Downlink Precoding with Mixed Statistical and Imperfect Instantaneous CSI for Massive MIMO Systems
本文研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统中一种新的下行链路传输模式的可行性，仅具有统计信道状态信息（CSI）的用户和具有不完美瞬时CSI的用户。研究了混合利用统计CSI和非理想瞬时CSI的下行链路预编码设计问题。首先从理论上分析了两类用户之间的相互干扰对可达速率的影响。在此基础上，考虑到互干扰抑制，提出了一种扩展迫零（eZF）和扩展最大比传输（eMRT）预编码方法，分别以最小化基站总发射功率和最大化用户接收信号功率为目标。由于利用了统计CSI，避免了基于导频的信道估计，从而使更多的活跃用户，更高的系统和速率和更短的传输延迟。最后通过仿真验证了理论分析的正确性和所提出的预编码方法的优越性。
2017-11-30 cs.IT math.IT
Low-Complexity Design of Generalized Block Diagonalization Precoding Algorithms for Multiuser MIMO Systems
基于块对角化（BD）的预编码技术是公知的用于多用户MIMO（MU-MIMO）系统的线性发送策略。通过在发送侧采用BD型预编码算法，MU-MIMO广播信道被分解为多个独立的并行单用户MIMO（SU-MIMO）信道，并且在高数据率下实现最大分集阶数。BD型预编码算法的主要计算复杂性来自于两个奇异值分解（SVD）操作，这取决于用户的数量和每个用户的信道矩阵的维数。为了降低BD型预编码算法的计算复杂性，提高预编码算法的性能，本文提出了低复杂度的预编码算法。我们设计了一种策略的基础上，一个共同的信道反演技术，QR分解，晶格减少到等效的SU-MIMO信道的MU-MIMO信道解耦。分析和仿真结果表明，该预编码算法可以获得与BD型预编码算法相当的和速率性能、显著的出错率（BER）性能增益和简化的接收机结构，同时需要低得多的复杂度。
2013-09-16 cs.IT math.IT
Multi-Cell Multi-User Massive FD-MIMO: Downlink Precoding and Throughput Analysis
针对时分双工（TDD）多小区多用户大规模全维MIMO（FD-MIMO）网络，研究了下行链路预编码和功率分配策略。利用信道互易性，消除了DL信道状态信息（CSI）反馈，并且通过经由旋转不变技术（ESPRIT）估计信号参数，将DL多用户MIMO预编码与上行链路（UL）到达方向（DoA）估计相关联。假设UL导频的非正交/非理想扩频序列，UL DoA估计的性能被解析地表征，并且所表征的DoA估计误差被并入到相应的DL预编码和功率分配策略中。仿真结果验证了我们的分析特征的DoA估计的准确性，并表明，所介绍的多用户MIMO预编码和功率分配策略优于现有的基于迫零的大规模MIMO策略。
2018-09-26 cs.IT math.IT
MSE-optimal 1-bit Precoding for Multiuser MIMO via Branch and Bound
在本文中，我们解决的总和均方误差（MSE）最优的1比特量化预编码问题，正是小到中等规模的多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统通过分支定界。为此，我们重新制定了原来的NP难预编码问题作为一个树搜索，并部署了一些策略，提高修剪效率，而不牺牲最优性。我们评估的错误率性能和复杂性的1位分支定界（BB-1）预编码器，并比较其功效现有的，次优的MU-MIMO系统中的1位预编码算法。
2018-04-09 cs.IT math.IT
Joint User Selection, Power Allocation, and Precoding Design with Imperfect CSIT for Multi-Cell MU-MIMO Downlink Systems
针对多小区多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，在发射端信道状态信息（CSIT）不完全的情况下，提出了一种新的用户选择、功率分配和预编码的联合优化设计框架.通过在高维空间中表示联合优化变量，将加权和谱效率最大化公式化为瑞利矩乘积的最大化。虽然这仍然是一个非凸问题，一个计算效率高的算法，称为广义功率迭代预编码（GPIP），提出。该算法收敛于目标函数的一个稳定点（局部最大值），因此它保证了一阶最优解。通过调整加权和频谱效率中的权重，GPIP产生用于用户选择、功率分配和下行链路预编码的联合解决方案。GPIP还被扩展到多小区场景，其中协作基站通过在协作BS内共享全局但不完美的CSIT来执行联合用户选择并设计它们的预编码向量。系统级仿真结果表明，相对于传统的用户选择和线性下行链路预编码所提出的方法的增益。
2019-02-03 cs.IT math.IT
Multi-Layer Precoding: A Potential Solution for Full-Dimensional Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）系统通过提供复用增益的数量级增加来实现高总和频谱效率。然而，在时分复用系统中，小区之间的上行链路训练导频的重用导致额外的信道估计误差，这导致下行链路小区间干扰，即使在采用大量天线时也是如此。由于大的信道维度，使用传统网络MIMO技术来处理这种干扰是具有挑战性的。此外，大天线预编码/组合矩阵的实现与高硬件复杂度和功耗相关联。在本文中，我们提出了多层预编码，使高效和低复杂度的操作在全维大规模MIMO，其中大量的天线在两个维度上使用。在多层预编码中，每个基站的预编码矩阵被写为多个预编码矩阵的乘积，每个预编码矩阵被称为层。多层预编码（i）利用大规模MIMO信道的方向特性来管理具有低信道知识要求的小区间干扰，以及（ii）允许使用低复杂度混合模拟/数字架构的高效实现。我们提出了一个特定的全维大规模MIMO系统的多层预编码设计。这种预编码设计的性能进行了分析，每个用户的可达速率一般信道模型的特点。然后证明了所提出的多层预编码设计的渐近最优性的一些特殊的，但重要的信道。数值仿真验证了分析结果，并说明了与传统的导频污染的大规模MIMO解决方案相比，多层预编码的潜在收益。
2016-10-13 cs.IT math.IT
Tomlinson-Harashima Precoding for Multiuser MIMO Systems with Quantized CSI Feedback and User Scheduling
本文研究了采用贪婪用户选择的下行多用户MIMO传输中基于低复杂度量化CSI的Tomlinson-Harashima（TH）预编码方案的和速率性能。利用极值理论导出了每个选定用户的输出信干噪比的渐近分布以及随着用户数K增大的渐近和速率。对于固定的有限信噪比和有限数量的发射天线$n_T$，我们证明了随着K的增长大，所提出的方法可以实现最佳的总和速率缩放的MIMO广播信道。我们还证明，如果我们忽略预编码损失，这种方法的平均总和速率收敛到MIMO广播信道的平均总和容量。我们的研究结果提供了深入了解量化CSI对多用户分集增益造成的多用户干扰的影响。
2014-08-03 cs.IT math.IT
Constant-Envelope Multi-User Precoding for Frequency-Selective Massive MIMO Systems
我们考虑在频率选择性多用户大规模MIMO系统中的下行链路预编码与高效，但非线性功率放大器在基站（BS）。提出了一种低复杂度的预编码算法，该算法在每个基站天线处产生恒定包络（CE）信号。为了实现期望的每用户信息速率，当与通常使用的不太严格的总平均发射功率约束相比时，在每天线CE约束下所需的额外总发射功率是小的。
2013-05-07 cs.IT math.IT
Secrecy Sum-Rates with Regularized Channel Inversion Precoding under Imperfect CSI at the Transmitter
在本文中，我们研究了正则化的信道反转预编码的性能在MISO广播信道的机密消息下不完美的信道状态信息在发送端（CSIT）。我们得到了一个近似的可实现的保密和率，这几乎肯定是准确的发射天线的数量和用户的数量增长到无穷大，在一个固定的比例。仿真结果表明，这种分析是准确的，即使是有限大小的系统。对于FDD系统，我们确定CSIT误差必须如何与SNR成比例，并且我们推导出确保与具有完美CSIT的情况下的恒定高SNR速率间隙所需的反馈比特数。对于TDD系统，我们研究了最佳的信道训练量，最大限度地提高高信噪比的保密和速率。
2013-04-23 cs.IT math.IT
Online Multi-Cell Coordinated MIMO Wireless Network Virtualization with Imperfect CSI
我们考虑在线协调预编码设计下行链路无线网络虚拟化（WNV）在多小区多输入多输出（MIMO）网络与不完善的信道状态信息（CSI）。在我们的WNV框架中，基础设施提供商（InP）拥有由几个服务提供商（SP）共享的每个基站，而这些服务提供商彼此不知道。SP根据用户业务的虚拟化需求设计其预编码器，而InP设计实际的预编码解决方案以满足SP的业务需求。我们的目标是最大限度地减少长期的时间平均预期的预编码偏差在MIMO衰落信道，每个小区的长期和短期的发射功率限制。我们提出了一种在线协调预编码算法的虚拟化，它提供了一个完全分布式的半封闭形式的预编码解决方案，在每个小区，仅基于当前不完善的CSI没有任何CSI交换跨小区。考虑到不完美的CSI的InP和SP的双重影响，我们表明，我们提出的算法是在一个$O(δ)$的差距，从最佳的任何时间范围内，其中$δ$是一个CSI不准确的指标。仿真结果验证了我们提出的算法的性能下两种常用的预编码技术在一个典型的城市微小区网络环境。
2021-05-17 cs.IT math.IT
A New SLNR-based Linear Precoding for Downlink Multi-User Multi-Stream MIMO Systems
在多用户多输入多输出（MIMO）系统中，信号泄漏噪声比（SLNR）是一个很有前途的线性预编码器设计准则。该方法简化了预编码器的设计问题，并给出了封闭解。在这封信中，我们提出了一种新的线性预编码方案，通过稍微放松SLNR最大化的MU-MIMO系统，每个用户多个数据流。预编码矩阵通过两个厄米特矩阵同时对角化的一般形式获得。新方案减小了每流有效信道增益之间的差距，这是原始SLNR预编码方案中的固有限制。仿真结果表明，所提出的预编码实现了相当大的增益，在错误性能比原来的多流传输，同时保持几乎相同的可实现的和速率。
2010-08-04 cs.IT math.IT
Low-Complexity Hybrid Precoding in Massive Multiuser MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）被设想为提供相当大的容量改进，但是以硬件的高复杂性为代价。在本文中，我们提出了一种低复杂度的混合预编码方案，以接近传统的基带迫零（ZF）预编码（称为全复杂度ZF），这被认为是一个虚拟的最佳线性预编码方案在大规模MIMO系统的性能。所提出的混合预编码方案，称为相位ZF（PZF），本质上是在RF域应用仅相位控制，然后基于从基带看到的有效信道执行低维基带ZF预编码。重量化的RF相位控制高达$2$位的精度也被认为是和招致非常有限的退化。该方案在理想瑞利衰落信道和稀疏散射毫米波（mmWave）信道中进行了仿真，都达到了非常理想的性能。
2014-10-15 cs.IT math.IT
MIMO Amplify-and-Forward Precoding for Networked Control Systems
在本文中，我们考虑了一个MIMO网络控制系统（NCS）中，传感器放大和转发所观察到的MIMO植物状态通过MIMO衰落信道的远程控制器。我们重点关注传感器处的MIMO放大转发（AF）预编码设计，以在传感器平均通信功率增益约束的情况下最小化远程控制器处的加权平均状态估计误差。MIMO AF预编码设计被公式化为无限时域平均成本马尔可夫决策过程（MDP）。为了处理灾难的维数与MDP，我们提出了一种新的连续时间扰动方法，并推导出一个渐近最优的封闭形式的优先级函数的MDP。在此基础上，我们推导出一个封闭形式的一阶最优动态MIMO AF预编码解决方案，该解决方案具有事件驱动的控制结构。具体地，当累积的状态估计误差超过动态阈值时，传感器激活最强本征通道以将设备状态的动态加权组合传送到控制器。进一步建立了保证MIMO网络控制系统稳定性的技术条件，证明了系统状态估计的均方误差为$\mathcal{O}\left(\frac{1}{\bar{F}}\right)$，其中$\bar{F}$为MIMO AF预编码的最大AF增益。
2020-03-07 cs.IT math.IT
Nonlinear 1-Bit Precoding for Massive MU-MIMO with Higher-Order Modulation
大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）被广泛认为是即将到来的第五代（5G）无线通信标准的核心技术。在MU-MIMO基站中使用低精度数模转换器（DAC）是令人感兴趣的，因为它降低了功耗、系统成本和原始基带数据率。在本文中，我们开发了一种新的算法，用于大规模MU-MIMO系统的下行链路预编码与1位DAC，支持高阶调制方案，如8-PSK或16-QAM。具体而言，我们提出了低复杂度的非线性预编码算法，实现低出错率时，结合盲或基于训练的信道估计算法在用户设备。这些结果与线性量化预编码算法形成鲜明对比，如果与高阶调制方案和1位DAC一起使用，则线性量化预编码算法会遭受高错误平层。
2016-12-08 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
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 Efficient Precoding Design for SWIPT in MIMO Two-Way Relay Networks
本文研究了多输入多输出（MIMO）双向中继网络中的能量效率（EE）最大化问题。该网络由一个多天线放大转发中继节点组成，在两个多天线收发节点之间提供双向通信
2017-03-21 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
Precoding Methods for MISO Broadcast Channel with Delayed CSIT
最近的信息理论的结果表明，在多用户下行链路MIMO信道上的预编码与延迟的信道状态信息在发射机（CSIT）可能会导致数据率远远超过没有任何CSIT获得的数据率，即使在极端的情况下，当延迟的信道反馈是完全过时的反馈延迟超过信道相干时间。这个令人惊讶的结果是基于干扰重复和对准的思想，其允许接收器重建完全抵消干扰的信息符号，使其成为无限SNR范围中的最佳方案。在本文中，我们提出了一个类似的问题，但在有限的SNR下。我们提出了第一个预编码器的建设，它匹配以前的结果在无限的SNR，但达到了一个有用的权衡干扰对齐和信号增强在有限的SNR之间，允许在实际设置中的显着性能改善。本文提出了两种通用的预编码方法，通过虚拟MMSE和互信息优化，实现了信号增强和干扰对齐之间的折衷。仿真结果表明，由于这两个方面之间的妥协，实质性的改善。
2012-07-09 cs.IT math.IT
Full-Rate Full-Diversity Achieving MIMO Precoding with Partial CSIT
在本文中，我们考虑了一个$n_t\times n_r$多输入多输出（MIMO）信道受到块衰落。可靠性（在实现的分集阶数方面）和速率（在每个信道使用发送的符号的数量方面）在这样的信道中是感兴趣的。我们提出了一种新的预编码方案，实现全分集（$n_tn_r$第阶分集）以及全速率（$n_t$符号每信道使用）使用部分信道状态信息在发射机（CSIT），适用于MIMO系统，包括$n_r<n_t$非对称MIMO。该方案通过对星座集的选择进行优化，实现了全分集，提高了编码增益。优化最大化$d_{min}^2$为我们的预编码方案的能量约束。该方案需要$n_t-1$角度参数值的反馈，相比$2n_tn_r$实系数在全CSIT的情况下。针对$3\times 1$、$3\times 2$、$4\times 1$、$8\times 1$预编码MIMO系统（每个信道分别使用$n_t=3,3,4,8$符号）的误码率性能结果表明，所提出的预编码分别实现了3阶、6阶、4阶和8阶分集。这些性能被证明是优于文献中的其他预编码方案，更好的性能是由于在所提出的方案中的信号集和反馈角度的选择。
2011-03-24 cs.IT math.IT
GMD-Based Hybrid Precoding For Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
混合预编码技术可以显著减少毫米波大规模MIMO系统中所需的射频链路数量，降低系统的能耗，因此受到学术界和工业界的广泛关注。然而，大多数现有的混合预编码方案是基于奇异值分解（SVD）。由于奇异值分解后子信道信噪比（SNR）差异很大，通常需要复杂的比特分配来匹配子信道SNR。为了解决这个问题，我们提出了一种基于几何平均分解（GMD）的混合预编码方案，以避免复杂的比特分配。其基本思想是寻找一对模拟和数字预编码矩阵，它们足够接近最优无约束GMD预编码矩阵。具体来说，我们设计模拟（数字）预编码矩阵，同时保持数字（模拟）预编码矩阵固定。进一步地，将基追踪原理应用于模拟预编码矩阵的设计中，并通过对数字预编码矩阵进行GMD运算得到数字预编码矩阵。仿真结果表明，提出的基于GMD的混合预编码方案比传统的基于SVD的混合预编码方案具有更好的出错率（BER）性能和更低的复杂度。
2016-05-16 cs.IT math.IT
Conjugate Gradient-based Soft-Output Detection and Precoding in Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）与传统（小规模）MIMO无线系统相比，有望提高频谱效率、覆盖范围和范围。不幸的是，这些益处是以显著增加的计算复杂性为代价的，特别是对于具有实际天线配置的系统。为了降低大规模MIMO系统中数据检测（上行链路）和预编码（下行链路）的复杂度，我们提出使用共轭梯度（CG）方法。虽然使用CG的预编码相当简单，但软输出最小均方误差（MMSE）检测需要计算均衡后的信号干扰噪声比（SINR）。为了使CG的软输出检测，我们提出了一种新的方法，直接计算的SINR内的CG算法在低复杂度。我们调查的性能/复杂性的权衡与CG为基础的软输出检测和预编码，我们比较精确和近似的方法。我们的研究结果表明，该方法优于现有的大规模MIMO系统与现实的天线配置的算法。
2014-08-25 cs.IT math.IT
Joint User Selection and Precoding in Multiuser MIMO Systems via Group LASSO
多用户MIMO环境中的联合用户选择和预编码可以被解释为线性模型中的组稀疏恢复。在这个问题中，具有群稀疏性的信号将从欠定方程组中重构。本文利用这一等价解释，并开发了一个计算上易处理的算法的基础上的方法组LASSO。与现有技术相比，所提出的方案在两个不同的方面显示出性能增强：更高的可实现的和速率和更低的干扰，在非选择的用户终端。
2019-10-24 cs.IT math.IT
Coordinated Shared Spectrum Precoding with Distributed CSIT
在本文中，授权共享接入（LSA）系统的操作进行了研究，考虑下行链路通信。该系统包括多输入单输出（MISO）现任发射机（TX）-接收机（RX）对，其向MISO获许可者TX-RX对提供频谱共享机会。我们的主要贡献是一个协调的传输方案的设计，灵感来自认知无线电（CR）的方法，其目的是最大限度地提高持牌人的平均速率，受平均速率约束的现任者。与大多数先前的工作相比，在实际的信道状态信息（CSI）场景下发生两个TX的协调，其中每个TX具有对其服务终端的瞬时直接信道的唯一接入。这样的CSI知识设置带来了一个公式的基础上的团队决策的理论，其中TX的目的是在优化一个共同的目标，给定相同的约束集的基础上，个人的信道信息。因此，提出了一组新的适用的预编码方案。依赖于统计协调标准，两个TX在缺少任何瞬时CSI交换的情况下进行协作。我们通过仿真验证，我们的新的协调预编码方案优于标准的WGCR方法。
2015-08-18 cs.IT math.IT
Joint User Scheduling and Precoding for XL-MIMO Systems with Imperfect CSI
针对非理想CSI下的XL-MIMO系统，提出联合用户调度与预编码算法，通过长期CSI调度并选择更新CSI的用户，提升和频谱效率并强调训练开销与信道估计误差的影响。
2023-02-25 cs.IT eess.SP 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
Power Allocation for Precoding in Large-Scale MIMO Systems with Per-Antenna Constraint
大规模MIMO系统由于其提供比传统无线系统显著更高的吞吐量的潜力而被认为是下一代无线通信技术的可能候选者之一。对于这样的系统，迫零（ZF）和共轭波束形成（CB）预编码已被认为是两种可能的实用空间复用技术，和他们的平均可实现的和速率已被推导出的和功率约束。然而，在实践中，基站处的发射功率在每个天线下受到约束。在这种情况下，最优功率分配是一个非常困难的问题。本文研究了大规模MIMO系统中基于ZF和基于CB的预编码在单天线约束下的次优功率分配方法，为实际应用提供参考。
2014-10-03 cs.IT math.IT
Quantization and Feedback of Spatial Covariance Matrix for Massive MIMO Systems with Cascaded Precoding
本文研究了级联预编码的大规模多输入多输出（MIMO）系统下行链路空间协方差矩阵的量化和反馈问题。大规模MIMO技术由于能够显著提高网络性能而受到广泛关注。为了减少频分双工大规模MIMO系统中下行链路信道估计和上行链路反馈的开销，已经提出了级联预编码，其中外部预编码器使用传统的有限反馈来实现，而内部预编码器由信道的空间协方差矩阵来确定。在大规模MIMO系统中，由于天线数量庞大，空间协方差矩阵的大小很大，难以计算。在本文中，我们提出了一种基于空间谱的方法的量化和反馈的空间协方差矩阵。所提出的内部预编码器可以被视为调制的离散长椭球序列，从而实现比传统的基于离散傅立叶变换子矩阵的预编码小得多的空间泄漏。本文还讨论了所提出的方法的应用的实际问题。
2016-10-15 cs.IT math.IT
Low-Complexity Lattice Reduction-Aided Channel Inversion Methods for Large-Dimensional Multi-User MIMO Systems
为了降低大型多用户MIMO系统中正则化块对角化（RBD）预编码方案的计算复杂性，提高其性能，提出了一种低复杂度预编码算法.所提出的算法是基于信道反演技术，QR分解{，}和格型约简解耦的MU-MIMO信道等效SU-MIMO信道。仿真结果表明，所提出的预编码算法可以获得与RBD预编码几乎相同的和速率性能，显著的比特出错率（BER）性能增益{，}和简化的接收机结构，同时要求较低的复杂度。
2013-04-24 cs.IT math.IT
Optimization of Integer-Forcing Precoding for Multi-User MIMO Downlink
整数强制（IF）预编码是用于多用户（MU）多输入多输出（MIMO）信道的线性预编码的替代方案，具有以类似复杂度提供优异性能的潜力。在这封信中，低复杂度的次优方法，提出了优化参数的IF计划的任何数量的$K$用户。所提出的方法涉及解决松弛的问题，然后应用格约简算法，并示出具有整体复杂性的$\mathcal{O}(K^3)$。仿真结果表明，该方法实现了更高的和速率比启发式选择的参数，并显着优于传统的线性预编码在所有模拟场景。
2020-07-06 cs.IT math.IT
Spectral-Efficient Analog Precoding for Generalized Spatial Modulation Aided MmWave MIMO
广义空间调制（GenSM）辅助毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）最近受到了学术界的广泛关注。然而，由于发射机对信道状态信息（CSI）的知识的利用不足，最新技术的GenSM辅助的毫米波MIMO系统的可实现速率远不是最优的。在此背景下，本文提出了一种新的模拟预编码方案，以提高传统的GenSM辅助毫米波MIMO的频谱效率（SE）。更具体地说，我们首先设法用封闭形式的表达式来下界GenSM辅助的毫米波MIMO的可实现的SE。其次，利用这个下限作为成本函数，提出了一种低复杂度的迭代算法来设计模拟预编码器的SE最大化。最后，进行数值模拟，以证实所提出的设计相对于最先进的GenSM辅助毫米波MIMO方案的优越性能。
2017-04-28 cs.IT math.IT
Decentralized Coordinated Precoding Design in Cell-Free Massive MIMO Systems for URLLC
无小区大规模多输入多输出（MIMO）是一种很有前途的网络，提供了巨大的改善，与传统的蜂窝大规模MIMO系统的可达速率。然而，通常采用的香农型可达速率仅适用于长块长度体制，而不适用于新兴的短分组通信。为了在无小区的大规模MIMO系统中实现超可靠和低延迟通信（URLLC），我们优化了接入点（AP）处的预编码向量，以最大化集中式和分散式方式的最小用户速率。该设计考虑到URLLC的影响，我们提出了路径跟踪算法（PFA）来解决所考虑的问题，它产生一系列先进的可行点，并收敛到至少一个局部最优解的设计问题。此外，我们调查的预编码方案的要求，传输持续时间的长度，在每个AP配备的天线的数量，和每个AP集群的大小上URLLC速率。仿真结果表明，分散式PFA预编码可以达到集中式预编码的80%和89%的平均URLLC率，而计算复杂度仅为集中式预编码的12%计算复杂性.
2022-09-29 cs.IT math.IT
Precoding-oriented Massive MIMO CSI Feedback Design
New York University（纽约大学）；Nokia Bell Labs（诺基亚贝尔实验室）
本文提出一种基于深度学习的端到端面向预编码的 Massive MIMO CSI 反馈架构，通过联合设计学习导频、用户压缩器和基站处理，在最小化反馈开销的同时最大化可达速率之和，优于现有预编码导向及传统分离式方法。
2023-02-22 cs.IT cs.LG math.IT
Robust MMSE Precoding for Multiuser MIMO Relay Systems using Switched Relaying and Side Information
针对不完全信道状态信息（CSI）下的多用户多输入多输出（MIMO）中继系统，提出了一种新的预编码方案。基站（BS）和MIMO中继站（RS）都配备有酉矩阵的相同码本。根据码本的每个元素，我们创建一个潜在的预编码矩阵对，即BS预编码矩阵和RS预编码矩阵。通过将来自码本的适当酉矩阵乘以功率缩放因子来形成RS预编码矩阵。基于给定的CSI和发射符号块，通过合适的选择机制来选择从各种酉矩阵导出的所有可能的潜在预编码矩阵对的类内的最佳预编码矩阵对以用于传输，该选择机制被设计为最小化预先估计的接收向量与真实发射符号向量之间的平方欧几里德距离。我们开发了一个最小均方误差（MMSE）的设计算法的潜在预编码矩阵对的建设。在所提出的方案中，BS仅向RS发送酉矩阵的索引及其功率缩放因子，而不是发送完整的处理矩阵。这大大降低了开销。仿真结果表明，与其他最近报道的预编码算法相比，所提出的预编码方案能够提供更好的鲁棒性对CSI估计误差和多用户干扰的影响。
2014-12-17 cs.IT math.IT
Joint Power Allocation and Precoding for Network Coding based Cooperative Multicast Systems
针对采用非再生网络编码的2-N-2协作多播系统，提出了两种分别基于发送端统计信道状态信息（CSI）和瞬时s->r CSI的功率分配方案，并分别采用隔离预编码器和分布式预编码器，以获得全分集增益，进一步提高系统性能。最后，我们证明了联合瞬时s-> rCSI的功率分配和分布式预编码器的设计达到最佳性能。
2020-03-16 cs.IT math.IT
Low-Complexity MIMO Precoding with Discrete Signals and Statistical CSI
本文研究了在发送端统计信道状态信息的前提下，有限字母表信号的多输入多输出单用户预编码器的设计问题。基于表现出天线相关性的信道的互信息的渐近表达式，我们提出了一种低复杂度的迭代算法，从根本上减少了现有方法的计算量的数量级，只有最小的性能损失。节省随着发射天线的数量和信号字母表的基数而增加，使得可以支持其在现有解决方案中难以处理的值。
2016-02-11 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
MIMO Mutli-Cell Processing: Optimal Precoding and Power Allocation
我们研究的最佳功率分配和最佳预编码的集群的两个BS合作，共同最大限度地提高可实现的速率为两个用户连接到每个BS在MCP框架。这个框架是由一个虚拟的网络建模的MIMO信道由于框架的充分合作。具体地，由于通过回程链路在两个BS之间共享CSI和数据。我们提供了一个广义的不动点方程的最佳预编码器的渐近制度的低和高的预编码。我们引入了一种新的迭代方法，导致一个封闭形式的表达的最佳预编码矩阵在高性能制度，这是已知的NP-困难的问题。已经介绍了两种MCP分布式算法，用于UL的功率分配算法和用于DL的预编码算法。
2018-09-11 cs.IT math.IT
Massive MIMO Downlink 1-Bit Precoding with Linear Programming for PSK Signaling
量化的大规模多输入多输出（MIMO）系统由于其功率效率而受到越来越多的关注。提出了一种新的预编码技术，以减轻多用户干扰和量化失真的下行链路多用户（MU）多输入单输出（MISO）系统与1比特量化在发送端。这项工作仅限于PSK调制方案。考虑到1比特量化，针对每个期望的接收矢量优化发射信号矢量。该优化是基于最大化安全裕度的PSK调制的决策阈值。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。
2017-04-21 cs.IT math.IT
Pilot Reuse Factor with Large Scale Fading Precoding for Massive MIMO
大规模MIMO技术的根本限制是导频污染效应。当终端使用相同的正交信号时，在上行链路训练期间发生这种效应。提出了一种基于大尺度衰落预编码的导频复用因子来减轻导频污染的影响。导频重用因子被设计为向相邻小区分配唯一的正交信号。这些独特的正交信号仅在小区内被重用，因此，导频内污染是唯一的问题。然后使用大规模衰落预编码来减轻导频内污染效应。针对不同的导频重用因子计算平均可实现的和速率。通过MATLAB仿真的实验结果表明，较高的导频复用因子给出了更好的平均可达和速率。
2017-02-08 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
Lower Bound on the Sum-rate of Decremental Beam Selection Algorithm for Beamspace MIMO Systems
通常，迫零（ZF）预编码在高干扰状态下遭受严重的接收信噪比（SNR）降级。然而，最近的证据表明，毫米波（mmWave）系统主要是噪声限制的高增益天线作为空间滤波器的干扰信号。这使得ZF预编码与其他线性预编码对应物一样有吸引力。考虑ZF预编码，推导了在毫米波频率下波束空间MIMO（B-MIMO）系统中采用递减波束选择（BS）算法的和速率的下界。该界限通过确定性平方双曲函数将全维和降维（即BS之后）B-MIMO系统的预编码矩阵的Frobenious范数联系起来。注意，ZF预编码和递减BS都不是新概念。然而，推导出的和率界提供了一个新的见解的主题。给定一个特定的全维B-MIMO信道，所提出的界限可以用来理解BS算法的限制。
2019-01-30 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
Iterative Detection and Decoding for Multiuser MIMO Systems with Low Resolution Precoding and PSK Modulation
近年来，低分辨率预编码技术在无线通信领域得到了广泛的关注。本研究的主题是结合信道编码的离散预编码。与以前的研究不同，我们提出了三种不同的软检测方法和迭代检测和解码方案，允许利用信道编码结合低分辨率预编码。除了一个精确的方法计算的外部信息，我们提出了两个近似降低计算复杂性。基于PSK调制和LDPC分组码的数值结果表明，在误码率方面，与基于常见AWGN信道模型的系统设计相比，具有更好的性能。
2021-05-19 cs.IT 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
Near-Optimal Hybrid Analog and Digital Precoding for Downlink mmWave Massive MIMO Systems
毫米波（mmWave）大规模MIMO可以实现频谱和能量效率的数量级提高，通常采用混合模拟和数字预编码来克服毫米波频率引起的严重信号衰减。然而，大多数的混合预编码方案集中在全阵列结构，这涉及到一个高的复杂度。在本文中，我们提出了一个接近最佳的迭代混合预编码方案的基础上更现实的子阵列结构，具有较低的复杂度。首先将复杂的容量优化问题分解为一系列易于处理的问题，对每个天线阵列逐一考虑。然后，利用连续干扰消除（SIC）的思想，优化从第一个天线阵列到最后一个天线阵列的可达容量，该思想以易于并行化的迭代过程实现。仿真结果表明，该混合预编码方案在保持可接受的计算复杂性的同时，具有比其他混合预编码方案更好的性能。
2015-07-16 cs.IT math.IT
Joint Source and Relay Precoding Designs for MIMO Two-Way Relaying Based on MSE Criterion
适当设计的预编码器可以显著提高多输入多输出（MIMO）中继系统的频谱效率。本文研究了MIMO双向中继系统中基于均方误差（MSE）准则的信源和中继联合预编码设计，其中两个多天线信源节点通过一个多天线放大转发中继节点进行信息交换。这个问题是非凸的，它的最优解仍然没有得到解决。为了找到一种有效的方法来解决这个问题，我们首先将原始问题分解为三个易于处理的子问题，然后提出了一种迭代的预编码设计算法的交替优化的基础上。每个子问题的解都是唯一的最优解，从而保证了迭代算法的收敛性。其次，我们提出了一种结构化的预编码设计，以降低计算复杂性。所提出的预编码结构能够在多址接入（MAC）阶段和广播（BC）阶段中并行化信道。因此，它将预编码设计简化为简单的功率分配问题。最后，针对每个源节点只发送一个数据流的特殊情况，提出了一种基于源天线选择（SAS）的预编码算法。该算法仅选择一个天线用于来自每个源的传输，因此需要较低的信令开销。对所有预编码方案的有效性进行了全面的仿真分析。
2011-12-14 cs.IT math.IT
On the Optimality of Linear Precoding for Secrecy in the MIMO Broadcast Channel
本文研究了两接收机多输入多输出（MIMO）高斯广播信道（BC）中线性预编码的最优性问题。秘密脏纸编码（SDPC）是最佳的输入协方差约束下，但有没有可计算的秘密容量表达式的一般MIMO情况下的平均功率约束。原则上，对于这种情况，可以通过在所有可能的矩阵功率约束的集合上进行穷举搜索来找到保密容量区域。显然，这种搜索，加上脏纸编码和解码的复杂性，促使人们考虑将低复杂度线性预编码作为替代方案。证明了在输入协方差约束条件下，线性预编码是最优的，并且当输入协方差约束满足一定条件时，线性预编码可以达到与S-DPC相同的保密率区域，并给出了相应的最优线性预编码器的特征.然后，我们使用这个结果来推导出一个封闭形式的次优算法的基础上，线性预编码的平均功率约束。数值结果表明，该算法所获得的保密率区域接近于最优S-DPC方法所获得的所有合适的输入协方差矩阵的搜索。
2013-04-16 cs.IT math.IT
Hybrid Precoding Architecture for Massive Multiuser MIMO with Dissipation: Sub-Connected or Fully-Connected Structures?
本文研究了大规模多用户多输入多输出（MIMO）系统中有限反馈信道下的混合预编码结构。我们专注于在一个更现实的硬件网络模型下的混合预编码的系统性能，特别是，不可避免的耗散。量化的模拟和数字预编码的效果进行了表征。我们研究了两种典型的混合预编码结构的频谱效率，即，子连接结构和全连接结构。结果表明，增加信号功率可以补偿量化模拟预编码带来的性能损失。此外，通过捕获混合处理的有效信道的性质，我们采用了基于信道相关性的码本，并证明了该码本显示出比传统的随机矢量量化（RVQ）码本有很大的优势。研究还发现，无论是在大规模MIMO还是在低信噪比的情况下，如果采用基于信道相关性的码本，子连接结构的性能总是优于全连接结构;反之，全连接结构的性能更好。瑞利衰落信道和毫米波信道下的仿真结果验证了上述结论。
2018-06-07 cs.IT math.IT
Block Diagonalization Type Precoding Algorithms for IEEE 802.11ac Systems
基于块对角化（BD）的预编码方案是公知的用于多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统的下行链路中的线性发送策略。在发送端采用的BD类型预编码算法通过将MU-MIMO广播信道分解为多个单用户MIMO（SU-MIMO）信道，然后并行化SU-MIMO信道以获得每个用户的独立流来实现多用户干扰（MUI）的抑制。鉴于线性预编码算法的设计已经取得了重大进展，这些技术在无线局域网（WLAN）标准中的实现仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中，提出了在IEEE 802.11 ac标准的框架下，基于BD的预编码技术的实施方案，然后在所提出的框架下对这些技术进行性能评估。我分析了在我的框架中的技术的和速率和误比特率（BER）性能，并获得计算复杂性明智的，以及性能明智的最佳算法为我的系统。
2018-01-02 cs.IT math.IT
Analog Versus Hybrid Precoding for Multiuser Massive MIMO with Quantized CSI Feedback
在这封信中，我们研究了下行链路多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统的子连接结构在有限的反馈信道的性能。理论上分析了纯模拟预编码和混合预编码系统的紧速率近似。量化的模拟和数字预编码的效果，其特征在于在派生的表达式。此外，它揭示了纯模拟预编码优于混合预编码使用最大比传输（MRT）或迫零（ZF）在一定的条件下，我们在理论上描述的条件在封闭形式的信噪比（SNR），用户数和反馈比特数。数值结果验证了瑞利信道和毫米波信道的推导结论。
2020-06-01 cs.IT eess.SP math.IT
Team MMSE Precoding with Applications to Cell-free Massive MIMO
本文研究了一种新的分布式预编码设计，创造了团队最小均方误差（TMMSE）预编码，它严格地推广了经典的集中式MMSE预编码到分布式操作的基础上发射机特定的信道状态信息（CSIT）。建立在所谓的团队理论，我们推导出一组必要和充分条件的最佳TMMSE预编码，在一个无限维线性方程组的形式。这些最优性条件进一步专用于无小区的大规模MIMO网络，并且针对两个重要示例明确求解，即，本地CSIT的经典情况和沿着串行前传的单向CSIT共享的情况。后一种情况是相关的，例如，最近提出的无线电条带概念和利用串行连接的顺序处理的相关进展。在这两种情况下，我们的最佳设计优于探试法，是已知的从以前的文献。对偶参数和数值模拟验证了所提出的团队理论方法的有效性遍历可实现率下的和功率约束。
2021-11-02 cs.IT math.IT
Energy Efficiency in Cell-Free Massive MIMO with Zero-Forcing Precoding Design
我们考虑了一个无小区的大规模多输入多输出（MIMO）网络的下行链路，其中众多的分布式接入点（AP）服务于时分双工操作下的用户数量较少。部署无蜂窝网络的一个重要问题是高功耗，这与AP的数量成正比。这一问题提出了它们在总能源效率（比特/焦耳）方面是否适合绿色通信的问题。为了解决这个问题，我们开发了一种新的低复杂度的功率控制技术与迫零预编码设计，以最大限度地提高能量效率的无小区的大规模MIMO考虑回程功率消耗和不完善的信道状态信息。
2017-04-11 cs.IT math.IT
Prescient Precoding in Heterogeneous DSA Networks with Both Underlay and Interweave MIMO Cognitive Radios
这项工作探讨了一种新的异构动态频谱接入网络，其中的主用户（PU）共存的两个交织和交织认知无线电（ICR），所有终端都可能配备多个天线。底层认知发射机（UCT）被允许与受干扰约束的PU同时发射，而ICR采用频谱感测并且仅当PU和UCT都不存在时才被允许接入共享频谱。我们研究的MIMO预编码算法的设计，UCT，增加在ICR的检测概率，同时满足所需的服务质量目标的认知接收机（UCR）和约束泄漏到PU的干扰。这种主动方法（称为预知预编码）的目的是最小化由于不完美的频谱感测而导致的从ICR到UCR和主接收器的干扰的概率。我们从用于多个单天线UCR和多天线PU/ICR的下行链路预知预编码算法开始。然后，我们提出了有先见之明的块对角化算法的MIMO MIMO MIMO下行链路的空间复用多个多天线UCR执行。数值实验表明，预知预编码的UCT提供了一个显着的性能增益相比，传统的预编码策略。
2012-06-06 cs.IT math.IT
