Achieving Covert Communication With A Probabilistic Jamming Strategy
该研究针对隐蔽通信场景，提出概率式干扰策略，通过多视角优化设计最大化隐蔽吞吐量，证明其在相同约束下性能优于传统连续干扰策略。
2023-08-29 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Probabilistic Constellation Shaping for Covert Communications
在本文中，我们研究了最佳的概率星座成形设计隐蔽通信系统从实用的角度来看。与传统的等概率星座调制的隐蔽通信不同，本文提出了非等概率星座调制方案，进一步提高了隐蔽率。具体来说，我们推导出实际的离散星座输入的第一次隐蔽率表达式。然后，我们研究了联合优化星座分布和功率分配的隐蔽率最大化问题。特别地，提出了一种近似梯度下降方法来获得最佳的概率星座成形。为了在计算复杂性和传输性能之间取得平衡，我们进一步开发了一个框架，最大限度地提高了可实现速率的下限，其中最佳概率星座成形问题可以有效地解决使用Frank-Wolfe方法。大量的数值结果表明，优化的概率星座成形策略提供了显着的收益，在可实现的隐蔽率超过国家的最先进的计划。
2022-08-30 cs.IT cs.NA math.IT
Multi-Antenna Jamming in Covert Communication
隐蔽通信隐藏了从Alice到Bob的消息传输，而不让警惕的对手Willie确定是否发生了传输。虽然在威利已知所有变量的基本香草设置中的隐蔽通信会导致众所周知的平方根定律，但当干扰机存在并通过在威利的解码器中创建不确定性来帮助爱丽丝时，严格的正传输速率是可能的。在这项工作中，我们分析的情况下，干扰机配备了多个天线。具体来说，我们分析了干扰机上的多个天线对Alice的传输功率的影响，从而对传输速率的影响。我们认为这两种情况下，一个是已知的信道知识，一个是未知的干扰。我们制定了几个优化问题的干扰机的传输策略，以最大限度地提高他的援助爱丽丝，威利和鲍勃的噪声方差之间的比率最大化。当干扰机知道信道信息时，我们证明了干扰机的最优策略是利用其所有可用功率向单个方向进行波束形成。然而，这个方向并不是微不足道的，因为它反映了最小化Bob处的干扰和最大化Willie处的干扰之间的最佳折衷点。当信道知识是未知的，我们表明，干扰机的最佳策略是各向同性传输到所有方向或零空间的鲍勃，这种选择取决于某些信道条件。这与文献中的当前方案相反。此外，我们扩展的优化问题的情况下，鲍勃也配备了多个天线，并提供有见地的结果，示出了渐近最优，伴随着模拟。
2020-07-26 cs.IT math.IT
Multi-User Millimeter Wave Channel Estimation Using Generalized Block OMP Algorithm
在多用户毫米波通信系统中，我们考虑估计中心节点（基站）和每个用户设备（UE）之间的信道响应的问题。我们提出了三种不同的策略：1）每个UE单独估计其信道，2）基站联合估计所有UE的信道，以及3）在UE和基站两者处进行估计的两阶段过程。利用毫米波信道的低秩性质，我们提出了一个广义块正交匹配追踪（G.BOMP）的信道估计框架，在所有三种策略。仿真结果表明，在多用户毫米波系统中，G.BOMP算法的平均波束形成增益高于传统的OMP算法和现有的其他算法。
2017-03-16 cs.IT math.IT
Multiuser Millimeter Wave Beamforming Strategies with Quantized and Statistical CSIT
为了减轻毫米波系统中硬件的高成本，通常采用混合模拟/数字预编码。在传统的两级反馈方案中，通过束搜索和反馈来确定模拟波束形成器，以最大化每个用户的期望信号功率。基于有效信道的量化和反馈设计了数字预编码器，以抑制多用户干扰。或者，我们提出了一个一级反馈方案，有效地降低了信令和反馈过程的复杂性。具体地，利用二阶信道统计来设计用于干扰减轻的数字预编码器，而所有反馈开销被保留用于精确的模拟波束成形。在固定的总反馈约束下，我们研究了一级反馈方案优于传统的两级反馈方案的条件。此外，速率分裂（RS）传输策略的引入，以进一步解决多用户干扰和提高速率性能。考虑（1）由一级反馈方案预编码的RS和（2）由两级方案预编码的常规传输策略，其中第一级反馈与（1）相同，并且还有一定量的额外第二级反馈。我们证明了（1）可以达到与（2）相当的和率。因此，RS可以显着节省第二阶段训练和反馈开销。
2017-02-23 cs.IT math.IT
Clustered Millimeter Wave Networks with Non-Orthogonal Multiple Access
本文引入了非正交多址接入（NOMA）技术，将NOMA用户建模为Poisson簇过程，每个簇包含一个位于中心的基站（BS）。为了提供真实的定向波束成形，在所有BS处部署实际的天线阵列方向图。我们提出了三个距离相关的用户选择策略来评估路径损耗对我们所考虑的网络性能的影响。借助这些策略，我们推导出易于处理的覆盖概率和系统吞吐量的解析表达式。在稀疏网络假设下，推导了该算法的解析表达式，提高了计算效率。理论分析表明，大天线规模有利于近端用户，而由于波束形成的随机性，对远端用户的影响是波动的。仿真结果表明：1）该系统的性能优于传统的正交多址接入技术和随机波束形成的NOMA-mmWave场景; 2）覆盖概率与簇内接收机的方差呈负相关; 3）73 GHz是近端用户的最佳载波频率，28 GHz是远端用户的最佳载波频率; 4）存在用于最大化系统吞吐量的天线元件的最佳数目。
2019-01-28 cs.IT math.IT
On Clustered Statistical MIMO Millimeter Wave Channel Simulation
毫米波频率的使用是实现未来5G无线系统容量增加1000倍的关键策略之一。虽然对于传统的6 GHz以下蜂窝频率，有几种成熟的统计信道模型可用于系统仿真，但对于毫米波频率，没有类似的工具，因此无法公平比较独立开发的传输和接收方案。在本文中，我们提供了一个简单而准确的统计过程中产生的集群MIMO信道模型工作在毫米波，缓慢和快速时变信道的情况下。还提供了用于通道生成的Matlab脚本，以及它们的使用示例。
2016-05-11 cs.IT math.IT
Millimeter Wave communication with out-of-band information
配置天线阵列是毫米波（mmWave）通信系统中开销的主要来源。在高移动性的情况下，这个问题更加严重，因为实现最高速率需要频繁的链路重新配置。一种解决方案是利用不同频带处的信号之间的空间一致性，并从在另一频带中获得的边信息中提取毫米波信道参数。本文提出了带外信息辅助毫米波通信的概念。我们分析了不同的策略，以利用来自传感器或其他通信系统在6 GHz以下频段运行的信息来帮助配置毫米波通信链路。的开销减少，可以利用带外信息时，其特征在于在初步研究。最后，详细分析了与使用带外信号作为毫米波边信息源相关的挑战。
2017-05-03 cs.IT math.IT
Downlink and Uplink Cell Association with Traditional Macrocells and Millimeter Wave Small Cells
毫米波（mmWave）链路将提供高容量，但在穿透固体物体或在固体物体周围衍射方面很差。因此，我们考虑一个混合蜂窝网络，传统的6 GHz以下的宏小区与密集的毫米波小小区共存，移动用户可以机会主义地连接到任何一个。我们开发了一个通用的分析模型来表征和推导的上行链路和下行链路小区关联的SINR和速率覆盖概率，在这样的混合部署。我们提供了广泛的验证这些分析结果（依赖于几个简化的假设）与模拟结果。利用分析结果，不同的解耦上行链路和下行链路的小区关联策略进行了研究，并显示其优越性相比，传统的耦合方法。最后，研究了毫米波中的小小区偏置，并且我们表明，由于宽带宽，前所未有的偏置值是理想的。
2016-01-20 cs.IT math.IT
Max-Min Rates in Self-backhauled Millimeter Wave Cellular Networks
本文考虑可行的广域毫米波蜂窝网络的以下问题。使用多跳中继的单个光纤站点的最大扩展覆盖区域是多少，同时实现每用户数据速率的最小目标？我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高每用户数据速率的最小端到端，并利用毫米波部署的独特功能，以产生一个易于处理的解决方案。网状网络被建模为$k-$环形城市峡谷型部署，其中$k$是返回到光纤站点的跳数。每个光纤站点的中继总数按$k^2$增长。我们考虑了集成接入回程（IAB）和正交接入回程（OAB）资源分配策略，以及半双工和全双工基站（BS）。通过一些经过验证的简化，我们的结果以简单的封闭形式给出，即使对于大型网络也很容易评估。提供了几个设计准则，包括路由和调度策略的选择，在全双工中继的最大允许自干扰和双连接的作用，以减少跨BS的负载不平衡。例如，我们表明，对于某些负载条件，与可调谐OAB（使用单独的频谱进行接入和回程链路）相比，IAB（如5G所考虑的）的增益非常小;后者的实现要简单得多。
2018-11-20 cs.IT math.IT
On Throughput of Millimeter Wave MIMO Systems with Low Resolution ADCs
使用低分辨率模数转换器（ADC）是降低毫米波（mmWave）接收机的高功耗的有效方法。本文提出了一种基于自适应门限的低分辨率ADC接收机，用于毫米波下行通信系统，该系统的信道状态信息是未知的，只能通过信道估计获取。分别提供了用于在发射和接收终端之间进行功率和ADC分配的低复杂度算法的性能比较。通过对实际毫米波蜂窝网络的仿真，结果表明，当使用自适应阈值接收机结合简单的功率和ADC分配策略时，使用低分辨率ADC不会显著降低系统吞吐量（与传统的全数字高分辨率接收机相比）。
2020-02-11 cs.IT eess.SP math.IT
A Novel Content Caching and Delivery Scheme for Millimeter Wave Device-to-Device Communications
针对支持缓存的毫米波D2D网络，提出最大化视距D2D链路内容交付成功率的缓存放置策略及启发式交付算法，相比传统策略提升流量卸载增益与超密集网络能效。
2019-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Spatial Covariance Estimation for Millimeter Wave Hybrid Systems using Out-of-Band Information
在毫米波（mmWave）通信的高移动性应用中，例如，在车辆到一切（vehicle-to-everything）通信和下一代蜂窝通信中，频繁的链路配置可能是显著开销的来源。我们使用子6 GHz信道协方差作为毫米波链路配置的带外边信息。假设：（i）sub-6 GHz的全数字架构;以及（ii）mmWave的混合模数架构，我们提出了带外协方差转换方法和带外辅助压缩协方差估计方法。对于协方差转换，我们估计sub-6 GHz协方差的参数，并将其用于协方差矩阵的理论表达式中，以预测毫米波协方差。对于带外辅助协方差估计，我们使用加权稀疏信号恢复将带外信息纳入压缩协方差估计。带外协方差转换完全消除了带内训练，而带外辅助协方差估计依赖于带内和带外训练。我们还分析了由于协方差的不完美估计而导致的信噪比损失。仿真结果表明，所提出的协方差估计策略可以减少训练开销相比，带内只有协方差估计。
2018-04-26 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Beam-Selection Using Out-of-Band Spatial Information
毫米波（mmWave）通信是用于高数据速率应用（如车对万物通信和下一代蜂窝通信）的一种可行的解决方案。然而，可以通过信道估计或波束选择来配置毫米波链路是显著开销的来源。在本文中，我们建议使用在6 GHz以下提取的空间信息来帮助建立毫米波链路。首先，我们回顾了频率相关信道行为的先前工作，并概述了一种生成多频带频率相关信道的仿真策略。第二，假设：（i）窄带信道和低于6 GHz的全数字架构;以及（ii）宽带频率选择性信道，OFDM信令和毫米波模拟架构，我们概述了将低于6 GHz的空间信息纳入毫米波压缩波束选择的策略。我们制定压缩波束选择作为一个加权稀疏信号恢复问题，并从子6 GHz信道的加权信息。此外，我们概述了一个结构化的预编码器/组合器的设计，以定制的训练带外信息。我们还扩展了所提出的带外辅助压缩波束选择方法，以利用来自所有活动OFDM子载波的信息。对可达速率的仿真结果表明，带外辅助波束选择可以将仅带内波束选择的训练开销减少4倍。
2017-02-27 cs.IT math.IT
On Distribution-Preserving Mitigation Strategies for Communication under Cognitive Adversaries
针对认知对抗者通过KLD监测统计分布的攻击，本文提出一种受害者与辅助节点协作的资源分配策略，在保证可靠通信的同时保持网络样本分布不变，并给出近最优能量分配算法以欺骗对抗者。
2023-07-06 cs.IT math.IT
On Single-User Interactive Beam Alignment in Millimeter Wave Systems: Impact of Feedback Delay
窄波束是毫米波频段无线通信的关键。波束对准（BA）允许基站（BS）调整用于通信的波束的方向和宽度。在BA期间，BS发送覆盖不同角度区域的多个扫描波束。我们的目标是最小化的不确定性区域（UR），其中包括用户的出发角度的预期宽度。传统上，在交互式BA中，假设在发送下一个扫描分组之前接收到与每个扫描分组相对应的反馈。然而，在实践中，由于传播或系统约束，反馈延迟可能更大。本文研究了任意固定反馈时滞下的BA策略。这个问题是通过一个信源编码的前景，其中的反馈序列被视为源码字进行分析。它示出，这些码字形成一个具有特定的特性，这是用来定义一类新的代码称为d-单峰码的码本。通过分析这些代码的属性，最小可实现的期望波束宽度的下限提供。结果显示，潜在的性能改善方面的BA持续时间，它需要实现一个固定的预期宽度的UR在国家的最先进的BA方法，不考虑延迟的影响。
2021-02-04 cs.IT math.IT
Modeling and Analysis of D2D Millimeter-Wave Networks with Poisson Cluster Processes
本文研究了集群式设备到设备（D2 D）网络中毫米波（mmWave）通信的性能。D2 D收发器的位置被建模为泊松聚类过程（PCP）。在每个集群中，设备配备有多个天线，并且有源D2 D发射机（D2 D-Tx）利用毫米波来服务于邻近的D2 D接收机（D2 D-Rx）之一。具体地，我们介绍了三种用户关联策略：1）均匀分布的D2 D-Tx模型; 2）最近的D2 D-Tx模型; 3）最近的站点线（LOS）D2 D-Tx模型。为了表征所考虑的情况下的性能，我们推导出新的解析表达式的覆盖概率和区域频谱效率（ASE）。此外，为了有效地说明我们的系统的一般趋势，一个封闭的形式的下界的特殊情况下，干扰的簇内LOS链路推导。我们提供了Monte Carlo仿真来证实理论结果，并表明：1）覆盖概率主要受LOS链路的簇内干扰的影响; 2）每个簇中存在最佳数量的同时活动的D2 D-Tx以最大化ASE;以及3）最近LOS模型优于其他两种情况，但以额外的系统开销为代价。
2018-07-12 cs.IT math.IT
Cache-enabled HetNets With Millimeter Wave Small Cells
在本文中，我们考虑了一种新的高速缓存使能的异构网络（HetNet），其中宏基站（BS）与传统的子6 GHz的覆盖密集毫米波（毫米波）微微BS。这些两层BS，这是建模为两个独立的同质泊松点过程，缓存多媒体内容的流行程度排名。在宏BS和核心服务器之间利用高容量回程。与之前文章中分析的简化平顶天线方向图相比，我们在所有毫米波BS处采用具有均匀线性阵列的实际天线模型。为了评估我们系统的性能，我们引入了两种不同的用户关联策略：1）最大接收功率（Max-RP）方案;和2）最大速率（Max-Rate）方案。借助于这两种方案，我们推导出了新的成功概率和面积谱效率（ASE）的理论方程。考虑到一个特殊的情况下，实际的路径损耗法律，覆盖概率的几个封闭形式的表达式推导出获得一些见解。蒙特卡罗模拟验证了分析结论。我们证明：1）所提出的HetNet是干扰受限系统，并且其在成功概率方面优于传统的HetNet; 2）存在有助于最大ASE的最佳预定速率阈值;以及3）Max-Rate比Max-RP实现更高的成功概率和ASE，但是其需要干扰效应的额外信息。
2018-07-12 cs.IT math.IT
High-Resolution Angle Tracking for Mobile Wideband Millimeter-Wave Systems with Antenna Array Calibration
毫米波（mmWave）系统使用定向波束来支持高速率数据通信。发射和接收波束之间的小的未对准（例如，由于移动性）可能导致接收信号质量的显著下降，尤其是在视距通信信道中。在本文中，我们提出并评估高分辨率的角度跟踪策略，宽带毫米波系统的移动性。我们自定义设计成对的辅助光束作为跟踪光束，并使用它们来捕获角度变化，数据光束的转向方向被调整到该角度变化。不同于传统的波束跟踪设计，所提出的框架既不依赖于角度变化模型，也不需要在网格上的假设。对于实际实施所提出的方法，我们研究阵列校准误差对辅助波束对设计的影响。数值结果表明，通过采用所提出的方法，良好的角度跟踪性能可以在各种天线阵列配置，信道模型，和移动性条件下实现。
2018-02-12 cs.IT eess.SP math.IT
Spatial- and Frequency-Wideband Effects in Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
在大规模MIMO系统中，当天线数量较多时，发射的宽带信号会对电磁波在大阵列孔径上的物理传播延迟敏感，即空间宽带效应。在这种情况下，收发器的设计是不同于大多数现有的作品，这假定的传输信号的带宽不是那么宽，忽略了空间宽带效应，只解决频率选择性。本文从阵列信号处理的角度研究了大规模MIMO系统中的空间宽带效应和频率宽带效应，称为双宽带效应。以毫米波通信为例，我们描述了传输过程，以解决双宽带效应。通过利用信道在角度域和延迟域的稀疏性，我们开发了高效的上行链路和下行链路信道估计策略，需要更少的训练开销，不会导致导频污染。由于采用了阵列信号处理技术，该方法适用于TDD和FDD大规模MIMO系统。数值算例表明，所提出的大规模MIMO系统的传输设计可以有效地处理双宽带效应。
2018-04-26 cs.IT math.IT
Multi-User Delay Alignment Modulation for Millimeter Wave Massive MIMO
延迟对齐调制（DAM）是一种新型的宽带通信技术，它利用毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统的高空间分辨率和多径稀疏性来抑制符号间干扰（ISI），而不依赖于信道均衡或多载波传输等传统技术。在本文中，我们扩展DAM技术的多用户毫米波大规模MIMO通信系统。我们首先提供渐近分析表明，当基站（BS）天线的数量远大于信道路径的总数，DAM是能够消除ISI和用户间干扰（IUI）与简单的延迟预补偿和每路径为基础的最大比传输（MRT）波束成形。然后，我们研究了一般的多用户DAM设计，考虑在每路径的基础上，即MRT，迫零（ZF）和正则化迫零（RZF）的三个经典的发射波束成形策略。仿真结果表明，多用户DAM可以显着优于基准单载波ISI缓解技术，只使用每个用户的最强信道路径。
2022-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Precoder Design for Cache-enabled Millimeter Wave Radio Access Networks
在本文中，我们研究了一种混合预编码器的设计，包括一个模拟和一个数字预编码器，用于下行缓存启用毫米波（mmWave）无线接入网络（CeMm-RAN）的交付阶段。在CeMm-RAN中，增强型远程无线电头端（eRRH）经由前传链路连接到基带处理单元，eRRH除了常规RRH的基本功能之外还配备有本地高速缓存和基带信号处理能力。考虑两种不同的前传信息传送策略，即，硬前传信息传送，其中未高速缓存的请求文件的硬信息经由前传链路被传送到eRRH的子集，以及软前传信息传送，其中前传链路用于传送未高速缓存的请求文件的量化基带信号。混合预编码器被优化用于在前传容量约束、eRRH发射功率约束和对模拟预编码器的恒模约束下最大化最小用户速率。由此产生的优化问题是非凸的，因此很难获得全局最优解。因此，采用凸近似方法来解决可实现用户速率的非凸性、前传容量约束和对模拟预编码器的恒模约束。然后，一个有效的算法与可证明收敛性来解决近似优化问题。以全数字预编码算法为基准，通过仿真验证了算法的性能。结果表明，除了一个大的前传链路容量的情况下，软前传信息传输是更可取的CeMm-RAN。
2019-01-22 cs.IT math.IT
Millimeter Wave Ad Hoc Networks: Noise-limited or Interference-limited?
在毫米波（mmWave）通信系统中，窄波束操作克服了严重的信道衰减，减少了多用户干扰，从而引入了噪声受限的mmWave无线网络的新概念。无论是噪声受限还是干扰受限，网络的机制都严重影响媒体访问控制（MAC）层吞吐量以及适当的资源分配和干扰管理策略。然而，在毫米波MAC层设计的当前方法中，这些机制的交替存在以及更重要的是它们对毫米波设计参数的依赖性被忽略，这对吞吐量/延迟性能具有潜在的灾难性后果。本文推导了在时隙ALOHA和TDMA下工作的毫米波网络的冲突概率和MAC层吞吐量的解析表达式。新的分析表明，毫米波网络可能会表现出从噪声限制状态到干扰限制状态的不可忽略的过渡行为，这取决于发射机的密度、障碍物的密度和大小、传输概率、波束宽度和发射功率。它的结论是，一个新的框架，自适应混合资源分配过程，包含一个积极的竞争为基础的阶段，然后是一个反应性的竞争与动态阶段持续时间的自由，是必要的，以应付这种过渡行为。
2015-10-01 cs.IT cs.NI math.IT
UB3: Best Beam Identification in Millimeter Wave Systems via Pure Exploration Unimodal Bandits
IITB-Monash Research Academy（IITB-莫纳什研究院）；IIT Bombay（印度理工学院孟买分校）；Innopolis University（Innopolis 大学）
毫米波（mmWave）通信具有宽频谱，并且可以支持每秒千兆比特量级的数据速率，如5G系统中所设想的。然而，由于它们对衰减损耗的敏感性，它们不能用于长距离。为了使它们能够在5G网络中使用，它需要将传输能量聚焦在尖锐的笔形波束中。由于发射器和接收器波束对之间的任何未对准都可能显著降低数据速率，因此它们尽可能对准是很重要的。为了找到最佳的发送-接收波束对，最近的波束对准（BA）技术检查整个波束空间，这可能导致大量的BA延迟。最近的工作提出自适应地选择波束，使得在接收信号强度或吞吐量方面测量的累积回报最大化。在本文中，我们开发了一种算法，利用单峰结构的接收信号强度的波束，以确定最好的波束在有限的时间内使用纯勘探策略。在固定时隙中识别最佳波束的策略比连续执行探索和利用的累积奖励最大化策略更适合于无线网络协议设计。我们的算法被命名为最佳波束的单峰Bandit（UB 3），并在几轮中以高概率识别最佳波束。我们证明了概率中的误差指数不依赖于波束的数量，并通过建立单峰强盗的下界证明了这确实是这种情况。我们证明，UB 3优于国家的最先进的算法，通过广泛的模拟。此外，我们的算法实现简单，具有较低的计算复杂度。
2022-12-26 cs.AI cs.IT cs.LG
Heterogeneous Millimeter Wave Wireless Power Transfer With Poisson Cluster Processes
在本文中，我们分析了异构毫米波（mmWave）无线功率传输（WPT）网络的能量覆盖性能，其中宏基站（MBS）分布根据泊松点过程（PPP），功率信标（PB）的位置被建模为一个$k$层泊松簇过程（PCP），和能量用户（EU）聚集在PB簇的中心。此外，采用余弦天线增益模型代替了目前流行的襟翼顶部增益模型，该模型推导简单，但精度较低。基于广义指数分布近似，我们提出了一种新的技术推导随机部署的毫米波WPT网络的能量覆盖概率。具体来说，以托马斯聚类过程（TCP）为例，我们推导出两种PB关联策略的能量覆盖概率，即，随机PB关联和最近PB关联。通过Monte-Carlo模拟，我们的理论结果得到了验证，系统参数的影响，如阵列天线的大小，能量阈值或在一个集群中的PB的平均数，也进行了研究。
2021-02-21 cs.IT eess.SP math.IT
Network Massive MIMO Transmission Over Millimeter-Wave and Terahertz Bands: Mobility Enhancement and Blockage Mitigation
移动性和阻塞是毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频段上的无线传输中的两个关键挑战。在本文中，我们研究了移动性和阻塞的存在下，网络的大规模多输入多输出（MIMO）传输毫米波/太赫兹下行链路。考虑到毫米波/太赫兹波的传播特性，我们首先提出将每个波束同步应用于网络大规模多输入多输出，以减轻信道多普勒和延迟色散效应。因此，我们建立了一个传输模型。然后，我们研究网络大规模多输入多输出下行链路传输策略，只有统计信道状态信息（CSI）在基站（BS），制定的策略设计问题作为一个优化问题，以最大限度地提高网络总速率。我们表明，波束域是有利的执行传输，并证明BS可以单独工作时，发送信号到用户终端。基于这些见解，网络大规模多输入多输出预编码设计被简化为关于波束域功率分配的网络和速率最大化问题。利用序贯优化方法和随机矩阵理论，进一步提出了一种保证收敛性能的波束域功率分配迭代算法。数值结果表明，所提出的基于统计CSI的网络大规模多输入多输出传输方法可以有效地缓解阻塞效应，并在毫米波和太赫兹频段上提供移动性增强。
2020-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
RadiOrchestra: Proactive Management of Millimeter-wave Self-backhauled Small Cells via Joint Optimization of Beamforming, User Association, Rate Selection, and Admission Control
毫米波自回程小小区是下一代无线网络的关键组成部分。它们的密集部署将提高数据速率，减少延迟，并实现接入和回程网络之间的高效数据传输，提供光纤以前无法实现的更大灵活性。尽管具有很高的潜力，但以最佳方式运行密集的自回程网络是一个开放的挑战，特别是对于无线电资源管理（RRM）。本文提出了一个整体RRM框架，RadiOrchestra模型和优化波束成形，速率选择以及用户关联和自回程网络的准入控制。该框架被设计为考虑诸如基站的硬件限制（例如，计算容量、离散速率）、对回程链路的适应性的需要以及干扰的存在。我们的框架被制定为一个非凸的混合整数非线性规划，这是具有挑战性的解决。为了解决这个问题，我们提出了三个算法，提供了复杂性和最优性之间的权衡。此外，我们推导出上界和下界来表征系统的性能极限。我们在各种情况下评估开发的策略，显示在未来的网络中部署实际的自回程的可行性。
2022-07-13 cs.IT cs.NI eess.SP
MIMO Networks with One-Bit ADCs: Receiver Design and Communication Strategies
高分辨率模数转换器（ADC）通常用于接收机终端以存储接收信号的精确数字表示，从而允许对发送的消息进行可靠解码。然而，在广泛的应用中，例如毫米波通信和大规模多输入多输出（MIMO）系统，由于功率预算限制，使用高分辨率ADC是不可行的。在传统的全数字接收机设计中，每个接收机天线连接到不同的ADC，降低ADC分辨率会导致可实现速率方面的性能损失。一种提出的减轻速率损失的方法是使用模拟线性组合器，从而导致混合接收机的设计。这里，混合框架通过添加延迟元件来增强，以允许时间模拟处理。提出了两类新的接收器，包括延迟元件、模拟线性组合器和一位ADC。在单用户和多用户（上行链路和下行链路）MIMO系统采用建议的接收机的通信的基本限制进行了研究。在高信噪比的制度，它表明，建议的接收器实现最大可实现的速率之间的所有接收器具有相同数量的一位ADC。
2021-12-03 cs.IT math.IT
Beam Foreseeing in Millimeter-Wave Systems with Situational Awareness: Fundamental Limits via Cramér-Rao Lower Bound
本研究提出基于Cramér-Rao下界的分析框架，利用情境感知预测毫米波系统中的波束对齐性能，为5G NR波束管理提供策略选择，仿真验证接近Oracle性能。
2023-12-22 cs.IT cs.SI eess.SP
The Transitional Behavior of Interference in Millimeter Wave Networks and Its Impact on Medium Access Control
毫米波（mmWave）通信系统使用大量的天线元件，这些天线元件可以通过窄波束成形潜在地克服严重的信道衰减。毫米波网络中的窄波束操作也减少了多用户干扰，引入了与干扰受限网络相反的噪声受限无线网络的概念。噪声受限或干扰受限机制严重影响介质访问控制（MAC）层吞吐量以及适当的资源分配和干扰管理策略。然而，这些制度被忽略在毫米波MAC层设计的当前方法中，对通信性能具有潜在的灾难性后果。在本文中，我们调查这些制度的碰撞概率和吞吐量。我们推导出易于处理的封闭形式的表达式的冲突概率和MAC层吞吐量的毫米波ad hoc网络，时隙ALOHA下操作。新的分析表明，毫米波网络可能会表现出从噪声限制到干扰限制的不可忽略的过渡行为，这取决于发射机的密度、障碍物的密度和大小、传输概率、工作波束宽度和传输功率。这样的过渡行为需要一个新的自适应混合资源分配过程的框架，包含基于竞争和无竞争阶段与按需实现的无竞争阶段。此外，由于干扰的过渡行为，应该重新审视基于竞争的阶段中的传统冲突避免过程，以最大化毫米波网络的吞吐量/延迟性能。我们的结论是，除非适当的混合方案进行调查，过渡行为的严重程度可能会显着降低毫米波网络的吞吐量/延迟性能。
2015-12-13 cs.IT cs.PF math.IT
Bandwidth Partitioning and Downlink Analysis in Millimeter Wave Integrated Access and Backhaul for 5G
随着网络密度的增加，向每个小区站点提供传统的光纤回程接入变得非常困难，这对于小小区基站（SBS）尤其如此。毫米波（mm波）通信的日益成熟已经开启了向这样的小区站点提供高速无线回程的可能性。由于毫米波也适用于接入链路，因此第三代合作伙伴计划（3GPP）正在设想用于第五代（5G）蜂窝网络的集成接入和回程（IAB）架构，其中相同的基础设施和频谱资源将用于接入和回程两者。在本文中，我们开发了一个分析框架IAB使能蜂窝网络，使用其下行链路速率覆盖概率准确的特点。使用该框架，我们研究了三种回程带宽（BW）划分策略的性能：1）相等划分：当所有SBS获得相等的回程带宽份额时; 2）基于瞬时负载的划分：当SBS的回程带宽份额与其瞬时负载成比例时;以及3）基于平均负载的划分：当SBS的回程带宽份额与其平均负载成比例时。我们的分析表明，根据分区策略的选择，存在一个最佳的分割接入和回程带宽的速率覆盖范围最大化。此外，存在小区负载（用户总数）的临界量，超过该临界量，由启用IAB的网络提供的增益消失，并且其性能收敛到没有SBS的传统仅宏网络的性能。
2018-11-11 cs.IT cs.NI math.IT
Analysis and Optimization of Hybrid Caching in mmWave Networks with BS Cooperation
在本文中，我们研究了一种混合缓存策略，最大限度地提高成功传输概率（STP）在毫米波（mmWave）缓存启用网络。首先利用随机几何理论推导出STP和系统平均传输时延的理论表达式，然后通过优化设计参数，考虑STP的最大化和系统平均传输时延的最小化。考虑到NP难问题的最优性结构，将原问题转化为多选择背包问题。最后，我们研究了关键网络参数对STP和平均系统传输延迟的影响。数值结果表明，所提出的缓存策略的优越性比传统的缓存策略在毫米波缓存启用网络。
2022-03-07 cs.IT math.IT
Cross Far- and Near-Field Beam Management Technologies in Millimeter-Wave and Terahertz MIMO Systems
本文综述了毫米波与太赫兹MIMO系统中的跨远场和近场波束管理技术，按方法分类探讨了不同传播机制下的操作差异与设计权衡，并指出了未来的开放性挑战。
2025-04-26 cs.IT eess.SP math.IT
