NOMA Meets Finite Resolution Analog Beamforming in Massive MIMO and Millimeter-Wave Networks
有限分辨率模拟波束形成（FRAB）已被公认为是一种有效的方法，以减少大规模多输入多输出（MIMO）和毫米波网络的硬件成本。然而，FRAB的使用意味着波束形成器与用户的信道不完全对准，并且多个用户可能被分配相似的或甚至相同的波束形成器。这封信显示了如何非正交多址接入（NOMA）可以用来利用这一特点的FRAB，其中一个单一的FRAB波束形成器是由多个用户共享。分析和仿真结果都证明了这种新的NOMA传输方案所取得的优异性能。
2017-02-28 cs.IT math.IT
Random Beamforming in Millimeter-Wave NOMA Networks
本文研究了第五代（5G）移动网络的两种关键使能技术之间的共存，即非正交多址（NOMA）和毫米波（mmWave）通信。特别地，本文考虑将随机波束成形应用于所述mmWave-NOMA场景，以避免基站知道所有用户的信道状态信息的要求。随机几何被用于通过使用毫米波系统的关键特征来表征所提出的毫米波-NOMA传输方案的性能，例如，毫米波传输是高度定向的，潜在的阻塞将使用户分布变薄。还提出了两种随机波束形成方法，可以进一步降低系统开销的毫米波-NOMA通信的情况下，他们的性能进行了研究，通过开发的分析结果的总和率和中断概率。仿真结果也证明了所提出的mmWave-NOMA传输方案的性能，并验证了所开发的分析结果的准确性。
2017-03-16 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
Secure Precoding in MIMO-NOMA: A Deep Learning Approach
Villanova University（维拉诺瓦大学）
提出了一种基于深度神经网络的两用户多输入多输出非正交多址信道安全传输信令设计方法。DNN的目标是形成用户信号的协方差矩阵，使得每个用户的消息可靠地传输，同时对其对应方保密。所提出的DNN在叠加它们之前对每个用户的信号进行线性预编码，并且以显著更低的运行时间实现接近最佳的性能。仿真结果表明，该模型达到了98%左右的保密容量率。DNN预编码器的频谱效率比现有的分析线性预编码器的频谱效率高得多，例如，广义奇异值分解--它的动态复杂度比现有的迭代法小几倍。
2021-10-14 cs.IT cs.LG math.IT
Fairness-Aware Hybrid Precoding for mmWave NOMA Unicast/Multicast Transmissions in Industrial IoT
本文研究了工业物联网（IoT）毫米波通信的双层非正交叠加传输。本质上，覆盖层是被设计为用公共消息服务覆盖范围内的所有设备的普遍存在的多播信号，即，关键控制包。底层是由私有单播消息组成的复合信号。由于安全问题，所有设备都能解码多播信息是至关重要的。为了确保这一要求，我们联合优化混合预编码器，模拟组合器，功率分配和公平性。具体来说，我们将两个重叠的信号之间的功率分配约束，并强制执行补充每设备的约束，以保证组播公平性。从频谱效率、组播公平性和误比特率三个方面对该方案的性能进行了评估，从而证实了该方案的可行性。
2020-02-27 cs.IT eess.SP 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
Codebook Based Hybrid Precoding for Millimeter Wave Multiuser Systems
在毫米波（mmWave）系统中，天线架构限制使得难以应用常规的全数字预编码技术，而是需要低成本的模拟射频（RF）和数字基带混合预编码方法。研究了射频链路数量有限的多用户多天线毫米波系统下行链路的射频-基带联合混合预编码。两个性能指标，最大限度地提高频谱效率和系统的能量效率，被认为是。我们提出了一种基于码本的射频预编码设计，并通过波束扫描过程获得信道状态信息。通过基于码本的设计，原系统被转换成一个虚拟的多用户下行链路系统的RF链约束。因此，我们能够简化复杂的混合预编码优化问题的联合码字选择和预编码器设计（JWSPD）的问题。然后，我们提出了有效的方法来解决JWSPD问题，并在两个性能指标下联合优化RF和基带预编码器。最后，提供了大量的数值结果来验证所提出的混合预编码器的有效性。
2017-07-04 cs.IT math.IT
Joint Power Allocation and Beamforming for Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in 5G Millimeter-Wave Communications
在本文中，我们探讨毫米波（mmWave）通信（mmWave-NOMA）中的非正交多址（NOMA）。特别是，我们考虑一个典型的问题，即，2用户mmWave-NOMA系统的和速率的最大化。在这个问题中，我们需要找到波束成形向量，以同时转向两个用户，同时受到模拟波束成形结构的影响，同时为它们分配适当的功率。由于问题是非凸的，可能不会被转换为一个凸的问题，简单的操作，我们提出了一个次优的解决方案，这个问题。其基本思想是将原始的联合波束赋形和功率分配问题分解为两个相对容易求解的子问题：一个是功率和波束增益分配问题，另一个是恒模约束下的波束赋形问题。还讨论了所提出的解决方案从2用户mmWave-NOMA到更多用户mmWave-NOMA的扩展。通过大量的性能评估验证了该方案的合理性，结果表明，该次优方案获得了接近于有界的和速率性能，明显优于时分多址（TDMA）方案。
2017-11-04 cs.IT math.IT
Exploiting Multiple Access in Clustered Millimeter Wave Networks: NOMA or OMA?
在本文中，我们介绍了一个分簇的毫米波网络与非正交多址接入（NOMA），其中基站（BS）位于每个集群的中心，所有用户遵循泊松聚类过程。为了提供实际的定向波束成形，在所有BS处部署实际天线方向图。我们提出了一种最近随机的方案，其中近端用户是距离基站最近的节点，远端用户是随机选择的，以评估我们的系统的覆盖性能和通用吞吐量。新的封闭形式的表达式推导出一个松散的网络假设。此外，我们提出了几个Monte Carlo模拟和数值结果，表明：1）NOMA优于正交多址接入的系统速率; 2）覆盖概率是成正比的可能NOMA用户的数量和簇内接收机的方差的负相关性;和3）存在一个最佳的天线单元的数量最大化的系统吞吐量。
2018-01-26 cs.IT math.IT
Frequency Selective Hybrid Precoding for Limited Feedback Millimeter Wave Systems
混合模拟/数字预编码在毫米波（mmWave）系统中提供了硬件复杂度和系统性能之间的折衷。这种类型的预编码允许毫米波系统利用足够的链路裕度所需的大天线阵列增益，同时允许低成本和功耗硬件。大多数先前的工作集中于窄带毫米波系统的混合预编码，在发射机处具有完美的或估计的信道知识。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，本文考虑宽带毫米波系统与有限的反馈信道之间的发送器和接收器。首先，针对给定的RF码本，推导出最优的混合预编码设计。这为任何其他启发式算法提供了基准，并为码本设计提供了有用的见解。其次，开发了用于宽带毫米波系统中的空间复用的高效混合模拟/数字码本。最后，基于Gram-Schmidt正交化理论，提出了一种低复杂度、接近最优的贪婪频率选择性混合预编码算法。仿真结果表明，开发的混合码本和预编码器的设计实现了非常好的性能相比，无约束的解决方案，而需要更少的复杂度。
2016-08-23 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
Hybrid Precoding Based on Non-Uniform Quantization Codebook to Reduce Feedback Overhead in Millimeter Wave MIMO Systems
本文主要研究毫米波多输入多输出（MIMO）系统中的混合模拟/数字预编码设计。为了减少反馈开销，我们提出了两种基于非均匀量化（NUQ）码本的混合预编码方案用于两种主要的混合预编码实现，即，全连接结构和子连接结构。首先利用毫米波在角域中的稀疏性，将散射路径的到达/离开角（AOA/AOD）划分为若干个空间波瓣，将整个角域划分为有效空间波瓣覆盖角和无效覆盖角。然后，我们将量化比特非均匀地映射到不同的覆盖角，并构造NUQ码本，其中高数量的量化比特被用于有效覆盖角以将AoA/AoD转换为零，而零量化比特被用于无效覆盖角。最后，提出了两种基于NUQ码本的低复杂度混合模拟/数字预编码方案。仿真结果表明，所提出的两种基于NUQ码本的混合预编码方案实现了接近最优的频谱效率，并且与基于均匀量化（UQ）码本的工作相比，在减少反馈开销方面表现出优越性，例如，对于具有144/36个发射/接收天线的系统，可以减少至少12.5%的反馈开销。
2018-03-01 cs.IT math.IT
Optimal User Scheduling and Power Allocation for Millimeter Wave NOMA Systems
本文从波束形成、用户调度和功率分配等方面研究了非正交多址接入技术在毫米波通信中的应用。随机波束形成被调用，以减少所考虑的系统的反馈开销。提出了一个最大化和速率的非凸优化问题，并证明了该问题是NP-困难的。采用分支定界法求解最优功率分配策略，并证明了该策略收敛于全局最优解。为了进一步阐述，低复杂度的次优方法被开发用于实现良好的计算复杂性-最优性折衷，其中分别调用匹配理论和连续凸近似（SCA）技术来处理用户调度和功率分配问题。仿真结果表明：i）所提出的低复杂度解决方案实现了接近最优的性能;以及ii）所提出的毫米波NOMA系统能够在总速率和所服务的用户数量方面优于传统的毫米波正交多址（OMA）系统。
2017-05-08 cs.IT math.IT
On the Application of Quasi-Degradation to Network NOMA in Downlink CoMP Systems
网络非正交多址接入（N-NOMA）技术在多点协作（CoMP）系统中的应用，因其能够同时改善CoMP用户的连通性和保持可靠传输的能力而受到广泛关注。基于N-NOMA准劣化信道的概念，研究了两个基站配置多天线的下行N-NOMA预编码设计问题。具体地说，在准劣化信道下，当给定用户的目标速率和基站的最小发射功率时，基于简单线性预编码的N-NOMA可以获得与理论上最优但复杂的脏纸编码（DPC）方案相同的最小总发射功率。本文首先严格推导了单CoMP用户和两个NOMA用户情况下的信道准劣化条件。给出了准退化信道下N-NOMA的最优预编码器的闭式表达式。然后，基于量子点条件，提出了一种新的混合N-NOMA（H-N-NOMA）方案，它是N-NOMA和传统迫零波束形成（ZFBF）方案的混合。此外，对于用户较多的场景，提出了一种低复杂度的基于QD的用户配对（QDUP）算法。数值结果揭示了量子点通道的影响因素，也表明了所提出的H-N-NOMA/QDUP方案的优越性能。仿真结果表明，H-N-NOMA/QDUP方案能有效地利用多用户分集的优点。
2022-05-05 cs.IT math.IT
Movable Antenna Aided NOMA: Joint Antenna Positioning, Precoding, and Decoding Design
本文针对多用户下行NOMA系统，联合优化可移动天线位置、预编码和SIC解码，提出双环迭代算法，显著提升最小可达速率。
2024-12-17 cs.IT eess.SP math.IT
Achievable Rates of Multi-User Millimeter Wave Systems with Hybrid Precoding
毫米波（mmWave）系统将可能在发射器和接收器两者处采用大型天线阵列。天线阵列的一个自然应用是同时向多个用户传输，这需要在发射机处进行多用户预编码。然而，硬件约束使得难以在毫米波处应用常规的较低频率MIMO预编码技术。提出并分析了一种适用于下行多用户毫米波系统的低复杂度模拟/数字混合波束形成算法。混合预编码涉及模拟和数字处理的组合，这是由降低整个射频和混合信号硬件的功耗的要求所激发的。所提出的算法配置混合预编码器在发射机和模拟组合器在多个接收机与一个小的训练和反馈开销。对于该算法，我们推导出一个下界的单路径信道的情况下，可实现的速率，显示其在大量的天线的渐近最优性，并作出有用的见解更一般的情况下。仿真结果表明，该算法比单纯模拟波束形成算法具有更高的和速率，接近无约束数字预编码方案的性能。
2015-05-02 cs.IT math.IT
Low Complexity Hybrid Precoding and Channel Estimation Based on Hierarchical Multi-Beam Search for Millimeter-Wave MIMO Systems
在毫米波（mmWave）MIMO系统中，虽然混合数字/模拟预编码结构提供了提高可实现速率的潜力，但它也面临着需要低复杂度设计的挑战。具体地，混合预编码可能需要具有天线大小的尺度的矩阵运算，这在毫米波通信中通常是大的。此外，由于Tx/Rx两侧的天线数量较多，信道估计也相当耗时。本文提出了一种低复杂度的混合预编码和信道估计方法。在信道估计阶段，提出了一种分层多束搜索方案，以快速获取具有最高功率的$N_{\rm{S}}$（流的数量）多径分量（MPC）/簇。在混合预编码阶段，模拟和数字预编码被解耦。模拟预编码被设计为沿着在Tx/Rx两侧的$N_{\rm{S}}$获取的MPC/集群进行引导，从而对等效的$N_{\rm{S}}\times N_{\rm{S}}$基带信道进行整形，而数字预编码在基带中利用缩减规模的信道执行操作。性能评估表明，与现有技术的方案相比，在实现接近甚至更好的性能的同时，当射频（RF）链或流的数量小时，混合预编码的计算复杂性和信道估计的时间复杂度都大大降低。
2016-03-04 cs.IT math.IT
Millimeter-Wave Communication with Non-Orthogonal Multiple Access for 5G
为了进一步提高5G的系统容量，我们探索在未来的5G系统中将非正交多址接入（NOMA）集成到毫米波通信（mmWave-NOMA）中。与传统的NOMA相比，毫米波NOMA的显著特点是，它通常以大天线阵列的发射/接收波束形成为特征。在本文中，我们专注于毫米波NOMA由于波束成形的设计挑战。首先，我们研究了波束形成对mmWave-NOMA和速率性能的影响，发现在传统的单波束形成下，NOMA用户之间的相对角度可能会抵消性能。然后，我们考虑多波束形成的毫米波NOMA，这是能够实现有前途的性能增强以及鲁棒性。我们进一步研究了mmWave-NOMA的交织功率分配和用户配对的具有挑战性的联合设计。我们还讨论了挑战，并详细提出了一些潜在的解决方案。最后，我们考虑混合空分多址（SDMA）和NOMA在毫米波通信，其中一些可能的系统配置和相应的解决方案进行了讨论，以解决多用户问题，包括多用户预编码和多用户干扰（MUI）缓解。
2017-09-23 cs.IT math.IT
Limited Feedback Hybrid Precoding for Multi-User Millimeter Wave Systems
天线阵列将是毫米波（mmWave）蜂窝系统中的重要组成部分。天线阵列的一个自然应用是同时向多个用户传输。遗憾的是，毫米波系统中的硬件约束使得难以在毫米波应用常规的较低频率多用户MIMO预编码技术。本文提出了低复杂度的混合模拟/数字预编码下行多用户毫米波系统。混合预编码涉及模拟和数字处理的组合，其灵感来自完整射频和混合信号硬件的功耗。所提出的算法配置混合预编码器在发射机和模拟组合器在多个接收机与一个小的训练和反馈开销。该算法的性能进行了分析，在高维制度和单径信道。当模拟和数字预编码矢量从量化码本中选择时，由于联合量化而导致的速率损失的特征在于，并且与仅模拟波束成形解决方案相比，给出了混合波束成形的性能的见解。分析和仿真结果表明，该技术与仅模拟波束形成方案相比，具有更高的和速率，并在较小码本下接近无约束数字波束形成的性能。
2015-03-05 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Enhanced Millimeter-Wave NOMA Systems
本文研究了一种下行链路智能反射面增强毫米波非正交多址接入系统。提出了一种主动波束形成、被动波束形成和功率分配的联合优化问题。由于高度耦合的变量，制定的优化问题是非凸的。针对这一问题，提出了一种基于交替优化和逐次凸逼近的迭代算法。数值结果表明：1）该方案提供了显著的和速率增益，这证实了在mmWave-NOMA系统中引入IRS的有效性; 2）所提出的离散相移算法可以获得与连续相移算法接近的性能。
2020-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
Omnidirectional Precoding and Combining Based Synchronization for Millimeter Wave Massive MIMO Systems
针对毫米波大规模多输入多输出系统中的下行链路初始同步问题，设计了基站侧的预编码矩阵和用户侧的合并矩阵。首先，我们证明了预编码和组合矩阵的两个基本要求，包括在实现架构约束下，其中的所有条目都应该具有恒定的幅度，并且用于同步的总K个时隙上的平均传输功率对于任何空间方向都应该是恒定的。然后，我们推导出基于广义似然比检验的最优同步检测器。利用该检测器，分别分析了预编码矩阵和合并矩阵对检测器误检率和虚警率的影响，并给出了相应的条件。结果表明，预编码矩阵和合并矩阵都应该保证每个时隙的完美全向覆盖，即，对于任何空间方向，每个时隙的平均发射功率都是恒定的，这比上述第二个基本要求更严格。我们还表明，这样的全向预编码矩阵和全向组合矩阵存在时，只有发送流的数量和接收流的数量都等于或大于2。在这种情况下，我们建议利用Golay互补对和Golay-Hadamard矩阵来设计预编码和合并矩阵。仿真结果验证了该方法的有效性。
2017-10-28 cs.IT math.IT
Spatially Sparse Precoding in Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）信号经历的路径损耗比当前在大多数无线应用中使用的微波信号多几个数量级。因此，毫米波系统必须利用通过波长的减小而成为可能的大型天线阵列，以利用波束成形增益来对抗路径损耗。具有多个数据流的波束成形（称为预编码）可用于进一步提高毫米波频谱效率。在传统的多天线系统中，波束成形和预编码都是在基带处数字地完成的。然而，毫米波系统中混合信号器件的高成本和功耗使得RF域中的模拟处理更具吸引力。这种硬件限制限制了可以由实际毫米波收发器应用的预编码器和组合器的可行集合。在本文中，我们考虑发射预编码和接收机合并在毫米波系统与大型天线阵列。我们利用毫米波信道的空间结构，将预编码/合并问题制定为稀疏重构问题。利用基追踪的原理，我们开发了精确近似最佳无约束预编码器和组合器的算法，使它们可以在低成本的RF硬件中实现。我们提出的算法的性能的数值结果表明，它们允许毫米波系统接近其不受约束的性能限制，即使当收发器的硬件限制被认为是。
2013-05-11 cs.IT math.IT
Secure Transmission in MIMO-NOMA Networks
这封信的重点是两个用户多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）网络的物理层安全。设计了一种线性预编码技术，以确保每个用户的消息的机密性。该技术首先将基站功率在两个用户之间进行拆分，并在此基础上将安全的MIMO-NOMA信道分解为两个MIMO窃听信道，并分别为每个信道设计发送协方差矩阵。与现有的线性预编码方法相比，该方法大大提高了保密率，并在性能和计算成本之间取得了平衡。仿真结果验证了该方法的有效性。
2020-08-13 cs.CR cs.IT eess.SP
Multiuser separation and performance analysis of millimeter wave channels with linear precoding
在传统的多用户MIMO系统中，用户选择和调度已经被用作提高系统的和速率性能的有效方法。然而，大规模MIMO系统（在厘米波长频率处）的最新概念已经表明，利用天线阵列的更高空间分辨率，密集场景中的不同用户可以在空间上分离。这反过来又大大减少了多用户选择算法所需的信号处理工作。另一方面，最近在毫米波频率下的测量表明，多径分量仅从几个角方向到达，导致路径和共址用户之间的高空间相关性。本文主要研究了毫米波频段下基于全数字线性迫零发射预编码的用户空间分离问题。我们的分析结果令人信服地证明了多用户选择算法仍然是毫米波通信系统的重要。结果还表明，天线元件的数量的增加并没有给一个主要的好处，总速率的改善相比，选择正确的用户数量进行选择/调度。
2016-11-27 cs.IT math.IT
Complex-BP-Neural-Network-based Hybrid Precoding for Millimeter Wave Multiuser Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）系统的高能耗已经成为毫米波（mm-Wave）通信场景中的一个突出问题。混合预编码技术通过将部分编码工作交给相移网络来完成，大大减少了射频（RF）链的数量，可以有效提高能量效率。然而，传统的基于数学方法的混合预编码算法往往遭受性能损失和高计算复杂度。提出了一种基于BP神经网络的混合预编码算法，该算法以全数字迫零（ZF）预编码为训练目标。考虑到基站信号的复杂性，我们选择了具有更丰富代表性的复合神经网络。此外，我们提出了复杂神经网络的激活函数和反向传播过程的梯度导数。仿真结果表明，所提出的混合预编码算法的性能可以最佳地接近ZF预编码。
2019-08-01 cs.IT eess.SP math.IT
Spectrum and Energy Efficient Beamspace MIMO-NOMA for Millimeter-Wave Communications Using Lens Antenna Array
波束空间多输入多输出（MIMO）的最新概念可以显著减少毫米波（mmWave）大规模MIMO系统中所需的射频（RF）链的数量而没有明显的性能损失。然而，现有的波束空间MIMO的基本限制是，在相同的时频资源上，支持的用户的数量不能大于RF链的数量。为了打破这一基本限制，在本文中，我们提出了一种新的频谱和能量高效的毫米波传输方案，该方案将非正交多址（NOMA）的概念与波束空间MIMO相结合，即，波束空间MIMO-NOMA通过在波束空间MIMO系统中使用NOMA，在相同的时频资源下，支持的用户数量可以大于RF链的数量。特别地，在典型的毫米波信道模型下，分析了所提出的波束空间MIMO-NOMA的可达和速率，与现有的波束空间MIMO相比，表现出明显的性能增益。然后，设计了一种基于迫零（ZF）原理的预编码方案，以降低波束空间MIMO-NOMA系统中的波束间干扰。此外，为了最大化可达和速率，通过求解联合功率优化问题，提出了一种动态功率分配算法，该算法不仅考虑了波束内功率优化，还考虑了波束间功率优化。最后，提出了一种低复杂度的迭代优化算法，实现了动态功率分配。仿真结果表明，与现有的波束空间MIMO相比，本文提出的波束空间MIMO-NOMA可以获得更高的频谱和能量效率。
2017-07-21 cs.IT math.IT
Feedback-Aware Precoding for Millimeter Wave Massive MIMO Systems
毫米波（mmWave）通信由于其大带宽而成为应对不断增长的移动数据业务的有前途的解决方案。为了实现足够的链路裕度，需要采用定向波束成形的大型天线阵列，其通过发射机处的信道状态信息（CSIT）的可用性来实现。然而，由于通常大量的发射和接收天线，用于毫米波信道的CSIT获取引入了巨大的反馈开销。利用毫米波信道的特性，本文提出了一种预编码策略，使反馈开销的灵活调整。特别地，最佳无约束预编码器通过从根据发射器阵列响应构造的基中选择可变数量的元素来近似，其中可以根据反馈约束来选择所选择的基元素的数量。仿真结果表明，所提出的预编码方案可以提供一个接近最优的解决方案，如果可以提供更高的反馈开销。对于低开销，它仍然可以提供最佳预编码器的良好近似。
2019-06-28 cs.IT math.IT
Spectral Efficiency Optimization For Millimeter Wave Multi-User MIMO Systems
作为5G无线的关键使能技术，毫米波（mmWave）通信促使利用大规模天线阵列来实现高度定向的波束成形。然而，射频链的高成本和高功耗阻碍了在大阵列系统中采用最优的全数字预编码。为了减少RF链的数量，同时仍然保持大阵列的空间复用增益，混合预编码架构已被提出用于毫米波系统，并在工业界和学术界引起了相当大的兴趣。然而，最佳的混合预编码设计尚未完全理解，特别是对于多用户MIMO情况。本文是第一个工作，直接解决毫米波多用户MIMO系统的非凸混合预编码问题（没有任何近似），通过使用惩罚对偶分解（PDD）方法。在较弱的假设条件下，该方法保证收敛到混合预编码问题的KKT解。仿真结果表明，即使在发射端和接收端都配备了支持多流传输所需的最少射频链的情况下，混合预编码在无限分辨率移相器和有限分辨率移相器情况下都能达到全数字预编码的性能。
2018-01-23 cs.IT math.IT
User Fairness Non-orthogonal Multiple Access (NOMA) for 5G Millimeter-Wave Communications with Analog Beamforming
在第五代移动通信（5G）中，毫米波非正交多址接入（mmWave-NOMA）技术的引入可以显著提高频谱效率，增加用户数量。在本文中，我们考虑了下行mmWave-NOMA蜂窝系统，其中基站安装有模拟波束成形相控阵列，多个用户在同一时间频率资源块服务。为了保证用户公平性，我们制定了一个联合波束成形和功率分配问题，以最大化用户之间的最小可实现速率，即，我们采用最大最小公平原则。由于问题是难以解决的，由于非凸公式和高维的优化变量，我们提出了一个次优的解决方案，它利用了空间稀疏的角度域的毫米波信道。在求解过程中，首先得到最优功率分配的封闭形式，将联合优化问题转化为一个等价的波束形成问题。然后设计合适的波束形成向量。仿真结果表明，该方案在可达速率方面可以达到接近上限的性能，明显优于传统的毫米波正交多址（mmWave-OMA）系统。
2018-11-07 cs.IT math.IT
Outage Analysis of Cooperative NOMA in Millimeter Wave Vehicular Network at Intersections
本文研究了在交叉路口使用协作非正交多址接入方案（NOMA）对毫米波（mmWave）车载网络的影响和改进。交叉口由两条垂直的道路组成。在中继的帮助下，传输发生在源节点和两个目的地节点之间。我们假设干扰来自一组车辆，这些车辆分布为一维齐次泊松点过程（PPP）。我们推导出封闭形式的中断概率表达式的合作NOMA，并比较它们与合作正交多址接入（OMA）。我们表明，NOMA提供了显着的改善，特别是对于高数据速率。然而，对数据速率有一个条件，否则，NOMA的性能将急剧下降。我们表明，作为节点的方法的交集，中断概率增加。反直觉地，我们表明，非线的叹息（NLOS）的情况下有一个更好的性能比线的叹息（LOS）的情况下。使用随机几何工具进行分析，并与Monte Carlo模拟进行验证。
2019-11-26 cs.IT eess.SP math.IT
Alternating Minimization Algorithms for Hybrid Precoding in Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）通信被认为是5G网络的关键使能技术。与传统的多输入多输出（MIMO）系统相比，毫米波MIMO中的预编码不能使用数字预编码器完全在基带处执行，因为考虑到它们的成本和功耗，仅可以支持有限数量的信号混频器和模数转换器（ADC）。作为具有成本效益的替代方案，组合数字预编码器和模拟预编码器的混合预编码收发器架构最近受到了相当大的关注。然而，这种混合预编码器的最佳设计尚未完全理解。在本文中，将混合预编码器设计视为矩阵分解问题，将针对两种不同的混合预编码结构提出有效的交替最小化（AltMin）算法，即，完全连接和部分连接的结构。特别地，对于全连接结构，提出了一种基于流形优化的AltMin算法，以接近全数字预编码器的性能，但是，具有较高的复杂度。因此，低复杂度的AltMin算法，然后提出，通过对数字预编码器的正交约束。此外，对于部分连通的结构，AltMin算法也开发了半定松弛的帮助下。对于实际实现，建议AltMin算法进一步扩展到宽带设置与正交频分复用（OFDM）调制。仿真结果将证明显着的性能增益所提出的AltMin算法比现有的混合预编码算法。此外，基于所提出的算法，两种混合预编码结构之间的仿真比较将提供有价值的设计见解。
2016-01-27 cs.IT math.IT
Hybrid LISA Precoding for Multiuser Millimeter-Wave Communications
毫米波（mmWave）通信对于未来的蜂窝网络起着重要作用，因为在未充分利用的mmWave频带中有大量的频谱可用。为了克服这些频带中巨大的自由空间全向路径损耗，在基站处部署非常大量的天线元件是至关重要的。由大量天线元件导致的复杂性、功耗和成本可以通过限制RF链的数量来降低。这导致了混合预编码和组合，与传统的全数字预编码和组合相比，混合预编码和组合将信号处理的一部分从数字域移动到模拟域。本文提出了新的算法，在多用户的情况下，混合预编码器和组合器的设计。该算法是基于先前提出的线性连续分配方法开发的传统的全数字版本。它连续地分配数据流给用户，并在两个阶段抑制各自的流间干扰，这完美地匹配的混合架构。此外，低复杂度的版本是通过利用毫米波信道的典型结构。仿真结果表明了该方法及其低复杂度版本的良好性能。
2017-06-15 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
Millimeter-Wave Massive MIMO Systems Relying on Generalized Sub-Array-Connected Hybrid Precoding
在本文中，我们考虑了一个广义的子阵列连接（GSAC）架构的任意射频（RF）链和天线配置，其中连接到一个子阵列的RF链的数量和每个子阵列中的天线的数量可以是任意的。我们的设计目标是提高毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统的混合预编码器的能量效率。首先，我们提出了一种基于连续干扰消除的混合预编码算法，以最大限度地提高可实现的速率为任何给定的RF链和天线配置。该算法首先将总可达速率优化问题分解为多个子速率优化问题，然后依次最大化这些子速率。由于RF链的数量有限，我们可以使用穷举搜索方案来评估所有配置并确定具有最佳能效的配置。此外，依赖于一个有吸引力的有限反馈，我们还提出了一个波束控制码本，我们的混合预编码辅助GSAC架构。我们的仿真结果表明，该方案实现了类似的速率作为相应的最佳无约束预编码器。此外，我们表明，所提出的计划的能量效率是优于现有的计划在全连接和子阵列连接的架构。
2019-07-19 cs.IT math.IT
Channel-Statistics-Based Hybrid Precoding for Millimeter-Wave MIMO Systems With Dynamic Subarrays
研究了有限字母输入的毫米波多输入多输出系统的混合预编码设计。毫米波MIMO系统采用具有动态子阵列的部分连接混合预编码架构，其中每个射频（RF）链连接到天线的动态子集。我们考虑利用统计和/或混合信道状态信息（CSI）的模拟和数字预编码器的设计，其涉及解决理论上极其困难的问题：首先，设计RF链上的天线的最优划分是组合优化问题，其最优解需要对所有天线划分解进行穷举搜索;第二，毫米波MIMO信道下的平均互信息缺乏封闭形式的表达式，计算量过大;第三，给定天线划分的混合预编码问题相对于模拟和数字预编码器是非凸的。为了解决这些问题，本研究首先提出了一个简单的标准和相应的低复杂度的算法来设计的天线使用统计CSI的最佳划分。然后推导出平均互信息的下界及其近似值，与直接计算平均互信息相比，大大降低了计算复杂性。此外，它还表明，与一个恒定的位移的下限提供了一个非常准确的近似平均互信息。本文进一步提出利用下界近似作为开发基于流形的梯度上升算法的低复杂度和准确的替代方案，以找到接近最佳的模拟和数字预编码器。数值结果表明，我们提出的算法优于现有的混合预编码算法。
2019-02-12 cs.IT math.IT
Robust Hybrid Precoding for Beam Misalignment in Millimeter-Wave Communications
本文针对毫米波多接收机通信系统中波束失准现象，提出了稳健的混合预编码设计方案，以减轻这种影响所带来的性能损失。我们考虑两种不同的设计方法：I）合成的“平主瓣”波束模型，最大限度地提高最小有效阵列增益的波束失调范围内，和II）的“误差统计”纳入设计，其中阵列响应纳入失调误差的分布推导。对于这两种设计方法，我们提出了一种混合预编码设计，近似的强大的全数字预编码器，这是通过交替优化的基础上梯度投影（GP）方法。我们还提出了一个低复杂度的替代GP算法的最小二乘投影（LSP）的基础上，我们进一步部署了第二阶段的数字预编码器，以减轻任何残余的接收机间干扰后的混合模拟-数字预编码。数值结果表明，稳健的混合预编码设计可以有效地缓解波束失准带来的性能下降。
2019-03-22 cs.IT cs.NI math.IT
Tomlinson-Harashima Precoding-Aided Multi-Antenna Non-Orthogonal Multiple Access
本文研究了多用户多输入单输出（MU-MISO）非正交多址（NOMA）下行链路的Tomlinson-Harashima预编码（THP）。在其中每个具有两个用户的多个簇被形成并在空间域中被服务并且每个簇中的用户在功率域中被服务的分层结构下，与常规迫零（ZF）簇间波束成形相比，THP被应用于消除对强用户的簇间干扰（ICI）并且扩大用于减轻对弱用户的ICI的波束设计空间的维度。在扩大波束设计空间的基础上，提出了两种基于THP的MISO-NOMA波束设计算法。第一种是基于用户调度的贪婪序贯波束设计，第二种是联合波束重新设计和功率分配。这两个设计问题导致非凸优化问题。提出了一种基于逐次凸逼近（SCA）的求解非凸优化问题的有效算法。数值结果表明，所提出的用户调度和两个波束设计方法的基础上THP产量显着增益比现有的方法。
2018-08-23 cs.IT math.IT
Channel Estimation and Hybrid Precoding for Millimeter Wave Cellular Systems
毫米波（mmWave）蜂窝系统由于在mmWave频率下可用的大带宽而将实现每秒千兆位数据率。为了实现足够的链路裕度，毫米波系统将在发射器和接收器处采用具有大天线阵列的定向波束成形。由于千兆采样混合信号设备的高成本和功耗，毫米波预编码可能会在模拟和数字域之间划分。大量天线和模拟波束成形的存在要求开发特定于毫米波的信道估计和预编码算法。本文开发了一种自适应算法来估计毫米波信道参数，利用信道的散射性质差。为了使该算法的有效操作，一种新的分层多分辨率码本的设计，以构建不同的波束宽度的训练波束形成向量。对于单径信道，使用该算法的估计误差概率的上限推导，并得到一些见解的自适应阶段的算法之间的训练功率的有效分配。自适应信道估计算法，然后扩展到多径的情况下，依赖于信道的稀疏性。利用估计的信道，本文提出了一种新的混合模拟/数字预编码算法，克服了仅模拟波束形成的硬件限制，并接近数字解决方案的性能。仿真结果表明，所提出的低复杂度的信道估计算法实现了相当的预编码增益相比，穷举信道训练算法。结果还表明，即使在干扰存在的情况下，所提出的算法也可以接近由完美的信道知识实现的覆盖概率。
2014-01-29 cs.IT math.IT
Codebook Design for Millimeter-Wave Channel Estimation with Hybrid Precoding Structure
在本文中，我们研究了毫米波（mmWave）通信信道估计的分层码本设计与混合预编码结构。由于毫米波功率放大器（PA）的饱和功率有限，我们考虑到每个天线的功率约束（PAPC）。我们首先提出一个度量，即，广义检测概率（GDP），以评价\emph{an arbitrary codeword}的质量。该度量不仅能够实现毫米波码本设计的优化方法，而且还可以用于比较两个不同码字/码本的性能。据我们所知，GDP是用于信道估计的毫米波码本设计的第一度量。然后，我们提出了一种方法来设计一个分层码本利用波束展宽与多RF链子阵列技术（BMW-MS）。为了获得BMW-MS的关键参数，我们提供了两种解决方案，即用于优化GDP度量的低复杂度搜索（LCS）解决方案和用于追求平坦波束图案的闭合形式（CF）解决方案。性能比较表明，BMW-MS/LCS和BMW-MS/CF实现了非常接近的性能，并且在PAPC下优于现有的替代品。
2016-03-08 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Massive MIMO Downlink Per-Group Communications with Hybrid Linear Precoding
我们解决的问题，分析和分类组中的下行链路信道环境中的毫米波长小区，占路径损耗，多径衰落，和用户设备（UE）阻塞，通过采用混合传播和多径衰落模型，从而使用准确的组间干扰建模。基站（BS）采用大型均匀平面阵列（UPA）来促进高效率的大规模多输入多输出（MIMO）通信。UE配备有单个天线并且均匀地分布在小区内。关键问题是分析和定义预编码组。因为在组之间期望公平类型的吞吐量，所以必要时采用组合频分和空分复用（CFSDM）。我们表明，通过采用三个子载波频率，可以有效地将UE分成高吞吐量组，每组采用基于虚拟信道模型波束（VCMB）的内部预编码，然后是高效的多用户多输入多输出（MU-MIMO）外部预编码器。对于每一组，我们研究了三种不同的分组方法，提供不同的优势。我们表明，零强制每组预编码（ZF-PGP）的零强制预编码（ZFP）提供的改进是非常高的。
2020-02-05 cs.IT eess.SP math.IT
A Hardware-Efficient Analog Network Structure for Hybrid Precoding in Millimeter Wave Systems
混合预编码最近已经被提出作为用于毫米波（mm-wave）系统的具有成本效益的收发器解决方案。虽然在现有的工作中，射频（RF）链的数量已经有效地减少，但仍然需要大量的高精度移相器。实际的移相器具有粗略量化的相位，并且由于成本和功率考虑，它们的数量应该减少到最小。在本文中，我们提出了一种新的硬件高效的实现混合预编码，称为固定移相器（FPS）的实现。它只需要少量的量化和固定相位的移相器。为了提高频谱利用率，提出了一种开关网络来实现移相器与天线之间的动态连接，该网络能够自适应信道状态。一个有效的交替最小化（AltMin）算法开发的封闭形式的解决方案，在每次迭代，以确定混合预编码器和开关的状态。此外，为了进一步降低硬件复杂度，提出了一种组连接的映射策略，以减少开关的数量。仿真结果表明，FPS全连接混合预编码器实现了更高的硬件效率与更少的移相器比现有的建议。此外，组连接映射实现了频谱效率和硬件复杂度之间的良好平衡。
2018-02-28 cs.IT math.IT
Beamspace Channel Estimation for Millimeter Wave Massive MIMO System with Hybrid Precoding and Combining
提出了一种毫米波（mmWave）大规模多输入多输出系统中波束域信道估计的框架。该框架包括混合预编码和合并矩阵的设计以及过采样波束空间接收矩阵最大项的搜索方法。在此基础上，提出了基于单位矩阵近似（IA）、基于离散零非对角（SZO）和基于集中零非对角（CZO）的三种信道估计方案。从计算复杂度、估计误差和信道训练总时隙数等方面对这些方案与现有的信道估计方案进行了比较。仿真结果表明，所提出的方案优于现有的方案，可以接近理想情况下的性能。特别地，用于信道训练的总时隙可以显著减少。
2019-01-07 cs.IT eess.SP math.IT
Dynamic Hybrid Precoding Relying on Twin-Resolution Phase Shifters in Millimeter-Wave Communication Systems
毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统中的混合模拟/数字预编码与其全RF数字对应物相比能够以降低的硬件成本和功耗实现接近最佳的全数字性能。然而，具有多个移相器仍然是昂贵的，特别是当移相器具有高分辨率时。在本文中，我们提出了一种新的双分辨率移相器网络的毫米波MIMO系统，它降低了功耗的一个完全高分辨率的网络，同时减轻了严重的阵列增益降低的一个完全低分辨率的网络。具有不同分辨率的双移相器和天线之间的连接是固定的或动态配置的。在后者中，我们联合设计的移相器网络和混合预编码矩阵，其中的每个条目在模拟预编码矩阵的相位可以动态设计，根据所需的分辨率。该方法针对固定网络的混合预编码矩阵进行了略微修改。此外，我们提出的方法扩展到多用户MIMO系统，并提供其性能分析。我们的仿真结果表明，所提出的动态混合预编码方法罢工一个有吸引力的性能与功耗权衡。
2020-11-25 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Tx-Rx Beamforming and Power Allocation for 5G Millimeter-Wave Non-Orthogonal Multiple Access (MmWave-NOMA) Networks
在本文中，我们研究了非正交多址接入和毫米波通信（毫米波NOMA）的组合。被认为是一个下行链路蜂窝系统，其中模拟相控阵列都配备在基站和用户。提出了一种联合Tx-Rx波束成形和功率分配问题，在满足最小速率约束的条件下，最大化每个用户的可达和速率（ASR）。由于问题是非凸的，我们提出了一个次优的解决方案，三个阶段。在第一阶段，最优功率分配与封闭形式获得任意固定的Tx-Rx波束成形。在第二阶段中，具有封闭形式的最佳Rx波束成形设计用于任意固定Tx波束成形。在第三阶段，利用已有的结果将原问题转化为Tx波束形成问题，并提出一种边界压缩粒子群优化算法（BC-PSO）来获得次优解。通过大量的性能评估验证了所提方案的合理性，结果表明，所提方案的ASR性能接近上限，与现有方案和传统的毫米波正交多址接入（mmWave-OMA）系统相比，性能有了显著的提高。
2018-11-07 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
Max-Min Fair Hybrid Precoding for Multi-group Multicasting in Millimeter-Wave Channel
使用毫米波（mmWave）来应对当前带宽短缺的潜力已经促使在相同的物理尺寸中封装更多的天线元件，这允许用于mmWave通信的大规模多输入多输出（MIMO）的出现。然而，随着天线元件数量的增加，为每个天线分配单个RF链的能力变得不可行且负担不起。作为一种具有成本效益的替代方案，已经考虑了混合预编码的设计，其中有限散射信号由高维RF预编码器捕获，该预编码器由模拟移相器网络实现，随后是基带处的低维数字预编码器。本文考虑最大最小公平性问题，设计了一种低复杂度的混合预编码器，用于毫米波信道中的多组多播系统。由于两个主要原因，该问题是非平凡的：对于全数字预编码器的多组多播的原始最大-最小问题是非凸的，并且模拟预编码器在设计问题中放置了限制预编码器的可行集合的常数模块约束。因此，我们考虑一种低复杂度的混合预编码器设计来解决毫米波信道结构并从中受益。每个模拟波束形成器被设计为最大化给定组内的用户的最小匹配分量。一旦获得，数字预编码器通过求解等效信道的最大-最小问题来获得。
2021-02-14 cs.IT math.IT
Multi-user Precoding and Channel Estimation for Hybrid Millimeter Wave Systems
在本文中，我们开发了一种低复杂度的混合毫米波（mmWave）系统的信道估计，其中射频（RF）链的数量远小于每个收发器配备的天线数量。所提出的毫米波信道估计算法首先利用多个频率音调来估计基站（BS）和用户侧的最强到达角（AoA），以用于模拟波束成形矩阵的设计。然后，所有用户沿着估计的最强AoA的方向向BS发送正交导频符号，以便估计信道。估计的信道将被采用来设计用于多用户下行链路传输的BS处的数字迫零（ZF）预编码器。所提出的信道估计算法适用于非稀疏和稀疏毫米波信道环境。此外，我们推导出一个紧密的可达速率上限的数字ZF预编码与建议的信道估计算法方案。我们的分析和仿真结果表明，所提出的方案获得了相当大的可实现的全数字系统的速率，其中在每个收发器配备的RF链的数量等于天线的数量。此外，通过考虑各种类型的错误的影响，即，随机相位误差、收发器模拟波束成形误差和等效信道估计误差，我们推导出所考虑方案的可实现速率的封闭形式近似。我们说明了所提出的信道估计和多用户下行链路预编码方案对系统缺陷的鲁棒性。
2017-03-12 cs.IT math.IT
Hybrid Precoding in Millimeter Wave Systems: How Many Phase Shifters Are Needed?
混合预编码最近已经被提出作为用于毫米波（mm-wave）系统的具有成本效益的收发器解决方案。与传统的全数字预编码器相比，这种预编码器中由移相器网络组成的模拟组件是关键的区分元件。虽然在现有的工作中通常假设大量的具有未量化相位的移相器，但在实践中，移相器应该用粗量化来离散化，并且由于成本和功率考虑，它们的数量应该减少到最小。在本文中，我们提出了一种新的混合预编码器的实现，使用少量的移相器与量化和固定的相位，即，固定移相器（FPS）实现，显着降低了成本和硬件复杂性。此外，提出了一种动态切换网络，以提高频谱效率。基于所提出的FPS实现，一个有效的交替最小化（AltMin）算法开发的封闭形式的解决方案，在每次迭代。仿真结果表明，该算法与FPS实现优于现有的。更重要的是，它需要比现有的混合预编码器提议少得多的移相器，例如，$\sim$ 10个固定移相器足以满足实际相关的系统设置。
2017-07-26 cs.IT math.IT
Multiuser Precoding and Channel Estimation for Hybrid Millimeter Wave MIMO Systems
在本文中，我们开发了一种低复杂度的混合毫米波（mmWave）系统的信道估计，其中射频（RF）链的数量远小于每个收发器配备的天线数量。所提出的信道估计算法的目的是估计最强的到达角（AoA）在基站（BS）和用户。然后，所有用户通过这些估计的最强AoA向BS发送正交导频符号，以便于信道估计。该算法不需要来自用户的任何显式信道状态信息（CSI）反馈，并且该算法的相关联的信令开销仅与用户的数量成比例，这与各种现有方案相比显著更少。此外，该算法适用于非稀疏和稀疏毫米波信道环境。基于估计的CSI，迫零（ZF）预编码被用于多用户下行链路传输。此外，我们推导出一个严格的可达速率上界的系统。我们的分析和仿真结果表明，所提出的方案提供了相当大的可实现的速率增益相比，全数字系统，在每个收发器配备的RF链的数量等于天线的数量。此外，所考虑的混合毫米波系统和全数字系统之间的可实现的速率性能差距的特点，这提供了有用的系统设计的见解。
2017-02-27 cs.IT math.IT
The Application of MIMO to Non-Orthogonal Multiple Access
本文研究了多输入多输出（MIMO）技术在非正交多址（NOMA）系统中的应用。提出了一种新的MIMO-NOMA预编码和检测矩阵的设计，并在功率分配系数固定的情况下分析了其性能。为了进一步改善MIMO-NOMA与传统正交多址接入方案之间的性能差距，将用户配对应用于NOMA，并表征其对系统性能的影响。还提出了功率分配系数的更复杂的选择以满足各种服务质量要求。最后，计算机模拟结果提供了方便的性能评估的MIMO-NOMA，也证明了发展的分析结果的准确性。
2015-03-18 cs.IT math.IT
MIMO-NOMA Design for Small Packet Transmission in the Internet of Things
物联网（IoT）的一个特点是，系统中的一些用户需要快速服务于小数据包传输。针对这一需求，本文设计了一种新的多输入多输出非正交多址接入（MIMO-NOMA）方案，其中一个用户的服务质量（QoS）要求得到严格满足，另一个用户则利用NOMA的概念得到机会性服务。这种新方案的新颖性在于，它面临的挑战是，大多数现有的MIMO-NOMA方案依赖于用户的信道条件不同的假设，这是一个强假设，在实践中可能是无效的。所提出的预编码和检测策略可以有效地在用户的有效信道增益之间产生显著的差异，因此即使用户的原始信道条件相似，也可以实现NOMA的潜力。分析和数值结果表明，所提出的MIMO-NOMA方案的性能。
2016-03-01 cs.IT 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
Secure Communication for Spatially Sparse Millimeter-Wave Massive MIMO Channels via Hybrid Precoding
在本文中，我们研究了安全通信稀疏毫米波（mm-Wave）的大规模多输入多输出（MIMO）信道，利用空间稀疏的合法用户的信道。我们提出了一种安全的通信方案，其中信息数据被预编码到主导角度分量的稀疏信道通过有限数量的射频（RF）链，而人工噪声（AN）广播在剩余的非主导角度干扰只有窃听者具有很高的概率。结果表明，信道稀疏性在实现安全通信中起着类似于密钥的基本作用。因此，通过定义两个统计措施的信道稀疏性，我们分析其对保密率的影响。特别地，由于不确定性，即，“熵”，由窃听者未知的信道稀疏性引入。结果表明，在功率域的稀疏性总是可以有助于保密率。与此相反，在角度域中，存在一个最佳水平的稀疏性，最大化的保密率。数值仿真结果验证了所提方法和所得结果的有效性。
2019-11-16 cs.IT math.IT
Channel Reconstruction-Based Hybrid Precoding for Millimeter Wave Multi-User MIMO Systems
本文的重点是毫米波系统的多用户MIMO传输与混合预编码结构在基站。为了实现多用户传输，基站在初始波束对准阶段使用波束成形向量的小区特定码本。每个用户使用波束成形向量的用户特定码本来在单用户设置中根据观察到的SNR学习前P个（其中P >= 1）波束对。从每个用户反馈前P个波束索引以及它们的SNR，并且基站利用该信息来生成用于同时传输的波束权重。生成波束权重的典型方法是仅使用每个用户的最佳波束，并且沿着该波束操纵能量，或者利用该信息来减少多用户干扰。其他波束用作解决阻塞或移动性的回退选项。这样的方法完全丢弃了所学习的关于信道条件的信息，即使每个用户反馈该信息。在此背景下，这项工作开发了一种先进的定向预编码结构的同时传输的成本额外的边际反馈开销。这一建设依赖于三个主要创新：1）附加反馈，以允许基站重构其与每个用户之间的信道矩阵的秩P近似，2）迫零结构，其通过在预编码器设计中保持接收器波束知识的不可知性来利用该信息来对抗多用户干扰，以及3）混合预编码架构，其允许以低复杂度和成本进行幅度和相位控制，以允许实现迫零结构。数值研究表明，该方案的结果在一个显着的和速率性能的改善，甚至与天真的计划，粗糙的初始波束对准码本。
2018-02-14 cs.IT math.IT
