Environment Reconstruction in Terahertz Monostatic Sensing: Joint Millimeter-level Geometry Mapping and Material Identification
本文提出一种计算高效的太赫兹环境重建框架，结合CCA辅助的多径估计与滑动窗口细化策略，在290-310 GHz频段实现了毫米级几何映射与可靠材质识别，显著提升了THz ISAC系统的环境感知能力。
2025-08-14 eess.SP
Beam-Based Multiple Access for IRS-Aided Millimeter-Wave and Terahertz Communications
本文提出一种基于波束的IRS辅助毫米波与太赫兹通信多址接入策略，利用混合数模阵列的多个子阵列形成独立波束以消除用户间干扰，结合正交与非正交多址优势，经仿真验证大幅提升了系统容量。
2024-01-02 cs.IT eess.SP math.IT
Initial Access for Millimeter-Wave and Terahertz Communications with Hybrid Beamforming
为了在第六代（6G）移动系统中实现每秒太比特（Tbps）的数据率，无线通信需要利用毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频带中的丰富频谱。然而，高频传输严重依赖于高波束成形增益来补偿严重的传播损耗。基于波束的系统在初始接入过程中面临障碍，其中基站必须向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。因此，本文提出了一种新的全向广播方案的毫米波和太赫兹系统与混合波束形成。它通过在子阵列上形成互补波束，在所有方向上提供瞬时相等的增益。数值结果表明，该方案可以实现全方位覆盖，其性能明显优于已有方案。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Waveform Design for Joint Sensing and Communications in Millimeter-Wave and Low Terahertz Bands
毫米波（mmWave）和低太赫兹（THz）频带中的感测和通信的融合已经被设想为有前途的技术，因为它通过共享频率和硬件资源两者以频谱和成本有效的方式结合了数百Gbps的高速率数据传输和毫米级雷达感测。然而，由于传播信道和射频（RF）前端的特殊性，联合雷达传感和通信（JRC）系统在毫米波和低THz尺度上面临着相当大的挑战。为此，本文研究了毫米波和低太赫兹波段超宽带JRC系统的波形设计。首先，考虑基于共存概念的JRC设计，其中两个函数都以时域双工（TDD）方式工作，提出了一种新的多子带准完美（MS-QP）序列用于目标感知，该序列由不同子带上的多个完美序列组成，实现了精确的目标测距和速度估计，同时仅需要用于序列检测的成本有效的低速率模数转换器（A/D）。此外，设计了每个完美子序列的根索引，以消除强多普勒频移对雷达感知的影响。最后，通过对MS-QP序列进行时域扩展，在每个子带上产生空频点，用于数据传输，从而构造数据嵌入MS-QP（DE-MS-QP）波形。与TDD方式下基于共存的JRC系统不同，所提出的DE-MS-QP波形能够同时实现无干扰的感测和通信，同时继承了MS-QP序列的所有优点。数值结果验证了所提出的波形的通信和传感性能，硬件成本以及灵活的资源分配之间的双重功能的优越性。
2022-12-26 eess.SP
Initial Beamforming for Millimeter-Wave and Terahertz Communications in 6G Mobile Systems
为了满足太比特每秒的最高数据率的需求，下一代移动通信系统需要充分利用毫米波和太赫兹波段丰富的频谱资源。然而，高频传输严重依赖于大规模天线阵列来获得高波束成形增益，用于补偿严重的传播损耗。它提出了在初始接入阶段期间的全向波束成形的问题，其中基站需要向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。本文提出了一种新的初始波束形成方案，该方案通过形成一对互补波束在各个方向上提供相等的瞬时增益。数值结果表明，该方法可以实现全向覆盖，其性能明显优于随机波束形成方法。它适用于任何形式的大规模阵列，以及所有三种架构，即，数字、模拟和混合波束形成。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
3-D Statistical Indoor Channel Model for Millimeter-Wave and Sub-Terahertz Bands
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）将用于第六代（6 G）无线系统，特别是用于室内场景。本文提出了一种针对毫米波和亚太赫兹频率的室内三维（3-D）统计信道模型，该模型是根据2014年和2019年在28 GHz和140 GHz的办公楼中进行的广泛信道传播测量开发的。记录了超过15，000个功率延迟曲线（PDP），以研究信道统计数据，例如时间簇的数量、簇延迟和簇功率。信道生成过程中所需的所有参数都来自28 GHz和140 GHz视距（LOS）和非视距（NLOS）场景的经验测量数据。信道模型的验证表明，模拟的均方根（RMS）延迟扩展和RMS角扩展产生良好的协议与测量值。在NYUSIM室外信道模拟器的基础上，开发了一个室内信道模拟软件，该软件可以生成真实的信道冲激响应、PDP和功率角谱。
2020-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Spectrum Wireless Communications for 6G and Beyond: From Microwave, Millimeter-Wave, Terahertz to Lightwave
本文提出全频谱无线通信（FSWC）概念，利用从微波到光波的整个电磁频谱资源，为6G提供充足带宽并开创新范式，并探讨太赫兹与光波段的机遇和挑战。
2023-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Efficient Channel Estimation for Millimeter Wave and Terahertz Systems Enabled by Integrated Super-resolution Sensing and Communication
针对毫米波与太赫兹系统，提出基于集成超分辨率感知与通信（ISSAC）的高效信道估计方案，利用MUSIC算法无导频估计多径角度，仅需少量导频估计系数，显著降低开销与成本并提升性能。
2024-07-30 eess.SP
Exploiting Simultaneous Low-Rank and Sparsity in Delay-Angular Domain for Millimeter-Wave/Terahertz Wideband Massive Access
采用大规模天线阵列的毫米波（mmW）/太赫兹（THz）宽带通信是用于实现大规模机器类型通信（mMTC）的第六代（6 G）无线网络的有前景的技术。为了减少接入时延和信令开销，设计了一种基于联合主动设备检测和信道估计（JADCE）的mmW/THz宽带大规模接入免授权随机接入方案。特别地，利用毫米波/太赫兹信道在延迟角域中同时具有稀疏和低秩结构的特点，通过应用复秩$L$矩阵与簇数$L$乘积的商几何，提出了两种多秩感知的JADCE算法.它被证明，所提出的算法需要更少的测量比目前已知的传统的同时稀疏和低秩恢复算法的测量上的界限。统计分析还表明，所提出的算法可以线性收敛到地面真理与低计算复杂性。最后，大量的仿真结果证实了所提出的算法在活动检测和信道估计的准确性方面的优越性。
2021-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
User Association and Multi-connectivity Strategies in Joint Terahertz and Millimeter Wave 6G Systems
太赫兹（THz）无线接入被认为是第六代（6 G）蜂窝系统的下一步。通过利用比5G毫米波（mmWave）新无线电（NR）更高的频段，它们将在极端带宽上运行，在接入接口处提供前所未有的速率。然而，通过依赖于毫米波宽波束，这些系统不仅将继承毫米波传播挑战，例如阻塞现象，而且还将引入它们自己的与用户设备（UE）的微移动性相关联的问题。在本文中，我们分析和比较联合6 G THz/毫米波部署的用户关联方案和多连接策略。随后，从随机几何研究，我们开发了一个统一的分析易处理的框架，同时考虑到太赫兹和毫米波无线电部分设计的细节和毫米波和太赫兹基站（BS）的流量服务细节。我们的结果表明：（i）对于可忽略的阻断剂密度，$λ_B\leq{}0.1$ bl./对于$m^2$，运营商需要通过接受在阻塞的情况下经历中断的会话来扩大THz BS的覆盖范围（ii）对于$λ_B>0.1$ bl./（iii）THz/毫米波多连接性根据系统参数通过$m^2$提高了正在进行的会话丢失概率。
2022-06-07 cs.NI eess.SP
Indoor Wireless Channel Properties at Millimeter Wave and Sub-Terahertz Frequencies
本文提供了室内反射，散射，传输和大规模的路径损耗测量和模型，其中描述了在毫米波和太赫兹频率的主要传播机制。在28，73，和140 GHz的使用宽带滑动相关的可旋转窄波束喇叭天线的信道探测器系统，为常见的建筑材料（干墙和透明玻璃）的信道特性进行了仔细研究。反射系数被示出为随着入射角的增加而线性增加，并且较低的反射损耗（例如，更强的反射）随着频率对于给定入射角的增加而被观察到。虽然来自干墙的反向散射存在于28、73和140 GHz处，但光滑表面（如干墙）被示出为被建模为简单的反射表面，因为在所测量的频率和角度范围内，散射功率比反射功率低20 dB或更多。分区损失倾向于随频率增加，但损失量取决于材料。透明玻璃和干墙都显示出诱导去极化效应，随着频率的增加，这种去极化效应变得更加突出。室内传播测量和大规模的室内路径损耗模型，在140 GHz的提供，揭示了类似的路径损耗指数和阴影衰落在28和73 GHz的观察。本文中的测量和模型可用于未来的无线系统设计和建筑物内的其他应用，频率超过100 GHz。
2019-12-03 cs.NI eess.SP
Double-Side Delay Alignment Modulation for Multi-User Millimeter Wave and TeraHertz Communications
本文研究多用户毫米波与太赫兹通信中的双侧时延对齐调制，揭示其时延补偿约束，证明天线足够多时单侧 DAM 更优，并提出两种低复杂度波束成形策略，相比 OFDM 提升频谱效率和降低峰均功率比。
2024-10-22 eess.SP
THz ISAC: A Physical-Layer Perspective of Terahertz Integrated Sensing and Communication
太赫兹（0.1-10 THz）波段具有巨大的潜力，由于其超宽的带宽，可以支持前所未有的数据速率和毫米级的精确传感。太赫兹通感一体化（ISAC）被视为在6 G及更高系统中实现互联智能的改变游戏规则的技术。本文阐述了THz信道和收发器方面的挑战以及ISAC面临的困难。受这些挑战的激励，THz ISAC信道在信道类型，测量和模型方面进行了研究。此外，四个关键的信号处理技术，以释放THz ISAC的全部潜力进行了研究，即波形设计，接收机处理，窄波束管理，和本地化。定量研究证明了最先进的信号处理方法的优点和性能。最后，开放的问题和潜在的解决方案进行了讨论。
2023-01-19 eess.SP
Sensing Integrated DFT-Spread OFDM Waveform and Deep Learning-powered Receiver Design for Terahertz Integrated Sensing and Communication Systems
太赫兹（THz）通信由于其超宽带的特性被认为是下一代无线通信系统的关键技术。THz通感一体化（ISAC）系统的发展，使其能够实现前所未有的数据传输速率和毫米级的精确传感。然而，THz ISAC在波形和接收机设计上遇到了严格的挑战，以充分利用THz信道和收发器的特性。本文提出了一种用于THz ISAC的传感集成离散傅里叶变换扩展正交频分复用（SI-DFT-s-OFDM）系统，该系统具有比OFDM更低的峰均功率比，并能适应THz信道灵活的时延扩展。在不影响通信能力的前提下，提出的SI-DFT-s-OFDM实现了毫米级的距离估计和分米每秒级的速度估计精度。此外，与OFDM相比，在$10^{-3}$ BER水平下，误比特率性能提高了5 dB增益。在接收器端，开发了一种具有两个神经网络的基于深度学习的ISAC接收器，以恢复传输的数据并估计目标距离和速度，同时减轻THz系统的缺陷和非线性。大量的仿真结果表明，所提出的深度学习方法可以实现通信和感知的相互增强的性能，并且对多普勒效应，相位噪声和多目标估计具有鲁棒性。
2022-11-29 eess.SP
Network Massive MIMO Transmission Over Millimeter-Wave and Terahertz Bands: Mobility Enhancement and Blockage Mitigation
移动性和阻塞是毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频段上的无线传输中的两个关键挑战。在本文中，我们研究了移动性和阻塞的存在下，网络的大规模多输入多输出（MIMO）传输毫米波/太赫兹下行链路。考虑到毫米波/太赫兹波的传播特性，我们首先提出将每个波束同步应用于网络大规模多输入多输出，以减轻信道多普勒和延迟色散效应。因此，我们建立了一个传输模型。然后，我们研究网络大规模多输入多输出下行链路传输策略，只有统计信道状态信息（CSI）在基站（BS），制定的策略设计问题作为一个优化问题，以最大限度地提高网络总速率。我们表明，波束域是有利的执行传输，并证明BS可以单独工作时，发送信号到用户终端。基于这些见解，网络大规模多输入多输出预编码设计被简化为关于波束域功率分配的网络和速率最大化问题。利用序贯优化方法和随机矩阵理论，进一步提出了一种保证收敛性能的波束域功率分配迭代算法。数值结果表明，所提出的基于统计CSI的网络大规模多输入多输出传输方法可以有效地缓解阻塞效应，并在毫米波和太赫兹频段上提供移动性增强。
2020-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
DFT-Spread Orthogonal Time Frequency Space System with Superimposed Pilots for Terahertz Integrated Sensing and Communication
太赫兹（THz）通感一体化（ISAC）技术是一种能够同时实现太比特每秒（Tbps）传输和毫米级精确环境或人类活动传感的交叉学科技术。然而，无论是通信性能和传感精度的影响，多普勒效应，这是特别严重的太赫兹波段。此外，峰均功率比（PAPR）降低了太赫兹功率放大器（PA）的效率。提出了一种基于离散傅里叶变换扩频正交时频空间（DFT-s-OTFS）的THz ISAC系统，该系统采用叠加导频技术，提高了系统对多普勒效应的鲁棒性，降低了系统的峰均比。然后，开发了两阶段感测参数估计算法以将感测功能集成到DFT-s-OTFS波形中。同时，提出了一种低复杂度的迭代信道估计和基于共轭梯度均衡器的数据检测方法来恢复DFT-s-OTFS的数据符号。与OTFS相比，所提出的DFT-s-OTFS波形可以将PA效率平均提高10%。仿真结果表明，所提出的THz DFT-s-OTFS系统两阶段感知估计算法能够实现毫米级的距离估计精度和分米/秒级的速度估计精度。仿真结果表明，在DFT-s-OTFS系统中，叠加导频辅助的迭代数据检测方法是有效的，且误比特率性能不会因多普勒效应而降低。
2023-02-25 eess.SP
Near-Field Low-WISL Unimodular Waveform Design for Terahertz Automotive Radar
传统的感测应用依赖于具有平面波传播的电磁远场信道模型。然而，最近在上毫米波或低太赫兹（THz）频率下的超短程汽车雷达应用设想在近场区域中操作，其中波前是球形的。与远场不同，近场波束图取决于范围和角度，因此需要不同的波形设计方法。在文献中，我们第一次采用波束匹配的方法来设计单模波形的太赫兹汽车雷达与低加权综合旁瓣电平（WISL）。我们制定这个问题作为一个么模双二次矩阵规划，并解决其组成的二次子问题，使用我们的循环幂法迭代（CyPMLI）算法。数值实验表明，CyPMLI的方法产生所需的波束与低自相关水平。
2023-03-08 eess.SP
Reinforcement Learning of Beam Codebooks in Millimeter Wave and Terahertz MIMO Systems
毫米波（mmWave）和太赫兹MIMO系统依赖于预定义的波束成形码本来进行初始接入和数据传输。然而，由于是预定义的，这些码本通常没有针对特定环境、用户分布和/或可能的硬件损伤进行优化。这导致具有高波束训练开销的大码本大小，这增加了初始接入/跟踪延迟，并且使得这些系统难以支持高度移动的应用。为了克服这些限制，本文开发了一种深度强化学习框架，该框架学习如何仅依赖于接收功率测量而不需要任何显式信道知识来迭代优化码本波束图案（形状）。开发的模型学习如何自主调整波束模式，以最好地匹配周围环境，用户分布，硬件损伤和阵列几何形状。此外，该方法不需要关于信道、阵列几何形状、RF硬件或用户位置的任何知识。为了减少学习时间，所提出的模型设计了一种新的Wolpertinger变量架构，能够有效地搜索一个最优的政策，在一个大的离散动作空间，这是重要的大型天线阵列与量化移相器。这种复值神经网络架构设计考虑了实际RF硬件约束，例如恒模和量化移相器约束。基于公开可用的DeepMIMO数据集的仿真结果证实了所开发的框架能够在不需要任何信道知识的情况下学习视线（LOS）和非LOS场景以及具有硬件损伤的阵列的接近最佳波束模式。
2021-02-22 cs.IT eess.SP math.IT
Super-resolution ranging using a sub-terahertz self-injection-locked frequency-modulated radar
University of Washington（华盛顿大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Zadar Labs（扎达尔实验室）；King Abdulaziz City for Science and Technology（阿卜杜勒阿齐兹国王科学与技术城）；STMicroelectronics（意法半导体）
该研究提出采用自注入锁定机制的亚太赫兹全集成自混频调频雷达，克服电子FMCW雷达带宽与相位噪声问题，实现亚毫米级测距分辨率及<0.002%的距离精度，可用于带微米特征的覆盖印刷字母成像。
2026-08-19 eess.SP
Channel Modeling and Performance Analysis of Airplane-Satellite Terahertz Band Communications
飞机上的无线连接变得越来越重要，需求和普遍。飞行中互联网的最大瓶颈之一是飞机在大部分飞行时间内远离卫星和地面基站。因此，在这种长距离链路上保持与飞机的可靠且高速率的无线连接成为一个挑战。微波频率允许长的链路距离，但缺乏数据速率来服务多达数百个潜在的机载客户。因此，毫米波频谱中的较高频带（30 GHz-300 GHz）已被用于克服带宽限制。尽管如此，最先进的毫米波系统的每用户吞吐量比地面无线网络的每用户吞吐量低一个数量级。在本文中，我们采取了进一步的研究太赫兹波段（THz，0.3 THz-10 THz）的信道特性，以映射该波段的航空的可行性。首先，我们提出了一个详细的信道模型，考虑到非平坦地球的几何形状和频率选择性太赫兹信道的主要特点，空中太赫兹通信。然后，我们应用该模型来估计在不同条件下的空中太赫兹链路的特性。我们最终确定的高度，使用飞机到卫星的太赫兹连接变得更可取的飞机到地面的太赫兹链路。我们的研究结果表明，机载太赫兹链路的容量可达120 Gbit/s，从而使蜂窝等效的数据速率，乘客和工作人员在整个飞行。
2020-09-29 eess.SP
Hybrid Beamforming with Orthogonal delay-Doppler Division Multiplexing Modulation for Terahertz Sensing and Communication
本文针对太赫兹感知与通信，提出采用正交时延-多普勒复用调制的混合波束成形，通过感知合并器设计最小化CRLB并优化预编码器，实现高精度感知与最大频谱效率，且通信与感知优化可解耦。
2025-02-25 eess.SP
Design of Millimeter-Wave Single-Shot Beam Training for True-Time-Delay Array
波束训练是毫米波和亚太赫兹通信中最重要和最具挑战性的任务之一。当使用具有窄波束的大天线阵列时，需要新颖的收发器架构和信号处理技术来避免过高的训练开销。在这项工作中，我们利用最近的发展，在宽范围的真实时间延迟（TTD）模拟阵列和频率相关的探测波束，以加速波束训练。我们提出了一种算法，实现高精度的到达角估计与一个单一的训练符号。此外，TTD前端损伤对波束训练精度的影响进行了研究，包括增益，相位和延迟误差的影响。最后，对模拟延迟抽头的分辨率和范围的损伤和所需规格的研究被用于提供能量有效的TTD阵列的设计见解，其采用基于离散时间采样的TTD元件的新架构。
2020-05-04 eess.SP
Beam Training and Alignment for RIS-Assisted Millimeter Wave Systems:State of the Art and Beyond
可重构智能表面（RIS）是近年来出现的一种新型蜂窝网络。具体而言，由于其在重塑传播环境方面的能力，RIS被引入以解决毫米波（mmWave）甚至太赫兹（THz）通信中的阻塞问题。然而，RIS的部署使系统架构复杂化，并对波束训练（BT）/波束对准（BA）提出了重大挑战，这是在发射机和接收机之间建立可靠链路所需的过程。在本文中，我们首先回顾了几种用于RIS辅助毫米波系统的最先进的波束训练解决方案，并讨论了它们各自的优点和局限性。我们还提出了一种新的多方向BT方法，它可以实现一个体面的BA性能，只有少量的训练开销。最后，我们概述了几个重要的开放性问题，在英国电信的RIS辅助毫米波系统。
2022-03-25 eess.SP
Time-Frequency-Space Transmit Design and Receiver Processing with Dynamic Subarray for Terahertz Integrated Sensing and Communication
本文研究太赫兹通信感知一体化的时频空发射设计与接收机处理，提出基于动态子阵列架构的混合预编码算法与参数估计算法，实现了百分级角度与毫米级距离估计精度，并开发干扰处理算法提升感知能力。
2024-03-26 cs.IT eess.SP math.IT
A Tutorial on Terahertz-Band Localization for 6G Communication Systems
太赫兹（THz）通信被誉为未来第六代（6 G）无线通信系统及以后的融合定位和传感的关键推动者。6 G中的定位不是通信系统的副产品，而是位置感知通信所不可或缺的。为此，我们的目标是确定太赫兹本地化技术的前景，挑战和要求。我们首先回顾了本地化方法的历史和趋势，并讨论了它们的目标，限制和应用在当代通信系统。然后，我们详细介绍了太赫兹通信的最新进展，并介绍了太赫兹特定的信道和系统模型。之后，我们制定了太赫兹波段定位作为一个三维位置/方向估计问题，详细介绍了基于几何的定位技术，并描述了潜在的太赫兹定位和传感扩展。我们进一步制定了太赫兹定位系统的离线设计和在线优化，提供了数值模拟结果，并总结了经验教训和未来的研究方向。初步结果表明，在相同的发射功率和阵列足迹，太赫兹定位优于毫米波的定位。换句话说，在太赫兹波段可以以更少的发射功率或更小的占用空间实现相同水平的定位性能。
2022-11-15 eess.SP
Hybrid Spherical- and Planar-Wave Channel Modeling and DCNN-powered Estimation for Terahertz Ultra-massive MIMO Systems
太赫兹频段被设想为满足6G无线通信要求的100 Gbps数据率。为了以低硬件成本克服距离限制问题，采用混合波束形成的超大规模MIMO具有很好的应用前景。然而，波长、阵列尺寸和天线间距之间的关系导致了平面波信道模型（PWM）的不准确性，而增大信道矩阵维数则导致应用球面波信道模型（SWM）时参数过多。此外，由于采用混合波束形成，信道估计（CE）需要从严重压缩的信道观测中恢复高维信道。本文研究了一种球面波和平面波混合信道模型（HSPM），通过子阵内采用PWM，子阵间采用SWM，证明了HSPM的准确性和有效性。此外，一个两相HSPM CE机制的发展。在第一阶段设计了一个深度卷积神经网络（DCNN）对参考子阵进行参数估计，而在第二阶段利用参考子阵之间剩余信道参数的几何关系完成CE。大量的数值计算结果表明，HSPM在不同的通信距离、阵列尺寸和载波频率下都是准确的，DCNN收敛速度快，精度高，归一化均方误差比文献方法提高了5.2dB，并且具有很低的复杂度。
2021-06-10 cs.IT eess.SP math.IT
Cross Far- and Near-Field Beam Management Technologies in Millimeter-Wave and Terahertz MIMO Systems
本文综述了毫米波与太赫兹MIMO系统中的跨远场和近场波束管理技术，按方法分类探讨了不同传播机制下的操作差异与设计权衡，并指出了未来的开放性挑战。
2025-04-26 cs.IT eess.SP math.IT
Online Beam Learning with Interference Nulling for Millimeter Wave MIMO Systems
采用大型天线阵列是毫米波（mmWave）和太赫兹通信系统的关键特性。由于硬件的限制和缺乏信道知识，通常采用基于码本的波束形成/合并来实现期望的阵列增益。然而，大多数现有的码本只关注提高其目标用户的增益，而没有考虑干扰。这可能导致密集网络中的关键性能下降。在本文中，我们提出了一种基于样本高效在线强化学习的波束方向图设计算法，该算法学习如何对波束方向图进行整形以消除干扰方向。所提出的方法不需要任何显式的信道知识或任何协调的干扰。仿真结果表明，所开发的解决方案是能够学习形状良好的波束图案，显着抑制干扰，同时牺牲可容忍的波束成形/梳增益从所需的用户。此外，基于毫米波相控阵的硬件概念验证原型被构建并用于在现实场景中实施和评估所开发的在线波束学习解决方案。在消声室中测量的学习波束图案显示了所开发框架的性能增益，并突出了毫米波和太赫兹系统的基于机器学习的波束/码本优化方向。
2022-09-09 cs.IT eess.SP math.IT
Sub-Terahertz and mmWave Penetration Loss Measurements for Indoor Environments
与较低的频段相比，毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频谱可以支持显著更高的数据速率，因此正在积极考虑用于5G无线网络和更高的无线网络。这些频带由于其较短的波长而在视线（LOS）传播中具有高的自由空间路径损耗（FSPL）。此外，在非视距（NLOS）场景中，这两个频带比低频段遭受更高的穿透损耗，这可能严重影响网络覆盖。因此，研究毫米波和太赫兹波段不同建筑材料引入的NLOS穿透损耗至关重要，有助于建立链路预算，以便在室内环境中进行准确的性能分析。在这项工作中，我们测量了几种常见的结构材料在毫米波（28和39 GHz）和亚太赫兹（120和144 GHz）频段的穿透损耗和衰减。测量是使用基于NI PXI平台的通道测深仪进行的。结果表明，穿透损耗的变化范围广泛的频率和材料特性的基础上，从0.401 dB的天花板瓷砖在28 GHz的胶合板在144 GHz的16.608 dB。天花板瓷砖在28 GHz下具有最低的测量衰减，而透明玻璃在144 GHz下具有最高的衰减27.633 dB/cm。正如预期的那样，所有测试材料的穿透损耗和衰减随频率增加而增加。
2021-03-03 eess.SP
Machine Learning Prediction for Phase-less Millimeter-Wave Beam Tracking
未来的无线网络可以在毫米波（mmW）和亚太赫兹（sub-THz）频率下操作以实现高数据速率要求。虽然大型天线阵列对于mmW和亚THz波段的可靠通信至关重要，但这些天线阵列还要求移动设备采用高效且可扩展的初始波束对准和链路维护算法。低功率相控阵架构和无相功率测量由于高频振荡器相位噪声提出了额外的挑战，实际波束跟踪算法。传统的波束跟踪协议需要对所有可能的波束方向进行详尽的扫描，并且在高移动性和大阵列的情况下缩放性差。已经提出了压缩感知和机器学习设计来改善测量随阵列大小的缩放，但是通常分别在硬件损害或需要原始样本的情况下降级。在这项工作中，我们介绍了一种新的长短期记忆（LSTM）网络辅助波束跟踪和预测算法，仅利用来自固定压缩码本的无相位测量。我们展示了与最先进的无相位光束对准算法相当的光束对准精度，同时随着时间的推移减少了所需测量的平均数量。
2022-06-06 eess.SP
Joint Communication and Radar Sensing for Terahertz Space-Air-Ground Integrated Networks (SAGIN)
针对SAGIN动态非地面环境，系统研究太赫兹JCRS技术，涵盖传播信道、链路容量比较、波形设计与组网策略，并综述器件进展，以支撑高速通信与精确感知的集成。
2025-02-25 eess.SP
Multi-Frequency Channel Modeling for Millimeter Wave and THz Wireless Communication via Generative Adversarial Networks
现代蜂窝系统越来越多地依赖于在多个不连续频带中的同时通信，以实现宏分集和增加的带宽。多频通信在毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频率中尤其重要，因为这些频带通常与较低频率耦合以实现鲁棒性。这些系统的评估需要统计模型，可以捕捉跨多个频率的信道路径的联合分布。本文提出了一种基于神经网络的多频双向统计信道模型训练方法。在所提出的方法中，每个被描述为一个多集群集，生成对抗网络（GAN）被训练来生成随机多集群配置文件，其中生成的集群数据包括集群的角度和延迟以及不同频率下的随机接收功率、角度和延迟扩展的向量。该模型可方便地应用于多频链路或网络层仿真。该方法被证明在28和140 GHz的训练从广泛的射线跟踪数据的城市微蜂窝链路建模。该方法使最小的统计假设和实验表明，该模型可以捕捉有趣的频率之间的统计关系。
2022-12-22 eess.SP
Compressed Training for Dual-Wideband Time-Varying Sub-Terahertz Massive MIMO
6 G运营商可以使用毫米波（mmWave）和亚太赫兹（sub-THz）频带来满足对无线接入的不断增长的需求。Sub-THz通信伴随着毫米波通信的许多现有挑战，并增加了与更宽的带宽、更多的天线和更苛刻的传播相关的新挑战。值得注意的是，频率和空间宽带（双宽带）的影响是显着的亚太赫兹。本文提出了一种用于估计时变亚太赫兹MIMO-OFDM信道的压缩训练框架。构造了一组频率相关的阵列响应矩阵，使得能够通过多个测量向量（MMV）从跨子载波的多个观测中恢复信道。利用时间相关性，MMV最小二乘（LS）被设计为基于先前波束支持来估计信道，并且MMV压缩感知（CS）被应用于残差信号。我们将其称为MMV-LS-CS框架。两阶段（TS）和MMV FISTA为基础的（M-FISTA）算法提出了MMV-LS-CS框架。利用扩展损耗结构，提出了一种信道细化算法，用于估计主导路径的路径系数和时延。为了降低计算复杂度，提高波束分辨率，提出了一种基于分层码本的序贯搜索方法。数值结果表明MMV-LS-CS的信道估计精度比现有技术有了提高。
2023-02-20 eess.SP
Millimeter Wave V2V Beam Tracking using Radar: Algorithms and Real-World Demonstration
本文针对 V2V 毫米波通信中波束随车辆移动而变化的问题，提出雷达辅助波束跟踪框架，结合信号处理与机器学习预测未来波束，并在真实数据集上验证了高角度分辨率雷达的有效性。
2023-10-27 eess.SP
True-Time-Delay Arrays for Fast Beam Training in Wideband Millimeter-Wave Systems
波束训练是毫米波和亚太赫兹通信中最重要也是最具挑战性的任务之一。需要新颖的阵列架构和信号处理技术来避免与大天线阵列和窄波束相关联的禁止性波束训练开销。在这项工作中，我们利用最新的发展，真正的时间延迟（TTD）阵列与大延迟带宽产品，以加速波束训练使用频率相关的探测波束。我们提出并研究了两个TTD架构的候选者，包括模拟和混合模拟-数字阵列，可以促进波束训练，只有一个宽带导频。我们还提出了一个合适的算法，需要一个单一的导频来实现高精度的到达角估计。所提出的阵列架构进行了比较，在波束训练的要求和性能，鲁棒性，实际的硬件损伤，和功耗。研究结果表明，模拟和混合TTD阵列实现了亚度波束对准精度与66%和25%的功耗比全数字阵列，分别。我们的研究结果产生重要的设计权衡之间的基本系统参数，功耗和到达角估计的准确性在快速TTD波束训练。
2020-07-17 eess.SP
Near/Far-Field Channel Estimation For Terahertz Systems With ELAAs: A Block-Sparse-Aware Approach
针对配备ELAA的太赫兹系统，考虑球面波传播提出一种混合近/远场信道估计方法，通过设计正交字典证明信道具有块稀疏表示，将其转化为块稀疏信号恢复问题，仿真验证了其优于现有方法的性能。
2024-09-27 eess.SP
On the Spatial Consistency of Sub-Terahertz Channel Characteristics for Beyond-6G Systems
Tampere University（坦佩雷大学）；Northeastern University（东北大学）
本文通过实验研究亚毫米波信道特性在超6G系统中的空间一致性，发现信道特性在数十厘米距离内变化较小，提出在稳定视距方向可采用10-50波长的网格，非视距区域需更精细的分辨率。
2026-04-18 eess.SP
Machine Learning Assisted Phase-less Millimeter-Wave Beam Alignment in Multipath Channels
毫米波（mmW）和亚太赫兹频率下的通信系统对于未来的高数据速率网络越来越受关注。相控阵系统在这些高频下面临的一个关键挑战是初始波束对准的效率，由于高频振荡器相位噪声，通常仅使用无相位功率测量。用于波束对准的传统方法需要对所有可能的波束方向进行穷举扫描，从而使通信开销与天线阵列大小成线性比例。为了利用高mmW频带处所需的大阵列进行更好的缩放，已经提出了压缩感知方法，因为它们的开销与阵列大小成几何比例。然而，利用机器学习的算法在使用实际硬件时由于阵列损伤而显示出更有效和更准确的对准。此外，现有的无相位波束对准算法已经在多径信道中的变化的次级路径强度上进行了测试。在这项工作中，我们介绍了一种新的，基于机器学习的算法，在多径环境中使用无相位接收功率测量的波束对准。我们考虑相控阵探测波束设计和机器学习架构对波束对准性能的影响，并使用具有36个元件相控阵的60 GHz无线电进行实验验证我们的研究结果。使用多径信道中的实验数据，我们提出的算法表明，在波束对准开销减少88%相比，一个穷举搜索和至少减少62%的开销相比，现有的压缩方法。
2021-09-29 eess.SP
Pinching-Antenna-Assisted Terahertz Communications: Modeling and Benchmarking
German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI)（德国人工智能研究中心）；University of Kaiserslautern (RPTU)（凯泽斯劳滕大学）
研究将夹点天线系统（PASS）扩展到太赫兹频段的建模与性能，开发首个分析框架，整合多种效应，在相同场景下与传统相控阵基准测试，发现其通过接近利用实现频谱效率有效增益，适合特定部署拓扑。
2026-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
Radar Aided Proactive Blockage Prediction in Real-World Millimeter Wave Systems
毫米波和亚太赫兹通信系统主要依赖于发射机和接收机之间的视距（LOS）链路。然而，这些高频LOS链路对阻塞的敏感性对这些通信网络的可靠性和延迟要求提出了挑战。在本文中，我们建议利用雷达传感器来提供有关周围环境和移动物体的传感信息，并利用这些信息来主动预测未来的链路阻塞。这是由雷达传感器的低成本、它们有效地捕获重要特征（诸如移动散射体（候选阻塞物）的范围、角度、速度）的能力以及它们以相对高的速度捕获雷达帧的能力所推动的。我们制定了雷达辅助的主动阻塞预测问题，并基于经典雷达目标跟踪和深度神经网络开发了两种解决方案。这两个解决方案旨在利用领域知识和对堵塞预测问题的理解。为了准确评估所提出的解决方案，我们基于DeepSense框架构建了一个大规模的真实世界数据集，收集了超过$10$千个数据点和各种阻塞对象（车辆，自行车，人类等）的共存雷达和毫米波通信测量。基于该数据集的评估结果表明，所提出的方法可以预测未来的阻塞$1$秒之前，他们发生超过$90\%$ $F_1$评分（和超过$90\%$准确性）。这些结果尤其突出了未来无线毫米波和太赫兹通信系统中的阻塞预测和可靠性增强的有前途的解决方案。
2021-11-29 cs.IT eess.SP math.IT
Vision-Position Multi-Modal Beam Prediction Using Real Millimeter Wave Datasets
实现高移动性毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）无线通信应用需要克服与部署在这些系统中的大型天线阵列相关的关键挑战。特别地，调整这些天线阵列的窄波束通常会引起与天线数量成比例的高波束训练开销。为了解决这些挑战，本文提出了一种基于多模态机器学习的方法，该方法利用从无线通信环境中收集的位置和视觉（相机）数据进行快速波束预测。所开发的框架已经在真实世界的车辆数据集上进行了测试，该数据集包括实际的GPS、摄像头和毫米波波束训练数据。仿真结果表明，在实际通信场景中，该方法的前1波束预测精度超过$\approx$ 75%，前3波束预测精度接近100%.
2021-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Transmission for Intelligent Reflecting Surface-Assisted mmWave and Terahertz Systems
这封信的重点是智能反射面（IRS）辅助毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）系统的安全传输，其中基站（BS）通过IRS与其目的地通信，存在被动窃听者。为了最大化系统的保密率，在发射功率和离散相移的约束下，在BS的发射波束形成和在IRS的反射矩阵联合优化。首先证明了在秩一信道假设下波束形成设计与相移设计无关。然后，制定的非凸问题转化为两个子问题，这是解决交替。推导了基站发射波束形成的封闭解，提出了基于半定规划（SDP）和基于逐元素块坐标下降（BCD）的反射矩阵设计方法。我们提出的方法的复杂性进行了理论分析。仿真结果表明，所提出的IRS辅助安全策略可以显着提高保密率性能，无论窃听者的位置（附近或阻挡机密波束）。
2020-05-27 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Performance of Terahertz Wireless Links in Rain and Snow
与采用射频（RF）和毫米波（mmWave）的无线通信技术相比，太赫兹（THz）无线通信技术具有更宽的频带和更高的数据容量，被认为是未来无线网络最有潜力的候选技术。此外，由于THz链路具有较高的方向性，因此在晴朗天气下传输时，THz链路在物理层具有较高的安全性，从而降低了窃听攻击的可能性。然而，在恶劣的天气条件下（如水雾、尘雾、雨雪等），由于天气颗粒和气体分子的影响，链路的性能下降，严重影响链路的保密性能。在这项工作中，我们提出了理论研究的物理层安全的点对点太赫兹链路在雨雪与潜在的窃听者位于合法的链路路径之外。由于雨/雪，气体衰减和光束发散的信号退化包括在一个理论模型来估计链路性能。计算并比较了载波频率为140、220和340 GHz时链路的保密容量。给出了不安全域，并分析了其保密性能.我们发现，太赫兹链路遭受最少的窃听攻击在雨中和最大的数据传输速率降低较高的载波频率在雨和雪。
2021-02-15 eess.SP physics.app-ph
mmWave/THz Channel Estimation Using Frequency-Selective Atomic Norm Minimization
提出了一种基于频率选择性原子范数最小化（FS-ANM）的毫米波和太赫兹系统MIMO信道估计方法。对于这种高频段中信道的强视距特性，可以获得关于出发/到达角（AoD/AoA）范围的先验知识作为先验知识，所提出的信道估计器可以利用该先验知识来提高估计精度。仿真结果表明，该方法可以实现相当大的性能增益时，与现有的方法相比，没有纳入强的视线属性。
2020-06-02 eess.SP
5G Channel Models for Railway Use Cases at mmWave Band and the Path Towards Terahertz
针对高速列车5G“智慧铁路出行”愿景，本文探索毫米波频段，通过定义参考场景构建面向铁路用例的5G mmWave信道模型，并通过仿真与测量验证了其准确性，最后指出了迈向太赫兹通信的未来发展方向。
2025-01-28 eess.SP physics.ins-det physics.soc-ph
Switched-Feed Pinching-Antenna Systems for Wideband Terahertz Communications
German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI)（德国人工智能研究中心）；University of Kaiserslautern (RPTU)（凯泽斯劳滕大学）
研究太赫兹频段通信，开发统一传播模型，提出开关馈电收缩天线系统（SF-PASS）架构，该架构在频谱效率上大幅优于单馈PASS，硬件成本低，为宽带太赫兹通信提供新方案。
2026-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz-Band Ultra-Massive Spatial Modulation MIMO
展望了超大规模多输入多输出（UM-MIMO）技术在太赫兹（THz）波段对抗距离问题的前景。众所周知，THz频率下非常大的可用带宽是以严重的传播损耗和功率限制为代价的，这导致非常短的通信距离。最近，已经提出了可以在几毫米内容纳数百个天线元件的石墨烯基等离子体纳米天线阵列。虽然这样的阵列能够实现可以增加通信范围的有效波束成形，但是它们不能为空间复用提供足够的空间自由度。在本文中，我们研究了空间调制（SM）技术，可以利用密集的纳米天线子阵列的可配置阵列的属性，以增加容量和频谱效率，同时保持可接受的波束成形性能。根据通信距离和工作频率，建议使用特定的SM配置，以确保良好的信道条件。我们从理论上和数值上分析了所提出的方案的性能的符号和误比特率，其中显着的收益相比，传统的SM观察。我们证明，SM在非常高的频率是一个可行的范例，我们激励几个扩展，可以使太赫兹波段SM未来的研究趋势。
2019-07-13 cs.IT eess.SP math.IT
A Digital Twin Assisted Framework for Interference Nulling in Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）和太赫兹MIMO系统依赖于预定义的波束成形码本来进行初始接入和数据传输。然而，大多数现有的码本采用预定义的波束，主要集中在提高其目标用户的增益，而不考虑干扰，这可能会导致密集网络中的关键性能下降。为了解决这个问题，在本文中，我们提出了一个采样效率的数字孪生辅助波束图案设计框架，学习如何形成波束图案，以拒绝来自干扰方向的信号。所提出的方法不需要任何显式的信道知识或任何协调的干扰。采用数字孪生通过更好地利用潜在的信号关系和结合基于需求的数据采集策略来提高样本效率。仿真结果表明，所开发的基于信号模型的学习框架可以显著减少与无线电环境的实际交互（即，测量的数量），从而导致更实用和有效的干扰感知波束设计方法。
2023-01-30 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Band: The Last Piece of RF Spectrum Puzzle for Communication Systems
设备和应用程序的超高带宽、可忽略的延迟和无缝通信被视为重大里程碑，将彻底改变社会创建、分发和消费信息的方式。我们最近目睹的无线数据业务的显著扩展已经提倡在无线电频谱中调查合适的机制，以满足用户不断升级的需求，并允许开发和利用异构基础设施的大容量和大规模连接。为此，太赫兹（THz）频段（0.1-10 THz）作为涉及高速传输的场景的理想选择在研究界受到了显著关注。特别地，随着技术和设备的发展，THz通信的进步正在弥合毫米波（mmW）和光频率范围之间的差距。此外，IEEE 802.15标准套件已发布，以塑造监管框架，从而实现创新，并提供以100 Gbps跨越有线和无线边界的完整解决方案。然而，尽管在太赫兹无线研究中见证了加速的进展，太赫兹频带仍然被认为是最少探测的频段之一。因此，在这项工作中，我们提出了一个最新的审查文件，分析与太赫兹系统架构的基本要素和机制。
2019-07-11 cs.IT eess.SP math.IT
Scattering Mechanisms and Modeling for Terahertz Wireless Communications
本文提供了从微波到太赫兹波段的频率范围内的无线电波散射的分析（例如，1 GHz - 1 THz），通过研究不同表面粗糙度的各种类型材料再辐射的散射功率。首先，散射和反射的基本原理被开发和解释用于无线移动无线电中，散射对粗糙表面的反射系数的影响进行了研究。接收功率的推导使用两种流行的散射模型-定向散射（DS）模型和雷达截面（RCS）模型，通过模拟在广泛的频率范围内，材料，和方向的两个模型，和测量确认DS模型在140 GHz的准确性。这篇论文表明，散射可以成为一个突出的传播机制，频率扩展到毫米波（毫米波）和更高，但在其他时候可以被视为简单的反射。散射效应的知识对于适当和现实的信道模型至关重要，这进一步支持大规模多输入多输出（MIMO）技术的开发、定位、射线跟踪工具设计以及未来5G和6 G无线系统的成像。
2019-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Drones with Cameras: Computer Vision Aided Wireless Beam Prediction
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）无人机有可能实现几个未来的应用，如覆盖范围扩展，增强安全监控和灾难管理。然而，这些无人机需要部署大型天线阵列并使用窄方向性波束来维持足够的链路预算。与这些阵列相关的大波束训练开销使得调整这些窄波束对于高度移动的无人机来说具有挑战性。为了应对这些挑战，本文提出了一种基于视觉辅助机器学习的方法，该方法利用从安装在无人机上的摄像头收集的视觉数据来实现快速准确的光束预测。此外，为了便于评估所提出的解决方案，我们构建了一个由共存的无线和视觉数据组成的合成无人机通信数据集。所提出的视觉辅助解决方案实现了$\approx 91\%$的顶级$1$波束预测精度，并且接近于$100\%$的顶级$3$精度。这些结果突出了所提出的解决方案在实现高度移动的毫米波/太赫兹无人机通信方面的功效。
2022-11-14 cs.CV cs.IT eess.SP
LiDAR Aided Future Beam Prediction in Real-World Millimeter Wave V2I Communications
本文介绍了第一个大规模的现实世界的评估使用激光雷达数据来指导毫米波波束预测任务。开发了一种机器学习（ML）模型，该模型利用LiDAR传感数据来预测当前和未来的光束。基于大规模真实世界数据集DeepSense 6G，该模型在具有高度移动车辆的车辆到基础设施通信场景中进行了评估。实验结果表明，所开发的激光雷达辅助波束预测和跟踪模型可以在$95\%$的情况下预测最佳波束，并且波束训练开销减少超过$90\%$。LiDAR辅助的光束跟踪实现了与基线解决方案相当的精度性能，该基线解决方案具有先前最佳光束的完美知识，而不需要关于先前最佳光束信息的任何知识，并且不需要任何光束校准。这突出了毫米波和太赫兹通信系统中关键光束对准挑战的有前途的解决方案。
2022-03-10 cs.IT eess.SP math.IT
Vision-Aided Dynamic Blockage Prediction for 6G Wireless Communication Networks
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
释放毫米波和亚太赫兹无线通信网络的全部潜力取决于实现前所未有的低延迟和高可靠性要求。满足这些要求的挑战部分在于毫米波和亚太赫兹频率范围内的信号对阻塞的敏感性。解决这一挑战的一个有希望的方法是使用机器学习帮助无线网络发展对其周围环境的感知。本文试图通过利用深度学习和计算机视觉来做到这一点。它提出了一种新的解决方案，主动预测\textit{dynamic}链路阻塞。更具体地说，它开发了一种深度神经网络架构，该架构可以从观察到的RGB图像序列和波束成形向量中学习如何预测未来可能的链路阻塞。所提出的架构进行评估的公开可用的数据集，代表一个合成的动态通信场景与多个移动用户和阻塞。它在86%附近的链接阻塞预测准确度得分，如果不利用视觉数据，这种性能不太可能匹配。
2020-06-18 cs.CV cs.IT eess.SP
Performance Analysis of Non-ideal Wireless PBFT Networks with mmWave and Terahertz Signals
由于在安全和隐私方面的优势，区块链被认为是支持6G通信的关键技术。实用的拜占庭容错（PBFT）被认为是支持区块链的无线网络中最适用的共识机制。然而，以往的PBFT研究没有考虑物理层的信道性能，如路径损耗和信道衰落，导致研究结果与真实网络有很大差距。此外，6G通信将广泛部署毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）等高频信号，而当这些信号在无线PBFT网络中传输时，PBFT的性能仍然未知。因此，迫切需要研究具有mmWave和THz信号的非理想无线PBFT网络的性能，以便更好地使PBFT在6G时代发挥作用。在本文中，我们研究和比较毫米波和太赫兹信号在非理想无线PBFT网络中的性能，考虑瑞利衰落（RF）和近距离自由空间（FS）的参考距离路径损耗。性能通过共识成功率和延迟来评估。同时，我们发现并推导出了两个节点之间存在一个最大距离，使得PBFT共识必然成功，本文称之为PBFT的主动距离。研究结果不仅分析了非理想无线PBFT网络的性能，也为未来毫米波和太赫兹信号在PBFT网络中的传输提供了重要参考。
2023-03-28 cs.NI eess.SP
