End-to-end Autoencoder for Superchannel Transceivers with Hardware Impairment
我们提出了一个端到端的学习为基础的方法,由非理想的硬件组件受损的超级通道系统。我们的系统实现了高达60%的SER减少和高达50%的保护带减少相比,所考虑的基线方案。
2021-03-29 eess.SP
Cell-Free Massive MIMO with Hardware-Impaired Wireless Fronthaul
Bilkent University(比尔肯特大学);KTH Royal Institute of Technology(皇家理工学院)
本文提出了一种针对无源大规模MIMO的新型放大转发无线前传方案,通过联合建模硬件缺陷并优化线性组合器,提升频谱效率和系统性能。
2026-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
Denoising Diffusion Probabilistic Models for Hardware-Impaired Communications
针对硬件受损、低信噪比等实际无线通信场景,提出基于去噪扩散概率模型的接收机,相比DNN接收机MSE提升超25dB,且在非高斯噪声下具备优异的分布外鲁棒性。
2023-10-05 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Rayleigh and Double-Weibull over Impaired RF/FSO System with Outdated CSI
在这项工作中,我们提出了一个全球框架的双跳RF/FSO系统与多个继电器工作在放大和转发(AF)模式与固定增益。由于第一跳的信道是时变的,因此假设具有过时的信道状态信息(CSI)的部分中继选择(PRS)协议。第二跳的光辐照度服从双威布尔模型,而第一跳的RF信道经历瑞利衰落。通过外差或强度调制和直接检测(IM/DD)来实现信号接收。此外,我们引入了一个聚合模型的硬件损伤的源(S)和继电器,因为他们不是完美的节点。为了量化损伤对系统的影响,我们推导出封闭形式,近似,上限和高信噪比(SNR)渐近的中断概率(OP)和遍历容量(EC)。最后,分析和数值模拟结果是一致的,使用Monte Carlo模拟。
2019-01-16 eess.SP
Optimal Least-Squares Estimator and Precoder for Energy Beamforming over IQ-Impaired Channels
在物联网(IoT)中的大型天线阵列和低功率无线设备中使用低成本硬件已导致实际波束成形增益的降级,这是由于潜在的硬件损害,如同相和正交相位不平衡(IQI)。为了及时解决这个问题,我们提出了一个新的非平凡的封闭形式的表达式,用于多天线发射机和单天线物联网设备之间受IQI影响的信道的全局最优最小二乘估计器(LSE)。此后,为了最大化现实的发射波束成形增益,推导出一种新颖的预编码器设计,其考虑了用于在单用户和多用户设置中最大化接收功率的基础IQI。最后,仿真结果表明,提出的LSE的均方误差比现有基准有显著的-8dB改善,表明最佳预编码器的设计比准确估计IQI受损的信道更关键。此外,建议的联合最佳LSE和波束形成器优于现有的设计,通过提供24%的增强在IQI下接收的平均信号功率。
2019-06-24 cs.IT eess.SP math.IT
MALRIS: Malicious Hardware in RIS-Assisted Wireless Communications
本文提出恶意RIS(MALRIS)概念,揭示受损硬件在被动操作下的对抗行为,建模功率分配与元件分配攻击,仿真证明有限硬件受损可显著降低误码率、吞吐量及保密性,旨在提升安全认识并支持可信部署。
2025-08-08 eess.SP
Hardware-Impaired Rician-Faded Cell-Free Massive MIMO Systems With Channel Aging
本文研究硬件损伤与信道老化下的莱斯衰落 CF mMIMO 上行链路,推导闭式 SE,并提出基于 MM 的两种 LSFD 功率优化方法,其中闭式更新以低复杂度达到同等性能。
2023-04-18 cs.IT eess.SP math.IT
Hardware Impaired Ambient Backscatter NOMA Systems: Reliability and Security
非正交多址(NOMA)和环境反向散射通信由于其高频谱效率和能量效率而被设想为物联网的两种有前途的技术。出于这一事实,我们认为一个环境的后向散射NOMA系统中存在的恶意窃听。在存在剩余硬件损伤(RHI)、信道估计误差(CEE)和不完美连续干扰消除(ipSIC)的假设下,从可靠性和安全性两个方面研究了环境后向散射NOMA系统的物理层安全性(PLS).为了进一步提高所考虑的系统的安全性,提出了一种人工噪声方案,其中射频(RF)源作为一个干扰机,将干扰信号发送到合法的接收器和窃听器。在此基础上,推导了中断概率(OP)和截获概率(IP)的解析表达式。为了获得更多的见解,在高信噪比(SNR)的制度进行的渐近分析和多样性的订单,以及IP在高主窃听比(MER)区域的渐近行为进行了探索。数值结果表明:1)RHI、CEE和ipSIC对OP有负影响,而对IP有正影响; 2)与CEE相比,RHI对系统可靠性和安全性的影响更为严重; 3)可靠性和安全性之间存在一个折衷,可以通过降低人工噪声的功率系数或增加读写器的干扰因子来优化这个折衷; 4)由于CEE和反射系数,OP存在误差平层; 5)随着MER变大,RtR f的安全性提高,而T的安全性降低。
2020-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Dynamic Metasurface Antennas: From Programmable Microwave Hardware to Next-Generation Wireless Systems
Wolfson School of Mechanical, Electrical and Manufacturing Engineering, Loughborough University(拉夫堡大学沃夫森机械、电气与制造工程学院)
本文从微波工程视角综述动态超表面天线(DMA)技术,涵盖硬件设计、可编程波束控制及在6G通信、感知和成像中的应用,并展望其未来发展方向。
2026-09-25 eess.SP
Energy-preserving Indirect-feedback for Wireless Power Transfer
针对能量波束成形现有信道估计方案的局限,提出基于能量守恒间接反馈的最优波束成形向量求解方法,配套算法与硬件架构并经多维度验证,为射频无线电能传输研究开辟新方向。
2023-07-22 eess.SP
SDP: A Unified Protocol and Benchmarking Framework for Reproducible Wireless Sensing
Beijing University of Posts and Telecommunications(北京邮电大学);Shenzhen University(深圳大学);Huawei Technology Co. Ltd.(华为技术有限公司);University College London(伦敦大学学院)
SDP提出了一种统一协议和基准框架,通过标准化流程提升无线传感的可重复性和稳定性,支持跨不同硬件和任务的公平评估。
2026-01-13 eess.SP
Beamforming Design for Integrated Sensing and Wireless Power Transfer Systems
这封信提出了集成传感和无线功率传输(ISWPT)的新概念,将雷达传感和无线功率传输功能集成到一个硬件平台中。ISWPT从集成操作中提供了几个好处,例如系统大小,硬件成本,功耗和频谱节省,这被设想为促进未来的6G无线网络。作为初步研究,我们的目标是通过优化发射波束成形向量来表征雷达感测和无线功率传输之间的基本权衡。我们首先提出一个半定松弛的方法来解决相应的优化问题的全局最优,然后提供一个低复杂度的次优解。最后,数值结果验证了我们提出的解决方案的有效性,也显示了雷达传感和无线功率传输之间的权衡。
2022-10-28 eess.SP
Comprehensive Review of Advances and Challenges in Next Generation Wireless Networks: From Novel Hardware Technologies to Learning Based Resource Allocation in 6G
School of Electrical and Computer Engineering College of Engineering, University of Tehran(德黑兰大学工程学院电气与计算机工程学院)
本文综述了第六代无线网络中先进通信技术与基于机器学习的资源分配优化方法,分析了当前挑战并提出开放研究问题。
2026-05-09 eess.SP
Multi-Node Vehicular Wireless Channels: Measurements, Large Vehicle Modelling, and Hardware-in-the-Loop Evaluation
了解多节点车辆无线通信信道对于未来公路、铁路和空中的人工驾驶以及部分自动驾驶车辆的时间敏感安全应用至关重要。这些高度动态的无线通信信道的特征在于快速变化的信道统计。在本文中,我们提出了第一个完全移动的多节点车载无线信道探测系统,它能够同时捕获多个信道的频率响应,确保测量条件是相同的所有观察到的链接。我们用它来分析多辆车和一个大型阻碍双层巴士的道路场景。经验测量数据被用来参数化的模型内的基于几何的随机信道模型的大型障碍车辆。我们比较了从我们的信道模型与测量活动中获得的时变信道统计。通过一个信道仿真器,我们获得的分组错误率的商业调制解调器的测量和模拟的无线通信信道,并比较它们,以验证模型在链路级。我们发现,路径损耗,均方根(RMS)延迟扩展,和RMS多普勒扩展偏离小于$3.6\,\mathrm{dB}$,$78\,\mathrm{ns}$,和$52\,\mathrm{Hz}$,分别为$80\%$的总模拟持续时间。从测量数据中获得的PER是在我们的模型的最大和最小范围内的$86\%$的模拟持续时间。
2021-07-06 eess.SP
Towards a Base-Station-on-Chip: RISC-V Hardware Acceleration for wireless communication
本文面向 5G/6G 片上基站需求,研究在 RISC-V 向量 DSP 上结合 RVV 与自定义指令高效实现 CE、mMIMO 和波束成形等低层 PHY 内核。
2025-06-09 eess.SP
Programmable Metasurface-based RF Chain-free 8PSK Wireless Transmitter
在这封信中,无线发射机使用的可编程元表面的新架构。所提出的发射机不需要任何滤波器,也不需要宽带混频器或宽带功率放大器,从而使其成为未来具有成本效益的无线通信系统的有前途的硬件架构。使用实验结果,我们证明了一个可编程的元表面为基础的8相移键控(8PSK)发射机与8*32相位可调单元可以实现6.144 Mbps的数据速率在空中在4.25 GHz的误比特率(BER)的性能与传统的方法没有信道编码,但具有更低的硬件复杂度。
2019-04-26 eess.SP
Deep SIMO Auto-Encoder and Radio Frequency Hardware Impairments Modeling for Physical Layer Security
本文提出基于深度SIMO自编码器的端到端学习方法,结合射频硬件损伤建模,在提升误码率性能的同时增强物理层安全性与设备识别能力。
2024-08-10 eess.SP
Open Set Wireless Standard Classification Using Convolutional Neural Networks
在拥挤的电磁环境中,认知无线电需要了解其他发射源,以优化其动态频谱接入策略。深度学习分类算法已被用于以高精度识别发射器的无线信号标准,但仅限于对其训练集中出现的信号类别进行分类。这降低了部署在现场的深度学习分类器的性能,因为它们无法准确识别来自训练集之外的类的信号。本文提出了一种基于卷积神经网络的开集分类器,它能够通过对输出的S形激活进行阈值化来检测信号是否来自已知类别。开集分类器是在4G LTE、5G NR、IEEE 802.11ax、蓝牙低功耗5.0和窄带物联网信号上训练的,这些信号受到瑞利或莱斯衰落、AWGN、频率偏移和同相/正交不平衡的影响。然后,在OFDM、SC-FDMA、SC、AM和FM信号上测试分类器,这些信号没有出现在训练集类中。闭集分类器对于SNR大于0 dB的已知信号实现了94.5%的平均准确度,但通过设计,具有0%的准确度检测来自未知类别的信号。另一方面,开集分类器对于已知信号类别保持86%的准确度,但可以检测到来自SNR大于0 dB的未知类别的95.5%的信号。
2021-08-03 eess.SP
Leaky Wave Antennas for Next Generation Wireless Applications in sub-THz Frequencies: Current Status and Research Challenges
本文综述了漏波天线(LWAs)在sub-THz通信中的原理与潜力,指出其能以单天线元件实现高速多用户通信与定位,并提出了算法、硬件等未来研究挑战。
2025-10-13 eess.SP
Can graph neural network-based detection mitigate the impact of hardware imperfections?
本文评估基于图神经网络的智能检测器在缓解高频高方向性无线系统中同相和正交不平衡的能力,通过蒙特卡洛模拟计算误码率,并与传统及置信传播检测器比较,所提算法可扩展且适应多种编码参数。
2023-05-08 eess.SP
Bending Beam for THz Wireless Networks: Fundamental, Design Issue, and Prototype
National Key Laboratory of Wireless Communications, University of Electronic Science and Technology of China(电子科技大学);School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China(电子科技大学);Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore(新加坡国立大学)
本文综述太赫兹无线通信与传感中弯曲波束的基础、应用场景等。介绍比较相关设计与实现方法,讨论潜在应用及挑战,通过硬件演示验证了弯曲波束相比传统波束聚焦的优势。
2026-07-08 eess.SP
Toward 6G: From New Hardware Design to Wireless Semantic and Goal-Oriented Communication Paradigms
一些投机性的愿景正在阐述6 G服务在2030年的地平线上将能够提供什么。然而,6 G的设计过程仍处于初步阶段。如今的现实是,有效满足未来6 G服务和网络运营所需的前所未有的性能目标所需的硬件、技术和新材料尚未设计、测试,甚至还不存在。如今,关于机器学习和人工智能支持6 G网络和服务运营优化的成本效益权衡的坚实愿景缺失。这包括硬件效率、操作效率以及由于数据采集-传输-处理而产生的不可估量的成本的可能支持。本文的贡献有三个方面。这是第一篇导出关于硬件和技术设计的关键6 G关键性能指标的论文。其次,我们提出了一种新的硬件技术设计方法,旨在实现有效的软硬件组件集成,以满足未来6 G网络所设想的具有挑战性的性能。第三,我们建议向目标导向和语义通信的范式转变,其中提供了硬件、人工智能和有效通信联合设计的全新机会。我们最近在硬件、技术和机器学习性能方面的成果巩固了我们提出的愿景。
2021-06-25 cs.NI eess.SP
Privacy-Preserving Wireless Federated Learning Exploiting Inherent Hardware Impairments
我们考虑了一个无线联邦学习系统,其中多个数据持有者边缘设备通过与诚实但好奇的参数服务器共享参数更新来协作训练全局模型。我们证明了固有的硬件引起的失真扰动的边缘设备的模型更新可以被利用作为一种隐私保护机制。特别是,我们的失真模型为功率依赖的加性高斯噪声,并提出了一个功率分配策略,提供隐私保证的框架内的差分隐私。我们进行数值实验,以评估所提出的功率分配方案的性能在不同程度的硬件损伤。
2021-08-29 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-cell mMIMO IRS Systems With Impairments and Aging: Phase Optimization and Receiver Design
针对存在硬件损伤与信道老化的多小区mMIMO IRS上行系统,分析了失真与老化影响,提出了能提升频谱效率并降低导频开销的DAA-MMSE接收机,并推导了系统SE下界。
2024-12-26 eess.SP
Distributed Two-Phase Processing for Modular XL-MIMO with Wireless Fronthaul under Hardware Impairments
Bilkent University(比尔肯特大学)
针对硬件损伤下采用放大转发无线前传的模块化超大规模MIMO系统,提出基于加权最小均方误差的联合优化算法,通过调整用户发射功率和前传放大系数最大化上行频谱效率。
2026-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
A Research Journey of Full-Duplex at University of California from Self-Interference Cancellation to Wireless Network Security
本文概述了美国加州大学河滨分校在过去十年中对全双工技术的研究。这项研究最初集中在自干扰(SI)消除,然后转移到全双工的应用,以提高网络的频谱效率,并在近年来进一步发现全双工的无线网络安全的潜力。对SI消除的研究已经产生了基于硬件的SI消除结果和一些先进的理论架构,这些理论架构显示出希望,但尚未通过先进的硬件实现进行测试。全双工在ad hoc、认知和蜂窝网络中用于优化频谱效率的应用已经展示了如何在全双工节点之间、在其天线波束空间中以及在多个子载波上优化功率分配。全双工还被发现对于提高合法用户之间的保密能力以防止窃听非常有益。在全双工为网络安全提供的新能力中,有一种有效的防窃听信道估计方案,这对于没有全双工的节点是不可能的。
2020-07-29 eess.SP
Measuring Hardware Impairments with Software-Defined Radios
这篇创新实践论文介绍了一种新的工具,用于教育电气工程专业的学生了解无线通信中的硬件损伤。射频(RF)前端是无线发射机或接收机的重要组成部分。它具有模拟处理元件和数据转换器,由当今的数字通信系统驱动。计算和软件定义无线电(SDR)技术的进步使软件波形成形成为可能,并将实验性和易于访问的即插即用RF前端用于教育,研究和开发。我们使用相同的技术来教授RF前端的非线性效应及其含义。它使用广泛可用的RF仪器和组件以及SDR技术-成熟的负担得起的硬件和免费的开源软件-教学生如何表征RF接收器的非线性,同时提供SDR工具的实践经验。我们目前的硬件,软件和我们的实验室会议的程序,使其他教室容易再现。我们讨论了评估新课程模块适用性的不同形式,并得出结论,它提供了一个宝贵的学习经验,支持了通常只在讲座中提供的理论。
2018-10-10 eess.SP
Model-Based End-to-End Learning for WDM Systems With Transceiver Hardware Impairments
我们提出了一种基于AE的WDM系统的硬件缺陷受损的收发器。我们按照传统通信系统的体系结构来设计我们的AE。这使得能够在训练之前将基于AE的收发器初始化为具有与其常规对应物类似的性能,并且提高了训练收敛速率。我们首先训练的AE在一个单通道系统中,并表明,它实现了性能的改善,通过把能量以外的所需带宽,因此不能用于WDM系统。然后,我们在WDM设置中训练AE。仿真结果表明,所提出的AE显着优于传统的方法。更具体地说,它增加了所考虑的系统的频谱效率,通过减少37%和50%的保护带的根升余弦滤波器为基础的匹配滤波器与10%和1%的滚降,分别。烧蚀研究表明,性能增益可以归因于符号映射器,脉冲成形滤波器和符号解映射器的优化。最后,在信道模型未知的假设下,我们使用强化学习来学习脉冲成形滤波器。仿真结果表明,该算法实现了类似的性能标准的监督端到端学习方法假设完美的信道知识。
2021-11-29 eess.SP
Reconfigurable Intelligent Surfaces for Wireless Communications: Overview of Hardware Designs, Channel Models, and Estimation Techniques
未来第六代(6G)无线通信网络的苛刻目标已经刺激了最近对用于无线连接的新型材料和射频前端架构以及革命性通信和计算范例的研究工作。在6G的先驱候选技术中,有一种是可重构智能表面(RISs),它是一种人工平面结构,具有集成电子电路,可以通过编程来操纵各种功能的入射电磁场。在无线网络中部署RISs最近被提倡为将任何无线信号传播环境转换为动态可编程环境的革命性手段,旨在用于各种联网目标,例如覆盖范围扩展和容量提升,具有能量效率和保密性的时空聚焦以及低电磁场暴露。出于最近在该领域的RIS和随之而来的开创性的概念,RIS使智能无线环境的兴趣越来越大,在本文中,我们概述和分类的RIS硬件架构的最新进展,以及最新的发展在建模的RIS单元元素和RIS授权的无线信号传播。我们还提出了一个全面的概述的信道估计方法的RIS授权的通信系统,这构成了一个先决条件的一步,在未来的无线网络中的RIS的优化纳入。最后,我们讨论了RIS技术在最新无线通信标准中的相关性,并强调了RIS技术的当前和未来标准化活动以及随之而来的RIS授权无线网络方法。
2022-03-07 cs.IT eess.SP math.IT
WiNPA: Wireless Neural Processing Architecture
本文提出无线神经处理架构WiNPA,通过联合优化无线与计算资源实现细粒度融合,显著提升DNN边缘推断性能,并探索建模、优化与软硬件平台等基础问题。
2025-10-13 eess.SP
Software Radios for Unmanned Aerial Systems
随着无人机系统(UAS)新用例的出现,需要实施和广泛测试先进的无线通信技术和系统。这需要一个灵活的平台,用于开发、部署、测试和演示具有地面和空中节点的无线系统,从而实现有效的3D移动通信和网络。在本文中,我们提供了软件定义无线电(SDR)的比较概述,特别关注可用于空中无线实验和研究的SDR硬件和软件。我们讨论了SDR硬件要求,可用的SDR硬件,可以适用于小型无人机的功能,并与这些SDR硬件的一个子集进行功率测量。我们还介绍了SDR软件需求,可用的开源SDR软件,以及SDR软件的校准/基准测试。作为案例研究,我们介绍了AERPAW:高级无线空中实验和研究平台,并讨论了该平台使用SDR可以支持的各种不同实验,以验证/测试未来的无线创新、协议和技术。
2020-05-20 cs.NI eess.SP
Bridge to Real Environment with Hardware-in-the-loop for Wireless Artificial Intelligence Paradigms
University of Northumbria(诺丁汉大学);University of Warwick(沃里克大学);V-TRON Company(V-TRON公司)
针对车联网机器学习方案仅在仿真中评估、实车测试成本高且存在真实环境意外风险的问题,本文提出首个硬件在环系统,可在仿真与真实环境中同时测试人工智能、多服务及LiDAR高清地图数据。
2024-09-25 cs.LG cs.NI eess.SP
Secure Wireless Communication in RIS-Aided MISO Systems with Hardware Impairments
在实际应用中,收发器硬件的残余损伤不可避免地导致失真噪声,从而导致性能损失。在本文中,我们研究了鲁棒传输设计的可重构智能表面(RIS)辅助安全通信系统中存在的收发器硬件损伤。我们的目标是最大限度地提高保密率,同时确保发射功率约束的主动波束形成在基站和单位模约束的被动波束形成在RIS。为了解决这个问题,我们采用交替优化方法迭代优化一组变量,同时保持另一组固定。其中,主动波束形成优化子问题采用逐次凸逼近(SCA)方法求解,被动波束形成优化子问题采用半定规划(SDP)方法求解。数值结果表明,所提出的传输设计方案是更强大的硬件损伤比传统的非鲁棒方案,忽略了硬件损伤的影响。
2021-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
On the Performance of THz Wireless Systems over $α$-$\mathcal{F}$ Channels with Beam Misalignment, Mobility and Hardware Impairments
Federal University of Campina Grande(坎皮纳格兰德联邦大学);University of Brasília (UnB)(巴西利亚大学);University of Western Macedonia(西马其顿大学)
针对太赫兹无线系统,考虑波束失准、移动性和硬件损伤,推导了瞬时信噪比的概率密度、累积分布和高阶矩,并据此得到中断概率、平均符号错误概率和平均信道容量的新公式,以及高信噪比下的渐近表达式和容量上界。
2026-07-02 eess.SP math.ST stat.TH
Fluid Antenna Systems under Channel Uncertainty and Hardware Impairments: Trends, Challenges, and Future Research Directions
Université du Québec à Montréal(魁北克大学蒙特利尔分校);Ferdowsi University(费尔多西大学);Laval University(拉瓦尔大学);Central China Normal University(华中师范大学);Henan Polytechnic University(河南理工大学)
本文探讨了在信道不确定性和硬件失真下流体天线系统的趋势、挑战及未来研究方向,提出稳健设计与学习控制策略以提升系统可靠性。
2026-01-30 eess.SP
Terahertz Wireless Communications with Flexible Index Modulation Aided Pilot Design
太赫兹(THz)无线通信被认为是一种有前途的技术,它能够提供高达每秒太比特的超高速率传输。然而,一些硬件的缺陷,这是通常被忽视的,在现有的文献中涉及较低的数据速率和传统的工作频率,不能忽视的太赫兹系统。硬件缺陷通常包括相位噪声、同相/正交不平衡和功率放大器的非线性。由于相位噪声的时变特性,需要频繁地插入导频,导致频谱效率降低。在本文中,为了解决这个问题,提出了一种新的导频设计策略的基础上索引调制(IM),导频的位置是灵活地改变在数据帧中,和额外的信息比特可以通过导频的索引来传达。此外,开发了一种turbo接收算法,该算法以迭代的方式联合执行导频索引的检测和信道估计。结果表明,所提出的Turbo接收机工作良好,即使在信道状态信息的先验知识是过时的情况下。理论分析和仿真结果表明,与传统的信道估计方法相比,该方法在提高频谱利用率的同时,显著提高了误比特率性能和信道估计精度。
2021-06-23 eess.SP
Real-time Interference Identification via Supervised Learning: Embedding Coexistence Awareness in IoT Devices
基于能量采样的干扰检测和识别(IDI)方法与商用现成(COTS)物联网硬件的限制相冲突。此外,长的感测时间、复杂性和无法跟踪并发干扰强烈抑制了它们在大多数物联网部署中的适用性。出于对用于无线共存的设备上IDI的日益增长的需求,我们开发了一种轻量级且高效的方法,该方法已经在单个干扰突发的水平上针对干扰识别。我们的方法利用实时提取的包络和模型辅助的频谱特征,专门设计考虑与COTS硬件捕获的信号的物理特性。我们采用多种监督学习(SL)分类器,确保具有不同计算能力的物联网平台具有合适的性能和复杂性权衡。所提出的IDI方法能够实时识别IEEE 802.11b/g/n、802.15.4、802.15.1和蓝牙低功耗无线标准,即使在严重并发干扰的情况下也能够隔离和提取标准特定的流量统计。我们进行了实验研究,在真实环境中的异构干扰的情况下,显示90%-97%的突发识别准确率。同时,轻量级SL方法,运行在无线传感器网络的COTS硬件在线,确保亚ms的识别时间和有限的性能差距,从机器学习方法。
2018-12-11 eess.SP
Hardware Acceleration for Open Radio Access Networks: A Contemporary Overview
本文综述了5G网络中open RAN的硬件加速技术,提出了层1处理的内联硬件加速实现方案,并指出了面向6G网络的未来探索方向。
2023-05-16 cs.NI eess.SP
Colosseum: Large-Scale Wireless Experimentation Through Hardware-in-the-Loop Network Emulation
Institute for the Wireless Internet of Things, Northeastern University(东北大学无线物联网研究所);Roux Institute, Northeastern University(东北大学鲁克斯研究所);Greenfly SAU LLC(Greenfly SAU 有限责任公司);Cerbo IO LLC(Cerbo IO 有限责任公司)
Colosseum是一个开放访问和公开提供的大型无线测试平台,用于在完全可编程的“白盒”平台上通过虚拟化和软件化波形和协议栈进行实验研究。通过256个最先进的软件定义无线电和一个大规模的信道仿真器核心,Colosseum几乎可以模拟任何场景,从而能够在各种部署和信道条件下大规模设计、开发和测试解决方案。这些罗马斗兽场的射频场景是通过高保真FPGA仿真有限脉冲响应滤波器再现。滤波器对所需无线信道的抽头进行建模,并将其应用于无线电节点生成的信号,忠实地模仿真实世界无线环境的条件。在本文中,我们介绍了斗兽场作为一个测试平台,这是第一次向研究界开放。我们描述了斗兽场的架构和它的实验和仿真能力。然后,我们通过示例性用例(包括流行的无线技术(例如,蜂窝和Wi-Fi)在频谱共享和无人驾驶飞行器场景中的应用。论文最后总结了斗兽场未来更新的路线图。
2021-12-14 cs.AI cs.NI eess.SP
Relay-Assisted Activation-Integrated SIM for Wireless Physical Neural Networks
Department of Electrical and Electronic Engineering, Imperial College London, United Kingdom(英国伦敦帝国理工学院电气与电子工程系)
本文提出一种基于激活集成堆叠智能超材料的中继辅助无线物理神经网络架构,通过多跳无线传播结构实现非线性处理,提升分类准确率和表示能力。
2026-04-05 cs.LG eess.SP
Physical Layer-Based Device Fingerprinting for Wireless Security: From Theory to Practice
本文综述面向无线安全的物理层设备指纹识别,重点梳理基于硬件损伤与信道特征的被动认证技术、算法、场景及挑战。
2025-06-11 cs.CR eess.SP
Reconfigurable Intelligent Surfaces and Metamaterials: The Potential of Wave Propagation Control for 6G Wireless Communications
无线通信网络的未来6 G将不得不满足日益苛刻水平的多种要求,无论是单独还是以小组组合的方式。这种趋势刺激了最近的收发器硬件架构和新的无线连接概念的研究活动。在新兴的无线硬件体系结构中,有可重构智能表面(RIS),其是具有集成电子电路的人造平面结构,所述集成电子电路可以被编程以在各种各样的功能中操纵输入的电磁(EM)场。在无线网络中嵌入RISs是一种革命性的手段,可以将任何自然的被动无线通信环境转变为主动环境。这可以通过将成本有效且易于涂覆的RI部署到环境的物体(例如,建筑物立面和室内墙壁/天花板),从而为各种无线联网目标的范围提供增加的环境智能。在本文中,我们首先提供了一个简短的历史波传播控制的光学和声学,并概述了两个代表性的室内无线试验在2.47 GHz的空间电磁调制与无源离散RIS。第一次试验可以追溯到2014年,展示了高度精确的时空聚焦和调零的可行性,而最近的第二次试验表明,无源RISs可以丰富多径散射,从而实现吞吐量提升的通信链路。出于对智能电磁波传播调制的RIS潜力的最新研究兴奋,我们描述了RIS硬件架构的现状,并提出了RIS设计和RIS授权的6 G无线通信的关键开放挑战和未来的研究方向。
2020-06-19 cs.IT eess.SP math.IT
A Unified Framework for Multi-Hop Wireless Relaying with Hardware Impairments
本文在一般H衰落模型下,针对AF和DF多跳中继系统研究硬件损伤的总体影响,推导中断概率、误比特率和遍历容量的H函数闭式表达式,并在总HI受限条件下求解最优HI水平,揭示高SNR下信噪失真比存在与HI水平成反比的上限。
2023-11-29 cs.IT eess.SP math.IT
Wireless Communications with Programmable Metasurface: New Paradigms, Opportunities, and Challenges on Transceiver Design
诸如超大规模多输入多输出(UM-MIMO)、太赫兹(THz)通信的许多新兴技术作为在未来第六代(6 G)移动通信系统中支持极高接入速率和优异网络容量的有前景的技术正在积极讨论中。然而,这些技术在实际应用中仍面临许多挑战。特别地,UM-MIMO和THz通信需要极大量的射频(RF)链,并且因此遭受过高的硬件成本和复杂性。在这篇文章中,我们介绍了一个新的范例来解决上述问题,即无线通信启用可编程元表面,通过利用强大的能力操纵电磁波的元表面。我们将首先介绍可编程元表面的基本概念,其次是在未来的无线通信系统的可编程元表面启用有前途的范式转变。特别是,我们提出了两种应用可编程元表面在无线收发器的前瞻性范例:即RF链自由发射机和空间下变频接收机,这两者都有很大的潜力,以简化架构,降低未来无线收发器的硬件成本。此外,我们提出的设计架构,初步的实验结果和这些新的范例的主要优势,并讨论其潜在的机遇和挑战,超大规模的6 G通信与低硬件复杂性,低成本,高能效。
2019-07-03 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic capacity evaluation of wireless THz fiber extenders
本文的重点是提供量化的结果,随机天线错位,多径衰落和硬件缺陷的太赫兹(THz)无线光纤扩展器的综合影响的评估。在这一行中,我们提出了适当的信号模型,可适应不同的技术和环境参数。特别是,它考虑到天线增益,中心频率,传输范围,环境条件,即温度,湿度和压力,发射机和接收机天线之间的空间抖动,这导致天线不对准,硬件缺陷的强度,以及无线信道的随机行为。基于此模型,我们评估天线错位和多径衰落的联合影响,通过提供信道遍历容量的蒙特卡罗模拟结果。
2019-10-04 cs.IT eess.SP math.IT
A Technical Review of Wireless security for the Internet of things: Software Defined Radio perspective
使用物联网设备的网络攻击的增加暴露了构成物联网的基础设施中的漏洞,并显示了小型设备如何影响网络和服务功能。本文回顾了承载物联网的无线技术的脆弱性,并评估了使用软件定义无线电(SDR)技术实施针对物联网的无线攻击的经验。进行了系统的文献综述。比较了可能影响物联网生态系统和SDR无线电平台的无线技术的漏洞和攻击类型。在物联网系统模型层,感知层被认为是最脆弱的。此级别的大多数攻击都是由于硬件的限制、设备的物理暴露以及技术的异构性而发生的。基于SDR无线电的未来网络安全系统具有显著的优势,因为它们具有适应新通信技术的灵活性以及开发先进工具的潜力。然而,物联网的网络安全挑战非常复杂,需要将SDR硬件与认知技术和智能技术(如深度学习)融合,以适应快速的技术变化。
2020-09-21 cs.CR eess.SP
Towards Quantum Belief Propagation for LDPC Decoding in Wireless Networks
我们提出了量子置信传播(QBP),基于量子退火(QA)的低密度奇偶检验(LDPC)错误控制码的解码器设计,它已经在Wi-Fi,卫星通信,移动蜂窝系统和数据存储系统中找到了许多有用的应用。QBP将LDPC解码简化为离散优化问题,然后将简化的设计嵌入到量子退火硬件中。QBP的嵌入式设计可以在具有2,048个量子位的最先进的QA硬件上支持块长度高达420位的LDPC码。我们评估了真实量子退火硬件的性能,对各种参数设置进行了灵敏度分析。在高斯噪声无线信道中,信噪比为9 dB时,20 s内的出错率为$10^{-8}$,50 s内的误码率为$10^{-6}$,50 s内的误码率为$μ$.进一步的实验测量了真实世界无线信道上的性能,需要30个$μ$来实现SNR 15-20 dB时的1,500字节99.99 $\%$帧传输速率。与基于FPGA的软置信传播LDPC解码器相比,QBP通过在SNR低2.5- 3.5 dB的情况下达到$10^{-8}$的出错率和$10^{-6}$的出错率来实现性能改进。就局限性而言,QBP目前无法在当前QA处理器上实现实际协议大小($\textit{e.g.,}$ Wi-Fi,WiMax)的LDPC码。我们在这项工作中的进一步研究提出了未来的成本,吞吐量和QA硬件的趋势考虑。
2020-09-19 cs.NI eess.SP quant-ph
Stacked Intelligent Metasurfaces for Wireless Communications: Applications and Challenges
本文概述了堆叠智能超表面(SIMs)技术及其在无线通信中的应用,探讨了其在波域实现发射波束成形、语义编码和信道估计的潜力,并指出了部署该技术面临的关键挑战。
2025-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
A Hardware Architecture for Reconfigurable Intelligent Surfaces with Minimal Active Elements for Explicit Channel Estimation
智能表面包括成本效益,近被动,可重新配置的单元元件最近获得越来越多的兴趣,由于它们的潜力,使完全可编程的无线环境。他们被设想为提供环境情报,为不同的通信目标,当涂覆在感兴趣的部署区域的各种对象。为了实现这一总体目标,涉及可重构智能表面(RIS)的通道需要在原则上进行估计。然而,这是一项具有挑战性的任务,因为当前可用的硬件RIS架构需要在利用RIS辅助的无线通信的网络节点之间进行冗长的训练周期。在本文中,我们提出了一种新的RIS架构,包括任何数量的无源反射元件,一个简单的控制器,其可调配置,和一个单一的射频(RF)链基带测量。利用这种架构,并假设稀疏的无线信道在波束空间域中,我们提出了一个交替的优化方法,明确估计的RIS元素连接到单个RF链的信道增益。代表性的仿真结果表明,信道估计精度和可实现的端到端的性能为各种训练长度和反射单元的元素的数量。
2022-05-25 cs.IT eess.SP math.IT
Outage performance analysis of RIS-assisted UAV wireless systems under disorientation and misalignment
在本文中,我们分析了性能的可重构智能表面(RIS)辅助无人机(UAV)无线系统的混合伽马小尺度衰落,随机迷失方向,和未对准,以及收发器硬件的缺陷。首先,我们统计表征两种情况下的端到端信道,即,在没有以及在存在定向障碍和未对准的情况下,通过提取概率密度函数(PDF)和累积分布函数(CDF)的封闭形式的公式。在上述表达式的基础上,我们提取了新的封闭形式的表达式中断概率(OP)的存在和不存在的定向和错位以及硬件缺陷。此外,高信号噪声比OP近似推导,导致提取的多样性顺序。最后,OP地板由于定向障碍和错位。
2022-01-28 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Neural Network Feature Designs for RF Data-Driven Wireless Device Classification
Oregon State University(俄勒冈州立大学)
大多数使用射频(RF)数据进行基于深度学习的无线设备分类的先前工作都应用了现成的深度神经网络(DNN)模型,这些模型主要用于视觉和语言等领域。然而,无线RF数据具有独特的特征,使其与其他领域区分开来。例如,RF数据包含由底层硬件和协议配置规定的混合时间和频率特征。此外,无线RF通信信号由于重复的模式(PHY导频、帧前缀等)而表现出循环平稳性。这些信号本身包含的信息。在本文中,我们首先解释并展示了目前提出用于无线设备分类的现有DNN特征设计方法的不适用性和局限性。然后,我们提出了新的特征设计方法,利用RF通信信号的不同结构和发射机硬件损伤引起的频谱发射,定制适合使用RF信号数据对无线设备进行分类的DNN模型。我们提出的DNN特征设计在可扩展性、准确性、签名抗克隆和对环境扰动的不敏感性方面大大提高了分类鲁棒性。最后,我们提出了其他功能设计策略,有很大的潜力,提供进一步的性能改进的DNN为基础的无线设备分类,并讨论了开放的研究挑战,这些建议的策略。
2021-03-02 cs.LG cs.NI eess.SP
A Photonic-Circuits-Inspired Compact Network: Toward Real-Time Wireless Signal Classification at the Edge
Princeton University(普林斯顿大学);Queen’s University(女王大学);Vector Institute(矢量研究所);Lockheed AI center(洛克希德人工智能中心);the Chinese University of Hong Kong(香港中文大学)
机器学习(ML)方法在无线通信系统中无处不在,并且已经证明对于包括射频(RF)指纹识别、自动调制分类和认知无线电的应用是强大的。然而,ML模型的大尺寸可能使它们难以在边缘设备上实现对延迟敏感的下游任务。在无线通信系统中,亚毫秒级的ML数据处理将实现实时网络监控,以提高安全性并防止渗透。此外,可以在芯片级实现ML模型的紧凑且可集成的硬件平台将在无线通信网络中得到更广泛的应用。对于边缘的实时无线信号分类,我们提出了一种新型的紧凑型深度网络,该网络由光子硬件启发的递归神经网络模型与简化的卷积分类器相结合组成,并通过随机传输演示了其在识别RF发射器中的应用。与所提出的模型,我们实现了96.32%的分类准确率在一组30个相同的ZigBee设备时,使用的训练参数比现有的最先进的CNN分类少50倍。由于网络规模大幅缩小,我们使用小型FPGA板PYNQ-Z1演示了延迟为0.219 ms的实时RF指纹识别。
2021-06-25 cs.LG eess.SP
Waveform-Defined Privacy: A Signal Solution to Protect Wireless Sensing
无线信号通常用于通信。新兴的应用正在赋予无线信号新的功能,其中无线传感是最具吸引力的一种。信道状态信息(CSI)不仅是通信中信道均衡的参数,而且是无线传感的指示器。然而,由于无线信号的广播性质,窃听者可以很容易地捕获合法的用户信号,并通过测量CSI侵犯用户隐私。此外,硬件的进步简化了非法窃听,因为智能设备可以通过墙壁跟踪无线信号。因此,这项工作认为波形定义的隐私(WDP)的解决方案,可以隐藏CSI相位信息,从而保护用户隐私。此外,所提出的波形解决方案由于使用了独特的调制机制而实现了更好的性能。另外,通过调谐波形参数,波形还可以增强通信安全性。
2021-12-21 cs.CR eess.SP
Big Data Goes Small: Real-Time Spectrum-Driven Embedded Wireless Networking Through Deep Learning in the RF Loop
Northeastern University(东北大学)
5G网络和物联网的爆炸式增长将导致一个异常拥挤的射频环境,频谱共享和动态频谱接入等技术将成为无线通信过程的重要组成部分。在这个愿景中,无线设备必须能够(i)学习从频谱中自动提取知识;以及(ii)通过适当地改变通信参数(包括频带、符号调制、编码速率等),实时的对推断出的频谱知识做出反应。传统的基于CPU的机器学习具有高延迟,并且需要特定于应用的计算密集型特征提取/选择算法。在本文中,我们介绍了RFLearn,这是第一个直接在RF环路中通过深度学习从未处理的I/Q样本中提取频谱知识的系统。RFLearn提供(i)完整的硬件/软件架构,其中CPU、无线电收发器和学习/驱动电路紧密连接以实现最大性能;以及(ii)学习电路设计框架,其中可以探索延迟与硬件资源消耗的权衡。我们在定制软件定义的无线电上实现和评估RFLearn的性能,该无线电构建在安装AD 9361无线电收发器和VERT 2450天线的片上系统(SoC)ZYNQ-7000器件上。我们通过将RFLearn应用于解决调制和OFDM参数识别的基本问题来展示其功能。实验结果表明,RFLearn相对于基于软件的解决方案将延迟和功耗降低了约17倍和15倍,并且硬件资源消耗相对较低。
2019-03-12 cs.LG cs.NI eess.SP