Performance Analysis of Indoor THz Communications with One-Bit Precoding
研究了采用1位数模转换器(DAC)的室内太赫兹(THz)通信系统的性能。接入点的天线采用子阵列阵列架构,其中每个RF链唯一地激活一个不相交的天线子集,每个天线子集连接到一个专用移相器。混合预编码,包括最大比传输(MRT)和迫零(ZF)预编码,被认为是。首先证明了大子阵天线体制下移相器的最佳波束控制方向为视距路径方向,然后推导出大子阵天线体制下可达速率下界的封闭表达式,该表达式与MRT和ZF相同,且与发射功率无关。数值结果验证了分析,以及提供。
2018-07-01 cs.IT math.IT
TeraMIMO: A Channel Simulator for Wideband Ultra-Massive MIMO Terahertz Communications
随着太赫兹(THz)技术的最新进展,人们对THz通信在下一代无线系统中的关键作用达成了共识。针对催化太赫兹通信研究,我们提出了TeraMIMO,统计太赫兹信道的精确随机MATLAB模拟器。我们模拟超大规模的多输入多输出天线配置作为关键的基础设施,克服了太赫兹通信距离的限制。我们认为视线和多径组件,并提出频率和延迟域实现单载波和多载波的范例中的时不变和时变的情况。我们实现了详尽的分子吸收计算辐射传输理论的基础上替代亚太赫兹近似。我们进一步模型太赫兹特定的约束,包括宽带波束分裂效应,球面波传播,和失调衰落。我们验证TeraMIMO类比与测量为基础的信道模型在文献和遍历容量分析。我们介绍了一个图形化的用户界面和使用TeraMIMO太赫兹信道生成和分析的指南。
2021-10-24 cs.IT math.IT
Beamspace Precoding and Beam Selection for Wideband Millimeter-Wave MIMO Relying on Lens Antenna Arrays
依赖于透镜天线阵列的毫米波(mmWave)多输入多输出(MIMO)系统能够经由波束选择以显著减少的射频(RF)链的数量来实现高天线增益。然而,传统的波束选择网络在宽带系统中由于波束偏斜的影响而遭受显著的性能损失。在本文中,我们提出了一个移相器辅助波束选择网络,它使一个单一的RF链,以支持多个聚焦能量波束,以减轻宽带毫米波MIMO系统中的波束偏斜。基于此架构,我们还设计了一个有效的发射预编码器(TPC),最大限度地提高可实现的和速率,它是由波束选择和波束空间预编码。具体而言,我们解耦的波束空间预编码和波束选择的设计问题,利用波束选择矩阵具有有限数量的候选人的事实。对于波束空间预编码设计,提出了一种基于连续干扰消除(SIC)的方法,将相关的优化问题分解为一系列子问题,依次求解。对于波束选择设计,我们提出了一种能量最大波束选择方法,以避免穷举搜索的高复杂性,并推导出所需的波束数量,以达到硬件成本和系统性能之间的一个有吸引力的权衡。我们的仿真结果表明,所提出的波束空间预编码和波束选择方法实现了更高的总速率和更高的能量效率比传统的同行。
2020-04-17 cs.IT eess.SP math.IT
NBA-OMP: Near-field Beam-Split-Aware Orthogonal Matching Pursuit for Wideband THz Channel Estimation
第六代网络设想太赫兹(THz)波段作为关键的使能技术之一,因为它的超宽带宽。为了对抗严重的衰减,太赫兹无线系统采用大阵列,其中近场波束分裂(NB)严重降低信道捕获的准确性。与只检查窄带波束成形或远场模型的先前工作相反,我们通过NB感知正交匹配追踪(NBA-OMP)方法来估计宽带THz信道。我们设计了一个NBA字典的近场导向矢量利用相应的角度和距离偏差。我们的OMP算法解释了这种偏差,从而在事实上减轻了NB的影响。数值实验证明了所提出的信道估计技术在宽带THz系统中的有效性。
2023-02-16 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided Wideband THz Communications: Modeling and Analysis
本文研究了智能反射面辅助下的宽带太赫兹(THz)通信性能。具体来说,我们首先介绍了一个广义的信道模型,适用于在近场工作的电大THz IRS。与以前的工作不同,我们的信道模型考虑了发射电磁波的球面波阵面和空间宽带效应。接下来,我们表明,传统的频率平坦的波束聚焦显着降低了功率增益,由于光束斜视,因此是非常次优的。更重要的是,当相邻反射元件之间的间距可以忽略时,即,全息反射表面。数值结果证实了我们的分析,并提供了重要的见解,未来的IRS辅助太赫兹系统的设计。
2021-10-29 cs.IT eess.SP math.IT
A Rank-Constrained Coordinate Ascent Approach to Hybrid Precoding for the Downlink of Wideband Massive (MIMO) Systems
针对宽带大规模MIMO系统下行链路混合预编码问题,提出RCCA方法,通过转化问题规避非凸约束,实现适配模数分解的预编码设计,性能优于基线方案。
2024-01-30 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Activity Detection and Channel Estimation for mmW/THz Wideband Massive Access
毫米波/太赫兹(mmW/THz)通信在下一代蜂窝物联网(IoT)网络中的宽带大规模接入中显示出巨大的潜力。为了减少宽带大规模接入中导频序列的长度和计算复杂性,提出了一种新的联合活动检测和信道估计(JADCE)算法。具体地说,根据毫米波/太赫兹信道的特点,将JADCE归结为同时恢复稀疏群和低秩矩阵的问题,证明了在充分条件下,对这样的矩阵联合施加$l_1$范数和低秩可以实现鲁棒恢复,并验证针对mmW/太赫兹宽带大规模接入系统是显着小于目前已知的测量界推导出的常规同时稀疏和低秩恢复。此外,我们提出了一种多秩感知方法,利用复杂的秩- $L$矩阵与散射簇的数量$L$的乘积的商几何。理论分析和仿真结果证实了该算法在计算复杂性、检测出错率和信道估计精度方面的优越性。
2020-02-19 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Design for RIS-Aided THz Wideband Communication Systems
本文针对RIS辅助太赫兹大规模MIMO宽带通信中的波束分裂效应,通过分析阵列增益损失量化BSE,并提出一种新的波束赋形架构以缓解该效应,仿真验证了其有效性。
2023-09-21 cs.IT eess.SP math.IT
Reduced-Feedback Hybrid Precoding for Wideband mmWave MIMO-OFDM Systems via Hierarchical Interpolation
Academia Sinica(中央研究院);National Sun Yat-sen University(国立中山大学);Virginia Tech(弗吉尼亚理工大学);National Cheng Kung University(国立成功大学)
本文提出一种宽带毫米波MIMO-OFDM系统的降反馈混合预编码框架,通过分层插值减少数字预编码反馈负担,反馈减少约98.34%,兼具良好性能与鲁棒性。
2026-10-27 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Based Hybrid Precoding for THz Communications
受益于带宽的增长,太赫兹(THz)通信可以支持未来6 G无线系统对超高速速率的爆炸性需求的新应用。为了补偿高频路径损耗,可以利用大规模的多输入多输出(MIMO)波束形成来获得高的阵列增益。然而,由于需要使用大量的模拟移相器来实现模拟波束形成,因此现有的具有大规模MIMO的THz通信具有非常高的能耗。为了解决这一问题,提出了一种基于可重构智能表面(RIS)的THz通信混合预编码结构,利用高能效RIS代替高能耗相控阵,实现混合预编码的模拟波束形成。然后,基于所提出的基于RIS的架构,混合预编码的和速率最大化问题进行了研究。由于RIS在实际中实现的相移通常是离散的,因此具有非凸约束的和速率最大化问题具有挑战性。接下来,和速率最大化问题被重新表述为基于并行深度神经网络(DNN)的分类问题,该问题可以通过所提出的基于低复杂度深度学习的多离散分类(DL-MDC)混合预编码方案来解决。最后,我们提供了大量的仿真结果表明,所提出的DL-MDC方案在理论Saleh-Valenzuela信道模型和实际3GPP信道模型中都工作良好。与现有的迭代搜索算法相比,可以提出的DL-MDC方案减少了运行时间显着与性能损失可以忽略不计。
2021-12-15 cs.IT eess.SP math.IT
Angular-Based Hybrid Beamforming for Wideband THz Massive MIMO Systems: Mitigating Beam Split by Leveraging Angular Spread
针对宽带太赫兹大规模MIMO中的波束分裂问题,提出基于角度扩展的混合波束成形框架,利用粗略角度信息设计子载波特定波束,拓宽有效波束宽度,提升频谱效率和波束成形精度,且复杂度低。
2025-03-24 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Delay and Phase Precoding Under True-Time Delay Constraints for THz Massive MIMO
针对宽带太赫兹(THz)混合大规模多输入多输出(MIMO)系统中波束偏斜效应的补偿问题,提出了一种基于相移器(PS)和真实时间延迟(TTD)的联合优化方法.与以前的方法不同,新的方法不需要无界的时间延迟假设,TTD设备可以产生的时间延迟值的范围是严格限制在我们的方法。而不是专注于TTD值的设计,我们共同优化TTD和PS值,以有效地应对实际的时间延迟约束。仿真结果表明,新方法的波束斜视补偿的性能优势。通过仿真和分析,我们表明,我们的方法是一个推广的TTD为基础的预编码方法。
2023-01-21 cs.IT eess.SP math.IT
Wideband Channel Estimation for THz Massive MIMO
太赫兹(THz)通信被认为是未来6G网络的一项有前途的技术。为了克服太赫兹波的严重衰减和降低太赫兹波的高功耗,采用混合预编码的大规模MIMO技术被广泛应用于太赫兹波通信。然而,准确的宽带信道估计是具有挑战性的太赫兹大规模MIMO系统。现有的宽带信道估计方案基于公共稀疏信道支持的理想假设,由于波束分裂效应,将遭受严重的性能损失。本文提出了一种基于波束分裂检测的宽带信道估计方案,实现了可靠的宽带信道估计。具体而言,在考虑波束分裂效应的情况下,对宽带信道的角度域稀疏结构进行了全面的分析。在此基础上,定义了一系列与不同物理信道方向一一对应的索引集,称为波束分裂模式。受这种一对一匹配的启发,我们提出首先利用波束分裂模式来估计物理信道方向。然后,稀疏信道支持在不同的子载波可以通过使用一个支持检测窗口。通过扩展由所获得的物理信道方向确定的分束图案来生成该支持检测窗口。上述估计过程将逐路径重复,直到所有路径分量都被估计。该方案充分利用了波束分裂效应所隐含的宽带信道特性,可以显著提高信道估计精度。仿真结果表明,该方案能够实现更高的精度比现有的计划。
2021-08-18 cs.IT eess.SP math.IT
Beam Squint and Aperture--Bandwidth Limitations in Wideband RIS-Assisted THz Links
University of Nottingham Ningbo China(诺丁汉大学宁波校区)
本文针对宽带RIS辅助太赫兹链路,在波束斜视和有限分辨率相位控制下,推导了信道矩和遍历速率的闭式近似,并揭示了孔径-带宽限制,经蒙特卡洛模拟验证。
2026-09-15 cs.IT cs.NI math.IT
Wideband Beam Tracking in THz Massive MIMO Systems
太赫兹(THz)大规模多输入多输出(MIMO)技术被认为是未来第六代无线通信的重要技术之一。在太赫兹大规模MIMO系统中,利用波束跟踪技术获取信道信息是实现移动用户跟踪的关键。然而,现有的基于混合预编码结构的窄带系统波束跟踪方案存在波束分裂效应,无法直接应用于宽带THz大规模MIMO系统。为了解决这个问题,在本文中,我们提出了一种基于波束缩放的波束跟踪方案,考虑到最近提出的延迟相位预编码结构的太赫兹大规模MIMO。具体来说,我们首先证明了波束缩放机制,灵活地控制在整个带宽上的frequencydependent波束的角度覆盖,这可以通过延迟相位预编码结构中的时间延迟的精心设计来实现。然后,基于这种波束缩放机制,我们提出了在每个时隙中同时跟踪多个用户的物理方向,通过产生多个波束。这些波束的角度覆盖被灵活缩放以适应用户物理方向的潜在变化范围。在若干时隙之后,基站能够通过找出具有最大用户接收功率的波束来获得准确的用户物理方向。与传统的一个射频链只能产生一个频率无关波束的方案不同,所提出的基于波束缩放的波束跟踪方案可以通过使用由一个射频链产生的多个频率相关波束来同时跟踪多个用户物理方向。理论分析表明,该方案可以实现接近最优的可实现的和速率性能与低波束训练开销。
2021-08-18 cs.IT math.IT
IRS Configuration Techniques for Ultra Wideband Signals and THz Communications
针对未来6G中THz、IRS与UWB信号共存挑战,提出在信号带宽占比高达50%时的IRS高效配置技术,并评估其可实现速率与性能复杂度权衡。
2024-01-10 cs.IT eess.SP math.IT
Aging-Resistant Wideband Precoding in 5G and Beyond Using 3D Convolutional Neural Networks
针对5G/6G高频宽带系统的信道频率选择性与时间选择性(信道老化)问题,提出基于3D CNN的超分辨率抗频率选择性框架与深度学习图像恢复抗老化框架,二者结合可在低复杂度下显著提升预编码性能。
2024-07-10 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Linear Precoding Strategies for Wideband Non-Cooperative Systems based on Game Theory-Part I: Nash Equilibria
在这篇由两部分组成的论文中,我们提出了一种基于博弈论公式的分散策略,以找出由一组共享相同物理资源的宽带链路组成的多点对多点通信系统的最佳预编码/复用矩阵,即,时间和带宽。我们假设,作为最优性标准,实现纳什均衡,并考虑两个可选的优化问题:1)竞争最大化的互信息的每一个链接,给定的限制,对发射功率和频谱屏蔽的无线电频谱管理机构强加;以及2)在与上述相同的约束条件下,使用有限阶星座,加上对平均错误概率的约束。在本文的第一部分中,我们首先证明了两个非合作博弈的解集总是非空的,并且只包含纯策略。然后,我们证明了这两个游戏的最佳预编码/复用方案导致信道对角化结构,使这两个矩阵值的问题可以在一个更简单的统一的矢量功率控制游戏重铸,没有性能损失。因此,我们研究这个简单的游戏,并获得充分条件,确保唯一的纳什均衡。有趣的是,虽然在更强的约束下推导,例如光谱掩模约束,但我们的唯一性条件比以前已知的条件具有更广泛的有效性。最后,我们通过比较其性能与帕累托最优集中式方案的性能来评估所提出的分散式策略的优点。为了达到纳什均衡的游戏,在第二部分中,我们提出了替代分布式算法,以及他们的收敛条件。
2007-07-04 cs.GT cs.IT math.IT
Time-Domain Channel Estimation for Extremely Large MIMO THz Communication Systems Under Dual-Wideband Fading Conditions
本文针对太赫兹频段超大规模MIMO在双宽带衰落下的信道估计问题,提出基于单载波系统的时域稀疏建模与交替最小化求解方法,性能优于传统方案并接近理想下界。
2024-07-08 cs.IT eess.SP math.IT
Gram Schmidt Based Greedy Hybrid Precoding for Frequency Selective Millimeter Wave MIMO Systems
混合模拟/数字预编码允许毫米波MIMO系统利用大的天线阵列增益,同时允许低成本和功耗硬件。大多数先前的工作集中在窄带毫米波系统的混合预编码。然而,mmWave系统将可能在具有频率选择性的宽带信道上操作。因此,本文认为,频率选择性混合预编码与RF波束成形矢量从量化码本。针对该系统,提出了一种低复杂度的接近最优的贪心算法,用于混合模拟/数字预编码器的设计。所提出的算法使用Gram-Schmidt正交化来精确地选择RF波束成形向量。仿真结果表明,所开发的预编码设计算法取得了很好的性能相比,无约束的解决方案,而需要更少的复杂度。
2016-01-26 cs.IT math.IT
Secure Cooperative THz ISAC via Mamba Empowered Graph Neural Network Precoding
Xidian University(西安电子科技大学);Southeast University(东南大学);Information Engineering University(信息工程大学);Peng Cheng Laboratory(鹏城实验室);University of New South Wales(新南威尔士大学)
该研究针对协作式太赫兹ISAC系统的安全通信问题,提出Mamba赋能GNN预编码框架,优化波束成形等参数,提升保密速率与计算效率,性能优于传统及学习型方法。
2026-08-12 cs.IT math.IT
Beam Squint and Channel Estimation for Wideband mmWave Massive MIMO-OFDM Systems
随着宽带毫米波(mmWave)通信中天线阵列规模的不断增大,电磁波在整个阵列中传播的物理传播延迟将变得很大,并且与时域采样周期相当,这就是所谓的空间宽带效应。在这种情况下,正交频分复用(OFDM)系统中的不同子载波在同一条路径上会“看到”不同的到达角(AoA),这种由空间宽带效应引起的波束偏斜效应使得传统的基于多输入多输出(MIMO)模型的信道估计和预编码等方法不再适用。在讨论了波束倾斜与空间宽带效应的关系后,提出了一种考虑波束倾斜效应的混合模拟/数字预编码频分双工(FDD)mmWave大规模MIMO-OFDM系统信道估计方法。提出了一种超分辨率压缩感知方法,用于提取每个上行信道路径的频率不敏感参数,AoA和时间延迟,以及频率敏感参数,即,复信道增益。在FDD系统中,利用这些频率不敏感参数的互易性,可以大大简化下行信道估计,只需要有限的导频就可以获得下行复增益,重构下行信道。此外,上行链路和下行链路信道协方差矩阵可以从这些频率不敏感的信道参数而不是通过长期平均来构造,这使得最小均方误差(MMSE)信道估计能够进一步增强性能。数值结果表明,该方案优于传统的方法在毫米波通信。
2019-03-04 cs.IT math.IT
A joint precoding framework for wideband reconfigurable intelligent surface-aided cell-free network
无小区网络由于具有较强的抗小区间干扰能力,被认为是提高网络容量的一种很有前途的技术。然而,进一步的容量提高需要部署更多的具有高成本和功耗的基站(BS)。为了解决这个问题,受最近发展起来的可重构智能表面(RIS)技术的启发,我们提出了RIS辅助的无单元网络的概念,以提高低成本和低功耗的容量。关键的想法是用低成本和高能效的RIS取代一些所需的BS。然后,在宽带RIS辅助无小区网络中,我们制定了在BS和RIS的联合预编码设计的问题,以最大限度地提高网络容量。由于制定的问题的非凸性和高复杂性,我们开发了一个交替优化框架来解决这个具有挑战性的问题。特别地,我们通过分式规划将该问题解耦,并交替求解子问题。请注意,在现有的作品中考虑的大多数场景是本文中研究的一般场景的特殊情况,并且所提出的联合预编码框架可以作为在大多数现有的RIS辅助场景中最大化容量的一般解决方案。仿真结果表明,与传统的无小区网络相比,该方案下的网络容量可以得到显著提高。
2021-08-07 cs.IT cs.PF cs.SY
Optimal Linear Precoding Strategies for Wideband Non-Cooperative Systems based on Game Theory-Part II: Algorithms
在这篇由两部分组成的论文中,我们解决了为一组共享相同物理资源的非合作链路找到最佳预编码/复用方案的问题,例如,时间和带宽。我们考虑两个可选的优化问题:P.1)的最大化的互信息在每个链路上,给定的约束的发射功率和频谱屏蔽;和P.2)的最大化的传输速率在每个链路上,使用有限阶星座,在相同的约束P.1,加上约束的最大平均错误概率在每个链路上。为了找到分散的战略,我们采用的最优性标准的纳什均衡的实现,因此,我们制定了两个问题P.1和P.2的战略非合作(矩阵值)游戏。在这篇由两部分组成的论文的第一部分中,在推导出两种博弈的线性收发器的最优结构之后,我们提供了一组统一的充分条件,以保证纳什均衡的唯一性。在这第二部分,我们专注于实现的均衡,并提出替代分布式迭代算法,解决这两个游戏。具体而言,新提出的算法如下:1)顺序和同时迭代注水算法,结合光谱掩模约束; 2)顺序和同时梯度投影算法,建立一个有趣的链接与变分不等式问题。我们的主要贡献是提供充分条件的全局收敛性的所有建议的算法,虽然来自更强的约束下,例如光谱掩模约束,具有更广泛的有效性比收敛条件已知在当前文献中的顺序迭代注水算法。
2007-07-05 cs.GT cs.IT math.IT
Exploiting Simultaneous Low-Rank and Sparsity in Delay-Angular Domain for Millimeter-Wave/Terahertz Wideband Massive Access
采用大规模天线阵列的毫米波(mmW)/太赫兹(THz)宽带通信是用于实现大规模机器类型通信(mMTC)的第六代(6 G)无线网络的有前景的技术。为了减少接入时延和信令开销,设计了一种基于联合主动设备检测和信道估计(JADCE)的mmW/THz宽带大规模接入免授权随机接入方案。特别地,利用毫米波/太赫兹信道在延迟角域中同时具有稀疏和低秩结构的特点,通过应用复秩$L$矩阵与簇数$L$乘积的商几何,提出了两种多秩感知的JADCE算法.它被证明,所提出的算法需要更少的测量比目前已知的传统的同时稀疏和低秩恢复算法的测量上的界限。统计分析还表明,所提出的算法可以线性收敛到地面真理与低计算复杂性。最后,大量的仿真结果证实了所提出的算法在活动检测和信道估计的准确性方面的优越性。
2021-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
Federated Multi-Task Learning for THz Wideband Channel and DoA Estimation
Carleton University(卡尔顿大学);United States Army Research Laboratory(美国陆军研究实验室)
本文解决了太赫兹(THz)信道估计中的两个主要挑战:波束分裂现象,即,由于频率无关的模拟波束形成器而导致的波束未对准,以及由于使用超大数量的天线来补偿传播损耗而导致的计算复杂性。已知数据驱动技术可以减轻这个问题的复杂性,但通常需要将数据集从用户传输到中央服务器,这带来了巨大的通信开销。在这项工作中,我们引入了一个联邦多任务学习(FMTL),其中用户只发送模型参数,而不是整个数据集,太赫兹信道和用户到达方向(DoA)估计,以提高通信效率。首先,我们提出了一种新的波束空间支持对齐技术与波束分裂校正的信道估计。然后,信道和DoA信息被用作标签来训练FMTL模型。通过利用太赫兹信道的稀疏性,所提出的方法实现了更少的导频信号比传统的技术。与以前的作品相比,我们的FMTL方法提供了更高的信道估计精度以及约25(32)倍低的模型(信道)训练开销,分别。
2022-10-27 cs.AI cs.IT cs.LG
Hardware-Aware Beamspace Precoding for All-Digital mmWave Massive MU-MIMO
在毫米波(mmWave)频率下操作的大规模多用户多输入多输出(MU-MIMO)无线系统使得能够向大量用户同时进行宽带数据传输。为了降低全数字基站架构中MU预编码的复杂度,我们提出了一种两阶段预编码架构,该架构首先使用波束空间域中的稀疏矩阵执行预编码,然后进行快速傅立叶逆变换,将结果转换到天线域。稀疏预编码矩阵需要少量乘法器,并支持常规硬件架构,这允许设计硬件高效的全数字预编码器。仿真结果表明,我们的方法接近传统的维纳滤波器预编码的错误率与超过2倍降低复杂度。
2021-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Switched-Feed Pinching-Antenna Systems for Wideband Terahertz Communications
German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI)(德国人工智能研究中心);University of Kaiserslautern (RPTU)(凯泽斯劳滕大学)
研究太赫兹频段通信,开发统一传播模型,提出开关馈电收缩天线系统(SF-PASS)架构,该架构在频谱效率上大幅优于单馈PASS,硬件成本低,为宽带太赫兹通信提供新方案。
2026-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
A Flexible Design for Beam Squint Effect Suppression in IRS-Aided THz Communications
Shanghai Jiao Tong University(上海交通大学);Dalian University of Technology(大连理工大学);Southeast University(东南大学);ZTE Corporation(中兴通讯)
研究宽带太赫兹 MISO 系统中 BS 和 IRS 采用可移动组件抑制波束斜视效应,通过配置 MA 和 IRS 子阵列位置最大化最小接收功率,采用 MM 方法开发算法,数值结果验证算法有效性及利用可移动组件的益处。
2026-07-23 cs.IT math.IT
Codeword Selection and Hybrid Precoding for Multiuser Millimeter Wave Massive MIMO Systems
针对宽带多用户毫米波大规模多输入多输出系统的可达和速率最大化问题,研究了混合预编码技术。由于可实现的和速率的每次计算只能在模拟预编码器和数字预编码器都被确定之后执行,因此可实现的和速率的最大化具有难以处理的计算复杂度。通过引入无干扰(IF)可实现的和速率,可以解耦模拟和数字预编码器的设计。为了避免波束冲突并最大化中频可实现的和速率,提出了一种基于匈牙利语的码字选择算法用于模拟预编码设计。仿真结果验证了该方案的有效性,并表明与现有的方案相比,可以实现更好的性能。
2019-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
BDMA for Millimeter-Wave/Terahertz Massive MIMO Transmission with Per-Beam Synchronization
针对毫米波/太赫兹频段的宽带大规模多输入多输出(MIMO)传输,提出了基于波束同步的波束分多址(BDMA)技术。我们首先介绍了一个物理动机的波束域信道模型的大规模MIMO和证明,波束域信道元素的包络往往是独立的时间和频率时,在基站和用户终端(UT)的天线的数量趋于无穷大。激励所得出的波束域信道特性,然后,我们提出了PBS毫米波/太赫兹大规模MIMO。我们表明,与传统的同步方法相比,宽带大规模MIMO信道与PBS的有效延迟和多普勒频率扩展减少了UT天线的数量的一个因素。随后,我们将PBS应用于BDMA,研究波束调度以最大化上行链路和下行链路BDMA的可实现遍历速率,并开发了贪婪波束调度算法。仿真结果验证了在典型移动场景下,BDMA结合PBS在mmW/THz宽带大规模MIMO系统中的有效性。
2016-11-14 cs.IT math.IT
Wideband Beamforming for STAR-RIS-assisted THz Communications with Three-Side Beam Split
针对STAR-RIS辅助太赫兹通信中的三侧波束分裂问题,提出基于TD的全连接与子连接结构,并联合优化混合波束成形、时间延迟与相移幅度系数,有效提升了系统和速率。
2023-10-21 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Hybrid Architecture Based Wideband Millimeter Wave Systems
混合模拟和数字预编码允许毫米波(mmWave)系统实现阵列和复用增益。然而,混合预编码器和组合器的设计通常基于信道的知识。关于具有混合架构的毫米波信道估计的先前工作集中于窄带信道。由于毫米波系统将是具有频率选择性的宽带,因此开发基于混合架构的宽带毫米波系统的信道估计解决方案至关重要。在本文中,我们开发了一个稀疏制定和压缩感知为基础的解决方案的宽带毫米波信道估计问题的混合架构。首先,我们利用频率选择性毫米波信道的稀疏结构,并将信道估计问题制定为时域和频域中的稀疏恢复。然后,我们提出了明确的信道估计技术,纯时域或频域和组合的时间/频域。我们的解决方案适用于SC-FDE和OFDM系统。仿真结果表明,所提出的解决方案实现了良好的信道估计质量,同时需要小的训练开销。在收发器处利用混合架构进一步改善了估计误差性能和可实现的速率。
2016-11-13 cs.IT math.IT
Channel Estimation and Hybrid Combining for Wideband Terahertz Massive MIMO Systems
太赫兹(THz)通信被广泛认为是未来6G无线系统的关键推动者。然而,由于信道的频率选择性,THz链路受到高传播损耗和符号间干扰的影响。大规模多输入多输出(MIMO)以及正交频分复用(OFDM)可以用来处理这些问题。然而,当基站(BS)天线阵列上的传播延迟超过符号周期时,BS阵列的空间响应在OFDM子载波上变化。这种被称为波束偏斜的现象使得窄带组合方法无效。另外,在训练阶段期间没有组合增益的情况下,信道估计变得具有挑战性。在这项工作中,我们解决了宽带太赫兹大规模MIMO均匀平面阵列的信道估计和混合合并问题。具体来说,我们首先介绍了一个低复杂度的波束斜斜抑制方案的基础上的真实时间延迟。接下来,我们提出了一种新的流行的正交匹配追踪(OMP)算法的变体,以准确地估计低训练开销的信道。我们的信道估计和混合合并方案进行了理论和数值分析。此外,所提出的方案被扩展到多天线用户的情况下。仿真结果显示,我们的设计相比,标准的窄带合并和基于OMP的信道估计提供的性能增益。
2021-02-12 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Successive Convex Optimization for Two-timescale Hybrid Precoding in Massive MIMO
由射频预编码器和基带预编码器组成的混合预编码由于其低硬件成本和功耗而成为大规模MIMO的流行预编码架构。在传统的混合预编码中,RF和基带预编码器都是自适应于实时信道状态信息(CSI)的。因此,在宽带系统中,每个子载波需要单独的RF预编码器,导致高的实现成本。为了克服这个问题,已经提出了使RF预编码器适应信道统计的双时标混合预编码(THP)。由于信道统计在不同子载波上近似相同,因此在THP中仅需要单个RF预编码器。尽管THP的优点,有没有一个统一的和有效的算法,其优化由于非凸和随机性的问题。基于随机逐次凸逼近(SSCA),提出了一种求解一般THP优化问题的在线算法框架SSCA-THP,该框架中,每当获得新的信道样本时,通过求解二次代理优化问题来更新混合预编码器.然后证明了SSCA-THP算法收敛于平稳点。最后,我们应用SSCA-THP解决三个重要的THP优化问题,并验证其优于现有的解决方案。
2018-01-29 cs.IT math.IT
Recurrent Transformer-Based Near- and Far-Field THz Wideband Channel Estimation for UM-MIMO
Center for Next Generation Wireless and IoT(下一代无线与物联网中心);Skolkovo Institute of Science and Technology(斯克尔科夫科学与技术研究所);Department of IEOR(工业工程与运营研究系);Indian Institute of Technology Bombay(孟买印度理工学院);Faculty of Computer and Engineering Sciences(计算机与工程科学学院);Innopolis University(因诺波利斯大学)
本文提出基于循环变压器模型的信道估计方法,用于近场和远场太赫兹宽带UM-MIMO系统,通过状态记忆实现高效通道估计,提升了窄带和宽带场景下的性能。
2026-05-12 cs.IT cs.LG eess.SP
Beamforming Analysis and Design for Wideband THz Reconfigurable Intelligent Surface Communications
本文针对宽带太赫兹RIS通信中的波束分裂问题,提出联合优化混合波束成形、时间延迟和反射系数的方案,有效缓解波束分裂并提升系统容量。
2023-06-23 cs.IT eess.SP math.IT
Modular CSI Quantization for FDD Massive MIMO Communication
我们考虑在频分双工(FDD)系统中的高维MIMO传输。对于预编码,频率选择性信道必须由用户测量、量化并反馈到基站。当天线的数量非常高时,这通常导致过高的量化复杂度和大的反馈。在5G新无线电(NR)中,已经为此应用了模块化量化方法,其中首先为整个频率选择性信道识别低维子空间,然后将子带信道线性映射到该子空间并量化。我们分析了如何在这样一个模块化的方案中的组件有助于整体量化失真。基于此分析,我们改进了模块化方法中的技术组件,并提出了正交归一化宽带预编码方案和顺序宽带预编码方法,这些方法比传统方法提供了相当大的增益。我们比较的性能开发的量化方案,现有技术通过模拟方面的投影失真,整体失真和频谱效率,在一个场景中与一个现实的空间信道模型。
2023-03-23 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Unfolding-Based Channel Estimation for Wideband TeraHertz Near-Field Massive MIMO Systems
针对太赫兹近场大规模MIMO信道估计难题,提出基于深度展开的估计算法,结合频率相关近场字典与定制DNN学习迭代更新规则,搭配混合训练方法,实现了性能、复杂度与鲁棒性的提升。
2024-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Enhanced Tracking and Beamforming Codebook Design for Wideband Terahertz Massive MIMO System
针对太赫兹大规模 MIMO 中波束方向过多导致跟踪开销高的问题,提出 TTD 辅助的增强频率扫描方案与耦合码本,实现多时隙多方向搜索并验证其优越性能。
2022-11-25 cs.IT eess.SP math.IT
Approximate Gram-Matrix Interpolation for Wideband Massive MU-MIMO Systems
用于依赖于正交频分复用(OFDM)或单载波频分多址(SC-FDMA)的宽带大规模多用户(MU)多输入多输出(MIMO)无线系统的许多线性和非线性数据检测和预编码算法需要计算每个活动子载波的格拉姆矩阵。然而,计算每个活动副载波的格拉姆矩阵导致过高的计算复杂性。在本文中,我们提出了新的,近似的算法,显着降低了复杂性的克矩阵计算,同时利用跨子载波和信道硬化的相关性。我们分析表明,一小部分的革兰氏矩阵计算结合近似插值方案足以实现近最佳的误码率性能在低计算复杂性在大规模MU-MIMO系统。我们还表明,所提出的方法表现出更好的鲁棒性对信道估计误差相比,精确的格拉姆矩阵插值算法,通常需要高的计算复杂性。
2018-11-05 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Technologies for Ultra-Massive MIMO in Terahertz Communications
具有频带$0.1-10$ THz的太赫兹(THz)通信被设想为未来高速无线通信的有前景的解决方案。虽然THz信号具有数十GHz的可用带宽,但THz信号存在严重的自由扩展损耗和分子吸收损耗,这限制了无线传输距离。为了补偿传输损耗,可以应用超大规模多输入多输出(UM-MIMO)技术通过波束形成技术来产生高增益的定向波束。本文综述了太赫兹UM-MIMO系统中的波束形成技术。具体而言,我们首先提出了太赫兹UM-MIMO系统模型,并确定其信道参数和结构类型。然后,我们说明了通过UM-MIMO波束形成的基本原理,并讨论了太赫兹UM-MIMO的远场和近场假设。此外,THz波段的一种重要波束形成策略,即,波束训练,其中概括了波束训练协议和码本设计方法。分别研究了THz UM-MIMO系统中智能反射面辅助的联合波束形成和多用户波束形成。分析了太赫兹波束形成中的空间宽带效应和频率宽带效应,并提出了相应的解决方案。此外,我们提出了相应的制造技术和照明的新兴应用受益于太赫兹波束成形。最后强调了THz UM-MIMO系统面临的挑战和未来的研究方向。
2023-03-13 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Near-Field Communications and Sensing
本文研究太赫兹近场通信与感知的特性与挑战,提出基于真实时延的混合波束成形方案解决宽带波束分裂问题,并指出近场效应可提升感知性能、缓解通信复用增益下降。
2023-06-16 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-efficient Dynamic-subarray with Fixed True-time-delay Design for Terahertz Wideband Hybrid Beamforming
太赫兹(THz)超大规模多输入多输出(UM-MIMO)系统的混合波束形成技术是一种很有前途的6 G空-空-地一体化网络技术,能够克服巨大的传播损耗,提供前所未有的数据率。随着太赫兹波段超宽带、超大规模天线阵列的出现,波束倾斜成为影响阵列增益和数据率的关键问题之一。然而,传统的基于移相器的混合波束形成架构由于移相器的频率平坦特性而不能解决这个问题。本文提出了一种新的固定真时延动态子阵(DS-FTTD)结构,以在保持高能量效率的同时克服波束偏斜。与使用复杂可调TTD的现有研究相比,DS-FTTD架构具有较低的功耗和硬件复杂度,这要归功于低成本的FTTD。此外,提出了一种低复杂度的行分解(RD)算法来设计DS-FTTD结构的混合波束形成矩阵。大量的仿真结果表明,通过使用RD算法,DS-FTTD架构实现了接近最佳的阵列增益和显着更高的能量效率比现有的架构。此外,DS-FTTD架构与RD算法的频谱效率是不完美的信道状态信息的鲁棒性。
2022-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
Single- versus Multi-Carrier Terahertz-Band Communications: A Comparative Study
本文比较了太赫兹通信中单载波与多载波调制方案,利用宽带太赫兹信道模型分析性能与复杂度权衡,发现DFT-s-OTFS具有更低PAPR和更强抗损伤能力,而DFT-s-OFDM在低复杂度下表现鲁棒。
2023-10-26 cs.ET cs.IT math.IT
A Unified Approach for Beam-Split Mitigation in Terahertz Wideband Hybrid Beamforming
本文提出了一种波束分裂感知(BSA)混合波束成形方法,通过将波束分裂影响传递给子载波相关的数字波束成形器而非增加硬件,有效缓解太赫兹宽带系统的波束分裂问题,提升频谱效率并适用于任意混合架构。
2023-04-10 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of 6G Multiuser Massive MIMO-OFDM THz Wireless Systems with Hybrid Beamforming under Intercarrier Interference
本文针对6G多用户大规模MIMO-OFDM太赫兹系统,在考虑载波频率偏移导致的载波间干扰及分子吸收、稀疏性和多径衰落影响下,提出基于黎曼流形优化与迫零的两阶段混合波束成形方法,以最小化干扰降低复杂度并验证其性能。
2024-01-22 cs.IT eess.SP math.IT
Linear Precoding with Low-Resolution DACs for Massive MU-MIMO-OFDM Downlink
我们考虑了一个大规模多用户(MU)多输入多输出(MIMO)系统的下行链路,其中基站(BS)配备了低分辨率的数模转换器(DAC)。与大多数现有的结果相比,我们假设系统在频率选择性宽带信道上操作,并使用正交频分复用(OFDM)来简化用户设备(UE)处的均衡。此外,我们考虑过采样DAC的实际相关情况。我们从理论上分析了线性预编码器的未编码比特出错率(BER)性能(例如,迫零)和使用Bussgang定理的正交相移键控。我们还开发了一个下界的信息理论的总速率吞吐量可实现高斯输入,这可以在封闭的形式评估的情况下,1位DAC。对于多位DAC的情况下,我们推导出近似的,但准确的,表达式的失真所造成的低精度DAC,可用于建立相应的总速率吞吐量的下限。我们的研究结果表明,对于具有128个天线BS服务16个UE的大规模MU-MIMO-OFDM系统,仅需要3- 4个DAC比特来实现10^-4的未编码BER,与无限分辨率情况相比,性能损失可以忽略不计,代价是额外的带外发射。此外,我们的研究结果强调了考虑低精度DAC引起的固有空间和时间相关性的重要性。
2019-01-17 cs.IT math.IT
Simultaneously Transmitting and Reflecting Surface (STARS) for Terahertz Communications
本文提出STARS辅助的太赫兹通信系统,构建对应功耗模型,联合优化基站与STARS波束成形以最大化频谱和能量效率,针对窄带、宽带系统分别设计算法,验证了STARS的性能优势与相关结论。
2023-04-06 cs.IT eess.SP math.IT
Near-Field Wideband Channel Estimation for Extremely Large-Scale MIMO
毫米波(mmWave)和太赫兹(THz)波段的超大规模多输入多输出(XL-MIMO)在支持极高波束形成增益以及超宽带频谱资源方面起着重要作用。不幸的是,准确的宽带XL-MIMO信道估计受到称为近场波束分裂效应的新挑战。现有的工作要么忽略了准确的近场信道模型,要么未能利用波束分裂效应,导致宽带XL-MIMO的信道估计精度差。为了解决这个问题,本文提出了一种基于双线性模式检测(BPD)的方法来准确地恢复宽带XL-MIMO信道。通过分析近场宽带信道的特性,首先揭示了近场波束分裂效应的双线性模式,即近场信道在角度域和距离域的稀疏支持集都可以看作是频率的线性函数。然后,受经典的同时正交匹配追踪技术的启发,我们使用双线性模式来估计每个近场路径分量在所有频率下的到达角(AoA)和距离参数。通过这种方式,整个宽带XL-MIMO信道可以通过压缩感知算法恢复。此外,我们提供的计算复杂性的算法相比,现有的算法。仿真结果表明,在存在近场波束分裂效应的情况下,该方法能够实现宽带近场XL-MIMO信道的精确估计。
2022-12-16 cs.IT eess.SP math.IT
Time-Frequency-Space Transmit Design and Receiver Processing with Dynamic Subarray for Terahertz Integrated Sensing and Communication
本文研究太赫兹通信感知一体化的时频空发射设计与接收机处理,提出基于动态子阵列架构的混合预编码算法与参数估计算法,实现了百分级角度与毫米级距离估计精度,并开发干扰处理算法提升感知能力。
2024-03-26 cs.IT eess.SP math.IT
Stacked Intelligent Metasurface-Based Transceiver Design for Near-Field Wideband Systems
针对近场宽带SIM辅助全息MIMO,提出逐层交替相移优化、MMSE预编码、误差统计缓解与迭代注水功率分配方案,提升多用户可达速率。
2025-02-16 cs.IT math.IT
Wideband Beamforming for RIS Assisted Near-Field Communications
针对RIS辅助MIMO系统的近场宽带波束成形,提出基于深度学习的端到端优化框架,结合TTD单元与两种RIS架构克服双重波束分裂效应,无需显式信道状态信息即可提升频谱效率与鲁棒性。
2025-01-07 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning-Based Tri-Hybrid Multi-User MIMO Precoding: The Blessing of EM-Reconfigurable Antennas
Beijing Institute of Technology(北京理工大学);BIT (Zhuhai)(北京理工大学(珠海));Tsinghua University(清华大学);Guilin University of Electronic Technology(桂林电子科技大学);Yangtze Delta Region Academy, BIT (Jiaxing)(北京理工大学(嘉兴)长三角研究院);Advanced Research Institute of Multidisciplinary Sciences, BIT(北京理工大学前沿交叉科学研究院)
提出基于Conformer的Tri-PNet,联合设计电磁、模拟和数字预编码,提升多用户MIMO-OFDM频谱效率,性能优于传统方案且对CSI误差鲁棒。
2026-10-08 cs.IT cs.LG eess.SP