Antenna Placement and Performance Tradeoffs with Hand Blockage in Millimeter Wave Systems
毫米波系统的正在进行的商业部署使形状因子用户设备（UE）设计中的许多实际问题成为焦点。随着波长变得更小，天线增益模式变得定向，并且链路预算严重依赖于波束成形，为了良好的性能，在UE的不同位置处使用多个天线模块变得势在必行。虽然更多的天线/模块可以增强波束成形阵列增益，但它带来了更高的组件成本、相关联的射频电路的功耗以及在学习适当的波束权重时的波束管理开销的折衷。因此，良好UE设计的目标是以低波束管理开销、复杂度和成本在UE周围的整个球体上提供与良好阵列增益相对应的鲁棒球形覆盖。本文的范围是研究两种流行的商用毫米波UE设计（正面和边缘设计）对球面覆盖的影响。我们表明，模拟波束码本可以导致两种设计的良好性能，和边缘设计提供了一个更好的权衡稳健的性能（手阻塞），波束管理开销，从天线放置的角度来看，实现复杂性和成本。
2019-01-04 cs.IT 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
Joint Optimization of Active and Passive Beamforming in Multi-IRS Aided mmWave Communications
智能反射面（IRS）被认为是缓解毫米波（mmWave）通信中阻塞效应、提高覆盖率的一种很有前途的技术。为了探索IRS对毫米波通信性能的影响，我们研究了多IRS辅助的毫米波通信网络，并通过联合优化有源和无源波束成形以及用于辅助的IRS集合来制定和速率最大化问题。由于目标函数缺乏凸性和IRS选择变量的二进制性质，优化问题是棘手的。为了解决复杂的非凸问题，提出了一种交替迭代方法。特别地，利用分式规划方法对主、被动波束形成进行了优化，并通过枚举法求解了IRS选择的优化问题。仿真结果表明，我们所提出的方法的性能增益。
2022-10-04 cs.IT eess.SP math.IT
Learning-Aided Beam Prediction in mmWave MU-MIMO Systems for High-Speed Railway
在高速铁路等高移动性场景下，快速时变信道估计会带来很大的开销和时延，波束对准和跟踪问题变得极具挑战性。针对这一问题，本文提出了一种基于学习的HSR网络波束预测方法，该方法利用一组观测数据，以精细的时间粒度预测未来一段时间内的波束方向和信道幅度。具体地说，我们将高维波束预测问题转化为两阶段任务，低维参数估计和级联混合波束形成操作。在第一阶段，采用最大似然准则估计出某终端的位置和速度，并设计了数据驱动的数据融合模块，以提高最终估计的精度和鲁棒性。然后，基于HSR场景先验信息（包括确定性轨迹、运动模型和信道模型），预测可能的未来波束方向和信道幅度。此外，我们将一个可学习的非线性映射模块结合到整个波束预测中，以允许非线性跟踪。这两个可学习模块都是基于模型的，具有良好的可解释性。与现有的波束管理方案相比，所提出的波束预测方案具有（接近）零开销和时延。 仿真结果验证了所提策略的性能.
2022-06-30 cs.IT eess.SP math.IT
Mobility and Blockage-aware Communications in Millimeter-Wave Vehicular Networks
移动性可能会降低下一代车载网络在毫米波频谱上运行的性能：频繁的未对准和阻塞需要重复的波束训练和切换，并产生巨大的开销。然而，移动性引起通信波束和阻塞事件中的时间相关性。在本文中，波束训练，数据传输和切换的自适应设计，提出了学习和利用这些时间的相关性，以减少波束训练开销和最佳的权衡吞吐量和功耗。在每个时隙，在系统状态的不确定性下，当检测到阻塞时，服务基站（BS）决定执行波束训练、数据通信或切换。该决策问题被转换为部分可观察的马尔可夫决策过程，目标是在平均功率约束下最大化传送到UE的吞吐量。为了解决高维优化问题，提出了一种近似约束点基值迭代（C-PBVI）方法，该方法同时优化原函数和对偶函数以满足幂约束.数值结果表明，分析与基于2D移动性和3D模拟波束成形的仿真之间的良好匹配，通过在BS和UE处的均匀平面阵列，并揭示了C-PBVI执行接近最佳，并在频谱效率方面优于具有周期性波束训练的基线方案38%。受C-PBVI策略结构的启发，提出了两种算法，以次优性换取复杂性，并且仅损失4%和15%的频谱效率。
2020-09-04 cs.IT eess.SP math.IT
DRL-based Joint Beamforming and BS-RIS-UE Association Design for RIS-Assisted mmWave Networks
可重构智能表面（RIS）由于能够建立可重构的无线传播网络，被认为是解决毫米波通信阻塞问题的一种非常有前途的技术。在本文中，我们专注于由多个基站（BS）服务的一组用户设备（UE）的RIS辅助毫米波通信网络。考虑到BS-RIS-UE关联问题决定了RIS应该帮助哪个BS和UE，我们联合优化BS-RIS-UE关联和RIS处的被动波束成形，以最大化系统的和速率。为了解决这一棘手的非凸问题，提出了一种基于软行动者-批评者（SAC）深度强化学习（DRL）的联合波束形成和BS-RIS-UE关联设计算法，该算法通过与环境交互，使用较少的先验信息学习最佳策略，并结合策略信息熵最大化，避免陷入局部最优解。仿真结果表明，与基准方案相比，所提出的SAC-DRL算法可以获得显着的性能增益。
2022-02-19 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Reinforcement Learning based Joint Active and Passive Beamforming Design for RIS-Assisted MISO Systems
可重构智能表面（RIS）由于具有低成本、可控性等独特优势，是解决毫米波通信系统阻塞问题的一种有效途径，近年来受到广泛关注。然而，由于高计算复杂性和无线环境的动态变化，使得有源波束形成和无源波束形成的联合设计是一项艰巨的任务。在本文中，我们考虑了一个RIS辅助的多用户多输入单输出（MU-MISO）毫米波系统，旨在开发一种基于深度强化学习（DRL）的算法，以联合设计在基站（BS）侧的有源混合波束形成器和RIS侧的无源波束形成器。通过采用先进的软演员-评论家（SAC）算法，我们提出了一种基于最大熵的DRL算法，它可以探索更多的随机策略比确定性的政策，同时设计有源模拟预编码器和无源波束形成器。然后，采用最小均方误差（MMSE）方法确定数字预编码器。实验结果表明，我们提出的SAC算法可以获得更好的性能相比，传统的优化算法和DRL算法。
2022-02-21 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beam Training and Positioning For Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Millimeter Wave Communications
智能反射面（IRS）为毫米波通信中的链路阻塞问题提供了一种经济有效的解决方案，其前提是准确估计（1）基站/接入点（BS/AP）和移动终端（MT）的最佳波束，（2）IRS的最佳反射模式，以及（3）链路阻塞。在本文中，我们进行波束训练设计IRS辅助毫米波通信估计上述参数。为了获得最佳波束和反射模式，我们首先执行随机波束形成和最大似然估计来估计BS/AP（或IRS）和MT之间的视线（LoS）路径的到达角（AoA）和离开角（AoD）。然后，与估计的AoA和AoD，我们提出了一种迭代定位算法，实现厘米级的定位精度。获得的位置信息不仅是一个附带的好处，而且使我们能够交叉验证和增强AoA和AoD的估计，并有助于预测阻塞指标。数值结果表明，我们提出的波束训练方案的优越性，并验证了位置信息带来的性能增益。
2021-01-12 cs.IT eess.SP 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
Sum Rate Maximization under AoI Constraints for RIS-Assisted mmWave Communications
针对RIS辅助毫米波通信，联合优化波束成形、RIS反射系数和UE调度，在AoI约束下最大化系统总和速率，提出分层搜索、局部搜索与BCD结合的低复杂度算法。
2023-11-13 cs.IT eess.SP math.IT
RIS-assisted High-Speed Railway Integrated Sensing and Communication System
本文研究RIS辅助高速铁路ISAC系统，在保证感知信号条件下联合优化基站波束成形、功率分配与RIS离散相移，采用交替最大化、CVX转换和局部搜索提升系统和速率。
2023-08-19 cs.IT cs.NI eess.SP
Enabling UAV Cellular with Millimeter-Wave Communication: Potentials and Approaches
为了支持高数据率紧急或自组织通信，我们考虑毫米波无人机蜂窝网络和相关的挑战和解决方案。为了实现快速波束形成训练和跟踪，我们首先研究了波束形成码本的分层结构，并通过子阵列技术设计具有不同波束宽度的分层码本。接下来我们研究了无人机运动引起的多普勒效应，发现当使用高增益定向传输时，多普勒效应可能不是灾难性的。我们进一步探讨了毫米波空分多址的使用，并展示了其在提高蜂窝网络容量方面的明显优势。我们还探讨了不同的方式来处理信号阻塞，并指出可能的自适应无人机巡航算法将是必要的，以抵消信号阻塞。最后，我们确定了无人机定位和定向毫米波用户发现之间的密切关系，前者的更新可能会直接影响后者，反之亦然。
2016-02-11 cs.IT math.IT
Location-aware Beamforming for MIMO-enabled UAV Communications: An Unknown Input Observer Approach
众多的通信和网络挑战阻碍了在现有无线技术主要集中在地面的极端环境中部署无人机（UAV）;因此，UAV的空对空信道没有完全覆盖。针对无人机联合感知与通信问题，提出了一种新的波束形成空间估计方法。所提出的空间估计算法依赖于使用基于延迟容忍的预测器，该预测器可以在存在由于阵风等因素引起的不确定性的情况下准确地预测目标无人机的位置。该方案使用离散时间未知输入观测器（UIO），通过在同一设备上工作，显著降低了联合目标检测和通信复杂度，并在信道阻塞和干扰的情况下可靠地执行。仿真结果证明了该方法的有效性。
2021-11-20 cs.IT cs.SY eess.SP
Hybrid Beamforming for Terahertz Wireless Communications: Challenges, Architectures, and Open Problems
太赫兹（THz）通信通过提供数十GHz带宽而被视为第六代（6 G）无线系统的支柱技术。为了克服传输距离短和传播损耗大的缺点，人们提出了采用亚毫米波长天线阵列的超大规模MIMO系统，以获得高增益。在UM-MIMO系统中，混合波束成形技术在提高数据率和降低功耗方面具有巨大的潜力。针对太赫兹波的特殊性，研究了太赫兹波混合波束形成技术的特点和面临的挑战。具体来说，我们证明了空间自由度（SDoF）小于5，这是由于太赫兹信道的极端稀疏性。研究了由高达15 dB以上的巨大反射和散射损耗引起的阻塞问题。此外，我们分析了包含1024个或更多天线的阵列所带来的挑战，包括对智能子阵列架构的要求，严格的能源效率，以及基于球面波传播机制的传播特性。由于带宽高达几百GHz，当带宽分数超过10%时，波束倾斜效应会导致超过5 dB的阵列增益损失。受此启发，本文提出了三种新的太赫兹混合波束形成结构，包括宽间隔多子阵、动态子阵阵列和基于真时延的结构。我们还展示了潜在的数据率，功耗和阵列增益的太赫兹通信能力。作为THz混合波束形成设计的路线图，多个开放的问题和潜在的研究方向进行了阐述。
2021-01-21 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Transmission Scheduling for UAV-assisted Millimeter-Wave Train-Ground Communication System
随着移动数据的爆炸式增长，高铁旅客对宽带无线接入服务的需求迫切需要超高速场景宽带无线通信的支持。毫米波（mmWave）可以实现高数据传输速率，但它伴随着高传播损耗和易受阻塞。为了解决这个问题，定向天线和无人机（UAV）的发展增强了毫米波车地通信系统的鲁棒性。本文提出了一种UAV和MR中继辅助（UMRA）算法来有效克服链路阻塞，在满足QoS要求和信道质量的前提下，最大化传输流的数量。首先，我们制定了一个混合整数非线性规划（MINLP）问题的无人机轨迹设计和传输调度在全双工（FD）模式。然后，在UMRA中，提出了基于图论的中继判决算法和传输调度算法，在计算复杂度和系统性能之间取得了较好的折衷。大量的仿真结果表明，一个合适的无人机位置将大大提高UMRA算法的性能，使其接近最优解。与其他两种已有的基准方案相比，UMRA在信道质量要求高、阻塞面积大的情况下，能够大大提高流的完成数和系统吞吐量。
2022-07-17 cs.IT math.IT
Sequential Hybrid Beamforming Design for Multi-Link mmwave Communication
在本文中，我们提出了一个顺序的混合波束成形设计多链路传输毫米波频段。作为起点，在BS和UE处经由传统的模拟波束成形来建立基线数据通信链路。如果额外的RF链在UE处可用，则其可以继续以相同的频率探测传播环境。在环境有利且系统资源允许的情况下，建立辅助数据通信链路以实现多流传输。原则上，辅链路可以由相同的BS和/或一个或多个其他BS服务。为了初始化辅数据通信链路，提出了并行束搜索方案，其帮助UE/BS找到具有给定优化标准的合适波束对，而不中断基线数据通信。通过应用所提出的两步方法，混合波束成形成为一个附加功能，可以很容易地切换到一个模拟波束成形使能系统，而不中断其操作时，系统需要。同时，如果基线数据通信链路发生信号阻塞，通过部署所提出的并行束搜索方案获得的信息也可以用于决定备用波束对。
2017-05-14 cs.IT math.IT
Robust and Secure Blockage-Aware Pinching Antenna-assisted Wireless Communication
University of New South Wales（新南威尔士大学）
本文研究了一种考虑阻塞的捏压天线（PA）系统，用于安全且鲁棒的无线通信。系统由配备多个波导的基站组成，每个波导承载多个PA，并在存在多天线窃听者的情况下为多个单天线合法用户服务。为保护保密传输，故意注入人工噪声（AN）以降低窃听通道。考虑到传统线性CSI误差界限在空间分布PA架构中过于保守，我们开发了新的几何感知不确定性集，共同表征窃听者位置和阵列方向误差。基于这些集，我们提出一个鲁棒的联合优化问题，确定每个波导波束成形和AN协方差、单个PA功率比分配以及PA位置，以最大化系统总速率，同时满足保密约束。该高度非凸设计问题通过低计算复杂度的迭代算法高效解决，该算法利用块坐标下降、基于惩罚的方法、主要化最小化、S过程和基于Lipschitz的替代函数。仿真结果表明，所提出算法实现的总速率比传统固定天线系统高4.7 dB，提供了显著改进的速率和保密性能。特别是（i）自适应PA定位保持了到合法用户的直视路径，同时有效利用波导几何结构来干扰窃听通道，（ii）忽略PA系统中的阻塞效应显著影响系统设计，导致性能下降和保密保障不足。
2026-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Reinforcement Learning Coordinated Receiver Beamforming for Millimeter-Wave Train-ground Communications
随着越来越多的人选择高速铁路作为短途旅行的交通工具，人们对高质量的多媒体服务的需求也越来越大。毫米波通信具有丰富的频谱资源，可以满足高速铁路对网络容量的高要求。此外，由于其短波长，在毫米波通信系统中接收器（RX）可以配备有天线阵列。然而，由于高速缓存高速运行，接收信号功率（RSP）在小区内迅速变化，并且与其他位置相比，在小区边缘处最低。因此，有必要对毫米波段高速铁路的RX波束形成进行研究，以提高接收信号的质量。在本文中，我们专注于毫米波车地通信系统的RX波束形成。为了提高RSP，我们提出了一种基于深度强化学习（DRL）的有效RX波束形成方案，并开发了一种深度Q网络（DQN）算法来训练和确定最佳RX波束方向，目的是最大化平均RSP。通过大量的模拟，我们证明了所提出的方案有更好的性能比四个基线方案的平均可吸入悬浮颗粒在铁路上的大多数位置。
2022-05-21 cs.IT math.IT
Joint Antenna Rotation and IRS Beamforming for Multi-User Uplink Communications
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Macau（澳门大学）
本文提出了一种联合天线旋转与IRS波束成形的多用户上行通信系统，通过优化3D旋转、接收波束成形和IRS相移，提升在物理遮挡和角度不匹配下的通信性能。
2026-01-16 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
Refracting Reconfigurable Intelligent Surface Assisted URLLC for Millimeter Wave High-Speed Train Communication Coverage Enhancement
针对毫米波高速列车通信中信号穿厢路径损耗大的问题，研究折射型RIS辅助的多用户MISO URLLC系统，提出基于交替优化的联合优化算法求解和速率最大化问题，仿真验证了算法收敛快且能有效提升系统和速率。
2024-09-11 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning for Beam-Management: State-of-the-Art, Opportunities and Challenges
受益于巨大的带宽资源，毫米波（mmWave）通信为下一代无线网络提供了最有前途的技术之一。为了补偿毫米波信号的高路径损耗，在基站和用户设备处都需要大规模天线阵列来建立定向波束成形，其中采用波束管理来捕获和跟踪具有最大接收功率的最佳波束对。当然，需要窄波束来实现高波束成形增益，但是它们强加了巨大的训练开销和对阻塞的高灵敏度。作为补救措施，可以利用深度学习（DL）进行波束管理。首先，目前的国家的最先进的审查，其次是相关的挑战和未来的研究机会。最后，我们强调相关的DL设计的见解和新颖的波束管理机制。
2021-12-12 cs.IT math.IT
Max-Min Fair Beamforming for Cooperative Multigroup Multicasting with Rate-Splitting
同时大量访问相同多媒体内容的需求是下一代蜂窝网络在密集城市地区的一个主要挑战。内容感知的组播传输策略提供了很有前途的解决方案，这样的用例涉及许多移动用户试图获取相同的数据。在这项工作中，我们考虑多组多播传输与一个共同的消息（例如，多媒体内容），其中不同的多播组与它们的私有多播消息一起感兴趣。我们进一步假设中继帮助蜂窝基站（BS）向经历高路径损耗和/或阻塞的用户传播多播内容。我们提出了叠加和级联编码方案，分别表示为SC和CC，来传输公共和私有组播消息。为了最大化最大最小公平（MMF）率，我们设计了一种新的低复杂度的交替优化算法来计算发送和中继预编码器。我们还提出了速率分裂（RS）的替代方案的SC和CC计划连同迭代算法来获得专用的发送和中继预编码器，以最大限度地提高MMF率。我们严格评估所提出的传输方案和预编码器的性能，并验证了基于RS的方案在过载情况下的优越性，没有任何饱和，增加信噪比。
2020-04-03 cs.IT math.IT
Cooperative Beamforming with Predictive Relay Selection for Urban mmWave Communications
Rutgers, The State University of New Jersey（罗格斯新泽西州立大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
虽然毫米波（mmWave）通信承诺高数据速率，但是它们对阻塞的敏感性和严重的信号衰减对其在城市环境中的部署提出了挑战。为了克服这些影响，我们考虑一个分布式的合作波束成形系统，它依赖于静态中继部署在集群具有相似的信道特性，在每个时刻，只有一个中继从每个集群被选择参与波束成形的目的地。为了满足网络的服务质量保证，波束成形的关键先决条件是中继选择。然而，由于信道随时间变化，中继选择成为一个资源需求的任务。实际上，对所有候选中继的信道状态信息的估计（对于中继选择是必要的）是占用带宽、浪费功率并且在网络中引入延迟和干扰的过程。相反，我们提出了一种独特的，预测性的方案，用于资源高效的中继选择，它利用毫米波介质的特殊传播模式，可以跨集群分布式执行，并与基于最佳波束成形的通信并行。所提出的预测方案有效地利用时空信道的相关性与当前和过去的网络范围内的接收信号强度（RSS），后者是不变的中继集群的大小，在系统的操作过程中连续测量。我们的数值结果证实，我们提出的中继选择策略优于任何随机选择策略，不利用信道相关性，而在同一时间，它执行非常接近一个理想的方案，使用完整的，集群大小相关的RSS，并提供显着节省信道估计开销，提供更好的网络利用率，特别是在密集的拓扑结构，典型的毫米波网络。
2019-07-29 cs.IT cs.LG cs.NI
Design and Analysis of Initial Access in Millimeter Wave Cellular Networks
初始接入是允许移动用户首先连接到蜂窝网络的过程。它包括两个主要步骤：下行链路上的小区搜索（CS）和上行链路上的随机接入（RA）。毫米波（mmWave）蜂窝系统通常必须依赖于定向波束成形（BF）以便创建可行的连接。因此，在毫米波蜂窝网络的初始接入过程中，必须学习并使用波束成形方向。本文认为，四个简单的，但有代表性的初始接入协议，使用各种组合的定向波束成形和全向发送和接收在移动和BS，在CS和RA阶段。我们提供了一个系统级的成功概率分析CS和RA的每一个，以及初始接入延迟和用户感知的下行链路吞吐量（UPT）。对于基线穷举搜索协议，我们找到了最佳BS波束宽度，并观察到，在初始接入延迟方面，它随着阻塞变得更加严重而减小，但对于UPT是相对恒定的（约$π/12$）。所考虑的协议，初始接入延迟和UPT之间的最佳权衡下实现快速小区搜索协议。
2017-03-24 cs.IT math.IT
A Distributed Machine Learning-Based Approach for IRS-Enhanced Cell-Free MIMO Networks
在无小区多输入多输出（MIMO）网络中，多个基站（BS）协作以实现高频谱效率。然而，在恶劣的传播环境中，由于大的阻塞而导致的高穿透损耗通常是严重降低通信性能的问题。考虑到智能反射面（IRS）能够以低成本的方式构建数字可控的反射链路，本文研究了一种IRS增强的下行链路无小区MIMO网络。我们的目标是最大化的总和速率的所有用户通过联合优化在BS和IRS的反射系数的发射波束成形。为了解决优化问题，我们提出了一个完全分布式的机器学习算法。与传统的迭代优化算法需要在中央处理单元（CPU）处进行中央处理以及BS与CPU之间的大量信道状态信息和信令交换不同，在所提出的算法中，每个BS可以局部地设计其波束成形向量。同时，IRS反射系数由BS之一确定。仿真结果表明，IRS的部署可以显著提高和用户速率，并且该算法能够以较低的计算复杂性获得较高的和用户速率。
2023-03-15 cs.IT eess.SP math.IT
Exploiting NOMA and RIS in Integrated Sensing and Communication
提出了一种新的综合传感与通信（ISAC）系统，利用双功能基站发送叠加的非正交多址（NOMA）通信信号，同时为通信用户和传感目标服务。此外，还提出了一种新的可重构智能表面（RIS）辅助传感结构，以解决传感任务的LoS链路的显著路径损耗或阻塞。在此基础上，推导出雷达目标在RIS处的波束方向图增益，并将其作为一个感知度量。本文的目标是通过联合优化有源波束形成、功率分配系数和无源波束形成来最大化最小波束增益。为了解决制定的优化问题的非凸性，波束方向图的增益和约束，首先转换成更容易处理的形式。在此基础上，结合逐次凸逼近（SCA）、Schur补、半定松弛（SDR）和序列秩一约束松弛（SRCR）方法，提出了一种迭代块坐标下降（IBCD）算法。为了降低IBCD算法的复杂度，提出了一种低复杂度的迭代交替优化（IAO）算法。特别地，通过求解半定规划（SDP）问题来优化有源波束形成，并推导出功率分配系数的闭式解。数值结果表明：i）提出的RIS-NOMA-ISAC系统在波束图增益和照明功率方面始终优于没有NOMA的RIS-ISAC系统; ii）低复杂度IAO算法实现了与IBCD算法相当的性能。iii）在欠载和过载通信场景中，可以通过所提出的联合优化算法来实现高波束方向图增益。
2022-10-06 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Communication Design in RIS-Assisted THz Channels
针对THz通信中的路径损耗和遮挡等挑战，提出一种用于RIS辅助THz系统的混合关键性叠加编码方案，通过优化发射功率，显著降低关键数据排队延迟并维持高吞吐量。
2024-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Nanoscale Reconfigurable Intelligent Surface Design and Performance Analysis for Terahertz Communications
太赫兹（THz）通信已经被设想为为提供用于第六代（6 G）无线网络的超高数据传输的有前景的使能器。为解决太赫兹波严重衰减和衍射不良带来的阻塞脆弱性，提出了一种纳米级可重构智能表面（NRIS），用于智能控制入射太赫兹波的传播方向。本文通过研究石墨烯的电导率与外加电压的关系，研究了石墨烯的电学性质，并基于法布里-珀罗谐振模型设计了一种高效的电控NRIS硬件结构。特别是，NRIS的相位响应可编程至306.82度。为了分析硬件性能，我们联合设计了NRIS辅助THz通信系统的无源和有源波束形成。特别地，提出了一种自适应梯度下降（A-GD）算法，通过在迭代过程中动态更新步长来优化NRIS的相移矩阵。最后，数值结果证明了我们设计的硬件架构以及开发的算法的有效性。
2022-07-06 cs.IT eess.SP math.IT
Design and Evaluation of Reconfigurable Intelligent Surfaces in Real-World Environment
可重构智能表面（RISs）对于5G及以后的无线通信系统具有有希望的覆盖和数据速率增益。之前的工作主要集中在使用计算机模拟或实验室级原型来分析这些表面的性能。为了准确了解这些系统的实际性能，本文开发了一个RIS概念验证原型，并广泛评估了其在现场和现实无线通信环境下的潜在收益。特别是，一个160单元的可重构表面，工作在5.8GHz频段，首先设计，制造，并在电波暗室中精确测量。然后将该表面集成到无线通信系统中，并在实际的室外通信场景中评估波束成形增益、路径损耗和覆盖范围改善。当发射机和接收机都采用定向天线时，发射机-RIS和RIS-接收机之间的距离分别为5 m和10 m时，所开发的RIS在$\pm60^\circ$波束形成角度范围内实现了信噪比（SNR）的$20$ dB增益。在覆盖方面，并且考虑在基站和移动用户网格之间具有阻塞并且在基站（BS）和用户（通过RIS）之间具有平均距离$35m$的远场实验，RIS在区域$> 75$ m $^2$内提供$6$ dB（最大$8$ dB）的平均SNR改善。得益于可扩展RIS设计，这些SNR增益可以通过更大的RIS区域直接增加。例如，具有相同设计的1，600个元件的RIS预期为类似部署提供约$26$ dB SNR增益。这些结果，除其他外，绘制有用的见解RIS系统的设计和性能，并提供了一个重要的证明，其在现实世界的远场无线通信环境中的潜在收益。
2021-09-16 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis for Hybrid Sub-6GHz-mmWave-THz Networks with Downlink and Uplink Decoupled Cell Association
该研究提出基于随机几何的分析框架，针对多层混合Sub-6GHz-mmWave-THz网络，推导上下行解耦小区关联下的SINR与速率覆盖概率，验证其性能优于耦合策略。
2024-09-12 cs.IT eess.SP math.IT
Event-Based Beam Tracking with Dynamic Beamwidth Adaptation in Terahertz (THz) Communications
针对THz窄波束移动、对齐与阻塞难题，提出动态波束宽度自适应参数化波束成形及基于事件的低开销波束跟踪与信道估计方法，联合优化速率和中断概率。
2022-08-21 cs.IT eess.SP math.IT
Design Challenges of Millimeter Wave Communications: A MAC Layer Perspective
由于对强大数据量的指数级需求，频谱变得越来越稀缺，新的毫米波（mmW）频带被认为是5G通信的支持者，以提供多千兆比特的无线接入。MmW通信表现出高衰减和阻塞、由于大规模波束成形的方向性、耳聋、低干扰，并且可能需要微波网络进行协调和回退支持。当前的mmW配置受到由这种异构通信系统和mmW频带特性给出的压倒性复杂度的挑战。这需要在所有层上开发新的实质性协议。本文综述了毫米波通信中的介质访问控制问题。它被讨论，而现有的标准解决了这些问题的个人和局域网，很少有做蜂窝网络。有人认为，介质访问控制层应配备适应机制，知道特殊的毫米波特性。提供了5G中mmW介质访问控制设计的建议。它的结论是，毫米波的高效访问控制技术的设计是在其起步阶段，还有很多工作要做。
2014-03-12 cs.IT cs.NI math.IT
Robust Secure Transmission Design for IRS-Assisted mmWave Cognitive Radio Networks
认知无线电网络（CRN）和毫米波（mmWave）通信是提高频谱效率（SE）的两种主要技术。考虑到CRN中的SE改善由于施加在主用户（PU）上的干扰温度而受到限制，并且毫米波通信中的严重路径损耗和高方向性使其容易受到阻塞事件的影响，我们将智能反射表面（IRS）引入到毫米波CRN中。由于估计失配和Elevator dropper（Eves）的无源性，窃听链路的信道状态信息（CSI）难以获得，这促进了IRS辅助毫米波CRN中鲁棒安全波束形成（BF）设计的研究。本文考虑了Eves的合作场景，这使我们能够在恶劣的窃听环境中研究BF设计。具体而言，通过使用一个均匀的线性阵列（ESTA）在认知基站（CBS）和均匀的平面阵列（UPA）在IRS，并假设不完美的CSI的角度的偏离窃听链路是已知的，我们制定了一个约束问题，以最大限度地提高最坏情况下的可实现的保密率（ASR）的次要用户（SU），通过联合设计的发射BF在CBS和反射BF在IRS。针对耦合变量非凸优化问题，提出了一种高效的交替优化算法。仿真结果表明，与其他基准算法相比，该算法的ASR性能与具有理想CSI的最优解的ASR性能差距较小。
2022-05-02 cs.IT math.IT
Coverage and Rate of Joint Communication and Parameter Estimation in Wireless Networks
本文提出基于互信息的数学框架，将覆盖概率与遍历速率扩展到雷达感知场景，并利用随机几何推导毫米波JCAS网络感知与通信性能的上下界，揭示网络密集化对感知SINR的改善作用。
2024-01-15 cs.IT math.IT
