Positioning for Visible Light Communication System Exploiting Multipath Reflections
在本文中，我们介绍了一种新的上行可见光室内定位系统，估计用户的位置在网络侧的可见光通信（VLC）系统。该技术利用上行链路信道脉冲响应的漫射分量进行定位，该分量在现有可见光通信定位文献中被认为是破坏性噪声。利用视线（LOS）组件，最重要的扩散组件的信道（第二功率峰值（SPP）），和LOS和SPP之间的延迟时间，我们提出了一个概念分析的证明使用固定的参考点，即上行链路光电探测器（PD）的定位。仿真结果表明，均方根（RMS）的定位精度为25厘米和5厘米的一个和4个PD的情况下，分别。
2017-06-14 cs.IT math.IT
Point-to-Point MIMO Channel Estimation by Exploiting Array Geometry and Clustered Multipath Propagation
针对大规模MIMO信道估计中空间相关矩阵维度爆炸的问题，提出无需已知空间相关矩阵的RS-LS及感知簇RS-LS估计器，利用阵列几何和簇化多径特性降维，提升信道估计性能。
2024-10-09 cs.IT eess.SP math.IT
Localization Efficiency in Massive MIMO Systems
在下一代无线系统中，Massive MIMO为定位提供了高角度分辨率。由于大量的天线，用户终端（UT）的到达角（AoA）可以被高精度地估计。根据密集多径分量（DMC）信道模型，UT周围的局部散射可以为基站（BS）的每个天线产生不同的多径信号。当考虑多径信号的贡献时，我们得到了多用户情况下Cramer-Rao下界（CRLB）的确定性形式。我们这样做时，多径信号是独立同分布（i.i. d）与任意分布。然后，我们重新定义了一个多用户场景的定位效率函数，并在数值上优化它相对于（w.r. t）的天线数量。我们证明，当只有一个子集的可用天线被使用，CRLB可以被最小化的w.r. t哪一组天线被使用。然后，提出了一种最小化CRLB的天线选择策略。作为一个基准，我们提出的天线选择方案的多信号分类（MUSIC）算法，并研究其效率。数值结果验证了我们的分析的准确性，并显示出显着提高效率时，所提出的天线选择策略。
2021-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Efficient Angle-Domain Processing for FDD-based Cell-free Massive MIMO Systems
无小区大规模MIMO通信是用于5G无线通信的新兴网络技术，其中分布式多天线接入点（AP）同时服务于许多用户。尽管频分双工（FDD）系统在当前无线标准中占主导地位，但大多数关于无小区大规模MIMO系统的现有工作都假设时分双工模式。FDD大规模MIMO系统中的关键挑战是信道状态信息（CSI）获取和反馈开销。为了解决这些挑战，我们利用所谓的角度互易性的多径分量在上行链路和下行链路中，使得所需的CSI采集开销的规模只与服务的用户的数量，而不是AP天线的数量，也没有AP。我们提出了一种低复杂度的多径分量估计技术，并提出了基于线性到达角（AoA）的波束成形/合并方案，基于FDD的无小区大规模MIMO系统。我们分析了这些方案的性能，通过推导估计的多径分量的均方误差的封闭形式的表达式，以及上行链路和下行链路的频谱效率的表达式。使用半定规划，我们解决了最大-最小功率分配问题，最大化每个用户的功率约束下的最小用户速率。此外，我们提出了一个以用户为中心（UC）的AP选择方案，其中每个用户选择一个子集的AP，以提高系统的整体能源效率。仿真结果表明，所提出的多径分量估计技术优于传统的基于子空间和基于梯度下降的技术。我们还表明，拟议的波束成形和合并技术，以及拟议的功率控制方案大大提高了频谱和能源效率与足够数量的天线在AP。
2020-01-21 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis of Indoor Uplink Optical Communication Positioning System Exploiting Multipath Reflections
本文介绍了一种用于室内应用的上行光无线定位系统。该技术使用基于室内光无线信道脉冲响应的指纹进行定位。利用视线峰值功率（LOS）、脉冲响应的第二功率峰值（SPP）以及LOS和SPP之间的延迟，我们提出了采用单个固定参考点的定位的概念设计和理论分析的证明，即，天花板上的光电探测器（PD）。添加更多的PD导致更准确的发射机位置估计。作为一个基准，我们提出了不同数量的PD和功能的Cramer-Rao下限（CRLB）的解析表达式。我们进一步提出了封闭形式的分析近似的信道脉冲响应的选择功能。仿真结果表明，在高信噪比条件下，对于典型的室内环境，采用1个PD和4个PD的定位精度分别为25 cm和5 cm.数值结果验证了推导的解析近似密切匹配的模拟。
2018-04-25 cs.IT math.IT
Direct Localization for Massive MIMO
大规模MIMO系统以其在通信中的优势而闻名，但由于其高角度分辨率，它们也有可能提供非常精确的定位。在室内和室外出现的一个难题是在多径信道上定位用户。基于到达角（AOA）的定位通常涉及两步过程，其中首先处理信号以获得用户在不同基站处的AOA，然后进行三角测量以确定用户的位置。在存在多径的情况下，由于不能正确地检测和/或估计视线（LOS）路径的AOA，这些方法的性能大大降低。为了对付这两步的过程，这是固有的次优的限制，我们提出了一个直接的定位方法，在该方法中，通过联合处理在分布式大规模MIMO基站获得的观测用户的位置是本地化的。我们的方法是基于一种新的压缩感知框架，利用信道特性来区分LOS从非LOS信号路径，并导致改进的性能结果相比，以前现有的方法。
2016-07-04 cs.IT math.IT
Single Anchor Localization and Orientation Performance Limits using Massive Arrays: MIMO vs. Beamforming
下一代蜂窝网络将经历毫微微蜂窝、毫米波通信和大规模天线阵列的组合。由于大规模阵列提供的波束形成能力以及高角分辨率，只能使用一个充当锚节点的单个接入点（AP）进行定位估计，从而避免专用于定位的超大基础设施。在这种情况下，我们的论文的目的是在调查的定位和定向性能限制，采用大规模的阵列在AP和移动端。因此，我们首先渐近地证明了在大规模阵列制度的Cramer-Rao界（CRB）的紧密性，并在存在或不存在多径。接着，我们提出了MIMO和波束形成的阵列结构，时间同步误差和多径分量的比较。在不同的阵列配置中，我们还考虑随机加权作为MIMO的高分集增益和相控阵保证的高方向性之间的权衡。通过评估不同阵列配置的CRB，结果显示分集和波束形成增益之间的相互作用，以及通过改变定位精度方面的阵元数量可实现的好处。
2017-05-25 cs.IT math.IT
Exploiting Channel Diversity in Secret Key Generation from Multipath Fading Randomness
我们设计并分析了一种方法，从无线信道固有的随机性中提取密钥。本文研究了多径无线信道的信道模型，并利用信道分集产生秘密密钥比特。我们比较了基于整个信道状态信息（CSI）和基于单个信道参数（如接收信号强度指示符（RSSI））的密钥提取方法。由于从CSI到RSSI的自由度降低，基于CSI的密钥提取率远高于基于RSSI的密钥提取率。这表明，利用信道分集并使CSI信息可用于较高层将极大地有益于秘密密钥生成。我们提出了一个基于低密度奇偶校验（LDPC）码的密钥生成系统，并描述了两个系统的设计和性能：一个基于二进制LDPC码和其他（在较高的信噪比有用）基于四进制LDPC码。
2012-07-01 cs.CR cs.IT math.IT
Deep Learning Based Equalizer for MIMO-OFDM Systems with Insufficient Cyclic Prefix
Huawei Technology（华为技术有限公司）；Southeast University（东南大学）
研究了循环前缀不足时多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统的均衡设计问题。特别是当多径时延扩展超过CP长度时，载波间干扰（ICI）和符号间干扰（ISI）会严重影响信号检测性能。为了解决这个问题，提出了一种基于深度学习的均衡器来近似最大似然检测。受相邻子载波之间的依赖性的启发，开发了一种计算效率高的联合检测方案。采用建议的均衡器，一个迭代接收机也被构造和检测性能进行了评估，通过模拟测量多径信道。我们的研究结果表明，建议的接收机可以实现显着的性能改善相比，两个传统的基线计划。
2020-07-23 cs.IT cs.LG math.IT
Multipath Error Correction in Radio Interferometric Positioning Systems
无线电干涉定位系统（RIPS）是一种精确的节点定位方法，具有一种新的基于相位的测距过程。多径是RIPS在地面部署场景或室内应用中的限制误差源。在RIPS的测距过程中涉及四个不同的信道。多径反射影响每个信道的测距信号的相位和幅度。通过利用未利用的幅度信息，我们提出了一种方案来估计每个信道的多径分布，然后随后用于校正相位测量中相应的误差。仿真结果表明，这种方案是非常有效的，在减少多径相位误差，这基本上是降低到接收机噪声的水平，在适度的多径条件下。仿真结果表明，该方法可以有效地减小RIPS中的测距误差。
2017-02-18 cs.IT math.IT
Exploiting Hybrid Channel Information for Downlink Multi-User MIMO Scheduling
研究了在发射端信道状态信息（CSIT）不完善的情况下的下行链路多用户MIMO（MU-MIMO）调度问题，CSIT包括粗信道状态信息和当前信道状态信息，以及细信道状态信息和延迟信道状态信息。该调度问题的特征在于基于当前CSIT调度用户以获得即时增益和调度用户以获得更精细但延迟的CSIT和潜在更大的未来增益之间的复杂的“开发-探索权衡”。我们解决这个调度问题，制定了一个基于帧的联合调度和反馈的方法，在每个帧中的一个政策是作为一个马尔可夫决策过程的解决方案。我们证明，我们提出的方法可以任意接近最优，然后证明其显着的收益超过传统的MU-MIMO调度。
2013-03-19 cs.IT math.IT
Structural Design of Non-Uniform Linear Arrays for Favorable Propagation in Massive MIMO
研究了具有均匀和非均匀线性阵列的大规模多输入多输出（MIMO）系统的有利传播问题。在现有的FP均匀线性阵列的研究中的差距被确定，这是有关的阵列图案中的栅瓣的存在，并导致FP条件被违反，即使在不同的到达角。提出了一种新的\textit{non-uniform}线性阵列的分析和设计，以消除栅瓣并恢复\textit{all}不同到达角的良好传播。该设计与流行的混合波束成形范例一致，并扩展到多径信道和定向元件阵列。
2022-09-27 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
Channel Estimation for One-Bit Massive MIMO Systems Exploiting Spatio-Temporal Correlations
大规模多输入多输出（MIMO）可以显著提高系统的整体性能。然而，大规模MIMO系统可能需要大量的射频（RF）链，这可能导致高成本和功耗问题。解决这些问题的一种有前途的方法是在基站处使用低分辨率模数转换器（ADC）。然而，通过使用低分辨率ADC，信道估计成为一项困难的任务。本文讨论了大规模MIMO系统中使用一位ADC的信道估计问题时，信道的空间和时间相关。基于Bussgang分解，其将非线性一比特量化重新公式化为统计上等效的线性算子，通过假设量化噪声遵循高斯分布，使用卡尔曼滤波器来估计空间和时间相关信道。数值结果表明，该方法可以通过适当利用信道的空间和时间相关性，显着提高信道估计质量。
2018-08-21 cs.IT math.IT
Pilot Contamination Mitigation for Wideband Massive MMO: Number of Cells Vs Multipath
针对多小区宽带大规模多输入多输出（MIMO）系统，提出了一种新的联合信道估计和波束形成方法。使用我们的信道估计和波束成形方法，我们确定可以利用相同的时间和频率资源，同时减轻导频污染的影响的小区的数量$N_c$。该方法利用了宽带信道的多径特性。具体地，当信道具有$L$多径抽头时，示出了$N_c\leq L$小区可以可靠地估计它们的用户设备（UE）的信道并执行波束成形，同时减轻导频污染的影响。例如，在具有延迟扩展$T_d=4.69μ$秒和信道带宽$B=2.5$ MHz的长期演进（LTE）信道环境中，我们发现$L=18$小区可以使用该频带。实际上，对于特定环境和载波频率，$T_d$是恒定的，因此$L$随着带宽增加而增加。所提出的信道估计和波束形成设计是线性的，实现简单，并显着优于现有的设计，并通过大量的仿真验证。
2015-09-17 cs.IT math.IT
Exploiting Opportunistic Multiuser Detection in Decentralized Multiuser MIMO Systems
该文研究了一种分散式多用户多天线（MIMO）系统的设计，该系统在固定的窄带上实现频谱共享，其中共存用户通过迭代的方式独立地更新各自的发送协方差矩阵，以达到各自的发送速率最大化。在文献中通常通过假设每个用户将来自所有其他用户的同信道干扰视为接收机处的附加（有色）噪声来研究该设计问题，即，应用传统的单用户解码器（SUD）。该文提出了一种新的分布式多用户MIMO系统的译码方法，即每个用户通过多用户检测技术机会性地消除来自部分或全部其他用户的同频干扰，即机会多用户检测（OMD）。本文研究了基于OMD的用户迭代最大化传输速率的最优传输协方差设计，并证明了与传统SUD相比，该方法在分散多用户MIMO系统中的容量增益。
2009-05-21 cs.IT math.IT
Exploiting Large-Scale MIMO Techniques for Physical Layer Security with Imperfect Channel State Information
本文研究了大规模多输入多输出（LS-MIMO）系统的物理层安全问题。LS-MIMO系统中大量的天线阵元被用来增强传输安全性和提高系统性能，特别是当窃听者距离信息源较近且比合法用户拥有更多天线时。然而，在实际系统中，这个问题变得具有挑战性，因为窃听者的信道状态信息（CSI）通常是不可用的，没有合作和合法的CSI可能是不完美的，由于信道估计误差。在本文中，我们首先分析了物理层的安全性能没有窃听CSI和不完美的合法CSI，然后提出了一种能量有效的功率分配方案，以满足无线安全和服务质量（QoS）的要求，同时。最后，数值结果验证了所提出的方法的有效性。
2014-07-28 cs.IT math.IT
Low-Complexity Message Passing Based Massive MIMO Channel Estimation by Exploiting Unknown Sparse Common Support with Dirichlet Process
研究了大规模MIMO系统中稀疏信道的估计问题。大多数无线信道是稀疏的，具有大的延迟扩展，而可以观察到一些信道在天线阵列的某个区域内具有稀疏的公共支持（SCS），即，根据信道的稀疏支持，天线阵列可以被分组为若干簇。当涉及到大规模MIMO系统中的大量信道估计时，SCS性质是有吸引力的。使用信道的SCS，人们期望更好的性能，但是簇的数量和每个簇的元素在接收机中总是未知的。在本文中，{狄利克雷过程}被利用来建模这样的稀疏信道，其中每个簇中的那些具有SCS。提出了一种基于稀疏贝叶斯学习的低复杂度消息传递算法，在因子图上结合BP和MF进行大规模MIMO系统的信道估计。仿真结果表明，所提出的大规模MIMO稀疏信道估计算法的性能优于现有算法。特别是，它甚至表现出更好的性能比变分贝叶斯方法应用于大规模MIMO信道估计。
2017-04-21 cs.IT math.IT
Blind Signal Detection in Massive MIMO: Exploiting the Channel Sparsity
在实际的大规模MIMO系统中，相当大一部分的系统资源被消耗以获取信道状态信息（CSI），这导致与理想情况相比系统容量显著降低，在理想情况下，完美的CSI是可用的。在本文中，我们表明，用于CSI获取的开销可以在很大程度上补偿由于在一定的变换域的大规模MIMO信道的稀疏性的潜在增益。为此，我们提出了一种新的盲检测方案，同时估计信道和数据通过分解接收信号矩阵。我们表明，通过利用信道的稀疏性，我们提出的方案可以实现一个自由度非常接近理想的情况下，只要信道是足够稀疏。具体地，可实现的自由度（DoF）与理想DoF具有仅为$1/T$的分数间隙，其中$T$是信道相干时间。这对于理解大规模MIMO系统的性能极限是一个显著的进步。我们进一步表明，我们提出的方案在渐近SNR制度的性能优势进行到实际的SNR制度。数值结果表明，我们提出的方案显着优于其对应的计划在实际的SNR制度下的各种系统配置。
2017-08-30 cs.IT math.IT
Exploiting the Preferred Domain of FDD Massive MIMO Systems with Uniform Planar Arrays
大规模多输入多输出（MIMO）系统有可能成为5G蜂窝的一种使能技术。均匀平面阵列（UPA）天线结构是许多商业讨论的焦点，因为它们能够在相对小的区域中实现大量天线。利用UPA天线结构，基站可以同时在水平域和垂直域中控制波束方向。然而，信道条件可能规定一个维度需要比另一个维度更高的信道状态信息（CSI）准确度。我们建议使用一个额外的一个比特的反馈信息从用户发送到基站，以指示在频分复用（FDD）大规模MIMO系统中的CSI量化的反馈开销的顶部上的首选域。结合可变速率CSI量化方案，数值研究表明，对于UPA天线结构，额外的一位反馈可以显着提高CSI质量。
2015-02-03 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Wideband MmWave MIMO OFDM System Exploiting Block Sparsity
本文研究了宽带毫米波MIMO OFDM系统的时域信道估计问题。通过传输频域导频符号以及不同的波束成形向量，我们观察到时域毫米波MIMO信道表现出信道延迟稀疏性，特别是不同空间方向之间的块稀疏性。然后，我们提出了一个时域信道估计利用块稀疏性（TDCEBS）计划，它总是旨在找到最好的非零块实现最大的投影的残差在每次迭代。特别地，我们使用5G New Radio推荐的用于生成宽带毫米波MIMO信道的ADDRiGa来评估系统性能。仿真结果验证了所提出的TDCEBS方案的有效性，所提出的方案优于现有的方案。
2022-03-12 cs.IT eess.SP math.IT
ComSens: Exploiting Pilot Diversity for Pervasive Integration of Communication and Sensing in MIMO-TDD-Frameworks
在本文中，我们提出了一个完全集成的雷达和通信系统-命名为ComSens。我们利用两个不同的导频序列（一个用于上行链路，一个用于下行链路），条件是它们必须彼此不相关。在这样的框架内，从终端用户接收的信号和来自期望对象的反向散射信号具有不相关的导频。因此，基站能够区分来自用户的数据信号和来自对象的后向散射信号。我们假设时分双工（TDD）框架。导频序列被设计用于MIMO信道。我们评估信道MSE作为通信系统的品质因数。我们还表明，所设计的飞行员是不相关的一系列的时间滞后。此外，所设计的上行链路导频具有可忽略不计的自相关的时间滞后的范围内，导致脉冲状的自相关雷达感测。
2017-09-05 cs.IT math.IT
Downlink Precoding for Massive MIMO Systems Exploiting Virtual Channel Model Sparsity
本文研究了结合正交幅度调制（QAM）的大规模多输入多输出（MIMO）系统前向链路线性预编码器的设计问题。首先，我们采用了一种新的和有效的方法，允许稀疏表示的多个用户和组的方式类似于联合空分复用。然后，该方法被概括为包括用于频率选择性信道的正交频分复用（OFDM），从而产生组合的频分和空分复用，这是在大规模MIMO系统中提供高灵活性的配置。这种系统设计中的挑战是考虑有限字母输入，特别是对于诸如$M\geq 16$的较大星座尺寸。所提出的方法接下来与复杂度降低的每组处理（PGP）技术联合应用，在每个用户组的基础上，与QAM调制结合并且在仿真中，星座大小高达$M=64$。我们的数值结果表明，开发的预编码器提供了显着更好的性能比配置没有预编码器或平原波束形成器和$M\geq 16$。
2017-07-13 cs.IT math.IT
Localization of Multiple Targets with Identical Radar Signatures in Multipath Environments with Correlated Blocking
本文讨论了定位未知数量的目标，所有具有相同的雷达特征，由一个分布式MIMO雷达组成的单天线发射机和接收机，不能确定方向的出发和到达的问题。此外，我们考虑多径传播的存在，和可能的（相关的）阻塞的直接路径（从发射机和反射目标到接收机）。在其最一般的形式中，这个问题可以被转换为贝叶斯估计问题，其中每个多径分量都被考虑在内。然而，当环境地图是未知的，这个问题是不适定的，因此，推导出一个易于处理的近似只占直接路径。特别是，我们考虑到相关的阻塞散射体在环境中出现的先验项的贝叶斯估计框架。针对相关阻塞条件下的贝叶斯多目标定位问题，提出了一种次优多项式时间算法，并通过仿真对其性能进行了评估。我们发现，当相关的阻塞是严重的，假设阻塞事件是独立的，并具有恒定的概率（如在以前的论文中所做的）导致检测性能差，更有可能发生误报比检测。
2017-11-03 cs.IT math.IT
Uplink Spectral Efficiency of Massive MIMO with Spatially Correlated Rician Fading
本文研究了具有空间相关莱斯衰落信道的多小区大规模MIMO（多输入多输出）系统的上行链路。该信道模型由确定性视线（LoS）路径和随机非视线（NLoS）分量组成，描述了空间相关的多径环境。我们推导出该模型的最小均方误差（MMSE）和最小二乘（LS）信道估计的统计特性。使用这些估计的最大比（MR）组合，严格的封闭形式的UL频谱效率（SE）的表达式。数值结果表明，当使用MMSE估计器时，SE比LS估计器更高，并且性能差距随着天线数目的增加而增加。此外，Rician衰落提供比Rayleigh衰落更高的可实现SE，因为LoS路径提高了总和SE。
2018-05-21 cs.IT math.IT
Compensation of IQ-Imbalance and Phase Noise in MIMO-OFDM Systems
射频损伤对无线通信系统性能的影响在MIMO-OFDM传输中更为明显。IQ不平衡和相位噪声是严重限制MIMO-OFDM收发器性能的两个最常见的损伤。低复杂度的估计和补偿技术，可以共同消除这些损害的影响是非常可取的。在本文中，我们提出了一个简单的联合估计和补偿技术估计多径慢衰落信道下的MIMO-OFDM系统的信道，相位噪声和IQ不平衡参数。提出了一种子载波复用的前导码结构，以最小的开销估计信道和损伤参数，并将其用于IQ不平衡参数的估计以及包含公共相位误差（CPE）的有效信道矩阵的初始估计。然后，我们使用一种新的跟踪方法的基础上的二阶统计的载波间干扰（ICI）和噪声更新整个OFDM帧的有效信道矩阵。仿真结果表明，所提出的低复杂度估计和补偿技术可以有效地改善MIMO-OFDM系统的误比特率（BER）性能。
2012-09-01 cs.IT math.IT
Massive MIMO with Spatially Correlated Rician Fading Channels
本文考虑多小区大规模MIMO（多输入多输出）系统中的信道是空间相关的莱斯衰落。该信道模型由确定性视线（LoS）路径和随机非视线（NLoS）分量组成，描述了一个实际的空间相关多径环境。我们推导出该模型的最小均方误差（MMSE），元素的MMSE（EW-MMSE），最小二乘（LS）信道估计的统计特性。使用这些估计的最大比（MR）合并和预编码，严格的封闭形式的上行链路（UL）和下行链路（DL）频谱效率（SE）的表达式推导和分析。当使用不同的信道估计的渐近SE行为进行了分析。数值结果表明，当使用MMSE估计器时，SE比其他估计器更高，并且性能差距随着天线数目的增加而增加。
2019-06-13 cs.IT math.IT
Channel Hardening-Exploiting Message Passing (CHEMP) Receiver in Large-Scale MIMO Systems
在本文中，我们提出了一种MIMO接收机算法，利用{ \em信道硬化}，发生在大MIMO信道。信道硬化是指随着信道增益矩阵${\bf H}$的大小增加，与对角项相比，${\bf H}^H{\bf H}$矩阵的非对角项变得越来越弱的现象。具体来说，我们提出了一种消息传递检测（MPD）算法，该算法与实值匹配滤波接收向量（其信号项变为${\bf H}^T{\bf H}{\bf x}$，其中${\bf x}$是传输向量）一起工作，并对${\bf H}^T{\bf H}$矩阵的非对角项使用高斯逼近。我们还提出了一个简单的估计方案，直接获得估计的${\bf H}^T{\bf H}$（而不是估计的${\bf H}$），它被用作一个有效的信道估计的MPD算法。我们将此接收器称为{ \em信道硬化-利用消息传递（CHEMP）}接收器。所提出的CHEMP接收机在大规模MIMO系统（例如，在具有16到128个上行链路用户和128个基站天线的系统中）。对于所考虑的大MIMO设置，所提出的MPD算法的复杂度几乎相同或小于最小均方误差（MMSE）检测。这是因为MPD算法不需要矩阵求逆。与MMSE和其他使用${\bf H}$的MMSE估计的消息传递检测算法相比，它还实现了显著更好的性能。我们还提出了一个收敛性分析所提出的MPD算法。此外，我们设计了优化的不规则低密度奇偶检验（LDPC）码特定于所考虑的大MIMO信…
2014-01-10 cs.IT math.IT
Massive MIMO Performance Comparison of Beamforming and Multiplexing in the Terahertz Band
在本文中，我们比较了两个主要的MIMO技术，波束成形和复用，在太赫兹（THz）波段的性能。THz波段的主要问题是其巨大的传播损耗，这是由电磁波的分子吸收引起的巨大信号衰减引起的。为了克服路径损耗问题，已经建议在网络中采用大规模MIMO，并且期望在几米内的距离内提供Tbps。在这种背景下，波束成形最近被研究为主要技术，以利用太赫兹中的MIMO并克服非常高的路径损耗，假设太赫兹通信信道是视距（LoS）并且没有显著的多径射线。另一方面，最近的研究还表明，众所周知的分子吸收的能量可以立即以相同的频率重新辐射。这种再辐射信号与主信号相关，并且可以为通信信道提供丰富的散射路径。这意味着即使在THz频带的LoS场景中也可以实现显著的MIMO复用增益。我们的仿真结果揭示了一个令人惊讶的观察，MIMO复用可能是一个更好的选择比MIMO波束成形在一定条件下的太赫兹通信。
2017-10-26 cs.IT math.IT
Dealing with Interference in Distributed Large-scale MIMO Systems: A Statistical Approach
本文考虑了在大规模MIMO多小区网络中通过使用二阶统计量进行干扰控制的问题。我们认为这两种情况下，共同定位的大规模阵列和大规模分布式天线设置。我们感兴趣的是表征用户的信道协方差矩阵的低秩，因为这样的属性可以被利用朝向改进的信道估计（所谓的导频净化）以及通过空间滤波的干扰抑制。在以前的工作中，它表明，大规模MIMO信道协方差矩阵表现出一个有用的有限秩属性，可以通过在MIMO均匀线性阵列的多径角扩展建模。本文将这一结果扩展到更一般的设置，包括某些非均匀阵列，更令人惊讶的是，二维的分布式大规模阵列。特别是我们的模型表现出的信号子空间的丰富性的用户终端周围的散射半径的依赖，通过一个封闭的形式表达。重点介绍了低秩协方差特性在信道估计去噪和低复杂度干扰滤波中的应用。
2014-05-01 cs.IT math.IT
Sparse Activity Detection in Multi-Cell Massive MIMO Exploiting Channel Large-Scale Fading
研究了多小区大规模多输入多输出（MIMO）系统中的设备活动检测问题。在MIMO系统中，活动设备向连接到中央单元（CU）的多个基站（BS）发送特征序列，基站根据基站处的样本协方差矩阵在多个小区之间协作检测活动设备。本文证明了利用知识的信道大规模衰落在这种合作检测设置通过相变分析，其特征在于成功的设备活动检测在大规模MIMO制度所需的签名序列的长度的重要性。结果表明，当大尺度衰落已知时，多小区情况下的相变与单小区系统的相变大致相同。在这种情况下，与不知道大规模衰落的情况相反，可以通过协作使多小区系统中的可靠活动检测所需的特征序列的长度与小区的数量无关。此外，本文考虑的情况下，在BS和CU之间的前传链路有容量限制，并提出了一种新的合作方案的基础上量化的初步检测结果在BS和重建的样本协方差矩阵在CU。仿真结果表明，所提出的方法明显优于直接量化样本协方差矩阵的方案。
2021-11-24 cs.IT math.IT
A novel 2D non-stationary wideband massive MIMO channel model
针对大规模多输入多输出（MIMO）通信系统，提出了一种新的二维非平稳宽带几何随机模型（GBSM）。在这个模型中，大规模MIMO信道的关键特性，如近场效应和集群沿阵列的演变。近场效应通过对球面波前的二阶近似来建模，即，抛物线波前，导致多径分量（MPC）的角度的线性漂移和沿阵列的非平稳性。考虑了沿阵列的团簇演化，包括团簇（消失）和平滑的平均功率变化。聚类（消失）的外观是由一个两个状态的马尔可夫过程和平滑的平均功率变化的空间对数正态过程建模。信道模型的统计特性，如时间自相关函数（ACF），空间互相关函数（CCF），和集群的平均功率和莱斯因子的变化在阵列推导。最后，仿真结果和分析，表明抛物线波前和集群软进化是很好的候选人建模重要的大规模MIMO信道特性。
2016-11-02 cs.IT math.IT
Exploiting Movable Antennas for Multi-Target Wireless Sensing System in Multipath Environments
College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University（浙江大学信息与电子工程学院）；the Shenzhen Future Network of Intelligence Institute (FNii-Shenzhen)（深圳未来网络智能研究所）；the Guangdong Provincial Key Laboratory of Future Networks of Intelligence（广东省未来网络智能重点实验室）
研究多径环境中可移动天线无线传感系统的多目标检测问题，通过开发交叉稀疏马尔可夫混合先验推导目标位置后验概率，提出二维模糊函数分析角域传感性能，优化MA位置，算法低复杂度且性能与现有方法相当。
2026-07-28 cs.IT eess.SP math.IT
Massive MIMO with Multi-Antenna Users under Jointly Correlated Ricean Fading
研究了用户配置多天线时大规模多输入多输出（MIMO）系统的上行链路性能。为此，我们考虑一个广义的信道模型，占视线传播和空间相关的多径衰落。最重要的是，我们采用了Weichselberger相关模型，这已被证明可以减轻流行的克罗内克模型的不足之处。本文的主要贡献是一个严格的封闭形式的表达式，使用最大比合并和最小均方误差信道估计的上行链路频谱效率。我们的结果是一个非平凡的推广以前的结果与空间相关的信道大规模MIMO，从而使我们能够有合适的设计，为未来的大规模MIMO系统。数值模拟证实了我们的分析，并提供不同的传播条件如何影响系统性能的有用的见解。
2020-02-19 cs.IT cs.NI math.IT
Interference-Nulling Time-Reversal Beamforming for mm-Wave Massive MIMO in Multi-User Frequency-Selective Indoor Channels
毫米波（mm-wave）和大规模MIMO已经被提出用于下一代无线系统。然而，这些技术的实施存在许多公开的问题。特别地，波束成形在mm波系统中是必要的，以便对抗高传播损耗。然而，传统的波束控制在具有频率选择性衰落的富散射多径信道中并不总是合适的，例如在室内环境中发现的那些。在这种情况下，时间反演（TR）被认为是一种有前途的波束成形技术，这种毫米波大规模MIMO系统。在本文中，我们分析了一个基带TR波束成形系统的毫米波多用户大规模MIMO。我们验证，随着天线数量的增加，TR产生良好的均衡和干扰缓解性能，但用户间干扰（IUI）仍然是一个主要的损害。因此，我们提出了一种新的技术称为干扰零TR（INTR），以尽量减少IUI。我们数值评估INTR的性能，并将其与传统TR和均衡TR波束形成进行比较。我们使用60 GHz MIMO信道模型与空间相关的IEEE 802.11ad SISO NLoS模型的基础上。我们证明，INTR优于传统的TR方面的平均BER每用户和可实现的总和速率在不同的条件下，同时提供分集和复用增益。
2015-06-18 cs.IT math.IT
Beamspace Dimensionality Reduction for Massive MU-MIMO: Geometric Insights and Information-Theoretic Limits
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
本文提出了一种基于波束空间降维的线性LMMSE检测方法，通过几何分析和信息论基准验证，实现了在大规模MIMO中的高效干扰抑制。
2025-12-06 cs.IT eess.SP math.IT
FDD Massive MIMO Uplink and Downlink Channel Reciprocity Properties: Full or Partial Reciprocity?
FDD大规模MIMO通信系统面临的一个挑战是如何在基站处获得下行链路信道状态信息（CSI）。除了通过上行链路导频传输的传统码本反馈之外，可以通过上行链路信道估计和信道参数估计算法来利用一些信道互易特性。本文分析了上下行信道的互易特性。从理论上证明了FDD下行信道和上行信道的多径参数并不都是等价的。因此，所谓的完全互易性不成立，而部分互易性成立。最后，通过信道测量活动验证了理论分析的正确性.最后，为了支持部分互易性，还提出了对标准化5G信道模型的修改。通过本文的工作，可以为FDD大规模MIMO系统的传输方案设计指明方向。
2019-12-31 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning for Partial MIMO CSI Feedback by Exploiting Channel Temporal Correlation
为了在大规模MIMO系统中实现高频谱和能量效率，需要精确估计DL CSI。先前的工作已经在FDD系统内开发了基于学习的CSI反馈框架，用于有效的CSI编码和恢复，具有已证明的益处。然而，用于接收终端的CSI估计的下行链路导频可能占用大量天线的过多数量的资源元素，并损害频谱效率。为了克服这个问题，我们提出了一种新的基于学习的反馈架构，通过利用CSI时间相关性对交织非重叠天线子阵列的部分CSI反馈进行有效编码。为了便于编码，我们进一步设计了一个IFFT方法来解耦天线子阵列的部分CSI，并保持部分CSI的稀疏性。我们的研究结果表明，在室内/室外的情况下，所提出的模型CSI恢复在显着降低计算能力和存储需求的优越性能。
2022-01-08 cs.IT eess.SP math.IT
Pilot Contamination for Wideband Massive MMO: Number of cells Vs Multipath
针对多小区宽带大规模多输入多输出（MIMO）系统，提出了一种新的联合信道估计和波束形成方法。利用所提出的信道估计和波束成形方法，我们确定了可以利用相同的时间和频率资源同时减轻导频污染的影响的小区的数量$N_c$。该方法利用了宽带信道的多径特性。具体地，当信道具有最大的$L$多径抽头\textcolor{red}{it is shown that $N_c\leq L$ cells can estimate the channels of their user equipments (UEs) and perform beamforming while mitigating the effect of pilot contamination.}时，在具有延迟扩展$T_d=4.69μ$秒和信道带宽$B=2.5$ MHz的典型长期演进（LTE）信道环境中，我们发现$L=18$小区可以使用该频带。实际上，对于特定环境和载波频率，$T_d$是恒定的，因此$L$随着带宽增加而增加。所有的解析表达式已被验证，并使用广泛的数值模拟相关和不相关的信道所提出的设计比现有的优越性证明。所提出的信道估计和波束形成设计是线性的，易于实现。
2017-08-14 cs.IT math.IT math.OC
Structured Turbo Compressed Sensing for Downlink Massive MIMO-OFDM Channel Estimation
压缩感知已经被用于减少无线通信系统中的信道估计的导频开销。特别地，结构化turbo压缩感知（STCS）提供了用于结构化稀疏信号恢复的通用框架，其具有降低的计算复杂性和存储要求。本文研究了频分复用（FDD）下行链路中大规模多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）信道估计问题。利用大规模MIMO-OFDM信道在角频域（AFD）和角时延域（ADD）的结构稀疏性，采用AFD和ADD概率模型表示信道，并在STCS框架下设计基于消息传递的信道估计器。利用结构稀疏性，提出了几种基于空时编码的MIMO-OFDM信道估计算法。我们表明，与其他现有的算法相比，所提出的算法具有更快的收敛速度，并在广泛的仿真设置下实现竞争力的错误性能。
2018-11-08 cs.IT math.IT
Joint CSI Estimation, Beamforming and Scheduling Design for Wideband Massive MIMO System
针对宽带大规模多输入多输出（MIMO）系统，提出了一种联合设计信道估计、波束形成和调度的新方法。与所提出的方法，我们首先量化的最大数量的用户设备（UE），可以发送导频可能是或可能不是正交的。具体地，当信道具有最大的$L$多径抽头，并且我们分配$\tilde{M}$子载波用于信道状态信息（CSI）估计时，在大规模MIMO机制中可以估计最大的$\tilde{M}$ UE CSI（与传统CSI估计方法相比是$L$倍）。然后，我们提出使用基于贪婪的调度来调度这些UE的子集，以利用所提出的联合波束成形和调度设计在每个子载波上发送它们的数据。我们采用众所周知的最大比合并器（MRC）波束成形方法在上行链路信道数据传输。所有的解析表达式通过数值结果进行了验证，所提出的设计优于传统的正交频分复用（OFDM）传输方法是证明使用大量的数值模拟在长期演进（LTE）信道环境中。所提出的信道估计和波束形成设计是线性的，易于实现。
2018-01-16 cs.IT math.IT
Massive MIMO with Multi-cell MMSE Processing: Exploiting All Pilots for Interference Suppression
针对大规模MIMO网络，提出了一种新的多小区MMSE算法，包括上行MMSE检测器和下行MMSE预编码器。主要的新颖性是，它利用所有可用的导频干扰抑制。具体来说，令$K$和$B$分别表示每个小区的用户数量和网络中的正交导频序列数量，其中$β= B/K$是导频重用因子。然后，我们的多小区MMSE方案利用所有的$B$信道方向，可以在每个基站本地估计，以积极地抑制小区内和小区间干扰。该方案考虑了导频和有效载荷的功率控制、信道估计误差和导频分配的任意性，具有较强的实用性和通用性。仿真结果表明，在单小区MMSE方案和多小区ZF上获得了显著的频谱效率（SE）增益，特别是对于大的$β$和/或$K$。此外，大规模的近似的上行链路和下行链路的信干噪比推导出，这是渐近紧的大系统的限制。该近似值易于计算，即使对于小的系统尺寸也非常精确。使用这些SINR近似，一个低复杂度的功率控制算法也提出了最大化的总和SE。
2015-05-26 cs.IT math.IT
Multiuser Media-based Modulation for Massive MIMO Systems
在本文中，我们考虑{ \em media-based modulation（MBM）}，一个有吸引力的调制方案，这是越来越多的研究关注，最近，大规模MIMO系统的上行链路。每个用户配备一个发射天线，其附近放置有多个射频（RF）反射镜（寄生元件）。基站（BS）配备有数十至数百个接收天线。多径信道上的具有$m_{rf}$ RF镜和$n_r$接收天线的MBM已经被示出为渐进地（作为$m_{rf}\rightarrow \infty$）实现$n_r$并行AWGN信道的容量。这表明MBM对于在通常在BS处采用大量接收天线的大规模MIMO系统中使用是有吸引力的。在本文中，我们研究了多用户MBM（MU-MBM）在大规模MIMO环境中的潜在性能优势。我们的结果表明，多用户MBM（MU-MBM）可以显着优于其他调制方案。例如，在使用常规调制的大规模MIMO系统中，在BS处使用500个接收天线实现的误码性能可以使用MU-MBM仅使用128个天线来实现。即使是多用户空间调制和相同大规模MIMO设置中的广义空间调制也需要200个以上的天线来实现相同的误比特性能。此外，认识到MU-MBM信号向量本质上是稀疏的，我们提出了一种有效的MU-MBM信号检测方案，该方案使用基于压缩感知的重建算法，如正交匹配追踪（OMP）、压缩采样匹配追踪（CoSaMP）和子空间追踪（SP）。
2016-11-01 cs.IT math.IT
TeraMIMO: A Channel Simulator for Wideband Ultra-Massive MIMO Terahertz Communications
随着太赫兹（THz）技术的最新进展，人们对THz通信在下一代无线系统中的关键作用达成了共识。针对催化太赫兹通信研究，我们提出了TeraMIMO，统计太赫兹信道的精确随机MATLAB模拟器。我们模拟超大规模的多输入多输出天线配置作为关键的基础设施，克服了太赫兹通信距离的限制。我们认为视线和多径组件，并提出频率和延迟域实现单载波和多载波的范例中的时不变和时变的情况。我们实现了详尽的分子吸收计算辐射传输理论的基础上替代亚太赫兹近似。我们进一步模型太赫兹特定的约束，包括宽带波束分裂效应，球面波传播，和失调衰落。我们验证TeraMIMO类比与测量为基础的信道模型在文献和遍历容量分析。我们介绍了一个图形化的用户界面和使用TeraMIMO太赫兹信道生成和分析的指南。
2021-10-24 cs.IT math.IT
Fast Iterative ELAA-MIMO Detection Exploiting Static Channel Components
本文针对ELAA-MIMO检测，利用视距路径和信道硬化产生的确定性非视距分量等静态信道信息，提出预条件矩阵和拟牛顿初始化两种加速方法，在强LoS高Rician K因子条件下显著加快迭代检测收敛并保持低复杂度。
2024-08-22 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Hybrid Beamforming for Massive MIMO Systems in Frequency-Selective Channels
频率选择性信道的混合波束成形是一个具有挑战性的问题，因为移相器向所有子载波提供相同的相移。现有的方法仅仅依赖于信道的频率响应，并且混合波束形成器在整个频带上最大化平均频谱效率。与最先进的技术相比，我们表明，通过联合利用大规模多输入多输出（MIMO）信道的频域和时域特性，可以实现大量的和速率增益，无论是对于丰富的和稀疏的散射信道。在我们提出的方法中，射频（RF）波束形成器在时域中相干地组合接收到的符号，因此，它将信号的功率集中在特定的时间样本上。结果，RF波束形成器消除了“有效”传输信道的频率响应，并减小了其均方根延迟扩展。然后，基带组合器减轻频域中的残余干扰。利用大规模MIMO信道的良好传播条件，我们给出了所提出的波束形成器及其性能的闭式表达式，并证明了当所采用的移相器网络的数量是时域中可分辨多径分量的两倍时，我们所提出的方案可以实现全数字迫零的性能。
2019-03-12 cs.IT math.IT
Fluid Antenna-Assisted MIMO Transmission Exploiting Statistical CSI
针对流体天线辅助MIMO系统中瞬时CSI获取困难的问题，本文利用统计CSI提出了一个速率最大化准则下的发送预编码与收发FA位置设计算法框架，显著提升了系统的速率性能。
2023-12-13 cs.IT eess.SP math.IT
Fingerprinting-Based Positioning in Distributed Massive MIMO Systems
Linköping University（林雪平大学）
无线网络中的位置感知可以实现许多应用，例如紧急服务、自动驾驶和地理路由。虽然有许多可用的定位技术，但它们都不适合与代表领先的5G技术候选者的大规模多输入多输出（MIMO）系统一起工作。在本文中，我们讨论了可能的解决方案，用于定位的移动台使用的信号在基站的矢量，配备了许多天线分布在部署区域。我们的主要建议是使用指纹技术的基础上收到的信号强度的矢量。与标准的基于距离和基于角度的技术相比，这种方法能够在高度杂波的多径环境中工作，并且仅需要一个基站。我们还提供了一个基于高斯过程回归的指纹定位解决方案，并讨论了主要的应用和挑战。
2015-09-01 cs.IT cs.LG math.IT
Channel Estimation for mmWave Massive MIMO Based Access and Backhaul in Ultra-Dense Network
用于超密集网络（UDN）中的接入和回程的毫米波（mmWave）大规模MIMO已被认为是有前途的5G技术。我们考虑这样一个异构网络（HetNet），超密集的小型基站（BS）利用毫米波大规模MIMO的接入和回程，而宏小区BS提供控制服务与低频段。然而，毫米波大规模MIMO的信道估计可能是具有挑战性的，因为在毫米波大规模MIMO中获取与大量天线相关联的信道的导频开销可能非常高。本文提出了一种基于结构化压缩感知（SCS）的信道估计方案，利用毫米波信道的角度稀疏性来减少所需的导频开销。具体而言，由于非视距路径的路径损耗远大于视距路径的路径损耗，因此毫米波海量信道在角域中呈现出明显的稀疏性。通过利用这种稀疏性，所需的导频开销仅取决于少量的主导多径。此外，系统带宽内的稀疏性几乎不变，这可以被利用为进一步提高性能。仿真结果表明，所提出的方案优于其对应的，它可以接近性能界。
2016-04-23 cs.IT math.IT
Optimal Transmit Signal Design for Multi-Target MIMO Sensing Exploiting Prior Information
针对角度未知随机但概率先验已知的多目标MIMO雷达感知场景，该研究建立基于PCRB的性能分析框架，提出低复杂度比率和迭代算法优化发射协方差矩阵，性能优于基准方案。
2024-09-13 cs.IT eess.SP math.IT
RIS-Assisted Massive MIMO with Multi-Specular Spatially Correlated Fading
可重新配置的智能表面（RIS）作为5G技术之外的潜力引起了人们的极大关注。这些表面由许多超材料的无源元件组成，这些超材料的阻抗可以控制，以改变撞击它们的无线信号的相位、幅度或其他特性。当信道具有大量多径分量时，信道估计是控制大RIS的关键任务。在本文中，我们提出了一种新的信道估计方案，利用空间相关特性在大规模多输入多输出（MIMO）基站和平面RISs，和其他统计特性的多镜面衰落在移动环境中。此外，一种新的启发式的相移选择在RISs开发，灵感来自信号处理方法，在传统的大规模MIMO是有效的。仿真结果表明，与传统的单小区大规模MIMO系统相比，所提出的上行链路RIS辅助框架大大提高了小区边缘移动用户的频谱效率。
2021-09-08 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Radar Transmit Signal Optimization for Target Localization Exploiting Prior Information
本文针对MIMO雷达目标定位，利用先验信息推导PCRB上界，优化发射信号（秩一协方差矩阵）以最小化该上界，显著提升估计性能。
2023-05-15 cs.IT eess.SP math.IT
On the Outage Capacity of Correlated Multiple-Path MIMO Channels
多天线阵列在发射和接收中的使用已经被证明显著地增加了无线通信系统的吞吐量。因此，人们对表征现实相关信道的互信息的遍历平均值产生了相当大的兴趣。在这里，提出了一种方法，提供了解析表达式，不仅为平均值，但也较高的累积矩的分布的互信息的零均值高斯（多输入多输出）MIMO信道与最一般的多径协方差矩阵时，在接收机的信道是已知的。这些信道包括多抽头延迟路径，以及具有不能被写为克罗内克积的协方差矩阵的一般信道，诸如在发射机和接收机端具有一般相关性的双极化天线阵列。的数学方法是正式有效的大天线数量，在该限制中，它示出了所有较高的累积矩的分布，比前两个规模为零。因此，确认了互信息的分布趋向于高斯分布，这使得能够计算中断容量。这些结果是相当准确的，即使在几个天线的情况下，这使得这种方法适用于现实情况。
2005-09-28 cs.IT math.IT
MIMO Integrated Sensing and Communication Exploiting Prior Information
本研究针对利用位置先验分布信息的MIMO ISAC系统，以PCRB为感知性能度量推导其上界与理论性质，优化发射协方差矩阵并提出低复杂度次优解，数值结果验证了设计的有效性。
2023-12-20 cs.IT eess.SP math.IT
