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
Learning Based User Scheduling in Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Multiuser Downlink
可重构智能表面（RIS）能够智能地控制入射电磁波的相位，以改善基站（BS）和用户之间的无线传播环境。本文研究了在导频开销有限的RIS辅助下行链路网络中，联合用户调度、RIS配置和BS波束成形问题。我们表明，图神经网络（GNN）与置换不变和等变属性可以用来适当地调度用户和设计RIS配置，以实现高的整体吞吐量，同时占用户之间的公平性。与传统的先估计信道，然后优化用户调度、RIS配置和波束形成器的方法相比，本文提出了一种利用GNN直接从一组非常短的导频中获得优化的用户调度，然后利用第二个GNN优化RIS配置，最后根据总的有效信道设计BS波束形成器。数值结果表明，该方法比传统的基于信道估计的方法更有效地利用了接收导频，并且可以推广到任意用户数的系统。
2022-05-12 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Group Multicast Beamforming: Optimal Structure and Efficient Algorithms
本文研究了多组组播波束形成优化问题，由于该问题的非凸性和NP-困难性，其最优解一直未知。利用逐次凸逼近数值方法和拉格朗日对偶性，得到了服务质量（QoS）问题和最大最小公平（MMF）问题的最优多播波束形成解结构.最佳的结构带来了宝贵的见解多播波束成形：我们表明，上行链路-下行链路的二元性的概念可以推广到多播波束成形问题。最优多播波束形成器是基于组信道方向的加权MMSE滤波器：最优下行链路多用户单播波束形成器的广义版本。我们还表明，有一个固有的低维结构的最佳多播波束成形解决方案的发射天线的数量无关，导致有效的数值算法设计，特别是对于系统与大型天线阵列。我们提出了有效的算法来计算多播波束形成器的最佳波束形成结构的基础上。通过渐近分析，我们表征的渐近行为的多播波束形成器的天线数量的增长，反过来，提供简单的封闭形式的近似多播波束形成器的QoS和MMF问题。这种近似提供了实际的多播波束成形的解决方案，具有接近最佳的性能，在非常低的计算复杂度的大规模天线系统。
2021-04-10 cs.IT eess.SP math.IT
General Rank Multiuser Downlink Beamforming With Shaping Constraints Using Real-valued OSTBC
在本文中，我们考虑了最优多用户下行波束赋形的存在下，大量的任意二次成形约束。我们将波束形成与全速率高维实值正交空时分组编码（OSTBC）相结合，以增加波束形成器设计中波束形成权向量的数量和相关的自由度。利用半定松弛法将多约束波束形成问题转化为凸优化问题，并可有效求解。与传统的（秩一）波束成形方法相比，其中只有当SDR解决方案（秩降低后）表现出秩一属性时才能获得最佳波束成形解决方案，在我们的方法中，当不超过秩八时，保证了最优性。我们表明，我们的方法可以将多达79个额外的整形约束，最佳的波束成形解决方案是保证相比，最大的两个额外的约束，约束传统的秩1下行链路波束成形设计。仿真结果表明，我们提出的波束形成器设计的灵活性。
2015-02-17 cs.IT math.IT
REEL-BF Design: Achieving the SDP Bound for Downlink Beamforming with Arbitrary Shaping Constraints
本文考虑了多用户多输入单输出（MISO）下行链路的波束成形设计与任意数量的（上下文特定的）成形约束。在这种设置中，国家的最先进的波束形成方案不能达到众所周知的性能界限所承诺的半定规划（SDP）松弛技术。为了缩小这一差距，我们提出了一种冗余信号嵌入线性波束形成（REEL-BF）方案，其中每个用户被分配一个信息波束形成器和多个成形波束形成器。结果表明，所提出的REEL-BF方案可以执行一般的秩$K$波束成形的用户符号在一个低复杂度和结构化的方式。此外，充分条件，以保证REEL-BF计划总是实现线性波束形成方案的SDP界。在此基础上，提出了一种在多项式时间内求解REEL-BF最优解的有效算法。数值结果表明，所提出的方案享有显着的性能增益比现有的替代品。
2017-02-10 cs.IT math.IT
Updating Beamformers to Respond to Changes in Users
我们考虑一个多用户多输入单输出下行链路系统，为每个用户提供一个预先指定的服务质量水平。基站（BS）设计波束形成器，使得每个用户接收特定的信号干扰噪声比（SINR）。与波束形成领域中的大多数现有文献相比，我们专注于系统变化时所需的修改。我们具体研究三种情况：（i）用户进入系统，（ii）用户离开系统，以及（iii）SINR目标的变化。我们这样做是为了避免针对需求中的每一个变化从头开始设计整个系统。在这三种情况下，我们描述的修改所需的波束成形方向和功率负载。我们考虑最大比传输（MRT），迫零（ZF）和最佳波束形成器。所提出的修改提供的性能是准确的或非常接近，当我们重新设计整个系统，同时具有更低的计算成本。
2018-03-11 cs.IT eess.SP math.IT
An Encoder-Decoder Network for Beamforming over Sparse Large-Scale MIMO Channels
Department of Electrical Engineering, Columbia University（电气工程系，哥伦比亚大学）
本研究提出一种基于编码器-解码器网络（EDN）的端到端深度学习框架，通过半摊销学习与知识蒸馏策略训练，可实现稀疏大规模MIMO信道下的下行链路波束成形，且适用于远场和近场混合场景，经仿真验证有效。
2025-09-27 cs.IT cs.LG cs.SY
SINR Constrained Beamforming for a MIMO Multi-user Downlink System
考虑多输入多输出（MIMO）下行链路多用户信道。在这样的系统中，一个研究得很好的问题是设计线性波束形成器，用于功率最小化与服务质量（QoS）约束。解决这类问题的最具代表性的算法是所谓的MMSE-SOCP算法[11-12]和UDD算法[9]。前者是基于发射和接收波束形成器的交替优化，而后者是基于众所周知的上行链路-下行链路对偶理论。尽管其广泛的适用性，收敛（KKT解决方案）的两种算法仍然是开放的文献。在本文中，我们严格建立这些算法的收敛性QoS约束的功率最小化（QCPM）问题，每个用户的情况下，单流和多流。我们分析的关键是一个新的MMSE-DUAL算法的发展和分析，它连接的MMSE-SOCP和UDD算法。数值实验表明：1）无论初始化如何，这些算法几乎都能到达目标值相同的点; 2）MMSE-SOCP/MMSE-DUAL算法效果较好，而UDD算法可能会因初始化不可行而失败。
2015-07-25 cs.IT math.IT
Multiuser MIMO Downlink Beamforming Design Based on Group Maximum SINR Filtering
在本文中，我们的目标是解决多用户多输入多输出（MIMO）下行波束成形问题，其中一个多天线基站广播数据到许多用户。每个用户被分配多个数据流，并且在其接收器处具有多个天线。提出了一种基于迭代法的联合发射接收波束形成和功率分配问题的有效解决方案。我们采用组最大信号干扰噪声比（SINR）滤波器组（GSINR-FB）作为我们的波束形成器，通过用户的数据流之间的合作，利用接收机的多样性。每个用户的数据流受到平均SINR约束，该平均SINR约束在无线通信系统中具有许多重要的应用，并且用作测量服务质量（QoS）的良好度量。GSINR-FB还优化其输出的平均SINR。在GSINR-FB波束形成器的基础上，提出了一种SINR均衡的最优功率分配结构，将复杂的功率分配问题简化为线性问题。仿真结果验证了所提出的算法优于以前的作品，具有近似相同的复杂度。
2011-03-29 cs.IT math.IT
Offset-Based Beamforming: A New Approach to Robust Downlink Transmission
当基站不完全知道信道状态信息时，为多用户多输入单输出（MISO）下行链路设计一组波束形成器，为接收机提供预定的服务质量（QoS）水平可能是相当具有挑战性的。使SINR以高概率满足或超过给定阈值的约束通常是难以处理的，这导致从根本上难以解决的问题。在本文中，我们将开发一个高品质的近似的SINR中断约束，随着半定松弛，使我们能够制定的波束形成器的设计问题，可以有效地解决凸优化问题。对于系统中的不确定性大小是小的，进一步的近似产生算法的基础上迭代评估的封闭形式的表达式，具有显着较低的计算成本。由于发现的波束成形方向招致这些算法的计算负荷的大部分，类似的功率加载算法预定义的波束成形方向的开发和它们的性能被证明是接近最佳的。当系统包含大量天线时，可以以仅在天线数量上线性增长的计算成本来获得所提出的功率负载。所提出的功率加载算法提供了所需的停电概率和消耗的功率之间的显式关系，这使得我们能够精确地控制功率消耗，并自动识别消耗大部分功率资源的用户。所提出的方法的灵活性，说明了通过开发一个功率加载技术，最大限度地减少了平均停电的概念。
2017-10-26 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Downlink Power Control in mmWave Cell-Free and User-Centric Massive MIMO
本文考虑了无小区和以用户为中心的方法，在毫米波频率工作的无线蜂窝系统的覆盖范围的改善，并提出了下行链路功率控制算法，旨在最大限度地提高全球能源效率。为了解决问题的非凸性，顺序和交替优化之间的相互作用被认为是。混合模拟/数字波束形成器的使用也被考虑在内。数值结果表明，从功率控制算法中获得的好处，以及以用户为中心的方法一般优于无细胞之一。
2018-05-11 cs.IT math.IT
Augmented Deep Unfolding for Downlink Beamforming in Multi-cell Massive MIMO With Limited Feedback
在有限反馈多用户多输入多输出（MU-MIMO）蜂窝网络中，用户向相关联的基站（BS）发送关于信道条件的量化信息以用于下行链路波束成形。然而，信道量化和波束形成一直被视为两个单独的任务，这使得它很难实现全局系统最优。在本文中，我们提出了一种增强的深度展开（ADU）的方法，联合优化波束成形方案在BS和信道量化方案在用户。特别地，经典的WMMSE波束形成器被展开，并且利用深度神经网络（DNN）对其输入进行预处理以提高性能。在反馈容量受到严格限制的情况下，采用变分信息瓶颈技术进一步提高性能。仿真结果表明，所提出的ADU方法优于所有的基准计划的系统平均速率。
2022-09-03 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Downlink Data Transmission and Uplink Channel Estimation with Reduced Complexity Full Duplex MIMO Radios
在本文中，我们研究全双工（FD）多输入多输出（MIMO）无线电同时数据通信和控制信息交换。利用最近提出的FD MIMO架构，结合数字发射和接收波束成形与降低复杂度的多抽头模拟自干扰（SI）消除，我们提出了一种新的传输方案，利用信道互易性联合下行链路波束成形信息数据通信和上行链路信道估计，通过训练数据传输。我们采用了一个通用的导频辅助信道估计模型，并提出了一个统一的优化框架，所有涉及FD MIMO设计参数。我们的代表性的Monte Carlo模拟结果的波束形成器以及模拟和数字SI消除的一个示例算法的解决方案表明，所提出的基于FD的联合通信和控制方案提供了1.4倍的下行链路速率的半双工对应。与具有全连接模拟消除的传统FD MIMO架构相比，模拟消除器的硬件复杂度降低了50%，从而实现了这种性能改进。
2020-03-14 cs.IT eess.SP math.IT
Sum-Rate Maximization for Multiuser MISO Downlink Systems with Self-sustainable IRS
本文研究了多用户多输入单输出（MISO）下行链路通信辅助下的自我可持续的智能反射表面（IRS），它可以收获的功率从接收到的信号。我们研究了联合设计的波束形成器在接入点（AP）和相移和功率收获时间表在IRS最大化的系统和速率。该设计被制定为一个非凸优化问题，考虑到IRS元件的能力，收获无线功率实现自我可持续性。随后，我们提出了一个计算效率高的交替算法，以获得一个次优的解决方案的设计问题。仿真结果表明：在IRS辅助系统中，系统和速率与系统自维持能力之间存在一个非平凡的折衷关系;随着IRS单元数目的增加，系统性能得到改善;采用小比特分辨率的离散移相器的IRS，在连续相移的情况下，系统和速率足以达到理想情况下的可观值。
2020-05-24 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface for Downlink Non-Orthogonal Multiple Access Networks
智能反射面（IRS）是一种利用可配置的电磁材料控制无线介质以提高无线网络能量和频谱效率的新型技术。在本文中，我们考虑的IRS授权的非正交多址接入（NOMA）网络的下行链路发射功率最小化问题，通过联合优化发射波束形成器在BS和在IRS的相移矩阵。然而，这个问题原来是一个非常棘手的非凸双二次规划问题，其中一个替代的最小化框架，提出了通过交替求解非凸二次规划。我们进一步开发了一种新的凸差分（DC）规划算法，通过将二次规划提升为秩一约束矩阵优化问题，然后将非凸秩函数表示为DC函数，来有效地解决由此产生的非凸二次规划。仿真结果表明，所提出的方法的性能增益。
2019-06-29 cs.IT cs.NI eess.SP
Hybrid Precoding for Massive MIMO Systems in Cloud RAN Architecture with Capacity-Limited Fronthauls
云RAN（C-RAN）是分布式大规模MIMO系统的一个有前途的使能者，但易受其前传拥塞的影响。针对下行分布式大规模MIMO系统中前传容量有限的问题，提出了一种基于C-RAN架构的混合模数预编码设计，该设计自适应地调整前传压缩级别和整个射频（RF）链中的活动RF链数量。在此架构下，我们提出一个模拟波束形成器的设计，追求最大化多用户和平均数据率（和率）。基于空间信道协方差矩阵的加权和来构造模拟波束形成器的每个元件，同时优化模拟波束形成器的大小，即活动RF链的数量，以便最大化大规模近似和速率。利用这些模拟波束形成器和RF链激活，基于通过给定模拟波束形成器观察到的瞬时有效信道信息来联合优化正则化迫零（RZF）数字波束形成器。通过仿真验证了混合预编码算法的有效性，并通过分析阐明了混合预编码算法的设计准则。
2017-09-22 cs.IT math.IT
RIS Configuration, Beamformer Design, and Power Control in Single-Cell and Multi-Cell Wireless Networks
可重构智能表面（RISs）最近吸引了广泛的兴趣，由于他们的能力，调谐无线传播环境，以提高系统性能的无线网络。本文研究了RIS辅助下的多用户无线网络，给出了几种场景下的资源分配算法。首先，信道估计的问题被认为是，并提出了一种算法，允许单独估计的移动用户到RIS和RIS到基站组件。然后，对于单用户系统的特殊情况，示出了三种可能的方法，以优化相对于在基站处使用的波束形成器和RIS相移的信噪比。接下来，对于具有两个小区的多用户系统，假设信道匹配波束成形，相对于基站发射功率和RIS相移配置，跨用户的下行链路信号与干扰加噪声比的几何平均值被最大化。在这种情况下，RIS被放置在小区边缘，并且一些用户由两个基站联合服务以提高系统性能。数值结果表明，所提出的程序是有效的，RIS带来了显着的性能改善无线系统。
2021-03-20 cs.IT eess.SP math.IT
Transmit Beamforming for Interference Exploitation in the Underlay Cognitive Radio Z-channel
本文介绍了新的发射波束形成方法的认知无线电（CR）Z信道。所提出的传输方案利用关于SBS处的干扰的非因果信息来重新设计CR波束成形优化问题。这样做的目的是通过利用次级链路中的相长干扰来提高次级用户的服务质量（QoS）。波束形成器的设计，以最大限度地减少最坏的次用户的符号错误概率（SEP）的约束下的瞬时总发射功率，在主链路的瞬时干扰的功率。该问题被表述为一个二元概率约束规划（BPCP）问题。我们表明，BPCP问题可以转化为一个凸优化问题，可以解决实际SEP，例如，屏障法。一个计算效率高的紧近似方法也被开发来计算近最优的解决方案。仿真结果和分析表明，该近似问题的平均每下行帧计算复杂性与传统的CR下行波束赋形问题相当。此外，所提出的方法提供了显着的性能改进相比，传统的CR下行链路波束成形，同时保证在瞬时的基础上，在传统的波束成形器的平均QoS保证的主用户的QoS。
2016-06-21 cs.IT math.IT
Distributed Weighted Sum-Rate Maximization in Multicell MU-MIMO OFDMA Downlink
本文研究了多小区多用户正交频分多址网络下行链路中的分布式线性波束形成问题。给出了在单基站发射功率约束下最大化加权和速率的快速收敛解.利用一系列基于干涉对齐（IA）分析的近似方法，将非凸加权和率最大化（WSRM）问题近似为半定松弛可解凸形式。WSRM优化是一个两阶段的优化过程。在第一阶段，IA条件得到满足。在第二阶段，基于IA的结果和高信号干扰噪声比的假设，得到非凸WSRM的凸逼近。与传统的迭代分布式算法相比，其中BS在每次迭代时交换附加信息，我们提出的解决方案的BS在迭代过程中局部优化其波束形成器而不报告附加信息。
2017-08-15 cs.IT math.IT
Non-Orthogonal Multiple Access For Near-Field Communications
本文提出近场非正交多址接入（NF-NOMA）通信概念，利用近场波束聚焦在角度和距离域实现NOMA，设计了SLB-NF-NOMA和MLB-NF-NOMA两种框架的混合波束成形与功率分配方案，数值结果表明其频谱效率和灵活性优于传统远场NOMA。
2023-05-19 cs.IT eess.SP math.IT
On Non-Orthogonal Multiple Access in Downlink
非正交多址接入（NOMA）在下行链路中讨论这封信。当与软频率复用相结合时，NOMA通过以远用户的数据率为代价来增加近用户的数据率而对用户公平性有害。
2016-05-24 cs.IT math.IT
Uplink-Downlink Duality Between Multiple-Access and Broadcast Channels with Compressing Relays
上行链路-下行链路对偶性是指在和功率约束下，具有厄米转置信道矩阵的高斯多址信道和高斯广播信道的容量区域是相同的。本文将这一结果推广到一个合作的蜂窝网络中，在该网络中，远程接入点被部署为中继，在中央处理器（CP）的协调下为用户提供服务。在该模型中，用户和中继通过有噪声的无线链路连接，而中继和CP通过无噪声但速率受限的前传链路连接。基于拉格朗日技术，本文建立了这样的多址中继信道和广播中继信道之间的对偶关系，假设中继使用基于压缩的策略。具体而言，我们表明，在相同的总发射功率约束和个人前传速率约束下，高斯多址接入和广播中继信道的可实现速率区域是相同的，当使用独立压缩或Wyner-Ziv和多变量压缩策略。关键的观察结果是，如果在中继器处的波束成形向量是固定的，则在上行链路和下行链路两者中的可实现速率和前传约束下的和功率最小化问题可以根据压缩技术被变换成线性规划或半定规划问题，并且上行链路和下行链路问题是彼此的拉格朗日方程。此外，对应于下行链路速率约束的对偶变量成为上行链路功率;对应于下行链路前传约束的对偶变量成为上行链路量化噪声。这种对偶关系使得能够实现用于基于上行链路优化下行链路传输和中继策略的有效算法。
2021-08-26 cs.IT eess.SP math.IT
An Efficient Rate-Splitting Multiple Access Scheme for the Downlink of C-RAN Systems
针对云无线接入网下行链路系统，研究了速率分裂多址接入（RSMA）传输技术的优化问题。RSMA的主要思想是将每个用户设备（UE）的消息拆分为私有和公共消息，并在发送器处执行叠加编码，以便在接收器处实现灵活的解码。实现理想的RSMA方案是具有挑战性的，特别是当存在许多UE时，因为公共信号的数量随着UE的数量呈指数增加。因此，提出了一种有效的RSMA方案，其使用线性增加数量的公共信号，使用分层聚类来选择其解码UE。通过数值计算结果，我们显示了传统的空分多址接入（SDMA）和非正交多址接入（NOMA）计划，以及在传统的RSMA计划，使用一个单一的公共信号的性能增益建议RSMA计划。
2019-07-03 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink and Downlink Rate Analysis of a Full-Duplex C-RAN with Radio Remote Head Association
本文分析了全双工云无线接入网（C-RAN）在所有参与和单个最佳远程无线头端（RRH）关联方案下的上行链路（UL）和下行链路（DL）速率。具体地，假设根据泊松点过程分布的多天线装备的RRH。分别使用UL和DL RRH处的接收和发送波束成形器设计来最大化单个最佳RRH关联方案的UL和DL总和速率。在单一最佳策略的情况下，我们研究了基于最大比合并/最大比传输（MRC/MRT）和迫零/MRT（ZF/MRT）处理的最优和次优方案。数值结果表明，显着的性能改善，可以通过使用全双工模式相比，半双工模式。此外，波束成形设计和RRH关联方案的选择对可实现的全双工增益具有主要影响。
2016-06-01 cs.IT math.IT
Computationally Efficient Robust Beamforming for SINR Balancing in Multicell Downlink
我们解决的问题，下行链路波束形成器的设计信号与干扰加噪声比（SINR）的平衡在多用户多小区环境与不完美的估计信道在基站（BS）。首先，我们提出了一个半定规划（SDP）的近似解决方案的问题。然后，作为我们的主要贡献，通过利用一些属性的强大的对应的优化问题，我们到达一个二阶锥规划（SOCP）的平衡问题的近似。所提出的基于SOCP的设计的优点是双重的。首先，与基于SDP的方法相比，它大大降低了计算复杂性。其次，它适用于广泛的不确定性模型。作为一个案例研究，我们调查的性能时，基站配备了一个庞大的天线阵列。数值实验证实，所提出的鲁棒设计在实际感兴趣的情况下取得了良好的效果。
2013-04-15 cs.IT math.IT
Outage Tradeoff Analysis in a Downlink Integrated Sensing and Communication Network
本文分析了下行链路MIMO通感一体化系统的随机性能，利用MRT波束成形器在感知与通信间共享资源，推导了用户速率与目标到达角估计CRLB的中断概率表达式，揭示了两者间的折中关系。
2023-05-24 cs.IT eess.SP math.IT
Robust and Secure Sum-Rate Maximization for Multiuser MISO Downlink Systems with Self-sustainable IRS
本文研究了一种可自我维持的智能反射表面（IRS），它可以同时从接收到的信号中反射和收获能量的多用户多输入单输出（MISO）下行链路通信。我们研究了联合设计的波束形成器在接入点（AP）和相移，以及能量收集时间表在IRS最大化系统和速率。该设计被制定为一个非凸优化问题，考虑到IRS元件的无线能量收集能力，安全通信，以及对信道状态信息（CSI）不完善的影响的鲁棒性。随后，我们提出了一个计算效率高的迭代算法，以获得一个次优的解决方案的设计问题。在每次迭代中，采用S-过程和逐次凸逼近来处理中间优化问题。仿真结果表明：（1）在系统总速率和IRS的自维持性之间存在一个非平凡的折衷关系：（2）所提出的方案所获得的性能增益在大量能量收集IRS元件的情况下是饱和的; 3）配备有小比特分辨率离散移相器的IRS足以实现相当大的系统总和-具有连续相移的理想情况的速率。
2021-08-04 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable-intelligent-surface-assisted Downlink Transmission Design via Bayesian Optimization
本文研究了可重构智能地面（RIS）辅助下行链路系统的传输设计。当RIS没有配备射频链时，信道状态信息（CSI）通常难以在基站（BS）处估计。在本文中，我们提出了一个下行链路传输框架与未知CSI通过贝叶斯优化。由于CSI在BS处不可用，因此我们将未知的目标函数视为黑盒函数，并将波束形成器、相移和接收滤波器作为输入。然后将目标函数分解为低维子函数之和，降低了算法的复杂度。通过在球坐标系中重新表达基站的功率约束，将原约束问题转化为等价的无约束问题。用户估计训练符号的和MSE作为目标值，并将其反馈给BS。我们假设一个高斯先验的反馈样本和下一个查询点的更新，通过最小化构造的采集函数。此外，该框架还可以应用于电力传输系统和公平性问题。仿真结果验证了该传输方案在下行数据传输和功率传输中的有效性。
2021-02-04 cs.IT math.IT
Smart Hybrid Beamforming and Pilot Assignment for 6G Cell-Free Massive MIMO
本文研究了Cell-Free大规模MIMO网络，其中每个接入点（AP）都配备了一个混合收发器，与全数字收发器相比，降低了复杂性和成本。渐近近似的频谱效率推导出上行链路和下行链路。利用这些表达式，最大-最小问题被公式化以优化（i）AP处的模拟波束形成器和（ii）导频分配。仿真结果表明，这些变量的优化大大提高了网络的性能。
2023-01-13 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access with Finite Blocklength for Short-Packet and Low-Latency Downlink Communications
速率分割多址接入（RSMA）是一种新兴的灵活而强大的多天线下行链路多址接入方式。在本文中，我们将RSMA的概念引入短分组下行链路通信。我们设计了最佳的线性预编码器，最大限度地提高了有限块长度（FBL）的限制和速率。研究了RSMA在不同网络负载和用户部署情况下的总速率与块长度之间的关系。数值结果表明，RSMA可以实现与非正交多址（NOMA）和空分多址（SDMA）相同的传输速率，具有更短的块长度（因此更低的延迟），特别是在过载的多天线网络。因此，我们得出结论，RSMA是一个有前途的多路访问的低延迟通信。
2022-07-12 cs.IT math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Downlink MIMO: A Generalized Power Iteration Approach
速率分离多址接入（RSMA）是用于下行链路多天线系统的通用多址接入方案，包括经典的空分多址接入和更近的非正交多址接入。寻找一个线性预编码策略，最大化的总和频谱效率的RSMA是一个具有挑战性的，但重要的问题。在本文中，我们提出了一种新的预编码器的设计框架，联合发现的线性预编码器的公共和私有消息的RSMA。我们的方法是第一次近似的非光滑最小函数的一部分，在总和频谱效率的RSMA使用LogSumExp技术。然后，我们重新制定的总和频谱效率最大化问题的形式的对数和的瑞利矩转换成一个易于处理的形式。通过解释的一阶最优性条件的重新制定的问题作为一个特征向量相关的非线性特征值问题，我们发现，导出的最优性条件的领导特征向量是一个局部最优解。为了找到领先的特征向量，我们提出了一个算法的启发幂迭代。仿真结果表明，所提出的RSMA传输策略提供了显着的改善相比，国家的最先进的RSMA传输方法的总频谱效率。
2022-06-02 cs.IT eess.SP math.IT
6G Downlink Transmission via Rate Splitting Space Division Multiple Access Based on Grouped Code Index Modulation
提出了一种基于分组码索引调制（GrCIM）的第六代（6 G）下行链路速率分裂空分多址（SDMA）传输方案。所提出的RSMA-GrCIM方案通过空分多址（SDMA）技术向多个用户设备（UE）发送信息，并利用码索引调制进行速率分割。由于CIM方案通过所选择的Walsh码的索引和二进制相移键控（BPSK）信号来传送信息比特，所以我们的RSMA方案通过索引来传送每个用户的私有消息，并且通过BPSK信号来传送公共消息。此外，沃尔什码集被分成几个正交的子集，以消除来自其他用户的干扰。利用最大似然（ML）检测器恢复源比特，并对每个用户的误码率上限进行了数学分析。我们提出的方案和传统的SDMA方案在频谱利用率，可用的UE数等方面进行了比较。数值结果验证了所提出的SDMA-GrCIM方案的有效性。
2021-03-01 cs.IT eess.SP math.IT
Design of Downlink Hybrid NOMA Transmission
针对下行传输场景，本文提出将NOMA作为传统TDMA网络附加模块的混合NOMA方案，推导了SISO场景下的性能解析结论并扩展到MISO近场场景，仿真验证其性能优于传统正交多址接入。
2024-01-30 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink and Uplink ISAC in Continuous-Aperture Array (CAPA) Systems
University of Alberta（阿尔伯塔大学）；Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）；The University of Hong Kong（香港大学）
本文提出基于连续孔径阵列的ISAC框架，通过三种波束成形设计提升通信和感知性能，并通过实验验证其在CR和SR方面的优势。
2025-07-20 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Robust MISO Downlink Precoder Design With Per-Antenna Power Constraints
本文考虑了多输入单输出（MISO）下行链路系统，旨在减轻在基站（BS）的信道状态信息（CSI）的不完善的影响的波束形成器的设计。该设计的目标是最小化指定的信号干扰噪声比（SINR）目标的中断概率，同时满足每天线功率约束（PAPC），并以较低的计算成本。基于对稳健波束形成的偏移最大化技术的见解，以及关于最优性条件的结构的观察，开发了涉及闭合形式表达式的评估的低复杂度迭代算法。为了进一步降低计算成本，算法被开发用于迫零（ZF）和最大比传输（MRT）波束成形方向的每个天线功率约束的变体。在MRT的情况下，我们的低复杂度版本的系统具有大量的天线可能是独立的利益。所提出的算法扩展到系统的PAPC和总功率约束。仿真结果表明，所提出的鲁棒设计可以提供显着的收益，在中断概率，同时满足PAPC。
2017-04-25 cs.IT math.IT
Efficiency Analysis of Decoupled Downlink and Uplink Access in Heterogeneous Networks
分析了上下行接入解耦的两层异构蜂窝网络。上行链路/下行链路解耦的基本性能优势最近已经被引入。在这里，我们通过分析系统的频谱和能量效率来提供对解耦机制的更详细的处理，因为这两个特性的联合改进对于即将到来的5G系统至关重要。相反，一个同质的用户域的共同假设，我们分析了两层用户域，其发射功率完全取决于关联过程。推导出的联合关联概率和分布的服务基站的距离提供了更深入的了解与解耦接入系统的基本原理。严格的理论分析表明，下行链路和上行链路的解耦与两级上行链路功率自适应提高了系统的频谱和能量效率。
2014-12-04 cs.IT math.IT
Blockage-aware Reliable mmWave Access via Coordinated Multi-point Connectivity
毫米波（mmWave）频段的基本挑战是无线电信道对阻塞的敏感性，这会导致不稳定的连接并影响系统的可靠性。为此，多点连接是确保所需速率和可靠性要求的有前途的方法。一个强大的波束形成器的设计，提出了提高通信的可靠性，通过利用空间宏分集和悲观估计率超过潜在的链路阻塞组合。具体来说，我们提供了一个阻塞感知算法的加权和速率最大化（WSRM）的问题，并行波束形成器处理分布式远程无线电单元（RRU）。非凸约束和耦合约束的组合通过连续凸近似（SCA）框架来处理，该框架通过求解Karush-Kuhn-Tucker（KKT）最优性条件系统来为每个SCA步骤提供封闭形式的解。与传统的协作多点（CoMP）方案不同，所提出的阻塞感知波束形成器设计具有每次迭代的计算复杂度，其数量级为RRU天线而不是系统范围的联合发射天线。这导致了一个实际的和计算效率高的实现，可扩展到任何任意的多点配置。在存在随机阻塞的情况下，所提出的方案被证明显着优于基线场景，并导致可靠的毫米波通信。
2021-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Downlink Multiuser MIMO: Precoder Optimization and PHY-Layer Design
速率分割多址接入（RSMA）最近已经作为用于下行链路多用户（MU）多天线通信的强大且鲁棒的多址接入和干扰管理策略出现。在这项工作中，我们研究了在下行链路MU系统中的RSMA方案的预编码器设计问题，完美和不完美的信道状态信息在发射机（CSIT）和评估的作用和好处发送多个公共流。与现有的作品，考虑单天线接收机（多输入单输出-MISO），我们提出并扩展了RSMA框架多天线接收机（多输入多输出-MIMO）和制定的预编码器优化问题的目的是最大限度地提高加权遍历和速率（WESR）。预编码器的优化解决了使用样本平均近似（SAA）连同建议的矢量化和加权最小均方误差（WMMSE）为基础的方法。RSMA的可扩展和自由度（DoF）是作为传输的公共和私有流的数量的递增函数导出的，这是进一步验证遍历和速率（ESR）性能使用蒙特卡罗模拟。基于线性预编码器和非正交多址（NOMA）方案的常规MU-MIMO被认为是基线。仿真结果表明，在CSIT不完善的情况下，RSMA的总DoF和ESR性能优于两种基线，并且随着传输公共流的数量增加而增加。此外，通过更好地管理干扰，RSMA不仅比基线方案具有显著的ESR增益，而且对CSIT不准确性、网络负载和用户部署更具鲁棒性。
2021-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
An uplink-downlink duality for cloud radio access network
上行链路-下行链路对偶性是指在相同的和功率约束下，高斯广播信道与对偶高斯多址信道具有相同的容量区域。本文研究了云无线接入网络（C-RAN）的上行链路和下行链路之间类似的二元关系，其中中央处理器（CP）通过使用有限容量前传链路连接到CP的多个远程无线电头端（RRH）协作为多个移动用户提供服务。这种C-RAN模型的上行链路对应于多址中继信道;下行链路对应于广播中继信道。本文考虑在上行链路和下行链路C-RAN中基于压缩的中继策略，其中量化噪声水平是前传链路容量的函数。如果前传容量是无限的，则应用传统的上行链路下行链路对偶。本文的主要结果是，即使当前传容量是有限的，对偶性继续保持的情况下，独立的压缩应用在每个RRH的意义上，当传输和压缩设计联合优化，上行链路和下行链路的可实现的速率区域保持相同的总功率和个人前传容量约束下。作为对偶结果的一个应用，下行链路C-RAN的功率最小化问题可以有效地解决其上行链路的基础上。
2016-06-29 cs.IT math.IT
Globally Optimal Beamforming Design for Downlink CoMP transmission with Limited Backhaul Capacity
本文考虑了一种多小区下行链路信道，其中多个基站（BS）通过联合预编码从中央处理器在有限容量的回程链路上传输的共享数据来协作地为用户服务。我们共同设计的波束成形器和BS用户链路选择，以便最大限度地提高总速率受到用户特定的信号干扰噪声（SINR）的要求，每BS回程容量和每BS功率约束。由于所考虑的问题的现有解决方案是次优的，其最优性仍然是未知的，由于缺乏全局最优的解决方案，我们提出了一个全局最优算法的兴趣问题的特点，这一差距。具体而言，所提出的方法是定制的分支定界算法应用于离散单调优化的通用框架。我们表明，所提出的算法收敛有限次数的迭代后，可以作为一个基准，现有的次优解决方案和那些将在未来开发类似的情况下。在这方面，我们数值比较所提出的最佳解决方案，以目前的最先进的，这表明，这种次优方法只能达到70%至90%的最佳性能。
2017-03-17 cs.IT math.IT
Parallax QAMA: Novel Downlink Multiple Access for MISO Systems with Simple Receivers
本文提出一种基于H-QAM和SDMA的新型下行多址接入系统Parallax QAMA，通过联合符号映射与相位对齐预编码，使接收机无需SIC即可低复杂度解调，实现了优于非SIC基准且可比SIC基准的速率域。
2025-06-29 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Automatic Repeat Request for Downlink Rate-Splitting Multiple Access
本文针对下行RSMA设计基于公共流重传的分层HARQ策略，以权衡吞吐量与可靠性，仿真证明其优于传统HARQ，并缩小与AMC的吞吐量差距，降低误包率和延迟。
2023-09-02 cs.IT eess.SP math.IT
Opportunistic Downlink Interference Alignment for Multi-Cell MIMO Networks
在本文中，我们提出了一个机会下行干扰对齐（ODIA）的干扰受限的蜂窝下行链路，智能地结合用户调度和下行IA技术。所提出的ODIA不仅有效地降低了来自其他小区基站（BS）的小区间干扰的影响，而且消除了同一小区中的空间流之间的小区内干扰。我们表明，实现目标自由度（DoF）所需的最小用户数量可以从根本上减少，即，与现有的下行链路IA方案相比，通过使用ODIA可以改进基本用户缩放定律。此外，在ODIA框架中采用了有限反馈策略，并分析了有限反馈系统实现与理想CSI系统相同的ODIA用户缩放定律所需的反馈比特数。为了进一步提高和速率，我们还对原始的ODIA进行了修改，从而实现了最佳的多用户分集增益，即，即使在存在下行链路小区间干扰的情况下，也可以针对每个空间流计算$\log\log N$，其中$N$表示小区中的用户数量。仿真结果表明，ODIA显着优于现有的干扰管理技术的总和速率在现实的蜂窝环境。注意，ODIA以非协作和解耦的方式操作，即，它不需要BS之间的信息交换，也不需要BS和用户之间的迭代波束形成器优化，从而导致更容易的实现。
2017-01-06 cs.IT math.IT
Comments on Downlink Non-Orthogonal Multiple Access: Relative Gain Subject to Near Sum-Rate Optimality
非正交接入技术最近在下一代无线网络的背景下重新获得了关注。由于相对于传统采用的正交接入技术的相对增益取决于许多因素，因此有兴趣通过考虑最简单的场景来获得见解，即所有节点都配备有单个天线的双用户下行链路（广播）信道。此外，我们专注于速率对的总和率optimality相对于广播信道的容量区域的附近。一个简单而明确的非正交传输相对于正交传输的相对增益的表征，在这些条件下获得的两个容量区域的直接后果。
2017-09-25 cs.IT math.IT
Downlink Asynchronous Non-Orthogonal Multiple Access with Quantizer Optimization
在这封信中，我们研究了两个用户的下行链路异步非正交多址接入（ANOMA）有限反馈。我们采用最大-最小准则的功率分配和推导出的最大-最小速率的上限和下限的封闭形式的表达式。结果表明，与NOMA相比，ANOMA可以以更低的反馈速率获得相同甚至更高的平均最大最小速率。此外，我们提出了一个量化器优化算法，适用于NOMA和ANOMA。仿真结果表明，与传统的均匀量化器相比，优化后的量化器显著提高了平均最大最小速率，尤其是在低反馈速率的情况下。
2020-05-27 cs.IT math.IT
Meta Distribution of Downlink Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in Poisson Networks
研究了下行非正交多址接入（NOMA）网络中覆盖概率的Meta分布。基于NOMA用户的位置评估两种方案：1）网络中的任何地方，2）仅小区中心用户。这两个计划的MD的时刻推导和MD近似通过β分布。对于第一种方案，导出了闭合形式的力矩;对于第二种方案，导出了精确和近似的力矩，以简化积分计算。我们表明，限制NOMA小区中心用户提供了显着更高的平均值，更低的方差和更好的百分位性能的CP。
2018-11-06 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
Study on Downlink Spectral Efficiency in Orthogonal Frequency Division Multiple Access Systems
在以往的正交频分多址（OFDMA）系统容量研究中，通常假设来自相邻小区的同信道干扰（CCI）是高斯分布的随机变量。然而，很少的工作表明，高斯假设不成立的OFDMA系统。本文研究了OFDMA系统下行链路CCI的统计特性，并基于推导出的统计模型分析了OFDMA系统下行链路的频谱效率。首先，在考虑路径损耗、多径衰落和类高斯发射信号的情况下，研究了下行OFDMA蜂窝系统中CCI的概率密度函数。此外，在特殊情况下，得到了概率密度函数的封闭表达式。推导结果表明，CCI的PDF具有厚尾，并明显偏离高斯分布。然后，基于推导的CCI的统计特性，推导下行链路频谱效率。数值和仿真结果证明了推导的统计CCI模型和频谱效率。
2014-06-19 cs.IT math.IT
A Novel Multi-Task Learning Empowered Codebook Design for Downlink SCMA Networks
稀疏码多址接入（SCMA）是一种很有前途的码域非正交多址接入（NOMA）方案，用于实现大规模机器类型的通信。在SCMA中，良好的稀疏码本设计和高效的多用户译码在过去几年中引起了极大的研究关注。本文的目的是利用深度学习，在自动编码器的辅助下，联合设计下行SCMA编码器和解码器。本文提出了一种基于端到端学习的SCMA（E2 E-SCMA）设计框架，并在此框架下得到了改进的稀疏码本和低复杂度的译码器。与传统的SCMA方案相比，我们的数值结果表明，所提出的E2 E-SCMA导致显着的改善，在出错率和计算复杂性。
2022-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink Non-Orthogonal Multiple Access without SIC for Block Fading Channels: An Algebraic Rotation Approach
本文研究了块衰落信道下的下行非正交多址接入问题。对于单天线的情况，我们提出了一类NOMA方案，其中所有用户的信号被映射到$n$维星座图中，这些星座图对应于来自数域的相同代数格，允许每个用户通过单用户解码获得全分集增益，即，没有连续干扰消除（SIC）。分析了该方案在任意功率分配因子下的最小乘积距离，并给出了其上界。在所提出的一类计划，我们还确定了一个特殊的家庭NOMA计划的基础上的基本理想格，其最小产品的距离可以很容易地控制格分区。我们的分析表明，在所提出的方案中，基于格划分的方案实现了最大的叠加星座的最小乘积距离，这是密切相关的符号出错率的接收机与单用户解码。仿真结果验证了我们的分析，并显示所提出的计划相比，基准NOMA计划的有效性。我们的设计扩展到多天线的情况下，也被认为是类似的分析和结果。
2019-05-23 cs.IT eess.SP math.IT
IRS-Enabled Backscattering in a Downlink Non-Orthogonal Multiple Access System
启用智能反射表面（IRS）的反向散射通信可以由接入点（AP）启用，该接入点将其发射信号分成调制和未调制部分。这封信集成了非正交多址（NOMA）与这种方法，以创建一个两个用户的主系统和IRS数据的辅助系统。考虑到解码顺序，我们最大限度地提高最强的主用户的速率，通过联合优化IRS相移，功率分配（PS）的因素在AP，NOMA功率系数，同时保证服务质量（QoS）的弱用户和IRS数据在主系统和辅助系统，分别。由此产生的优化问题是非凸的。因此，我们将其分为三个部分，并开发了交替优化（AO）算法。其优点是，我们得出了封闭形式的解决方案的PS因子和NOMA功率系数在前两个部分。在第三部分中，我们利用半定松弛（SDR）和惩罚技术来处理单位模约束优化相移。该算法实现了相当大的增益（例如，40- 68%）。
2022-09-02 cs.IT eess.SP math.IT
Outage Balancing in Downlink Non-Orthogonal Multiple Access With Statistical Channel State Information
本文研究了一种下行非正交多址接入（NOMA）系统，在该系统中，信源根据发送端的统计信道状态信息，以目标数据率向用户发送独立的信息。研究了用户间的中断平衡问题，考虑了功率分配、解码顺序选择和用户分组等问题。具体而言，关于最大最小公平性准则，我们推导出最佳功率分配的封闭形式，并证明了相应的最佳解码顺序的基本下行NOMA系统。通过为每个用户分配一个加权因子，分析结果可以用来评估下行NOMA系统在各种公平性约束下的中断性能。此外，我们调查的情况下，与用户分组，其中每个用户组可以被视为一个基本的下行链路NOMA系统。解决了不同用户组之间的功率和资源分配的相关问题。NOMA的实现复杂度问题也被认为是重点所造成的连续干扰消除和用户分组。通过仿真分析了该算法的复杂度和性能折衷，为NOMA的实际应用提供了有益的启示。仿真结果证实了我们的分析，并显示相当大的性能增益NOMA相比，正交多址。
2015-07-16 cs.IT math.IT
A Survey of Downlink Non-orthogonal Multiple Access for 5G Wireless Communication Networks
非正交多址接入（NOMA）技术被认为是下一代蜂窝通信网络中最有前途的多址接入技术。在本文中，我们首先讨论了一个简单的NOMA模型，两个用户同时由一个单一的载波服务，以说明其基本原理。然后，一个更一般的模型与多载波服务的任意数量的用户在每个子载波上也进行了讨论。概述了现有的工作，性能分析，资源分配，和多输入多输出NOMA的总结和讨论。此外，我们还讨论了NOMA的主要特征及其潜在的研究挑战。
2016-09-07 cs.IT math.IT
Downlink Throughput Driven Channel Access Framework for Cognitive LTE Femto-Cells
提出了一种基于感知的LTE认知毫微微小区信道接入优化框架，以最大化毫微微小区下行链路吞吐量为目标。认知毫微微小区在宏小区信道空闲时机会性地在宏小区信道上传输。通过使用能量检测的频谱感测来定位那些空闲信道。此外，采用周期性感知来检测感知结果的任何变化。可达到的最大毫微微小区下行链路吞吐量随着宏小区信道占用统计而变化。因此，LTE宏小区占用率使用指数分布混合来经验地建模。LTE认知毫微微小区下行链路吞吐量通过折衷传输效率、所探索的频谱机会和来自宏小区的干扰来最大化。最大限度地提高吞吐量的最佳周期感测间隔的解析解，并通过仿真验证。所获得的结果表明，确实有一个单一的周期性的感测间隔值，最大化LTE认知毫微微小区下行链路吞吐量。在宏小区流量的峰值，我们的框架增加了毫微微小区的吞吐量约15%相比，无意义的情况下。研究了机会接入的可用信道数的影响，发现对于三个以上的信道没有显著的影响。
2015-02-13 cs.IT math.IT
