User Association in Massive MIMO HetNets
大规模MIMO和小小区都被认为是未来5G无线系统的关键技术。在本文中，我们研究了具有大规模MIMO和小小区的异构网络（HetNet）中的用户关联问题，其中宏基站（BS）配备了大规模MIMO，而微微小区BS配备了常规MIMO。我们首先开发了集中式用户关联算法，并证明了最优性，考虑到各种目标，如速率最大化，比例公平性，联合用户关联和资源分配。然后，我们建模的大规模MIMO HetNet作为一个重复的游戏，这导致分布式用户关联算法证明收敛到纳什均衡（NE）。我们通过仿真与几种贪心算法进行比较，证明了这些优化方案的有效性。
2015-01-14 cs.IT math.IT
Cell-Free Massive MIMO: Uniformly Great Service For Everyone
我们考虑无小区大规模MIMO系统的下行链路，其中大量分布式接入点（AP）同时为数量少得多的用户提供服务。每个AP使用从接收到的上行链路导频获得的本地信道估计，并应用共轭波束成形来向用户发送数据。我们推导出一个封闭形式的表达式的可实现的速率。这个表达式使我们能够设计一个最佳的最大最小功率控制方案，使平等的服务质量的所有用户。我们进一步比较了无小区大规模MIMO系统的性能与传统的小小区网络的性能，并表明无小区系统的吞吐量与小小区系统相比更加集中在其中值附近。与小小区系统相比，无小区大规模MIMO系统可以提供95%可能的每用户吞吐量的几乎$20-$倍的增加。此外，无小区系统比小小区系统对阴影衰落相关性更鲁棒。
2015-05-11 cs.IT math.IT
Random Access for Massive MIMO Systems with Intra-Cell Pilot Contamination
大规模MIMO系统，其中基站配备有数百个天线元件，是在未来无线网络中获得前所未有的频谱效率的有吸引力的方式。在“经典”大规模MIMO设置中，假设终端满载，并且对性能的主要损害来自小区间导频污染，即，来自使用与家庭小区中相同导频的相邻小区中的终端的干扰。然而，当终端间歇地活动时，通过预分配导频来避免小区间污染是可行的，而相同小区的终端使用随机接入来选择所分配的导频序列。这导致小区内导频污染的问题。我们提出了一个大规模MIMO网络中的随机接入框架，并推导出新的上行链路和速率表达式，考虑到小区内的导频冲突，间歇性的终端活动和干扰。我们使用这些表达式来优化终端激活概率和导频长度。
2016-06-07 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Future Wireless Networks: A Marriage between Massive MIMO and Small Cells
为高能效设计的蜂窝网络会是什么样子？为了回答这个基本问题，我们使用随机几何模型的蜂窝网络和优化的能量效率相对于基站的密度，每个小区的天线和用户的数量，发射功率电平，和导频复用。最高效率既不是通过纯小小区方法实现的，也不是通过纯大规模MIMO解决方案实现的。有趣的是，正是这些方法的组合提供了最高的能量效率;小小区通过减少传播损耗而做出贡献，而大规模MIMO能够在干扰受控的情况下实现用户的复用。
2015-06-02 cs.IT math.IT
On the Matrix Inversion Approximation Based on Neumann Series in Massive MIMO Systems
迫零（ZF）被认为是大规模MIMO系统中潜在的实用预编码和检测方法之一。大规模MIMO的最大优点之一是能够在相同的时频资源上支持大量的用户，这就要求ZF矩阵求逆的维数比传统的多用户MIMO系统要大得多。在这种情况下，Neumann级数（NS）已被考虑用于矩阵求逆近似（MIA），因为它适合于大规模MIMO系统，并且在硬件实现中具有优势。讨论了大规模MIMO系统中基于NS的MIA的性能复杂度权衡和硬件实现。在本文中，我们分析了大规模MIMO天线的数量与用户数的比例对基于NS的MIA性能的影响。此外，我们推导了不同实际项数的NS基MIA的近似误差估计公式。这些结果可以为实际的大规模MIMO系统提供有用的指导。
2015-03-17 cs.IT math.IT
Design of Massive-MIMO-NOMA with Limited Feedback
在这封信中，一个低反馈的非正交多址接入（NOMA）方案，使用大规模多输入多输出（MIMO）传输。特别是，所提出的方案可以分解成多个分离的单输入单输出NOMA信道的MIMO-NOMA系统，和分析结果开发，以评估所提出的方案的性能的两种情况下，完美的用户排序和1比特反馈，分别。
2015-11-17 cs.IT math.IT
Massive BLAST: An Architecture for Realizing Ultra-High Data Rates for Large-Scale MIMO
提出了一种上行链路大规模MIMO的检测方案，称为M-BLAST或M-BLAST。推导出的算法是著名的软并行干扰消除的增强。在大规模MIMO应用场景中使用计算机模拟，M-BLAST被示出为产生显著更好的错误性能，降低了复杂度，相比于基准替代的单次线性检测器，以及原始的顺序V-BLAST。因此，M-BLAST可以用作在大规模MIMO中利用大量天线的计算上高效的手段。
2017-12-01 cs.IT math.IT
Safeguarding Massive MIMO Aided HetNets Using Physical Layer Security
本文探讨了大规模多输入多输出（MIMO）辅助的两层异构网络（HetNets）的物理层安全的潜力。重点研究了存在多个窃听者的下行链路安全传输问题。我们首先解决的影响，大规模MIMO的最大接收功率为基础的用户关联。然后我们推导出HetNets用户的保密中断概率的易处理的上界表达式。我们表明，大规模MIMO的实现显着提高了保密性能，这表明物理层安全可能是一个有前途的解决方案，以保护大规模MIMO HetNets。此外，我们表明，HetNets用户的保密中断概率首先下降，然后提高PBS的密度。
2015-09-09 cs.IT math.IT
Power Control for D2D Underlay in Multi-cell Massive MIMO Networks
针对多小区大规模MIMO系统下的设备到设备（D2D）通信，提出了一种新的功率控制和导频分配方案。在该方案中，每个小区中的蜂窝用户得到正交导频，这些正交导频在小区之间以重用因子1重用，而D2D对共享另一组正交导频。我们推导出一个封闭形式的容量下限的蜂窝用户与不同的接收处理方案。此外，本文还推导出了D2D接收机的容量下界及其近似表达式，并给出了一种使网络中用户的最小频谱效率（SE）最大化的功率控制算法。最后，我们提供了一个数值评估，我们比较我们提出的功率控制算法的最大发射功率的情况下，传统的多小区大规模MIMO的情况下，没有D2D通信。基于所提供的结果，我们得出结论，我们提出的方案增加了多小区大规模MIMO网络的总频谱效率。
2018-11-02 cs.IT math.IT
Dynamic Metasurface Antennas for Uplink Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）通信是近年来相当感兴趣的焦点。虽然已经建立了大规模MIMO的理论增益，但在实践中实现具有大规模天线阵列的MIMO系统具有挑战性。与大规模MIMO系统相关的实际挑战包括增加的成本、功耗和物理尺寸。在这项工作中，我们研究了大规模MIMO天线阵列使用动态元表面天线（DMA），一种新兴的技术，固有地处理上述挑战的实现。具体而言，DMA实现了大规模的平面天线阵列，并且可以在物理天线结构中自适应地结合诸如压缩和模拟组合的信号处理方法，从而降低成本和功耗。首先，我们提出了一个数学模型的大规模MIMO系统与DMA和讨论他们的限制相比，理想的天线阵列。然后，我们的特点的基本限制的上行链路通信与由此产生的系统，并提出了两种算法设计实用的DMA接近这些限制。我们的数值结果表明，所提出的方法产生了实用的大规模MIMO系统，其性能与理想天线阵列可实现的性能相当。
2019-06-30 cs.IT math.IT
Spectral Efficiency Bounds for Interference-Limited SVD-MIMO Cellular Communication Systems
基于随机几何的思想，研究了干扰受限多输入多输出（MIMO）下行蜂窝系统的各态历经频谱效率。通过奇异值分解预编码和合并，为单个用户提供服务。通过近似的信道特征值的期望，我们推导出上界和下界的遍历SE。得到的上界是最好的可能的系统级性能的任何MIMO策略在非合作蜂窝网络。我们通过仿真验证我们的分析结果。我们还推测，存在的最佳数量的流是成正比的路径损耗指数。
2016-10-30 cs.IT math.IT
Multiuser SM-MIMO versus Massive MIMO: Uplink Performance Comparison
在本文中，我们提出了大规模多用户{ \em空间调制多输入多输出（SM-MIMO）}系统中的信号检测算法。在大规模SM-MIMO中，每个用户配备有多个发射天线（例如，2或4个天线），但只有一个发射RF链，并且基站（BS）配备有数十到数百个（例如，128)接收天线。在SM-MIMO中，在给定的信道使用中，每个用户激活其多个发射天线中的任何一个，并且除了通过常规调制符号（例如，QAM）。我们提出了两种不同的算法用于在BS处检测大规模SM-MIMO信号;一种是基于{ \em消息传递}，另一种是基于{ \em局部搜索}。所提出的算法实现了很好的性能和规模。此外，对于相同的频谱效率，多用户SM-MIMO比传统的多用户MIMO（最近被称为大规模MIMO）好几个dB;例如，对于16个用户、BS处的128个天线以及每用户4个bpcu，在$10^{-3}$未编码BER处，具有每用户4个发射天线和4-QAM的SM-MIMO比具有每用户1个发射天线和16-QAM的大规模MIMO性能好大约4到5dB。SM-MIMO优于大规模MIMO的SNR优势可以归因于以下原因：（i）由于空间索引比特，SM-MIMO可以使用与大规模MIMO中的QAM字母表相比更低阶的QAM字母表来实现相同的频谱效率，以及（ii）对于相同的频谱效率和QAM大小，大规模MIMO将需要每个用户更多的空间流，这导致空间干扰增加。
2013-11-06 cs.IT math.IT
Multi-cell Massive MIMO Beamforming in Assuring QoS for Large Numbers of Users
大规模多输入多输出（MIMO）使用非常大量的低功率发射天线来服务数量少得多的用户。最广泛提出的大规模MIMO发射波束成形类型是迫零，其基于总MIMO信道矩阵的右逆以迫使用户间干扰为零。基于小区边缘用户的吞吐量分析了大规模MIMO的性能。本文重新评估这种波束成形的哲学，而不是考虑最大化的大规模MIMO系统的能量效率，以确保尽可能多的用户的服务质量（QoS）。新的时间分数式波束成形技术可以消除大量发射天线为少量用户提供服务的瓶颈，该技术将信号传输集中在时隙的几分之一内。因此，大规模MIMO可以在为更大数量的用户确保QoS时提供更好的体验质量（QoE）。所提供的模拟结果表明，大规模MIMO服务的用户数量与所需的QoS可能是两倍或更多的发射天线的数量。
2017-12-10 cs.IT math.IT
Massive MIMO and Waveform Design for 5th Generation Wireless Communication Systems
本文回顾了现有的相关工作，并确定了波形设计和大规模多天线系统（也称为Massive MIMO）交叉的关键5G领域的主要挑战。在基于滤波器组多载波（FBMC）的大规模MIMO中引入自均衡特性，可以减少系统所需的子载波数。它还表明，盲信道跟踪性能的FBMC可以用来解决导频污染-大规模MIMO系统的主要限制因素之一。我们的研究结果揭示并激励了一个全新的研究路线，以更好地理解波形设计，重点是基于FBMC的大规模MIMO网络。
2016-09-23 cs.IT math.IT
Wireless Power Transfer in Massive MIMO Aided HetNets with User Association
本文探讨了大规模多输入多输出（MIMO）辅助异构网络（HetNets）中的无线功率传输（WPT）的潜力。在HetNets中，大规模MIMO应用于宏小区，用户的目标是收集尽可能多的能量并减少上行链路路径损耗以增强其信息传输。通过解决大规模MIMO对用户关联的影响，我们比较和分析了两个用户关联方案。我们采用线性最大比传输波束成形的大规模MIMO功率传输充电用户。通过推导新的统计性质，我们得到了平均收获能量的精确和渐近表达式。然后，我们推导出平均上行链路可达速率下收获的能量约束。
2016-07-11 cs.IT math.IT
Towards SE and EE in 5G with NOMA and Massive MIMO Technologies
非正交多址接入（NOMA）已被提出来提高频谱效率（SE）和小区边缘容量。本文研究了大规模多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）编码。给出了NOMA大规模MIMO系统容量的解析表达式。在原有的连续干扰消除方法的基础上，为了更好地实现，本文引入了功率硬限制器。
2015-04-09 cs.IT math.IT
Mobile Cell-Free Massive MIMO: Challenges, Solutions, and Future Directions
本文研究无蜂窝大规模MIMO辅助的移动通信范式与挑战，提出采用预测天线、分层消除等技术方案，并给出未来研究方向，助力下一代移动通信发展。
2023-06-13 cs.IT math.IT
An Exclusion zone for Massive MIMO With Underlay D2D Communication
第五代网络将包含无线网络中的各种新功能，例如数据卸载、D2D通信和大规模MIMO。大规模MIMO特别有吸引力，因为它实现了巨大的增益，同时实现了像MRC接收器一样的简单处理。然而，它有一个被称为飞行员污染的主要缺点。在本文中，我们提出了一个框架，其中，D2D底层大规模MIMO系统的实现，我们将证明，这种方案可以减少导频污染问题，同时使系统的频谱效率的优化。D2D通信将有助于维持网络覆盖，同时允许执行更好的信道估计。
2015-06-11 cs.IT math.IT
Asymptotic Orthogonality Analysis of Time-Domain Sparse Massive MIMO Channels
下行链路大规模MIMO的理论分析通常假设理想的高斯信道矩阵具有与不同用户相关联的信道向量的渐近正交性，因为它可以提供有利的传播条件。同时，最近的实验表明，特定用户和大量基站天线之间的大量MIMO信道在时域和角度域都呈现空间公共稀疏性（SCS）。这促使我们研究现实稀疏大规模MIMO信道是否能提供良好的传播条件，并揭示现实稀疏信道下的大规模MIMO系统与理想高斯信道矩阵假设下的大规模MIMO系统之间的容量差距。本文从理论上证明了大规模MIMO中不同用户在实际稀疏信道下的信道向量满足渐近正交性，从而也提供了良好的传播条件。仿真结果验证了理论分析的正确性。
2015-11-27 cs.IT math.IT
Relationship between Cross-Polarization Discrimination (XPD) and Spatial Correlation in Indoor Small-Cell MIMO Systems
在这封信中，我们提出了一个相关的信道模型的双极化天线全向天线在室内小小区多输入多输出（MIMO）系统。在室内环境中，我们确认，交叉极化歧视（XPD）的出发角方向可以表示为MIMO信道的空间相关性。我们还评估了基于双极化天线的MIMO信道模型和空间相关的信道模型，使用三维（3D）射线跟踪模拟器。此外，我们提供了等效的相邻天线之间的距离根据XPD，提供设计双极化天线及其阵列的见解。
2017-12-06 cs.IT math.IT
Filter Bank Multicarrier for Massive MIMO
本文介绍了滤波器组多载波（FBMC）作为一个潜在的候选人在大规模MIMO通信的应用。指出了FBMC在大规模MIMO应用中相对于OFDM（正交频分复用）的优势。在FBMC中没有循环前缀增加了带宽效率。此外，FBMC还直接支持载波聚合。自均衡是本文介绍的大规模MIMO中FBMC的一种特性，其具有降低（i）复杂度;（ii）对载波频率偏移（CFO）的敏感度;（iii）峰均功率比（PAPR）;（iv）系统延迟;以及（v）增加带宽效率的影响。数值结果证实了这些说法。
2014-02-24 cs.IT math.IT
Asymptotic Coverage Probability and Rate in Massive MIMO Networks
大规模多输入多输出（MIMO）是用于蜂窝系统的传输技术，其使用许多天线来支持不那么多的用户。到目前为止，大规模MIMO的性能只在有限的蜂窝网络中进行了研究。在这封信中，我们分析了它的性能在随机蜂窝网络与泊松分布的基站位置。具体来说，我们提供了解析表达式的渐近覆盖概率和速率在下行链路和上行链路时，每个基站有大量的天线。结果表明，虽然受到导频污染的限制，大规模MIMO可以提供显着更高的渐近数据率每用户比单天线网络。
2013-05-10 cs.IT math.IT
Retrospective Interference Alignment for Two-Cell Uplink MIMO Cellular Networks with Delayed CSIT
在本文中，我们提出了一种新的追溯干扰对齐两个小区的多输入多输出（MIMO）干扰多址信道（IMAC）的延迟信道状态信息在发射机（CSIT）。结果表明，有延迟CSIT可以严格增加的总和自由度相比，没有CSIT的情况下。关键思想是通过以分布式方式充分利用先前接收的信号作为具有过时CSIT的边信息，来随着时间将来自相邻小区的多个干扰信号对准到小维度子空间上。值得注意的是，我们表明，追溯干扰对齐可以实现最佳的总和DoF的上下文中的两个小区两个用户的情况下，通过提供一个新的外边界。
2015-04-28 cs.IT math.IT
Interference Reduction in Multi-Cell Massive MIMO Systems I: Large-Scale Fading Precoding and Decoding
无线大规模MIMO系统需要大量（数十或数百个）基站天线服务于少得多的用户，与传统MIMO技术相比，在频谱效率和能量效率方面具有大的增益。直到最近，人们认为，在多蜂窝大规模MIMO系统中，即使在渐近状态下，由于服务天线的数量趋于无穷大，性能受到定向小区间干扰的限制。这种干扰是由不同小区中的用户不可避免地重复使用反向链路训练序列（导频污染）造成的。我们设计了一个新的概念，导致大规模MIMO系统中的小区间干扰的有效消除。这是通过外部多蜂窝预编码来实现的，我们称之为大规模衰落预编码（LSFP）。LSFP的主要思想是每个基站线性地组合针对来自不同小区的用户的消息，这些小区重复使用相同的训练序列。关键是，合并系数仅取决于用户和基站之间的慢衰落系数。每个基站使用基于估计的快衰落系数的传统线性预编码来独立地发送其LSFP组合符号。此外，我们推导出估计的下行链路和上行链路的信干噪比和容量下限的情况下，大规模MIMO系统与LSFP和有限数量的基站天线。
2014-11-15 cs.IT math.IT
Energy Efficiency in Cell-Free Massive MIMO with Zero-Forcing Precoding Design
我们考虑了一个无小区的大规模多输入多输出（MIMO）网络的下行链路，其中众多的分布式接入点（AP）服务于时分双工操作下的用户数量较少。部署无蜂窝网络的一个重要问题是高功耗，这与AP的数量成正比。这一问题提出了它们在总能源效率（比特/焦耳）方面是否适合绿色通信的问题。为了解决这个问题，我们开发了一种新的低复杂度的功率控制技术与迫零预编码设计，以最大限度地提高能量效率的无小区的大规模MIMO考虑回程功率消耗和不完善的信道状态信息。
2017-04-11 cs.IT math.IT
Multi-Cell Multi-User Massive FD-MIMO: Downlink Precoding and Throughput Analysis
针对时分双工（TDD）多小区多用户大规模全维MIMO（FD-MIMO）网络，研究了下行链路预编码和功率分配策略。利用信道互易性，消除了DL信道状态信息（CSI）反馈，并且通过经由旋转不变技术（ESPRIT）估计信号参数，将DL多用户MIMO预编码与上行链路（UL）到达方向（DoA）估计相关联。假设UL导频的非正交/非理想扩频序列，UL DoA估计的性能被解析地表征，并且所表征的DoA估计误差被并入到相应的DL预编码和功率分配策略中。仿真结果验证了我们的分析特征的DoA估计的准确性，并表明，所介绍的多用户MIMO预编码和功率分配策略优于现有的基于迫零的大规模MIMO策略。
2018-09-26 cs.IT math.IT
Cell-Free Massive MIMO with Channel Aging and Pilot Contamination
在本文中，我们研究了信道老化对无小区（CF）的大规模多输入多输出（MIMO）系统的性能与导频污染的影响。考虑到由于用户移动性的信道老化效应，我们首先计算信道估计。我们用它来获得新的封闭形式的表达式的CF大规模MIMO系统的上行链路频谱效率（SE）与大规模衰落解码和匹配滤波器接收机合作。一个小小区系统的性能推导出比较。结果表明，CF massive MIMO系统在低移动性和高移动性条件下都能获得较高的95%可能的上行链路SE，并且CF massive MIMO对信道老化具有更强的鲁棒性.分数功率控制（FPC）被认为是补偿，以限制用户间的干扰。结果表明，与全功率传输相比，FPC的效益随着沟道老化的加剧而逐渐减弱。
2020-08-25 cs.IT math.IT
Asymptotic Optimality of Massive MIMO Systems Using Densely Spaced Transmit Antennas
本文研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统的性能，该系统使用一个大的发射天线阵列与天线单元间隔密集。在理想均匀线性天线阵无互耦的假设下，证明了当发射天线间距趋于零时，预编码正交相移键控（QPSK）传输可以达到大规模MIMO系统的信道容量。这种渐近最优性类似于QPSK快于奈奎斯特信号。
2016-01-22 cs.IT math.IT
Multi-User Flexible Coordinated Beamforming using Lattice Reduction for Massive MIMO Systems
在多用户大规模多输入多输出（MU-Massive-MIMO）系统中，预编码算法的应用受到发射天线数必须大于或等于接收天线总数的维数约束。针对过载MU-Massive-MIMO系统中的维数约束问题，提出了一种格基约简（LR）辅助的灵活协作波束形成（LR-FlexCoBF）算法。一个随机的用户选择方案与建议LR FlexCoBF扩展其应用到MU-Massive-MIMO系统与任意过载水平。仿真结果表明，所提出的LR-FlexCoBF预编码算法在比特出错率（BER）和和速率性能方面都有明显的改善。
2014-12-23 cs.IT math.IT
On the Performance of Backhaul Constrained Cell-Free Massive MIMO with Linear Receivers
研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统，在该系统中，实现了雾无线接入网（F-RAN）来实现接入点（AP）和中央处理器（CPU）之间的信息交换。我们引入了一种新的方法，其中AP估计信道，并将估计信道的量化版本和接收信号的量化版本发送回中央处理单元。最大算法和Bussgang定理被用来模拟最佳均匀量化。推导了各态历经的可达速率。我们发现，利用微波无线回程链路，并使用少量的比特来估计信道和接收信号，有限回程无小区Massive MIMO的性能接近无小区Massive MIMO的性能与完美的回程链路。
2018-11-26 cs.IT math.IT
Massive MIMO versus Small-Cell Systems: Spectral and Energy Efficiency Comparison
在本文中，我们研究了两种重要的5G网络架构的下行链路性能，即大规模多输入多输出（M-MIMO）和小小区密集化。我们提出了一个比较建模的两个系统，其中用户和天线/基站（BS）的位置分布根据泊松点过程（PPP）。然后，我们利用随机几何的结果和大系统的分析工具来研究SIR分布和每个网络的平均香农和中断率。通过比较这些结果，我们观察到，对于用户平均频谱效率，小小区致密化在具有中等到高用户密度的拥挤区域和具有低用户密度的大规模MIMO中是有利的。然而，当性能度量是能量效率时，小小区系统在所有情况下都优于M-MIMO。本文的研究结果对实际5G网络的优化设计具有一定的参考价值。
2015-09-14 cs.IT math.IT
Effects of Channel Aging in Massive MIMO Systems
MIMO通信可以通过在基站处部署非常大量的天线元件来提供高频谱效率。来自大规模MIMO通信的增益来自于在上行链路和下行链路上使用多用户MIMO，但是与所服务的用户的数量相比，在基站处具有大量过量的天线。关于大规模MIMO的初始工作并没有完全解决与其部署相关的几个实际问题。本文研究了信道老化对大规模MIMO系统性能的影响。信道变化的影响，其特征在于作为不同的系统参数的函数，假设一个简单的模型，在发射机的信道时间变化。信道预测被提出来克服信道老化效应。老化的分析结果显示如何容量损失，由于时间的变化，在信道中。在多小区网络中的数值结果表明，大规模MIMO工作，即使有一些信道变化和信道预测可以部分克服信道老化的影响。
2013-07-12 cs.IT math.IT
On the Convergence of Massive MIMO Systems
在本文中，我们研究大规模MIMO系统的收敛特性，目的是确定大规模MIMO增益所需的天线数量。我们考虑三个特征的信道矩阵，并研究其渐近行为。此外，我们推导出ZF SNR和MF SINR不等接收功率的情况下。在我们的研究结果中，我们包括空间相关性的影响。我们表明，信道度量的收敛速度比ZF/MF预编码器的性能慢得多。
2015-01-29 cs.IT math.IT
Performance of Uplink Multiuser Massive MIMO Systems
我们研究了大规模MIMO系统中上行链路传输的性能，其中所有的发射机都有单天线，接收机（基站）有大量的天线。具体而言，我们分析了可实现的自由度的系统，而无需假设在接收机的信道状态信息。此外，我们量化的量的功率节省，是可能的接收天线的数量增加。
2013-11-06 cs.IT math.IT
Success Probability of Grant-Free Random Access with Massive MIMO
大规模MIMO通过提供丰富的空间自由度为实现高效随机接入（RA）开辟了新的途径。本文研究了大规模MIMO下的免授权接收机，推导了共轭波束形成和迫零波束形成下免授权接收机成功概率的解析表达式，并进一步分析了系统参数对成功概率的影响。仿真结果验证了分析的准确性。它被证实，免授权RA与大规模MIMO是一个有吸引力的RA技术与低信令开销，可以同时容纳多个RA用户，这是数倍的RA信道的数量，接近一个成功的概率。此外，当大规模MIMO中的天线数量足够大时，我们证明了正交码的数量将主导成功概率。
2018-05-22 cs.IT math.IT
Improving Cell-Free Massive MIMO by Local Per-Bit Soft Detection
在这封信中，我们考虑了无小区的大规模多输入多输出（MIMO）网络的上行链路，其中每个用户由接入点（AP）的子集解码。在无小区大规模MIMO处理中引入了一个额外的步骤：上行链路中的每个AP在本地实现软MIMO检测，然后在前传链路上共享所得到的比特对数似然。数据的解码在中央处理单元（CPU）处执行，从AP收集数据。AP处的非线性处理包括仅利用本地信道状态信息对每个接收到的数据比特的后验密度的近似计算。所提出的方法提供了良好的性能，在误帧率和大大低于最佳的最大似然解调器的复杂度。
2021-04-06 cs.IT math.IT
Low Complexity Optimization of the Asymptotic Spectral Efficiency in Massive MIMO NOMA
大规模多输入多输出（MIMO）技术极大地提高了无线信道的容量，而非正交多址（NOMA）技术解决了传统正交多址（OMA）技术中资源有限的问题，有望提高频谱效率。本文利用渐近容量计算结果降低了小规模MIMO-NOMA功率分配算法的复杂度，使其可应用于大规模MIMO阵列系统。所提出的方法最大限度地提高了所考虑的系统的总容量，功率和性能的限制，并表现出更高的精度比其他方法，尽管剩余的低复杂度为任意大的天线阵列。
2020-07-08 cs.IT math.IT
Analysis of Massive MIMO With Hardware Impairments and Different Channel Models
大规模多输入多输出（MIMO）被预见为下一代蜂窝通信（5G）中的主要技术组件之一。在本文中，基本限制下行链路的大规模MIMO系统的性能进行了研究，通过仿真和分析。针对不同的阵列尺寸、信道模型和预编码方案，分析了单小区多用户MIMO系统的信干噪比（SINR）和总速率。硬件损伤对性能的影响也进行了研究。简单的近似推导出明确显示天线的数量，服务用户的数量，发射功率和硬件损伤的幅度如何影响性能。
2015-01-17 cs.IT math.IT
The Role of Large-Scale Fading in Uplink Massive MIMO Systems
在这封信中，我们分析了一个大的上行链路多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统在广义$K$衰落信道的遍历容量。在所考虑的情况下，多个用户将其信息发送到配备有大量天线的基站。由于大规模MIMO系统中快衰落的影响逐渐消失，大规模衰落成为影响大规模MIMO系统遍历容量的最主要因素。关于这一事实，在我们的工作中，我们集中我们的注意力在大规模MIMO系统的大规模衰落的影响。具体地说，一些有趣的和新颖的遍历容量的下界已经得到了完美的信道状态信息（CSI）和不完美的CSI。仿真结果评估这些解析表达式的准确性。
2014-06-12 cs.IT math.IT
Uplink Performance Evaluation of Massive MU-MIMO Systems
本文研究了采用大规模MIMO方法的多用户MIMO（MU-MIMO）系统中基于OFDM的上行链路。在这种情况下，线性检测器最小均方误差（MMSE），迫零（ZF）和最大比合并（MRC）被认为是和评估。本文包括比特出错率（BER）的结果，通过平坦瑞利衰落信道的假设下，完美的功率控制和信道估计的未编码QPSK/OFDM传输。通过蒙特卡罗模拟得到BER结果。性能结果进行了详细讨论，我们确认可实现的“大规模MIMO”的效果，即使是降低复杂度的检测技术，当在BS的接收天线的数量远大于发射天线的数量。
2015-03-07 cs.IT math.IT
On the Spectral Efficiency of Massive MIMO Systems with Low-Resolution ADCs
低分辨率模数转换器（ADC）是大规模多输入多输出（MIMO）系统中显著降低射频电路功耗的一种很有前途的解决方案。在这封信中，我们研究了莱斯衰落信道下具有低分辨率ADC的大规模MIMO系统的上行链路频谱效率（SE），其中考虑了完美和不完美的信道状态信息。通过将低分辨率ADC的量化噪声建模为加性量化噪声，我们推导出具有典型最大比合并（MRC）接收机的大规模MIMO上行链路SE的易于处理的精确近似表达式。我们还分析了ADC分辨率、Rician $K$因子和天线数量对上行链路SE的影响。我们的推导结果表明，在大规模MIMO系统中，使用低成本和低分辨率的ADC仍然可以实现令人满意的SE。
2016-02-25 cs.IT math.IT
A Comparison of MIMO Techniques in Downlink Millimeter Wave Cellular Networks with Hybrid Beamforming
在未来的毫米波（mmWave）蜂窝网络中将需要大型天线阵列，从而实现大量不同的可能天线架构和多输入多输出（MIMO）技术。仍然不清楚哪种MIMO技术作为不同网络参数的函数是最期望的。因此，本文比较了混合波束赋形使能的多用户（MU）MIMO和单用户空间复用（SM）与单用户模拟波束赋形（SU-BF）的覆盖范围和速率性能。针对MU-MIMO毫米波蜂窝网络，提出了一种用于覆盖和速率分析的随机几何模型，该模型考虑了混合模拟/数字预编码器和合并器的毫米波特定硬件约束，以及角域稀疏的阻塞相关信道模型。分析结果突出了多用户毫米波网络的覆盖范围，速率和功耗的权衡。在毫米波蜂窝网络中，由于发射机处的完美信道状态信息和轮询调度，MU-MIMO通常是比SM或SU-BF更好的选择。然而，这种观察忽略了由于信道获取或计算复杂性而引起的任何开销。考虑到这种开销的影响，我们的结果可以重新解释，以便量化MU-MIMO提供比SM或SU-BF更高速率的最小允许效率。
2016-03-02 cs.IT math.IT
Spectral and Energy Efficiency of Cell-Free Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
无小区的大规模多输入多输出（MIMO）具有大量分布式接入点（AP），其共同服务于用户设备（UE），是未来无线通信的有前途的网络架构。为了降低此类系统的成本和功耗，在AP处利用低质量收发器硬件是重要的。然而，硬件损伤对无小区大规模MIMO的影响迄今尚未被研究。在本文中，我们首先看看这个重要的话题，利用完善的硬件失真模型，并推导出新的频谱和能源效率的封闭形式的表达式。这些表达式提供了重要的见解，硬件损伤的实际影响，以及如何有效地部署无细胞系统。此外，提出了一种新的硬件质量缩放定律。它证明了在AP的硬件损伤的影响消失的AP的数量的增长。数值结果验证了无小区的大规模MIMO系统对硬件损伤具有固有的弹性。
2017-09-09 cs.IT math.IT
Detection and Estimation Algorithms in Massive MIMO Systems
本书回顾了具有大量天线的多用户多天线无线系统（称为大规模多输入多输出（MIMO）系统）的信号检测和参数估计技术。我们认为集中式天线系统（CAS）和分布式天线系统（DAS）的架构，其中大量的天线元件被采用，并专注于移动蜂窝系统的上行链路。特别是，我们专注于接收处理技术，包括信号检测和参数估计问题，并讨论大规模MIMO系统的具体需求。仿真结果说明了性能的检测和估计算法在几种情况下的利益。讨论了大规模MIMO系统的关键问题，并指出了未来的发展趋势。
2014-08-21 cs.IT math.IT
Study of Multiuser Scheduling with Enhanced Greedy Techniques for Multicell and Cell-Free Massive MIMO Networks
在这项工作中，我们研究的和速率性能的多小区和无小区的大规模MIMO系统使用线性预编码和多用户调度算法。我们考虑使用一个网络为中心的聚类方法，以减少计算复杂性的技术应用到无细胞系统。然后，我们开发了一个贪心算法，考虑多个候选人的子集的用户进行调度，并接近最佳的穷举搜索的性能。我们评估建议和现有的调度算法在多小区和无小区网络具有相同的覆盖区域。数值结果表明，针对现有的方法，所提出的调度算法的和速率性能。
2023-03-12 cs.IT math.IT
Full-Duplex MIMO Small-Cell Networks: Performance Analysis
具有多个天线的全双工小型小区中继构成了设想的5G网络架构的核心元素。在本文中，我们使用随机几何分析全双工多天线小小区的无线网络的性能，特别强调成功传输的概率。为了实现这一目标，我们还描述了全双工节点的自干扰功率的分布。建议的框架揭示了有用的见解全双工的好处，就半双工的网络吞吐量。
2015-07-03 cs.IT math.IT
Massive MIMO Combining with Switches
大规模多输入多输出（MIMO）有望在未来的无线系统中发挥核心作用。在基站和移动用户处部署大型天线阵列提供了提高系统频谱效率的复用和波束成形增益。不幸的是，模数转换器等组件的高成本和功耗使得为每个天线分配RF链以及应用典型的全数字预编码/组合解决方案变得困难。在本文中，一种新的架构，大规模MIMO接收机，包括阵列的开关和恒定（不可调）移相器，提出。该架构在RF域中应用准相干组合以减少所需RF链的数量。开发并分析了设计这种架构的RF组合的算法。结果表明，所提出的大规模MIMO合并模型可以实现相当的性能，在单用户和多用户的大规模MIMO设置的全数字接收机架构。
2016-01-27 cs.IT math.IT
Pilot Decontamination in CMT-based Massive MIMO Networks
在时分双工（TDD）模式下的大规模MIMO网络中，导频污染问题在很大程度上限制了网络的期望容量。本文解决了这个问题，在余弦调制多音（CMT）为基础的大规模MIMO网络，利用其所谓的盲均衡属性。我们扩展和应用盲均衡技术从单天线的情况下，多蜂窝大规模MIMO系统，并表明它可以消除信道估计误差（由于导频污染效应），而不需要任何不同的小区之间的合作或传输额外的训练信息。我们的数值结果主张的功效，建议的盲技术，提高信道估计精度和消除的残留信道估计误差所造成的其他细胞的用户。
2014-06-19 cs.IT math.IT
Graph Coloring Based Pilot Allocation to Mitigate Pilot Contamination for Multi-Cell Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）系统利用大量的基站（BS）天线来服务一组用户，由于小区间干扰（ICI）而遭受导频污染。本文提出了一种基于图着色的多小区大规模MIMO系统导频分配方案。具体地说，通过利用衰落信道的大尺度特性，首先构建一个干扰图来描述所有用户的潜在ICI关系。然后，利用有限的导频资源，所提出的GC-PA方案旨在通过在干扰图中的用户之间有效地分配导频来减轻潜在的ICI。通过仿真验证了该方案的性能增益。
2015-07-15 cs.IT math.IT
Max-Min Power Control in Downlink Massive MIMO with Distributed Antenna Arrays
在本文中，我们研究了最优下行链路功率分配在大规模多输入多输出（MIMO）网络与分布式天线阵列（DAA）在相关和不相关信道衰落。在DAA大规模MIMO中，基站（BS）由多个天线子阵列组成。值得注意的是，天线子阵列部署在DAA大规模MIMO小区内的任意位置。因此，距离相关的大尺度传播系数是不同的，从用户到这些不同的天线子阵列，这使得功率控制的一个具有挑战性的问题。我们假设网络以时分双工模式操作，其中每个BS经由上行链路导频获得信道估计。基于信道估计，BS在下行链路中执行最大比传输。然后，我们推导出一个封闭形式的信号干扰噪声比（SINR）的表达式，其中的信道受到相关衰落。基于信干噪比表达式，我们提出了一种全网最大最小功率控制算法，以确保网络中的每个用户接收到统一的服务质量。数值结果表明DAA大规模MIMO提供的性能优势。对于某些特定场景，DAA大规模MIMO可以将平均每用户吞吐量提高高达55%。此外，我们表明，信道衰落协方差是一个重要的因素，在决定DAA大规模MIMO的性能。
2020-10-25 cs.IT math.IT
How to Scale Up the Spectral Efficiency of Multi-way Massive MIMO Relaying?
本文研究了一种解码转发（DF）多路大规模多输入多输出（MIMO）中继系统，在该系统中，多个用户通过一个具有大规模天线阵列的中继站进行数据交换。我们提出了一种新的传输协议，利用连续的取消解码和迫零（ZF）在用户。利用大规模MIMO的特性，推导出频谱效率的一个严格解析近似。我们表明，我们提出的方案只使用传统方案（时隙数等于用户数[1]）所需的一半时隙，在不同的用户之间交换数据。因此，我们提出的方案的总和频谱效率是传统方案的近两倍，从而将多路大规模MIMO的性能提升到前所未有的水平。
2017-03-30 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Multi-Cell Millimeter Wave Massive MIMO Networks with Low-Precision ADCs
在本文中，我们研究了多小区毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）网络与低精度模数转换器（ADC）在基站（BS）。每个小区为多个用户提供服务，每个用户配备有多个天线，但由单个RF链驱动。本文首先介绍了一种适用于毫米波大规模MIMO网络的信道估计策略，并分析了在不完全信道状态信息下的可达速率。然后，我们得出了一个有见地的下限的可实现的速率，这变得越来越紧的用户数量。该界限清楚地表明了天线数量和ADC精度的影响，特别是对于低信噪比（SNR）的单小区毫米波网络。它表征了各种系统参数之间的折衷。我们的分析结果最终证实了广泛的计算机模拟。
2018-10-05 cs.IT math.IT
Robust Power Allocation and Linear Precoding for Cell-Free and Multi-Cell Massive MIMO Systems
多小区（MC）系统存在于从第一代到第五代无线网络的移动网络操作中，并且考虑所有用户到以小区为中心的基站（BS）的信号。无小区（Cell-Free，CF）系统使用大量分布式天线同时为用户服务。在这种情况下，多输入多输出（MIMO）技术被用于两种拓扑结构中，并导致性能增益和干扰减少。为了实现所提及的益处，在下行链路（DL）中需要适当的预编码器设计和功率分配技术。一般而言，DL方案假设发射机处的完美信道状态信息（CSIT），这是不现实的。本文研究了在下行链路中采用线性预编码器的MIMO系统中的MC和CF，并提出了一种在不理想CSIT情况下的自适应功率分配算法。所提出的鲁棒自适应功率分配优于标准自适应和均匀功率分配。仿真还比较了两种系统框架使用最小均方误差（MMSE）预编码器与鲁棒自适应功率分配和自适应功率分配的性能。
2022-10-01 cs.IT math.IT
Broadbeam for Massive MIMO Systems
大规模MIMO已被确定为解决5G无线通信所需的巨大容量需求的有前途的破坏性空中接口技术之一。对于这种系统的实际部署，需要使用宽波束将控制消息可靠地广播到小区中的所有用户。宽波束被期望在所有方向上具有相同的辐射功率以覆盖小区中任何地方的用户。在本文中，我们将证明没有完美的宽波束。因此，我们开发了一种产生宽波束的方法，可以允许辐射功率的微小波动。总的来说，这可以作为大规模MIMO系统实际部署的一个组成部分。
2015-03-24 cs.IT math.IT
