Broadband Synchronization and Compressive Channel Estimation for Hybrid mmWave MIMO Systems
同步是蜂窝系统中的基本过程，UE借此获取解码BS发送的数据所需的时间和频率信息。由于必须使用大型天线阵列来获得补偿小天线孔径所需的波束成形增益，因此必须与5G NR中的波束训练联合执行同步，或者如果要估计高维毫米波MIMO信道，则必须在低SNR状态下执行同步。为了避免这个问题，这项工作提出了第一个同步框架的毫米波MIMO是鲁棒的TO，CFO和PN同步错误，并与以前的工作，隐式地考虑使用多个RF链在发射机和接收机。我提供了一个理论分析的估计问题，并推导出HCRLB的CFO，PN和等效波束形成的信道看到的不同的接收RF链的估计。我还提出了两种新的算法来估计不同的未知参数，这依赖于近似的MMSE估计的PN和最大似然估计的CFO和等效波束形成的信道。此后，我提出使用等效波束成形信道的估计来执行高维频率选择性毫米波MIMO信道的压缩估计，从而进行数据传输。为了进行性能评估，我考虑了实现5G NR信道模型的MDRiGa信道模拟器，并表明在没有事先同步的情况下进行压缩信道估计是可能的，并且所提出的方法优于目前在5G NR中考虑的联合波束训练和同步的当前解决方案。
2020-05-02 eess.SP
Hardware-friendly Baseband Design and Performance Analysis for LEO Broadband LoS-MIMO Systems
the State Key Laboratory of ISN, School of Telecommunications Engineering, Xidian University（西安电子科技大学电信工程学院）；the National Key Laboratory of Science and Technology on Space Microwave, China Academy of Space Technology (Xi’an)（中国空间技术研究院（西安））；the Information System Technology and Design Pillar, Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学信息系统与技术支柱）
针对低轨宽带视距多输入多输出系统的空间秩缺失与时钟偏差问题，提出硬件友好型OFDM收发架构及最优调度算法，可稳定将单双极化波束平均吞吐量提升至100 Gbps以上，为下一代高通量卫星提供理论与基带支撑。
2026-10-15 eess.SP
Interference-Robust Broadband Rapidly-Varying MIMO Communications: A Knowledge-Data Dual Driven Framework
针对快变信道下MIMO系统的未知干扰问题，提出知识-数据双驱动框架，设计IST模块实现零导频低延迟干扰预测，并设计IR-HBF模块以可解释网络简化波束成形映射，在降低计算复杂度的同时显著提升了预测精度与系统鲁棒性。
2025-03-02 eess.SP
Hybrid Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided Millimeter Wave MIMO Systems
由于采用毫米波（mmWave）频段的通信系统必须使用大型天线阵列来克服mmWave信号的严重传播损耗，因此混合波束成形已被认为是mmWave通信的组成部分。最近，智能反射表面（IRS）已经被提出作为一种创新技术，其可以通过使用低成本的无源反射元件来显著改善毫米波通信系统的性能。在本文中，我们研究了红外辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统与混合波束形成架构。本文首先利用毫米波信道的稀疏散射结构和大尺度特性，研究了窄带MIMO系统中IRS反射矩阵和混合波束形成器的联合设计。然后，我们将所提出的联合设计推广到宽带MIMO系统与正交频分复用（OFDM）调制，利用频率选择性毫米波信道的角度稀疏。仿真结果表明，所提出的联合设计可以显着提高系统的频谱效率，并实现优于现有设计的性能。
2022-06-27 cs.IT eess.SP math.IT
Massive MIMO is a Reality -- What is Next? Five Promising Research Directions for Antenna Arrays
大规模多输入多输出（多输入多输出）不再是未来蜂窝网络的“狂野”或“有前途”的概念-在2018年成为现实。具有64个全数字收发器链的基站（BS）在多个国家进行了商业部署，大规模多输入多输出的关键成分已使其成为5G标准，实现前所未有的频谱效率所需的信号处理方法已经开发出来，并且由于导频污染而导致的限制已经得到解决。即使是毫米波频率的全数字大规模多输入多输出阵列的开发--曾经被认为是极其复杂和昂贵的--也在顺利进行中。几年后，采用全数字收发器的大规模多输入多输出将成为6 GHz以下和毫米波频率的主流功能。在本文中，我们解释了大规模多输入多输出研究传奇的第一章是如何结束的，而故事才刚刚开始。即将到来的具有大规模天线阵列的BS的大规模部署打开了通向空间处理能力无所不在的全新世界的大门。除了移动宽带服务外，天线还可用于其他通信应用，如低功率机器型或超可靠通信，以及雷达、传感和定位等非通信应用。我们概述了五个新的大规模多输入多输出相关的研究方向：极大孔径阵列，全息大规模多输入多输出，六维定位，大规模MIMO雷达和智能大规模多输入多输出。
2019-06-12 cs.IT eess.SP math.IT
Capacity Characterization for Intelligent Reflecting Surface Aided MIMO Communication
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的解决方案，通过调整大量的无源反射单元来适当地改变信号传播，从而既经济又节能地提高无线通信容量。在本文中，我们的目标是表征的基本容量限制的IRS辅助点到点多输入多输出（MIMO）通信系统的多天线发射机和接收机一般，通过联合优化IRS反射系数和MIMO发射协方差矩阵。首先，我们考虑频率平坦衰落信道下的窄带传输，并开发了一种有效的交替优化算法，通过迭代优化发射协方差矩阵或反射系数之一，与其他被固定，找到一个局部最优解。接下来，我们考虑在频率选择性衰落信道下的一般MIMO正交频分复用（OFDM）系统中宽带传输的容量最大化，其中发送协方差矩阵可以针对不同的子载波进行优化，而只有一个公共的IRS反射系数集可以被设计为迎合所有子载波。为了解决这个更具挑战性的问题，我们提出了一个新的交替优化算法的基础上凸松弛找到一个高质量的次优解。数值结果表明，我们提出的算法实现了大幅增加的容量相比，传统的MIMO信道没有IRS，也优于各种基准计划。特别是，它表明，与所提出的算法，各种关键参数的IRS辅助MIMO信道，如信道总功率，秩，和条件数可以显着改善容量增强。
2019-10-03 cs.IT eess.SP math.IT
Digital Predistortion for Multiuser Hybrid MIMO at mmWaves
在基于多用户混合预编码的宽带毫米波系统中，如何有效抑制功率放大器（PA）的非线性失真是一个开放性的研究课题。在本文中，我们首先进行详细的信号和失真建模的宽带多用户混合MIMO系统中，在每个子阵列中的一个银行的非线性PA，同时也考虑到不可避免的天线/PA分支之间的串扰。在推导出的模型的基础上，我们提出了一种高效的闭环（CL）数字预失真（DPD）解决方案，尽管存在串扰，但每个发射链或子阵列仅需要一个单输入DPD单元，与最先进的多维DPD解决方案相比，提供了显着的复杂性优势。我们表明，在空间相关的多径传播下，每个DPD单元可以向每个预期用户提供线性化，或者更一般地，向发生相干传播的所有空间方向提供线性化，并且所提出的CL DPD系统对串扰是鲁棒的。提供了基于实际测量的毫米波PA模型的大量数值结果，证明并验证了所提出的DPD系统在不同评估场景中的出色线性化性能。
2020-05-18 eess.SP
Multi-User Scheduling in Hybrid Millimeter Wave Massive MIMO Systems
虽然毫米波频段为移动宽带服务提供了大带宽，但它们遭受严重的路径损耗和阴影。可以应用诸如波束成形（BF）的多天线技术来补偿信号衰减。我们考虑一种特殊情况下的混合BF称为每流混合BF（PSHBF），这是更容易实现比一般的混合BF，因为它规避了联合模拟-数字波束形成器优化的需要。在基站处采用BF使得能够在同一资源块中向若干用户传输多个数据流。在本文中，我们提供了一个离线研究的比例公平多用户调度的毫米波系统PSHBF了解各种系统参数的性能的影响。我们制定多用户调度作为一个优化问题。为了解决非凸性，我们提供了一个可行的解决方案，并通过数值例子表明，所提供的解决方案的性能是非常接近的上限。使用这个框架，我们提供了广泛的数值研究揭示了几个工程见解。
2021-09-13 cs.IT eess.SP math.IT
URLLC and eMBB Coexistence in MIMO Non-orthogonal Multiple Access Systems
增强型移动宽带（eMBB）和超可靠低延迟通信（URLLC）是第五代移动通信系统（5G）中的两种主要预期服务。具体而言，eMBB应用支持极高数据率通信，而URLLC服务旨在提供具有高可靠性通信的严格延迟。由于URLLC和eMBB服务对服务质量（QoS）的要求不同，它们之间的频谱共享成为一个具有挑战性的调度问题。在本文中，我们的目标是研究穿孔技术下的多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）系统中的URLLC和eMBB协同调度/共存问题。该目标函数通过联合用户选择和功率分配调度，在满足URLLC用户时延要求的同时，最大化eMBB用户的数据率。为了解决这个问题，我们首先引入了一个eMBB用户聚类机制，以平衡系统性能和计算复杂性。之后，我们将原问题分解为两个子问题，即用户选择和功率分配的调度问题。我们引入了Gale-Shapley（GS）理论来解决用户选择问题，并引入了连续凸近似（SCA）和凸差分（D.C.）编程来处理功率分配问题。最后，利用迭代算法以较低的计算复杂性找到全局解。数值结果表明了所提算法的有效性，也验证了所提方法优于其他基线方法。
2021-09-13 cs.IT eess.SP math.IT
Breaking Limits of Line-of-Sight MIMO Capacity in 6G Wireless Communications
针对6G视距MIMO容量提升需求，提出基于准分形均匀圆形阵列（QF-UCA）的MIMO方案，可低复杂度大幅提升视距信道容量，梳理其优势并探讨相关挑战与解法。
2024-08-13 eess.SP
Software-Defined MIMO OFDM Joint Radar-Communication Platform with Fully Digital mmWave Architecture
大规模部署具有协作传感和操纵技术的互联车辆，增加了对5.9 GHz车联网通信（V2X）频段的需求。除了V2X频谱，24和77 GHz的未充分利用的毫米波（mmWave）频段可用于补充V2X通信，并为新兴宽带应用提供高数据速率支持。为此目的，联合雷达通信（JRC）系统已在文献中提出了使用相同的波形和硬件来执行这两个功能。在这项工作中，我们提出了一个软件定义的多输入多输出（MIMO）JRC与正交频分复用（OFDM）的24 GHz毫米波波段。我们使用商用软件定义无线电和定制的毫米波前端实现了一个实时操作的全双工JRC平台。通过全数字MIMO架构，我们展示了毫米波频段MIMO OFDM JRC的同步数据传输和高分辨率雷达成像能力。
2023-02-11 cs.AR eess.SP
Intelligent Environments based on Ultra-Massive MIMO Platforms for Wireless Communication in Millimeter Wave and Terahertz Bands
毫米波（30-300 GHz）和太赫兹波段（0.3-10 THz）通信被设想为关键的无线技术，以满足5G及以后时代对每秒太比特（Tbps）链路的需求。在这个超宽带频率范围内非常大的可用带宽是以非常高的传播损耗为代价的，这与毫米波和太赫兹波段收发器的低功率相结合限制了通信距离和数据速率。在本文中，智能通信环境的概念，使超大规模多输入多输出平台的毫米波和太赫兹频段的频率，以增加通信距离和数据速率。端到端的物理模型的开发，考虑到新型的智能等离子体天线阵列，可以操作在传输，接收，反射和波导的能力，以及毫米波和太赫兹波段多径信道的特点。基于所建立的模型，针对不同的应用场景给出了大量的量化结果，以说明在超大规模多输入多输出环境下，MIMO系统在可达距离和数据速率方面的性能改进。
2019-04-16 eess.SP
Optimal Precoder Design for MIMO-OFDM-based Joint Automotive Radar-Communication Networks
大规模部署具有协作感知技术的互联车辆增加了对5.9 GHz车联网（V2X）通信频谱的需求，该频谱主要用于交换安全消息。为了补充V2X通信并支持宽带应用所需的高数据速率，可以利用76-81 GHz的毫米波（mmWave）汽车雷达频谱。为此目的，在文献中已经提出了联合雷达-通信系统，以使用相同的波形和硬件来执行这两种功能。虽然多用户的多输入多输出（MIMO）通信能够实现独立的数据流传输，以实现高吞吐量，但MIMO雷达处理可提供对安全关键系统至关重要的高分辨率成像。然而，采用为通信设计的传统预编码方法会产生定向波束，这会损害数据流传输期间的MIMO雷达成像和目标跟踪能力。提出了一种基于正交频分复用（OFDM）波形的MIMO汽车雷达通信（JARC）联合框架。首先，我们表明，MIMO-OFDM前导码可以利用MIMO雷达处理和估计的通信信道。然后，我们提出了一个最佳的预编码器的设计方法，使高精度的目标跟踪，同时发送独立的数据流到多个接收器。所提出的方法为MIMO JARC网络提供高分辨率雷达成像和高吞吐量能力。最后，我们通过数值模拟评估所提出的方法的有效性。
2021-09-25 cs.NI eess.SP
Electromagnetic Singularity-Aware MIMO Channels: Scattering-Based Channel Modeling and Physics-Aware Power Allocation
Graduate School of Engineering, The University of Osaka（大阪大学大学院工学研究科）；Tsinghua University（清华大学）
该研究针对电磁奇异态附近MIMO信道的不稳定性，构建了电磁奇点感知MIMO信道模型，提出奇点感知发射协方差优化方法，可降低90.32%的加权奇异信道暴露量，同时保留95%的标称注水算法速率。
2026-10-14 eess.SP
User Subgrouping and Power Control for Multicast Massive MIMO over Spatially Correlated Channels
针对空间相关瑞利衰落信道下的多播大规模MIMO系统，提出基于信道相关矩阵相似性的用户分组策略及两种功率分配方案，可显著提升频谱效率并利用信道相关性增强通信性能。
2024-09-18 eess.SP
Multi-Satellite MIMO Systems for Direct User-Satellite Communications: A Survey
本文综述了多卫星MIMO系统在用户-卫星直接通信中的应用，重点分析了卫星协作、星间链路及信道模型等关键技术，并通过仿真比较验证其解决链路预算挑战的优势。
2024-06-28 eess.SP
