Opportunistic Beamforming with Wireless Powered 1-bit Feedback Through Rectenna Array
这封信涉及的机会波束形成（OBF）方案的多天线下行链路空间随机性。与传统的OBF相比，终端仅返回1比特反馈，其由通过整流天线阵列的无线功率传输供电。我们研究两个基本的拓扑结构的组合的整流天线元件;直流组合器和射频组合器。利用高阶统计量和随机几何，推导了两种组合方案的波束中断概率的封闭形式。
2015-07-20 cs.IT cs.NI math.IT
Performance of Opportunistic Fixed Gain Bidirectional Relaying With Outdated CSI
本文研究了使用过时的信道状态信息进行中继选择对网络性能的影响，其中两个源通过固定增益amplifyand-forward继电器相互通信。在瑞利衰落信道下，推导了中断概率、矩母函数和符号出错率的封闭表达式。仿真结果也证实了推导的分析结果。结果表明，增加继电器不提高性能，如果通道是实质上过时的。此外，中继的位置也被考虑，它表明，性能可以得到改善，通过将中继更接近源的通道是更过时的。
2013-05-25 cs.IT math.IT
On the Impact of Relay-side Channel State Information on Opportunistic Relaying
本文研究了网络拓扑感知分布式机会中继选择策略的中断性能，重点研究了中继节点上不同信道状态信息（CSI）水平对中断性能的影响。具体而言，两种情况下（a）精确的瞬时和（b）只有统计CSI进行比较，明确考虑到小规模瑞利衰落和路径损耗，由于随机节点间的距离。分析结果，密切匹配的模拟，表明，虽然类似的多样性顺序可以实现在这两种情况下，缺乏精确的CSI，以支持中继选择转化为显着增加所需的功率，以实现相同的QoS水平。此外，当仅统计CSI可用时，由于多个中继之间的系统资源的分裂，实现相同的分集阶数与低SNR下的明显性能降级相关联。
2013-06-12 cs.IT math.IT
Opportunistic Wireless Energy Beamforming using RSSI Feedback
本文提出了一种新的信道估计方法，和基于簇的机会调度策略，提高了无线能量传输的效率，在系统中由多个能量接收器（ER）。首先，在训练阶段，能量发送器（ET）从所有ER获得一组RSSI反馈值，并且这些值用于估计ET与所有ER之间的信道。接下来，基于信道估计，ER被分组为簇，并且挑选其成员在相位上最接近其质心的簇。该簇将被给予优先级，并且通过求解凸优化问题来找到在所选簇中的所有ER中最大化最小收获能量的波束形成器。该波束形成器用于使用最大比率发射波束形成将能量传递到ER。所有ER都有相同的机会被选择，而不管它们与ET的距离如何，因此，该调度策略可以被认为是机会主义的和公平的。结果表明，该方法实现了显着的性能增益。
2019-12-22 cs.IT math.IT
Decentralized Two-Hop Opportunistic Relaying With Limited Channel State Information
考虑由$n$源-目的地对和$m$中继组成的网络。针对大系统极限（大$n$），研究了瑞利衰落信道下两跳中继协议的吞吐量缩放定律。它示出，在单用户编码-解码方案的实际约束下，和部分信道状态信息（CSI）在发射机（通过从接收机的整数值反馈），最大吞吐量尺度为$\log n$，即使完全中继合作是允许的。此外，一种新的分散的机会中继方案与接收机CSI，部分发射机CSI，没有中继合作，实现最佳吞吐量缩放定律的$\log n$。
2008-04-29 cs.IT math.IT
Transmission Rank Selection for Opportunistic Beamforming with Quality of Service Constraints
在本文中，我们考虑一个多小区多用户MISO广播信道。该系统在多小区环境中根据机会性波束成形框架操作，其中在每个基站处具有可变数量的发射波束（可替换地被称为传输秩）。小区中共同调度用户的最大数量等于其传输秩，因此增加它将具有增加复用增益的效果。然而，这将同时增加网络中的干扰量，这将降低通信速率。本文着重于最佳设置在每个基站的传输秩，使得一组服务质量（QoS）的约束，这将确保每个波束在每个基站的保证最低速率，不违反。考虑到不同的网络设置，获得表示传输秩的可实现区域的表达式。可实现传输秩区域由满足QoS约束的所有可实现传输秩元组组成。数值结果也提供了进一步的见解的可行性问题。
2014-05-10 cs.IT math.IT
Bit-Interleaved Coded Multiple Beamforming with Imperfect CSIT
本文讨论了比特交织编码多波束形成（BICMB）的性能[1]，[2]与波束形成向量的不完善的知识。大多数对发射端有限速率信道状态信息（CSIT）的研究都假设预编码矩阵在任意酉变换下具有不变性。在BICMB中，此属性不成立。另一方面，BICMB的最佳预编码器和检测器在对角酉变换下不变。为了设计一个有限速率的CSIT系统的BICMB，我们提出了一个新的失真测量优化下的不变性。基于这种新的失真测度，我们引入了一组新的质心，并采用广义Lloyd算法进行码书设计。我们提供的仿真结果表明，所提出的失真措施和各种接收机的线性检测器的码本设计实现的性能改善。我们表明，虽然这些接收器具有相同的性能完美的CSIT，他们的性能不完美的CSIT下的变化。
2008-05-08 cs.IT math.IT
Joint Spatial Division and Multiplexing: Opportunistic Beamforming and User Grouping
联合空分复用（JSDM）是最近提出的方案，以实现频分双工（FDD）系统的大规模MIMO类增益和简化的系统操作。其关键思想在于将用户划分为具有近似相似协方差的组，并使用两阶段下行链路波束成形：预波束成形器，其取决于信道协方差并最小化跨组的干扰，以及预波束成形后的有效信道的多用户MIMO预编码器，以抵消组内的干扰。我们首先专注于一个固定数量的天线和大量的用户的制度，并表明，机会与用户选择波束成形产生显着的增益，因此，信道相关性可能会产生一个容量的改善不相关的“各向同性”的信道结果谢里夫和Hassibi。我们证明，在存在不同的相关性组之间，一个块对角化的预波束形成器的设计方法实现了最佳的和率缩放。接下来，我们考虑大量的天线和用户的政权，用户选择不提供显着的增益。在这里，我们提出了一个简化的用户分组算法，当天线的数量变得非常大，在一个现实的设置，用户是随机分布的，并具有不同的到达角和角扩展取决于传播环境的集群用户成组。我们随后的分析导致了一个概率调度算法，在每个组内的用户随机预选的基础上从大系统分析得出的概率，根据公平性标准。这是有利的，因为仅需要所选择的用户反馈其信道状态信息（CSIT）。
2013-05-30 cs.IT math.IT
Optimal Selective Feedback Policies for Opportunistic Beamforming
研究了在平均反馈移动用户数有限的反馈约束下，下行链路和速率最大化选择性分散反馈机会波束形成策略的结构。首先证明了任何和速率最大化的选择性分散反馈策略都是门限反馈策略。这一结果适用于所有具有连续分布函数的衰落信道模型。其次，详细分析了由此产生的最佳阈值选择问题。这是一个有限维欧氏空间上的非凸优化问题。利用优控制理论，证明了和率函数的Schur凹结构，得到了齐次阈值反馈策略最优性的充分条件.这些结果的应用说明了众所周知的衰落信道模型，如瑞利，Nakagami和Rician衰落信道，以及各种工程和设计的见解。而令人惊讶的是，它示出，在所有移动用户使用相同的阈值并不总是一个速率明智的最佳反馈策略，即使是一个网络，具有相同的移动用户经历统计上相同的信道条件。对于瑞利衰落信道模型，另一方面，同质阈值反馈策略被证明是速率方面的最优，如果多个正交数据承载波束被用来同时与多个移动用户进行通信。
2011-07-25 cs.IT math.IT
Limited Feedback Beamforming Over Temporally-Correlated Channels
量化的信道状态信息（CSI）的反馈（称为有限反馈）使得能够在具有少量开销的多输入多输出（MIMO）无线系统中进行发射波束成形。由于其效率，具有有限反馈的波束成形已经在若干无线通信标准中被采用。有限反馈的现有工作通常采用块衰落信道模型，其中忽略了无线信道中的时间相关性。本文考虑了时间相关信道，设计了有限反馈的单用户发射波束成形。CSI反馈的分析结果来自量化CSI建模为一阶有限状态马尔可夫链。这些结果包括由时变量化CSI生成的源比特率、CSI反馈信道所需的比特率以及反馈延迟的影响。特别地，基于马尔可夫链收敛速率理论，证明了反馈延迟至少以指数方式降低CSI反馈所带来的吞吐量增益。在此基础上，提出了一种CSI反馈时间压缩算法。结合这项工作的结果导致一个新的方法设计有限反馈波束形成的设计实例所示。
2008-05-02 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
An Opportunistic-Non Orthogonal Multiple Access based Cooperative Relaying system over Rician Fading Channels
非正交多址接入（NOMA）已经成为用于提高下一代5G无线通信网络的频谱效率的突出技术。研究了在莱斯衰落信道下，基于协作非正交多址接入（O-NOMA）的协作中继系统（CRS）在源端具有信道状态信息（CSI）的情况下的可达平均速率。基于CSI，对于机会传输，源节点立即选择直接传输或使用中继的协作NOMA传输，这可以提供比现有的基于传统NOMA（C-NOMA）的CRS在源节点处没有CSI的情况下更好的可实现的平均速率性能。此外，数学表达式也推导出可实现的平均速率和结果进行了比较，C-NOMA基于CRS与没有CSI在发送端，在一个范围内增加功率分配系数，发送信噪比（SNR）和平均信道功率。数值结果表明，CRS使用O-NOMA与CSI实现更好的频谱效率方面的可实现的平均速率比传统的NOMA基于CRS没有CSI。为了检验分析结果的一致性，进行了蒙特卡罗模拟，验证了分析结果与模拟结果的一致性和匹配性。
2018-01-15 cs.IT eess.SP math.IT
Joint CSI Estimation, Beamforming and Scheduling Design for Wideband Massive MIMO System
针对宽带大规模多输入多输出（MIMO）系统，提出了一种联合设计信道估计、波束形成和调度的新方法。与所提出的方法，我们首先量化的最大数量的用户设备（UE），可以发送导频可能是或可能不是正交的。具体地，当信道具有最大的$L$多径抽头，并且我们分配$\tilde{M}$子载波用于信道状态信息（CSI）估计时，在大规模MIMO机制中可以估计最大的$\tilde{M}$ UE CSI（与传统CSI估计方法相比是$L$倍）。然后，我们提出使用基于贪婪的调度来调度这些UE的子集，以利用所提出的联合波束成形和调度设计在每个子载波上发送它们的数据。我们采用众所周知的最大比合并器（MRC）波束成形方法在上行链路信道数据传输。所有的解析表达式通过数值结果进行了验证，所提出的设计优于传统的正交频分复用（OFDM）传输方法是证明使用大量的数值模拟在长期演进（LTE）信道环境中。所提出的信道估计和波束形成设计是线性的，易于实现。
2018-01-16 cs.IT math.IT
Opportunistic Beamforming using Dumb Basis Patterns in Multiple Access Cognitive Channels
本文研究了干扰受限多址接入（MAC）认知信道中从次网络到主网络存在视距干扰（LoS）时的多用户分集问题。结果表明，对于$N$次用户，并假设莱斯干扰信道，次和容量的规模像$\log\left(\frac{K^{2}+K}{\mathcal{W}\left(\frac{K e^{K}}{N}\right)}\right)$，其中$K$是莱斯信道的$K$因子，和$\mathcal{W}(.)$是朗伯W函数。因此，LoS干扰阻碍了在瑞利信道中经历的可实现的多用户分集增益，其中总容量像$\log(N)$那样增长。为了克服这个问题，我们提出了使用单无线电电子可控寄生阵列辐射器（ESPAR）天线在二次移动终端。使用ESPAR天线，我们诱导干扰信道的人为波动恢复$\log(N)$增长率通过分配随机权重正交{ \it基础模式}。我们将这种技术称为{ \it随机空中波束形成}（RAB）。虽然LoS干扰本来是一个源的容量障碍，我们表明，使用RAB，它实际上可以被利用来提高多用户干扰的多样性，通过提高{ \it有效用户数}以最小的硬件复杂性。
2014-07-05 cs.IT math.IT
Frequency-Selective Hybrid Beamforming Based on Implicit CSI for Millimeter Wave Systems
混合波束形成是实现毫米波高数据率传输的一个很有前途的概念。为了在收发器中实现它，许多参考文献最佳地适应于高维多天线信道，但或多或少忽略了信道估计的复杂性。意识到接收到的耦合系数的信道和对可能的模拟波束成形向量可以用于模拟波束选择，我们进一步提出了一个低复杂度的计划，利用耦合系数来实现混合波束成形。从本质上讲，耦合系数可以被视为隐含的信道状态信息（CSI），这些耦合系数的估计产生的有效的信道矩阵的替代品的维数低得多。在计算这些有效信道矩阵的Frobenius范数之后，证明了具有最大Frobenius范数值的有效信道提供了混合波束形成问题的解决方案。
2018-02-27 cs.IT math.IT
Sacrificing CSI for a Greater Good: RIS-enabled Opportunistic Rate Splitting
在可重构智能表面（RIS）辅助系统中，相移的优化需要分别获取直接和RIS辅助信道的信道状态信息（CSI），这带来了重大的设计挑战。在本文中，提出了一种新的方案，它考虑了实际的限制，如导频开销和信道估计（CE）错误，以提高净性能。更具体地，以不可预测的干扰为代价，牺牲了用于RI辅助信道的CSI的一部分，以便减少CE时间。通过在相干块之间交替CSI并采用速率分割，可以减轻干扰，从而补偿牺牲的CSI的不利影响。数值仿真验证了该方案具有更好的性能，可实现的净速率，导致高达160%的增益相比，非正交多址接入（NOMA），当CE时间和CE错误被认为是。
2022-03-28 cs.ET cs.IT eess.SP
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
Distributed Robust Multi-Cell Coordinated Beamforming with Imperfect CSI: An ADMM Approach
多小区协作波束成形（MCBF）是多个基站（BS）在波束成形设计中相互协作以减轻小区间干扰的一种方法，近来已经成为一个备受关注的主题。大多数MCBF设计假设移动台（MS）的信道状态信息（CSI）是完美的，但实际上CSI错误是不可避免的。假设信道状态信息误差为椭圆有界，本文研究了在最坏情况下，最小化基站加权和功率的鲁棒MCBF设计问题。我们的目标是设计一种分布式优化方法，可以以分散的方式获得最坏情况下的鲁棒波束成形解决方案，仅在每个BS处使用本地CSI，并且BS之间的消息交换的回程信令很少。然而，所考虑的问题是难以处理的，即使在集中的形式。首先，我们提出了一个有效的近似方法的集中形式，半定松弛（SDR）技术的基础上。为了以分散的方式获得鲁棒波束形成解决方案，我们进一步提出了一种分布式鲁棒MCBF算法，使用称为交替方向乘法器（ADMM）的分布式凸优化技术。我们分析表明，所提出的分布式强大的MCBF算法的收敛到最佳的集中式解决方案，其更好的带宽效率在回程信令比现有的基于对偶分解的算法。仿真结果验证了所提出的SDR方法和分布式鲁棒MCBF算法的有效性。
2011-07-05 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
Multi-User Opportunistic Beamforming using Reconfigurable Surfaces
多用户（MU）分集通过在其信道接近其峰值时调度用户进行传输来产生和速率增益。在基站（BS）处用于调度所需的唯一信息是用户的信噪比（SNR）。MU分集增益在具有视线（LoS）信道分量和/或空间相关性的环境中受到限制。为了补救这一点，以前的作品已经提出了机会波束成形（OBF），使用多个天线在BS发送相同的信号，由时变增益调制，在每个时隙的最佳用户。在本文中，我们提出了可重构表面（RS）辅助OBF增加的范围内的信道波动在单天线广播信道（BC），机会调度（OS）策略实现的总和速率容量。RS被抽象为被动反射元件的阵列，并且是哑的，在这个意义上，它只在入射电磁波上引起随机相移，而不需要任何信道状态信息。我们开发的总和速率缩放定律下瑞利，莱斯和相关瑞利衰落，并表明，RS辅助OBF只有一个单天线BS优于多天线BS辅助OBF。我们还将我们的结果扩展到OFDMA系统和多天线BC。
2019-12-15 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning-Based CSI Feedback for Beamforming in Single- and Multi-cell Massive MIMO Systems
针对现有深度学习CSI反馈方法仅关注精度、忽略波束成形性能的问题，提出以最大化波束成形增益为目标的CsiFBnet框架，适配单/多小区场景，采用无监督训练，实现性能提升与复杂度降低。
2020-11-11 cs.IT math.IT
A Novel Mode Switching Scheme Utilizing Random Beamforming for Opportunistic Energy Harvesting
由于无线电信号同时携带能量和信息，因此关于同时无线信息和功率传输（SWIPT）的统一研究最近引起了人们对实现无线供电通信网络的极大关注。在本文中，我们研究了一个多输入单输出（MISO）多播SWIPT网络与一个多天线发射机发送共同的信息，多个单天线接收器同时随着机会主义的无线能量收集在每个接收器。从实际考虑，我们假设信道状态信息（CSI）仅在每个相应的接收机处是已知的，但在发射机处是不可用的。我们提出了一种新的接收机模式切换SWIPT方案的基础上的一个新的应用程序的传统的随机波束成形技术在多天线发射机，它产生人工信道衰落，使更有效的能量收集在每个接收机时，接收功率超过一定的阈值。对于所提出的方案，我们调查可实现的信息速率，收获的平均功率和/或停电概率，以及它们在AWGN和准静态衰落信道的各种权衡。与没有随机发射波束成形的周期性接收器模式切换的参考方案相比，当所收获的能量目标足够大时，所提出的方案被示出能够实现更好的速率-能量权衡。特别是，它揭示了采用一个单一的随机波束的建议计划是渐近最佳的发射功率增加到无穷大，也表现出最好的有限发射功率的高收获的能量制度的最实际的利益，从而导致一个有吸引力的低复杂度的实现。最后，我们比较了所提出的方案与不同的随机波束设计的速率-能量性能。
2014-07-21 cs.IT math.IT
Robust Beamforming for Security in MIMO Wiretap Channels with Imperfect CSI
在本文中，我们研究的方法，以减少两个多天线节点之间传输的消息被截获的可能性，一个未被发现的窃听者。特别是，我们专注于明智的人工干扰的传输，以掩盖所需的信号在它被广播的时候。与以前的工作，假设一些先验知识的窃听者的信道，并专注于最大限度地提高保密能力，我们考虑的情况下，没有关于窃听者的信息是可用的，我们使用信号干扰加噪声比（SINR）作为我们的性能指标。具体而言，我们专注于最大化的功率量的问题，可用于广播干扰信号，旨在隐藏所需的信号从潜在的窃听者，同时保持在所需的接收器的预定的SINR。干扰信号被设计成当它到达期望的接收机时与信息信号正交，假设接收机和窃听者都采用最佳波束形成器并且具有精确的信道状态信息（CSI）。在实践中，发射机处的完美CSI的假设通常难以证明。因此，我们还研究了由于不完美的CSI的存在而导致的性能下降，并且我们提出了鲁棒的波束成形方案，该方案在完美的CSI情况下恢复了大部分性能。数值模拟验证了我们的分析性能预测，并说明了强大的波束形成方案的好处。
2010-09-12 cs.IT math.IT
QoS-Aware Downlink Beamforming for Joint Transmission in Multi-Cell Networks
本文针对多小区网络下行传输，提出基于上下行对偶性和半定松弛的QoS感知联合传输波束赋形设计，在完美与不完美CSI条件下同时增强信号强度并抑制干扰。
2023-10-30 cs.IT math.IT
GPU-Accelerated Robust Beamforming for OTFS Massive MIMO with CSI Uncertainty
School of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University（陕西师范大学物理与信息工程学院）
本文针对OTFS大规模MIMO在CSI不确定性下的鲁棒波束成形，提出基于SVC的数据驱动方法建模不确定性，并设计GPU加速ADMM算法，实现低功耗、高鲁棒与高效计算。
2026-09-29 cs.IT math.IT
Optimal Stochastic Coordinated Beamforming for Wireless Cooperative Networks with CSI Uncertainty
在信道状态信息（CSI）不确定的情况下，无线协作网络的传输优化和资源分配是一个重要而又具有挑战性的问题。在本文中，我们建立了一个通用的随机协调波束形成（SCB）的框架，提供灵活的信道不确定性建模，同时保证最优的传输策略。我们采用了一般的随机模型CSI的不确定性，这是适用于各种实际情况。SCB问题原来是一个联合机会约束规划（JCCP），是众所周知的是非常棘手的。针对以往求解JCCP的算法只能找到可行的次优解的问题，提出了一种新的具有最优性保证的随机DC（Difference-of-Convex）规划算法，该算法可以作为评价启发式算法和次优算法的基准.关键的观察是，高度棘手的概率约束可以等效地重新表述为DC约束。这进一步使得高效算法能够实现最优性。仿真结果表明了该算法的收敛性、保守性、稳定性和性能增益。
2014-06-27 cs.IT math.IT
Achievable Rate Analysis of Cooperative Relay Assisted Opportunistic-NOMA under Rician Fading Channels with Channel State Information
在莱斯衰落信道下，分析了发送端已知信道状态信息的协作中继系统（CRS）的平均可达速率。对于数据信号的机会性传输，CSI用于源到中继和源到目的地链路，这帮助发射机即时地从协作NOMA传输和信号的直接传输中选择最佳。为了比较O-NOMA和传统NOMA（C-NOMA）CRS的平均可达速率，给出了可达速率的精确和渐近解析表达式。通过蒙特卡罗模拟验证了渐近结果的各种信道功率和功率分配系数。数值结果表明，随着功率分配系数、信噪比和信道功率的增加，基于O-NOMA的CRS比基于C-NOMA的CRS具有更好的速率性能。
2017-11-08 cs.IT math.IT
A Novel Hybrid Beamforming Algorithm with Unified Analog Beamforming by Subspace Construction Based on Partial CSI for Massive MIMO-OFDM Systems
混合波束成形（HB）已被广泛研究，以减少大规模多输入多输出（MIMO）系统中昂贵的射频（RF）链的数量。然而，先前关于HB的工作限于单个用户设备（UE）或单个UE组，采用不能应用于正交频分复用（OFDM）系统中在不同频率资源中服务的多个UE组的频率平坦的第一级模拟波束成形（AB）。针对大规模MIMO-OFDM系统，提出了一种基于所有用户空间协方差矩阵（SCM）知识的统一AB的HB算法，以支持多组用户。所提出的HB方法具有更少数量的RF链，可以实现超过95%的全数字波束成形性能。此外，提出了一种新的实用的子空间构造（SC）算法的基础上的部分信道状态信息来估计所需的SCM。所提出的SC方法可以提供超过97%的性能的完美SCM的情况下。利用所提出的方法，可以实现显著的成本和功率节省，而不会造成大的性能损失。此外，所提出的方法可以应用于大规模MIMO-OFDM系统中的时分双工和频分双工。
2016-11-02 cs.IT math.IT
Analog Beamforming Enabled Multicasting: Finite-Alphabet Inputs and Statistical CSI
针对有限字母表输入和统计CSI的模拟波束赋形多播系统，推导AMR表达式并分析高信噪比渐近性能，提出最大化阵列增益的波束赋形算法以提升平均多播速率。
2024-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
Opportunistic Relaying in Wireless Networks
中继网络具有$n$源到目的地对和$m$半双工中继，所有工作在相同的频带中存在的块衰落，进行了分析。这种设置已经引起了极大的关注和几个中继协议已在文献中报道。然而，大多数提出的解决方案需要在发射机侧的集中协调调度或详细的信道状态信息（CSI）。在这里，提出了一种机会中继方案，它消除了这些限制。该方案需要一个两跳的通信协议，其中源与目的地只通过半双工中继通信。其关键思想是在每一跳只调度一个可以从\emph{multiuser diversity}中受益的节点子集。为了为每一跳选择源和目的地节点，它只需要在接收机处的CSI（第一跳的中继，第二跳的目的地节点）和到发射机的整数值CSI反馈。对于$n$较大且$m$固定的情况，结果表明，所提出的方案实现了$m/2$ bits/s/Hz的系统吞吐量。相比之下，$(m/2)\log \log n$比特/秒/赫兹的信息理论上限仅在更苛刻的CSI假设和中继之间的协作下才可实现。此外，它表明，在块持续时间和系统带宽的产品的缩放速度比$\log n$的条件下，所提出的方案的可实现的吞吐量缩放为$Θ({\log n})$。值得注意的是，这被证明是最佳的吞吐量缩放，即使允许集中式调度，从而证明了所提出的方案在缩放定律意义上的最优性。
2009-07-24 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Broadcasting in Massive MIMO
大规模MIMO系统的下行链路被认为是基站必须同时服务两类终端的情况下：一组不完美的瞬时信道状态信息（CSI）是可用的，和一组没有CSI是可用的。激励应用包括无线网络中的公共信道和控制信息的广播。一种新的技术被开发和分析：联合波束成形和广播（JBB），通过该技术，基站波束成形到CSI可用的终端组，并广播到没有CSI可用的其他终端组。广播信息不干扰波束成形，因为它被放置在波束成形所针对的终端共同看到的信道矩阵的零空间中。将JBB与正交接入（OA）进行比较，通过正交接入，基站将时间-频率资源划分成两个分离的部分，每组终端一个。结果表明，JBB可以大大优于OA在所需的总辐射功率为给定的速率目标。
2016-03-14 cs.IT 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
Robust Group Sparse Beamforming for Multicast Green Cloud-RAN with Imperfect CSI
本文研究了具有不完全信道状态信息（CSI）的组播云无线接入网络（Cloud-RAN）的网络功率最小化问题。关键的观察是，网络功率最小化可以通过自适应地选择活跃的远程无线电头端（RRH）通过控制波束成形向量的组稀疏结构来实现。然而，这会产生一个非凸的组合优化问题，为此，我们提出了一个三阶段的鲁棒组稀疏波束形成算法。在第一阶段中，提出了加权混合l1/l2范数的二次变分公式，以在聚合波束形成向量中诱导组稀疏结构，该结构指示可以关闭的那些RRH。然后，提出了一个扰动交替优化算法来解决由此产生的非凸群稀疏诱导优化问题，利用其凸子结构。在第二阶段，我们提出了一个基于相位提升技术的算法来解决一个给定的活动RRH集的可行性问题，这有助于确定活动RRH。最后，采用半定松弛（SDR）技术来确定鲁棒的多播波束形成器。仿真结果将证明扰动交替优化算法的收敛性，以及所提出的算法的有效性，以最大限度地减少网络功耗的组播Cloud-RAN。
2015-12-15 cs.IT math.IT
On the Robustness of Coordinated Beamforming to Uncoordinated Interference and CSI Uncertainty
随着网络部署变得越来越密集，干扰作为主要的性能降级因素而出现。为了应对这一趋势，长期演进（LTE）结合了旨在实现不同基站之间的协作的特征，这种技术被称为协调多点（CoMP）。然而，最近的现场试验结果和理论研究的性能的CoMP方案显示，他们的收益并不像最初预期的那样高，尽管他们的大协调开销。在本文中，我们回顾了最近先进的协调波束形成（CB）计划，一个特殊的家庭的CoMP，减少了协调开销，通过联合选择的发送和接收线性滤波器。我们专注于评估他们的弹性不协调干扰和信道状态信息（CSI）的不完善，这两个严重限制了所有CoMP方案的性能增益。我们提出了一个简单的系统模型，旨在将不同的参数的相对干扰功率和CSI误差的兴趣，然后利用它的性能评估的国家的最先进的CB计划。它表明，盲目地应用CB在所有系统的情况下，确实可以适得其反。
2017-01-23 cs.IT math.IT
Dynamic-subarray with Fixed Phase Shifters for Energy-efficient Terahertz Hybrid Beamforming under Partial CSI
太赫兹（THz）通信被认为是6 G系统的支柱技术，提供数十GHz的带宽。为了在降低硬件复杂度的同时克服巨大的传播损耗，提出了具有混合波束形成的太赫兹超大规模（UM）MIMO系统，以提供高的阵列增益。值得注意的是，在大多数现有的混合波束形成研究中考虑的可调移相器是功耗高的，并且难以在THz波段实现。此外，由于超大规模的天线，完整的信道状态信息（CSI）是具有挑战性的获得。为了解决这些实际问题，本文提出了一种能量有效的动态子阵与固定移相器（DS-FPS）架构的太赫兹混合波束形成。为了补偿FPS固定相位所造成的频谱效率损失，插入开关网络以实现动态连接。此外，通过考虑部分CSI，我们提出了一种行连续分解（RSD）算法来设计DS-FPS的混合波束形成矩阵。进一步提出了逐行（RBR）算法以降低计算复杂性。大量的仿真结果表明，所提出的DS-FPS架构与RSD和RBR算法实现了更高的能源效率比现有的架构。此外，部分CSI的DS-FPS架构实现了97%的频谱效率与全CSI。
2022-03-29 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Design of Fronthauling and Hybrid Beamforming for Downlink C-RAN Systems
混合波束形成是一种具有成本效益和广泛的解决方案，用于大规模天线阵列的系统。本工作研究了下行链路云无线电接入网络（C-RAN）架构中用于远程无线电头端（RRH）的混合波束成形解决方案的模拟和数字组件的优化。数字处理在“云”中的基带处理单元（BBU）处执行，并且预编码的基带信号在经由有限容量前传链路传输到RRH之前被量化。在该系统中，我们考虑两种不同的信道状态信息（CSI）场景：1）在BBU处的理想CSI 2）不完美有效CSI。BBU处的数字波束成形和前传量化策略以及RRH处的模拟射频（RF）波束成形的优化是耦合问题，因为接收器处的量化噪声的影响取决于预编码矩阵。由此产生的联合优化问题进行检查的加权下行链路和速率和网络的能量效率最大化的目标。前传容量和每RRH功率约束与RF波束成形矩阵上的恒模约束一起被强制执行。针对理想CSI的情况，通过放松模拟波束形成器的恒模约束，提出了一种基于加权最小均方误差的块坐标下降算法。此外，我们提出了不完美的CSI的加权和速率和网络的能量效率性能的影响，并通过应用样本平均近似算法进行扩展。数值结果证实了该方案的有效性，并表明该算法对估计误差具有鲁棒性。
2019-03-14 cs.IT math.IT
Beamforming Design for Large-Scale Antenna Arrays Using Deep Learning
在有限的射频链和基于移相器的模拟波束形成架构下，大规模天线阵列的波束形成（BF）设计已被公认为是毫米波通信系统中的关键问题。它变得更具挑战性的不完美的信道状态信息（CSI）。在这封信中，我们提出了一个基于深度学习的BF设计方法，并开发了一个BF神经网络（BFNN），可以训练学习如何优化波束形成器，以最大限度地提高频谱效率与硬件限制和不完善的CSI。仿真结果表明，与传统的BF算法相比，该算法具有显著的性能改善和对不完美CSI的鲁棒性。
2019-06-05 cs.IT math.IT
MIMO DF Relay Beamforming for Secrecy with Artificial Noise, Imperfect CSI, and Finite-Alphabet
在本文中，我们考虑解码和转发（DF）中继波束形成与不完善的信道状态信息（CSI），合作人工噪声（AN）注入，和有限字母表输入存在的用户和$J$非合谋窃听。源和用户之间的通信由多输入多输出（MIMO）DF中继辅助。我们使用窃听代码由两部分组成的事实：i）公共消息（非秘密）和ii）秘密消息。源发送两个独立的消息：i）公共消息（非秘密），和ii）秘密消息。公共消息以固定速率$R_{0}$发送，并且它是为用户准备的。秘密消息也是为用户准备的，但它应该对$J$窃听者保密。源和MIMO DF中继在单独的功率约束下操作。为了提高保密率，MIMO中继还注入人工噪声。假设所有链路上的CSI是不完美的，并且CSI误差是范数有界的。为了最大化最坏情况下的保密率，我们最大化最坏情况下的链路信息速率的用户服从：i）源和MIMO中继的个人功率约束，以及ii）最好的情况下的链路信息速率的$J$窃听小于或等于$R_{0}$，以支持一个固定的公共消息速率$R_{0}$。数值结果显示的效果完美/不完美的CSI，存在/不存在的AN有限字母输入的保密率。
2015-05-04 cs.IT math.IT
Relay Beamforming Strategies for Physical-Layer Security
在本文中，协作使用中继形成一个波束成形系统，并提供物理层的安全性进行了研究。特别是，放大和转发（AF）中继波束成形设计下的总和个人中继功率约束的研究与保密率最大化的目标时，完美的信道状态信息（CSI）是可用的。在AF方案中，没有解析解的最优波束形成设计下的总功率和个人的约束，提出了一种迭代算法，以获得最优的波束形成结构，并最大化的保密率。针对基于解码转发（DF）的中继波束成形，研究了不完美信道状态信息（CSI）下的稳健波束成形设计，并给出了优化框架。
2010-04-06 cs.IT math.IT
CSI-free Rotary Antenna Beamforming for Massive RF Wireless Energy Transfer
射频（RF）无线能量传输（WET）是一项关键技术，可以为未来的大规模低能耗物联网（IoT）网络无缝供电。为了实现高效的大规模WET，信道状态信息（CSI）受限/自由多天线发射方案最近已经在文献中被提出。这个想法是减少/消除能量收集（EH）IoT节点参与大规模时间/功耗CSI训练所需支付的能量成本，但仍然能够实现一些传输空间增益。在本文中，我们又向前迈出了一步，提出了一种新型的无CSI旋转天线波束成形（RAB）WET方案，该方案在配备均匀线性阵列（UWB）的功率信标（PB）为大量周围EH IoT设备供电的场景中优于所有最先进的无CSI方案。RAB使用适当设计的无CSI波束形成器，其与PB处的连续或周期性旋转相结合，以提供按比例缩放为$0.85\sqrt{M}$的平均EH增益，其中$M$是PB的天线元件的数量。此外，提出了旋转特定功率控制机制，以i）如果设备的定位信息可用，则相当优化WET过程，和/或ii）避免在特定吸收率（SAR）方面对人类健康的危害。我们表明，RAB性能甚至快速接近（或超过，对于具有足够大数量的EH设备的场景，或当使用所提出的功率控制时）传统的基于全CSI的发送方案的性能，并且它对SAR约束也不太敏感。最后，我们讨论了重要的实用性相关的RAB，如其对非视线条件下的鲁棒性相比，其他CSI-免费的WET计划，其推广的情况下，PB使用的其他拓扑结构。
2021-08-27 cs.IT math.IT
Capacity Performance of Relay Beamformings for MIMO Multi-Relay Networks with Imperfect R-D CSI at Relays
在本文中，我们考虑了一个双跳多输入多输出（MIMO）无线中继网络中存在的不完善的信道状态信息，其中的源-目的地对都配备了多个天线，通过大量的半双工放大和转发（AF）中继终端通信。研究了中继节点处中继到目的（R-D）链路的信道状态信息不理想时，三种线性波束形成方案的性能。这三种有效的线性波束形成方案分别基于匹配滤波器（MF）、迫零（ZF）和正则化迫零（RZF）预编码技术，它们在中继节点同时利用S-D信道和R-D信道的信道状态信息。通过将中继节点处的R-D CSI误差建模为独立的复高斯随机变量，我们推导了三种波束形成器在瞬时SNR方面的遍历能力。利用大数定律，我们得到了渐近容量，并在此基础上推导出了优化的MF-RZF。仿真结果表明，渐近容量与各自的遍历容量很好地匹配。分析和仿真结果表明，优化的MF-RZF优于MF和MF-ZF的R-D CSI误差的任何功率。
2020-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Wireless Energy and Information Transfer Tradeoff for Limited Feedback Multi-Antenna Systems with Energy Beamforming
在本文中，我们考虑了一个多天线系统，其中接收端应该通过无线能量传输从发射端获取能量，以支持其无线信息传输。为了最大化能量的收获，我们提出了执行自适应能量波束形成根据瞬时信道状态信息（CSI）。为了帮助发射端获得能量波束形成所需的信道状态信息，本文进一步提出了一种双赢的信道状态信息量化反馈策略，以提高能量和信息的传输效率。本文的重点是在总持续时间约束下，通过调整传输持续时间来权衡无线能量和信息传输。通过揭示发射功率、传输持续时间和反馈量之间的关系，分别通过最大化平均信息传输速率的上界和近似下界，得到了两种无线能量和信息传输的折衷方案.此外，在接收端的不完美CSI的影响进行了研究，并给出了相应的无线能量和信息传输的折衷方案。最后，数值结果验证了所提出的格式的有效性。
2013-07-24 cs.IT math.IT
A Rank-One Optimization Framework and Its Applications to Transmit Beamforming
本文提出融合线性矩阵不等式与二阶锥约束的秩一优化框架，证明其可行非平凡问题必存在秩一最优解，从而保证 SDR 对发射波束成形 QCQP 的紧性，并通过四类波束成形场景展示应用。
2023-08-18 cs.IT math.IT
Perturbation-based Distributed Beamforming for Wireless Relay Networks
本文研究了半双工放大转发中继无线网络中的分布式波束形成技术。现有的方案优化波束成形权值的基础上的假设，信道状态信息（CSI）是可用的中继。我们建议使用自适应波束形成的基础上确定性扰动和有限的反馈（1位）从目的地到中继，以避免CSI在中继。两个可扩展的扰动计划被认为是实际的实施方面得到解决。仿真结果表明，所提出的技术接近最佳性能，并在时变环境中具有令人满意的跟踪性能。
2008-09-30 cs.IT math.IT
Adaptive Limited Feedback for Sum-Rate Maximizing Beamforming in Cooperative Multicell Systems
基站协作提高了在蜂窝系统中可以实现的和速率。传统的协作技术需要在有限容量的回程链路上共享大量信息，并且假设基站具有系统中所有活动用户的完整信道状态信息（CSI）。在本文中，提出了一种新的有限反馈策略的多小区波束形成中的合作被限制到共享基站之间的活动用户的CSI。所考虑的系统设置是基于Wyner模型的单元的线性阵列。每个小区包含单天线用户和多天线基站。首先给出了近似最大化多小区系统中的和速率的波束形成向量的封闭形式表达式，假设在发射机处具有完整的CSI。对于有限带宽反馈链路的更实际的情况，期望信道和干扰信道的CSI在被反馈到基站之前在接收器处被量化。由于随机矢量量化的平均损失和速率的上限推导。一个新的反馈比特分配策略，分区之间的期望和干扰信道的可用比特，近似最小化由于量化的和速率的平均损失。所提出的反馈比特划分算法，使用模拟，以产生接近的总和速率在基站使用全CSI。
2009-12-04 cs.IT math.IT
Learning on a Grassmann Manifold: CSI Quantization for Massive MIMO Systems
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本文重点研究了波束赋形码本的设计，使任何潜在信道分布的平均归一化波束赋形增益最大化。虽然现有技术使用统计信道模型，但我们利用具有机器学习基础的无模型数据驱动方法来生成适应周围传播条件的波束成形码本。关键的技术贡献在于减少码本设计问题的无监督聚类问题的格拉斯曼流形上的集群质心形成有限大小的波束形成码本的信道状态信息（CSI），这可以有效地解决使用K均值聚类。这种方法被扩展到开发一个非常有效的全维（FD）多输入多输出（MIMO）系统与均匀平面阵列（UPA）天线的乘积码本设计过程。仿真结果表明，所提出的设计标准的能力，在学习的码本，减少码本的大小，并产生显着更高的波束形成增益相比，现有的国家的最先进的CSI量化技术。
2020-05-18 cs.IT cs.LG math.IT
Outage Probability and Outage-Based Robust Beamforming for MIMO Interference Channels with Imperfect Channel State Information
本文研究了多输入多输出（MIMO）干扰信道下的中断概率和基于中断的波束设计问题。首先，在信道状态信息（CSI）误差为高斯分布的假设下，推导了MIMO干扰信道中中断概率的闭式表达式，并利用Besloff界研究了中断概率随系统参数变化的渐近行为.它示出了中断概率指数下降相对于CSI的质量测量的CSI的均方误差的倒数。其次，基于导出的中断概率表达式，提出了一种最大化和中断率的迭代波束设计算法。数值结果表明，所提出的波束设计算法产生更好的和中断率性能比传统的算法，如干扰对齐的假设下完美的CSI。
2012-06-27 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Enhanced Wireless Network: Two-timescale Beamforming Optimization
智能反射面（IRS）作为未来无线网络实现高频谱和能量效率的一种新的解决方案，近年来引起了人们的广泛关注。通过使用大量低成本的无源反射元件，无线传播环境变得可控，从而可以有利于提高通信性能。IRS的现有工作主要依赖于瞬时信道状态信息（I-CSI），然而，由于其被动操作和大量的元素，实际上很难获得IRS相关的链路。为了克服这个困难，我们在本文中提出了一个新的两个时标（TTS）传输协议，以最大限度地提高可实现的平均和速率的IRS辅助下的多用户系统下的一般相关莱斯信道模型。具体地，首先基于所有链路的统计CSI（S-CSI）来优化被动IRS相移，与它们的I-CSI相比，S-CSI变化得慢得多，而接入点（AP）处的发射波束成形/预编码向量然后被设计为迎合具有优化的IRS相移的用户的有效信道的I-CSI，从而相对于现有的基于所有信道的I-CSI的方案，显著降低了信道训练开销和被动波束成形复杂度。对于单用户情况，提出了一种基于罚对偶分解（PDD）的新算法，其中IRS相移并行更新以减少计算时间。对于多用户情况，我们通过构造目标函数的二次代理提出了一种通用的TTS优化算法，该目标函数无法以封闭形式显式表达。仿真结果验证了所提出算法的有效性，并评估了S-CSI和信道相关性对系统性能的影响。
2020-09-01 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming and Adaptive RF Chain Activation for Uplink Cell-Free Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
在这项工作中，我们研究了混合模拟数字波束成形（HBF）架构的上行链路无小区（CF）毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统。{We首先提出了两种HBF方案，即分散式HBF（D-HBF）和半集中式HBF（SC-HBF）。在前者中，基于本地信道状态信息（CSI）在每个AP处独立地生成数字和模拟波束形成器。相比之下，在后者中，仅在AP处本地获得数字波束形成器，而在中央处理单元（CPU）处基于从所有AP接收的全局CSI生成模拟波束形成矩阵。我们表明，在这两个HBF方案中生成的模拟波束形成器提供了大致相同的可实现速率，尽管D-HBF的复杂度较低，并且缺乏CSI要求。此外，为了降低功耗，我们提出了一种新的自适应射频（RF）链激活（ARFA）方案，该方案基于CSI动态激活/停用AP处的RF链及其连接的模数转换器（ADC）和移相器（PS）。对于RF链的激活，提出了低复杂度的算法，其可以在总可实现速率中仅具有边际损失的情况下实现能量效率（EE）的显著改善。
2021-04-30 cs.IT math.IT
Robust Optimization of Instantaneous Beamforming and Quasi-static Phase Shifts in an IRS-assisted Multi-Cell Network
信道估计误差、小区间干扰、相位调整成本和计算成本对智能反射表面（IRS）辅助系统的影响在实践中是严重的，但在大多数现有工作中为了简单而被忽略。在本文中，我们研究了一个多天线基站（BS）服务的单天线用户的帮助下，多元素IRS在多小区网络与小区间干扰。我们考虑BS处的不完美信道状态信息（CSI），即，不完美的CSIT，并专注于在两种情况下的BS的瞬时CSI自适应波束形成和IRS的准静态相移的鲁棒优化。在多时隙编码的情况下，我们制定了一个强大的优化问题，以最大限度地提高用户的遍历速率。在每个时隙内编码的情况下，我们制定了一个强大的优化问题，以最大限度地提高用户的平均有效吞吐量下的成功传输概率约束。鲁棒优化问题是一类具有挑战性的两时标随机非凸优化问题。在这两种情况下，我们获得了封闭形式的强大的波束形成设计为任何给定的相移和更易于处理的随机非凸近似问题的相移。此外，我们提出了一个迭代算法，以获得一个Karush-Kuhn-Tucker（KKT）点的每个随机问题的相移。值得注意的是，所提出的方法提供了封闭形式的鲁棒瞬时CSI自适应波束成形设计，其可以迅速适应时隙上的快速CSI变化，以及在存在不完美CSIT和小区间干扰的情况下的低计算和相位调整成本的鲁棒准静态相移设计。数值结果进一步证明了所提出的鲁棒关节设计的显着收益比现有的，并揭示了所提出的解决方案的实用价值。
2021-09-18 cs.IT math.IT
A Comparison of Hybrid Beamforming and Digital Beamforming with Low-Resolution ADCs for Multiple Users and Imperfect CSI
对于5G来说，利用可用的毫米波频谱非常重要。与现有技术的蜂窝系统相比，为了实现具有类似有效天线孔径的近似全向覆盖，在移动台和基站处都需要天线阵列。由于毫米波CMOS中可用的大带宽和低效率放大器，具有大量天线的接收器的模拟前端变得特别耗电。存在两种主要的解决方案来降低功耗：混合波束形成和具有低分辨率模数转换器（ADC）的数字波束形成。在这项工作中，我们比较了这两个系统的频谱和能量效率的实际系统的限制。我们考虑了信道估计，发射机损伤和多个同时用户的影响。我们的功耗模型认为，在60 GHz的文献中报道的组件。与许多其他工作相比，我们还考虑了量化误差的相关性，并将其建模推广到非均匀量化器和每个天线上的不同量化器。结果表明，随着信噪比的增大，达到最佳能量效率的ADC分辨率也增大。能量效率在高SNR下针对5比特分辨率达到峰值，因为由于其他限制因素，可实现的速率在该分辨率下几乎饱和。我们还表明，在多用户的情况下，数字波束成形在任何情况下都比混合波束成形更节能。此外，我们表明，如果使用不同的ADC分辨率，我们可以实现任何所需的功耗和速率之间的权衡，接近那些实现只有一个ADC的分辨率。
2017-09-25 cs.IT math.IT
Decode-and-Forward Relay Beamforming with Secret and Non-Secret Messages
在本文中，我们研究波束成形解码转发（DF）中继使用多个中继，源节点发送秘密消息以及非秘密消息的目的地节点在存在多个非合谋窃听。非秘密消息以固定速率$R_{0}$传输，并且不需要保护以防止窃听者，而秘密消息需要保护以防止窃听者。电源和继电器在总功率约束下工作。我们找到了最佳的源功率和权重的秘密和非秘密的消息，最大限度地提高最坏情况下的秘密消息的保密率，以及满足信息速率约束$R_{0}$的非秘密消息的中继。我们解决这个问题的情况下，（$i$）完美的信道状态信息（CSI）的所有链路是已知的，和（$ii$）只有统计CSI的窃听链路和完美的CSI的其他链路是已知的。
2014-01-31 cs.IT math.IT
Statistical CSI Based Hybrid mmWave MIMO-NOMA with Max-Min Fairness
非正交多址（NOMA）和毫米波（mmWave）是第五代（5G）移动网络及以后的两种关键使能技术。在本文中，我们考虑毫米波NOMA系统的最大-最小公平性约束。一方面，现有的波束形成设计，旨在最大限度地提高频谱效率（SE）是不适合的NOMA系统的公平性，在本文中。另一方面，以前关于毫米波NOMA的工作主要依赖于对信道状态信息（CSI）的充分了解，这在毫米波通信系统中是非常难以准确获得的。为了解决这个问题，我们提出了一个启发式的混合波束形成设计的基础上统计CSI（SCSI）用户分组策略。首先提出了一种模拟波束形成方案，在第一阶段对整个簇内的用户进行合并，以减轻簇间干扰。在此基础上，提出了两种基于SCSI的数字波束形成方案，进一步抑制干扰。一种是广泛使用的迫零（ZF）方法，另一种是从正交多址（OMA）系统扩展的信号泄漏加噪声比（SLNR）度量导出的。从用户反馈的有效增益用于功率分配。我们引入二次变换（QT）方法和二分法重新制定这个复杂的问题，使之可解。仿真结果表明，我们提出的算法优于以前的算法在用户公平性。
2021-01-06 cs.IT math.IT
Efficient Beamforming for Discrete SIM-Aided Multiuser Systems Under Statistical CSI
School of Information Science and Engineering, Shandong University（山东大学信息科学与工程学院）；School of EEE Nanyang Technological University（南洋理工大学电气电子工程学院）
本文提出了一种在统计CSI下，通过联合功率分配和离散相移优化，实现SIM辅助多用户MISO下行系统高效波束成形的方法，显著降低计算复杂度并保持高性能。
2026-01-21 cs.IT math.IT
