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
Analysis of One-Bit Quantized Linear Precoding Schemes in Multi-Cell Massive MIMO Downlink
本研究分析多小区一比特大规模MIMO下行链路中MRT和ZF预编码的性能，通过Bussgang分解推导SQINR和可达速率，发现一比特量化降低SQINR，且对传统系统影响更大，并探讨了功率和能量效率。
2023-12-23 cs.IT math.IT
Efficient Transmit Waveform Design for MIMO-OFDM DFRC Systems with 1-Bit DACS
School of Mathematical Sciences, Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学数学科学学院）
针对1比特DAC的MIMO-OFDM DFRC系统，提出一种基于非精确ADMM的高效波形设计方法，通过最大化FIM迹并保留CI约束，实现频域逐子载波优化与时域闭式更新，仿真验证了其良好性能。
2026-09-30 cs.IT eess.SP math.IT
Nonlinear Precoding for Phase-Quantized Constant-Envelope Massive MU-MIMO-OFDM
提出了一种适用于大规模多用户多输入多输出下行链路的非线性相位量化恒包络预编码算法。具体来说，我们适应平方无穷范数道格拉斯-Rachford分裂（SQUID）预编码器的系统，使用过采样数模转换器（DAC）在基站（BS）和正交频分复用（OFDM）的频率选择性信道进行通信。我们证明了所提出的SQUID-OFDM预编码器能够生成被约束为恒定包络的发射信号，这使得能够在BS处使用功率高效的模拟射频电路。通过量化所得到的恒定包络信号的相位，我们获得了有限基数发射信号，该有限基数发射信号可以通过低分辨率（例如，1位）DAC。我们使用误码率仿真来证明SQUID-OFDM在大规模MU-MIMO-OFDM系统中优于线性量化预编码器。
2018-05-02 cs.IT math.IT
Low-Complexity Recursive Convolutional Precoding for OFDM-based Large-Scale Antenna System
大规模天线（LSA）由于能够显著提高无线系统的性能，近年来得到了广泛的关注。类似于多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）或MIMO-OFDM，LSA也可以与OFDM组合以处理无线信道中的频率选择性。然而，这样的组合遭受与LSA系统中的天线数量成比例的显著增加的复杂性。对于LSA-OFDM的常规实现，快速傅里叶逆变换（IFFT）的数量随着天线数量而增加，因为每个天线需要用于OFDM调制的IFFT。此外，迫零（ZF）预编码需要在LSA系统中支持更多的用户，所需的矩阵求逆导致了巨大的计算负担。在本文中，我们提出了一个低复杂度的递归卷积预编码，以解决上述问题。传统的ZF预编码可以通过时域的递归卷积预编码来实现，这样每个用户只需要一次IFFT，也可以避免矩阵求逆。仿真结果表明，该方法可以达到与ZF相同的性能，但复杂度要低得多。
2016-07-18 cs.IT math.IT
Channel Shortening by Large Multiantenna Precoding in OFDM
大于循环前缀（CP）的信道延迟扩展在正交频分复用（OFDM）中产生载波间/符号间干扰（ISI/ICI）。最近对低延迟应用的兴趣促使使用较短的OFDM符号，其中可以以干扰为代价缩小CP，或者保持CP但具有较大的开销。或者，本文研究了利用大的多天线预编码的属性，以引导发送的信号能量朝向信道路径内的CP不足的信道缩短方法。结果表明，ISI/ICI可以渐近消除传统的基于子载波的预编码与无限数量的天线。这是通过在频率选择性预编码器内部引入时间延迟选择性以便移除不期望的延迟信号、提供干扰减轻与多径组合增益之间的折衷并且导致高SNR中的后续增益来实现的。这种频域预编码方法，创造的时间-频率（TF）预编码，相比时间反转（TR）滤波，其渐近速率是最佳的，但引入后调制处理与信道相关的信号失真。除了保持传统的预编码多天线OFDM结构之外，有限大小的分析表明，TF预编码比TR滤波更快地收敛到其渐近速率，使得TF预编码可以在具有不那么多天线的高SNR机制中优于TR滤波。
2021-02-11 cs.IT math.IT
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
Low-Resolution Precoding for Multi-Antenna Downlink Channels and OFDM
下行链路预编码被考虑用于多径多输入单输出信道，其中基站使用正交频分复用和低分辨率信令。提出了一种量化坐标最小化（QCM）算法，并将其性能与其他预编码算法进行了比较，包括平方无穷范数松弛（SQUID），多天线贪婪迭代量化（MAGIQ）和最大安全裕度预编码。MAGIQ和QCM实现了最高的信息速率，QCM具有最低的复杂度，以乘法的数量来衡量。计算导频辅助信道估计和数据辅助信道估计的信息速率。5G低密度奇偶校验码的比特出错率证实了信息理论计算。在发射机处具有不完善信道知识的仿真表明，QCM和SQUID的性能以与具有高分辨率量化器的迫零预编码类似的方式下降。
2022-08-29 cs.IT math.IT
Robust Precoding Design for Coarsely Quantized MU-MIMO Under Channel Uncertainties
近来，具有低分辨率数模转换器（DAC）的多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统由于能够显著降低硬件成本而受到相当大的关注。此外，它已被证明，使用低分辨率DAC，使功耗大大减少，同时保持在可接受的余量内的性能损失，假设的完美知识的信道状态信息（CSI）。在本文中，我们研究的预编码问题的粗量化MU-MIMO系统没有这样的假设。信道不确定性被建模为具有有限二阶统计量的随机矩阵。通过利用多位DAC输出和单位DAC输出之间的有利关系，我们首先将原始复杂的预编码问题转化为非凸二进制优化问题。然后，利用S-过程引理，将非凸问题转化为一个具有凸约束的简单形式，最后用半定松弛（SDR）方法求解。与现有的代表性方法相比，所提出的预编码器对各种信道不确定性是鲁棒的，并且能够支持具有更高阶调制的MUMM 0系统，例如，16QAM。
2019-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
Timing and Frequency Synchronization for 1-bit Massive MU-MIMO-OFDM Downlink
我们考虑大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）下行链路的定时和频率同步，其中1位数模转换器（DAC）在基站（BS）。我们专注于实际相关的情况下，正交频分复用（OFDM）是用来在频率选择性信道进行通信。我们的贡献是双重的。首先，我们使用Bussgang定理来分析BS中存在1位DAC时定时和频率偏移对性能的影响。其次，我们证明了广泛使用的Schmidl-Cox同步算法的有效性。我们的研究结果表明，1比特的大规模MU-MIMO-OFDM下行链路是弹性的定时和频率偏移。
2019-05-19 cs.IT eess.SP math.IT
Coordinated Linear Precoding in Downlink Multicell MU-MISO OFDMA Networks
研究了下行链路多小区多用户正交频分多址（OFDMA）网络中的协作线性预编码。提出了一种简单、快速、可证明收敛的算法，该算法在每个基站（BS）发射功率约束下最大化加权和速率。利用序贯参数凸逼近（SPCA）方法，将非凸加权和率最大化（WSRM）问题逼近到一个可解的凸形式。通过适当的变量变换、一阶线性逼近和双曲约束变换等方法，得到了优化问题的目标函数和约束条件的二阶锥规划（SOCP）公式，与已知的迭代WSRM算法相比，该算法收敛于次优解所需的迭代次数较少.最后，数值结果证明了所提出的算法的有效性和优越性。
2017-08-16 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
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
Deep Joint CSI Feedback and Multiuser Precoding for MIMO OFDM Systems
提出一种基于深度学习的联合CSI反馈与多用户预编码方法，利用深度联合信源信道编码压缩CSI特征向量并联合调整预编码方向与功率，显著提升了低信噪比与低反馈开销下的下行和速率。
2024-04-25 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Efficiency Maximization Precoding for Quantized Massive MIMO Systems
在实现大规模多输入多输出（MIMO）系统时，低分辨率数模转换器和模数转换器（DAC和ADC）的使用以高量化噪声为代价显著有益于能量效率（EE）。为了最大化量化下行大规模多输入多输出系统的能效，本文提出了一种带天线选择的预编码优化问题，但由于能效的复杂性，获得最优的联合预编码和天线选择解决方案是具有挑战性的。为了解决这一挑战，我们将问题分解为预编码方向和功率优化问题。对于预编码方向，我们描述了一阶最优性条件，这需要量化失真和天线选择的影响。对于预编码功率，我们使用梯度下降算法获得最优解，以最大化给定预编码方向的EE。我们铸造派生的条件作为一个功能的特征值问题，其中找到主特征向量达到最佳的局部最优点。为此，我们提出了基于广义幂迭代的算法。交替这两种方法，我们的算法确定了一个联合的解决方案的活动天线集和预编码的方向和功率。在模拟中，所提出的方法提供了相当大的性能增益。我们的研究结果表明，几位DAC就足以实现高EE的大规模多输入多输出系统。
2021-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Spectral Precoding for Out-of-band Power Reduction under Condition Number Constraint in OFDM-Based System
正交频分复用（OFDM）技术具有频谱成形的灵活性，是一种很有前途的动态频谱接入技术。然而，OFDM的带外（OOB）功率辐射会对相邻用户产生严重的干扰。认知无线电（CR）网络中，这一问题是严重的，它使次系统接入瞬时频谱空洞。现有的方法要么不能有效地减少OOB功率泄漏，要么在接收机中引入显著的误码率（BER）性能恶化。本文提出了一种联合频谱预编码（JSP）方案，通过正交投影和奇异值分解（SVD）的矩阵运算来降低OOB功率。提出了一种在接收性能约束下设计预编码矩阵的算法，在实际应用中将接收性能约束转化为矩阵条件数约束。该方法通过对迫零频率的选择，很好地实现了期望的频谱包络和接收性能。仿真结果表明，在条件数约束下，该方案能显著降低OOB功耗。
2015-11-12 cs.CE cs.IT math.IT
On Out-of-Band Emissions of Quantized Precoding in Massive MU-MIMO-OFDM
本文分析了大规模多用户多输入多输出（MIMO）下行链路中的带外发射。我们专注于系统中的基站（BS）配备了低分辨率的数字到模拟转换器（DAC）和正交频分复用（OFDM）是用来通信的用户设备（UE）的频率选择性信道。我们证明，模拟滤波结合简单的频域数字预失真（DPD）在BS能够显着减少OOB排放，但降低了信号干扰噪声和失真比（SINDR）在UE和增加的峰均功率比（PAR）在BS。我们使用Bussgang定理来表征OOB发射、SINDR和PAR之间的权衡，并研究模拟滤波器和DPD对大规模MU-MIMO-OFDM下行链路的误码率性能的影响。我们的研究结果表明，通过仔细调整的模拟滤波器的参数，可以实现一个显着减少OOB排放只有一个温和的退化的错误率性能和PAR。
2017-12-04 cs.IT math.IT
Downlink Achievable Rate Analysis in Massive MIMO Systems with One-Bit DACs
在这封信中，我们调查的大规模多输入多输出（MIMO）系统的下行链路性能的基站配备了一位模数/数模转换器（ADC/DAC）。考虑到基于训练的传输，我们假设基站（BS）采用线性最小均方误差（LMMSE）信道估计器，并将信道估计作为真实信道来预编码数据符号。我们推导出匹配滤波器（MF）预编码的下行链路可达速率的表达式。一个详细的分析所产生的功率效率追求使用我们的表达式的可实现的速率。数值结果验证了我们的分析。特别是，它示出，与传统的大规模MIMO系统相比，在一比特的大规模MIMO系统的性能损失可以通过在BS部署大约2.5倍多的天线来补偿。
2017-02-10 cs.IT math.IT
How to Combine OTFS and OFDM Modulations in Massive MIMO?
本文提出在大规模MIMO下行链路中结合OTFS与OFDM调制，针对不同移动性用户采用混合方案，并分析FZF与PZF预编码，结果表明PZF结合信道增益分组可保障用户服务质量，且混合调制优于传统OFDM。
2023-10-13 cs.IT math.IT
Circularly Pulse-Shaped Precoding for OFDM: A New Waveform and Its Optimization Design for 5G New Radio
本文提出兼具低子带外发射与低PAPR的CPS-OFDM波形，并通过MM框架优化原型成形向量，以提升5G异步传输和混合参数集场景的检测可靠性与频谱效率。
2018-05-17 cs.IT math.IT
Multiuser One-Bit Massive MIMO Precoding Under MPSK Signaling
最近，已经有一系列的研究活动，研究如何大规模MIMO预编码应该设计时，在发射机侧的数模转换是由廉价的一位数模转换器（DAC）操作。这种研究的动机是希望大幅降低射频链的硬件成本和功耗，如果仍然使用高分辨率DAC，这在大规模MIMO中是无法负担的。1位MIMO预编码设计问题比高分辨率DAC问题更难解决。在我们以前的工作中，我们开发了一个最小的符号错误概率（SEP）设计下的多用户MISO下行链路的情况下，正交幅度调制信令的一位预编码。利用以前的工作，这项工作显示了如何最小SEP设计应用于多进制相移键控（MPSK）信令。仿真结果表明，我们的最小SEP设计提供了显着更好的比特出错率（BER）的性能比其他设计高阶PSK，如8-PSK和16-PSK。作为次要但有用的附带贡献，我们还解决了在现有技术中仅直观处理的MPSK SEP表征问题。
2018-09-24 cs.IT eess.SP math.IT
Spectrally-Precoded OFDM for 5G Wideband Operation in Fragmented sub-6GHz Spectrum
我们考虑用于6GHz以下频段5G宽带传输的频谱预编码OFDM波形。在这种密集的频谱中，低带外（OOB）波形是实现所承诺的高频谱效率的关键5G组件。通过在OFDM调制之前对数据符号进行预编码，可以实现具有非常尖锐的频谱过渡的极低的带外发射，从而实现频率资源的有效和灵活的使用。频谱预编码OFDM在高数据率增强移动宽带和超可靠低延迟通信用例中显示出达到5G目标的有希望的结果。频谱预编码对于实现短时间传输的宽带传输特别有效，这通常需要灵活的分段频谱使用。
2016-06-02 cs.IT math.IT
Minimum BER Precoding in 1-Bit Massive MIMO Systems
1-比特数模（DAC）和模数转换器（ADC）在大规模MIMO系统中获得了更多的经济性和计算效率。提出了一种新的预编码技术，以减轻用户间干扰（IUI）和信道失真的1位下行链路MUISO系统与QPSK符号。考虑1比特量化来优化发送信号矢量。我们开发了一种基于输入信号和发射信号之间的查找表（LUT）的映射。LUT针对每个通道实现进行更新。仿真结果表明，与现有的线性预编码技术相比，在未编码的误码率（BER）方面有显着的增益。
2017-06-27 cs.IT math.IT
A Framework for One-Bit and Constant-Envelope Precoding over Multiuser Massive MISO Channels
考虑以下问题：多天线基站（BS）通过预编码向多个单天线用户发送多个符号流。然而，与传统的多用户预编码不同，发送的信号受到二进制，单位模，甚至离散单位模约束。这种约束出现在一位和恒定包络（CE）大规模MIMO场景中，其中高分辨率数模转换器（DAC）分别被一位DAC和移相器取代，以降低硬件成本和能耗。在一比特和CE限制下的多用户预编码造成了显著的设计困难。在本文中，我们建立了一个框架，设计多用户预编码下的一位，连续CE和离散CE的情况下-所有在一个主题。首先，我们制定了一个预编码设计，侧重于最小化的符号错误概率（SEP），假设正交幅度调制（QAM）星座。然后，我们设计了一个算法，我们的SEP为基础的设计。该算法结合了i）一种新的惩罚方法，用于处理二进制，单位模量和离散单位模量约束;和ii）一阶非凸优化配方定制的设计。具体地说，后者是一种通过加速投影梯度的不精确优化最小化方法，仿真结果表明，该方法运行速度非常快，可以处理大量的决策变量。仿真结果表明，所提出的设计提供了显着更好的比特出错率性能比现有的设计。
2019-08-17 cs.IT eess.SP math.IT
1-bit Massive MU-MIMO Precoding in VLSI
大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）将成为第五代（5G）无线系统的核心技术，因为与现有的多天线技术相比，它在频谱效率方面有显着提高。然而，在基站（BS）处存在数百个天线元件导致过高的硬件成本和功耗，并且需要基带处理单元和无线电单元之间的高互连吞吐量。使用低分辨率模数和数模转换器（DAC）的大规模MU-MIMO有可能解决所有这些问题。在本文中，我们专注于下行链路预编码的大规模MU-MIMO系统与1位DAC在BS。我们的目标是设计预编码器，同时减轻多用户干扰（MUI）和量化伪影。提出了两种非线性1比特预编码算法和相应的超大规模集成（VLSI）设计。我们的算法依赖于双凸松弛，这使得设计高效的1位预编码算法，实现优越的错误率性能相比，线性预编码算法，然后量化。为了展示我们的算法的有效性，我们设计了VLSI架构，使高效的1位预编码的大规模MU-MIMO系统中，数百个天线服务于数十个用户设备。我们提出了相应的现场可编程门阵列（FPGA）实现，以证明1位预编码，使可靠的和高速率的下行链路数据传输在实际系统中。
2017-11-07 cs.AR cs.IT math.IT
1-Bit Massive MIMO Transmission: Embracing Interference with Symbol-Level Precoding
本文综述了1比特大规模MIMO系统中利用符号级预编码、借助建设性干扰提升误码率性能的研究，阐述了相关技术原理、方案增益及未来挑战。
2021-01-23 cs.IT eess.SP math.IT
Grassmannian Beamforming for MIMO-OFDM Systems with Frequency and Spatially Correlated Channels Using Huffman Coding
多输入多输出（MIMO）预编码是可以显著增强通信链路的有效方案。然而，这种增强是有代价的。许多预编码方案需要在发射机处通过来自接收机的反馈获得的信道知识。针对正交频分复用（OFDM）和MIMO的自然共同融合，利用频域和空间域的信道相关性来降低频分双工（FDD）系统中所需的反馈速率。建议的反馈方法是基于霍夫曼编码，并在这里采用的单流的情况下。该方法导致所需的反馈速率的显着降低，而没有任何性能损失。所提出的方法可以扩展到多流的情况。
2009-07-27 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
Constant-Envelope Quantized Precoding with Power Control for Cell-Free Massive MIMO-OFDM
Bilkent University（比尔肯特大学）；TOBB University of Economics and Technology（托布经济技术大学）
针对无蜂窝大规模MIMO-OFDM系统，研究低分辨率DAC下的量化恒包络预编码设计，并提出一种跨接入点的功率控制策略以缓解严重量化发射机的不利影响，显著提升未编码误码率性能。
2026-05-22 cs.IT eess.SP 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
RIS-Aided Multiuser MIMO-OFDM with Linear Precoding and Iterative Detection: Analysis and Optimization
在本文中，我们考虑了一个可重构的智能表面（RIS）辅助上行链路多用户多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统，其中接收机被假定为进行低复杂度的迭代检测。我们的目标是通过联合设计发射机的预编码器和RIS的无源波束形成来最小化总发射功率。这个问题可以从信息论的角度来解决。但是这种信息理论方法可能涉及过高的复杂度，因为指定上行链路多用户信道的容量区域的速率约束的数量在用户数量中是指数的。为了避免这个困难，我们制定的迭代接收机的设计问题的约束下的最大迭代次数和目标比特出错率的用户。为了解决这个具有挑战性的问题，我们提出了一个groupwise连续干扰消除（SIC）的优化方法，其中用户的信号被解码和消除在一个组的方式。提出了一种启发式用户分组策略，并采用交替优化技术迭代求解预编码和被动波束赋形子问题。具体而言，对于预编码子问题，我们采用分式规划将其转化为凸问题;对于无源波束形成子问题，我们采用逐次凸逼近来处理RIS的单位模约束。我们表明，建议groupwise SIC方法具有显着的优势，在性能和计算复杂性，与同行的方法相比。
2022-08-30 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid OTFS/OFDM Design in Massive MIMO
针对不同移动性用户的下行链路大规模MIMO系统，提出混合OTFS/OFDM调制方案及FZF和PZF预编码设计，并设计加权最大-最小功率控制方案以优化频谱效率与用户公平性。
2024-08-28 cs.IT eess.SP math.IT
Subcarrier grouping with environmental sensing for MIMO-OFDM systems over correlated double-selective fading channels
随着MIMO-OFDM系统中物理天线数和子载波数的增加，信道侧信息反馈量和信号预编码复杂度的增加将消耗更多的系统资源，甚至达到不可容忍的程度。为了解决这个问题，以前的工作主要集中在固定的子载波分组大小和预编码的MIMO信号在同一组与酉信道状态信息（CSI）。它可以减少系统的负担，但这样的过程会导致系统容量的损失，由于在预编码过程中的信道失配。在本文中，我们考虑了MIMOOFDM系统在双选择i.i.d.瑞利信道的容量损失，并从理论上研究了群大小与容量损失之间的定量关系.利用我们的理论结果，我们还提出了一个自适应子载波分组算法，它不仅能够有一个很好的控制系统的服务质量，但也减少了系统负担显着。数值结果表明，MIMO-OFDM系统的系统设计提供了有价值的见解，并表明所提出的子载波分组方案是非常有效的，在一些常见的情况下。
2017-06-19 cs.IT math.IT
Physical Layer Security in a SISO Communication using Frequency-Domain Time-Reversal OFDM Precoding and Artificial Noise Injection
提出了一种频域（FD）时间反转（TR）预编码器，用于在使用正交频分复用（OFDM）和人工噪声（AN）信号注入的单输入单输出（SISO）系统中执行物理层安全（PLS）。AN信号不会破坏到合法接收器的数据传输，但会降低窃听者的解码性能。该方案在时分双工（TDD）系统中，利用信道互易性，当发送端知道合法链路的瞬时信道状态信息（CSI），但不知道潜在窃听者的瞬时CSI时，保证了对合法用户通信的保密性。三个最佳的解码结构在窃听被认为是在快衰落（FF）环境中取决于Alice和Bob之间的握手过程。封闭形式的近似的AN能量注入，以最大限度地提高SR的通信。此外，当Eve的信噪比（SNR）为无穷大时，确定了合法接收机端保证给定SR所需的条件。此外，还提出了注水功率分配策略，进一步增强了方案的保密性。仿真结果证明了所提出的安全系统的安全性能。
2020-11-13 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning for Channel Sensing and Hybrid Precoding in TDD Massive MIMO OFDM Systems
本文提出了一种深度学习方法，用于在时分双工模式下操作并采用单载波或多载波传输的大规模多输入多输出系统的信道感测和下行链路混合波束成形。传统的预编码设计涉及两步过程，首先估计高维信道，然后基于这样的估计来设计预编码器。然而，这两步过程不一定是最佳的。本文表明，通过使用学习的方法来设计的模拟感知和混合下行链路预编码器直接从接收到的导频没有中间的高维信道估计，系统的整体性能可以显着提高。然而，训练神经网络以同时设计模拟和数字预编码器是困难的。此外，这种方法不能推广到具有不同数量的用户的系统。在本文中，我们开发了一种简化的和可推广的方法，使用深度神经网络学习上行链路感知矩阵和下行链路模拟预编码器，该深度神经网络基于每个用户进行分解，然后基于估计的低维等效信道设计数字预编码器。数值比较表明，所提出的方法的结果显着减少训练开销，并导致一个体系结构，推广到各种系统设置。
2022-06-29 cs.IT eess.SP math.IT
Achievable Rates of MIMO Systems with Linear Precoding and Iterative LMMSE Detection
我们建立了编码线性系统（包括多输入多输出（MIMO）信道，符号间干扰（ISI）信道和正交频分复用（OFDM）系统）的迭代检测面积定理。我们提出了一种线性预编码技术，渐进地确保高斯的消息通过迭代检测，因为传输块长度趋于无穷大。我们表明，所提出的线性预编码方案与迭代线性最小均方误差（LMMSE）检测是潜在的信息无损，在各种假设的信道状态信息的可用性在发射机（CSIT）。数值结果验证了我们的分析。
2012-08-23 cs.IT math.IT
Alternating Projections Method for Joint Precoding and Peak-to-Average-Power Ratio Reduction
正交频分复用（OFDM）时域信号表现出高的峰均（功率）比（PAR），这需要线性射频链来避免误差向量幅度（EVM）和带外（OOB）发射的增加。在本文中，我们提出了一种新的联合PAR降低和预编码算法，放宽这些线性要求，在大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）无线系统。具体地说，我们开发了一种新的交替投影方法，它限制了PAR和发射功率的增加，同时抑制MU干扰。我们提供了我们的算法的理论基础，并提供了一个大规模的MU-MIMO-OFDM场景的仿真结果。我们的研究结果表明，显着的PAR降低，同时限制发射功率，而不会导致EVM或OOB排放。
2022-12-23 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Analog-Digital Precoding for Interference Exploitation
研究了多用户大规模多输入单输出（MISO）系统，重点研究了基站（BS）采用混合模数预编码和低成本1比特数模转换器（DAC）的下行链路系统。在本文中，我们提出了一种混合下行链路传输方案，其中模拟预编码器是基于SVD分解形成的。在数字域中，我们利用相长干扰的概念直接设计发射信号，而不是设计线性发射预编码矩阵。最优化问题，然后制定调制星座的几何形状的基础上，被证明是非凸的。我们放松上述优化，并表明放松的优化可以转化为一个线性规划，可以有效地解决。数值结果验证了该方案在混合大规模多输入多输出下行链路系统中的优越性。
2018-10-29 cs.IT eess.SP math.IT
Hardware Impairments Aware Transceiver Design for Bidirectional Full-Duplex MIMO OFDM Systems
在本文中，我们解决的线性预编码和解码设计问题的双向正交频分复用（OFDM）通信系统，两个多输入多输出（MIMO）全双工（FD）节点之间。同时考虑了硬件失真和信道状态信息误差的影响。在第一步中，我们通过线性傅立叶变换将FD MIMO收发器的硬件失真的可用时域特征变换到频域。因此，硬件不准确性对残余自干扰（RSI）和载波间泄漏（ICL）的明确影响是相对于预期的发射/接收信号来制定的。然后，线性预编码和解码的设计，提出了提高系统性能的最小均方误差（MMSE）和总和速率最大化的策略，假设完美或错误的CSI的可用性。所提出的设计是基于对系统参数的交替优化的应用，导致必要的收敛。数值结果表明，失真感知设计的应用程序是必不可少的系统具有高的硬件失真，或为系统具有低的热噪声方差。
2018-02-08 cs.IT math.IT
Neural-Network Optimized 1-bit Precoding for Massive MU-MIMO
用于大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）无线系统的基站（BS）架构配备有数百个天线以在相同的时频信道上服务数十个用户。大量的BS天线导致高的系统成本、功率和互连带宽。为了规避这些障碍，已经提出了能够使用1位DAC的复杂MU预编码算法。这些预编码器中的许多具有传统上手动调整以优化其性能的参数。我们建议使用深度学习工具来自动调整这样的1位预编码器。具体来说，我们使用神经网络优化双凸1位预编码（C2 PO）算法。与原始C2 PO算法相比，我们的神经网络优化（NNO-）C2 PO实现了相同的错误率性能在$\bf 2\boldsymbol\times$较低的复杂度。此外，通过针对不同的信道模型训练NNO-C2 PO，我们表明1比特预编码可以对急剧变化的传播条件具有鲁棒性。
2019-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of Zero-Forcing Precoding in Multi-Cell One-Bit Massive MIMO Downlink
研究了多小区大规模多输入多输出（MIMO）系统的下行链路性能，该系统在每个基站（BS）的接收和发送射频（RF）链中采用1位模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），以降低功耗。我们利用Bussgang分解推导出最小均方误差（MMSE）信道估计在每个基站的基础上接收的量化的上行链路训练信号，和渐近封闭形式的表达式下实现的下行链路速率下一位量化迫零（ZF）预编码使用估计的信道。导出的表达式明确地示出了量化噪声、热噪声、导频污染和干扰的影响，并且被用来研究在一比特MIMO系统的每个BS处执行以及常规MIMO系统所需的附加天线的数量。数值结果验证了我们的分析，并显示，尽管需要更多的天线来实现相同的和平均速率，一比特的大规模MIMO系统是更节能的比传统的系统，特别是在高采样频率。
2023-03-06 cs.IT math.IT
One-Bit Precoding and Constellation Range Design for Massive MIMO with QAM Signaling
使用低分辨率数模转换器（DAC）进行发射预编码为大规模多输入多输出（MIMO）实现提供了至关重要的能效优势。针对下行大规模MIMO传输中的平均符号出错率（SER）最小化问题，提出了一种正交幅度调制（QAM）星座范围和1比特符号级预编码设计方法。首先推导出具有低分辨率DAC预编码的SER的严格上限。推导出的表达式表明，一比特预编码的性能下降可以解释为QAM星座的有效最小距离的减少。使用所获得的SER表达式，我们提出了一个QAM星座范围设计的单用户的情况下。结果表明，在大规模MIMO限制下，采用1比特预编码的星座图范围的合理选择是采用每符号功率约束的无限分辨率预编码，但要减小$\sqrt{2/π}$或约$0.8$。相应的最小距离减少转化为1比特预编码和无限分辨率预编码的性能之间的约2dB的差距。本文进一步提出了一种低复杂度的启发式算法的一比特预编码器的设计。最后，提出的QAM星座范围和预编码器的设计推广到多用户下行链路。我们建议通过与一比特预编码的$\sqrt{2/π}$相同的因子来缩放具有每符号功率约束的无限分辨率迫零（ZF）预编码的星座范围。所提出的一比特预编码方案被示出为在无限分辨率ZF的2dB内。在天线数量方面，一比特预编码需要大约50%的天线来实现与无限分辨率预编码相同的性能。
2018-03-14 cs.IT math.IT
Channel Estimation Considerate Precoder Design for Multi-user Massive MIMO-OFDM Systems: The Concept and Fast Algorithms
提出 CECP 及低复杂度 ST-BDCS 时域预编码，利用 OFDM 信道稀疏 Toeplitz 结构抑制多用户干扰并缩短有效信道，以支持稀疏导频估计，且速率接近逐子载波方案。
2024-04-07 cs.IT eess.SP math.IT
Quantized Precoding for Multi-Antenna Downlink Channels with MAGIQ
提出了一种多天线、贪婪、迭代和量化（MAGIQ）的下行链路预编码算法。MAGIQ允许与正交频分复用（OFDM）直接集成。MAGIQ进行了比较，现有的三种算法的信息速率和复杂度：量化线性预编码（QLP），SQUID，和ADMM为基础的算法。信息速率通过使用有限调制集的下限来测量，并且复杂度通过乘法和比较的数量来测量。MAGIQ和ADMM实现了类似的信息速率，具有类似的复杂性瑞利平坦衰落信道和一个比特量化每实维，他们优于QLP和SQUID高阶调制。
2018-03-02 cs.IT math.IT
Perturbation-Assisted PAPR Reduction for Large-Scale MIMO-OFDM Systems via ADMM
研究了基于正交频分复用（OFDM）的大规模多输入多输出（MIMO）系统的峰均功率比（PAPR）降低问题。提出了一种利用大规模天线阵列中的冗余自由度来降低发射信号PAPR的扰动辅助方法。具体来说，我们引入人工扰动信号的频域预编码信号，其目的是降低PAPR的时域对应信号。同时，与每个音调相关联的加性扰动信号被约束为位于其相关联的信道矩阵的零空间中，使得其不引起任何多用户干扰或带外辐射。将该问题转化为一个凸优化问题，并利用变量分裂和变方向乘子法（ADMM）技术给出了一个有效的算法。仿真结果表明，该方法收敛速度快，只需数十次迭代即可大幅降低峰均比。此外，与其他基于预编码的PAPR降低方法不同，本文提出的方法在预编码信号中引入扰动信号，与预编码阶段无关，因此更适用于实际系统。
2016-07-10 cs.IT math.IT
$\ell^p\!-\!\ell^q$-Norm Minimization for Joint Precoding and Peak-to-Average-Power Ratio Reduction
依赖于正交频分复用（OFDM）的无线通信系统遭受高峰均（功率）比（PAR），这使得功率低效的射频（RF）链成为必要，以避免误差向量幅度（EVM）和带外（OOB）发射的增加。这种情况在需要数百个线性RF链的大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）系统中进一步恶化。在本文中，我们提出了一种新的方法，联合预编码和PAR降低，建立在一个新的$\ell^p\!-\!\ell^q$规范制定，这是能够找到最小PAR的解决方案，同时抑制MU干扰。我们提供了一个理论基础，我们的方法，并提供了一个大规模的MU-MIMO-OFDM系统，表现出显着降低PAR在低复杂度的仿真结果，而不会导致EVM或OOB排放的增加。
2021-07-14 cs.IT eess.SP math.IT
16 QAM Communication with 1-Bit Transmitters
提出了一种新的非线性预编码技术，用于在1比特大规模多用户（MU）多输入单输出（MISO）下行链路系统中传输16个正交幅度调制（QAM）符号。我们在发射机处部署低分辨率数模转换器（DAC），以降低与大规模MISO系统相关的高能耗。为了减小低分辨率DAC带来的多用户干扰和失真，在以前的工作中引入了最小误码率预编码器。然而，该预编码器技术限于正交相移键控（QPSK）信令。我们的方法包括将该方法升级到16 QAM符号的传输。仿真结果表明，大规模MISO增益显著提高了系统的未编码误码率。
2016-12-15 cs.IT math.IT
PAR-Aware Large-Scale Multi-User MIMO-OFDM Downlink
研究了一种基于正交频分复用（OFDM）的大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）无线系统下行链路传输方案。OFDM的使用导致高的峰均（功率）比（PAR），这需要在基站处的昂贵且功率低效率的射频（RF）组件。在本文中，我们提出了一种新的下行链路传输方案，利用大规模MU-MIMO-OFDM系统中的大规模自由度，以实现低PAR。具体来说，我们建议联合执行MU预编码，OFDM调制，PAR降低通过解决凸优化问题。我们开发了相应的快速迭代截断算法（FITRA），并显示数值结果，以证明巨大的PAR降低能力。显著降低的线性要求最终使得能够将低成本RF组件用于大规模MU-MIMO-OFDM下行链路。
2012-09-04 cs.IT math.IT
Weighted Spectral Efficiency Optimization for Hybrid Beamforming in Multiuser Massive MIMO-OFDM Systems
本文研究了多用户大规模多输入多输出（MIMO）-正交频分复用（OFDM）系统中的混合波束成形设计。以加权频谱效率最大化为目标，提出了一种交替最大化框架，其中模拟预编码采用黎曼流形优化。如果数字预编码采用局部最优算法进行优化，则得到局部最优交替最大化算法。相比之下，如果我们使用加权最小均方误差（MMSE）为基础的数字预编码迭代算法，我们得到一个次优的交替最大化算法，降低了每次迭代的复杂度。通过对加权算术均方误差和几何均方误差上界的刻画，证明了在用户权值相差不大的情况下，两种交替最大化算法具有相似的性能。数值结果表明，当用户间的最大和最小权值之比很大时，两种交替最大化算法的性能差距变大。此外，我们还提出了一个低复杂度的封闭形式的方法没有迭代。它采用矩阵分解的模拟波束形成和加权MMSE的数字波束形成。虽然它不应该最大化加权频谱效率，它表现出较小的性能恶化相比，两个迭代交替最大化算法，它有资格作为一个很好的初始化迭代算法，从而节省迭代。
2019-07-29 cs.IT eess.SP math.IT
Waveforms for the Massive MIMO Downlink: Amplifier Efficiency, Distortion and Performance
在大规模MIMO中，大多数预编码器导致下行链路信号遭受高PAR，而与调制阶数以及是否使用单载波或OFDM传输无关。高PAR降低了基站放大器的功率效率。为了提高功率效率，已经提出了低PAR预编码器。在这篇文章中，我们比较了不同的传输方案的大规模MIMO的功率消耗的放大器。结果表明，OFDM和单载波传输在硬化大规模MIMO信道上具有相同的性能，当考虑到低PAR预编码的放大器功率效率较高时，传统预编码器和低PAR预编码器的功耗大致相同。由于具有低PAR的下行链路信号比具有高PAR的信号允许更简单和更便宜的硬件，因此，结果表明，在大规模MIMO基站中应该使用具有单载波或OFDM传输的低PAR预编码。
2015-10-05 cs.IT math.IT
A Desired PAR-Achieving Precoder Design for Multi-User MIMO OFDM based on Concentration of Measure
针对正交频分复用系统中的多用户多输入多输出（MIMO）无线通信，提出了一种MIMO预编码方案，该方案以最小的接收信噪比（SNR）降低代价提供期望的峰均功率比（PAR）。通过利用测度的集中性，我们建立了一个对所需PAR有约束的凸问题。因此，所提出的方案几乎完全达到所需的平均PAR，并渐近达到所需的PAR在其互补的累积分布函数的0.001点，作为子载波的数量增加。
2016-11-01 cs.IT math.IT
Beam Squint and Channel Estimation for Wideband mmWave Massive MIMO-OFDM Systems
随着宽带毫米波（mmWave）通信中天线阵列规模的不断增大，电磁波在整个阵列中传播的物理传播延迟将变得很大，并且与时域采样周期相当，这就是所谓的空间宽带效应。在这种情况下，正交频分复用（OFDM）系统中的不同子载波在同一条路径上会“看到”不同的到达角（AoA），这种由空间宽带效应引起的波束偏斜效应使得传统的基于多输入多输出（MIMO）模型的信道估计和预编码等方法不再适用。在讨论了波束倾斜与空间宽带效应的关系后，提出了一种考虑波束倾斜效应的混合模拟/数字预编码频分双工（FDD）mmWave大规模MIMO-OFDM系统信道估计方法。提出了一种超分辨率压缩感知方法，用于提取每个上行信道路径的频率不敏感参数，AoA和时间延迟，以及频率敏感参数，即，复信道增益。在FDD系统中，利用这些频率不敏感参数的互易性，可以大大简化下行信道估计，只需要有限的导频就可以获得下行复增益，重构下行信道。此外，上行链路和下行链路信道协方差矩阵可以从这些频率不敏感的信道参数而不是通过长期平均来构造，这使得最小均方误差（MMSE）信道估计能够进一步增强性能。数值结果表明，该方案优于传统的方法在毫米波通信。
2019-03-04 cs.IT math.IT
Secrecy Sum-Rate Maximization for Active IRS-Assisted MIMO-OFDM SWIPT System
本文研究有源IRS辅助的MIMO-OFDM SWIPT系统中的保密和速率最大化问题，提出基于BCD和迫零预编码的算法，证明有源IRS在低发射功率或直连链路受阻时能显著提升保密和速率。
2024-10-17 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
