How to Understand LMMSE Transceiver Design for MIMO Systems From Quadratic Matrix Programming
本文研究了一种适用于各种无线系统的统一的线性最小均方误差（LMMSE）收发器设计框架。统一设计是基于一个优雅的和强大的数学规划技术称为二次矩阵规划（QMP）。基于QMP，可以观察到，对于不同的无线系统，存在可以用于设计LMMSE收发器的某些共同特性，例如，二次型研究还发现，从点对点MIMO系统发展到各种先进的无线系统，如多小区协作系统、多用户MIMO系统、MIMO认知无线电系统、放大转发MIMO中继系统等，LMMSE收发机设计始终保持二次性，并且始终可以通过迭代求解多个QMP问题来实现。给出了一个解决QMP问题的综合框架。本文提出的工作很可能是第一枪的收发器设计，为未来不断变化的无线系统。
2013-03-02 cs.IT math.IT
Achievable Diversity-Rate Tradeoff of MIMO AF Relaying Systems with MMSE Transceivers
研究了多输入多输出放大转发中继系统中基于最小均方误差（MMSE）的最优收发器的分集阶数。虽然分集复用折衷（DMT）分析准确地预测了MMSE接收机对于正复用增益的行为，但事实证明，对于固定速率的情况，通过DMT的性能是非常不可预测的，因为MMSE策略表现出复杂的速率相关行为。在本文中，我们建立了MIMO AF中继系统的分集率权衡性能的MMSE收发机作为一个封闭的形式为所有固定的速率，从而提供了一个完整的表征的分集阶数与DMT的早期工作。
2013-12-16 cs.IT math.IT
Spectral Efficiency of Unicast and Multigroup Multicast Transmission in Cell-free Distributed Massive MIMO Systems
在本文中，我们考虑联合单播和多组组播无小区分布式大规模多输入多输出（MIMO）系统，同时考虑基于信道估计的副导频分配策略，导频污染和不同的预编码方案。在导频分配策略下，我们推导了单播和多播用户的最小均方误差（MMSE）信道状态信息（CSI）估计。在给定信道状态信息的情况下，推导了最大比传输（MRT）、迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）波束形成下的下行链路可达速率的闭式表达式。基于这些表达式，我们提出了一种有效的功率分配方案，通过解决多目标优化问题（MOOP）之间的最大化最小频谱效率（SE）的组播用户和最大化单播用户的平均SE与非支配排序遗传算法II（NSGA-II）。此外，MOOP被转换为深度学习（DL）问题，并通过无监督学习方法来解决，以进一步提高计算效率。数值结果验证了所推导的闭式表达式的准确性以及无小区分布式大规模MIMO系统中单播和多组组播联合传输方案的有效性。各种系统参数下的SE分析和这两个相互冲突的优化目标之间的权衡区域为系统优化提供了许多灵活性。
2022-03-09 cs.IT math.IT
Massive MIMO Multicasting in Noncooperative Cellular Networks
我们研究了蜂窝网络中的大规模多输入多输出（MIMO）多播传输，其中每个基站（BS）配备了一个大规模的天线阵列，并使用单个波束形成器发送一个共同的消息给多个移动用户。我们首先表明，当每个BS知道完美的信道状态信息（CSI），它自己的服务用户，在每个BS的渐近最优波束形成器是一个线性组合的信道向量的多播用户。此外，最佳组合系数的封闭形式获得。然后，我们考虑不完美的CSI的情况下，CSI是通过在时分双工系统中的上行链路信道估计。我们提出了一个新的导频方案，估计复合信道，这是一个线性组合的各个信道的多播用户在每个小区。该方案能够完全消除导频污染。导频功率控制优化多播波束形成器在每个BS也得到。数值结果表明，该方案的渐近性能接近理想情况下的理想CSI。仿真结果也验证了该方案的有效性有限数量的天线在每个基站。
2014-05-13 cs.IT math.IT
Asymmetrical Uplink and Downlink Transceivers in Massive MIMO Systems
即使大规模多输入多输出（MIMO）理论上可以带来巨大的好处，它也会带来相当大的硬件复杂性和昂贵的硬件成本。为了解决这些问题，同时保持系统的性能，我们开发了一种非对称的收发器架构的大规模MIMO系统在本文中释放的无线电频率（RF）链上的枷锁。具体来说，我们首先开发的非对称收发器的接收RF链的数量是从发射RF链的不同的架构。由于RF链的这种不相等数量，出现信道不一致。为了克服信道的不一致性，从而充分利用系统的下行数据传输能力，我们提出了两个上下行信道转移算法。成本和功耗模型的非对称收发器也开发和上行链路的信号噪声损失由于信道的不一致性进行了研究。通过分析系统频谱、成本和能量效率，证明了基于非对称MIMO的大规模MIMO系统在保持合理能量效率的同时，能够获得良好的下行频谱效率。
2021-09-18 cs.IT math.IT
Unicast-Multicast Cell-Free Massive MIMO: Gradient-Based Resource Allocation
本文研究无小区大规模MIMO中单播与多组组播联合传输的资源分配问题，提出基于加速投影梯度的AP选择与功率控制联合优化算法，在满足QoS和功率约束下将总频谱效率提升最高58%。
2024-10-04 cs.IT math.IT
Distributed Precoding Design for Multi-Group Multicasting in Cell-Free Massive MIMO
我们考虑多组多播预编码设计无小区大规模多输入多输出（MIMO）系统。为了优化发送和接收波束成形策略，我们专注于最小化的最大均方误差（MSE）的总和在多播组，然后近似的总和MSE，以简化计算和信令。我们采用了一种迭代的双向训练方案与上行链路和下行链路预编码的导频协作设计的多组多播预编码器在每个基站和组合器在每个用户设备在分布式的方式。引入了附加的组特定上行链路训练资源，其完全消除了对用于信道状态信息（CSI）交换的回程信令的需要。我们还提出了一个更简单的分布式预编码设计，仅基于组特定的导频，这可能是有用的情况下，稀缺的训练资源。数值结果表明，所提出的分布式方法大大优于传统的无小区的大规模MIMO预编码设计，只依赖于本地CSI。
2022-11-10 cs.IT eess.SP math.IT
A Near-optimal User Ordering Algorithm for Non-iterative Interference Alignment Transceiver Design in MIMO Interfering Broadcast Channels
干扰对齐（IA）最近出现作为一个有前途的干扰抑制技术的干扰网络。在这封信中，我们专注于IA非迭代收发器的设计问题，在多输入多输出干扰广播信道（MIMO-IBC），并观察到，有以前未利用的灵活性，在不同的排列用户排序。通过为预定的IA信道间干扰分配选择良好的用户排序，可以实现改进的收发器设计。为了实现更实用的性能-复杂度权衡，提出了一种次优用户排序算法。仿真结果表明，与最优用户排序算法相比，该次优用户排序算法可以获得接近最优的性能，同时仅具有中等的计算复杂性。
2015-05-19 cs.IT math.IT
Physical-Layer Multicasting by Stochastic Transmit Beamforming and Alamouti Space-Time Coding
考虑多用户多输入单输出（MISO）下行链路信道中的收发器设计，其中用户将同时接收相同的数据流。这个问题，被称为物理层多播，已经引起了很大的兴趣。目前，一种流行的方法是发射波束成形，其中波束成形优化由称为半定松弛（SDR）的秩一近似方法处理。基于SDR的波束成形已被证明对于少量或中等数量的用户是有希望的。本文介绍了两种新的物理层组播收发策略。第一种策略，称为随机波束形成（SBF），随机波束形成器在每个符号的时变方式，使得SDR中的秩一近似可以绕过。我们提出了几个有效地实现SBF计划，并证明了他们的多播可实现的速率差距相对于MISO多播容量必须不低于0.8314位/秒/赫兹，无论任何其他因素，如用户的数量。信道编码的使用和足够长的码长的假设在实现上述结果中起着至关重要的作用。第二种策略结合了发射波束形成和Alamanti空时码。结果是基于SDR的波束成形的秩二推广。我们通过分析表明，这种基于SDR的波束成形Alamandro方案具有更好的最坏情况下的有效信噪比（SNR）缩放，因此更好的组播速率缩放，比基于SDR的波束成形。我们进一步的工作，通过结合SBF和波束成形的Alamandro计划，其中改进的恒定速率间隙为0.39比特/秒/赫兹被证明。仿真结果表明，在信道编码，多用户设置下，所提出的多播收发器方案产生显着的SNR增益比基于SDR的波束形成在相同的比特出错率水平。
2013-07-16 cs.IT math.IT
MRT-based Joint Unicast and Multigroup Multicast Transmission in Massive MIMO Systems
我们研究了单小区大规模多输入多输出（MIMO）系统中最大比传输下的联合单播和多组多播传输。对于单播传输，目标是最大化单播用户终端（UT）的加权和频谱效率（SE），而对于多播传输，目标是最大化多播UT的最小SE。这两个问题由于共享功率资源和干扰而以冲突的方式相互耦合。为了解决这个问题，我们制定了一个多目标优化问题（MOOP）。我们推导出的MOOP解析的帕累托边界，并确定系统参数的值，以实现任何期望的帕累托最优点。此外，我们证明了Pareto区域是凸的，因此系统应该在相同的时频资源上服务单播和多播UT。
2021-12-31 cs.IT eess.SP math.IT
Diversity of Linear Transceivers in MIMO AF Half-duplex Relaying Channels
在MIMO放大转发（AF）中继系统中，中继站和目的站之间的线性切换方案由于实现复杂度低而引起了人们的广泛兴趣。本文对线性迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）收发器的分集阶数进行了全面的分析。首先，我们得到了一个紧凑的封闭形式的表达分集复用折衷（DMT）通过严格的上限和下限。虽然我们的DMT分析准确地预测了ZF收发器的性能，但观察到MMSE收发器表现出复杂的速率相关行为，因此对于有限速率情况，通过DMT是非常不可预测的。其次，我们强调MMSE收发器的这种有趣的行为，并在所有有限速率的分集阶数的特征。这导致了一个封闭形式的表达的分集率权衡（DRT），揭示了分集，速率和天线的数量在每个节点之间的关系。我们的DRT分析补充我们以前的工作DMT，从而提供了一个完整的理解MIMO AF中继信道的线性交织方案的分集阶数。
2014-03-09 cs.IT math.IT
Multigroup Multicast Precoding in Massive MIMO
最优物理层多播（PLM）是一个NP难问题，为了简单起见，已经在理想假设下研究了该问题，例如，在基站（BS）和用户终端（UT）处的完美信道状态信息（CSI）的可用性。随着大规模多输入多输出（MIMO）的出现，PLM已经变得更具挑战性，因为预编码器设计的计算复杂性与BS天线的数量成比例。在本文中，我们解决这些问题，通过引入计算效率的预编码器，占实际CSI采集。我们推导出可实现的频谱效率表达式的建议预编码器。然后，我们介绍了一个新的问题制定的最大-最小公平功率控制，帐户CSI采集开销，上行链路训练和下行链路传输功率。我们解决这个问题，并找到最佳的上下行链路功率控制策略的封闭形式。使用数值模拟，我们验证了我们提出的计划相比，国家的最先进的PLM计划的大规模MIMO系统的有效性。
2017-09-22 cs.IT math.IT
A Low-Complexity Transceiver Design in Sparse Multipath Massive MIMO Channels
在这封信中，我们开发了一个低复杂度的收发器设计，称为半随机波束配对（SRBP），稀疏多径大规模MIMO信道。通过探索MIMO信道在虚拟角域中的稀疏表示，我们以半随机的方式生成一组发射-接收波束对，以支持多个数据流的同时传输。这些数据流可以很容易地分离在接收机通过连续干扰消除（SIC）技术，和它们之间的功率分配是基于经典的注水原理进行优化。分析了所提方法的自由度和容量。仿真结果表明，与传统的基于奇异值分解（SVD）的方法相比，本文提出的收发器设计可以以显著降低的计算复杂性获得接近最优的DoF和容量。
2016-06-10 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Non-Orthogonal Multicast and Unicast Transmission of Cell-Free Massive MIMO Systems with SWIPT
研究了无小区大规模多输入多输出（MIMO）系统中基于分层复用（LDM）的非正交多播和单播传输的能量有效资源分配，其中每个用户设备（UE）同时执行无线信息和功率传输。首先，以封闭形式导出多播和单播服务的可实现数据率以及每个UE处的接收射频（RF）功率。基于分析结果，非光滑和非凸优化问题的能源效率（EE）最大化，这是一个具有挑战性的分数规划问题的复杂约束。为了适应大规模访问的设置，一阶算法的发展，以寻找初始可行点和近最优解。此外，设计了一种加速算法，以提高收敛速度。数值结果表明，所提出的一阶算法可以获得与二阶算法几乎相同的EE，但具有更低的计算复杂性，这为无小区大规模MIMO系统中的大规模接入提供了新的算法优势。
2020-07-20 cs.IT math.IT
Downlink MIMO HCNs with Residual Transceiver Hardware Impairments
异构蜂窝网络（HCN）的一个主要限制是忽略了附加剩余收发器硬件损伤（ARTHI）。完美硬件的假设是相当强的，并导致误导性的结论。本文通过引入RTHI对具有小区关联的一般多输入多输出（MIMO）HCN进行建模。我们得出的覆盖概率和阐明的ARTHIs的影响，当各种传输方法被应用。随着硬件质量的降低，覆盖概率也随之降低。特别地，这种影响随着发射功率的增加而更加严重。此外，我们验证，在HCN中，最好在每个基站采用尽可能少的发射天线。
2016-07-18 cs.IT math.IT
Robust Transceiver Design for K-Pairs Quasi-Static MIMO Interference Channels via Semi-Definite Relaxation
在本文中，我们提出了一个稳健的收发器设计的K对准静态MIMO干扰信道。每个发射机配备有M个天线，每个接收机配备有N个天线，并且第k个发射机向期望的接收机发送L_k个独立的数据流。在文献中，存在各种理论上有前途的收发器设计的干扰信道，如干扰消除为基础的计划，其具有可行性和实际的局限性。为了解决实际的系统问题和要求，我们考虑了收发器的设计，强制对不完美的信道状态信息（CSI）的鲁棒性，以及在干扰信道中的用户之间的公平的性能。具体来说，我们制定的收发器设计作为一个优化问题，以最大限度地提高最坏情况下的信号与干扰加噪声比之间的所有用户。我们设计了一个低复杂度的迭代算法的基础上交替优化和半定松弛技术。数值结果验证了将干扰信道的重要实际问题，如CSI的不确定性和公平性能的收发器设计的优点。
2010-09-22 cs.IT math.IT
Massive MIMO Multicast Beamforming Via Accelerated Random Coordinate Descent
大规模多输入多输出系统的一个关键特征是大量的天线和用户。因此，降低波束形成设计的计算复杂性变得势在必行。为此，本文的目标是通过并行加速随机坐标下降（ARCD）实现比现有波束形成方法更低的复杂度。然而，它是已知的，ARCD只适用于当问题是凸的，光滑的，和可分离的。相比之下，波束形成设计问题是非凸的，非光滑的，不可分离的。尽管存在这些挑战，本文表明，它是可能的，将ARCD多播波束成形利用优化最小化和强大的对偶性。数值结果表明，所提出的方法减少了一个数量级的执行时间相比，国家的最先进的方法。
2019-02-07 cs.IT math.IT
Low-Complexity Monitoring and Compensation of Transceiver IQ Imbalance by Multi-dimensional Architecture for Dual-Polarization 16 Quadrature Amplitude Modulation
School of Communications and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学通信与信息工程学院）；School of Computer Science and Engineering, Northeastern University（东北大学计算机科学与工程学院）
本文提出了一种低复杂度多维架构，用于双极化16正交幅度调制的收发机I/Q不平衡监测与补偿，通过I/Q斜率估计和MIMO均衡器实现低复杂度的信号处理。
2026-01-10 cs.IT cs.NI math.IT
Robust Transceiver Design for AF MIMO Relay Systems with Column Correlations
本文研究了具有高斯分布信道估计误差的双跳放大转发MIMO中继系统的鲁棒收发机设计问题。以不理想信道状态信息（CSI）下的互信息最大化为目标，对源端的信源预编码器和中继端的转发矩阵进行联合优化。利用矩阵单调函数的一些优良性质，首先导出了最优解的结构。然后基于导出的结构，提出了迭代注水的解决方案。现有的几种算法被证明是所提出的解决方案的特殊情况。最后，仿真结果证明了所提出的鲁棒设计的有效性。
2012-01-14 cs.IT math.IT
A Matrix-Field Weighted Mean-Square-Error Model for MIMO Transceiver Designs
在这封信中，我们调查一个重要的和著名的问题，即加权均方误差（MSE）最小化收发器的设计。在我们的工作中，收发器的设计提出了一种新的加权MSE模型，它被定义为一个线性矩阵函数相对于传统的数据检测MSE矩阵。新模型可以解释为加权运算从向量场到矩阵场的推广。基于所提出的加权操作，提出了一种通用的收发器设计，其目的是最小化前一线性矩阵函数的输出的递增矩阵单调函数。最优解的结构也被导出。此外，还详细讨论了矩阵单调函数的两个重要特例。这两个问题分别等价于双跳放大转发MIMO中继系统的和MSE最小化和容量最大化的收发器设计。最后得出结论，AF中继无疑是这种加权操作。
2013-02-27 cs.IT math.IT
On the MIMO Capacity with Residual Transceiver Hardware Impairments
通信系统的收发器硬件中的射频（RF）损伤（例如，相位噪声（PN）、高功率放大器（HPA）非线性、或同相/正交相位（I/Q）不平衡）可严重降低传统多输入多输出（MIMO）系统的性能。虽然校准算法可以部分补偿这些损伤，但剩余的失真仍然有很大的影响。尽管如此，大多数先前的作品没有分析这种类型的失真。在本文中，我们研究了剩余收发器硬件损伤对MIMO系统性能的影响。特别是，我们认为收发器损伤模型，这已被实验验证，并推导出解析遍历容量表达式的精确和高信噪比（SNR）。我们证明，在高信噪比制度的能力饱和，从而创建一个有限的容量上限。我们还提出了一个线性近似的遍历能力在低信噪比制度，并表明，损伤只有二阶的影响的能力。此外，我们分析了收发器损伤对大规模MIMO系统的影响;有趣的是，我们证明了如果只在一侧增加天线数量，则容量表现类似于有限维情况。相反，如果两侧的天线数量以固定比例增加，容量上限就会消失;因此，与理想的收发器硬件情况相比，损害只会导致容量的有限偏移。
2014-12-16 cs.IT math.IT
Linear Transceiver Design for a MIMO Interfering Broadcast Channel Achieving Max-Min Fairness
我们考虑的问题，线性收发器的设计，以实现最大最小的公平性在下行链路MIMO多小区网络。这个问题可以用公式表示为最大化干扰广播信道（IBC）中所有用户之间的最小速率。本文证明，当发射机和接收机的天线数量至少为两个时，最小速率最大化问题在用户数量上是NP难的。此外，我们开发了一个低复杂度的算法，这个问题通过迭代求解一系列的凸子问题，并建立其全局收敛到原来的最小速率最大化问题的一个稳定点。仿真结果表明，该算法能有效地实现用户间的公平性。
2012-08-31 cs.IT math.IT
Low-complexity Linear Multicast Beamforming for Cache-aided MIMO Communications
针对缓存辅助 MIMO 编码缓存系统，本文提出低复杂度线性多播波束成形方案，支持部分重叠用户组并避免接收机 SIC，利用交替优化、SCA 和快速拉格朗日算法最大化对称速率。
2023-12-05 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Unicast and Multi-group Multicast Transmission in Massive MIMO Systems
研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统中单播和多组组播联合传输问题。我们考虑一个系统模型，占信道估计和导频污染，并获得可实现的频谱效率（SE）的单播和多播用户终端（UT），最大比传输和迫零预编码。对于单播传输，我们的目标是最大化单播UT的加权和SE，并且对于多播传输，我们的目标是最大化多播UT的最小SE。这两个目标是耦合在一个冲突的方式，由于其共享的权力资源。因此，我们制定了一个多目标优化问题（MOOP）的两个相互冲突的目标。我们推导出的MOOP解析的帕累托边界。由于每个帕累托最优点描述了系统的两个目标之间的特定有效折衷，因此我们确定系统参数（上行链路训练功率、下行链路传输功率等）的值。以达到任何期望的帕累托最优点。此外，我们证明了Pareto区域是凸的，因此系统应该在相同的时频资源上服务单播和多播UT。最后，我们使用数值模拟验证我们的结果。
2019-11-19 cs.IT eess.SP math.IT
Beam Selection for MmWave Massive MIMO Systems Under Hybrid Transceiver Architecture
混合模拟/数字预编码技术是一种在毫米波频段大规模多输入多输出（MIMO）系统中降低硬件成本的有效技术。在这封信中，我们提出了一个联合波束选择方案的模拟域预编码下的离散透镜阵列。通过考虑用户间的信道相关性，该方案能够避免用户间的干扰，最大化系统的和速率。此外，生物启发的蚁群优化算法，提出了一个接近最优的解决方案，大大降低了计算复杂性。最后通过仿真验证了该方案在提高系统和速率方面的优势。
2018-04-19 cs.IT math.IT
Multicast and Unicast Superposition Transmission in MIMO OFDMA Systems with Statistical CSIT
针对仅具备统计CSIT的MIMO OFDMA下行系统，本文提出多播与单播叠加传输及资源分配算法，证明其DoF优势并通过5G农村宏小区仿真验证网络吞吐量增益。
2023-09-29 cs.IT math.IT
Robust Transceiver with Tomlinson-Harashima Precoding for Amplify-and-Forward MIMO Relaying Systems
研究了多跳放大转发多输入多输出中继系统中基于Tomlinson-Harashima预编码的鲁棒收发机设计问题。在源节点，采用THP来抑制空间码间干扰。然而，由于其非线性性质，THP对信道估计误差非常敏感。为了减小信道估计误差的影响，提出了一种信源端THP、中继端线性转发矩阵和目的端线性均衡器的联合贝叶斯鲁棒设计。利用乘性凸性和矩阵单调函数的优良特性，首次推导出非线性收发器的最优结构。基于导出的结构，收发器的设计问题减少到一个简单得多，只有标量变量，可以有效地解决。最后，仿真结果表明，所提出的鲁棒设计的性能优势，非鲁棒设计。
2014-12-04 cs.IT math.IT
Secure UAV-to-Ground MIMO Communications: Joint Transceiver and Location Optimization
无人飞行器（UAV）由于其优越的信道质量而被预见构成有前途的机载通信设备。但是无人机对地（U2G）通信很容易被窃听。因此，我们设想了一个复杂的物理层安全解决方案，以提高多天线辅助U2G系统的保密率。利用随机矩阵理论推导了U2G MIMO窃听信道的保密率。然后将得到的显式表达式应用于MIMO收发器和UAV位置的联合优化中，该联合优化依赖于交替优化技术。我们的数值计算结果表明，联合收发器和位置优化的设想有利于安全通信，即使在具有挑战性的情况下，其中的合法渠道的机密信息是劣于窃听信道。
2022-07-10 cs.IT eess.SP math.IT
Signaling Design for MIMO-NOMA with Different Security Requirements
研究了两用户多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）网络中安全传输的信令设计问题。基站向所有用户广播多播数据，并且还集成附加服务、针对某些用户的单播数据以及防止窃听者的机密数据。我们将上述具有不同安全需求的MIMO-NOMA分为几种通信场景。每个场景中的相关问题都是非凸的。我们提出了一个统一的方法，称为功率分配方案，优化率方程对应的情况。该方法将安全MIMO-NOMA信道的优化问题分解为一组简单的问题，包括多播、点对点和窃听MIMO问题，对应于三种基本消息：多播、私有/单播和机密消息。然后，我们利用现有的解决方案来设计上述问题的信令，使消息传输具有高的安全性和可靠性。数值结果表明，所提出的协方差矩阵设计的安全MIMO-NOMA传输的有效性。在适用的情况下，所提出的方法也优于现有的解决方案。在没有组播消息的情况下，我们也将非凸问题转化为加权和速率（WSR）最大化问题，通过应用块连续最大化方法和推广的零对偶间隙。这两种方法各有其优点和局限性。功率分配是一个通用的工具，可以应用于MIMO-NOMA的任何组合的三个消息（组播，私人和机密），而WSR最大化显示更大的潜力，安全的MIMO-NOMA通信没有组播。在这种情况下，WSR最大化提供比功率分割方法稍好的速率。
2021-12-22 cs.IT eess.SP math.IT
A General Robust Linear Transceiver Design for Multi-Hop Amplify-and-Forward MIMO Relaying Systems
研究了高斯分布信道估计误差下多跳放大转发（AF）多输入多输出（MIMO）中继系统的线性收发机设计问题。常用的收发器设计准则，包括加权均方误差（MSE）最小化，容量最大化，最坏的MSE/MAX-MSE最小化和加权和速率最大化，被认为是统一到一个单一的矩阵变量优化问题。提出了一种通用的鲁棒设计算法来解决统一问题。具体地说，利用优化理论和矩阵变量函数的性质，最佳结构的鲁棒收发机时，无论是从发射机侧看到的信道估计误差的协方差矩阵或从接收机侧看到的相应的协方差矩阵是成比例的单位矩阵。基于最优结构，原来的收发器的设计问题减少到更简单的问题，只有标量变量，其解决方案很容易通过迭代注水算法获得。一些现有的收发器设计算法被发现是所提出的解决方案的特殊情况。本文还详细讨论了我们的工作与现有相关工作之间的差异。仿真结果证明了所提出的鲁棒设计的性能优势。
2013-02-25 cs.IT math.IT
Achievable Rate of Rician Large-Scale MIMO Channels with Transceiver Hardware Impairments
收发器硬件损伤（例如，相位噪声、同相/正交相位（I/Q）不平衡、放大器非线性和量化误差）对无线通信的性能具有明显的降级影响。虽然先前的工作已经提高了我们的知识，单用户多输入多输出（MIMO）系统在瑞利衰落信道的硬件损伤的影响，分析包括莱斯衰落信道还没有。在本文中，我们追求的规则和大规模（LS）的莱斯衰落信道MIMO系统的详细分析，推导出新的，封闭形式的表达式，可实现的速率提供了一些重要的见解，为实际的系统设计。更具体地，对于具有硬件损伤的常规MIMO系统，总是存在有限的可实现速率上限，这与发射功率和衰落条件无关。对于LS-MIMO系统，有趣的是发现可实现的速率损失取决于Rician $K$因子，这揭示了LS-MIMO系统中的有利传播可以消除硬件损伤的影响。然而，我们表明，非理想的LS-MIMO系统仍然可以实现高的频谱效率，由于其巨大的自由度。
2015-11-27 cs.IT math.IT
Multicast Transmission Design with Enhanced DoF for MIMO Coded Caching Systems
本文研究缓存辅助MIMO系统，通过扩展MISO编码缓存方法并精细调整每次传输服务的用户数以最大化自由度，同时提出基于SCA的多播发射协方差矩阵设计，显著提升了系统DoF和对称速率性能。
2023-11-23 cs.IT math.IT
Pilot-Aided Distributed Multi-Group Multicast Precoding Design for Cell-Free Massive MIMO
该研究针对无蜂窝大规模MIMO系统，提出基于双向导频训练的全分布式多组多播预编码方案，通过组特定上行训练资源消除CSI回程信令，本地优化预编码器，性能显著优于传统仅依赖本地CSI的方案。
2024-01-31 cs.IT eess.SP math.IT
Transceiver Design for Dual-Hop Non-regenerative MIMO-OFDM Relay Systems Under Channel Uncertainties
本文研究了信道估计误差下双跳非再生（放大转发）MIMO-OFDM系统的线性收发机设计。首先推导了两跳信道估计误差的二阶矩。然后基于贝叶斯框架，提出了在信道估计误差下中继节点线性转发矩阵和目的节点均衡器的联合设计，以最小化目的节点输出信号的总均方误差（MSE）。相关和不相关的信道估计误差的最优设计被认为是。还公开了与现有算法的关系。此外，这种设计扩展到联合设计涉及源预编码器的设计。仿真结果表明，所提出的设计优于仅基于估计的信道状态信息的设计。
2012-09-18 cs.IT math.IT
Linear Transceiver Optimization in Multicell MIMO Based on the Generalized Benders Decomposition
研究了多输入多输出干扰广播信道中的最大和速率优化问题。假设多天线发射机和接收机具有完美的信道状态信息。在这种情况下，找到最佳的线性收发器设计是一个NP难题。我们表明，重新制定的问题，使应用程序的广义Benders分解合适。分解为我们提供了一个优化结构，我们利用它来应用两种不同的优化方法。虽然一种方法是保证收敛到局部最优的原始问题，其他方法取决于技术，可以有希望设计一个全局优化方法。
2015-07-06 cs.IT math.IT
Circular Holographic MIMO Beamforming for Integrated Data and Energy Multicast Systems
本文针对圆形H-MIMO的IDEM系统，推导近场分辨率函数并证明信道渐近正交性，设计低复杂度交替优化波束成形方案，在保障能量用户需求下最大化数据用户最小速率，性能优于基准方案。
2025-10-22 cs.IT math.IT
Impact of Transceiver Impairments on the Capacity of Dual-Hop Relay Massive MIMO Systems
尽管通信系统上的硬件损伤的有害影响，大多数先前的作品没有调查广泛使用的中继系统的影响。最重要的是，廉价的收发器的应用，易于硬件损伤，是最具成本效益的方式来实现大规模多输入多输出（MIMO）系统。因此，本文的方向是对MIMO中继网络与大量的天线的硬件损伤的影响的调查。具体来说，我们得到了双跳（DH）放大转发（AF）中继系统的遍历容量的一般表达式。接下来，由于自由概率（FP）理论的优势，与其他已知的技术相比，在该地区的大型随机矩阵理论，我们追求一个大的限制分析的天线和用户的数量，通过揭示中继系统的行为所造成的硬件损伤。
2015-09-15 cs.IT math.IT
Robust Transceiver Design Based on Interference Alignment for Multi-User Multi-Cell MIMO Networks with Channel Uncertainty
在本文中，我们首先利用用户间干扰（IUI）和小区间干扰（ICI）作为有用的参考，开发一个强大的收发器设计的基础上干扰对齐的下行链路多用户多小区多输入多输出（MIMO）干扰网络下的信道估计误差。在发射端，我们提出了一种两层发射波束形成策略，首先通过最小化干扰泄漏和最大化系统能量效率来实现内部波束形成方向和分配功率。然后，对于外波束形成器的设计，我们开发了一种有效的共轭梯度格拉斯曼流形子空间跟踪算法，以最小化干扰子空间和干扰子空间之间的距离在时变信道。在接收端，提出了一种实用的基于快速数据投影法（FDPM）子空间跟踪的干扰对齐算法，实现了信道不确定条件下的接收波束形成。数值结果表明，我们提出的鲁棒收发器的设计实现了更好的性能相比，一些现有的方法在和速率和能量效率。
2017-04-15 cs.IT math.IT
Robust Transceiver Design for MIMO Decode-and-Forward Full-Duplex Relay
针对不可分辨的系统不确定性的鲁棒收发器设计对于可靠通信至关重要。例如，全双工通信在消除自干扰时遭受这种不确定性，因为残余自干扰（RSI）由于不完善的信道知识而保持未被消除。我们考虑一个MIMO多跳系统，其中的源，中继和目的地都配备了多个天线。我们允许多流波束赋形授予MIMO技术，而不限制传输到单流。中继可以在半双工或全双工模式下工作，并根据RSI强度改变模式。此外，中继被假定为执行解码和转发（DF）策略。我们研究了一个鲁棒的收发器设计问题，最大化的吞吐率最坏情况下的RSI信道不确定性约束。该问题是一个非凸优化问题。我们提出了一个有效的算法来迭代地获得局部最优解。最后，我们得到的见解在中继输入前端和输出前端的最佳天线分配，中继接收和传输，分别。有趣的是，在源处的天线数量少于目的地处的天线数量的情况下，在中继输入前端处应当使用比中继输出前端处更多数量的天线。
2019-01-25 cs.IT math.IT
Downlink transceiver beamforming and admission control for massive MIMO cognitive radio networks
提出了一种大规模MIMO认知无线电网络中收发机波束赋形和接纳控制联合优化框架。优化问题的目标是支持最大数量的次级用户在下行链路传输的总功率分配给用户的约束，在次级用户和在主节点的干扰达到的速率。所提出的框架考虑到次级和主节点之间的信道的不完善的知识，也减轻了在次级接收器的主用户所造成的干扰。为了解决潜在的NP-难问题，我们提出了一个三步算法，两个备选方案的功率分配，即：等功率和等速率。此外，我们提供了一个解决方案，通过减少问题的一个线性规划（ILP）。在不同的约束条件下，等速率，等功率，和ILP方法的性能进行了研究。
2019-03-18 cs.IT math.IT
Energy-Spectral Efficiency Trade-off for a Massive SU-MIMO System with Transceiver Power Consumption
我们考虑一个单用户（SU）大规模MIMO系统，在发射机（基站）和一个单天线在用户终端（UT）的多天线。考虑到收发器功率消耗，对于给定的频谱效率（SE），我们最大化作为基站（BS）天线的数量$M$的函数的能量效率（EE），从而得到用于最佳SE-EE权衡的封闭形式的表达式。据观察，与经典的SE-EE权衡（仅考虑辐射功率）相比，考虑收发器功耗，当SE足够小时，EE随着SE的增加而增加。此外，对于固定的SE，我们分析了不同小区大小的影响（即，我们显示了有趣的结果，对于足够小的$G_c$，最佳EE随着$G_c$的减小而减小为$\mathcal{O}(\sqrt{G_c})$。我们的分析还表明，对于足够小的SE（或大的$G_c$），EE是不敏感的功率放大器的效率。
2014-10-20 cs.IT math.IT
Achieving Full DoF in Heterogeneous Parallel Broadcast Channels with Outdated CSIT
我们考虑异构并行信道上的通信，其中发送器通过两个并行信道连接到两个用户：MIMO广播信道（BC）和无噪声速率限制的多播信道。当发射机具有关于MIMO BC的延迟信道状态信息（CSIT）时，我们表征了该设置的最佳自由度（DoF）区域。我们的研究结果表明，在两个信道上的联合编码严格优于简单的信道聚合，甚至可以实现瞬时CSIT性能与完全过时的CSIT的MIMO BC在总和DoF意义上，这种情况发生时，第二个信道的多播速率大于一定的阈值。主要思想是在MIMO BC上以高于其容量的速率发送信息，然后使用第二信道来发送附加的辅助信息，以允许在两个接收器处进行可靠的解码。我们称之为两阶段的过载组播策略。我们表明，这样的策略也是总和自由度最佳的K-用户MIMO BC与并行多播信道时，多播信道的速率是足够高的，可以再次实现瞬时CSIT性能（最佳总和自由度）与完全过时的CSIT。对于多播信道容量较小的情况，我们提出了另一种联合编码策略，该策略是和DoF最优的。
2014-09-24 cs.IT math.IT
Hardware Impairments Aware Transceiver for Full-Duplex Massive MIMO Relaying
本文研究了大规模MIMO全双工中继（MM-FDR），其中多个源-目的对在一个配备超大天线阵列的全双工中继的帮助下同时通信。与传统的MM-FDR协议不同，本文提出了一种允许源/目的地配置多天线的通用模型。与传统的MIMO系统相比，大规模MIMO系统必须使用易于受到硬件损害的低成本组件来构建。在本文中，硬件损伤的影响被考虑在内，并使用发送/接收失真噪声建模。我们提出了一种低复杂度的硬件损伤感知收发器方案（命名为HIA方案），以减轻失真噪声，利用统计知识的信道和天线阵列在源和目的地。为了进一步优化基于HIA的MM-FDR的频谱效率，提出了一种自由度和功率联合优化算法。仿真结果表明，如果源端和目的端的天线数与中继端的天线数成比例，HIA方案可以有效地抑制传统MM-FDR协议中出现的"天花板效应"。
2015-09-18 cs.IT math.IT
Interference-Aware Scheduling for Connectivity in MIMO Ad Hoc Multicast Networks
我们考虑一个多播的情况下，涉及一个ad hoc网络的同信道MIMO节点，其中源节点试图通过一些预定义的多跳路由树共享流消息与网络中的所有节点。假设消息被分解为数据包，并且在多个帧上进行传输。每个帧被划分为多个时隙，路由树中的每条链路都被分配了一个时隙来传输其当前数据包。我们提出了一种算法，用于确定时隙的数量和在这些时隙中的链路的调度，以优化网络的连通性，我们定义为所有链路可以达到所需的吞吐量的概率。除了时分复用之外，MIMO节点还采用波束成形来管理链路同时活动时的干扰，并且波束成形器的设计考虑到了最大连接度量。过时的信道状态信息（CSI）的影响被考虑在调度和波束成形设计。我们还推导出的网络连接和总发射功率的界限，以说明干扰对网络性能的影响。我们的仿真结果表明，时隙的数量的选择是优化网络性能的关键，并说明了多个天线在提高网络连接的显着优势。
2012-01-02 cs.IT math.IT
Reference Receiver Based Digital Self-Interference Cancellation in MIMO Full-Duplex Transceivers
在本文中，我们提出并分析了一种新的带内MIMO全双工收发器的自干扰消除结构。所提出的结构利用参考接收机链来获得用于数字自干扰消除的参考信号，这意味着所有发射机引起的非理想性将被包括在数字消除信号中。据我们所知，在全双工收发器的上下文中，以前没有讨论过这种类型的结构。首先，我们将分析所提出的取消方案的整体可实现的性能，同时也提供一些可能的瓶颈。我们还提供了一个详细的制定实际的消除过程中，并进行分析到自干扰耦合信道估计的接收信号的影响。所提出的基于参考接收机的数字消除过程的实现的性能，然后评估和验证与全波形仿真。分析和波形仿真结果表明，在实际发射机RF/模拟损伤水平下，所提出的基于参考接收机的消除架构可以提供比任何现有解决方案更好的自干扰抑制，尽管仅部署低复杂度的线性数字处理。
2014-10-10 cs.IT math.IT
Hardware Impairments Aware Transceiver Design for Bidirectional Full-Duplex MIMO OFDM Systems
在本文中，我们解决的线性预编码和解码设计问题的双向正交频分复用（OFDM）通信系统，两个多输入多输出（MIMO）全双工（FD）节点之间。同时考虑了硬件失真和信道状态信息误差的影响。在第一步中，我们通过线性傅立叶变换将FD MIMO收发器的硬件失真的可用时域特征变换到频域。因此，硬件不准确性对残余自干扰（RSI）和载波间泄漏（ICL）的明确影响是相对于预期的发射/接收信号来制定的。然后，线性预编码和解码的设计，提出了提高系统性能的最小均方误差（MMSE）和总和速率最大化的策略，假设完美或错误的CSI的可用性。所提出的设计是基于对系统参数的交替优化的应用，导致必要的收敛。数值结果表明，失真感知设计的应用程序是必不可少的系统具有高的硬件失真，或为系统具有低的热噪声方差。
2018-02-08 cs.IT math.IT
Impact of Transceiver Power Consumption on the Energy Efficiency of Zero-Forcing Detector in Massive MIMO Systems
我们考虑收发器功率消耗对大规模MIMO系统上行链路中迫零（ZF）检测器的能量效率（EE）的影响，其中具有$M$天线的基站（BS）与$K$单天线用户终端（UT）相干地通信。我们考虑的问题，最大化的EE相对于（M，K）的固定和频谱效率。通过分析，我们研究了系统参数对最佳EE的影响。系统参数包括用户的平均信道增益和功耗参数（PCP）（例如，由BS处的每个RF天线/接收机消耗的功率）。当平均用户信道增益高或者BS/UT设计是功率低效的时，我们的分析揭示了具有几个BS天线和单个用户是最佳的，即，非大规模MIMO机制。类似地，当信道增益小或者BS/UT设计是功率高效的时，具有较大的（M，K）是最佳的，即，大规模MIMO机制。严格的分析界限上的最佳EE提出这两个制度。系统参数对最优EE的影响进行了研究，并得出了一些有趣的见解。
2014-11-10 cs.IT math.IT
Transceiver Design For SC-FDE Based MIMO Relay Systems
在本文中，我们提出了一个联合收发器的设计单载波频域均衡（SC-FDE）为基础的多输入多输出（MIMO）中继系统。为此，我们首先推导出最佳的最小均方误差线性和判决反馈频域均衡滤波器在目的地随着相应的误差协方差矩阵在均衡器的输出。随后，我们制定的源和中继预编码矩阵的设计问题，作为一个家庭的舒尔凸和舒尔凹函数的均方误差的均衡器的输出下单独的功率约束的源和中继的最小化。通过利用误差协方差矩阵的性质和优势化理论的结果，我们推导出源和中继预编码矩阵的最优结构，这使得我们能够将矩阵优化问题转化为标量功率优化问题。采用高信噪比近似的目标函数，我们得到的功率分配变量的全局最优解。仿真结果表明，该系统的优良性能和传统的正交频分复用的MIMO中继系统相比，其优越性。
2012-10-14 cs.IT math.IT
Enhancing PHY Security of Cooperative Cognitive Radio Multicast Communications
在本文中，我们提出了一种合作的方法来提高认知无线电多播通信的主系统和次系统的安全性。在它们接入许可给主用户的频谱期间，次未许可用户通过向窃听者发送干扰噪声来帮助主系统加强安全性，同时保护它们自己免受窃听。这项工作的主要目标是最大化的保密率的辅助系统，同时坚持所有个人的主用户的保密率的约束。在有源窃听者和完美的信道状态信息（CSI）在收发器的情况下，感兴趣的效用函数是非凹的，所涉及的约束是非凸的，因此，最优解是麻烦的。为了解决这个问题，我们提出了一个迭代算法，至少到达一个局部最优的原始非凸问题。该算法保证实现Karush-Kuhn-Tucker解。然后，我们扩展的优化方法的情况下，被动窃听和不完善的CSI知识的收发器，其中的约束转化为一个线性矩阵不等式和凸约束，以促进最优解。
2017-07-08 cs.IT math.IT
Modeling and Efficient Cancellation of Nonlinear Self-Interference in MIMO Full-Duplex Transceivers
本文讨论了带内全双工（FD）收发器中多个发射和接收天线的自干扰的建模和数字消除。自干扰建模和所提出的非线性时空数字消除器结构通过设计考虑了I/Q调制器不平衡和具有记忆的功率放大器（PA）非线性的影响，以及多径自干扰传播信道和模拟RF消除级。所提出的解决方案是文献中的第一个消除技术，可以处理这样的自干扰情况。通过使用真实的RF元件参数和两种不同的PA模型进行全面的仿真，可以明显优于当前最先进的数字自干扰消除器，并明显扩展了可用的发射功率范围。
2014-10-10 cs.IT math.IT
Weighted-Sum-Rate-Maximizing Linear Transceiver Filters for the K-User MIMO Interference Channel
这封信关注的是K用户MIMO干扰信道的发送和接收滤波器优化。具体而言，线性发射和接收滤波器组的设计，最大化的加权和速率，同时允许每个发射机，以利用只有本地信道状态信息。我们的方法是基于扩展现有的方法最小化的加权均方误差（MSE）的MIMO广播信道的K-用户干扰信道在手。然而，对于单个发射机功率约束的情况，现有方法的简单推广并没有揭示出可行的解决方案。它实际上表明，不存在发射滤波器的封闭形式的解决方案，但简单的一维参数搜索产生所需的解决方案。与基于梯度搜索的直接滤波器优化相比，我们的解决方案需要更少的计算复杂性和更少量的反馈资源，同时实现基本相同水平的加权和速率。还提出了一种改进的滤波器设计，它在信道不确定性的存在下提供了所需的鲁棒性
2011-12-30 cs.IT math.IT
Joint Analog and Digital Transceiver Design for Wideband Full Duplex MIMO Systems
在本文中，我们提出了一种宽带全双工（FD）多输入多输出（MIMO）通信系统，包括一个FD MIMO节点同时与两个多天线上行链路（UL）和下行链路（DL）节点利用相同的时间和频率资源进行通信。为了抑制FD MIMO系统中由于同时发送和接收而产生的强自干扰（SI）信号，提出了一种基于基带正交频分复用（OFDM）信号建模的模拟和数字（A/D）相消以及发送和接收波束形成的联合设计。考虑到实际的发射机损伤，我们提出了一种多抽头宽带模拟消除器的架构，其抽头的数量不与收发器天线和多径SI组件的数量成比例。我们还提出了一种新的自适应数字抵消截断奇异值分解的基础上，减少残留SI信号估计参数。为了最大化FD和速率，提出了一种用于A/D抵消和数字波束形成的联合优化框架。最后，我们广泛的波形仿真结果表明，所提出的宽带FD MIMO设计具有更高的SI消除能力，降低了复杂度相比，现有的消除技术，从而提高可实现的速率性能。
2021-12-16 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis and Augmented Spatial Processing for Uplink OFDMA MU-MIMO Receiver with Transceiver I/Q Imbalance and External Interference
研究了正交频分复用（OFDM）系统中同相/正交（I/Q）不平衡情况下的接收机（RX）信号处理。我们扩展了通常报告的单用户研究的上行链路基于OFDMA的多用户MIMO，同时在频域和空间域的用户复用。我们还结合了多个外部建模器，用于对异构网络中的挑战性条件进行建模。在信号处理的发展中，我们利用增强的子载波处理，其处理每个子载波联合其对应的图像子载波，并联合跨RX天线。此外，我们得到一个增强的LMMSE RX。该新方法将I/Q不平衡缓解、干扰抑制和数据流分离集成到单个处理阶段中，从而避免了单独的收发器校准。我们的数值计算结果表明，信号与干扰加噪声比和符号出错率的任意数据流后RX处理作为不同的系统参数的函数。每子载波处理的I/Q不平衡下，遭受严重，并特别敏感的外部干扰，而增强的方法提供了有效的数据流分离和干扰抑制。最后，我们将研究扩展到大规模MIMO框架，并表明每个子载波处理仍然遭受性能下降，而增强的方法可以充分利用阵列增益。
2016-02-25 cs.IT math.IT
Robust Transceiver Design for Full-Duplex Decode-and-Forward Relay-Assisted MIMO Systems
针对不可分辨的系统不确定性的鲁棒收发器设计对于可靠通信至关重要。例如，全双工通信在消除自干扰时遭受这样的不确定性，因为一些残余自干扰（RSI）由于不完善的信道知识而保持未被消除。我们考虑一个MIMO多跳系统，其中的源，中继和目的地都配备了多个天线。所考虑的解码和转发（DF）混合中继可以工作在半双工或全双工模式，和模式的变化自适应地依赖于RSI强度。我们研究了一个鲁棒的收发器设计问题，最大化的吞吐率的最坏情况下的自干扰信道的不确定性约束。所得到的问题是一个非凸优化问题，其中非凸目标是在半定矩阵锥上优化的。在不失一般性的前提下，我们利用优化理论将问题简化为多个标量参数的优化问题。此外，我们提出了一个有效的算法，以获得局部最优解迭代。最后，我们得到的见解在中继输入前端和输出前端的最佳天线分配，中继接收和传输，分别。有趣的是，给定中继器处的天线数量，如果分配给接收的天线多于分配给传输的天线，则鲁棒性提高。
2019-12-30 cs.IT math.IT
