Frequency Hopping on a 5G Millimeter-Wave Uplink
为了克服移动数据流量的预期巨大增长，下一代蜂窝网络将需要利用毫米波（mmWave）频带提供的大带宽。毫米波的一个关键区别特征是它使用高度定向和可操纵的天线。此外，未来的网络将通过基站及其支持基础设施的扩散而高度密集。为了通过减轻频率选择性衰落和共信道干扰的影响来进一步提高网络的整体吞吐量，5G蜂窝网络也有望积极使用跳频。本文概述了一个分析框架，该框架捕捉了5G蜂窝上行链路的主要特征。该框架用于强调网络基础设施致密化、天线方向性、毫米波传播特性和跳频的好处。
2015-12-10 cs.IT math.IT
Uplink Beam Management for Millimeter Wave Cellular MIMO Systems with Hybrid Beamforming
混合模拟和数字波束成形（HBF）是用于毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的使能收发器技术之一。该技术提供了高度定向的通信，能够对抗毫米波信号传播的固有特性。然而，毫米波系统中的小相干时间，特别是在移动性条件下，使得独立毫米波通信中的有效波束管理（BM）成为非常困难的任务。在本文中，我们考虑HBF收发器与平面天线面板和设计一个多级波束码本的模拟波束形成器包括平顶波束与可变宽度。这些波束对于整个期望的角度宽度表现出几乎恒定的阵列增益，从而促进有效的分层BM。针对上行链路通信，提出了一种新的动态波束排序波束训练算法，该算法适用于最新mmWave标准讨论中对时延的严格要求。我们的仿真结果展示了延迟性能的改善和接收的信噪比与不同的变化，所提出的方案的最佳波束训练方案的基础上，穷举窄束搜索。
2021-01-18 cs.IT math.IT
Joint Power Control and Beamforming for Uplink Non-Orthogonal Multiple Access in 5G Millimeter-Wave Communications
在本文中，我们研究了第五代（5G）无线移动通信，即毫米波（mmWave）通信和非正交多址（NOMA）的两个关键使能技术的组合。特别地，我们考虑典型的2用户上行链路mmWave-NOMA系统，其中基站（BS）配备具有单个RF链的模拟波束成形结构并且服务2个NOMA用户。一个优化问题，制定最大化的2个用户的可实现的总和速率，同时确保每个用户的最小速率约束。该问题变成联合功率控制和波束成形问题，即，我们需要找到波束形成向量，以同时引导到两个用户，这两个用户服从模拟波束形成结构，并且同时控制它们上的适当功率。由于直接搜索非凸问题的最优解过于复杂，我们建议将原问题分解为两个相对容易解决的子问题：一个是功率控制和波束增益分配问题，另一个是恒模约束下的模拟波束形成问题。大量的仿真验证了所提出的解决方案的合理性，性能评估结果表明，所提出的次优解决方案实现了接近上界的上行链路和速率性能。
2017-11-15 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming and Adaptive RF Chain Activation for Uplink Cell-Free Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
在这项工作中，我们研究了混合模拟数字波束成形（HBF）架构的上行链路无小区（CF）毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统。{We首先提出了两种HBF方案，即分散式HBF（D-HBF）和半集中式HBF（SC-HBF）。在前者中，基于本地信道状态信息（CSI）在每个AP处独立地生成数字和模拟波束形成器。相比之下，在后者中，仅在AP处本地获得数字波束形成器，而在中央处理单元（CPU）处基于从所有AP接收的全局CSI生成模拟波束形成矩阵。我们表明，在这两个HBF方案中生成的模拟波束形成器提供了大致相同的可实现速率，尽管D-HBF的复杂度较低，并且缺乏CSI要求。此外，为了降低功耗，我们提出了一种新的自适应射频（RF）链激活（ARFA）方案，该方案基于CSI动态激活/停用AP处的RF链及其连接的模数转换器（ADC）和移相器（PS）。对于RF链的激活，提出了低复杂度的算法，其可以在总可实现速率中仅具有边际损失的情况下实现能量效率（EE）的显著改善。
2021-04-30 cs.IT math.IT
Location-Aided Coordinated Analog Precoding for Uplink Multi-User Millimeter Wave Systems
毫米波（mmWave）通信有望在下一代蜂窝网络中发挥重要作用，旨在应对影响传统无线载波的带宽短缺。已经提出使用边信息作为在毫米波大规模多输入多输出（m-MIMO）通信中加速波束选择的潜在方法。然而，在实践中，这样的信息并不是没有错误的，导致性能下降。在多用户情况下，错误的波束选择可能导致基站（BS）侧的不可减少的用户间干扰。在本文中，我们考虑在毫米波上行链路的情况下，多个用户（UE）的位置辅助预编码器的设计。假设存在直接的设备到设备（D2 D）链路，我们提出了一个分散的协调机制，鲁棒的快速波束选择。该算法允许BS侧的干扰的改进处理，并且进而导致更大的频谱效率。
2017-11-08 cs.IT eess.SP math.IT
Resource Management and Cell Planning in Millimeter-Wave Overlaid Ultra-Dense Cellular Networks
本文提出了一种利用毫米波（mmWave）和超密集基站（BS）的蜂窝网络，以实现下行平均速率的深远5G目标。然而，毫米波覆盖网络由于在移动用户处的实现困难而导致其充足的数据率仅适用于下行链路传输的缺陷，从而导致上行链路和下行链路速率之间的巨大差异。因此，我们把我们的注意力不仅要最大化下行链路速率，而且要确保最小的上行链路速率。为此，我们首先推导出毫米波覆盖的超密集蜂窝网络频谱效率的上行链路和下行链路的情况下，在封闭的形式，通过使用随机几何通过下界近似。在实际场景中，所提出的网络的这种易处理的结果揭示了现有微波（$μ$ Wave）蜂窝资源应该主要专用于上行链路传输，以便与毫米波下行链路速率改进相对应。此外，经由$μ$ Wave BS致密化来增加上行链路速率不能单独应对毫米波下行链路/上行链路速率不对称，并且因此在5G蜂窝网络中需要额外的$μ$ Wave频谱。
2015-04-20 cs.IT cs.NI math.IT
Tractable Resource Management with Uplink Decoupled Millimeter-Wave Overlay in Ultra-Dense Cellular Networks
即将到来的5G蜂窝网络预计将覆盖毫米波（mmW）传输与现有的微波（μW）架构。因此，整个毫米-μW资源管理应相互协调。本文旨在以最小上行链路（UL）速率约束最大化总体下行链路（DL）速率，并得出结论：在时分双工（TDD）mmW操作下，mmW倾向于更多地关注DL传输，而μW具有补充UL的高优先级。这种μW的UL专用是由于移动用户处的过度功耗和/或高峰均功率比（PAPR）而导致的对mmW UL带宽的有限使用。为了进一步缓解这种UL瓶颈，我们提出了mmW UL解耦，其允许每个传统μW基站（BS）接收mmW信号。它对毫米-μW资源管理的影响是通过一种新的封闭形式的毫米-μW频谱效率（SE）推导，以一种易于处理的方式提供。在超密集蜂窝网络（UDN）中，我们的推导证明了mmW（或μW）SE是BS与用户密度比的对数函数。这种惊人的简单，但实际有效的分析，使利用随机几何结合真正的三维（3D）建设堵塞统计在韩国首尔。
2016-03-08 cs.IT cs.NI math.IT
Performance Analysis of Fifth-Generation Cellular Uplink
预计第五代蜂窝网络相对于第四代网络至少会表现出三个主要的物理层差异：毫米波传播、天线阵列方向性和基站密度。在本文中，这些差异对单载波频域多址上行链路系统的跳频性能的影响进行了评估。一个新的分析，这是更详细的比任何其他在现有的文献，并容纳实际的基站拓扑结构，捕捉上行链路通信的主要特点。介绍了基于毫米波测量的距离相关幂律、阴影和衰落模型。说明了基站密集化、高度定向扇区化和跳频的有益效果。
2015-08-25 cs.IT cs.NI math.IT
Millimeter Wave Power Transfer and Information Transmission
与现有的低频无线功率传输相比，毫米波功率传输利用了高维多天线和窄波束传输的优势。在本文中，我们介绍了毫米波蜂窝网络的无线功率传输。在这里，我们考虑在上行链路信息传输之前由毫米波基站充电的具有大能量存储的用户，并分析平均收获能量和平均可实现速率。数值结果证实了我们的分析，并表明，服务基站在无线功率传输中起着主导作用，来自干扰基站的干扰功率的贡献是可以忽略不计的，即使当干扰基站密集。通过检查上行链路中的平均可实现速率，当增加基站密度时，观察到从噪声受限状态到干扰受限状态的转变。
2015-12-18 cs.IT math.IT
Coded Computation Against Distributed Straggling Channel Decoders in the Cloud for Gaussian Uplink Channels
研究了云无线接入网络（CRAN）架构的上行链路，其中在云处的解码发生在分布式解码处理器处。为了减轻云中离散解码器的影响，云在将接收到的帧分发给解码处理器之前，通过线性码对接收到的帧进行重新编码。针对高斯信道，假设在用户端使用格码，推导了最大用户速率，使得所有服务器都能可靠地恢复与云端所用线性码对应的消息的线性组合。此外，开发了作为解码延迟的函数的帧出错率（FER）的两个分析上界，以便量化云的线性码在FER和云处的解码延迟之间的权衡方面的性能。
2018-07-12 cs.IT math.IT
Power and Beam Optimization for Uplink Millimeter-Wave Hotspot Communication Systems
我们提出了一种有效的干扰管理和波束形成机制，上行链路通信系统，产生公平的分配率。特别地，我们考虑由上行链路中的多个用户设备（UE）和具有定向天线和可调节波束宽度和方向（波束配置）的多个接入点（AP）组成的毫米波（mmWave）接入网络的热点区域。该网络受到多波束多用户干扰的严重影响，为了提高上行链路传输性能，我们提出了一种集中式方案，优化AP的功率、波束宽度、波束方向以及UE-AP分配。这个问题涉及连续变量和离散变量，它具有以下结构。如果我们固定所有离散变量，除了与UE-AP分配相关的那些变量之外，则可以最优地解决所得到的优化问题。这个属性使我们能够提出一个启发式的模拟退火（SA）的基础上，以解决棘手的联合优化问题的所有离散变量。更详细地说，对于固定的波束配置，我们制定了一个加权速率分配问题，其中每个用户得到的最大可实现速率的相同部分，它会在非干扰条件下。我们用迭代固定点算法来解决这个问题，该算法优化了UE的功率和上行链路中的UE-AP分配。将该不动点算法与模拟退火算法相结合，改善了波束配置。理论和数值结果表明，该方法提高了UE速率在较低的带宽和网络的整体公平性。
2021-08-09 cs.IT cs.NI eess.SP
User Scheduling for Millimeter Wave MIMO Communications with Low-Resolution ADCs
在毫米波（mmWave）系统中，我们研究上行链路用户调度时，基站采用低分辨率的模数转换器（ADC）与大量的天线。为了降低接收器中的功耗，低分辨率ADC可能是毫米波系统的潜在解决方案，其中可能部署许多天线以补偿大的路径损耗。由于量化误差，我们表明，在波束空间中的信道结构，除了信道幅度和波束空间的正交性，在最大限度地提高预定用户的可实现速率中起着关键作用。因此，我们得出的最佳标准相对于波束空间中的信道结构，最大限度地提高上行链路的和速率的多用户多输入多输出（MIMO）系统与迫零接收机。利用推导出的标准，我们提出了一个有效的调度算法的毫米波系统与低分辨率ADC。数值结果验证了该算法在总速率方面优于传统的用户调度方法。
2018-01-30 cs.IT math.IT
Closed-Loop Sparse Channel Estimation for Wideband Millimeter-Wave Full-Dimensional MIMO Systems
针对宽带毫米波混合全维多输入多输出时分双工系统，提出了一种闭环稀疏信道估计方法，该方法充分利用了信道在角度域和时延域的稀疏性。在下行链路CE阶段，在基站（BS）处设计随机发送预编码器以用于信道探测，并且在用户设备（UD）处设计接收组合器以将混合阵列可视化为低维数字阵列，以便于多维酉ESPRIT（MDU-ESPRIT）算法来估计相应的到达角（AoA）。在上行链路CE阶段，利用估计的下行链路AoA，即上行链路偏离角（AoD），来设计UD处的多波束发送预编码器，以使得BS能够估计上行链路AoA，即，在基站设计的接收合并器的基础上，利用MDU-ESPRIT算法，分析了不同用户终端的下行AoD以及不同用户终端的时延。此外，提出了一种最大似然方法来配对的信道参数在这两个阶段，然后获得路径增益使用最小二乘估计。根据谱估计理论，该方案可以获得稀疏多径分量的AoA/AoD和延迟的超分辨率估计，并且训练开销很小。仿真结果验证了更好的CE性能和较低的计算复杂性，我们的解决方案比现有的国家的最先进的方法。
2019-09-16 cs.IT math.IT
Joint Uplink and Downlink Transmissions in User-Centric OFDMA Cloud-RAN
研究了以用户为中心的正交频分多址（OFDMA）云无线接入网（CRAN）中的上下行联合资源分配问题，即用户选择分布式远程射频头（RRH）在不同的子载波（SC）上协同完成上下行传输。本文的目标是在最大功率和前传容量约束下，通过联合优化上下行调度、SC分配、RRH分组/分簇和功率分配来最大化系统吞吐量。该问题是一个混合整数规划问题，这是非凸的NP-难。我们提出了一个有效的算法的基础上的拉格朗日对偶方法来获得这个问题的渐近最优解。进一步提出了一种启发式算法来降低复杂度。仿真结果表明，所提出的启发式算法也具有接近最优的性能，与其他基准方案相比，所提出的算法可以显著提高系统吞吐量。
2019-06-20 cs.IT math.IT
Network Coding Applications for 5G Millimeter-Wave Communications
毫米波段作为实现数据率和网络效率的重大改进的手段已经吸引了极大的兴趣。将毫米波段用于蜂窝通信的一个显著限制是，与微波波段相比，通信遭受高得多的路径损耗。毫米波链路也被证明变化迅速，导致设备和接入点之间的链路在视距、非视距和中断状态之间切换。我们建议使用随机线性网络编码，以克服在这样的毫米波系统中的个人通信链路的不可靠性。我们的系统包括通过几个接入点发送和接收网络编码的数据包的设备。对于下行链路通信，经由多个接入点向设备发送网络编码的分组。对于上行链路通信，接入点执行若干设备的分组的网络编码，然后将网络编码的分组发送到核心网络。我们将我们的方法与一种天真的方法进行比较，在这种方法中，非网络编码的数据包通过多个接入点（“转发”方法）进行传输。我们发现，网络编码的方法显着优于转发的方法。具体地，网络编码分别极大地提高了下行链路和上行链路通信的空中接口传输的效率和回程传输的效率。
2015-12-09 cs.IT cs.NI math.IT
Integrated Access and Backhaul Optimization for Millimeter Wave Heterogeneous Networks
通过允许大量的链路被同时发送，具有波束成形的定向天线阵列已经被设想为达到前所未有的空间隔离水平的有希望的候选者。为了实现高效率的空间复用，在提高系统性能，最大化可实现的数据率的多跳异构网络，其中包括集成的接入和回程的概念，并支持接入和回程链路上的下行链路和上行链路传输的优化问题，制定。然后对优化问题进行了系统分解，证明其为NP难问题，并提出了一种启发式的联合调度和资源分配算法，以最大化可达到的数据率。此外，为了进一步提高数据率，提出了一种高效的动态路由算法。通过大量的系统级仿真，证明了所提出的算法在数据率方面比基准方案获得了显着的增益，并且接近理论最优值，但具有较低的延迟。此外，所提出的算法能够灵活地调整下行链路和上行链路传输持续时间分配，并支持半双工和全双工模式，具有相当大的性能增强。特别是，所提出的算法是能够满足不同的性能要求的点到点和点对多点通信。
2019-01-15 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Power Allocation in Uplink mmWave Massive MIMO with NOMA
研究了毫米波大规模多输入多输出非正交多址系统上行链路的能量效率最大化问题。根据信道相关性和增益差异形成多个双用户簇，在每个簇内应用NOMA。然后，一个混合的模拟-数字波束形成方案的设计，以减少在基站（BS）的射频链的数量。在此基础上，我们制定了一个功率分配（PA）的问题，以最大限度地提高EE下用户的服务质量的要求。提出了一种迭代算法来获得PA。此外，还提出了一种增强的NOMA方案，通过利用在BS的全局信息。数值结果表明，所提出的NOMA方案实现优越的EE相比，传统的正交多址方案。
2019-03-13 cs.IT math.IT
Error Bounds for Uplink and Downlink 3D Localization in 5G mmWave Systems
位置感知通信系统有望在下一代移动通信网络中发挥关键作用。因此，需要了解这些网络中的定位限制，特别是使用毫米波技术（mmWave）的网络。为此，我们解决了上行链路和下行链路定位限制的3D位置和方向误差范围毫米波多径信道。我们还进行了详细的分析，不同的系统参数的界限的依赖性。我们的主要研究结果表明，上行链路和下行链路的行为在两个不同的方式。首先，误差边界相对于上行链路和下行链路中的天线的数量具有不同的缩放因子。其次，上行链路定位对用户设备（UE）的方位角敏感，而下行链路不敏感。此外，在所考虑的室外场景中，当存在视线路径时，非视线路径通常改善定位。最后，我们的数值结果表明，毫米波系统能够定位具有亚米位置误差和亚度定向误差的UE。
2018-03-04 cs.IT math.IT
Uplink Performance Analysis in D2D-Enabled mmWave Cellular Networks
在本文中，我们提供了一个分析框架来分析支持设备到设备（D2D）的毫米波（mmWave）蜂窝网络的上行链路性能。使用来自随机几何的工具，针对蜂窝和D2D链路两者导出信号干扰噪声比（SINR）中断概率。毫米波通信的显着特点，如定向波束形成和具有不同的路径损耗法律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路被纳入中断分析，采用灵活的模式选择方案和Nakagami衰落。此外，波束形成对准误差的中断概率的影响进行了研究，以了解在实际情况下的性能。
2017-04-04 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Fronthaul Compression for Synchronization in the Uplink of Cloud Radio Access Networks
云无线接入网络（CRAN）设计中的一个关键问题是设计有效的基带压缩策略，用于在将远程无线头端（RRH）连接到管理中央单元（CU）的前传链路上进行传输。关于该主题的大多数理论工作隐含地假设RRH以及因此CU能够从在上行链路中接收的基带信号完美地恢复时间同步，并且集中于数据字段的压缩。相反，本文不假设RRH和CU的先验同步，并且考虑RRH处的前传压缩设计问题，目的是提高CU处的时间和相位同步的性能。通过分析同步误差对链路性能的影响，采用率失真函数和Cramer-Rao界（CRB）等信息和估计理论性能指标，解决了该问题。该算法基于Charnes-Cooper变换和凸差（DC）方法，并通过数值结果显示优于传统的解决方案。
2015-10-06 cs.IT cs.NI math.IT
Uplink Performance Analysis in D2D-Enabled mmWave Cellular Networks with Clustered Users
在本文中，提供了一个分析框架来分析具有集群D2D用户设备（UE）的具有D2D功能的毫米波（mmWave）蜂窝网络的上行链路性能。蜂窝UE的位置被建模为毒点过程（PPP），而潜在D2D UE的位置被建模为泊松簇过程（PCP）。使用来自随机几何的工具，针对蜂窝和D2D链路两者导出信号干扰噪声比（SINR）中断概率。毫米波通信的显着特点，如定向波束成形，并具有不同的路径损耗规律的视线（LOS）和非视线（NLOS）链路纳入中断分析，采用灵活的模式选择方案。此外，波束形成对准误差的中断概率的影响进行了研究，以了解在实际情况下的性能。此外，整个网络的区域频谱效率（ASE）的确定为共享和覆盖类型。通过考虑最佳加权比例公平频谱划分来确定覆盖共享的最佳频谱划分因子。
2018-01-13 cs.IT math.IT
Classification Algorithms for Semi-Blind Uplink/Downlink Decoupling in sub-6 GHz/mmWave 5G Networks
未来混合的亚6 GHz/毫米波（mmWave）第五代（5G）无小区大规模多输入多输出（MIMO）网络中的可靠性和延迟挑战是保证上行链路（UL）和下行链路（DL）中的快速无线电资源管理，同时解决可能在阻塞情况下出现的相应传播不平衡。在此上下文中，我们引入半盲UL/DL解耦概念，其中在其初始激活之后，中央处理单元（CPU）收集反映用户设备（UE）的视线（LOS）条件的Rician $K$因子的测量以及2.6 GHz和28 GHz频带两者的DL参考信号接收功率（RSRP），然后训练非线性支持向量机（SVM）算法。CPU最终明确停止毫米波的测量，并将训练好的SVM算法应用于2.6 GHz数据，以盲预测可独立用于UL和DL的目标频率和接入点（AP）。在训练样本较少的情况下，该分类器的准确率达到了$95\%$.
2018-09-05 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Power Control in Cell-Free and User-Centric Massive MIMO at Millimeter Wave
在无小区大规模多输入多输出架构中，非常大量的分布式接入点同时并联合地服务于少得多的移动站;无小区技术的变体是以用户为中心的方法，其中每个接入点仅服务于减少的移动站集合。本文介绍和分析了毫米波频率的无小区和以用户为中心的架构，考虑基于训练的信道估计阶段，以及下行链路和上行链路数据传输阶段。首先，一个多用户分簇毫米波信道模型，以考虑附近用户的信道之间的相关性，其次，上行链路的多用户信道估计方案描述随着低复杂度的混合模拟/数字波束形成架构。第三，针对下行链路全局能量效率最大化的功率分配的非凸问题。有趣的是，在所提出的方案中，在移动站处不需要信道估计，并且在移动站处使用的波束成形方案是信道无关的并且具有非常简单的结构。数值结果表明，所考虑的架构是有效的，并允许评估的损失所产生的使用的混合波束形成器和由信道估计错误的功率控制程序所授予的好处。
2019-03-27 cs.IT eess.SP math.IT
Tracking Position and Orientation through Millimeter Wave Lens MIMO in 5G Systems
毫米波信号和大型天线阵列被认为是未来5G网络的支持技术。尽管它们对于实现高数据率通信有好处，但是它们对于跟踪用户终端的位置的潜在优点在很大程度上未被发现。针对毫米波频率选择性多输入多输出透镜天线系统，提出了一种基于支撑检测的信道训练方法。我们表明，准确的位置和方向的估计和跟踪是可能的，使用从一个单一的发射机与透镜天线阵列的信号。特别地，波束空间信道估计被公式化为用于估计到达角、离开角和到达时间的下行链路和上行链路中的两个稀疏信号恢复问题。与基于压缩感知的解决方案相比，所提出的方法提供了更高的稀疏检测概率。最后，提出了一种联合启发式波束形成器的设计和用户的位置和方向跟踪方法的基础上获得的信道参数的初始估计在训练阶段。
2018-09-17 cs.IT math.IT
Generative Adversarial Estimation of Channel Covariance in Vehicular Millimeter Wave Systems
实现高度移动的毫米波（mmWave）系统具有挑战性，因为与获取信道知识或设计窄波束相关联的巨大训练开销。当前的毫米波波束训练和信道估计技术通常不利用先前的波束训练或信道估计观测。然而，直觉上，通道矩阵是环境的各种元素的函数。学习这些函数可以大大减少获得信道知识所需的训练开销。在本文中，开发了一种新的解决方案，利用机器学习工具，即条件生成对抗网络（GAN），学习环境和信道协方差矩阵之间的这些函数。更具体地，所提出的机器学习模型将协方差矩阵视为2D图像，并学习与上行链路接收导频（其充当环境的RF签名）和这些图像相关的映射函数。仿真结果表明，该策略有效地预测的协方差矩阵的大尺寸毫米波信道的训练开销可以忽略不计。
2018-08-07 cs.IT math.IT
Beam Alignment for the Cell-Free mmWave Massive MU-MIMO Uplink
毫米波（mmWave）无小区大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）系统将毫米波频率处可用的大带宽与无小区系统的改进覆盖相结合。然而，为了对抗毫米波频率处的高路径损耗，用户设备（UE）必须在有意义的方向上形成波束，即，到附近的接入点（AP）。同时，多个UE应避免向同一AP进行传输以减少MU干扰。我们提出了一种干扰感知的方法，用于无小区毫米波大规模MU-MIMO上行链路中的波束对准（BA）。在所考虑的场景中，AP执行全数字接收波束成形，而UE执行模拟发射波束成形。我们评估我们的方法使用现实的毫米波信道从商业射线跟踪器，显示所提出的方法的优越性，全向传输，以及在不考虑MU干扰的方法。
2022-07-20 cs.IT eess.SP math.IT
Joint User Scheduling and Resource Allocation for Millimeter Wave Systems Relying on Adaptive-Resolution ADCs
毫米波（mmWave）通信系统使用自适应分辨率模数转换器（RADC），由于其高能量效率和低实现成本，最近引起了研究界的相当大的兴趣。在本文中，我们专注于毫米波上行链路使用RADC和研究联合用户调度和资源分配问题。具体而言，我们寻求最大限度地提高系统吞吐量的调度用户通过联合优化其发射功率电平和混合组合器以及量化位的数量，受到实际的约束。通过依赖于分数规划（FP）技术，我们首先将这个问题转化为一种形式，适合优化，并利用其解决方案中的特定结构与所谓的Ky Fan n-范数的帮助。然后，由此产生的优化问题求解使用罚块逐次凹近似（P-BSCA）算法。我们的数值结果表明，该算法大大提高了吞吐量的调度用户相比，国家的最先进的基准计划，并提供更灵活和有效的资源分配控制。
2020-09-26 cs.IT math.IT
Cell-Free and User-Centric Massive MIMO at Millimeter Wave Frequencies
在无小区（CF）大规模MIMO架构中，非常大量的分布式接入点（AP）同时并且联合地服务于数量少得多的移动站（MS）;无小区技术的变体是以用户为中心（UC）方法，其中每个AP仅解码MS的缩减集合，实际上是接收最好的MS。本文介绍和分析了毫米波（mmWave）频率下的CF和UC架构。首先，一个多用户集群信道模型，以考虑附近用户的信道之间的相关性，然后，上行链路多用户信道估计方案描述了低复杂度的混合模拟/数字波束形成架构。有趣的是，在所提出的方案中，在MS处不需要信道估计，并且在MS处使用的波束成形方案是信道无关的并且具有非常简单的结构。数值结果表明，所考虑的架构提供了良好的性能，特别是在轻负载的系统中，与UC的方法优于CF之一。
2017-11-05 cs.IT math.IT
Performance Limits of Single-Anchor Millimeter-Wave Positioning
研究了单锚点多天线定位的基本限制。利用多输入多输出正交频分复用（MIMO-OFDM）信道在毫米波频率的结构，我们提出几何直观的渐近表达式的位置，方向和速度的Fisher信息的大带宽和天线数量。同步误差和移动性的影响进行了研究，它表明，非视线（NLOS）路径可以用来估计同步误差，并大大提高定位性能。我们还发现，在视线（LOS）的存在下，移动性对可实现的定位精度有很小的影响，但在NLOS的情况下，它可以显着提高可实现的性能，这取决于同步误差的方差。最后，考虑到通信系统与设备特定的传输和接收的限制，我们比较的定位精度之间的下行链路和上行链路，并表明，他们是等效的信号噪声比（SNR）下。
2020-12-02 cs.IT math.IT
Coordinated Beam Selection in Millimeter Wave Multi-User MIMO Using Out-of-Band Information
使用带外（OOB）边信息最近已被示出为加速单用户毫米波（mmWave）大规模多输入多输出通信中的波束选择。在本文中，我们提出了一种新的面向对象辅助波束选择框架的毫米波上行链路多用户系统。特别是，我们利用从较低（子6 GHz）频段提取的空间信息，以协助在毫米波频段的用户间协调方案。为了加强协调，我们提出了一个交换协议，利用设备到设备的通信，其中低速率波束相关的信息交换的移动终端之间。分散式协调机制允许抑制所谓的共波束干扰，否则共波束干扰将在基站侧导致不可减少的干扰，从而触发实质的频谱效率增益。
2019-03-29 cs.IT eess.SP math.IT
BDMA for Millimeter-Wave/Terahertz Massive MIMO Transmission with Per-Beam Synchronization
针对毫米波/太赫兹频段的宽带大规模多输入多输出（MIMO）传输，提出了基于波束同步的波束分多址（BDMA）技术。我们首先介绍了一个物理动机的波束域信道模型的大规模MIMO和证明，波束域信道元素的包络往往是独立的时间和频率时，在基站和用户终端（UT）的天线的数量趋于无穷大。激励所得出的波束域信道特性，然后，我们提出了PBS毫米波/太赫兹大规模MIMO。我们表明，与传统的同步方法相比，宽带大规模MIMO信道与PBS的有效延迟和多普勒频率扩展减少了UT天线的数量的一个因素。随后，我们将PBS应用于BDMA，研究波束调度以最大化上行链路和下行链路BDMA的可实现遍历速率，并开发了贪婪波束调度算法。仿真结果验证了在典型移动场景下，BDMA结合PBS在mmW/THz宽带大规模MIMO系统中的有效性。
2016-11-14 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Millimeter Wave Multiuser MIMO Systems via PARAFAC Decomposition
我们考虑毫米波（mmWave）系统的上行链路信道估计问题，其中基站（BS）和移动台（MS）配备有大型天线阵列，以提供足够的波束成形增益用于室外无线通信。由于硬件约束，BS和MS都采用混合模拟和数字波束成形结构。我们提出了一个分层的导频传输方案和CANDECOMP/PARAFAC（CP）分解为基础的联合估计的方法，从多个用户（即MS）到BS的信道。所提出的方法利用毫米波信道的稀疏散射性质和从多种模式收集的多路数据的固有多维结构。研究了CP分解的唯一性，得到了本质唯一的充分条件。这些条件为波束形成矩阵、合并矩阵和导频序列的设计提供了依据，同时也为系统参数的选择提供了一般性的指导。我们的分析表明，我们提出的方法可以实现一个显着的训练开销减少，采用分层导频传输方案。仿真结果表明，该方法在估计精度和计算复杂性方面都明显优于基于压缩感知的方法。
2016-02-25 cs.IT math.IT
Design and Analysis of Initial Access in Millimeter Wave Cellular Networks
初始接入是允许移动用户首先连接到蜂窝网络的过程。它包括两个主要步骤：下行链路上的小区搜索（CS）和上行链路上的随机接入（RA）。毫米波（mmWave）蜂窝系统通常必须依赖于定向波束成形（BF）以便创建可行的连接。因此，在毫米波蜂窝网络的初始接入过程中，必须学习并使用波束成形方向。本文认为，四个简单的，但有代表性的初始接入协议，使用各种组合的定向波束成形和全向发送和接收在移动和BS，在CS和RA阶段。我们提供了一个系统级的成功概率分析CS和RA的每一个，以及初始接入延迟和用户感知的下行链路吞吐量（UPT）。对于基线穷举搜索协议，我们找到了最佳BS波束宽度，并观察到，在初始接入延迟方面，它随着阻塞变得更加严重而减小，但对于UPT是相对恒定的（约$π/12$）。所考虑的协议，初始接入延迟和UPT之间的最佳权衡下实现快速小区搜索协议。
2017-03-24 cs.IT math.IT
User Scheduling for Millimeter Wave Hybrid Beamforming Systems with Low-Resolution ADCs
我们研究了毫米波（mmWave）混合模拟/数字波束成形系统的上行链路用户调度与低分辨率模数转换器（ADC）。推导新的调度标准的毫米波系统，我们表明，在波束空间中的信道结构，除了信道的幅度和正交性，在最大限度地提高可实现的速率的预定用户由于量化误差起着关键作用。该准则表明，对于给定的信道增益，为了最大化可实现的速率，被调度用户的信道需要（1）具有尽可能多的具有唯一到达角（AoA）的传播路径和（2）在波束空间中均匀的功率分布。利用推导出的标准，我们提出了一种高效的调度算法的毫米波迫零接收机与低分辨率ADC。我们进一步提出了一个弦距离为基础的调度算法，只利用AoA的知识和分析性能推导遍历率在封闭的形式。基于推导出的速率，我们表明，波束空间信道泄漏造成的相位偏移之间的AoA和量化的角度的模拟组合器可以导致通过减少量化误差相比，没有泄漏的信道的总和速率增益。仿真结果验证了所提出的算法和推导的遍历速率表达式的和速率性能。
2019-02-15 cs.IT 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
An Efficient Uplink Multi-Connectivity Scheme for 5G mmWave Control Plane Applications
毫米波（mmWave）频率为下一代蜂窝系统的容量提供了数量级增加的潜力。然而，毫米波网络中的链路易受阻塞影响，并且可能遭受质量的快速变化。在毫米波和/或传统频率下与多个小区的连接被认为是稳健通信的关键。在毫米波中支持多连接的挑战之一是要求网络跟踪每个链路的方向以及功率和时序。为了解决这一挑战，我们实现了一种新的上行链路测量系统，在传统频带中操作的本地协调器的联合帮助下，保证了对信道传播条件的连续监测，并允许设计高效的控制平面应用，包括切换、波束跟踪和初始接入。我们表明，基于上行链路的多连接方法，使消费更少，性能更好，更快，更稳定的小区选择和调度决策相对于传统的基于下行链路的独立计划。此外，我们认为，所提出的框架保证（i）在存在毫米波预期的信道动态的情况下有效跟踪用户，以及（ii）对主要传播路径被阻塞或不可用的情况的快速反应。
2017-07-21 cs.IT cs.NI math.IT
Tractable Resource Management in Millimeter-Wave Overlaid Ultra-Dense Cellular Networks
在毫米波覆盖的5G蜂窝网络中，毫米波（mmW）向微波（μW）寻求什么帮助？本文提出了是否补充下行链路（DL）或上行链路（UL）传输的问题，并得出结论，μW应该帮助UL更多。这种对UL的贡献是由于移动用户处的高峰均功率比（PAPR）而导致的低mmW UL速率。DL/UL分配是基于经由随机几何的新颖的封闭形式的mm-uW频谱效率（SE）推导而可追踪地提供的。调查结果明确表明：（i）DL/UL mmW（或μW）SE两者在超密集蜂窝网络（UDN）中一致地收敛于相同值，以及（ii）这样的mmW（或μW）UDN SE是BS与用户密度比的对数函数。相应的毫米-μW的资源管理进行了评估，利用三维（3D）堵塞模型与真实的地理在韩国首尔。
2015-07-16 cs.IT cs.NI math.IT
X-TCP: A Cross Layer Approach for TCP Uplink Flows in mmWave Networks
毫米波频率将可能成为第五代移动网络和3GPP新无线电（NR）标准的一部分。毫米波通信确实提供了一个非常大的带宽，从而增加了小区的吞吐量，但如何利用这些资源在更高的层仍然是一个开放的研究问题。一个非常相关的问题是通道的高度可变性，这是由障碍物和人体的阻塞引起的。这影响了传输层的拥塞控制机制的设计，并且诸如TCP CUBIC的最新TCP方案呈现出次优性能。在本文中，我们提出了一种跨层的方法，调整TCP的拥塞窗口在移动设备侧使用的可用数据率在毫米波物理层的估计，基于实际的资源分配和信号干扰加噪声比的上行链路流量。我们表明，这种方法减少了延迟，避免填充蜂窝堆栈中的缓冲区，并具有更快的恢复时间RTO事件后比其他几个TCP拥塞控制算法。
2017-06-03 cs.IT cs.NI math.IT
Multipath Division Multiple Access for 5G Millimeter Wave Cellular Systems
未来的5G通信系统需要比现有蜂窝通信系统更苛刻的性能，例如，10到100 Mbps的用户数据速率和更高的蜂窝频谱效率。即使利用先进的信号处理技术和基站协作，像CDMA和OFDMA这样的常用多址接入方法也难以同时实现这些具有挑战性的要求。最近，大规模多输入多输出已经获得了很多关注，因为它提供了可以用于改善未来5G蜂窝系统性能的大信号尺寸。本教程描述了最近提出的一种称为多径分多址接入（MDMA）的多址接入方案，该方案基于毫米波频带中的大规模天线和多径信道特性，为5G系统提供均匀的用户数据速率并实现高蜂窝频谱效率。我们描述了基本原理，并显示了上行链路和下行链路的框图，控制信令和呼叫建立过程。此外，使用MDMA作为多址接入方案的好处进行了讨论。最后，提出了未来研究的方向。
2020-02-03 cs.IT eess.SP 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
Performance Analysis of Decoupled Cell Association in Multi-Tier Hybrid Networks using Real Blockage Environments
毫米波（mmWave）链路具有提供第五代（5G）网络中所需的高数据率和容量的潜力，然而它们具有非常高的穿透率和路径损耗。这个问题的解决方案是通过异构网络（HetNet）使基站更接近最终用户。HetNet可以被设计为允许用户在上行链路和下行链路中连接到不同的基站（BS）。这种现象被称为下行链路-上行链路解耦（DUDe）。本文探讨了DUDe在三层HetNet部署在两个不同的现实环境中的效果。我们的仿真结果表明，DUDe可以提供关于增加系统覆盖和数据率的改进，而改进的程度取决于系统部署在不同的环境。
2017-05-11 cs.IT math.IT
Sensing aided Channel Estimation in Wideband Millimeter-Wave MIMO Systems
在这项工作中，上行链路信道估计问题被认为是毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统。众所周知，信道估计中的导频开销和计算复杂度随着天线数目和带宽而增加。为了克服这一点，所提出的方法允许在基站的信道估计由感测信息辅助。感测信息包含对环境中的散射体位置的估计。提出了一种同时加权正交匹配追踪（SWOMP）-稀疏贝叶斯学习（SBL）算法，有效地将此感知信息的通信信道估计过程。所提出的框架可以应对a）存在于感测信息中的散射体与通信信道不相关联以及b）散射体的位置中的缺陷的场景。仿真结果表明，该算法仅以少量导频开销为代价，就能获得良好的宽带性能。最后，Cramer-Rao界（CRB）的角度估计和多径信道增益的SBL推导出，所提出的算法的本地可识别性提供了宝贵的见解。
2023-02-04 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave MIMO Prototype: Measurements and Experimental Results
毫米波多输入多输出（mm-Wave MIMO）系统是5G无线标准化工作的候选方案之一。在这方面，本文的主要贡献有三个方面。1)我们描述了在室内办公室，购物中心和室外设置在相同的发射-接收位置对2.9，29和61 GHz的载波频率的测量并行设置。这些测量提供了对传播、阻塞和材料穿透损失的深入了解，以及系统设计中使毫米波系统在实践中可行所需的关键要素。2)这些元素之一是混合波束形成必要的更好的链路裕度，通过收获大天线尺寸的阵列增益。从类的完全灵活的混合波束形成器，我们描述了一个强大的类的定向波束形成器对毫米波系统的高数据速率的要求。3)利用这些设计的见解，我们然后描述了一个实验原型系统在28 GHz的实现高数据速率的下行链路和上行链路，并保持这些速率在室外和室内的移动场景。除了在无线电频率挑战下保持大信号星座大小之外，该原型还利用毫米波信道的定向性质来执行跨毫米波基站的无缝波束切换和切换，从而克服在毫米波频率下遇到的非视距链路和阻塞中的路径损耗。
2017-10-25 cs.IT math.IT
Spatial- and Frequency-Wideband Effects in Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
在大规模MIMO系统中，当天线数量较多时，发射的宽带信号会对电磁波在大阵列孔径上的物理传播延迟敏感，即空间宽带效应。在这种情况下，收发器的设计是不同于大多数现有的作品，这假定的传输信号的带宽不是那么宽，忽略了空间宽带效应，只解决频率选择性。本文从阵列信号处理的角度研究了大规模MIMO系统中的空间宽带效应和频率宽带效应，称为双宽带效应。以毫米波通信为例，我们描述了传输过程，以解决双宽带效应。通过利用信道在角度域和延迟域的稀疏性，我们开发了高效的上行链路和下行链路信道估计策略，需要更少的训练开销，不会导致导频污染。由于采用了阵列信号处理技术，该方法适用于TDD和FDD大规模MIMO系统。数值算例表明，所提出的大规模MIMO系统的传输设计可以有效地处理双宽带效应。
2018-04-26 cs.IT math.IT
Direction-Assisted Beam Management in Full Duplex Millimeter Wave Massive MIMO Systems
全双工（FD）技术的最新应用集中于实现同时的控制通信和数据传输以减少控制信息交换开销，这影响端到端延迟和频谱效率。在本文中，我们提出了一个同时的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统的方向估计和数据传输方案，使最近的FD MIMO技术与降低硬件复杂度的自干扰（SI）消除。我们将所提出的框架应用于毫米波模拟波束管理问题，考虑配备有实现下行链路模拟波束成形的大型发射天线阵列和用于上行链路到达方向（DoA）估计的少量数字控制接收天线元件的基站。提出了一种用于设计DOA辅助模拟波束形成器和模拟以及数字SI消除的联合优化框架，其目标是最大化可实现的下行链路速率。我们的仿真结果表明，该方案优于其传统的半双工对应，产生减少的DOA估计误差和优越的下行链路数据率。
2021-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
Model-Driven Deep Learning Based Channel Estimation and Feedback for Millimeter-Wave Massive Hybrid MIMO Systems
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Tsinghua University（清华大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；CentraleSupélec（中央理工-高等电力学院）
针对宽带毫米波（mmWave）大规模混合多输入多输出（MIMO）系统，提出了一种基于模型驱动深度学习（MDDL）的信道估计和反馈方案，利用角度延迟域信道的稀疏性降低系统开销。首先，我们考虑时分双工系统的上行信道估计。为了减少上行链路导频开销估计高维信道从有限数量的射频（RF）链在基站（BS），我们建议联合训练的相移网络和信道估计器作为一个自动编码器。特别地，通过利用信道的结构化稀疏性从先验模型和学习的综合可训练参数的数据样本，所提出的多测量向量学习近似消息传递（MMV-LAMP）网络与设计的冗余字典可以联合恢复多个子载波的信道，具有显着增强的性能。此外，我们考虑了频分复用系统的下行信道估计和反馈。类似地，BS处的导频和用户处的信道估计器可以分别被联合训练为编码器和解码器。此外，为了进一步减少信道反馈开销，仅将部分子载波上的接收导频反馈给BS，这可以利用MMV-LAMP网络来重构空频信道矩阵。数值结果表明，所提出的基于MDDL的信道估计和反馈方案优于国家的最先进的方法。
2021-05-06 cs.AI cs.IT cs.LG
Codebook-Based Max-Min Energy-Efficient Resource Allocation for Uplink mmWave MIMO-NOMA Systems
本文研究了上行非正交多址（NOMA）毫米波系统中的能量有效资源分配问题，其中基站采用基于全连接的稀疏射频链天线结构。为了减轻信道估计的导频开销，提出了一种基于码本的模拟波束设计方案，该方案只需要获得等效的信道增益。在此基础上，通过NOMA为属于同一模拟波束的用户提供服务。同时，一个先进的NOMA解码方案，提出了利用全球信息在BS。在预定义的最小速率和最大发射功率约束下，为每个用户，我们制定了一个最大最小的用户能量效率（EE）优化问题，通过联合优化检测矩阵在BS和用户的发射功率。我们首先将原来的分数目标函数转换成一个减法。然后，我们提出了一个双循环迭代算法来解决重新制定的问题。具体地说，内环迭代地更新检测矩阵和发射功率，而外环采用二分法。同时，为了降低内环的复杂度，我们提出了一种基于迫零（ZF）的迭代算法，其中检测矩阵是通过ZF技术设计的。仿真结果表明，本文提出的方案在频谱效率和效率方面都优于传统方案
2019-09-13 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning Coordinated Beamforming for Highly-Mobile Millimeter Wave Systems
在毫米波（mmWave）系统中支持高移动性使得能够实现诸如车辆通信和无线虚拟/增强现实之类的广泛的重要应用。然而，在实践中实现这一点需要克服几个挑战。首先，窄波束的使用和毫米波信号对阻塞的敏感性极大地影响了高度移动链路的覆盖范围和可靠性。其次，密集毫米波部署中的高度移动用户需要频繁地在基站（BS）之间切换，这与关键控制和延迟开销相关联。此外，在大型天线阵列毫米波系统中识别最佳波束成形向量需要相当大的训练开销，这显著影响了这些移动系统的效率。在本文中，开发了一种新型的集成机器学习和协调波束成形解决方案，以克服这些挑战，并实现高度移动的毫米波应用。在所提出的解决方案中，多个分布式但协调的BS同时服务于移动用户。该用户理想地仅需要发送一个上行链路训练导频序列，该上行链路训练导频序列将在协调BS处使用全向或准全向波束图案被联合接收。这些接收到的信号不仅为用户位置，而且还为其与周围环境的交互绘制定义签名。然后，开发的解决方案利用深度学习模型，该模型学习如何使用这些签名来预测BS处的波束成形向量。这提供了一个全面的解决方案，支持高度移动的毫米波应用，具有可靠的覆盖范围，低延迟和可忽略的训练开销。仿真结果表明，所提出的深度学习协调波束形成策略接近于基因辅助解决方案的可实现速率，该解决方案知道最佳波束形成向量而无需训练开销。
2019-02-22 cs.IT math.IT
Multi-User Millimeter Wave MIMO with Full-Dimensional Lens Antenna Array
利用透镜天线阵列的毫米波（mmWave）通信是一种很有前途的技术，用于实现具有大MIMO（多输入多输出）但仅具有有限射频（RF）链的具有成本效益的5G无线系统。研究了一种上行多用户毫米波单边透镜MIMO系统，其中只有基站（BS）配备具有仰角和方位角分辨能力的全维（FD）透镜天线阵列，每个移动站（MS）采用传统的不带透镜的均匀平面阵列（UPA）。通过利用在BS的透镜天线阵列的角度相关的能量聚焦特性以及毫米波信道的多径稀疏性，我们提出了一种低复杂度的路径分多址（PDMA）方案，当所有MS多径信号的到达角（AoA）在BS处充分分离时，该方案能够实现几乎无干扰的多用户通信。为此，在BS处提出了一种称为路径延迟补偿的新技术，以有效地将多用户频率选择性MIMO信道转换为用于不同MS的并行频率平坦小尺寸MIMO信道，对于每个MS，应用低复杂度的单载波（SC）传输。对于AoA间隔不足的一般场景，MS处的模拟波束成形和BS处的数字组合被联合设计为基于由路径延迟补偿产生的MS的有效MIMO信道来最大化MS的可实现的和速率。此外，我们提出了一种新的和高效的信道估计方案，专门为PDMA，这需要在实际的毫米波系统中的训练开销可以忽略不计，但会导致类似的性能，基于完美的信道状态信息（CSI）。
2016-11-18 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Millimeter Wave MIMO Full Duplex Systems
针对毫米波全双工系统自干扰抑制的硬件成本与功耗问题，提出用近场IRS替代模拟/混合波束成形，联合主被动波束成形实现加权和速率最大化，性能显著优于传统方案。
2023-06-14 cs.IT eess.SP math.IT
Network-Assisted Full-Duplex Cell-Free mmWave Massive MIMO Systems with DAC Quantization and Fronthaul Compression
在本文中，我们研究了网络辅助全双工（NAFD）无细胞毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统与数模转换器（DAC）量化和前传压缩。我们建议通过联合优化发射远程天线单元（T-RAU）和上行链路用户的功率分配以及下行链路和上行链路前传压缩噪声的方差来最大化加权上行链路和下行链路和速率。为了处理这个具有挑战性的问题，我们进一步应用连续凸近似（SCA）方法来处理非凸双向有限容量前传约束。仿真结果验证了所提出的基于SCA的算法的收敛性，并分析了前传容量和DAC量化对NAFD无小区mmWave大规模MIMO系统频谱效率的影响。此外，通过频谱效率的比较，得出了一些有意义的结论，表明在实际有限分辨率DAC的情况下，NAFD比同时同频全双工云无线接入网络（CCFD C-RAN）获得了更好的性能增益。具体而言，它们在8位DAC量化下的性能差距大于1位DAC量化下的性能差距，后者获得了5.5倍的改善。
2023-02-17 cs.IT eess.SP math.IT
A Unified Spatial Framework for UAV-aided MmWave Networks
针对无人机（UAV）辅助毫米波（mmWave）网络，提出了一种统一的三维空间框架，对无覆盖用户通过UAV向基站发送消息的一般情况进行建模。更具体地说，收发器在下行链路和上行链路的位置分别通过泊松点过程和泊松簇过程（PCP）建模。对于PCP，Matern集群和托马斯集群过程，进行了分析。此外，三维阻塞过程和三维天线方向图的高度的影响进行评估。基于这个统一的框架，在上行链路和下行链路的覆盖概率的几个封闭形式的表达式，推导。通过研究整个通信过程，包括上述两个阶段和它们之间的合作传输，推导出易于处理的系统覆盖概率的表达式。接下来，无人机网络中的三个实际应用提供了所提出的框架的案例研究。结果表明，热噪声和非视距毫米波传输的影响可以忽略不计。在所考虑的网络中，毫米波在数据率方面优于6 GHz以下，这是由于尖锐方向波束成形和大的发射带宽。此外，存在一个最佳的无人机高度，使系统的覆盖概率最大化。
2019-09-26 cs.IT math.IT
Practical Hybrid Beamforming for Millimeter Wave Massive MIMO Full Duplex with Limited Dynamic Range
全双工（FD）无线电已经成为一种有前途的解决方案，用于经由在相同频带中的同时发送和接收来将数据率提高高达两倍。该文研究了一种新的混合波束形成（HYBF）设计，用于单小区毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（mMIMO）FD系统中最大化加权和速率（WSR）。出于实际考虑，我们假设多天线用户和混合FD基站（BS）遭受有限的动态范围（LDR）噪声由于非理想的硬件和损伤感知HYBF方法是通过集成在毫米波波段的传统的LDR噪声模型。与传统的HYBF方案相比，我们的设计还考虑了联合和功率和实际的每天线功率约束。提出了一种新的干扰、自干扰（SI）和LDR噪声感知的上行链路（UL）用户和FD BS的最优功率分配方案，以满足联合约束。研究了多用户毫米波FD系统在不同LDR噪声水平和射频（RF）链数量的全数字半双工（HD）系统上的最大可实现增益。仿真结果表明，我们的设计优于HD系统只有几个RF链在任何LDR噪声水平。还检查了在模拟级具有幅度控制的优点，并且当混合FD BS处的RF链的数量小时，毫米波FD系统的附加增益变得明显。
2022-01-03 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Driven Learning for Channel Estimation in Intelligent Reflecting Surface Aided Millimeter Wave Communications
本文针对IRS辅助毫米波MISO系统上行宽带信道估计问题，提出结合模型驱动与数据驱动的混合驱动学习架构，在无源及混合有源/无源IRS系统中均显著优于现有深度学习方案，并降低约60%导频开销。
2023-05-30 cs.IT eess.SP math.IT
