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
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
Achievable Degrees of Freedom in MIMO Correlatively Changing Fading Channels
在相关变化的衰落信道中，发射信号和无噪声接收信号之间的关系被建模为不同维数流形上的非线性映射。维数计数论证指出，该映射概率为1的双射邻域的维数可作为系统的自由度，我们称非线性解码方法得到的自由度为非线性自由度。
2014-01-25 cs.IT math.IT
Achievable Uplink Rates for Massive MIMO with Coarse Quantization
大规模MIMO基站的硬件复杂性很高，需要数百个无线电链路，这使得商业化建设具有挑战性。降低接收器的硬件复杂度和功耗的一种方式是降低模数转换器（ADC）的分辨率。我们推导出一个大规模MIMO系统的任意量化的可实现的速率，并使用此速率来表明，低至3位的ADC可以使用没有显着的性能损失在频谱效率约3.5 bpcu每用户，也从较强的发射机的干扰和自动增益控制的一些缺陷。
2016-11-17 cs.IT math.IT
Achievable Rates of FDD Massive MIMO Systems with Spatial Channel Correlation
众所周知，具有i.i.d.与时分双工（TDD）系统相比，由于在发射机处获取信道状态信息（CSIT）的开销过大，因此，在本文中，我们研究了空间相关信道的FDD大规模MIMO系统的可达速率，考虑CSIT捕获维数损失，CSIT的不完善性和正则化迫零线性预编码器。通过合理设计下行信道训练序列和用户CSIT反馈码本，利用多用户空间信道相关性，优化了可达速率。我们比较我们的可实现的速率与TDD大规模MIMO系统，i.i.d. FDD系统和联合空分复用（JSDM）方案，通过基于流行的信道模型导出可实现速率的确定性等效。结果表明，基于所提出的特征空间信道估计方案，FDD系统和TDD系统之间的速率差距显着缩小，甚至在适度数量的基站天线接近。与JSDM方案相比，我们的方案实现了降维信道估计而无需信道预投影，并且在中等数量的天线和中等到大的信道相干时间下具有更高的吞吐量，尽管具有更高的计算复杂性。
2014-06-29 cs.IT math.IT
Channel Estimation and Uplink Achievable Rates in One-Bit Massive MIMO Systems
本文考虑了一个大规模的多输入多输出（MIMO）系统的上行链路的信道估计和可达到的速率，其中基站配备了一位模数转换器（ADC）。通过使用线性表达式重写非线性一比特量化，我们首先推导出线性最小均方误差（LMMSE）信道估计器的简单而有见地的表达式。然后，采用这种信道估计器，我们推导出一个封闭形式的表达式的最大比合并器（MRC）接收机的可达速率的下限。数值结果验证了我们的分析，并表明我们提出的LMMSE信道估计优于近最大似然（nML）估计先前提出的。
2016-08-19 cs.IT 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
Achievable Diversity-Rate Tradeoff of MIMO AF Relaying Systems with MMSE Transceivers
研究了多输入多输出放大转发中继系统中基于最小均方误差（MMSE）的最优收发器的分集阶数。虽然分集复用折衷（DMT）分析准确地预测了MMSE接收机对于正复用增益的行为，但事实证明，对于固定速率的情况，通过DMT的性能是非常不可预测的，因为MMSE策略表现出复杂的速率相关行为。在本文中，我们建立了MIMO AF中继系统的分集率权衡性能的MMSE收发机作为一个封闭的形式为所有固定的速率，从而提供了一个完整的表征的分集阶数与DMT的早期工作。
2013-12-16 cs.IT math.IT
Multiuser MIMO Achievable Rates with Downlink Training and Channel State Feedback
我们考虑一个MIMO衰落广播信道和计算可实现的遍历速率时，信道状态信息是通过下行链路训练在接收机获得的，它是由信道状态反馈提供给发射机。在各种假设条件下，分析和比较了非量化（模拟）和量化（数字）信道状态反馈方案。当反馈信道使用的每信道状态系数大于1时，数字反馈被示出为潜在的优越性。此外，我们表明，通过适当的数字反馈链路的设计，在反馈中的错误有轻微的影响，即使是简单的未编码调制的反馈信道上使用。我们首先讨论的情况下，一个未衰落的AWGN反馈信道与正交接入，然后衰落MIMO多址接入（MIMO-MAC）的情况下。我们表明，通过利用MIMO-MAC性质的上行链路信道，一个更好的缩放的反馈信道资源与基站天线的数量可以实现。最后，对于延迟反馈的情况下，我们表明，在现实的情况下，衰落过程具有（归一化）最大多普勒频移0 < F < 1/2，最佳复用增益的分数1 - 2F是可实现的。这项工作的一般结论是，非常显着的下行链路吞吐量是可以实现的简单而有效的信道状态反馈，只要反馈链路设计得当。
2009-05-08 cs.IT math.IT
Large System Achievable Rate Analysis of RIS-Assisted MIMO Wireless Communication with Statistical CSIT
可重构智能表面（Reconfigurable intelligent surface，RIS）是一种新兴的无线通信技术，它通过在表面上安装大量的近被动反射元件来提高无线通信的能量消耗和系统性能。研究了一种下行RIS-assisted多输入多输出（MIMO）无线通信系统，该系统包括基站到RIS、RIS到用户和基站到用户三个Rician信道通信链路。该算法的目标是利用基站的统计信道状态信息，在基站处设计最优的发送协方差矩阵，在RIS处设计最优的对角相移矩阵，以最大化可达到的各态历经速率。因此，利用高维随机矩阵理论中的副本方法，得到了可达遍历速率的大系统近似。这种大系统近似使得能够使用交替优化算法来识别渐进最优的发射协方差和对角相移矩阵。仿真结果表明，大系统的结果是一致的，可达到的遍历速率通过蒙特卡罗平均计算。仿真结果表明，该算法能够显著提高RIS辅助MIMO系统的性能。
2021-03-16 cs.IT math.IT
Quantized vs. Analog Feedback for the MIMO Downlink: A Comparison between Zero-Forcing Based Achievable Rates
我们考虑一个MIMO衰落广播信道和比较可实现的遍历速率时，在发射机的信道状态信息是由模拟噪声反馈或量化（数字）反馈。数字反馈的优越性示出，与完美或不完美的CSIR，每当每个信道系数的反馈信道使用的数量大于1。此外，我们表明，通过适当的数字反馈链路的设计，在反馈中的错误有轻微的影响，即使使用非常简单的未编码调制。最后，我们表明，模拟反馈实现的分数1 - 2F的最佳复用增益，即使在反馈延迟的存在下，当衰落属于类的多普勒过程与归一化的最大多普勒频移0 <= F <= 1/2。
2007-02-05 cs.IT math.IT
Full-Duplex MIMO Relaying: Achievable Rates under Limited Dynamic Range
在本文中，我们考虑的问题，全双工多输入多输出（MIMO）中继多天线的源和目的节点之间。实现这种系统的主要困难在于，由于中继器的发射和接收天线阵列之间的有限衰减，中继器的输出信号可能压倒其有限动态范围的输入电路，使得难以--如果不是不可能的话--恢复所需的输入信号。在明确建模发送器/接收器动态范围限制和信道估计误差的同时，我们推导出基于解码和转发的全双工MIMO中继系统的端到端可实现速率的严格上界和下界，并提出了一种基于最大化下界的传输方案。最大化要求我们（数值）解决一个非凸优化问题，为此，我们详细介绍了一种新的方法，基于对分搜索和梯度投影。为了深入了解系统设计的权衡，我们还推导出一个解析近似的可实现的速率和数值证明其准确性。然后，我们使用优化的半双工信令作为基线，研究可实现速率作为信噪比、干扰噪声比、发射机/接收机动态范围、天线数量和训练长度的函数的行为。
2012-05-17 cs.IT math.IT
On the Achievable Diversity-Multiplexing Tradeoff in MIMO Fading Channels with Imperfect CSIT
在本文中，我们分析了分集和复用在多输入多输出（MIMO）信道与不完善的信道状态信息在发送端（CSIT）的基本权衡。我们表明，不完美的CSIT，更高的分集增益，以及更有效的分集复用权衡（DMT）可以实现。在具有K个发射/接收天线的多输入单输出（MISO）/单输入多输出（SIMO）信道的情况下，可以在空间复用增益r处获得d（r）=K（1-r+Kα）的分集增益，其中α是本文定义的CSIT质量。对于M（M>1）个发射天线和N（N>1）个接收天线的一般MIMO信道，我们证明了根据α的值，可以得到不同的DMT，并且α的值对可实现的分集有很大的影响，特别是在高复用增益下。具体地，当α高于某个阈值时，可以实现d（r）=MN（1+MNα）-（M+N-1）r的分集增益;否则，可实现的DMT低得多，并且可以被描述为取决于M、N、r和α的不连续线段的集合。我们的分析表明，不完美的CSIT显着提高可实现的分集增益，同时享受高空间复用增益。
2009-08-16 cs.IT math.IT
MIMO Multiway Distributed-Relay Channel with Full Data Exchange: An Achievable Rate Perspective
我们认为有效的通信多输入多输出（MIMO）多路分布式中继信道（MDRC）与充分的数据交换，其中每个用户，配备多个天线，广播其消息的所有其他用户通过一些分布式中继的帮助。我们提出了一种基于物理层网络编码（PNC）的方案，涉及线性预编码的信道对齐嵌套格编码的PNC，和基于格的预编码的干扰减轻，我们表明，与所提出的方案，分布式中继实现了相同的和速率协作中继在高信噪比制度。我们还表明，该方案实现的MIMO MDRC在一个恒定的间隙在高信噪比的渐近和容量。数值结果表明，所提出的方案大大优于现有的方案，包括解码和转发和放大和转发。
2016-12-26 cs.IT math.IT
On Achievable Degrees of Freedom for MIMO X Channels
本文研究了在发射端使用$M_t$天线，接收端使用$r$天线的MIMO X信道在恒定信道系数下的可达自由度。提出了一种空间干扰对齐和消除方案，以实现MIMO X信道的最大DoF。首先考虑$M_1\geq M_2\geq N_1\geq N_2$的情况，并将其分为3种病例，$3N_2<M_1+M_2<2N_1+N_2$（病例$A$）、$M_1+M_2\geq2N_1+N_2$（病例$B$）和$M_1+M_2\leq3N_2$（病例$C$）。在$A$情况下，外界$\frac{M_1+M_2+N_2}{2}$是可达的，在$B$情况下，若$M_2>N_1$，则可达的自由度等于外界$N_1+N_2$，否则小于外界的1/2或1;在$C$的情况下，如果$(3N_2-M_1-M_2)\mod 3=0$，则可实现的DoF等于外边界$2/3(M_1+M_2)$，并且如果$(3N_2-M_1-M_2)\mod 3=1 \mathrm{or} 2$，则可实现的DoF比外边界小1/3或1/6。在$M_t\leq N_r$的情况下，可以得到精确对称的自由度结果。
2012-08-24 cs.IT math.IT
On the Achievable Sum-rate of the RIS-aided MIMO Broadcast Channel
可重构智能表面（RISs）代表了一种新技术，可以塑造无线电波传播，从而提供了各种可能的性能和实现增益。出于这一动机，我们调查可实现的和速率优化的广播信道（BC），配备了RIS。我们利用高斯多输入多输出（MIMO）BC和多址接入信道（MAC）之间的对偶性，推导出一种交替优化（AO）算法，该算法优化了用户的协方差矩阵和双MAC中的RIS相移。最优用户的协方差矩阵是通过对偶分解方法得到的，在该方法中，每次迭代都以封闭形式求解。最佳RIS相移也计算使用派生的封闭形式的表达。此外，我们提出了一个计算复杂性分析所提出的AO算法。仿真结果表明，提出的AO算法可以提供显着的可实现的和速率增益在一个BC。
2021-09-03 cs.IT math.IT
Achievable Rate Optimization for MIMO Systems with Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RISs）代表了一种全新的技术，可以塑造无线通信系统中的无线电波传播，并提供了各种可能的性能和实现增益。受此启发，在本文中，我们研究了可实现的速率优化的多流多输入多输出（MIMO）系统配备了一个RIS，并制定了一个联合优化问题的协方差矩阵的发送信号和RIS元素。为了解决这个问题，我们提出了一个迭代优化算法，是基于投影梯度法（PGM）。我们推导出的步长，保证所提出的算法的收敛性，我们定义了一个回溯线搜索，以提高其收敛速度。此外，我们引入了总的自由空间路径损耗（FSPL）的间接和直接链路的比率作为一个RIS在所考虑的通信系统的适用性的一阶措施。仿真结果表明，提出的PGM实现了相同的可实现的速率作为一个国家的最先进的基准计划，但具有显着降低计算复杂性。此外，它表明，RIS应用程序是特别适合于增加可实现的速率在室内环境中，在这种情况下，即使是一个小的RIS元素的数量是足以提供一个实质性的可实现的速率增益。
2021-09-03 cs.IT math.IT
Achievable Rates and Training Optimization for Uplink Multiuser Massive MIMO Systems
我们研究了大规模MIMO系统的上行链路传输性能，其中所有的发射机都有单天线，基站有大量的天线。具体而言，我们首先推导出可能通过最小均方误差（MMSE）信道估计和三个线性接收机：最大比合并（MRC），迫零（ZF），和MMSE的速率。基于推导出的速率，我们量化了通过增加基站天线数量或增加相干间隔可能节省的能量。我们还分析了可实现的总自由度（DoF）的这样一个系统，而无需假设在接收机，这是示出为相同的点对点MIMO信道的信道状态信息。当用户数小于天线数时，线性接收机足以实现总DoF。当用户数量等于或大于天线数量时，非线性处理是必要的，以实现全自由度。最后，在平均和峰值功率约束下，联合优化训练周期和最优训练能量分配，以最大化接收端采用MRC或ZF接收机时的可实现和速率。
2016-06-12 cs.IT math.IT
Improved Achievable Rates for Regularized Tomlinson-Harashima Precoding in Multiuser MIMO Downlink
Tomlinson-Harashima预编码（THP）被认为是一种重要的预编码方案，因为它能够有效地消除发射机侧的已知干扰。因此，通过THP实现的信息速率优于通过常规线性预编码方案实现的信息速率。本文推导了在加性高斯白噪声（AWGN）信道下正则化THP方案的可达信息速率的一个新的下界。分析结果表明，在低信噪比范围内，该下界比原下界更紧，当信噪比趋于无穷大时，所有下界收敛到0.5xlog2（6SNR/πe）.
2011-01-04 cs.IT math.IT
A Graph Theoretic Approach for Training Overhead Reduction in FDD Massive MIMO Systems
与基于反馈的信道捕获相关联的开销可以极大地损害基于FDD的大规模MIMO系统的可实现速率。实际上，下行链路（DL）训练和上行链路（UL）反馈开销随着基站（BS）天线的数量线性缩放，这与基于TDD的大规模MIMO形成鲜明对比，在基于TDD的大规模MIMO中，单个UL导频训练整个BS阵列。在这项工作中，我们提出了一个图论的方法，以减少DL训练和UL反馈的FDD大规模MIMO系统的开销。特别是，我们考虑一个单小区的情况下，涉及一个单一的BS与大规模的天线阵列服务于单天线移动台（MS）在DL。我们假设BS在DL中采用两阶段波束成形，包括DFT预波束成形，随后是MU-MIMO预编码。所提出的图论方法利用BS-MS信道的角谱的知识来构造具有减少的开销的DL训练协议。仿真结果表明，所提出的训练资源分配方法可以提供约35%的总速率性能增益相比，传统的正交训练。我们的分析还揭示了减少开销对信道估计质量的影响，进而影响可实现的速率。
2018-02-03 cs.IT math.IT
Generalized Signal Alignment: On the Achievable DoF for Multi-User MIMO Two-Way Relay Channels
研究了多用户MIMO双向中继信道的可达自由度，其中有$K$源节点，每个源节点配备$M$天线，有一个中继节点，配备$N$天线，每个源节点通过中继与任意一组其他源节点交换独立的消息.通过允许任意的信息交换模式，所考虑的信道模型是一个统一的。它包括几个现有的信道模型作为特殊情况：$K$ -用户MIMO Y信道，多对MIMO双向中继信道，广义MIMO双向X中继信道，和$L$ -簇MIMO多路中继信道。以前的研究主要考虑的自由度割集约束$2N$在天线配置$N < 2M$通过应用信号对齐的可扩展性。本文研究了DOF割集约束$KM$在$N\geq 2M$情形下的可解性。为此，我们首先推导出更严格的自由度上限为三个特殊情况下所考虑的信道模型。然后，我们提出了一个新的传输框架，广义信号对齐，接近这些界限。GSA的概念是通过在中继站处对齐要在压缩子空间中交换的每对信号来形成网络编码符号。给出了构造中继压缩矩阵的一个充要条件。我们表明，使用GSA，新的自由度上界是可实现的，当i）$\frac{N}{M} \in \big(0, 2+\frac{4}{K(K-1)}\big] \cup \big[K-2, +\infty\big)$的$K$ -用户MIMO Y信道; ii）$\frac{N}{M} \in \big(0, 2+\frac{4}{K}\big] \cup \big[K-2, +\infty\…
2015-04-02 cs.IT math.IT
Uplink Achievable Rate in One-bit Quantized Massive MIMO with Superimposed Pilots
在这项工作中，我们考虑一个1比特量化的大规模MIMO信道叠加导频（SP）计划，被称为QSP。利用线性最小均方误差（LMMSE）信道估计器和最大比合并（MRC）接收机在BS，我们得到了一个近似的可达速率的下限。当优化导频和数据功率时，在封闭形式的解中获得使数据率最大化的最优功率分配。虽然有量化和未量化的系统之间的性能差距，它示出，这种差距逐渐减小的BS天线的数量是渐近大。此外，我们表明，导频从接收信号中删除使用信道估计不会导致信息的显着增加，特别是在低信噪比（SNR）和大量用户的情况下。我们提出了一些数值结果来证实我们的分析结果和见解提供了进一步探索量子化系统的SP。
2018-04-25 cs.IT math.IT
Achievable Secrecy Rates over MIMOME Gaussian Channels with GMM Signals in Low-Noise Regime
我们考虑一个窃听多输入多输出多窃听（MIMOME）信道，其中代理爱丽丝的目的是发送一个秘密消息给代理鲍勃，而不泄漏任何信息给窃听代理夏娃。我们假设Alice比Bob和Eve都有更多的天线，并且她只对Eve的信道有统计知识。我们专注于低噪声制度，并评估的保密率，是可实现的秘密消息时，确定的分布的多变量高斯混合模型（GMM）的实现生成和通过信道传输。特别是，我们表明，如果夏娃有较少的天线比鲍勃，秘密传输总是可能在低噪声。此外，我们表明，在低噪声的限制，我们的计划的保密能力与其无约束的能力相一致，通过提供一类协方差矩阵，允许达到这样的限制，而不需要窃听编码。
2014-04-13 cs.IT math.IT
Average Achievable Rate Analysis of Cell-Free Massive MIMO in the Finite Blocklength Regime with Imperfect CSI
针对无小区大规模MIMO系统在超可靠低延迟通信约束下非理想CSI对有限块长平均可达速率影响未充分探索的问题，本文提出拉普拉斯域闭式表达式分析框架，通过理论推导与数值仿真验证准确性，并表明该架构可缓解非理想CSI导致的性能损失。
2025-08-26 cs.IT math.IT
Massive Connectivity with Massive MIMO-Part II: Achievable Rate Characterization
这篇由两部分组成的论文旨在量化具有大量设备但设备活动零星的上行链路大规模连接场景中的设备活动检测成本。本文的第一部分表明，在渐进的大规模多输入多输出（MIMO）制度，设备活动检测总是可以完美的。本文的第II部分随后示出，尽管有完美的设备活动检测，但是由于设备检测在总体可实现速率方面仍然存在显著的成本，这是因为必须使用非正交导频序列以便容纳大量潜在设备的事实，导致与具有正交导频的常规大规模MIMO系统相比显著更大的信道估计误差。具体而言，本文的特点是每个活跃用户的可达速率使用随机矩阵理论下的最大比合并（MRC）或最小均方误差（MMSE）接收波束形成在基站（BS），假设统计的估计信道中得出的第一部分。用户速率的表征还允许导频序列长度的优化。此外，与传统的大规模MIMO系统相比，MMSE波束成形被示出为实现比MRC波束成形高得多的速率，用于所考虑的大规模连接场景。最后，本文说明了当活跃用户数大于基站天线数时，为了速率最大化而进行用户调度的必要性。
2018-03-15 cs.IT math.IT
When Is the Achievable Rate Region Convex in Two-User Massive MIMO Systems?
本文研究了两个用户的大规模多输入多输出（MIMO）系统的可达速率域，重点研究了i.i.d.~瑞利衰落和视距（LoS）场景。如果速率区域是凸的，则空间复用优于正交调度，而对于非凸区域则相反。我们证明了具有i.i.d.~瑞利衰落是凸的，而在LoS的凸性取决于参数，如角用户分离，天线的数量，和信噪比（SNR）。
2018-06-19 cs.IT cs.NI math.IT
Achievable Rate Maximization Pattern Design for Reconfigurable MIMO Antenna Array
可重配置的多输入多输出可以通过对信道进行整形来提供优于传统MIMO的性能增益，即，引入更多的信道实现。在本文中，我们专注于可重构MIMO系统的可实现的速率最大化模式的设计。首先，我们介绍了模式可重构MIMO（PR-MIMO）的矩阵表示，在此基础上制定了一个方向图设计问题。为了进一步揭示无线信道上的辐射模式的效果，我们考虑模式设计的单模式的情况下，优化的辐射模式是相同的所有天线元件，和多模式的情况下，不同的天线元件可以采用不同的辐射模式。对于单方向图的情况下，我们表明，方向图的设计是等效的所有散射路径之间的增益的重新分配，并获得基于本征值优化的解决方案。对于多模式的情况下，我们提出了一个顺序优化框架与流形优化和特征值分解，以获得接近最优的解决方案。数值结果验证了PR-MIMO系统在可达速率方面优于传统MIMO系统，也表明了所提出的解决方案的有效性。
2023-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
Massive MU-MIMO-OFDM Downlink with One-Bit DACs and Linear Precoding
大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）是未来无线通信系统的关键技术。在本文中，我们分析了基于正交频分复用（OFDM）的大规模MU-MIMO系统的下行链路性能，其中基站（BS）配备了1位数模转换器（DAC）。使用Bussgang定理，我们的特点与线性预编码器（如最大比传输和迫零）的比特出错率（BER）的性能。我们的分析考虑了在DAC之前对时域发射信号进行过采样的可能性。我们进一步开发的信息理论的和速率吞吐量与高斯输入可实现的下限。我们的研究结果表明，1位DAC在大规模MU-MIMO-OFDM下行链路中实现的性能是令人满意的，前提是BS天线的数量足够大。
2017-09-06 cs.IT math.IT
Wireless Information and Energy Transfer for Decode-and-Forward Relaying MIMO-OFDM Networks
研究了具有能量收集中继的多输入多输出（MIMO）-正交频分复用（OFDM）系统的系统可达速率及其优化问题。首先，我们提出了一种基于时间交换的中继（TSR）协议，以实现中继器处的同时信息处理和能量收集。然后，我们从理论上讨论了它的可达速率性能，并制定了一个优化问题，以最大限度地提高系统的可达速率。由于该问题求解困难，我们设计了一种增广拉格朗日罚函数（ALPF）方法，并通过大量的仿真实验验证了分析结果的准确性和ALPF方法的有效性。
2015-01-04 cs.IT math.IT
Achievable Rate Optimization for Stacked Intelligent Metasurface-Assisted Holographic MIMO Communications
针对 SIM 辅助的 HMIMO 系统，本文联合优化双侧 SIM 相移和发射协方差矩阵，提出基于投影梯度且保证收敛的迭代算法，以更少迭代达到 AO 基准性能。
2024-05-08 cs.IT math.IT
On the Achievable DoF and User Scaling Law of Opportunistic Interference Alignment in 3-Transmitter MIMO Interference Channels
在本文中，我们提出了三个发射机的多输入多输出（MIMO）干扰信道（IC）的机会干扰对齐（OIA）计划。在所提出的OIA中，每个发射机具有其自己的用户组，并且选择具有最对齐的干扰信号的单个用户。利用多个用户提供的用户维度来对准干扰信号。与传统的IA相反，在发射机处不需要所有信道链路的完美信道状态信息，并且每个用户仅反馈一个标量值以指示干扰信道对准得有多好。我们证明，每个发射机可以实现相同的自由度（DoF）的干扰自由的情况下，通过用户选择在我们的系统模型，接收天线的数量是发送天线的数量的两倍。使用几何解释，我们找到所需的用户缩放，以获得任意非零自由度。提出了两种OIA方案，并与各种用户选择方案的可达速率/自由度和复杂度进行了比较。
2013-03-08 cs.IT math.IT
Codeword Selection and Hybrid Precoding for Multiuser Millimeter Wave Massive MIMO Systems
针对宽带多用户毫米波大规模多输入多输出系统的可达和速率最大化问题，研究了混合预编码技术。由于可实现的和速率的每次计算只能在模拟预编码器和数字预编码器都被确定之后执行，因此可实现的和速率的最大化具有难以处理的计算复杂度。通过引入无干扰（IF）可实现的和速率，可以解耦模拟和数字预编码器的设计。为了避免波束冲突并最大化中频可实现的和速率，提出了一种基于匈牙利语的码字选择算法用于模拟预编码设计。仿真结果验证了该方案的有效性，并表明与现有的方案相比，可以实现更好的性能。
2019-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
Achievable DoF Regions of MIMO Networks with Imperfect CSIT
我们专注于一个两个接收机多输入多输出（MIMO）广播信道（BC）和干扰信道（IC）在每个节点的任意数量的天线。我们假设在发射机（CSIT）的本地信道状态信息的不完善的知识，其误差衰减的信号噪声比。有了这样的配置，我们的特点是实现度的自由度（DoF）的区域在BC和IC，提出了一种速率分裂的方法，它将每个接收器的消息分为一个共同的部分和一个私人的一部分。与针对对称MIMO情况设计的RS方案相比，该方案适用于每个节点具有任意数量天线的一般非对称部署。在BC中，所提出的块1）对两个接收器的私有消息采用不相等的功率分配，2）利用在一个接收器处具有额外空间维度的益处，以及3）利用空时传输来执行。这些功能使该计划产生更大的自由度区域比平凡地扩展的计划设计的对称情况。在IC中，我们修改了BC情况下提出的方案，通过应用线性变换的信道矩阵。这种线性变换使我们能够识别两个发射信号相互干扰的信号空间，并提出适当的功率分配策略。可实现的自由度区域被示出为对于某些天线配置是最佳的。
2017-06-05 cs.IT math.IT
Ergodic Achievable Rate Analysis and Optimization of RIS-assisted Millimeter-Wave MIMO Communication Systems
可重构智能表面（RISs）由于其在覆盖和容量增强方面的潜力，已成为下一代无线网络的一种有前景的技术。以前的工作，可达到的速率分析的RIS辅助通信系统主要集中在丰富的散射环境中，瑞利和莱斯信道模型可以应用。本文研究了在Saleh-Valenzuela信道模型下，具有有限散射的毫米波段RIS辅助多输入多输出通信系统的各态历经可达速率。首先，我们利用优控制理论和Jensen不等式得到了遍历可达速率的一个上界。上界表明，遍历可实现的速率随基站（BS）和用户处的天线数量、RIS处的反射单元数量以及与BS、用户和RIS相关联的引导矩阵的特征值而呈指数增长。然后，我们的目标是通过联合优化在BS和RIS的反射系数的发射协方差矩阵，以最大化遍历可实现的速率。具体地说，发射协方差矩阵的优化注水算法和反射系数的优化使用黎曼共轭梯度算法。仿真结果验证了所提优化算法的有效性。
2022-09-20 cs.IT math.IT
Achievable Sum DoF of the K-User MIMO Interference Channel with Delayed CSIT
本文考虑一个$K$ -用户多输入多输出（MIMO）干扰信道（IC），其中1）由发射机获得的信道状态信息（CSIT）是完全过时的，以及2）每个发射机处的发射天线的数量，即，$M$大于每个用户处的接收天线的数量，即，$N$。延迟CSIT的有用性首先在由Maddah-Ali等人针对多输入单输出广播信道提出的$K$相位回溯干扰对准（RIA）方案中被识别，但是对MIMO IC的扩展是重要的步骤，因为每个发射机仅具有针对相应用户的消息。最近，Abdoli等人专注于单输入单输出IC，并通过发明具有分布式偷听干扰重传的$K$阶段RIA来解决这样的瓶颈。在本文中，我们提出了两个$K$阶段RIA计划适用于MIMO集成电路的推广和集成的一些关键功能的Abdoli和Maddah-Ali的作品。这两个方案共同产生迄今为止最著名的和自由度（DoF）性能。对于$\frac{M}{N}{\geq}K$的情况，当$K{\to}\infty$时，实现的和DoF由$\frac{64}{15}N$渐近给出。
2016-05-05 cs.IT math.IT
On the Uplink Achievable Rate of Massive MIMO System With Low-Resolution ADC and RF Impairments
研究了射频损伤下粗量化大规模多输入多输出（MIMO）系统的信道估计和上行链路可达速率。我们利用加性量化噪声模型（AQNM）和扩展误差矢量幅度（EEVM）模型分别分析低分辨率模数转换器（ADC）和射频损伤的影响。我们表明，硬件损伤导致非零地板上的信道估计错误，这与传统的情况下与理想的硬件。最大比合并（MRC）技术，然后在接收端使用，并推导出一个近似听话的上行链路可达速率的表达式。仿真结果表明，ADC的分辨率和RF损伤之间有明显的补偿。所提出的研究支持在实际的大规模大规模多输入多输出系统中装备经济的粗糙ADC和经济的不完美RF元件的可行性。
2019-01-22 cs.IT eess.SP math.IT
Capacity and Achievable Rates of Fading Few-mode MIMO IM/DD Optical Fiber Channels
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
研究了空间路径强度调制直接检测（IM/DD）的多输入多输出（MIMO）光纤信道。空间维度表示用于传输的多个模式，并且它们之间的串扰起源于复用器和解复用器，这是偏振相关的，因此是时变的。从自由空间IM/DD MIMO信道的上限适应光纤的情况下，星座约束容量的建设性估计使用Blahut-Arimoto算法。然后提出了一种自动编码器，以优化实际的MIMO传输的预编码器和检测器，假设在发射机的信道分布知识。预编码器被示出为是鲁棒的信道中的变化。
2022-01-27 cs.IT cs.LG math.IT
Achievable Degrees of Freedom on K-user MIMO Multi-way Relay Channel with Common and Private Messages
研究了MIMO多路中继信道的可达总自由度（DoF），该信道由K个用户和一个解码转发中继组成，每个用户配备M根天线，解码转发中继配备N根天线。在该信道中，每个用户除了向所有用户传送公共消息之外，还希望向其他用户传送K-1个私人消息。由于用户之间没有直接链路，通信通过中继在两个阶段中发生;多址信道阶段（MAC）和广播（BC）阶段。我们在网络的总DoF上驱动割集界，并证明网络的DoF小于或等于K min（N，M）。通过在MAC阶段中使用用于网络编码的信号空间对齐和在BC阶段中使用迫零预编码来示出上限的可扩展性。我们表明，除了私人消息，引入公共消息导致实现更高的总自由度比只使用私人消息。
2015-10-15 cs.IT math.IT
On the Achievable Rates of Decentralized Equalization in Massive MU-MIMO Systems
与传统的小规模MIMO技术相比，大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）有望在频谱效率方面获得显著的增益。诸如迫零（ZF）或基于最小均方误差（MMSE）的方法之类的线性均衡算法通常依赖于基站（BS）处的集中式处理，这导致（i）过高的互连和芯片输入/输出数据率，以及（ii）高计算复杂性。在本文中，我们研究了分散均衡的可实现率，以减轻这两个问题。我们考虑两种不同的BS架构，将天线阵列划分为集群，每个集群与独立的射频链和信号处理硬件相关联，并且每个集群的结果在前馈网络中融合。对于这两种架构，我们认为ZF，MMSE，和一种新的，非线性均衡算法，建立在近似消息传递（AMP），我们从理论上分析这些方法的可实现的速率。我们的研究结果表明，与集中式解决方案相比，我们基于AMP的方法的分散式均衡在可实现的速率方面没有或只有微不足道的损失。
2017-05-08 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic Achievable Rate Maximization of RIS-assisted Millimeter-Wave MIMO-OFDM Communication Systems
可重构智能表面（RIS）是近年来受到广泛关注的一个领域。然而，大多数研究集中在窄带和/或瞬时信道状态信息（CSI）的场景，而使用毫米波（mmWave）（包括亚太赫兹）频谱的宽带是下一代无线通信的主要趋势，并且统计CSI在现实系统中更实用。因此，我们{考虑}各态历经的可实现的速率的RIS辅助毫米波多输入多输出正交频分复用通信系统。采用广泛使用的Saleh-Valenzuela信道模型来表征毫米波信道，并且仅统计CSI可用。首先利用优控制理论和Jensen不等式导出了遍历可达速率的近似表达式。然后，提出了一种交替优化算法，通过联合设计在基站的发射协方差矩阵和反射系数在RIS的遍历可达速率最大化。具体地说，发射协方差矩阵的设计转化为一个功率分配问题，并解决了空间频率注水。反射系数采用黎曼共轭梯度法进行优化。仿真结果证实了所提算法的有效性。
2022-11-03 cs.IT math.IT
Massive MIMO Channel Measurements and Achievable Rates in a Residential Area
在本文中，我们提出了一个测量设置为大规模多输入多输出信道探测，表现出很好的长期相位稳定性。在住宅区进行初始测量，以评估不同的传统预编码方案，如最大比传输和相位预编码。收集了大量的数据点，每个数据点有924乘以64个复通道权重。每个数据点都使用差分GPS和实时kinematik进行位置标记，在90%以上的收集数据点中实现了优于35厘米的位置精度，使该数据集成为丰富的资源，例如，进一步研究无线通信中基于机器学习的数据驱动方法。
2020-07-31 cs.IT eess.SP math.IT
Achievable Sum-Rates in Gaussian Multiple-Access Channels with MIMO-AF-Relay and Direct Links
我们考虑一个单天线高斯多址接入信道（MAC）与多天线放大转发（AF）中继，其中，与许多以前的作品，也考虑到发射机和接收机之间的直接链接。对于这个通道，我们研究两种传输方案：发送和中继所有信号联合或使用时分多址（TDMA）结构，只有一个发射机使用的信道在同一时间。虽然最佳的中继矩阵和时隙持续时间被发现后一个计划，我们提供了上界和下界的可实现的和速率为前一个。这些边界通过蒙特卡罗模拟进行评估，结果表明它们彼此非常接近。此外，这些界限进行比较，通过TDMA方案实现的和速率。对于高可用的发射功率在中继的渐近情况下，给出了一个解析表达式，它允许确定优越的计划。
2012-07-06 cs.IT math.IT
On an Achievable Rate of Large Rayleigh Block-Fading MIMO Channels with No CSI
研究了瑞利块衰落多输入多输出（MIMO）信道中基于训练的传输。作为训练方法，考虑导频辅助方案和偏置信令方案的组合。在副本对称的假设下，利用副本方法，分析了基于线性最小均方误差（LMMSE）信道估计的连续译码（SD）接收机在大系统极限下的可达速率。它示出，可忽略的导频信息是最好的SD接收机在大系统的限制方面的可实现的速率。所得到的可达速率的解析公式可以改善现有的下限的MIMO信道的容量没有信道状态信息（CSI），推导出由Hassibi和Hochwald，所有的信号-噪声比（SNR）。所获得的界限与Zheng和Tse推导出的信道容量的高SNR近似值之间的比较意味着，除非考虑相当高的SNR，否则高SNR近似值是不可靠的。能量效率在低SNR制度也调查可靠的通信所需的每信息位的功率。所需的最小功率被示出为在没有CSI的SD接收器的正速率下实现，而对于在接收器处可用的完美CSI的情况，在零速率限制下实现。此外，数值模拟表明，所提出的大系统分析可以提供一个很好的近似不那么大的系统。本文中的结果意味着，SD计划可以提供一个显着的性能增益在低到中等的SNR制度相比，传统的接收机基于单次信道估计。
2013-03-01 cs.IT math.IT
Impact of Angular Spread in Moderately Large MIMO Systems under Pilot Contamination
导频污染是大规模多输入多输出（MIMO）网络的主要瓶颈之一。对于中等大小的天线阵列（对最近/新兴部署很重要）和相关MIMO，导频污染在某些场景中可能不是主要的限制因素。据我们所知，一个严格的表征的可实现的速率和它们的显式依赖于角展度（AS）是不可用的，在现有的文献中的适度大的天线阵列制度。在本文中，考虑到特征波束形成（EBF）预编码，我们推导出一个精确的解析表达式，在多小区MIMO系统中的导频污染下的可达速率，并表征AS之间的关系，阵列大小，和各自的用户速率。我们的分析和仿真结果表明，EBF和正则化迫零（RZF）预编码器的可实现的速率遵循非单调的行为增加AS时，天线阵列的大小是中等的。我们认为，这种非单调行为的知识可以用来开发有效的用户细胞配对技术。
2018-07-21 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
On the Fading Paper Achievable Region of the Fading MIMO Broadcast Channel
我们考虑在各态历经衰落的多天线广播（MIMO-BC）信道的传输，部分信道状态信息在发送端和全部信息在接收端。在等效的{ \it非}衰落信道上，最近已经证明，使用为"脏纸“信道设计的传输方案可以实现容量。我们专注于一个类似的“褪色纸”模型。褪色纸容量的评估是很难获得的。我们限制自己的{ \it线性分配}的能力，我们定义，并使用凸分析方法来证明其最大化分布是高斯。我们比较我们的褪色纸传输的脏纸编码的应用程序，忽略了部分状态信息，并假设信道是固定的平均衰落。我们表明，增益是很容易实现的适当利用的信息。我们还考虑了合作上限的和率容量的建议佐藤。我们提出了一个数值例子，表明我们的计划是能够实现这个上限。
2007-10-13 cs.IT math.IT
Achievable Degrees of Freedom Analysis and Optimization in Massive MIMO via Characteristic Mode Analysis
State Key Laboratory of Photonics and Communications, School of Electronics, Peking University（北京大学电子学院光通信与光子学国家重点实验室）；Department of Electrical and Computer Engineering, Princeton University（普林斯顿大学电气与计算机工程系）；School of Information Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学信息科学与技术学院）
本文通过特征模式分析方法，研究大规模MIMO中可实现自由度的分析与优化，提出基于遗传算法的优化方案，提升通信系统性能。
2026-01-15 cs.IT eess.SP 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
Performance Analysis and Location Optimization for Massive MIMO Systems with Circularly Distributed Antennas
分析了单小区多用户分布式大规模多输入多输出（MIMO）系统上行链路的可达速率。多个用户配备单个天线，基站（BS）配备大量分布式天线。我们推导出系统在迫零（ZF）检测器下的渐近遍历可达速率的解析表达式。特别是，我们考虑圆形天线阵列，其中分布的BS天线均匀地位于一个圆圈上，并推导出一个解析表达式和封闭形式的紧界的任意位置的用户的可达速率。随后，在假设用户均匀分布在小区中的情况下，得到了每个用户的平均可达速率的封闭形式的界。基于该边界，我们可以理解系统速率相对于不同参数的行为，并找到最大化平均速率的圆形BS天线阵列的最佳位置。数值结果提供评估我们的分析结果，并检查的数量和位置的BS天线，发射功率，和路径损耗指数对系统性能的影响。结果表明，环形分布的大规模MIMO系统在很大程度上优于集中式大规模MIMO系统。
2014-08-07 cs.IT math.IT
On the Maximum Achievable Sum-rate of the RIS-aided MIMO Broadcast Channel
可重构智能表面（RISs）代表了一种新技术，可以塑造无线电波传播，从而提供了各种可能的性能和实现增益。出于这一动机，我们调查的广播信道（BC）中存在的RIS的可实现的和速率优化。我们解决这个问题，利用高斯多输入多输出（MIMO）BC和多址接入信道（MAC）之间的著名的对偶，我们相应地推导出三个算法，优化用户的协方差矩阵和RIS相移的双MAC。用户的协方差矩阵通过具有块坐标最大化（block coordinate maximization，简称CKM）的对偶分解方法或通过基于梯度的方法来优化。RIS相移或者通过使用封闭形式的表达式顺序地优化，或者通过使用基于梯度的方法并行地计算。我们提出了一个计算复杂性分析所提出的算法。仿真结果表明，所提出的算法往往收敛到相同的可实现的和速率的整体，但可能会产生不同的和速率性能的某些特定情况下，由于所考虑的问题的非凸性。此外，基于梯度的优化方法通常更省时。此外，我们证明了所提出的算法可以提供一个显着的增益，在多个RIS辅助的RIS辅助BC和增益取决于RIS的位置。
2022-12-14 cs.IT math.IT
Lattice Sequential Decoding for LAST Coded MIMO Channels: Achievable Rate, DMT, and Complexity Analysis
分析了格型序列译码器在LAST编码MIMO信道下的渐近性能。我们确定的速率可实现格编码和顺序解码应用到这样的信道。推导出格序解码下的分集复用权衡（DMT）是其参数--偏置项的函数，偏置项对于控制解码阶段所需的计算量至关重要。实现低解码复杂度需要增加偏置项的值。然而，这是以失去信道的最佳折衷为代价的。在这项工作中，我们推导出尾部分布的解码器的计算复杂性在高信号噪声比制度。我们的分析表明，这样一个低复杂度的解码器的尾部分布是由底层编码方案的信道的中断概率。此外，尾部指数的复杂性分布是等价的DMT实现格编码和格顺序解码方案。我们推导出渐进平均复杂度的顺序解码器作为系统参数的函数。特别是，我们表明，存在一个截止复用增益的平均计算复杂性的解码器仍然有界。
2011-10-04 cs.IT math.IT
A Low-Subpacketization High-Performance MIMO Coded Caching Scheme
在本文中，我们研究如何编码缓存可以有效地应用于多输入多输出（MIMO）通信。这是对高速缓存辅助多输入单输出（MISO）通信的扩展，其中示出了利用$L$天线发射机和编码高速缓存增益$t$，可以实现$t+L$的累积编码高速缓存和空间复用增益。我们表明，有趣的是，对于MIMO设置与$G$天线接收器，编码缓存增益大于MISO设置的$G$的乘法因子是可能的，和充分的编码缓存和空间复用增益的$Gt+L$也是可以实现的。此外，我们提出了一种新的算法，用于建立低子包化，高性能的MIMO编码缓存计划，使用现有的MISO计划的一大类。
2021-10-04 cs.IT math.IT
On the Degrees of Freedom Achievable Through Interference Alignment in a MIMO Interference Channel
考虑K用户平坦衰落MIMO干扰信道，其中第k个发射机（或接收机）配备有M_k（分别为N_k）个天线。如果允许跨时间或频率的大量统计独立的信道扩展，则最近的工作[1]表明，可以通过干扰对齐来最大化总可实现的自由度（DoF），从而导致即使M_k和N_k有界，总DoF也随K线性增长。在这项工作中，我们考虑了不允许信道扩展的情况，并建立了任何自由度元组（d_1，d2，.，d_K）。对于M_k = M，N_k = N，d_k = d的对称系统，这个条件意味着总的可达自由度不能随K线性增长，实际上不超过K（M + N）=（K + 1）。我们还表明，当每个收发器的天线数可被数据流的数量整除时，这个界限是紧的。
2011-09-02 cs.IT math.AG math.IT
On the Compound MIMO Broadcast Channels with Confidential Messages
研究了带保密消息的复合多输入多输出（MIMO）广播信道，其中一个发射机向两个接收机发送一个公共消息，向每个接收机分别发送两个保密消息。信道状态可以采取有限状态集合中的一个，并且发射机知道状态集合但不知道状态的实现。我们研究了可实现的速率与完美的保密在高信噪比制度的特点，可实现的保密自由度（s.d.o.f.）。区域的两个模型，高斯MIMO-BCC和遍历衰落多输入单输出（MISO）-BCC没有一个共同的消息。我们表明，通过利用一个额外的时间维度，由于在遍历衰落模型中的状态变化，可实现的S.D.O.F.与具有恒定状态的高斯模型相比，区域可以得到显著改善，尽管代价是更大的延迟。
2009-06-17 cs.IT math.IT
