Sum Rate Maximization for MU-MISO with Partial CSIT using Joint Multicasting and Broadcasting
在本文中，我们考虑一个MU-MISO系统，其中用户具有高度准确的信道状态信息（CSI），而基站（BS）具有部分CSI组成的一个不完美的信道估计和统计知识的CSI错误。以最大化平均和速率（ASR）服从功率约束为目标，考虑了一种特殊的传输方案，其中BS除了传统的专用符号之外，还以多播方式发送公共符号。该方案被称为联合多播和广播（JMB）。ASR问题转化为一个增广的平均加权和均方误差（AWSMSE）的问题，使用交替优化（AO）解决。通过仿真证明了与多播部分的合并伴随着增强的速率性能。
2015-02-12 cs.IT math.IT
Energy Sustainable IoT with Individual QoS Constraints Through MISO SWIPT Multicasting
由于低功率网络设备的高数据通信需求激增，因此能源可持续物联网（IoT）的使能技术至关重要。在本文中，我们考虑了一个多输入单输出（MISO）多播物联网系统，包括一个多天线发射机（TX），同时将信息和功率传输到低功耗和数据饥饿的物联网接收机（RX）。假设每个IoT设备配备有功率分配（PS）硬件，其实现能量收集（EH）并对下行链路通信施加个体服务质量（QoS）约束。我们研究了所考虑的MISO同时无线信息和功率传输（SWIPT）多播物联网系统的TX预编码和物联网PS比的联合设计，其目标是最大限度地提高物联网之间的最小收获能量，同时满足各自的QoS要求。在我们的新EH公平性最大化制定，我们采用了一个通用的射频（RF）EH模型捕捉实际整流操作，并导致在一个非凸优化问题。对于这个问题，我们首先给出了一个等价的半定松弛公式，然后证明了它具有唯一的全局最优性。我们还推导出严格的上限和下限的全局最优解，利用在获得低复杂度的算法实现的目标联合设计。还给出了最佳TX波束成形方向、功率分配和IoT PS比的解析表达式。我们的代表性的数值结果，包括与基准设计的比较，证实了建议的框架的有用性，并提供了有用的见解关键系统参数的相互作用。
2018-05-22 cs.IT math.IT
Analog Beamforming Enabled Multicasting: Finite-Alphabet Inputs and Statistical CSI
针对有限字母表输入和统计CSI的模拟波束赋形多播系统，推导AMR表达式并分析高信噪比渐近性能，提出最大化阵列增益的波束赋形算法以提升平均多播速率。
2024-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
Physical-Layer Multicasting by Stochastic Transmit Beamforming and Alamouti Space-Time Coding
考虑多用户多输入单输出（MISO）下行链路信道中的收发器设计，其中用户将同时接收相同的数据流。这个问题，被称为物理层多播，已经引起了很大的兴趣。目前，一种流行的方法是发射波束成形，其中波束成形优化由称为半定松弛（SDR）的秩一近似方法处理。基于SDR的波束成形已被证明对于少量或中等数量的用户是有希望的。本文介绍了两种新的物理层组播收发策略。第一种策略，称为随机波束形成（SBF），随机波束形成器在每个符号的时变方式，使得SDR中的秩一近似可以绕过。我们提出了几个有效地实现SBF计划，并证明了他们的多播可实现的速率差距相对于MISO多播容量必须不低于0.8314位/秒/赫兹，无论任何其他因素，如用户的数量。信道编码的使用和足够长的码长的假设在实现上述结果中起着至关重要的作用。第二种策略结合了发射波束形成和Alamanti空时码。结果是基于SDR的波束成形的秩二推广。我们通过分析表明，这种基于SDR的波束成形Alamandro方案具有更好的最坏情况下的有效信噪比（SNR）缩放，因此更好的组播速率缩放，比基于SDR的波束成形。我们进一步的工作，通过结合SBF和波束成形的Alamandro计划，其中改进的恒定速率间隙为0.39比特/秒/赫兹被证明。仿真结果表明，在信道编码，多用户设置下，所提出的多播收发器方案产生显着的SNR增益比基于SDR的波束形成在相同的比特出错率水平。
2013-07-16 cs.IT math.IT
Reducing the Computational Complexity of Multicasting in Large-Scale Antenna Systems
本文研究了大规模天线系统中多个同信道组的物理层多播问题。每个组中的用户对共同的消息感兴趣，而不同的组具有不同的消息。特别是，我们的目标是设计的预编码向量解决所谓的服务质量（QoS）和加权最大最小公平性（MMF）的问题，假设信道状态信息是在基站（BS）。为了解决这两个问题，基线方法利用半定松弛（SDR）技术。考虑具有$N$天线的BS，SDR复杂度大于$\mathcal{O}(N^{6})$，这阻碍了其在大规模天线系统中的应用。为了克服这个问题，我们提出了两类新的算法，不仅具有显着降低计算复杂性比现有的解决方案，但也大大优于SDR的方法。此外，我们提出了变换版本的QoS和加权MMF问题之间的新型二元性。对偶性明确地确定了加权MMF问题的解决方案，给出了QoS问题的解决方案，反之亦然。数值结果被用来验证所提出的解决方案的有效性，并在不同的操作条件下与现有的替代方案进行比较。
2017-02-20 cs.IT math.IT
Multicast Multigroup Beamforming under Per-antenna Power Constraints
线性预编码利用由多天线发射机提供的空间自由度来在相同的频率资源上服务多个用户。目前的工作重点是同时服务于多组用户，每个都有自己的信道，通过发送一个共同的符号流到每个组。这种情况被称为物理层多播到多个同信道组。扩展多组多播技术的当前状态，由每个天线辐射的最大允许功率电平的实际约束在这里解决。所考虑的每天线功率受限系统在最大公平意义上进行优化。换句话说，优化的目的是通过最大化最小速率来支持最差用户。该最大最小公平准则在多播系统中是必要的，其中所有接收器收听相同多播的性能由组中的最差速率决定。一个分析框架，以解决最大-最小公平多组多播方案下，每天线功率约束。数值结果显示所提出的解决方案的准确性，并提供见解的每天线功率受限系统的性能。
2014-06-29 cs.IT math.IT
Massive MIMO Multicasting in Noncooperative Cellular Networks
我们研究了蜂窝网络中的大规模多输入多输出（MIMO）多播传输，其中每个基站（BS）配备了一个大规模的天线阵列，并使用单个波束形成器发送一个共同的消息给多个移动用户。我们首先表明，当每个BS知道完美的信道状态信息（CSI），它自己的服务用户，在每个BS的渐近最优波束形成器是一个线性组合的信道向量的多播用户。此外，最佳组合系数的封闭形式获得。然后，我们考虑不完美的CSI的情况下，CSI是通过在时分双工系统中的上行链路信道估计。我们提出了一个新的导频方案，估计复合信道，这是一个线性组合的各个信道的多播用户在每个小区。该方案能够完全消除导频污染。导频功率控制优化多播波束形成器在每个BS也得到。数值结果表明，该方案的渐近性能接近理想情况下的理想CSI。仿真结果也验证了该方案的有效性有限数量的天线在每个基站。
2014-05-13 cs.IT math.IT
Waveform Design for Secure SISO Transmissions and Multicasting
无线物理层安全是一个新兴的研究领域，旨在防止在一个开放的无线介质窃听。在本文中，我们提出了一种新的波形设计方法，以尽量减少可信的单天线节点之间传输的消息被窃听者拦截的可能性。特别是，知识首先窃听者的信道状态信息（CSI），我们找到最佳的波形和传输能量，最小化的信号与干扰加噪声比（SINR）在窃听者的最大SINR线性滤波器的输出，而在同一时间提供一个所需的预定义的SINR在其自己的最大SINR滤波器的输出的接收器。接下来，如果窃听者的CSI的先验知识是不可用的，我们设计的波形，最大化的能量可用于产生干扰窃听者，称为人工噪声（AN），而预期的接收机的SINR保持在预先指定的水平。安全波形设计问题的扩展到多个预期的接收器也进行了研究和半定松弛（SDR）-一种基于凸优化的近似技术-被用来解决所产生的NP难设计问题。广泛的仿真研究证实了我们的分析性能预测，并说明了所设计的波形的好处，确保单输入单输出（SISO）传输和组播。
2013-06-03 cs.CR cs.IT math.IT
Wireless Map-Reduce Distributed Computing with Full-Duplex Radios and Imperfect CSI
考虑一个分布式计算系统，其中工作节点通过共享无线信道连接。节点可以存储需要进行计算的数据集的一部分，并且遵循Map-Shuffle-Reduce协议以实现协作处理。如果在节点处执行的计算之间存在某种程度的冗余，则可以通过使用编码多播或协作传输来减少Shuffle阶段期间的节点间通信负载。先前表明，后一种方法能够在全双工节点和完美的发送侧信道状态信息（CSI）的存在下将高信噪比通信负载减少一半。在本文中，提出了一种新的方案，叠加编码的基础上，被证明优于编码组播和协作传输的假设下，不完美的CSI。
2018-10-26 cs.IT math.IT
Artificial-Noise Alignment for Secure Multicast using Multiple Antennas
我们提出了一种人工噪声对齐方案，用于向一组接收器多播公共机密消息。我们的方案传输的信息和噪声符号的叠加。噪声符号在每个合法接收机处被对准，因此信息符号可以被解码。相反，噪声符号完全掩盖了窃听者处的信息符号。我们提出的方案不需要窃听者的信道增益在发射机对齐的知识，但它达到了最知名的安全自由度的下限。我们的计划也是一个自然的推广的方法，在零空间的合法接收器的信道，以前提出的文献中传输人工噪声。
2012-11-20 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Time Correlated MISO Broadcast Channel with Delayed CSIT
我们考虑时间相关的多输入单输出（MISO）广播信道的发射机有不完善的知识，除了延迟信道状态信息的当前信道状态。通过将当前信道状态信息的质量表示为P^-α，其中信噪比为P，α为常数\geq 0，我们刻画了这种更一般的两用户MISO广播相关信道的最佳自由度区域。所提出的方案的基本成分在于量化和多播的窃听干扰，同时广播新的私人消息。我们提出的方案之间的桥梁顺利最近提出的方案Maddah-Ali和Tse没有当前状态信息和一个简单的迫零波束形成完美的当前状态信息。
2012-08-26 cs.IT math.IT
Secure Multiplex Network Coding
在用于多播的安全网络编码中，由于在源节点处包含随机比特，存在信息速率的损失。我们展示了一种方法，以消除损失的信息率使用多个统计独立的消息保持秘密从窃听者。该计划是一个适应山本等人。的安全复用编码到安全网络编码。
2011-06-05 cs.CR cs.IT math.IT
Cooperative Beamforming for Wireless Fronthaul and Access Links in Ultra-Dense C-RANs with SWIPT: A First-Order Approach
本文研究了云无线接入网（C-RAN）中的多组多播传输，其中密集的远程射频头（RRH）分别为信息用户（IU）和能量用户（EU）提供信息和能量服务。为了最大化信息服务的加权和速率（WSR），同时满足能量收集水平在EU，联合波束成形设计的优化制定的前传和接入链路，然而，这是既不光滑也不凸，确实是NP-难。针对这一问题，利用光滑和逐次凸逼近将原问题转化为一系列凸问题，并分别给出了求解初始可行点和近最优解的两个一阶算法.此外，加速算法的设计，以提高收敛速度，利用Nesterov和重球动量。数值结果表明，所提出的一阶算法与传统的二阶算法相比，在获得几乎相同的WSR的同时，具有更低的计算复杂性，并且在WSR方面优于现有的竞争方案.
2021-06-09 cs.IT math.IT
Speeding up Future Video Distribution via Channel-Aware Caching-Aided Coded Multicast
未来的互联网使用将由消费的丰富多样的在线多媒体服务，从指数增长的多媒体能力的移动设备访问为主。因此，未来的互联网设计将面临挑战，以提供解决方案，可以提供带宽密集型，延迟敏感，点播视频为基础的服务，在日益拥挤，带宽有限的无线接入网络。无线网络运营商面临带宽压力的主要原因之一是，当无线用户或接入点很少经历相同的信道条件或同时访问相同的内容时，难以利用无线介质的多播性质。在本文中，我们提出并分析了一种新的无线视频传输模式的基础上结合使用的信道感知缓存和编码组播，允许同时服务多个缓存启用接收器，可能会要求不同的内容，并经历不同的信道条件。为此，我们重新制定的高速缓存辅助编码多播问题作为一个联合源信道编码问题，并设计一个可实现的方案，保留了高速缓存启用乘法吞吐量增益的无差错的情况下，通过保证每接收机的速率不受影响的接收器的存在与更差的信道条件。
2016-05-17 cs.IT math.IT
Carbon Copying Onto Dirty Paper
一个概括的问题写在脏纸被认为是一个发射机发送一个共同的消息，多个接收器。每个接收机在其链路上经历加性干扰（除了加性噪声之外），该加性干扰对于发射机是非因果已知的，但对于任何接收机都不是。应用范围从无线多天线多播到健壮的脏纸编码。我们开发的结果在高斯和二进制特殊情况下的无记忆通道。在大多数情况下，我们观察到，在发射机处的边信息的可用性相对于没有这样的边信息的系统增加了容量，并且在接收机处缺少边信息相对于具有这样的边信息的系统降低了容量。对于无噪声二进制的情况下，我们建立的容量时，有两个接收器。当有许多接收器，我们表明，发射机侧的信息提供了一个消失的小的好处。当干扰是大的和独立的用户，我们表明，分时是最佳的。对于高斯的情况下，我们提出了一种编码方案，并建立其最优性的高信号干扰加噪声限制时，有两个接收机。当干扰是大的，独立的用户，我们表明，分时再次是最佳的。连接到鲁棒的脏纸编码的问题进行了讨论。
2006-10-30 cs.IT math.IT
Fundamental Limits of Wireless Caching Under Mixed Cacheable and Uncacheable Traffic
我们认为，高速缓存辅助无线通信的情况下，每个用户都请求一个文件从先验生成的可缓存库（称为“内容”），和一个不可缓存的“非内容”的消息在无线传输会话的开始。这种情况很容易在现实世界的无线网络中找到，其中两种类型的流量共存并共享有限的无线电资源。我们专注于单发射机，单天线的无线网络与缓存辅助接收器，其中的无线信道建模的退化高斯广播信道（GBC）。对于这种设置，我们研究的延迟率的权衡，其特征在于可以同时实现的内容交付时间和非内容通信速率。我们提出了一个基于分离原则的方案，它将编码缓存和组播问题与物理层传输问题隔离开来。我们表明，这种分离为基础的计划是足以实现信息理论上的顺序最优性能，高达2.01的乘法因子的内容传输时间，当工作在广义自由度（GDoF）的限制。我们进一步表明，可实现的性能是接近最佳后放松的GDoF限制，高达额外的附加因子的2位每维的非内容率。从我们的计划中出现的一个关键的见解是，在某些情况下，相当数量的非内容流量可以进行通信，同时保持最小的内容传输时间，在没有非内容消息的情况下实现;恭维的“拓扑洞”所产生的不对称的无线信道增益。
2021-04-02 cs.IT math.IT
An Information-Theoretic View of Mixed-Delay Traffic in 5G and 6G
第五代移动通信系统（5G）必须适应超可靠低延迟通信（URLLC）和增强型移动宽带（eMBB）服务。虽然eMBB应用支持高数据率，但URLLC服务旨在保证低延迟和高可靠性。eMBB和URLLC服务被调度在相同的频带上，其中通信的不同延迟要求使得共存具有挑战性。在这项调查中，我们审查，从信息理论的角度来看，编码方案，同时容纳URLLC和eMBB传输，并表明他们优于传统的调度方法。考虑了各种通信场景，包括点对点信道、广播信道、干扰网络、蜂窝模型和云无线电接入网络（C-RAN）。主要关注的是可以同时实现URLLC和eMBB消息的速率对集合，这很好地捕捉了两种类型的通信之间的紧张关系。我们还讨论了有限块长度的结果，其中感兴趣的措施是一组错误概率对，可以同时实现两个通信制度。
2022-03-22 cs.IT math.IT
Opportunistic Relay Selection over Generalized Fading and Inverse Gamma Composite Fading Mixed Multicast Channels: A Secrecy Tradeoff
多径效应和阴影效应的同时出现会严重影响真实无线多播场景的保密性能。为了解决这一安全威胁，在这项工作中，提出了一个机会主义的中继为基础的双跳无线组播框架，在该框架中，源发送机密信息的一堆接收器下，通过中间中继窃听多个窃听者的尝试。两种情况下，即非视线（NLOS）和视线（LOS）通信以及乘法和LOS阴影被认为是其中第一种情况下假设的eta-mu和eta-mu/逆伽马（IG）复合衰落信道和后一个如下kappa-mu和kappa-mu/IG复合衰落信道作为源中继和中继接收机的以及窃听者的链路，分别。秘密分析是通过推导三个常见的保密措施，即安全中断概率组播，概率非零保密组播容量，遍历保密组播容量的封闭形式的表达式。我们进一步利用这些表达式来观察所有系统参数的影响，这些参数通过Monte-Carlo模拟再次得到证实。我们的观察表明，可以建立一个秘密的中继和接收器，窃听器和阴影参数的数量之间的权衡，以保持可接受的安全级别，通过减少衰落，阴影，组播接收器和窃听器的数量的不利影响。
2021-12-08 cs.IT math.IT
Vector Perturbation Channel Inversion for SWIPT MU-MISO Systems
本文研究了在多用户多输入单输出（MU-MISO）下行链路信道中采用矢量扰动（VP）预编码同时传输信息和能量的问题。我们表明，传统的VP除了信息容量的好处，提供线性信道反演技术，它提高了收获的能量在接收器由于扩展的符号星座。为了进一步提高收获性能，所提出的修改的VP技术（命名为VP-EH）设计VP整数偏移，以最大限度地提高交付的功率。该方案采用整数最小二乘问题，找到最接近的点，这是由瑞利商优化问题的一个点的格点。最后，提出了一种传统VP和VP-EH之间的凸组合，以实现最大化信息或能量之间的权衡。理论和仿真结果表明，VP是一种很有前途的技术，同时传递信息和能量的MU-MISO系统。
2022-08-30 cs.IT math.IT
Information and Energy Cooperation in OFDM Relaying: Protocols and Optimization
在能量受限的无线网络中，将功率传输集成到无线通信中以支持同时无线信息和功率传输（SWIPT）是一种很有前途的技术。虽然大多数关于SWIPT的现有工作集中在容量-能量特性上，但是对SWIPT的合作传输的益处的研究要少得多。在本文中，我们考虑在正交频分复用（OFDM）中继系统中的SWIPT，其中源节点传输信息和功率的一部分同时到中继节点，和中继节点使用从源节点的收获功率转发源信息到目的地。为了支持同时的信息和能量合作，我们首先提出了一种传输协议，假设源和目的地之间的直接链路不存在，即功率分裂（PS）中继协议，其中中继节点在第一跳的接收信号功率分成两个单独的部分，一个用于信息解码和其他用于能量收集。然后，我们考虑的情况下，源和目的地之间的直接链路是可用的，并提出了传输模式自适应（TMA）协议，其中的传输可以同时完成合作模式和直接模式（在不同的子载波）。在直接模式中，当源向目的地发送信号时，目的地接收信号作为信息，并且中继节点同时接收信号以用于能量收集。联合资源分配问题制定最大化的系统吞吐量。利用拉格朗日对偶方法，我们发展了求解非凸优化问题的有效算法。
2015-06-23 cs.IT math.IT
Mutual Information Games in Multi-user Channels with Correlated Jamming
以信道的输入/输出互信息为目标函数，研究了两个用户和一个干扰机在有衰落和无衰落的AWGN信道中进行非合作零和博弈时的行为.我们假设干扰机可以窃听信道，并可以使用所获得的信息来执行相关干扰。根据各种假设的信道特性，并在用户和干扰机的信息的程度，我们显示的存在，否则不存在的同时为用户和干扰机的最优策略集。在所有的情况下，信道是非衰落的，我们表明，游戏有一个解决方案，和最佳的策略是高斯信号的用户和线性干扰的干扰。在衰落信道中，我们设想每个球员的策略作为一个功率分配函数的信道状态，连同在每个信道状态的信令策略。我们减少了游戏的解决方案的一组功率分配函数的球员，并表明，当干扰机是不相关的，游戏有一个解决方案，但当干扰机是相关的，一组同时最优的功率分配函数的用户和干扰机并不总是存在。在这种情况下，我们描述了最大最小用户功率分配策略和相应的干扰功率分配策略。
2006-01-27 cs.IT math.IT
Simultaneous Energy Harvesting and Information Transmission in a MIMO Full-Duplex System: A Machine Learning-Based Design
我们提出了一种基于多输入多输出（MIMO）的全双工（FD）方案，该方案使无线设备能够使用相同的时频资源同时传输信息和收获能量。在该方案中，对于MIMO点对点设置，能量发送设备同时从能量收集设备接收信息。此外，由FD操作模式引起的能量收集设备处的自干扰（SI）被用作要由设备收集的期望功率信号。为了在两个设备上实现友好的天线选择和MIMO预编码，我们提出了两种方法：（i）基于松弛的次优方法，以及（ii）基于混合深度强化学习（DRL）的方法，具体地说，深度确定性策略梯度（DDPG）-深度双Q网络（DDQN）方法。最后，我们研究了所提出的系统的性能下的两种实现方法，并将其与传统的基于时间切换的同时无线信息和功率传输（SWIPT）方法。研究结果表明，该系统给出了显着的改善频谱效率相比，基于时间切换的SWIPT。特别地，基于DRL的方法提供最高的频谱效率。此外，数值结果表明，对于所考虑的系统设置，每个设备中的天线数量应超过三个，以将自干扰减轻到可接受的水平。
2020-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
