，使用权值参数来控制稀疏性和数据拟合误差之间的折衷。此外，基于奇异值分解（SVD）的预处理，以减少所提出的方案的计算复杂性。仿真结果验证了所提出的方案比传统的解决方案更好的性能。
2018-07-08 cs.IT math.IT
Low-Complexity Distributed Precoding in User-Centric Cell-Free mmWave MIMO Systems
基于用户中心（UC）的无小区（CF）结构可以为毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统提供覆盖增强的优势，被认为是实现可靠和高速率业务的关键技术。在本文中，我们提出了一种新的波束选择方案和预编码算法的UC CF毫米波MIMO系统，其中的加权和速率最大化问题制定。针对波束选择和预编码联合设计的非凸性和复杂度高的问题，本文将波束选择和预编码分开设计。特别地，所提出的波束选择旨在减少簇间波束间干扰，然后我们还提出了一种基于加权和均方误差（WSMSE）框架的预编码算法，其中预编码矩阵可以以分布式方式更新。我们进一步使用低秩分解和Neumann级数展开（NSE）来降低预编码的计算复杂性。仿真和复杂度分析验证了所提算法的有效性，其计算复杂性有了很大的降低。
2022-05-07 cs.IT cs.SY eess.SY
Space-Time Block Coded Spatial Modulation Aided mmWave MIMO with Hybrid Precoding
为了充分利用空间调制（SM）、空时分组码（STBC）、模拟波束形成（ABF）和数字预编码技术的优点，同时避免它们各自的缺点，提出了一种空时分组码空间调制与混合模拟数字波束形成（STBC-SM-HBF）相结合的毫米波通信方案。所提出的系统受益于SM的复用增益、STBC的发射分集增益以及波束形成器的信噪比（SNR）增益。仿真结果表明，迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）预编码STBC-SM系统比预编码SM系统具有更好的出错率（BER）性能。此外，与STBC-SM系统相比，预编码SM表现出性能下降。此外，通过采用ABF阵列，BER显著改善。此外，它表明，在所提出的方案中的STBC-SM-HBF的最少2个天线元件需要获得更好的BER比传统的SM和STBC-SM系统在相同的频谱效率下的2比特每秒每赫兹。
2018-07-27 cs.IT math.IT
SLNR Based Precoding for One-Bit Quantized Massive MIMO in mmWave Communications
大规模多输入多输出（MIMO）是5G无线通信的关键技术，有望大幅提高容量。低分辨率数据转换器的使用对于大规模MIMO至关重要，以使整体传输尽可能具有成本效益和能源效益。在这项工作中，我们考虑了下行毫米波（mmWave）传输的情况下，多个用户同时服务的大规模MIMO与一位数/模（D/A）转换器。特别是，我们提出了一种新的预编码器设计的基础上的信号泄漏加噪声比（SLNR），最大限度地减少能量泄漏到不需要的用户，同时考虑到由于非线性一位量化的损害。我们表明，众所周知的正则化迫零（RZF）预编码器是一个特定版本的建议SLNR为基础的预编码器，这是当量化损伤完全忽略。数值结果强调显着的性能改善，以及所提出的SLNR为基础的预编码器相比，无论是RZF或迫零（ZF）预编码器。
2019-02-12 cs.IT math.IT
Performance Assessment of MIMO Precoding on Realistic mmWave Channels
在本文中，多用户多输入多输出（MIMO）系统的性能进行评估的信干噪比和容量。我们专注于下行链路单小区的情况下，不同的预编码器进行了研究。在所考虑的预编码器中，我们的范围从不同的波束网格（GoB）优化方法到线性预编码器（例如，匹配滤波和迫零）。该性能评估包括不完美的信道估计，并且在两个实际的毫米波5G传播信道上执行，这两个信道是在纽约大学（NYU）进行的测量活动或3GPP信道模型之后模拟的。我们的评估允许掌握毫米波现实场景中的预编码性能的知识。结果突出了良好的性能的GoB优化方法时，采用一个现实的信道模型与方向性。
2019-03-27 cs.IT cs.NI math.IT
Weighted Sum Rate Maximization of the mmWave Cell-Free MIMO Downlink Relying on Hybrid Precoding
依赖于混合预编码的无小区MIMO概念构成了能够显著增加毫米波（mmWave）通信系统的网络容量的创新技术。它免除了传统多小区MIMO系统的小区边界，同时通过限制接入点（AP）处的射频（RF）链的数量来大幅降低功耗。在本文中，我们的目标是最大化毫米波无小区MIMO系统的加权和速率（WSR），通过构思一个低复杂度的混合预编码算法。我们制定的WSR优化问题受到每个AP的发射功率约束和模拟预编码器的移相器的恒模约束。提出了一种分块坐标下降（BCD）算法来迭代求解该问题。在每次迭代中，经典的拉格朗日乘子方法和惩罚对偶分解（PDD）方法相结合，以获得接近最优的混合模拟/数字预编码矩阵。此外，我们扩展了我们提出的算法，推导出封闭形式的表达式，用于全数字无小区MIMO系统的预编码器。此外，我们给出了我们提出的方法的收敛性分析和复杂性分析。最后，我们的仿真结果表明，无论是全数字和混合预编码矩阵的算法的优越性。
2022-01-12 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Millimeter-Wave Massive MIMO with Hybrid Precoding over Frequency-Selective Fading Channels
针对毫米波大规模MIMO在频率选择性衰落信道下的信道估计难题，提出一种基于分布式压缩感知和自适应网格匹配追踪的多用户上行链路信道估计方案，有效解决了连续AoA/AoD导致的功率泄漏问题。
2023-10-19 cs.IT math.IT
Gram Schmidt Based Greedy Hybrid Precoding for Frequency Selective Millimeter Wave MIMO Systems
混合模拟/数字预编码允许毫米波MIMO系统利用大的天线阵列增益，同时允许低成本和功耗硬件。大多数先前的工作集中在窄带毫米波系统的混合预编码。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，本文认为，频率选择性混合预编码与RF波束成形矢量从量化码本。针对该系统，提出了一种低复杂度的接近最优的贪心算法，用于混合模拟/数字预编码器的设计。所提出的算法使用Gram-Schmidt正交化来精确地选择RF波束成形向量。仿真结果表明，所开发的预编码设计算法取得了很好的性能相比，无约束的解决方案，而需要更少的复杂度。
2016-01-26 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
Joint Hybrid Precoder and Combiner Design for mmWave Spatial Multiplexing Transmission
毫米波（mmWave）通信已被认为是未来5G无线网络的关键技术，因为其带宽比当前蜂窝频带宽几个数量级。在本文中，我们考虑的问题，基于码本的联合模拟-数字混合预编码器和组合器的设计空间复用传输的毫米波多输入多输出（MIMO）系统。我们建议联合选择模拟预编码器和合并器对每个数据流相继旨在最大化的信道增益，同时抑制不同数据流之间的干扰。在确定了所有的模拟预编码器/合并器对之后，我们可以获得有效的基带信道。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，以进一步减轻干扰并最大化和速率。仿真结果表明，与现有的基于码本的混合波束形成方案相比，该算法在对抗不同数据流之间的干扰方面具有显著的优势，并能提供令人满意的性能改善。
2017-04-26 cs.IT math.IT
Double Intelligent Reflecting Surface-assisted Multi-User MIMO mmWave Systems with Hybrid Precoding
研究了双智能反射面（IRS）对毫米波（mmWave）多用户多输入多输出（MIMO）网络频谱利用率的影响。具体而言，我们的目标是解决一个加权和速率最大化问题，通过联合优化的数字预编码在发射机和模拟移相器在IRS，受最小可实现的速率约束。为了便于设计一个有效的解决方案，我们首先重新制定成一个易于处理的利用优化最小化（MM）方法的原始问题。然后，提出了一种块坐标下降（BCD）方法，以获得一个次优的解决方案，其中的预编码矩阵和移相器交替优化。具体地，数字预编码矩阵设计问题通过二次约束二次规划（QCQP）来解决，而模拟相移优化通过黎曼流形优化（RMO）来解决。分析了算法的收敛性和计算复杂性。最后，仿真结果验证了所提出的设计的性能，以及双IRS在提高频谱效率的有效性。
2021-11-26 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
Fully-Connected vs. Sub-Connected Hybrid Precoding Architectures for mmWave MU-MIMO
混合数字模拟（HDA）波束形成由于其相对于数字基带的低功耗而在毫米波（mmWave）多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统的实际实现中引起了相当大的关注。HDA波束成形的实现成本、性能和功率效率取决于模拟波束成形网络的连接水平和可重构性。在本文中，我们研究了两种典型的HDA MU-MIMO架构的性能，即，其中每个RF天线端口连接到阵列的所有天线元件的全连接（FC）架构，以及其中RF天线端口连接到不相交的子阵列的每子阵列一个流（OSPS）架构。我们共同考虑初始波束采集阶段和数据通信阶段，使得后者通过使用在前一阶段中获得的波束方向信息来发生。对于每个阶段，我们提出了自己的BA和预编码方案，优于文献中的同行。我们还评估了两种HDA架构的功率效率，同时考虑到实际的硬件损伤，例如，不同硬件组件处的功率耗散以及典型功率放大器（PA）约束下的潜在功率回退。数值结果表明，这两种架构实现了类似的总和频谱效率，但OSPS架构优于FC的情况下，在硬件复杂度和功率效率，只是在成本的初始波束捕获的时间稍长。
2018-10-31 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
Full-Diversity Precoding Design of Bit-Interleaved Coded Multiple Beamforming with Orthogonal Frequency Division Multiplexing
多输入多输出（MIMO）技术已经与正交频分复用（OFDM）结合用于宽带无线通信系统。比特交织编码多波束形成（BICMB）可以在平坦衰落MIMO信道中实现空间分集和空间复用。在频率选择性衰落MIMO信道中，BICMB-OFDM（BICMB-OFDM）可以同时提供空间分集和多径分集，是一种重要的技术。在我们之前的工作中，子载波分组技术被应用于对抗子载波相关性的负面影响。证明了在R_cSL<=1的条件下，BICMB-OFDM-SG（BICMB-OFDM-SG）可以实现全分集，其中R_c、S和L分别为码率、每个子载波上的并行流数和信道抽头数。全分集条件意味着如果S增加，则R_c可能必须减小以保持全分集。因此，增加并行流的数量可能不会提高总传输速率。本文采用预编码技术来克服BICMB-OFDM-SG中R_cSL<=1的全分集限制问题。首先，对预编码后的BICMB-OFDM-SG进行了分集分析。然后，全分集预编码设计开发与最小可实现的解码复杂度。
2013-06-30 cs.IT math.IT
Two-Level Spatial Multiplexing using Hybrid Beamforming Antenna Arrays for mmWave Communications
在这项工作中，我们考虑了两个层次的MIMO天线阵列系统，其中每个天线的上层是由一个子阵列上的较低的一个。在这种情况下，空间复用的概念被应用了两次：首先，利用视线（LoS）MIMO系统的空间复用。它基于适当的（子）阵列距离，并由于接收（子）阵列处的信号之间的相位差而实现复用增益。其次，使用不同角度的一个或多个附加反射路径（通过子阵列处的不同空间波束与LoS路径分离）来利用路径之间的空间复用。通过同时利用上述两种复用类型，通过联合使用路径内的“相位差”和路径之间的“角度差”，提出了具有最大空间复用的高维系统。该系统包括一个先进的混合波束形成架构，具有较大的子阵列间隔，这可能发生在毫米波回程场景。系统的可能增益w.r.t.一个纯LOS MIMO系统的总发射功率约束的能力进行了说明。
2016-07-29 cs.IT math.IT
The Multiplexing Gain of a Two-cell MIMO Channel with Unequal CSI
在这项工作中，联合预编码跨越两个遥远的发射机（TX），共享知识的数据符号被发送到两个接收机（RX），每个都配备了一个天线，进行了讨论。我们考虑分布式信道状态信息（CSI）配置，其中每个TX具有其自己的信道的本地估计，并且TX之间不可能进行通信。基于分布式CSI配置，我们引入了分布式MIMO预编码的概念。我们专注于高信噪比（SNR）制度，使两个TX的目的是设计一个预编码矩阵，以消除干扰。基于对多天线广播信道的研究，我们得到以下关键结果：我们推导出复用增益（MG）作为在每个TX将信道量化到给定RX的比特数的SNR的缩放的函数。特别是，我们表明，传统的迫零预编码器是不是MG最大化，我们提供了一个预编码方案的最佳MG。除了既定的MG最优性，仿真结果表明，所提出的预编码方案实现更好的性能，在中等信噪比比已知的线性预编码器。
2011-07-19 cs.IT math.IT
Hybrid Precoding for Multi-Group Multicasting in mmWave Systems
已知多播波束成形可以提高频谱效率。然而，它的好处和挑战的混合预编码器设计在毫米波（mmWave）系统仍然研究不足。为此，本文研究了混合发射预编码器（具有任意数量的有限分辨率相移）和接收组合器的毫米波多组多播的第一联合设计。我们提出的设计利用半定松弛（SDR），交替优化和Cholesky矩阵因式分解，依次优化数字/模拟预编码器在发射机和组合器在每个接收机。通过考虑多天线架构的接收器，我们的设计显着提高了系统的整体性能。具体地说，在只有两个接收天线的情况下，每个接收消息的平均发射功率提高了$ 16.8\% $，而成功的信息接收提高了$ 60\% $。我们通过大量的模拟证明，即使在具有挑战性的场景下（即，当共处一地的用户属于不同的多播组时）。
2020-02-03 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
Energy efficiency of mmWave massive MIMO precoding with low-resolution DACs
随着6GHz以下频谱的拥塞，对工作在毫米波频谱上的大规模多输入多输出（MIMO）系统的兴趣日益增长。为了降低这种大规模MIMO系统的功耗，最近已经提出了混合模拟/数字收发器和低分辨率数模/模数转换器的应用。在这项工作中，我们调查的能量效率的量化混合发射机配备了一个完全/部分连接的相移网络组成的有源/无源移相器，并比较它的量化数字预编码器。我们引入了一种基于加性量化噪声近似的量化单用户MIMO系统模型，考虑了实际的功耗和损耗模型，以评估发送预编码方法的频谱和能量效率。仿真结果表明，部分连接的混合预编码器可以更节能的数字预编码器相比，而全连接的混合预编码器表现出较差的能量效率一般。此外，相移组件的拓扑提供了能量-频谱效率的折衷：有源移相器提供更高的数据率，而无源移相器保持更好的能量效率。
2018-06-14 cs.IT math.IT
Diversity of MIMO Linear Precoding
线性预编码是一种相对简单的MIMO信令方法，在某些特殊情况下也是最佳的。本文致力于MIMO线性预编码的高信噪比分析。分析了多个线性预编码器的分集复用折衷（DMT）。此外，由于有限速率下的分集（也称为固定速率机制，对应于复用增益为零）并不总是遵循DMT，因此还分析了线性预编码器在固定速率下的分集。在几种情况下，发现在复用增益为零的分集不是唯一的，而是取决于频谱效率。分析了迫零、正则化迫零、匹配滤波和维纳滤波预编码器。在最大化吞吐量和最小化发射功率两种常见的设计方法下，我们计算了ZF预编码的DMT。结果表明，正则化ZF（RZF）或匹配滤波器（MF）遭受错误地板的所有积极的复用增益。然而，在固定速率制度，RZF和MF预编码实现全分集达到一定的频谱效率和零分集在高于它的速率。当在RZF的正则化参数优化的MMSE意义上，该结构被称为维纳预编码器，在固定速率制度被证明具有多样性，不仅取决于天线的数量，但也取决于频谱效率。同时分析了预编码和均衡的分集特性。
2012-02-23 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
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
MmWave Amplify-and-Forward MIMO Relay Networks with Hybrid Precoding/Combining Design
在本文中，我们考虑放大转发中继网络的毫米波系统，并提出了一种混合预编码器/组合器的设计方法。首先设计仅相位RF预编码/组合矩阵以支持多流传输，其中我们补偿信道的本征模的相位。然后，执行基带预编码器/组合器以实现最大的互信息。基于互信息的数据处理不等式，我们首先联合设计基带源和中继节点，使互信息在目的基带接收机之前最大化。提出的低复杂度的迭代算法的源和中继节点之间的等价性的基础上的互信息最大化和加权MMSE。在得到源节点和中继节点的最优预编码器和合并器后，在基带接收端实现MMSE-SIC滤波器，以保持互信息不变，从而得到整个中继系统的最优互信息。仿真结果表明，与文献中的其他算法相比，该算法以较低的复杂度获得了更好的性能。此外，我们也提出了一个稳健的联合收发器的设计不完美的信道状态信息。
2019-10-30 cs.IT eess.SP math.IT
Beam Selection for MmWave Massive MIMO Systems Under Hybrid Transceiver Architecture
混合模拟/数字预编码技术是一种在毫米波频段大规模多输入多输出（MIMO）系统中降低硬件成本的有效技术。在这封信中，我们提出了一个联合波束选择方案的模拟域预编码下的离散透镜阵列。通过考虑用户间的信道相关性，该方案能够避免用户间的干扰，最大化系统的和速率。此外，生物启发的蚁群优化算法，提出了一个接近最优的解决方案，大大降低了计算复杂性。最后通过仿真验证了该方案在提高系统和速率方面的优势。
2018-04-19 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
Hybrid Precoding for Mixture Use of Phase Shifters and Switches in mmWave Massive MIMO
针对毫米波大规模多输入多输出通信，提出了一种混合预编码的可变移相器（VPS）结构，用于移相器和开关的混合使用。针对VPS结构，提出了一种混合预编码设计方案（VPS-HPD），通过交替优化模拟预编码器和数字预编码器，根据信道状态信息对相位进行优化。为了降低VPS-HPD方案的计算复杂性，提出了一种用于VPS架构的低复杂度HPD方案（VPS-LC-HPD），该方案包括三个阶段的交替优化，其中每个阶段都有一个封闭形式的解，并且可以有效地实现。为了降低大量交换机引入的硬件复杂度，我们考虑了一种组连接的VPS架构，并提出了一种HPD方案，其中HPD问题被划分为多个独立的子问题，每个子问题由VPS-HPD或VPS-LC-HPD方案灵活地解决。仿真结果验证了所提方案的有效性，并表明所提方案在降低计算复杂性或硬件复杂性的情况下，可以获得满意的频谱效率性能。
2022-08-01 cs.IT eess.SP math.IT
Learning-based Max-Min Fair Hybrid Precoding for mmWave Multicasting
本文研究了毫米波系统中单组多播的混合发射预编码器和模拟接收合并器的联合设计。我们提出了LB-GDM，这是一种低复杂度的基于学习的方法，它利用梯度下降与动量和交替优化来设计（i）混合发射机的数字和模拟组成部分以及（ii）每个接收机的模拟组合器。此外，我们还扩展了我们提出的方法来设计全数字预编码器。我们通过数值计算表明，实施LB-GDM在混合或数字预编码器达到最好的性能相比，竞争对手的设计基于半定松弛。具体而言，在最小信噪比方面，我们报告了全数字和混合预编码器分别高达105%和101%的增益的显着改善。
2020-02-27 cs.IT eess.SP 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
Fairness-Aware Hybrid Precoding for mmWave NOMA Unicast/Multicast Transmissions in Industrial IoT
本文研究了工业物联网（IoT）毫米波通信的双层非正交叠加传输。本质上，覆盖层是被设计为用公共消息服务覆盖范围内的所有设备的普遍存在的多播信号，即，关键控制包。底层是由私有单播消息组成的复合信号。由于安全问题，所有设备都能解码多播信息是至关重要的。为了确保这一要求，我们联合优化混合预编码器，模拟组合器，功率分配和公平性。具体来说，我们将两个重叠的信号之间的功率分配约束，并强制执行补充每设备的约束，以保证组播公平性。从频谱效率、组播公平性和误比特率三个方面对该方案的性能进行了评估，从而证实了该方案的可行性。
2020-02-27 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Precoding for Active Intelligent Transmitting Surface Empowered Outdoor-to-Indoor Communication in mmWave Cellular Networks
毫米波（mmWave）蜂窝网络中的室外到室内通信由于毫米波信号的传播特性引起的严重衰减和高穿透损耗而一直是一个具有挑战性的研究问题。我们提出了一种可行的解决方案，以实现室外到室内毫米波通信系统的援助下，一个主动智能发射表面（主动ITS），其中主动ITS允许从室外基站（BS）的传入信号通过表面和室内用户设备（UE）接收后，移动其相位和放大其幅度。然后，研究了基站和主动智能交通系统的联合预编码问题，以最大化通信系统的加权和速率（WSR）。一个有效的块坐标下降（BCD）的算法来解决它的次优解的近封闭形式。此外，为了减少有源智能交通系统的尺寸和硬件成本，我们提供了一个块放大架构，部分删除电路组件的功率放大，其中多个传输型元件（TE）在每个块共享一个相同的功率放大器。仿真结果表明，在相同的系统总功耗下，主动式智能交通系统能够以比被动式智能交通系统少得多的TE实现给定的性能，这使得主动式智能交通系统适用于尺寸受限且美观的应用场景，而由块放大结构引起的不可避免的性能下降是可以接受的。
2022-06-28 cs.IT eess.SP 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
Reduced-Feedback Hybrid Precoding for Wideband mmWave MIMO-OFDM Systems via Hierarchical Interpolation
Academia Sinica（中央研究院）；National Sun Yat-sen University（国立中山大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；National Cheng Kung University（国立成功大学）
本文提出一种宽带毫米波MIMO-OFDM系统的降反馈混合预编码框架，通过分层插值减少数字预编码反馈负担，反馈减少约98.34%，兼具良好性能与鲁棒性。
2026-10-27 cs.IT eess.SP 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
Joint Deep Reinforcement Learning and Unfolding: Beam Selection and Precoding for mmWave Multiuser MIMO with Lens Arrays
Zhejiang University（浙江大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）
基于离散透镜阵列（DLA）的毫米波（mmWave）多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统由于其简单的硬件实现和优异的性能而受到广泛关注。在这项工作中，我们研究了波束选择和数字预编码矩阵的毫米波MU-MIMO系统与DLA的联合设计，以最大限度地提高和速率的发射功率约束和选择矩阵结构的约束。针对离散变量和耦合约束的非凸问题，提出了一种有效的联合神经网络设计框架，该框架由基于深度强化学习（DRL）的神经网络和基于深度展开的神经网络组成，分别用于优化波束选择和数字预编码矩阵.对于基于DRL的神经网络，我们将波束选择问题描述为一个马尔可夫决策过程，并提出了一种双深度Q网络算法来解决这个问题，基站被认为是一个代理，其中的状态，动作和奖励函数被仔细设计。在数字预编码矩阵的设计方面，本文提出了一种基于深度展开神经网络的加权最小均方误差迭代算法，该算法通过引入可训练参数将算法展开为一种分层结构。仿真结果表明，这种联合训练的神经网络明显优于现有的迭代算法，具有较低的复杂度和较强的鲁棒性。
2021-01-05 cs.IT cs.LG eess.SP
Millimeter Wave MIMO with Lens Antenna Array: A New Path Division Multiplexing Paradigm
毫米波（mmWave）通信是用于5G蜂窝系统的有前途的技术。为了补偿毫米波系统中的严重路径损耗，通常使用大型天线阵列来实现显著的波束成形增益。然而，由于与射频（RF）链相关联的高硬件和功耗成本，期望实现大天线增益，但是仅使用有限数量的RF链用于毫米波通信。为此，我们在本文中研究了一种新的透镜天线阵列使毫米波MIMO通信系统。我们首先表明，所提出的透镜天线阵列在接收器/发射器的阵列响应遵循“sinc”函数，其中具有峰值响应的天线由接收/发射信号的到达角（AoA）/离开角（AoD）确定。通过利用透镜天线阵列的这种独特特性以及毫米波信道的多径稀疏性，我们提出了一种新的低成本和容量实现MIMO传输方案，称为\emph{orthogonal path division multiplexing (OPDM)}。对于具有不充分分离的AoA和/或AoD的信道，我们还提出了一种简单的基于组的小规模MIMO处理的\emph{path grouping}技术，以减轻路径间干扰。数值结果提供了比较性能的毫米波MIMO系统与传统阵列的透镜天线阵列，在不同的实际设置。结果表明，所提出的系统实现了显着的吞吐量增益以及复杂性和硬件成本的降低，都使它成为一个有吸引力的新的范例毫米波MIMO通信。
2015-07-07 cs.IT math.IT
HydraWave: Multi-Group Multicast Hybrid Precoding and Low-Latency Scheduling for Ubiquitous Industry 4.0 mmWave Communication
工业4.0预期工业设备的大规模互连（例如，传感器、执行器）来支持工厂自动化和生产。由于有线连接与自动化相协调的刚性，无线信息传输引起了极大的关注。然而，制造业的现有解决方案在应对关键性能需求方面面临着关键问题：超低延迟，高吞吐量和高可靠性。此外，无线毫米波技术的最新进展倡导混合预编码，具有可负担的硬件和出色的空间复用性能。因此，我们提出了HYDRAWAVE-一种新的范式，考虑联合设计的组调度和混合预编码多组组播，以支持无处不在的低延迟通信。我们的混合预编码器，半定松弛和Cholesky矩阵分解的基础上，有利于稳健的设计的恒模相移呈现强大的性能在一小部分的全数字预编码器所需的功率。此外，我们的新的组调度公式最大限度地减少了调度窗口的数量，同时考虑到共同调度的多播接收器的信道相关性。相比穷举搜索，这使得在高开销的最佳调度，HYDRAWAVE只会产生9.5%以上的延迟。众所周知，与其他基准方案相比，HYDRAWAVE的增益高达102%。
2020-09-02 cs.IT eess.SP 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
