On NOMA-Based mmWave Communications
非正交多址接入（NOMA）和毫米波（mmWave）通信是提高第五代（5G）移动网络系统容量的两种有前途的技术。前者通过对功率域信息进行调制，可以获得较高的频谱效率，后者可以提供极大的频谱资源。起伏双射线（FTR）信道模型已经被实验证明能够准确地描述毫米波通信中的小尺度衰落效应。本文从中断概率（OP）和遍历容量（EC）两个方面研究了毫米波通信系统中基于NOMA的FTR信道通信性能。具体来说，我们考虑的情况下，一个基站（BS）发送信号，两个用户同时在NOMA计划。BS和用户都配备有单个天线。两种功率分配策略被认为是：第一个是一个一般的（固定的）功率分配方案下，我们得到的OP和EC的NOMA用户在封闭的形式;另一个是一个最优的功率分配方案，可以实现最大的和速率为整个系统。在第二种方案下，不仅得到了OP和EC的封闭形式，而且得到了EC的上、下界。此外，我们还推导了在高平均信噪比区域的OP的渐近表达式，以研究这两种方案下的分集阶数。最后，我们通过Monte-Carlo模拟证明了我们导出的表达式的正确性和准确性。
2020-09-15 eess.SP
Resource Allocation for mmWave-NOMA Communication through Multiple Access Points Considering Human Blockages
提出了一种新的用于拥挤场所的毫米波非正交多址接入（mmWave-NOMA）通信中的资源分配优化框架。MmWave通信受到诸如人体等障碍物的严重阻塞，特别是在密集区域。因此，详细的方法建模的阻塞事件在场地的情况下介绍。此外，在不同位置考虑了几个毫米波接入点。以网络总速率最大化为目标，将资源分配问题转化为一个混合整数非线性规划问题，该问题一般是NP-难的。因此，一个三阶段的低复杂度的解决方案，提出了解决这个问题。首先，提出了一种用户调度算法，提出了一种改进的最坏连接交换算法。其次，采用模拟退火算法求解天线分配问题。然后，以最大化网络总速率和保证服务质量约束为目标，采用差分凸规划方法求解非凸功率分配优化问题。仿真结果表明，在阻塞效应下，所提出的mmWave-NOMA方案比传统的mmWave-orthogonal多址接入方案的性能平均好23%。此外，所提出的解决方案的性能比最优值低11.4%，同时降低了96%的复杂度。
2020-10-11 eess.SP
Energy-Efficient IRS-Aided NOMA Beamforming for 6G Wireless Communications
本文提出了一种基于智能反射面（IRS）辅助的非正交多址接入波束形成（NOMA-BF）系统的节能交替优化框架，用于6 G无线通信。具体而言，这项工作提出了一个集中的IRS启用设计的NOMA-BF系统，以优化主动波束成形和功率分配系数（PAC）的用户在发射机在第一阶段和被动波束成形在IRS在第二阶段，以最大限度地提高网络的能量效率（EE）。然而，NOMA-BF系统可支持用户数的增加将导致NOMA用户干扰和簇间干扰（ICI）。为了减轻ICI的影响，首先采用迫零波束形成以及高效的用户聚类算法，然后通过提出的迭代算法有效地处理NOMA用户干扰，该算法通过简化的封闭形式的表达式计算NOMA用户的PAC在所需的系统约束下。在第二阶段中，被动波束形成的问题是通过基于凸差分（DC）规划和连续凸逼近（SCA）的技术解决。仿真结果表明，所提出的交替框架的能量有效的IRS辅助NOMA-BF系统可以实现收敛在几个迭代，并提供有效的性能方面的EE的系统具有低复杂度。
2022-03-30 eess.SP
Downlink Beamforming Design for NOMA Using Convolutional Neural Networks
University of York（约克大学）；Memorial University（纪念大学）
本文提出基于CNN的下行NOMA波束成形设计方法，通过优化发射功率减少计算负担，提升实时应用的可行性。
2026-02-22 eess.SP
ProSky: NEAT Meets NOMA-mmWave in the Sky of 6G
University of Tripoli（的黎波里大学）；Oregon State University（俄勒冈州立大学）
无人机（UAV）以其无处不在的连接能力、灵活性和成本效益，受到越来越多的研究关注。然而，为了将无人机的性能提升到一个新的水平，它们需要与其他一些技术融合，如非正交多址接入（NOMA）和毫米波（mmWave），这两种技术都保证了高频谱效率（SE）。由于使用基于模型的技术可能无法有效管理无人机，因此无人机不可避免地需要利用的另一项关键创新技术是人工智能（AI）。然而，设计一种基于人工智能的技术，自适应地分配无线电资源并将无人机放置在3D空间中以满足某些通信目标，是一项艰巨的任务。在本文中，我们提出了一个神经进化的增强拓扑NEAT框架，称为ProSky，管理NOMA-mmWave-UAV网络。与基于模型的方法相比，ProSky表现出显着的性能改进。此外，ProSky在SE和能效EE方面的学习速度是基于深度强化学习DRL的方案的5.3倍，并且表现相当公平。ProSky源代码可在以下网站访问：https://github.com/Fouzibenfaid/ProSky
2022-10-13 cs.AI eess.SP
Resolution of Near-Field Beamforming and Its Impact on NOMA
该研究明确近场波束成形分辨率非完美的条件，利用该特性将为传统用户预配置的近场波束服务额外NOMA用户，提升整体连接性与系统吞吐量。
2023-10-08 cs.IT eess.SP math.IT
MISO NOMA Downlink Beamforming Optimization with Per-Antenna Power Constraints
考虑多输入单输出（MISO）系统中非正交多址接入（NOMA）传输的多用户下行波束成形优化问题。总发射功率最小化的问题，制定了每天线功率约束和服务质量（QoS）约束下的NOMA原则。该问题是一个非凸二次约束二次规划问题，传统的半定规划松弛方法是不紧的。为了解决非凸NOMA波束形成问题，我们为每个信号干扰噪声比（SINR）约束构造了一个二阶锥近似，并形成了一个迭代算法，在该算法中求解了一系列二阶锥规划（SOCP）。SOCP序列的最优值是非增的，它收敛到一个局部最优值。然而，我们广泛的模拟结果表明，局部最优值或多或少是好的全局最优值。特别是，我们表明，SDP松弛是紧的两个用户的情况下，如果一个SINR的约束是严格的（非约束）在最优。详细的仿真结果表明，通过所提出的近似算法的性能增益的NOMA下行链路波束成形与每个天线的功率约束。
2018-11-30 eess.SP
Utilizing Imperfect Resolution of Near-Field Beamforming: A Hybrid-NOMA Perspective
该研究利用近场波束成形的非完美分辨率特性，提出混合NOMA传输策略以服务额外用户，通过求解能耗最小化问题并结合解析与仿真，明确了波束分辨率对混合NOMA传输设计的影响，可提升无线网络吞吐量与连接性。
2023-11-04 cs.IT eess.SP math.IT
A Secure Beamforming Design: When Fluid Antenna Meets NOMA
本文针对配备流体天线的下行NOMA系统，提出一种通过交替优化算法联合优化安全波束成形向量与天线位置以最大化安全速率的设计方案，显著提升了系统安全速率。
2024-11-13 eess.SP
User Clustering in mmWave-NOMA Systems with User Decoding Capability Constraints for B5G Networks
本文提出了一种毫米波NOMA（毫米波NOMA）系统，考虑到终端用户的信号处理能力，一个重要的实际考虑。下行链路（DL）方向上的NOMA的实现需要在用户终端处执行连续干扰消除（SIC），这是以额外的复杂度为代价的。在NOMA中，最弱的用户只需要解码自己的信号，而最强的用户必须解码SIC过程中所有其他用户的信号。因此，用户为DL NOMA执行SIC所需的附加实现复杂度取决于其在SIC解码顺序中的位置。预计第五代（B5 G）之后的通信系统将支持各种各样的终端用户设备，每个终端用户设备都具有自己的处理能力。我们设想一种系统，其中用户向基站（BS）报告他们的SIC解码能力，即，用户能够在SIC过程中解码的其它用户信号的数量。我们研究在这样的系统中的速率最大化问题，通过将其分解为用户聚类和排序问题（UCOP），然后是功率分配问题。我们提出了一个NOMA最小精确覆盖（NOMA-MEC）的启发式算法，转换成一个集群最小化问题的UCOP从一组派生的有效集群组合后，在SIC解码能力的因素。NOMA-MEC的复杂性进行了分析，各种算法和系统参数。对于一个同质系统的用户都具有相同的解码能力，我们表明，这相当于一个简单的最大用户数每个集群的约束，并提出了一个较低的复杂度NOMA最佳波束（NOMA-BB）算法。仿真结果表明，与正交多址接入（OMA）和传统的NOMA相比，该算法在总速率方面具有明显的性能优势
2020-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
User Association and Hybrid Beamforming Designs for Cooperative mmWave MIMO Systems
混合模拟和数字波束成形已经成为毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）通信系统的关键使能技术，因为它可以平衡系统性能和硬件效率之间的权衡。协作网络由于其强大的集中控制能力，在提高毫米波通信频谱效率方面显示出巨大的潜力。在本文中，我们考虑合作毫米波MIMO系统，并提出了三种典型的混合波束形成架构的用户关联和混合波束形成的设计算法。协作网络的中央处理单元（CPU）首先匹配基站（BS）和用户的服务对。然后，提出了一种迭代混合波束形成设计算法，以最大化具有全连接混合波束形成架构的mmWave MIMO系统的加权可达和速率性能。此外，针对固定子阵混合波束形成结构，提出了一种启发式模拟波束形成设计算法。为了进一步利用多天线的分集，我们还考虑了动态子阵结构，并提出了一种新的天线设计算法的模拟波束形成设计。仿真结果表明，所提出的混合波束形成算法与现有的其他方法相比，性能有了显著的提高，动态子阵结构在提高能量效率（EE）性能方面具有很大的优势。
2022-08-10 eess.SP
Joint Location and Beamforming Design for STAR-RIS Assisted NOMA Systems
同时发射和反射的可重构智能表面（STAR-RIS）辅助非正交多址接入（NOMA）通信系统在其附近的研究，其中STAR-RIS部署在一个预定义的区域内，为用户建立通信链路。在多天线基站（BS）处采用基于波束形成器的NOMA和基于簇的NOMA方案。对于每种方案，STAR-RIS部署位置、STAR-RIS的无源发射和反射波束成形（BF）以及BS处的有源BF被联合优化以最大化用户的加权和速率（WSR）。为了解决由此产生的非凸问题，交替优化（AO）算法，其中连续凸逼近（SCA）和半定规划（SDP）方法被调用迭代地解决每个子问题的非凸性。仿真结果表明：1）优化STAR-RIS的具体部署位置可以显著提高WSR性能; 2）基于波束形成器和基于簇的NOMA都倾向于非对称STAR-RIS部署。
2022-06-26 eess.SP
NOMA-Assisted Symbiotic Backscatter: Novel Beamforming Designs Under Imperfect SIC
针对NOMA主用户与二级环境标签的共生网络，本文提出两种不完美SIC下的发射波束成形与功率分配设计，通过交替优化等非凸求解算法，实现了最大化加权和速率或最小化发射功率，并显著提升了系统的收集功率与数据速率。
2023-11-28 eess.SP
Energy-Efficient Beamforming and Resource Optimization for AmBSC-Assisted Cooperative NOMA IoT Networks
在这篇手稿中，我们提出了一种基于多天线环境反向散射通信（AmBSC）辅助下一代（NG）物联网（IoT）通信网络的协作非正交多址（NOMA）的节能交替优化框架。具体而言，通过优化发射机处IoT NOMA用户的主动波束成形向量和功率分配系数（PAC）以及多天线辅助反向散射节点处的被动波束成形向量，实现了所考虑的AmBSC使能的多集群协作IoT NOMA系统的能量效率最大化。通常，增加每个集群中IoT NOMA用户的数量会导致集群间干扰（ICI）（在不同集群之间）和集群内干扰（在IoT NOMA用户之间）。为了对抗ICI的影响，我们利用迫零（ZF）为基础的主动波束成形，以及一个有效的聚类技术在源节点。此外，通过利用有效的功率分配策略来减轻集群内干扰的影响，该功率分配策略在服务质量（QoS）、协作、SIC解码和功率预算约束下确定IoT NOMA用户的PAC。利用逐次凸近似（SCA）和凸规划差分（DC）将非凸无源波束形成问题转化为标准半定规划（SDP）问题，并基于惩罚方法得到无源波束形成的秩1解.此外，数值分析的仿真结果表明，所提出的能量效率最大化算法表现出有效的性能，实现收敛，只有几个迭代。
2022-09-11 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter-Wave NOMA with User Grouping, Power Allocation and Hybrid Beamforming
研究了非正交多址接入在毫米波通信中的应用。特别地，我们考虑具有混合波束成形结构的下行链路传输。首先根据用户间的信道相关性提出了一种用户分组算法。然后，联合的混合波束成形和功率分配问题，制定最大化可实现的和速率，每个用户的最小速率约束。为了解决这一高维变量的非凸问题，首先得到了任意固定混合波束形成下的功率分配问题的解，将其分为组内功率分配和组间功率分配。然后，在给定任意固定模拟波束形成的情况下，利用近似迫零法设计数字波束形成，以最小化群间干扰。最后，用一种边界压缩粒子群优化算法求解了恒模约束下的模拟波束形成问题。仿真结果表明，所提出的联合方法，包括用户分组、混合波束形成和功率分配，在可达到的和速率和能量效率方面优于现有技术方案和传统的毫米波正交多址接入系统。
2019-07-30 eess.SP
Beyond Codebook-Based Analog Beamforming at mmWave: Compressed Sensing and Machine Learning Methods
模拟波束成形是毫米波（mmWave）通信的主要方法，因为其对于有限资源设备具有有利的特性。在这项工作中，我们的目标是减少模拟和数字波束形成方法之间的频谱效率差距。我们提出了一种基于估计的原始信道的精细波束选择方法。利用信道的角域稀疏性，利用压缩感知（CS）方法解决了信道估计这一欠定问题。为了降低压缩感知方法的复杂度，提出了字典学习迭代软阈值算法，该算法联合学习稀疏化字典和信号重构。我们评估所提出的方法在一个现实的毫米波设置，并显示相当大的性能改善相对于基于码本的模拟波束成形方法。
2022-11-03 eess.SP
Hybrid beamforming for single carrier mmWave MIMO systems
混合模拟和数字波束成形（HBF）已经被认为是一种有吸引力的技术，其为未来的宽带毫米波（mmWave）通信提供了硬件实现限制和系统性能之间的折衷。针对目前大多数基于正交频分复用的毫米波系统的HBF设计，本文研究了单载波系统的HBF设计。通过应用交替极小化方法，我们提出了一个有效的基于最小均方误差准则的HBF方案。仿真结果表明，该方案优于传统的HBF方案SC系统。
2019-02-26 eess.SP
Multi-Agent Double Deep Q-Learning for Beamforming in mmWave MIMO Networks
波束形成是毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）通信的关键技术之一。设计合适的波束形成不仅可以提高接收信号的质量和强度，而且可以帮助减少干扰，从而提高数据速率。在本文中，我们提出了一种分布式多代理双深度Q学习算法的波束形成在毫米波MIMO网络，其中多个基站（BS）可以自动和动态地调整其波束，以服务于多个高度移动的用户设备（UE）。在分析中，最大接收功率关联准则被认为是用于UE，并考虑到一个现实的信道模型。仿真结果表明，所提出的基于学习的算法可以实现相当的性能，而在穷举搜索，操作复杂度低得多。
2020-08-13 eess.SP
Beam Squint in Ultra-wideband mmWave Systems: RF Lens Array vs. Phase-Shifter-Based Array
在这篇文章中，我们讨论了超宽带毫米波（mmWave）系统的射频（RF）透镜的潜力。在波束偏斜方面，我们比较了所提出的RF透镜天线与基于移相器的阵列的混合波束形成。为了降低全数字波束成形的复杂性，研究人员提出了基于RF透镜的混合波束成形。然而，毫米波系统的使用导致带宽增加，这引起波束偏斜现象。我们首先找到了介质射频透镜天线中波束斜视的成因。基于各频率下的波束形成增益，验证了在特定情况下，射频透镜可以不受波束偏斜的影响。我们使用3D电磁分析软件来数值解释每种天线类型的波束偏斜。基于此结果，我们提出了降低的频谱效率的系统级模拟与三维室内光线追踪。最后，为了验证我们的分析，我们制作了一个实际的RF透镜天线，并使用毫米波NI PXIe软件定义无线电系统演示了实际性能。
2021-12-08 cs.NI cs.SY eess.SP
Joint Microstrip Selection and Beamforming Design for MmWave Systems with Dynamic Metasurface Antennas
动态超颖表面天线（DMA）为未来无线系统实现大规模天线阵列提供了一种新的范例。在本文中，我们研究了下行毫米波（毫米波）DMA系统与有限数量的射频（RF）链。通过使用一个特定的DMA结构，一个等效的毫米波信道模型的第一个明确的特点。在此基础上，我们提出了一种有效的联合微带选择和波束成形方案，以适应有限数量的RF链。提出了一种基于通道增益的微带选择的低复杂度数字波束形成方案，而模拟波束形成器通过坐标上升法获得。数值计算表明，该方案的性能接近DMA没有RF链减少，验证了所提出的计划的有效性。
2022-10-22 eess.SP
Energy Efficiency Fairness Beamforming Designs for MISO NOMA Systems
在本文中，我们提出了两个波束成形设计的多输入单输出非正交多址接入系统考虑到能源效率（EE）的公平性用户之间。特别是，两个定量的公平性为基础的设计，以保持用户之间的公平性方面取得的EE：最大-最小的能源效率（MPEG4）和比例公平性（PF）的设计。基于MME的设计旨在最大化系统中用户的最小EE，而基于PF的设计旨在在系统的全局能量效率和用户之间的EE公平性之间寻求良好的平衡。详细的仿真结果表明，我们提出的设计提供了许多倍的EE改善现有的节能波束成形设计。
2019-02-15 eess.SP
Joint Optimization of Beamforming, Phase-Shifting and Power Allocation in a Multi-cluster IRS-NOMA Network
非正交多址接入（NOMA）和智能反射面（IRS）的结合是显著提高无线通信系统能量效率的有效解决方案。在本文中，我们专注于下行链路多簇NOMA网络，其中每个集群是由一个IRS支持。我们的目标是通过联合优化波束形成，功率分配和每个IRS的相移最小化的发射功率。公式化的问题是非凸的，并且由于耦合变量而难以求解，即，波束形成向量、功率分配系数和相移矩阵。为了解决这个非凸问题，我们提出了一个交替优化算法。具体地说，我们将原问题分为波束形成优化和相移可行性两个子问题，这两个子问题迭代求解。此外，为了保证波束形成优化问题的可行性，提出了一种迭代算法来搜索可行的初始点。为了降低算法的复杂度，本文还提出了一种基于部分穷举搜索的简化算法。仿真结果表明，所提出的交替算法可以产生更好的性能增益比部分穷举搜索算法，OMA-IRS，NOMA与随机IRS相移。
2020-09-14 cs.IT eess.SP math.IT
Closed-Form Hybrid Beamforming Solution for Spectral Efficiency Upper Bound Maximization in mmWave MIMO-OFDM Systems
混合波束成形被认为是实现毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）通信的关键使能器，因为其能够显著减少收发器中昂贵且耗电的射频链的数量。然而，在毫米波MIMO正交频分复用（MIMO-OFDM）系统中，混合波束成形设计是具有挑战性的，因为需要在整个所采用的带宽上共享模拟预编码器和组合器。在本文中，我们提出了封闭形式的解决方案，设计的模拟预编码器/组合器在毫米波MIMO-OFDM系统的频谱效率的上限最大化的问题。封闭式解决方案有助于模拟波束形成器的设计，同时保证最先进的性能。数值结果表明，该算法获得了略有改善的性能与低得多的计算复杂度相比，所考虑的基准。
2021-08-24 eess.SP
High-gain MIMO Beamforming Antenna System for DSRC and mmwave 5G Integration in Autonomous Vehicles
针对自动驾驶车辆对高可靠、高速、低延迟通信的需求，提出一种可同时支持 5.9 GHz DSRC 与 28 GHz mmWave 5G 的高增益 MIMO 波束成形天线系统，以兼顾紧凑结构、双频工作、波束扫描和端口隔离。
2025-06-02 cs.IT cs.SY eess.SP
Joint Localization and Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided 5G mmWave Communication Systems
可重构智能表面（RIS）是提高毫米波（mmWave）通信系统传输速率的一项重要技术。以往对RIS技术的研究主要集中在提高毫米波通信系统的传输速率和保密率上。RIS技术的出现为智能无线电环境的产生创造了条件，在提高毫米波通信系统定位精度方面也具有潜在优势。部署在墙壁和物体上，RISs能够通过控制多径反射来显着改善通信和定位覆盖范围。本文研究了基于RIS的毫米波定位系统，提出了一种联合波束形成和定位问题。然而，由于目标函数取决于未知UE的位置和瞬时信道状态信息（CSI），因此这种基于RIS辅助的波束成形和定位技术具有挑战性。针对这一问题，提出了一种新的联合定位和波束形成优化算法（JLBO），并给出了算法的收敛性证明。仿真结果表明，RIS可以提高系统的用户定位精度，与传统的方案相比，该方案具有显着的性能改善。
2022-10-27 eess.SP
Frequency-Selective Beamforming Cancellation Design for Millimeter-Wave Full-Duplex
在毫米波（mmWave）频率处提供的宽带宽使其成为未来无线通信系统的有吸引力的选择。最近的工作已经提出了波束成形策略，即使在混合波束成形的约束下，也可以在毫米波上实现带内全双工（FD）功能，从而扩展了下一代无线的令人兴奋的可能性。然而，现有的毫米波FD设计不考虑频率选择性毫米波信道。毫米波的宽带通信表明，频率选择性可能会受到关注，因为通信信道将在数百兆赫或更高的量级上。这激发了本文的工作，在本文中，我们提出了一个频率选择性波束成形设计，使实际的宽带毫米波FD应用。在我们的设计中，我们考虑了与混合模拟/数字波束成形相关的挑战，例如移相器分辨率、理想的低射频（RF）链数量以及模拟波束成形器的频率平坦特性。我们使用仿真来验证我们的工作，这表明，频谱效率增益可以实现与我们的设计，使同时发送和接收带内。
2019-10-26 eess.SP
On Energy-Efficient Passive Beamforming Design of RIS-Assisted CoMP-NOMA Networks
本文研究RIS辅助CoMP-NOMA网络的节能无源波束赋形设计，提出两种RIS配置并优化相移以最大化能量效率，证明其相比传统系统具有显著效率优势。
2025-06-20 eess.SP
Fairness-Aware Hybrid Precoding for mmWave NOMA Unicast/Multicast Transmissions in Industrial IoT
本文研究了工业物联网（IoT）毫米波通信的双层非正交叠加传输。本质上，覆盖层是被设计为用公共消息服务覆盖范围内的所有设备的普遍存在的多播信号，即，关键控制包。底层是由私有单播消息组成的复合信号。由于安全问题，所有设备都能解码多播信息是至关重要的。为了确保这一要求，我们联合优化混合预编码器，模拟组合器，功率分配和公平性。具体来说，我们将两个重叠的信号之间的功率分配约束，并强制执行补充每设备的约束，以保证组播公平性。从频谱效率、组播公平性和误比特率三个方面对该方案的性能进行了评估，从而证实了该方案的可行性。
2020-02-27 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Beamforming Design for Near-Field DMA-NOMA mmWave Communications With Imperfect Position Information
针对毫米波NOMA系统导频开销大及位置信息不完美的问题，提出基于DMA的近场传输框架及最坏情况鲁棒波束成形策略，通过双循环迭代算法优化波束成形与功率分配，仿真验证其优于传统方案且对用户位置误差具强鲁棒性。
2024-09-24 eess.SP
Zero-Forcing Max-Power Beamforming for Hybrid mmWave Full-Duplex MIMO Systems
全双工（FD）系统由于其频谱效率翻倍的潜力而受到了极大的关注。在5G技术的背景下，在毫米波（mmWave）频率下操作的FD系统成为进一步提高频谱效率和减少延迟的最有前途的解决方案之一。然而，这样的系统是脆弱的自干扰（SI），显着降低性能。为了克服这个缺点，已经开发了仅模拟波束成形技术来减轻SI。由于巨大的功耗，在毫米波频率下操作的系统仅通过调谐移相器同时保持恒定幅度来对功率进行波束成形。这样的硬件约束（称为恒定幅度（CA）约束）严重限制了系统性能。在这项工作中，我们提出了一个数字和模拟混合波束成形设计，完全消除了SI，同时大大减少了CA约束所带来的损失。此外，我们开发了一个全数字波束成形设计，并推导出频谱效率的上限作为基准工具，以量化我们提出的混合设计的损失。
2020-12-16 eess.SP
Manifold Optimization Methods for Hybrid beamforming in mmWave Dual-Function Radar-Communication System
作为一种低成本的替代方案，模拟和数字混合波束形成结构是一种很有前途的毫米波系统方案。针对毫米波双功能雷达通信（DFRC）系统，研究了部分连接和全连接两种混合波束形成结构，其中发射端与下行用户通信，同时检测雷达目标。在恒模和功率约束下，通过最小化雷达和通信性能的加权和来表达优化问题。针对这两个结果问题所导致的非凸性，提出了有效的黎曼优化算法.针对全连通结构，提出了一种基于交替方向乘子法（ADMM）的流形算法.而对于部分连通结构，提出了一种低复杂度的黎曼积流形信赖域（RPM-TR）算法来逼近近似最优解. 数值仿真表明了本文方法的有效性.
2022-09-04 eess.SP
Latency Minimization for mmWave D2D Mobile Edge Computing Systems: Joint Task Allocation and Hybrid Beamforming Design
移动边缘计算（MEC）和毫米波（mmWave）通信能够显著降低网络延迟并增强其容量。在本文中，我们研究了毫米波和设备到设备（D2 D）辅助MEC系统，其中用户A执行一些计算任务，并与用户B共享的结果与基站（BS）的帮助。我们提出了一种新的双时标联合混合波束成形和任务分配算法，以减少系统延迟，同时减少所需的信令开销。具体地，基于信道状态信息（CSI）样本以基于帧的方式更新高维模拟波束成形矩阵，其中每个帧由多个时隙组成，而更频繁地依赖于每个时隙中的低维有效信道矩阵来优化低维数字波束成形矩阵和卸载比。提出了一种基于随机逐次凸逼近（SSCA）的算法来设计长期模拟波束形成矩阵。对于短期变量，数字波束形成矩阵的优化依赖于创新的惩罚-凹凸过程（惩罚-CCCP）处理毫米波非线性发射功率约束，卸载比可以通过导出的封闭形式的解决方案获得。通过与基准测试的比较，仿真结果验证了所提算法的有效性。
2022-07-17 eess.SP
A Survey on Millimeter-Wave Beamforming Enabled UAV Communications and Networking
无人驾驶飞行器（UAV）具有广泛的商业、民用和军事应用。无线通信一直是无人机的核心技术之一。然而，通信能力正在成为无人机支持更具挑战性的应用场景的瓶颈。严重占用的6 GHz以下频段不足以满足超高数据流量要求。利用毫米波（mmWave）频段是UAV通信的一个有前途的方向，其中大型天线阵列可以封装在UAV上的小区域中以执行三维（3D）波束成形。另一方面，作为空中接入点或中继的UAV可以显著增强地面毫米波蜂窝网络的覆盖范围和服务质量。在本文中，我们提供了一个全面的调查毫米波波束成形使无人机通信和网络。首先介绍了毫米波无人机通信的技术潜力和挑战。然后，我们提供了相关毫米波天线结构和信道建模的概述。随后，无人机连接的毫米波蜂窝网络和毫米波无人机自组织网络的技术和解决方案分别进行了审查。最后，我们提出了开放的问题和有前途的方向，为未来的研究毫米波波束赋形使无人机通信和网络。
2021-10-25 eess.SP
Hybrid Beamforming With Sub-arrayed MIMO Radar: Enabling Joint Sensing and Communication at mmWave Band
本文提出了一种将混合波束形成技术与子阵列MIMO雷达技术相结合的毫米波（mmWave）波段双功能雷达通信（DFRC）系统波束形成设计方法。我们假设基站（BS）服务于位于非视距（NLoS）信道中的用户设备（UE），该用户设备同时主动检测位于视距（LoS）信道中的多个目标。给定最优通信波束形成器和期望的雷达波束方向图，在非凸恒模（CM）和功率约束下，设计模拟和数字波束形成器，使得通信和雷达波束形成误差的加权和最小。该优化问题可分解为三个子问题，并采用交替极小化方法求解。数值仿真验证了所提出的波束成形设计的可行性，并表明我们的方法提供了一个有利的性能之间的权衡传感和通信。
2018-10-24 eess.SP
Beam Profiling and Beamforming Modeling for mmWave NextG Networks
本文基于27 GHz和71 GHz商用mmWave测试床进行波束轮廓分析实验，开发了高精度的机器学习波束成形模型以预测接收信号功率与数据速率，为复杂mmWave网络设计优化提供数据与模型支持。
2024-08-23 eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Enhanced Millimeter-Wave NOMA Systems
本文研究了一种下行链路智能反射面增强毫米波非正交多址接入系统。提出了一种主动波束形成、被动波束形成和功率分配的联合优化问题。由于高度耦合的变量，制定的优化问题是非凸的。针对这一问题，提出了一种基于交替优化和逐次凸逼近的迭代算法。数值结果表明：1）该方案提供了显著的和速率增益，这证实了在mmWave-NOMA系统中引入IRS的有效性; 2）所提出的离散相移算法可以获得与连续相移算法接近的性能。
2020-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Energy-Efficient Resource Management, SIC Ordering, and Beamforming Design for MC MISO-NOMA Enabled 6G
研究了多载波多用户环境下多天线非正交多址接入（NOMA）网络中连续干扰消除（SIC）排序和波束形成的新方法。为此，我们制定了一个联合波束成形设计，子载波分配，用户关联，和SIC排序算法，以最大限度地提高最坏情况下的能源效率（EE）。制定的问题是一个非凸的混合整数非线性规划（MINLP），这是一般难以解决。为了处理它，我们首先采用线性化技术以及放松的整数变量，然后我们采用Dinkelbach算法转换成一个更易于数学处理的形式。所采用的非凸优化问题转化为一个等价的秩约束半定规划（SDP），并解决了SDP松弛和利用序列分式规划。此外，为了在复杂度和性能之间取得平衡，采用了基于替代优化的低复杂度方法。数值结果揭示了所提出的SIC排序方法优于传统的现有文献中所提到的作品。
2021-01-17 eess.SP
Performance Analysis of Digital Beamforming mmWave MIMO with Low-Resolution DACs/ADCs
TU Wien（维也纳工业大学）；Christian Doppler Laboratory for Digital Twin assisted AI for sustainable Radio Access Networks（可持续无线接入网数字孪生辅助AI克劳迪普勒实验室）；Lund University（隆德大学）
本文研究了毫米波MIMO系统中低分辨率DAC/ADC对信道估计性能和系统效率的影响，发现4位量化分辨率在能耗与数据率之间取得良好平衡。
2026-01-22 eess.SP
Energy Efficiency Maximization in mmWave Wireless Networks with 3D Beamforming
本文研究了毫米波（mmWave）无线网络中的三维波束形成问题。特别是，我们研究的影响基站（BS）天线倾角优化的能量效率（EE）的毫米波网络在两种不同的情况下：一个同构网络由多个宏基站（MBS），和一个异构网络中的多个毫微微基站的覆盖范围内添加的MBS。首先，通过采用随机几何方法，我们分析了这两种情况下，将3DBF的覆盖概率。然后，我们推导出作为MBS天线倾斜角的函数的网络的EE。接下来，制定优化问题，以最大限度地提高EE的网络，通过优化的倾斜角。由于最优解的计算复杂度很高，因此提出了近优低复杂度方法来求解优化问题。仿真结果表明，在毫米波网络中，三维波束形成技术与优化的倾斜角可以显着提高网络的EE。此外，所提出的低复杂性方法呈现接近最优解的性能，但具有显著降低的复杂性。
2018-12-04 eess.SP
Joint Passive Beamforming and User Association Optimization for IRS-assisted mmWave Systems
本文研究了一种智能反射面（IRS）辅助的多用户毫米波（mmWave）下行通信系统，利用IRS来减轻阻塞效应，提高mmWave系统的性能。考虑到IRS对用户关联的影响，我们通过联合优化IRS和用户关联处的无源波束形成来制定和速率最大化问题，这是一个棘手的非凸问题。然后提出了一种交替优化算法，有效地解决了问题。该算法利用分式规划方法对IRS的无源波束形成进行优化，并利用基于网络优化的拍卖算法解决用户关联问题。我们提供了所提出的算法和不同的参考算法之间的数值比较。仿真结果表明，该算法可以获得显着的增益在所有用户的和速率。
2020-10-22 cs.NI eess.SP
CSI Transfer From Sub-6G to mmWave: Reduced-Overhead Multi-User Hybrid Beamforming
针对多用户混合波束成形中导频开销过大的问题，提出SA-MUHBF框架，利用卷积神经网络和图神经网络从sub-6G信道预测mmWave波束空间并选择波束，显著降低了开销并提升了频谱效率与泛化能力。
2024-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Beamforming Design for IRS-Aided NOMA Communication System with Imperfect CSI
智能反射面（IRS）技术是未来通信系统中的一种高吞吐量技术，可以与非正交多址（NOMA）等多种通信技术相兼容。本文研究了非理想信道状态信息（CSI）条件下IRS辅助NOMA通信的下行传输问题。因此，提出了一种鲁棒的IRS辅助NOMA设计，通过解决和速率最大化问题，共同找到最佳的波束形成向量的接入点和IRS的无源反射矩阵，使用惩罚对偶分解（PDD）计划。这个问题可以通过迭代算法来解决，在每一步中的封闭形式的解决方案，它被证明具有非常接近的性能，其上限从完美的CSI的情况下获得。我们还提出了一种基于网格的方法，用于IRS的最佳离散相移选择，其性能优于传统的量化方法。我们的研究结果表明，所提出的算法，连续和离散IRS，具有非常低的计算复杂性相比，在文献中的其他计划。此外，我们进行了性能比较，从可实现的和速率的立场之间的IRS辅助NOMA和IRS辅助的正交多址接入（OMA），这表明NOMA相比OMA的优越性，在容忍的信道不确定性的情况下。
2022-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
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
Exploiting Intelligent Reflecting Surfaces in NOMA Networks: Joint Beamforming Optimization
研究了一种下行链路多输入单输出智能反射面（IRS）辅助的非正交多址接入（NOMA）系统，其中基站（BS）在IRS的辅助下为多个用户提供服务。我们的目标是通过联合优化BS处的主动波束形成和IRS处的被动波束形成来最大化所有用户的总速率，受到连续干扰消除解码速率条件和IRS反射元件约束。根据反射振幅和相移的特性，我们考虑了理想和非理想IRS假设。为了解决非凸问题，我们提出了有效的算法，通过调用交替优化，设计的主动波束形成和被动波束形成交替。对于理想的IRS场景，这两个子问题通过调用逐次凸逼近技术来解决。对于非理想IRS情况，恒模IRS元件进一步分为连续相移和离散相移。针对连续相移无源波束形成问题，提出了一种基于序贯秩一约束松弛算法的无源波束形成算法，该算法能保证找到局部最优秩一解.然后，提出了一种基于量化的离散相移方案。最后，数值结果表明：（1）采用本文提出的算法部署IRS可以显著提高系统的和速率;（2）3位移相器能够实现与理想IRS几乎相同的性能;（3）本文提出的IRS辅助NOMA系统比IRS辅助正交多址接入系统实现更高的系统和速率。
2020-06-27 eess.SP
Joint Beamforming Design and Power Splitting Optimization in IRS-Assisted SWIPT NOMA Networks
提出了一种新的智能反射面（IRS）辅助的同时无线信息和功率传输（SWIPT）非正交多址（NOMA）网络框架，其中IRS用于增强SWIPT的NOMA性能和无线功率传输（WPT）效率。我们制定了一个问题，通过联合优化连续干扰消除（SIC）解码顺序，BS发射波束成形矢量，功率分配（PS）比和IRS相移，同时考虑到服务质量（QoS）的要求和能量收获阈值的每个用户的最小化基站（BS）的发射功率。该问题是一个非凸优化问题，很难直接求解。因此，提出了一个两阶段算法来解决上述问题，通过应用半定松弛（SDR），高斯随机化和逐次凸逼近（SCA）。具体地，在通过在第一阶段中设计IRS相移来确定SIC解码顺序之后，我们交替地优化BS发射波束成形向量、PS比和IRS相移以最小化BS发射功率。数值结果验证了我们提出的优化算法在降低基站发射功率的有效性相比，其他基线算法。同时，与非IRS辅助的网络相比，IRS辅助的SWIPT NOMA网络可以使基站的发射功率降低51.13%。
2021-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid beamforming with dynamic subarrays and low-resolution PSs for mmWave MU-MISO systems
具有大规模天线阵列的模拟/数字混合波束成形架构在毫米波（mmWave）通信系统中得到了广泛的考虑，因为与传统的全数字波束成形相比，它们可以解决性能和硬件效率之间的折衷。现有的混合波束形成研究主要集中在子阵固定的全连接结构或部分连接结构，其中模拟波束形成器通常由无限分辨率移相器（PS）实现。在本文中，我们介绍了一种新的混合波束形成结构的动态子阵列和硬件高效的低分辨率PS毫米波多用户多输入单输出（MU-MISO）系统。通过开关网络和PS将每个RF链动态连接到非重叠子阵列，我们可以利用多天线和多用户分集来减轻由于使用实际的低分辨率PS而导致的性能损失。首先提出了一种基于分式规划（FP）的迭代混合波束形成器设计算法，旨在最大化MU-MISO系统的和速率性能。为了降低复杂度，我们也提出了一个简单的启发式混合波束形成器的设计算法的动态子阵计划。大量的仿真结果表明，与现有的固定子阵方案相比，动态子阵和低分辨率PS的混合波束形成架构的优势。
2019-06-04 eess.SP
Joint Robust Beamforming Design for WPT-assisted D2D Communications in MISO-NOMA: Fractional Programming and Deep Reinforcement Learning
本文提出了一种用于设想的第六代（6 G）超大规模机器类型通信（umMTC）的方案。特别地，在非正交多址接入（NOMA）下行链路网络中部署无线功率传输（WPT）辅助通信以实现频谱和能量协作。本文重点研究联合稳健波束成形设计，以最大限度地提高多输入单输出（MISO）-NOMA下行链路网络中WPT辅助D2 D通信的能量效率。为了有效地解决公式化的非凹能量效率最大化问题，提出了一种纯分数规划（PFP）算法，其中WPT设备的时间切换系数和基站的波束形成向量分别通过应用Dinkelbach方法和二次变换交替地优化。为了证明所提出的算法的最优性，部分穷举搜索算法作为基准。基于深度强化学习（DRL）的方法也被应用于直接解决非凹问题。在不同的信道估计误差情况下，对PFP算法和DDPG算法进行了比较。仿真结果表明，在信道状态信息（CSI）估计精度较好或误差较小的情况下，PFP算法的性能优于DDPG算法，而在信道估计精度不理想的情况下，DDPG算法具有更好的鲁棒性。另一方面，可以得出结论，NOMA方案可以在传统多用户下行链路网络中的WPT辅助的D2 D通信的能量效率上提供比OMA更高的增益。
2023-03-12 eess.SP
Energy-Efficient Design of IRS-NOMA Networks
将智能反射面（IRS）和非正交多址接入（NOMA）相结合是提高通信覆盖和能量效率的有效解决方案。在本文中，我们专注于一个IRS辅助NOMA网络，并提出了一种节能算法，以产生一个很好的折衷之间的总和速率最大化和总功耗最小化。我们的目标是最大限度地提高系统的能量效率，通过联合优化在BS的发射波束成形和在IRS的反射波束成形。具体地，IRS上的低成本无源元件的发射波束形成和相位被交替地优化，直到收敛。仿真结果表明，该算法在IRS-NOMA中的性能优于传统的OMA-IRS和具有随机相位IRS的NOMA。
2020-09-11 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming for mmWave MU-MISO Systems Exploiting Multi-agent Deep Reinforcement Learning
Southeast University（东南大学）；ZTE Corporation（中兴通讯股份有限公司）
在这封信中，我们研究了基于深度强化学习（DRL）的混合波束形成用于毫米波（mmWave）多用户（MU）多输入单输出（MISO）系统。提出了一种多智能体DRL方法来解决DRL中的探索效率问题。在所提出的方法中，优先重放缓冲区和更多的信息奖励，以加速收敛。仿真结果表明，与基准算法相比，该算法具有更高的频谱效率和更少的时间消耗，更适合于实际应用。
2021-02-01 cs.AI cs.LG eess.SP
Machine Learning on Camera Images for Fast mmWave Beamforming
Northeastern University（东北大学）
毫米波频带中的波束成形需要在发射节点和接收节点两者处的所选波束扇区中的完美对准。当前的802.11ad WiFi和新兴的5G蜂窝标准花费长达几毫秒的时间来探索不同的扇区组合，以识别具有最高SNR的波束对。在本文中，我们提出了一种具有两个顺序卷积神经网络（CNN）的机器学习（ML）方法，该方法使用相机图像形式的带外信息来（i）快速识别发射器和接收器节点的位置，然后（ii）返回最佳波束对。我们实验验证了这个有趣的概念，室内设置使用NI 60 GHz毫米波收发器。我们的研究结果表明，在不同的环境照明条件下，我们的ML方法将波束成形相关的探索时间减少了93%，与当前标准定义的时间密集型确定性方法相比，误差小于1%。
2021-02-15 cs.LG eess.SP
Joint Hybrid and Passive RIS-Assisted Beamforming for MmWave MIMO Systems Relying on Dynamically Configured Subarrays
依赖于混合波束成形结构的可重构智能表面（RIS）辅助毫米波（mmWave）通信系统能够以低硬件复杂度和低功耗实现高频谱效率。在本文中，我们提出了一个RIS辅助毫米波点对点系统依赖于动态配置的子阵列连接的混合波束形成结构。更明确地说，提出了一种依赖于双分辨率移相器的节能模拟波束形成器。然后，我们设想了一个连续干扰消除（SIC）的方法，用于联合设计的混合波束形成矩阵的基站（BS）和被动波束形成矩阵的RIS。具体来说，相关的带宽效率最大化问题被转化为一系列子问题，其中移相器子阵列和RIS元件被联合优化，以最大化每个子阵列的速率。此外，提出了一种贪婪方法来确定每个子阵列的移相器配置。然后，我们建议更新的RIS元素依赖于一个复杂的圆流形（CCM）为基础的方法。所提出的动态子连接结构以及所提出的联合混合和被动波束形成方法在带宽效率和功耗之间取得了有吸引力的折衷。我们的仿真结果表明，所提出的方法相比，其传统的同行的优越性。
2022-01-12 eess.SP
Performance Analysis and Codebook Design for mmWave Beamforming System with Beam Squint
波束形成技术广泛应用于毫米波系统中以对抗路径损耗，波束形成器通常从预定义的码本中选择。然而，传统的码书设计忽略了波束倾斜效应，这将导致严重的性能下降时，带宽是大的。在这封信中，我们考虑在宽带波束形成系统中采用具有固定大小的码本。首先，我们分析了当所有波束具有相同的宽度时，波束偏斜对系统性能的影响。在理想波束图的基础上，推导了平均频谱效率的表达式。接下来，我们制定的优化问题，设计最佳的码书。仿真结果表明，该码本通过扩展波束覆盖范围来解决波束偏斜问题，显著降低了系统性能。
2021-06-21 eess.SP
Blocker-Aware Beamforming and Dynamic Power Allocation for Multicarrier ISAC-NOMA Systems
本文提出一种阻挡感知的多载波ISAC-NOMA系统，通过混合波束成形、信道切换和动态功率分配应对环境阻挡，在严重阻挡下实现感知速率提升400%而通信速率仅降20%。
2025-11-09 eess.SP
Beamforming Design for RIS-Assisted Backscatter NOMA in Underlay Cognitive Radio
University of the Witwatersrand（金山大学）
本文针对底层认知无线电中RIS辅助反向散射NOMA网络，联合优化波束成形与RIS反射矩阵以最大化加权和速率，提出交替优化算法，并推导闭式功率分配，实现反向散射与NOMA的平衡。
2026-10-08 eess.SP
