Higher Rank Interference Effect on Weak Beamforming or OSTBC Terminals
无线网络上的用户性能取决于相邻的同信道传输器是应用单（空间）流还是多流传输。分析了干扰秩对波束形成和正交空时分组码（OSTBC）用户传输的影响。我们推广了现有的分析结果的信号干扰噪声比（SINR）分布和中断概率下的任意数量的不等功率干扰。我们发现，更高的秩干扰导致更低的中断概率，并可以支持更好的中断阈值，特别是在波束成形的情况下。
2014-10-15 cs.IT math.IT
Coordinated Beamforming for Multiuser MISO Interference Channel under Rate Outage Constraints
本文研究了多输入单输出（MISO）干扰信道下的协作波束形成设计问题，假设发射端只有信道分布信息（CDI）。在给定的接收机速率中断概率要求下，我们的目标是最大化系统效用（例如，加权和速率、加权几何平均速率和加权谐波平均速率）服从速率中断约束和单独功率约束。中断约束，但是，导致一个复杂的，非凸结构所考虑的波束成形设计问题，使优化问题难以处理。{虽然}这个非凸优化问题可以用穷举搜索的方式来解决，但这种蛮力方法只在发射机-接收机对的数量很小时才可行。对于具有大量发射器-接收器对的系统，计算上高效的替代方案是必要的。因此，本文的重点是设计这种有效的近似方法。特别是，通过采用半定松弛（SDR）和一阶近似技术，我们提出了一种有效的连续凸近似（SCA）算法，通过解决一系列凸近似问题，提供高质量的近似波束形成解决方案。由此获得的解决方案进一步示出为原始中断约束波束成形设计问题的SDR的稳定点。{此外}，我们提出了一种分布式SCA算法，其中每个发射机使用本地CDI和从与其他发射机的有限消息交换中获得的信息来优化其自己的波束形成器。我们的仿真结果表明，所提出的SCA算法和它的分布式对应确实收敛，并接近最佳的性能可以实现所有考虑的系统效用。
2012-11-22 cs.IT math.IT
Outage Performance Analysis of Type-I HARQ Aided V2V Communications
密集城市环境下的车对车（V2V）通信通常会经历严重的锁眼衰落效应，特别是对于多输入多输出（MIMO）信道，由于秩不足，这会降低容量和中断性能。为了避免这些问题，本文提出了MIMO和类型I混合自动重传请求（HARQ）的集成来辅助V2V通信。通过使用Meijer G函数，以封闭形式推导出所提出的V2V通信系统的中断概率。结果表明，通过进行渐近中断分析，获得了有意义的见解。具体地，它揭示了全时间分集阶数可以实现，而全空间分集阶数是不可达到的相比，类型I HARQ辅助MIMO系统没有锁眼效应。此外，我们证明了渐近中断概率是一个单调增加的传输速率的凸函数。最后，通过大量的数值实验验证了分析结果。
2022-09-24 cs.IT math.IT
Outage Capacity of Opportunistic Beamforming with Random User Locations
本文研究了由大量异构移动用户组成的网络的中断容量，并根据经典的机会波束形成框架进行操作。基站位于小区的中心，小区被建模为有限半径的圆盘。随机用户位置使用均匀空间泊松点过程建模。接收信号受到衰落和位置相关路径损耗的损害。对于这个系统，我们首先推导出一个表达式的波束中断概率。这个表达式适用于所有路径损耗模型，满足一些温和的条件。然后，我们关注两个特定的路径损耗模型（即，一个无界模型和一个更现实的有界模型）来说明我们的结果的应用。在小区半径趋于无穷大的大系统极限下，针对所选的特定路径损耗模型，推导了波束中断容量及其缩放行为。它示出了无限模型的波束中断能力的尺度几何。另一方面，这种标度行为成为双对数的有界模型。直观的解释，为什么我们观察到不同的缩放行为不同的路径损耗模型。进行数值评估，以提供进一步的见解，并说明中断容量结果的适用性，即使是一个小区具有一个小的有限半径。
2013-09-26 cs.IT math.IT
Beamforming in Two-Way Fixed Gain Amplify-and-Forward Relay Systems with CCI
我们分析了一个双向固定增益放大转发（AF）中继系统的中断性能与波束成形，任意天线相关性，共信道干扰（CCI）。假设CCI在中继，我们得到确切的个人用户中断概率的封闭形式。此外，在忽略CCI的情况下，我们还研究了所考虑的网络的系统中断概率，如果两个用户中的任何一个处于传输中断，则该概率被声明。我们的研究结果表明，在这个系统中，中继的位置起着重要的作用，在确定用户以及系统中断概率通过这样的参数，如信号噪声不平衡，天线配置，空间相关性，和CCI功率。为了进一步了解天线相关性和共时干扰对分集和阵列增益的影响，还推导了一个渐近表达式，该表达式严格收敛于精确结果。
2012-04-10 cs.IT math.IT
RIS-Aided Communications over Dirty MAC: Capacity Region and Outage Probability
我们的特点的容量区域的两个用户多址接入信道（MAC）在可重构的智能表面（RIS）辅助通信系统与边信息（SI）在发射机。我们考虑两种上行链路通信场景：（i）双脏MAC，其中干扰对于两个用户都是非因果已知的;以及（ii）单脏MAC模型，其中只有一个用户知道干扰，而另一个用户不知道干扰。考虑到每个用户是由一个不同的RIS与Mi元素的协助下，我们推导出封闭形式的表达式的容量区域和中断概率（OP）的两个系统模型。结果表明，在两种情况下，RISs的使用都有利于扩展容量区域和提高OP。
2022-08-15 cs.IT math.IT
Outage Effective Capacity of Buffer-Aided Diamond Relay Systems Using HARQ with Incremental Redundancy
本文研究了在统计服务质量（QoS）约束下的缓冲区辅助菱形中继系统的传输问题。统计QoS约束作为延迟违反概率的限制。在发射机处不存在信道状态信息（CSI）的情况下，合并截断的混合自动重传请求-增量冗余（HARQ-IR）以更好地利用无线信道和每个通信链路的资源。在最大传输次数时不能成功接收的分组将从缓冲器中移除，即，发生中断。通信链路的\emph{outage effective capacity}被定义为\emph{goodput}离开过程可以支持的到源的最大恒定到达速率，即，接收器可以成功接收的离开。然后，在\emph{end-to-end}时延约束条件下，得到了基于HARQ-IR传输策略的缓存辅助菱形中继系统的中断有效容量.在DF协议与完美的CSI在发射机相比，它表明，HARQ-IR可以实现优越的性能时，在中继的SNR水平不是那么大，或当延迟约束是严格的。
2016-11-22 cs.IT math.IT
Defining Spatial Security Outage Probability for Exposure Region Based Beamforming
随着基站中天线数量的增加，人们对使用波束成形来提高物理层安全性产生了相当大的兴趣，这是通过创建一个“暴露区域”来提高合法用户的接收信号质量，并降低向随机定位的被动窃听者泄露信息的可能性。本文正式提出了一种新的定义，这种合法的传输，称为“空间秘密中断概率”（SSOP）的安全级别的概念。通过理论分析和数值分析，给出了天线阵参数对SSOP及其解析上界的影响。虽然这种方法可以应用于任何阵列类型和任何衰落信道模型，它在这里显示了如何在一个莱斯衰落信道的安全性能的均匀线性阵列的变化，通过检查分析SSOP上限。
2016-08-01 cs.IT math.IT
Outage Probability and Capacity Scaling Law of Multiple RIS-Aided Cooperative Networks
在这封信中，我们考虑了一个双跳合作网络的多个可重构智能表面（RIS）的协助。假设选择具有最高瞬时端到端信噪比（SNR）的RIS来辅助通信，研究了中断概率（OP）和平均和速率。具体而言，开发了OP的精确分析。此外，借助极值理论，推导出了渐近OP和渐近和率的封闭表达式，并在此基础上建立了容量缩放定律。我们的研究结果证实，通过模拟和有见地的讨论。特别是，我们的分析表明，RI的数量以及反射元件的数量起着至关重要的作用，在多个RI辅助合作网络的容量缩放定律。此外，与中继辅助系统进行比较，以证明所提出的系统设置优于中继方案的OP和平均和率。
2020-07-27 cs.IT math.IT
Outage and Finite-SNR DMT Analysis for IRS-aided MIMO Systems: How Large IRSs Need to Be?
智能反射面（IRSs）通过在发射机和接收机之间构建良好的信道，为大容量无线通信系统提供了有前途的使能器。然而，一般的，准确的，易于处理的中断分析IRS辅助多输入多输出（MIMO）系统是没有在文献中。本文首先利用大随机矩阵理论（RMT）刻画了IRS辅助MIMO系统的互信息（MI）。在此基础上，推导出中断概率的封闭式近似，并提出了一种基于梯度的算法，利用统计信道状态信息（CSI）来最小化中断概率。我们还研究了分集复用权衡（DMT）与有限的信号噪声比（SNR）。基于这些理论结果，我们进一步研究了IRS大小对系统性能的影响。在高信噪比的制度，我们提供了封闭形式的表达式的遍历互信息（EMI）和中断概率的IRS大小的函数，分析表明，增加IRS大小的好处很快饱和。仿真结果验证了理论分析的正确性，并证实了部署更大的IRS以提高系统性能的成本增加。例如，对于在发射机和接收机处都具有20个天线的IRS辅助MIMO系统，我们需要将IRS的大小加倍，以将吞吐量从其最大值的90%增加到95%。
2022-05-10 cs.IT math.IT
Outage Performance Analysis of HARQ-Aided Multi-RIS Systems
可重构智能表面（RIS）由于其在功耗上优于大规模MIMO，近年来引起了人们的极大兴趣。为了提高RIS系统的可靠性，本文研究了多RIS系统中混合自动重传请求（HARQ）的中断性能，其中目的接收信道采用莱斯衰落模型，相移设置仅依赖于视距分量。推导了在Type-I HARQ和具有追赶合并的HARQ（HARQ-CC）方案下的精确中断概率和渐近中断概率。特别是，易于处理的渐近结果使我们能够获得有意义的见解HARQ辅助的多RIS系统。一方面，我们发现类型I和HARQ-CC方案都可以实现等于最大HARQ轮数的全分集。另一方面，得到了相对于中断概率最小化的最佳相移设置的封闭形式表达式。最优解表明，反射链路方向应与直接链路LoS分量一致。最后，通过Monte-Carlo模拟验证了分析结果。
2022-09-23 cs.IT math.IT
Outage Probability Analysis of HARQ-Aided Terahertz Communications
虽然太赫兹（THz）通信可以提供移动宽带服务，但它通常具有较大的路径损耗，并且容易受到天线失调的影响。这显著降低了接收可靠性。为了解决这个问题，提出了混合自动重传请求（HARQ），以进一步提高太赫兹通信的可靠性。本文深入研究了两种不同类型的HARQ辅助太赫兹通信的中断性能，包括类型I HARQ和HARQ与追赶合并（HARQ-CC）。此外，本文考虑了衰落和随机天线失调的影响。推导了HARQ辅助太赫兹通信的精确中断概率的封闭形式，与渐近中断分析，使探索有用的见解。特别是，它揭示了全时间分集可以通过使用HARQ辅助方案来实现。此外，HARQ-CC辅助方案由于其高分集合并增益而比Type-I HARQ辅助方案性能更好。分析结果最终通过Monte-Carlo模拟验证。
2022-09-24 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Active and Passive Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided Multiuser MIMO Communications
研究了智能反射面（IRS）辅助多用户多输入多输出系统中以加权和速率最大化为目标的主被动波束联合优化问题。我们表明，这个问题可以通过矩阵加权均方误差最小化等价解决。特别地，对于无源IRS波束形成的优化，我们首先提出了一种基于流形优化的具有优良性能的迭代算法。通过使用矩阵分式规划技术，以获得一个更容易处理的目标函数，然后我们提出了一个低复杂度的优化-最小化方法的基础上。数值结果验证了我们所提出的算法的收敛性和显着的性能改善的通信场景没有IRS的援助。
2021-01-27 cs.IT math.IT
Hierarchical Passive Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Communications
在可重构智能表面（RISs）辅助通信中，现有的无源波束形成（PB）设计涉及反射元件数量的多项式复杂性，因此由于反射元件数量庞大而难以实现。为了克服这一困难，我们提出了一个基于反射角的级联信道模型，采用广义斯涅耳定律，其中涉及优化的变量空间的维数显着减少，从而简化了分层无源波束形成（HPB）设计。我们开发了一个有效的两阶段HPB算法，它利用信道的角域属性，以最大限度地提高目标用户的可达速率。仿真结果表明，所提出的HPB设计的吸引人的性能和低复杂度。
2021-04-17 cs.IT math.IT
Minimization of Secrecy Outage Probability in Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted MIMOME System
本文研究了可重构智能表面（RIS）辅助的多输入多输出多天线窃听（MIMOME）信道中的物理层安全（PLS）问题。现有的研究忽略了当窃听者的瞬时信道状态信息（CSI）未知时无法计算保密率的问题。此外，没有保密率表达式，波束形成和移相器优化PLS增强的目的是不可用的。为了解决这些问题，我们首先给出了任何波束形成向量和相移矩阵的秘密中断概率的表达式作为RIS辅助PLS度量，该度量是基于窃听者的统计CSI测量的。然后，借助该表达式，我们制定了保密中断概率的最小化问题，通过交替优化波束形成向量和相移矩阵来解决。在单天线发射机或单天线合法接收机的情况下，所提出的交替优化（AO）方案可以被简化以降低计算复杂性。最后，它表明，与目前的RIS辅助PLS系统相比，所提出的方法的保密中断概率显着降低。
2022-04-30 cs.IT math.IT
Outage Minimization for Intelligent Reflecting Surface Aided MISO Communication Systems via Stochastic Beamforming
智能反射面（IRS）具有通过重构无线传播环境来显著提高网络性能的潜力。然而，在IRS辅助的无线网络中，很难获得准确的下行链路信道状态信息（CSI）以用于有效的波束成形设计。在这篇文章中，我们考虑了一个IRS辅助下行链路多输入单输出（MISO）网络，其中的基站（BS）是不需要知道底层的信道分布。我们制定了中断概率最小化的问题，通过联合优化的波束成形向量在BS和在IRS的相移矩阵，同时考虑到发射功率和么模约束。所提出的问题是一个非凸非光滑随机优化问题。为此，我们采用sigmoid函数作为代理来解决目标函数的非光滑性。此外，我们提出了一个数据驱动的高效交替随机梯度下降（SGD）算法来解决这个问题，利用历史信道样本。仿真结果表明，该算法的性能增益的基准方法在最小化中断概率。
2020-05-15 cs.IT eess.SP math.IT
Passive Beamforming for IRS Aided Wireless Networks
在这封信中，我们设计了被动波束形成在智能反射面（IRS）辅助多用户无线网络。两种不同的情况被认为是，即，多播和多用户下行链路传输。我们优化的被动波束形成向量的IRS最大化的最小信噪比的用户在这两种情况下。基于乘子算法的交替方向法，设计了一种低复杂度的迭代求解方法。该方法在每次迭代过程中，解都是封闭的，计算复杂度低。数值结果表明，所提出的方法的有效性。
2020-07-21 cs.IT math.IT
Periodic Analog Channel Estimation Aided Beamforming for Massive MIMO Systems
模拟波束成形是一种极具吸引力且具有成本效益的解决方案，可以利用大规模多输入多输出系统的优势，只需一个上/下变频链。然而，当使用传统的数字信道估计（CE）方法时，仅一个链的存在在估计波束成形所需的信道状态信息时强加了显著的开销。作为替代方案，本文提出了一种新的CE技术，称为周期模拟CE（PACE），可以由模拟硬件执行。通过避免数字处理，估计开销显著降低，并且不随天线的数量而缩放。PACE涉及由发射机周期性地发送正弦参考信号，经由模拟硬件在每个接收天线处估计其幅度和相位，并使用这些估计进行波束成形。为了实现这种非平凡的操作，两个参考音恢复技术和一种新的接收机架构的PACE提出和分析，理论和通过仿真。结果表明，在稀疏，宽带信道和高于一定的信噪比，PACE辅助波束成形只遭受一个小的损失，波束成形增益和享有低得多的CE开销，相比传统的方法。还讨论了在初始接入阶段使用PACE辅助波束成形的好处。
2019-01-13 cs.IT math.IT
Joint Design of Hybrid Beamforming and Phase Shifts in RIS-Aided mmWave Communication Systems
本文研究了一种可重构智能地面（RIS）辅助毫米波（mmWave）下行通信系统，该系统在基站（BS）采用混合模拟-数字波束形成。我们制定了一个功率最小化问题，通过联合优化混合波束形成在BS和RIS的响应矩阵，信号干扰噪声比（SINR）的约束下。由于RIS处的相移和BS处的模拟波束成形两者的非凸SINR约束以及非凸单位模约束，该问题具有高度挑战性。提出了一种基于惩罚的算法结合流形优化技术来处理这个问题，其次是一个单独的优化方法，具有低得多的复杂性。仿真结果表明，该算法优于现有算法。结果还表明，RIS响应矩阵和BS混合波束形成的联合优化要远远优于单独优化。
2021-01-25 cs.IT math.IT
Characterization of Capacity and Outage of RIS-aided Downlink Systems under Rician Fading
该研究针对莱斯衰落下RIS辅助的MISO下行系统，将容量最大化转化为L₁范数最大化问题，提出低复杂度的FD和FA最优波束成形算法，推导SNR上界与中断概率下界，验证了界的准确性。
2024-04-16 cs.IT math.IT
Multicell Coordinated Beamforming with Rate Outage Constraint--Part II: Efficient Approximation Algorithms
针对仅知信道分布信息、带速率中断约束的NP难多小区CoBF问题，提出分布式BSUM、分布式WMMSE及多块体基准近似算法，仿真显示其性能与效率优于现有SCA方法。
2014-05-15 cs.IT math.IT
Blockwise Phase Rotation-Aided Analog Transmit Beamforming for 5G mmWave Systems
在这封信中，我们提出了一个分块相位旋转辅助模拟发射波束形成（BPR-ATB）计划，以提高毫米波（mmWave）通信系统的频谱效率和误码率（BER）性能。针对传统模拟波束形成存在的相位角优化问题，设计了BPR-ATB，以减小等效信道的旋转波束空间，提高最小欧氏距离。为了验证所提出的BPR-ATB方案的有效性，我们在发射机采用了Alamplitude编码技术，并评估了毫米波多输入单输出系统的误码率性能。仿真结果表明，所提出的BPR-ATB方案优于传统的基于离散傅立叶变换的ATB方案。
2021-07-27 cs.IT math.IT
Throughput-Outage Analysis and Evaluation of Cache-Aided D2D Networks with Measured Popularity Distributions
在用户设备上缓存视频文件，结合通过设备到设备（D2 D）通信的文件交换，是用于增加无线网络吞吐量的有前景的方法。以前的理论研究表明，吞吐量可以增加的数量级，但假设一个Zipf分布建模的流行度分布，这是基于{ \em有线}网络中的观察。因此，高速缓存辅助的D2 D视频分发是否可以在实践中提供现有理论文献所承诺的益处的问题仍然是开放的。为了回答这个问题，我们专门为移动用户的视频请求的流行度分布提供了新的结果。基于广泛的真实世界数据集，我们采用广义分布，称为Mandelbrot-Zipf（MZipf）分布。我们首先证明了这种流行度分布可以很好地拟合实际数据。使用这种分布，我们分析了缓存辅助D2 D网络的吞吐量-中断权衡，并表明当MZipf分布充分偏斜时，缩放定律与Zipf流行度分布的情况相同，这意味着文献中先前承诺的好处确实可以在实践中实现。为了支持该理论，提供了使用数值实验的实际评估，并且表明高速缓存辅助的D2 D可以优于来自基站的常规单播。
2019-02-12 cs.IT math.IT
MiLAC-Aided Beamforming for MIMO Over-the-Air Computation
School of Electronic and Information Engineering, Beihang University（北京航空航天大学电子工程学院）
本文针对MIMO空中计算的硬件负担问题，提出MiLAC辅助波束成形方法，通过联合优化预编码与聚合矩阵，在减少射频链数量的同时，性能接近全数字波束成形且优于混合波束成形。
2026-08-14 cs.IT math.IT
Optimal Beamforming and Outage Analysis for Max Mean SNR under RIS-aided Communication
研究了在莱斯多径衰落环境下，可重构智能地面（RIS）辅助多输入单输出（MISO）通信系统的波束形成问题。我们的目标是联合优化发射波束形成器和RIS相移矩阵，以最大限度地提高通过直接和间接链路接收的组合信号的平均信噪比（SNR）。虽然这种优化问题的数值解是已知的，这是第一篇论文，以获得封闭形式的表达式的最佳波束形成器和移相器的一个密切相关的问题。特别是，我们最大限度地精心构造的平均信噪比的下限，这是更有利于分析处理。此外，我们证明了最佳波束形成下的有效信道增益遵循莱斯分布。接下来，我们使用这些结果来表征所提出的波束成形方案下的中断概率的封闭形式的表达式，随后被用来推导遍历容量的解析表达式。最后，我们通过数值计算证明了所提出的波束形成器解决方案与现有算法获得的精确平均SNR最大化最佳解决方案的有效性。
2022-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Throughput-Outage Analysis of Cache-Aided Wireless Multi-Hop D2D Networks -- Derivations of Scaling Laws
与传统分发方法相比，高速缓存辅助的无线设备到设备（D2 D）网络已经展示了用于视频分发的有前景的性能改进。因此，理解这种网络的基本标度行为至关重要。然而，现有的多跳网络的缩放定律还没有被发现是最佳的，即使是Zipf流行度分布的情况下（上限和下限之间的差距不是常数）;此外，有没有缩放定律的结果，这样的网络更实际的情况下的Mandelbrot-Zipf（MZipf）流行度分布。因此，在这项工作中，我们研究了采用多跳通信的高速缓存辅助无线D2 D网络的吞吐量中断性能，根据泊松点过程分布的文件请求和用户的MZipf流行度分布。我们提出了一个可实现的内容缓存和交付方案，并分析其性能。通过证明可达到的性能是紧的建议的外边界，最佳的缩放定律得到。此外，由于Zipf分布是MZipf分布的一个特例，本文还得到了考虑Zipf流行度分布的网络的最优缩放定律，填补了文献中的空白.
2020-10-09 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Reflecting Design in Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Multi-User Communication Systems
可重构智能表面（RIS）为未来可编程无线传输环境的构建提供了一条很有前途的途径。由于在RIS中使用大量的反射元件，发射器处的有源波束形成和RIS处的无源反射器的联合优化通常是复杂且耗时的。针对这一问题，提出了一种基于分式规划（FP）的低复杂度波束形成与反射联合算法。具体来说，我们首先考虑一个RI辅助的多用户通信系统与完善的信道状态信息（CSI），并制定一个优化问题，以最大限度地提高所有用户的总速率。由于问题是非凸的，我们将原问题分解成三个不相交的子问题。通过引入有利的辅助变量，推导出每个子问题中波束形成向量和反射矩阵的闭式表达式，从而得到一种低复杂度的波束形成和反射联合算法。然后，我们扩展我们的方法来处理的情况下，发射机-RIS和RIS-接收机的信道是不完美的，并开发相应的低复杂度的联合波束形成和反射算法与实际的信道估计。仿真结果验证了所提出的算法的有效性相比，各种基准计划。
2021-01-08 cs.IT math.IT
Outage Probability Minimization for UAV-Enabled Data Collection with Distributed Beamforming
研究了一种基于无人机的无线传感器网络，其中一架无人机在空中飞行，通过分布式波束形成技术收集来自一组传感器的数据。我们考虑延迟敏感的应用场景，其中传感器通过使用固定的数据率和自适应的发送功率来发送公共/共享消息。在此基础上，在满足无人机飞行速度约束和传感器平均功率约束的前提下，联合优化无人机轨迹设计和传感器发射功率分配，以最小化传输中断概率。然而，制定中断概率最小化问题是非凸的，因此很难在一般情况下得到最优解。为了解决这个问题，我们首先考虑在理想情况下的无人机的飞行速度约束忽略的特殊问题，得到结构良好的最优解，揭示了基本的性能上界。其次，对于一般的无人机飞行速度约束问题，我们提出了一个有效的算法来解决它的次优使用凸优化和近似技术。最后，数值结果表明，我们提出的设计实现了显着降低中断概率比其他基准计划。
2020-03-07 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Power Control and Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Uplink IoT Networks
最近，可重构智能表面（RIS），由大量的低成本反射元件的平面元表面，由于其能够通过重新配置无线传播环境，以提高频谱和能量效率的能力，受到了广泛的关注。在本文中，我们提出了一种RIS相移和BS波束成形优化技术，该技术可最大限度地降低RIS辅助物联网网络的上行链路发射功率。提出的方案，称为黎曼共轭梯度为基础的联合优化（RCG-JO）的关键思想，是联合优化的RIS相移和BS波束形成矢量使用黎曼共轭梯度技术。通过利用单位模相移集和单位范数波束形成向量集的乘积黎曼流形结构，将非凸上行链路功率最小化问题转化为无约束问题，并在乘积黎曼流形上求出最优解.从性能分析和数值评估，我们表明，建议RCG-JO技术实现了$94\%$减少上行链路发射功率比传统的计划，没有RIS。
2022-03-17 cs.IT math.IT
Beamforming Design with Fast Convergence for IRS-Aided Full-Duplex Communication
本文研究了智能反射面（IRS）辅助全双工（FD）通信系统的波束形成优化问题。具体来说，我们最大限度地提高双向传输的总速率，通过联合优化发射波束成形和IRS反射的波束成形。提出了一种快速收敛的交替算法来解决该问题。在该算法的每次迭代中，发射波束形成和IRS反射波束形成的解分别以半封闭形式和封闭形式获得。与现有的基于Arimoto-Blahut算法的方法相比，该方法具有更快的收敛速度和更低的计算复杂性，但性能几乎相同。
2020-08-02 cs.IT eess.SP math.IT
The Value of Staying Current when Beamforming
波束成形是提供高质量无线信道的广泛使用的方法，其导致高数据率和简单的解码结构。它需要从接收机到发射机的信道状态信息（CSI）的反馈，并且该信息的准确性受到反馈信道上的速率约束和延迟的限制。理解与波束成形相关联的性能增益如何取决于信道状态信息的准确性或时效性是重要的。本文量化了CSI老化引起的性能下降。它使用中断概率来衡量CSI的通用性，并折扣与理想波束成形相关的性能增益。中断概率是波束成形算法的函数，并且结果针对发射天线选择和其他广泛使用的方法而被呈现。这些结果被转化为有效的分集阶数的多输入单输出（MISO）和多用户多输入多输出（MIMO）系统。
2010-07-29 cs.IT math.IT
Capacity and outage analysis of a dual-hop decode-and-forward relay-aided NOMA scheme
非正交多址接入（NOMA）由于其丰富的频谱增益而被认为是下一代无线网络的候选无线接入技术。本文提出了一种两阶段协作中继策略（CRS），利用下行链路和上行链路NOMA（称为DU-hocMA）的概念。在所提出的协议中，作为源的发射机发送由两个符号组成的NOMA复合信号到目的地和中继在第一阶段，下行链路NOMA的原则。在第二阶段中，中继器将通过连续干扰消除解码的符号转发到目的地，而源与中继器并行地将新符号发送到目的地，遵循上行链路NOMA的原理。在完全和不完全连续干扰消除条件下，研究了系统的遍历和容量、中断概率和中断和容量，并给出了解析推导。通过理论分析和计算机模拟，证明了DU-hocMA比传统的使用NOMA的CRS的性能改善。仿真结果与理论分析结果吻合较好，证明了作者分析的正确性。
2019-02-21 cs.IT math.IT
Artificial-Noise-Aided Secure Transmission in Wiretap Channels with Transmitter-Side Correlation
本文首次研究了发射端相关性对人工噪声辅助安全传输的影响，并在此基础上提出了一种新的用于增强物理层安全性的人工噪声功率分配策略。具体来说，我们设计了一个基于相关性的功率分配（CPA）的AN，其中的最优性方面实现最小的保密中断概率的分析证明在大系统政权的发射天线的数量接近无穷大。为了充分揭示CPA的好处，我们推导出易于评估的CPA实现的保密中断概率的表达式。我们的研究表明，CPA是接近最优的，显着优于广泛使用的均匀功率分配（UPA），即使是一个适度的小数目的相关发射天线。此外，我们的数值结果揭示了CPA和UPA之间的根本区别。也就是说，当相关发射天线的数量增加时，CPA的秘密中断概率总是减小，而UPA的秘密中断概率遭受饱和点。
2016-11-07 cs.IT math.IT
Multi-Antenna Aided Secrecy Beamforming Optimization for Wirelessly Powered HetNets
本文考虑了无线供电的双层异构网络（HetNets）的新范式。具体地，毫微微小区基站（FBS）由功率信标（PB）供电，并且在存在潜在窃听者（EVE）和宏基站（MBS）的情况下向合法毫微微小区用户（FU）发送机密信息。在这种情况下，我们研究了三个不同层次的FBS-EVE信道状态信息（CSI），即完美的，不完美的和完全未知的FBS-EVE CSI下的保密波束形成设计。首先，给定FBS处的理想全局CSI，以理想保密率最大化为目标，联合优化PB能量协方差矩阵、FBS信息协方差矩阵和时间分裂因子。在假设FBS-EVE CSI不完美的情况下，分别研究了确定性CSI误差和统计性CSI误差对应的最坏情况SRM问题和中断约束SRM问题。此外，针对FBS-EVE信道状态信息未知的实际情况，研究了人工噪声（AN）辅助的保密波束形成设计。我们的分析表明，对于所有上述情况下的最佳PB能量和FBS信息保密波束成形的秩-1。此外，对于FBS-EVE CSI的所有考虑的情况，当跨层干扰约束不活动时，闭合形式的PB能量波束成形解决方案是可用的。数值仿真结果表明，所有建议的保密波束形成设计相比，采用基线算法的保密性能的优势。
2019-11-14 cs.IT math.IT
Single-Carrier Delay Alignment Modulation for Multi-IRS Aided Communication
本文将DAM用于多IRS辅助宽带通信，提出基于路径的MRT、ZF和MMSE波束赋形与相移联合设计，证明其在频谱效率、BER和PAPR上优于OFDM。
2023-08-17 cs.IT math.IT
Robust Max-Min Fair Beamforming Design for Rate Splitting Multiple Access-aided Visible Light Communications
针对发射端CSIT不完善的RSMA辅助VLC网络，推导其信道容量下界，提出基于CCCP、结合SDR与惩罚方法的鲁棒波束成形算法，解决MMF问题，性能优于SDMA和NOMA现有算法。
2024-11-27 cs.IT eess.SP math.IT
Movable Subarray-Aided Hybrid Beamforming for Near-Field Multiuser Communications
University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）
本文提出一种结合可移动子阵的混合波束成形架构，通过利用近场距离和子阵位置的自由度实现精确波束聚焦和干扰抑制，采用混合平面-球面波模型和交替优化算法提升效率。
2026-05-08 cs.IT math.IT
Two-Way Passive Beamforming Design for RIS-Aided FDD Communication Systems
可重构智能表面（RIS）能够通过低成本的反射元件提供被动波束形成增益，从而提高无线链路质量。这项工作考虑了双向无源波束形成设计在RIS辅助频分复用（FDD）系统中的RIS反射系数是相同的下行链路和上行链路，并应同时优化两个方向。我们制定了一个联合优化的发射/接收波束形成器在基站（BS）和RIS反射系数。目标是最大化下行链路和上行链路速率的加权和，其中加权参数是可调整的，以获得不同的可实现的下行链路-上行链路速率对。我们开发了一个有效的流形优化算法，以获得一个稳定的解决方案。为了比较，我们还介绍了两种启发式设计的基础上单向优化，即分时和相位平均。仿真结果表明，提出的基于流形的双向优化设计显着扩大了可实现的下行链路和上行链路的速率区域相比，两种启发式设计。它也表明，相位平均是优于分时RIS元素的数量是大时。
2021-01-25 cs.IT math.IT
Robust AN-Aided Beamforming and Power Splitting Design for Secure MISO Cognitive Radio With SWIPT
研究了一种同时进行无线信息和功率传输的多输入单输出认知无线电下行网络。在该网络中，次级用户与多个主用户和多个能量收集接收器共存。为了保证安全通信和能量收集，研究了不完全信道状态信息（CSI）下鲁棒安全人工噪声辅助波束形成和功率分配设计问题。具体而言，发射功率最小化问题和最大-最小公平能量收集问题，制定了有界CSI误差模型和概率CSI误差模型。这些问题是非凸的，解决起来很有挑战性。针对这些问题，提出了一种一维搜索算法，在有界CSI误差模型下基于${\cal S}\text{-Procedure} $，在概率CSI误差模型下基于Bernstein型不等式.结果表明，最佳的鲁棒安全波束形成下的有界CSI误差模型可以实现，而一个次优波束形成的解决方案下的概率CSI误差模型可以得到。阐明了在最大最小公平性准则下，次用户接收机的保密率与能量收集接收机所收集的能量之间的折衷。
2016-02-22 cs.IT math.IT
A Low-Complexity Beamforming Design for Beyond-Diagonal RIS aided Multi-User Networks
针对超越对角可重构智能表面（BD-RIS）辅助多用户网络，提出闭式无源波束成形解及两阶段联合有源/无源波束成形框架，以低复杂度提升和速率。
2023-12-26 cs.IT eess.SP math.IT
Artificial-Noise-Aided Transmission in Multi-Antenna Relay Wiretap Channels with Spatially Random Eavesdroppers
我们设计了一个新的安全传输方案中的中继窃听信道中的源与目的地通过解码和转发中继在空间随机分布的窃听者的存在下进行通信。为了实用起见，我们考虑一个通用的天线配置，其中的源，中继，目的地，和窃听器都配备了多个天线。为了迷惑窃听者，我们假设源和中继器除了发送信息信号之外还发送人工噪声信号。我们首先推导出一个封闭形式的表达式的传输中断概率和一个易于计算的表达式的保密中断概率。值得注意的是，这些表达式对于源、中继和目的地处的任意数量的天线都是有效的。然后，我们推导出简单而有价值的表达式的渐近传输中断概率和渐近保密中断概率，这揭示了保密性能时，在源的天线数量增长足够大。使用我们的表达式，我们量化了一个实用的性能指标，即保密吞吐量，保密中断概率约束下。我们进一步确定的系统和信道参数，最大限度地提高保密吞吐量，导致分析安全解决方案适合现实世界的部署。
2016-05-05 cs.IT math.IT
Jamming-Aided Secure Communication in Massive MIMO Rician Channels
本文研究了莱斯衰落信道下，对大型天线阵发射机的人工噪声辅助干扰设计。我们发现，当发射天线数趋于无穷大时，莱斯信道是否发生秘密中断取决于窃听者的几何位置。为此，我们首先定义并解析描述了秘密中断区域（SOR），指出了所有可能导致秘密中断的窃听者的位置。在此基础上，推导出了保密中断概率（SOP），并给出了干扰有益范围，即，确定了能够实现均匀干扰以降低SOP的窃听者的距离范围。然后，在不同的情况下，消息和人工噪声之间的最佳功率分配进行了研究。此外，为了更有效地使用干扰功率并进一步降低SOP，我们提出了仅在选定的波束（映射到物理角度）上产生干扰信号的定向干扰，并且针对有和没有可疑区域的信息的情况提出了功率分配算法，即，窃听者的可能位置我们进一步扩展到多用户和多细胞的情况下的讨论。最后，数值结果验证了我们的结论，并显示我们提出的干扰功率分配方案的有效性。
2015-07-23 cs.IT math.IT
Secure Beamforming in MISO NOMA Backscatter Device Aided Symbiotic Radio Networks
共生无线电（SR）网络是未来大规模物联网设备低功耗无线通信的可能解决方案。本文研究了一种多输入单输出的非正交多址接入（NOMA）反向散射器件（BD）辅助的SR网络，该网络具有潜在的窃听者。在网络中，基站（BS）使用NOMA协议向中心用户和小区边缘用户广播信号。利用环境反向散射调制，BD通过来自BS的入射信号向中央用户发送其自己的消息。我们提出了一个约束凹凸过程为基础的算法，最大化的$ε$中断保密率从BD到中央用户的BS可实现的保密率约束下，从中央和小区边缘用户。仿真结果表明，我们提出的网络实现了更大的保密率区域比正交多址（OMA）网络。
2019-06-08 cs.IT math.IT
User Selection for Simple Passive Beamforming in Multi-RIS-Aided Multi-User Communications
研究了多个可重构智能表面（RIS）辅助下的无线系统中多用户下行信号传输。在这样的多RIS、多用户、多天线场景中，确定RIS相移的集合以最大化总吞吐量变得棘手。因此，我们提出了一种新的方案，可以大大简化被动波束形成的优化。通过机会主义地选择具有最佳信道条件的用户作为系统中唯一的有源发射机，它退化为单用户无源波束成形，其中两种方法，即，基于半定松弛方法和交替优化的联合优化是适用的。通过Monte-Carlo仿真证明了该方案的优越性。
2023-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Reinforcement Learning-Based Secure Beamforming Against Satellite Eavesdroppers
Samsung Electronics（三星电子）；Inha University（仁荷大学）；Soongsil University（崇实大学）
针对多窃听卫星场景下低轨卫星上行链路物理层安全问题，提出基于约束马尔可夫决策过程和原对偶软演员-评论家算法的安全波束成形方法，在满足平均中断约束下最大化遍历安全速率，实现低复杂度实时操作。
2026-06-23 cs.IT math.IT
Vertical Beamforming in Reconfigurable Intelligent Surface-aided Cognitive Radio Networks
在这封信中，我们研究联合应用可重构智能表面（RIS）和垂直波束形成的认知无线电网络（CRN）。在对网络进行适当建模之后，形成优化问题以联合设计次级基站（BS）处的波束成形向量和倾斜角以及RIS处的相移，目标是最大化次级网络的频谱效率。该优化问题是非凸的，因此我们提出了一种有效的求解方法，数值结果表明，增加RIS和优化辐射方向，可以显著提高CRN的性能。
2021-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Distributed Precoding and Beamforming for RIS-aided Cell-Free Massive MIMO Systems
针对下行链路RIS辅助无小区网络，提出联合分布式预编码与波束成形框架，通过去中心化交替优化求解非凸优化问题，有效降低了复杂度并提升了可扩展性。
2023-11-22 cs.IT eess.SP math.IT
Statistically Optimal Beamforming and Ergodic Capacity for RIS-aided MISO Systems
本文研究相关莱斯衰落下RIS辅助MISO系统的波束成形优化问题，提出基于半定松弛的迭代算法获取统计最优解，并推导了特殊情况下中断概率与遍历容量的闭式表达式，揭示了i.i.d.衰落及LoS分量对系统性能增益的影响规律。
2023-07-01 cs.IT math.IT
Double-RIS Aided Multi-user MIMO Communications: Common Reflection Pattern and Joint Beamforming Design
可重构智能表面（RIS）作为一种通过动态构造无线信道来提高未来无线通信系统性能的技术已经进入公众的意识。本文研究了双RIS辅助下行多用户多输入多输出（MIMO）通信系统。我们调查的均方误差（MSE）最小化问题，通过联合优化的主动发射波束形成，接收均衡器和被动波束形成在每个RIS。与以往不同的是，为了减少通信开销和信号处理的复杂度，我们假设两个RISs使用共同的反射模式。在这种假设下，变量的耦合变得更紧密，从而使优化问题更具挑战性。为了有效地解决这一问题，提出了一种基于优化最小化（MM）的交替优化（AO）算法，数值结果表明，在高信噪比（SNR）区域，具有共同反射模式的双RIS可以获得与具有独立反射模式的双RIS几乎相同的性能，而复杂度仅为后者的一半。因此，我们提出的设计，使一个有效的权衡性能和所考虑的系统的实现复杂性。
2023-03-01 cs.IT math.IT
Joint Design of Hybrid Beamforming and Reflection Coefficients in RIS-aided mmWave MIMO Systems
本文研究了一种可重构智能地面（RIS）辅助毫米波（mmWave）下行通信系统，该系统在基站（BS）采用混合模拟-数字波束形成。我们制定了一个功率最小化问题，通过联合优化混合波束形成在BS和RIS的响应矩阵，在所有用户的信号干扰噪声比（SINR）的约束下。由于RIS反射系数和模拟波束形成器的非凸SINR约束以及单位模相移约束，该问题是非常具有挑战性的解决。提出了一种基于两层惩罚的算法来解耦SINR约束中的变量，并采用流形优化来处理非凸的单位模约束。{We本文还提出了一种低复杂度的顺序优化方法，该方法无需迭代，依次优化RIS反射系数、模拟波束形成器和数字波束形成器。此外，功率最小化问题和最大最小公平性（MMF）问题之间的关系进行了讨论。仿真结果表明，所提出的基于惩罚的算法优于最先进的半定松弛（SDR）的算法。结果还表明，RIS在降低功耗方面起着重要作用。
2022-02-14 cs.IT math.IT
Alternate Distributed Beamforming for Buffer-Aided Multi-Antenna Relay Systems
研究了中继节点处具有多个天线的半双工（HD）双跳协作系统中的链路选择问题。针对缓冲器辅助的多天线中继系统，提出了交替分布式波束形成（ADB）方案。在该方案中，中继节点被分成两组，一组接收来自源节点的相同信息广播，另一组在每个时隙通过分布式波束形成向目的节点发送公共信息。值得注意的是，在不需要瞬时信道状态信息（CSI）的情况下确定用于接收和发送的中继。理论分析了该方案在瑞利衰落下的可达吞吐量，并推导出近似的封闭形式的表达式。仿真结果验证了理论分析的正确性。数值结果表明，与现有的链路选择策略相比，固定调度的ADB方案在可达吞吐量上有显著的提高。它还表明，对于ADB方案，增加在每个中继配备的天线的数量的吞吐量性能优于增加配备有单个天线的中继的数量时，在中继的天线总数是固定的。
2020-05-15 cs.IT math.IT
Proximal Policy Optimization-based Transmit Beamforming and Phase-shift Design in an IRS-aided ISAC System for the THz Band
本文提出了一种工作在太赫兹（THz）波段的红外辅助集成传感和通信（ISAC）系统，以最大限度地提高系统容量。将发射波束形成和相移设计问题转化为具有遍历约束的通用优化问题。在多用户多输入单输出（MISO）场景下，采用基于梯度的原-对偶近端策略优化（PPO）实现发射波束形成和相移设计的联合优化。具体地说，演员部分产生连续的发射波束形成和批评部分负责离散相移设计。基于MISO场景，我们研究了一个分布式PPO（DPPO）框架，在多用户多输入多输出（MIMO）场景下的多线程学习的概念。仿真结果表明，原始-对偶PPO算法及其多线程版本的发射波束形成和相移设计的有效性。
2022-03-21 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming and Phase Shift Design for Hybrid-IRS-aided Directional Modulation Network
为了在性能、成本和功耗之间取得较好的平衡，本文研究了一种混合智能反射面辅助定向调制（DM）网络，其中混合智能反射面由无源和有源反射元件组成。为了最大化可达速率，提出了最大信噪比-分数规划（Max-SNR-FP）和最大信噪比-等幅反射（Max-SNR-FP）两种优化算法，通过交替优化一种算法和给定另一种算法来联合设计混合IRS的波束形成向量和相移矩阵。前者采用逐次凸逼近和FP方法推导波束形成矢量和混合IRS PSM，后者采用最大信漏噪比方法和相位对准和相位偏移准则设计波束形成矢量和混合IRS PSM。仿真结果表明，这两种方法获得的速率略低于功耗较高的有源IRS，比无IRS和随机相位IRS高35%，而无源IRS仅比后者获得约17%的速率增益。与Max-SNR-FP算法相比，Max-SNR-FP算法以较小的性能损失为代价，降低了算法的复杂度。
2023-02-14 cs.IT math.IT
Generalized Firefly Algorithm for Optimal Transmit Beamforming
本文提出广义萤火虫算法，用于求解发射波束成形优化问题，并在经典、认知、RIS辅助发射波束成形及RIS辅助无线功率传输场景中验证其能以较低复杂度获得更优解。
2023-10-27 cs.IT eess.SP math.IT
