Ensemble Properties of RVQ-Based Limited-Feedback Beamforming Codebooks
以接收信噪比损失和互信息损失为度量，研究了多输入多输出（MIMO）系统中用于有限反馈波束形成的随机矢量量化（RVQ）码书的总体性能。在相关MIMO设置中研究了非偏斜码本的最简单情况，并且这些损失度量被计算为反馈比特数（$B$）、发射天线尺寸（$N_t$）和空间相关性的函数。特别地，建立了：i）损失度量是两个分量的乘积-量化分量和信道相关分量; ii）量化分量，其对于具有独立同分布（i.i.d.）衰落随着$B$以速率$2^{-B/(N_t-1)}$增加而衰减; iii）信道相关分量反映信道的条件数。此外，接收到的SNR损失和信道的平方奇异值之间的精确连接被示出为舒尔凸优化关系。最后，研究了采用适当设计的固定偏斜矩阵对RVQ码本进行偏斜产生的偏斜码本的集成性能。基于对偏斜码本的损失表达式的估计，建立了最佳偏斜矩阵严格依赖于有效信道（真实信道与偏斜矩阵的乘积）和偏斜矩阵的条件数。
2012-07-06 cs.IT math.IT
ISAC with Backscattering RFID Tags: Beamforming and Codebook Design
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文研究了整合感知与通信的系统，通过反向散射RFID标签实现波束成形与码本设计，以优化标签探测与通信性能。
2026-04-16 cs.IT eess.SP math.IT
Learning Reflection Beamforming Codebooks for Arbitrary RIS and Non-Stationary Channels
可重构智能表面（RIS）在未来无线通信系统中将发挥重要作用。这些表面通常依赖于它们的反射波束成形码本来将信号反射并聚焦在目标接收器上。先前的工作主要考虑了预定义的RIS波束控制码本，其不适应环境和硬件并且导致大的波束训练开销。在这项工作中，开发了一种新的基于深度强化学习的框架，以有效地构建RIS反射波束码本。该框架采用多层设计方法，在多个RIS子阵列之间转移学习，加快了学习收敛速度，大大降低了大型RIS曲面的计算复杂性。所提出的方法是通用的同位/分布式RIS表面与任意阵列的几何形状和固定/非固定通道。此外，所开发的解决方案不需要明确的信道知识，并且使码本波束适应周围环境、用户分布和硬件特性。仿真结果表明，该学习框架可以在合理的迭代次数内学习到优化的交互码本。此外，仅使用6个波束，学习的码本优于256个波束的DFT码本，这显著降低了波束训练开销。
2021-10-05 cs.IT eess.SP math.IT
Effect of Finite Rate Feedback on CDMA Signature Optimization and MIMO Beamforming Vector Selection
分析了有限速率反馈对CDMA（码分多址）签名优化和MIMO（多输入多输出）波束形成矢量选择的影响。在CDMA签名优化中，对于特定的用户，接收机从码本中选择一个签名向量，以最好地避免来自其他用户的干扰，然后将相应的索引反馈给指定的用户。对于MIMO波束成形向量选择，接收机从给定的码本中选择波束成形向量以最大化吞吐量，并将相应的索引反馈给发射机。这两个问题是双重的：两者都可以被建模为从有限大小的码本中选择单位范数向量以“匹配”随机生成的高斯矩阵。在签名优化中，需要最小匹配，而最大匹配优选用于波束成形选择。假设反馈链路是速率受限的，我们的主要结果是一个精确的渐近性能公式的签名/波束形成向量的长度，干扰/信道矩阵的维数，和反馈速率接近无穷大的常数比。证明依赖于一个随机矩阵合奏的大偏差原则。此外，我们证明了从各向同性分布产生的随机码本不仅在平均上是渐近最优的，而且概率为1。
2007-03-02 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
Grip-Aware Analog mmWave Beam Codebook Adaptation for 5G Mobile Handsets
本文研究了5G毫米波（mmWave）手机用户手握对波束赋形码本设计的影响。高频结构模拟器（HFSS）是用来表征辐射场的14个可能的手柄配置文件的基础上，我们进行了实验。手阻塞对天线增益的损失可以高达20-25 dB，这意味着在设计波束码本时需要考虑可能的手握轮廓。具体来说，我们考虑三种不同的码本自适应方案：一个grip-aware方案，其中完美的知识的手握是可用的;一个半意识方案，其中只有应用程序（语音通话，消息等）。并且移动手持机的方位是已知的;以及与握持无关的方案，其中码本忽略手的阻挡。我们的研究结果表明，理想的抓地力感知计划可以提供超过50%的增益方面的球形覆盖的不可知方案，这取决于抓地力和方向。令人鼓舞的是，我们提出的更实用的半感知方案提供了接近完全抓握感知方案的性能。总的来说，我们证明了5G毫米波手机与5G前的手机不同：用户抓握需要明确地考虑到码本设计中。
2019-08-02 cs.IT math.IT stat.CO
Analog Beamsteering for Flexible Hybrid Beamforming Design in Mmwave Communications
在本文中，我们提出了一种模拟波束控制方法，使灵活的混合波束形成设计，可以实现性能接近奇异值分解（SVD）的数字波束形成与单用户的情况下。作为起点，假设使用具有无限精度的码本，我们在BS和UE侧应用天线阵列响应矩阵的转置作为模拟波束形成器。所得到的有效信道矩阵，包括传播信道和模拟波束形成器被证明是能够提供一个最大的可实现的速率非常接近基于SVD的数字波束形成在低到中等SNR。接下来，分析了有限大小码本对实际模拟波束形成器设计的影响。一个封闭形式的推导得到映射速率损失的天线数量，码本大小和接收的SNR。分析表明，为了实现性能可比的模拟波束形成与无限精度，码本大小应至少大于实现的天线的数量。因此，所提出的模拟波束形成方法可以独立设计，而无需考虑数字波束形成。这种方法可以导致灵活的混合波束形成架构的发展，其可以通过灵活的模拟波束选择来适应不断变化的传播环境，并通过适当的数字波束形成器设计来最大化空间复用增益。
2017-05-14 cs.IT math.IT
Learning Beamforming Codebooks for Active Sensing with Reconfigurable Intelligent Surface
University of Toronto（多伦多大学）；University of Melbourne（墨尔本大学）
本文针对上行链路定位主动感知场景，提出一种基于VQ-VAE和LSTM的波束成形码本构建与码字选择学习方法，避免了穷举波束训练的高导频开销，通过递归选择码字逐步聚焦用户并实现目标定位。
2025-03-31 cs.IT cs.LG eess.SP
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
Learning Beam Codebooks with Neural Networks: Towards Environment-Aware mmWave MIMO
按比例增加天线的数量是当前和未来无线通信系统的关键特性。然而，硬件成本和功耗促使大规模MIMO系统（尤其是在毫米波（mmWave）频带处）依赖于仅模拟或混合模拟/数字收发器架构。在这些架构下，毫米波基站通常使用预定义的波束成形码本进行初始接入和数据传输。然而，当前的波束码本通常采用单瓣窄波束并且扫描整个角空间。这导致高波束训练开销和可实现的波束成形增益的损失。在本文中，我们提出了一个新的机器学习框架学习波束形成码书在硬件受限的大规模MIMO系统。更具体地说，我们开发了一个神经网络架构，该架构考虑了硬件约束，并学习了适应周围环境和用户位置的波束码本。仿真结果突出了所提出的解决方案在学习多瓣波束和减少码本大小方面的能力，与经典码本设计方法相比，这导致了显著的增益。
2020-02-25 cs.IT eess.SP math.IT
Hierarchical Codebook Design and Analytical Beamforming Solution for IRS Assisted Communication
针对IRS辅助通信中波束搜索耗时问题，提出NCPD波束赋形算法及分层码本与两种训练方案，能灵活控制波束形状，显著降低错位率且时间复杂度恒定，适用于大尺寸IRS。
2023-08-03 cs.IT eess.SP math.IT
Common Codebook Millimeter Wave Beam Design: Designing Beams for Both Sounding and Communication with Uniform Planar Arrays
第五代（5G）无线网络预计将利用毫米波（mmWave）频率下可用的宽带宽来提高系统吞吐量。然而，毫米波链路的不利信道条件，例如，由于大气气体或水蒸气引起的更高的路径损耗和衰减阻碍了可靠的通信。为了补偿这些严重的损失，必须有大量的天线来产生尖锐和强大的波束进行定向传输。在本文中，我们考虑毫米波系统使用均匀平面阵列（UPA）天线，有效地将更多的天线在一个二维网格。混合波束成形设置也被认为是通过仅使用几个射频链组合多个天线来生成波束。我们专注于设计一组发射波束形成器，生成适合毫米波链路方向特性的波束，假设UPA和混合波束形成。我们首先定义UPA结构的理想波束图案。每个波束形成器被构造为最小化来自对应的理想波束图案的均方误差。仿真结果表明，该码本提高了毫米波系统的波束形成可靠性和数据率。
2017-02-03 cs.IT math.IT
Codebook Design for Composite Beamforming in Next-generation mmWave Systems
在追求更高频率的未使用频谱时，毫米波（mmWave）频段具有关键作用。然而，与毫米波通信相关联的高路径损耗和差散射突出了采用有效波束成形技术的必要性。为了有效地搜索波束以服务于用户和联合服务于多个用户，通常需要使用由多个不相交的波瓣组成的复合波束。复合波束覆盖多个期望的角度覆盖间隔（ACI），并且理想地在每个期望的ACI内具有最大和均匀的增益（平滑度），在期望的ACI之外具有可忽略的增益（泄漏），以及尖锐的边缘。我们提出了一种算法，设计这样的理想的复合码本，提供了一个解析的封闭形式的解决方案，具有低计算复杂性。在波束的增益、泄漏和平滑度之间存在基本的权衡。我们的设计允许实现不同的值，在这种权衡的基础上改变设计参数。我们强调了均匀线阵（ULA）在构建任意组合波束的缺点。因此，我们使用一个最近推出的双天线（THEORY）的天线结构，以有效地解决这些低效率。数值结果被用来验证理论研究结果。
2022-02-08 cs.IT eess.SP math.IT
Versatile Compressive mmWave Hybrid Beamformer Codebook Design Framework
混合波束成形（HB）架构对于具有大型天线阵列的无线通信系统是有吸引力的，因为模拟波束成形级可以显著减少RF收发器的数量，从而降低功耗。在HB系统中，由于基带处理对通信信道的间接访问以及由于波束对准之前的低SNR，信道估计（CE）变得具有挑战性。已经采用基于压缩感知（CS）的算法来通过利用毫米波多输入多输出（mmWave MIMO）信道的稀疏性质来解决这些挑战。在窄带CE的许多CS算法中，混合波束形成器是随机配置的，这并不总是产生恢复保证依赖于相干性的那些CS算法所期望的低相干感测矩阵。在本文中，我们提出了一个通用的确定性HB码本设计框架的CS算法与基于相干的恢复保证，以提高CE的准确性。仿真结果表明，与随机码本相比，该设计在基于移相器、开关和透镜的HB结构中可以获得更低的信道估计误差和更高的频谱效率。
2019-09-21 cs.IT math.IT
Antenna Placement and Performance Tradeoffs with Hand Blockage in Millimeter Wave Systems
毫米波系统的正在进行的商业部署使形状因子用户设备（UE）设计中的许多实际问题成为焦点。随着波长变得更小，天线增益模式变得定向，并且链路预算严重依赖于波束成形，为了良好的性能，在UE的不同位置处使用多个天线模块变得势在必行。虽然更多的天线/模块可以增强波束成形阵列增益，但它带来了更高的组件成本、相关联的射频电路的功耗以及在学习适当的波束权重时的波束管理开销的折衷。因此，良好UE设计的目标是以低波束管理开销、复杂度和成本在UE周围的整个球体上提供与良好阵列增益相对应的鲁棒球形覆盖。本文的范围是研究两种流行的商用毫米波UE设计（正面和边缘设计）对球面覆盖的影响。我们表明，模拟波束码本可以导致两种设计的良好性能，和边缘设计提供了一个更好的权衡稳健的性能（手阻塞），波束管理开销，从天线放置的角度来看，实现复杂性和成本。
2019-01-04 cs.IT math.IT
Airy Beamforming for Radiative Near-Field MU-XL-MIMO: Overcoming Half-Space Blockage
Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）；State Key Laboratory of Millimeter Waves, School of Information Science and Engineering, Southeast University（东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室）；Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）；Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；School of Electrical and Computer Science, Peking University（北京大学电子学与微电子学院）
本文提出利用Airy束自弯曲特性，通过优化波束成形轨迹和零点定向，实现半空间阻挡场景下的鲁棒多用户近场连接，提升频谱效率达35%。
2026-08-27 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamformer Codebook Design and Ordering for Compressive mmWave Channel Estimation
在毫米波（mmWave）通信系统中，利用大型天线阵列的波束成形对于克服高路径损耗至关重要。将全数字波束成形分为模拟和数字阶段可以提供实际实现所需的功耗的大幅降低和频谱效率的小幅损失。由于模拟级中的额外自由度及其伴随的硬件约束，开发具有这种有利权衡的算法是具有挑战性的。例如，在混合波束成形系统中，信道估计算法不直接观察信道，面对高信道计数，并且在发射-接收波束对准之前在低SNR下操作。由于毫米波信道在时域和波束域中是稀疏的，因此已经开发了许多压缩感知（CS）信道估计算法，其随机配置模拟波束形成器、数字波束形成器和/或导频符号。在本文中，我们提出设计确定性波束形成器和导频符号的开环信道估计。我们使用CS方法，依赖于低相干性的恢复保证，因此寻求最小化的压缩传感矩阵的相互相干性。我们还提出了一个预编码器列排序设计的导频符号。仿真结果表明，我们的波束形成器的设计减少了竞争方法的信道估计误差。
2019-09-21 cs.IT math.IT
Fairness-Oriented Multiple RISs-Aided MmWave Transmission: Stochastic Optimization Methods
在毫米波（mmWave）系统中，由于其对阻塞的存在的敏感性，确保通信的可靠连接是具有挑战性的。为了提高mmWave系统在随机阻塞情况下的鲁棒性，采用多个可重构智能表面（RIS）增强空间分集增益，并基于随机优化设计鲁棒波束形成，以最小化多个用户之间的最大中断概率，保证系统的公平性.在随机优化框架下，采用随机优化最小化（SMM）方法和随机逐次凸逼近（SSCA）方法，在每次迭代中构造新信道实现的确定性代理问题，得到基站处预编码矩阵和基站处无源波束形成向量的封闭解.这两种随机优化方法已被证明收敛到原来的随机问题的平稳点集。最后，仿真结果表明，与基准方案相比，所提出的鲁棒波束形成算法能够有效地补偿随机阻塞带来的性能损失，尤其是在高阻塞概率情况下。
2021-08-31 cs.IT eess.SP math.IT
Spatial-chirp Codebook-based Hierarchical Beam Training for Extremely Large-Scale Massive MIMO
针对近场XL-MIMO中角度与距离联合波束训练开销大的问题，提出基于空间啁啾码本的分层训练及流形优化增强方案，显著降低开销并提升波束赋形性能。
2023-08-15 cs.IT eess.SP math.IT
Multilevel beamforming for high data rate communication in 5G networks
大型天线阵列可用于生成高度聚焦的波束，其支持非常高的数据率和降低的能量消耗。然而，最佳波束聚焦需要来自用户的大量反馈以便选择最佳波束，特别是在频分双工（FDD）模式下。本文提出了一种在低多径环境中设计波束多级码本的方法。支持聚焦波束的天线设计被公式化为优化问题。根据覆盖要求构造多级波束码本。提出了一种迭代波束调度算法，通过搜索码本为给定用户选择最佳波束。该方法被应用到一个群众活动和农村的情况下，都使用基于事件的网络模拟器进行分析。这两种情况都获得了非常显著的收益。结果表明，越占主导地位的视线（LoS）的成分，更高的增益实现的多级波束形成。
2015-10-05 cs.IT cs.NI math.IT
Finite-Resolution Microwave Linear Analog Computer (MiLAC)-Aided Multiuser Beamforming
Imperial College London（帝国理工学院）
本文研究有限分辨率微波线性模拟计算机辅助的多用户波束成形，通过联合优化离散电纳和功率分配，并利用ADMM算法，以显著降低的连接性和有限分辨率逼近未量化全连接MiLAC的性能。
2026-09-29 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming-Codebook-Aware Channel Knowledge Map Construction for Multi-Antenna Systems
针对MIMO系统波束成形需求，提出基于TransUNet的CKM构建框架，融合DFT预编码向量，结合UNet与Transformer，RMSE较RadioWNet提升17%。
2025-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Fingerprint Based Beam Tracking for Millimeter Wave Communications
具有固定波束码本的波束成形结构由于低硬件成本而为毫米波（mmWave）通信提供了经济的解决方案。然而，搜索最佳波束成形配置的训练开销与码本大小成比例。为了提高波束跟踪的效率，我们提出了一个波束跟踪方案的基础上的信道指纹数据库，其中包括统计波束形成增益和用户位置之间的映射。该方案通过利用训练的波束配置并估计未训练的波束配置的增益来跟踪用户移动。仿真结果表明，该方案实现了显着的波束形成性能增益比现有的波束跟踪方案。
2019-12-25 cs.IT eess.SP math.IT
Enabling UAV Cellular with Millimeter-Wave Communication: Potentials and Approaches
为了支持高数据率紧急或自组织通信，我们考虑毫米波无人机蜂窝网络和相关的挑战和解决方案。为了实现快速波束形成训练和跟踪，我们首先研究了波束形成码本的分层结构，并通过子阵列技术设计具有不同波束宽度的分层码本。接下来我们研究了无人机运动引起的多普勒效应，发现当使用高增益定向传输时，多普勒效应可能不是灾难性的。我们进一步探讨了毫米波空分多址的使用，并展示了其在提高蜂窝网络容量方面的明显优势。我们还探讨了不同的方式来处理信号阻塞，并指出可能的自适应无人机巡航算法将是必要的，以抵消信号阻塞。最后，我们确定了无人机定位和定向毫米波用户发现之间的密切关系，前者的更新可能会直接影响后者，反之亦然。
2016-02-11 cs.IT math.IT
Robust Beam Codebooks for mmWave/THz Systems: Toward a Stochastic RL Approach
Institute of Computer Engineering, University of Lübeck（吕贝克大学计算机工程研究所）
本文提出一种鲁棒多智能体强化学习框架，通过环境反馈直接学习波束码书，克服硬件限制和不可预测的传播条件，验证了强化学习在毫米波/太赫兹大规模MIMO系统中的应用潜力。
2026-03-20 cs.IT cs.NI math.IT
Hierarchical ML Codebook Design for Extreme MIMO Beam Management
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文针对超大规模MIMO波束管理提出基于端到端学习的神经网络码本设计方法X-BM，实现初始接入8dB增益和频谱效率提升。
2023-11-24 cs.IT cs.LG cs.SY
Neural Networks Based Beam Codebooks: Learning mmWave Massive MIMO Beams that Adapt to Deployment and Hardware
毫米波（mmWave）和大规模多输入多输出系统是5G及以后的固有组件。这些系统依赖于将波束成形码本用于初始接入和数据传输。然而，当前的波束码本通常包括扫描所有可能方向的大量窄波束，即使这些方向从未被使用。这导致非常大的训练开销。此外，这些码本通常不考虑硬件损伤或可能的非均匀阵列几何形状，并且它们的校准是昂贵的过程。为了克服这些限制，本文开发了一种有效的在线机器学习框架，该框架学习如何使码本波束模式适应特定的部署、周围环境、用户分布和硬件特性。这是通过设计一种新的复值神经网络架构来完成的，在该架构中，神经元权重直接对模拟移相器的波束成形权重进行建模，考虑了诸如恒定模数和量化角度等关键硬件约束。该模型通过在线和自监督训练来学习码本波束，避免了对显式信道状态信息的需要。这考虑到信道不可用、不完美或难以获得的实际情况，特别是在存在硬件损伤的情况下。仿真结果突出了所提出的解决方案在学习环境和硬件感知波束码本中的能力，这可以显着减少训练开销，提高可实现的数据速率，并提高对可能的硬件损伤的鲁棒性。
2020-06-25 cs.IT eess.SP math.IT
Limited Feedback Hybrid Precoding for Multi-User Millimeter Wave Systems
天线阵列将是毫米波（mmWave）蜂窝系统中的重要组成部分。天线阵列的一个自然应用是同时向多个用户传输。遗憾的是，毫米波系统中的硬件约束使得难以在毫米波应用常规的较低频率多用户MIMO预编码技术。本文提出了低复杂度的混合模拟/数字预编码下行多用户毫米波系统。混合预编码涉及模拟和数字处理的组合，其灵感来自完整射频和混合信号硬件的功耗。所提出的算法配置混合预编码器在发射机和模拟组合器在多个接收机与一个小的训练和反馈开销。该算法的性能进行了分析，在高维制度和单径信道。当模拟和数字预编码矢量从量化码本中选择时，由于联合量化而导致的速率损失的特征在于，并且与仅模拟波束成形解决方案相比，给出了混合波束成形的性能的见解。分析和仿真结果表明，该技术与仅模拟波束形成方案相比，具有更高的和速率，并在较小码本下接近无约束数字波束形成的性能。
2015-03-05 cs.IT math.IT
Hand and Body Blockage Measurements with Form-Factor User Equipment at 28 GHz
人手/身体的阻塞是实现实际毫米波无线系统的重要障碍。阻塞建模的先前工作是基于双刀口衍射或其修改的理论研究，电磁效应的高频模拟，或实验毫米波原型的测量。虽然这样的研究是有用的，但是它们没有捕获用户设备（UE）的形状因子约束。在这项工作中，我们研究了在$28$ GHz下使用基于高通毫米波调制解调器、天线模块和波束成形解决方案的UE时手/身体阻塞的影响。我们报告了五个详尽的和对照的研究与不同类型的手握/握，天线类型，定向/窄波束。对于硬以及松散的手握，我们报告相当低的堵塞损失估计比以前的作品。估计损失的关键是UE周围的“感兴趣区域”（RoI）的定义，在该区域中可以看到手/身体的影响。为了实现这一目标，我们定义了一个ROI，其中包括空间区域，其中显着的能量被认为是在无阻塞或阻塞模式。我们的研究表明，显着的空间区域覆盖的改善，可以看到与松散的手握由于手反射。
2019-12-08 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Algorithm for Multiuser Wideband Millimeter-Wave Systems with Hybrid and Subarray Architectures
我们提出了一种波束形成算法的多用户宽带毫米波（mmWave）通信系统，其中一个接入点使用混合模拟/数字波束形成，而多个用户站具有相控阵与一个单一的RF链。该算法比文献中的其他算法运行在更一般的模式下，具有更低的计算复杂度和训练开销。在整个文件中，我们描述：i）新型波束形成器集合的构造ii）波束形成算法，其使用码本上的训练传输来选择使沿带宽的接收和功率最大化的波束形成器，以及iii）在毫米波WLAN的标准室内场景中使用通过统计和射线跟踪模型获得的信道对算法进行数值验证。我们的算法被设计为在宽带OFDM系统中服务于多个用户，并且不需要信道矩阵知识或特定的信道结构。此外，我们将天线的具体方面的分析，如天线耦合，元素辐射模式，和波束斜视。虽然没有其他的解决方案，本文研究的一般系统，我们的特征算法的可实现的速率，并表明，它达到了70%以上的频谱效率（1.5和3 dB的SNR损失之间）相对于理想的全数字波束形成在分析的情况下。我们还表明，对于某些特殊情况，我们的算法具有与文献中其他解决方案相似的总速率性能，同时提供显着更低的计算复杂性（与天线数量呈线性相关）和更短的训练开销。
2019-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Antenna Rotation and IRS Beamforming for Multi-User Uplink Communications
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Macau（澳门大学）
本文提出了一种联合天线旋转与IRS波束成形的多用户上行通信系统，通过优化3D旋转、接收波束成形和IRS相移，提升在物理遮挡和角度不匹配下的通信性能。
2026-01-16 cs.IT math.IT
Limited Feedback in Multiple-Antenna Systems with One-Bit Quantization
具有低分辨率模数转换器（ADC）的通信系统可以在发射机（CSIT）和接收机处利用信道状态信息。本文介绍了一位ADC有限反馈系统的码本设计和性能分析的初步结果。与高分辨率情况不同，当接收信号由1位ADC切片时，接收器处的绝对相位对于对齐接收信号的相位很重要。提出了一种新的码本设计波束形成的情况下，分别量化的信道方向和残余相位。
2015-12-21 cs.IT math.IT
Effect of Wideband Beam Squint on Codebook Design in Phased-Array Wireless Systems
使用相控阵的模拟波束成形是用于毫米波频率的5G无线通信的有前途的技术。使用由多个模拟波束组成的离散码本，每个波束聚焦于一定范围的到达角或离开角，并且由于实际硬件考虑而对应于跨频率的一组固定相移。然而，对于足够大的带宽，相控阵列提供的增益实际上是频率相关的，这是一种称为波束偏斜的效应，并且即使天线元件的辐射图案是频率无关的，也会发生这种效应。本文研究了均匀线阵波束偏斜的性质，分析了其对码本设计的影响，并将其作为天线数量和由载波频率归一化的系统带宽的函数。码本设计的标准是保证对于宽带系统中的角度范围和所有频率的每个波束的最小增益超过目标阈值，例如比阵列的最大增益低3dB。分析和数值例子表明，需要更密集的码本来补偿波束偏斜。例如，与忽略波束偏斜的码本设计相比，需要多54%的波束，用于具有在73 GHz的载波频率和2.5 GHz的带宽下操作的32个天线的MIMO。此外，如果另一个是固定的，则具有该设计准则的波束偏斜限制了阵列的带宽或天线数量。
2016-09-22 cs.IT math.IT
Design and Prototyping of Hybrid Analogue Digital Multiuser MIMO Beamforming for Non-Orthogonal Signals
为了实现用户分集和复用增益，通常应用全数字预编码多输入多输出（MIMO）架构。然而，大量的射频（RF）链使得该系统对于低成本通信是不现实的。因此，针对低成本多用户MIMO系统中的非正交IoT信号，提出了一种实用的三级混合模数预编码架构，占用较少的RF链。非正交波形可以灵活地节省大量设备连接的频谱资源，或者在不消耗额外频谱资源的情况下提高数据速率。混合预编码分为模拟域、数字域和波形域三个阶段。基于码本的波束选择通过仅相位调谐简化了模拟域波束形成。数字域预编码可以微调码本形状的波束，并在信号幅度和相位方面解决多用户干扰。最后，波形域预编码管理非正交信号的自生载波间干扰（ICI）。这项工作设计了在软件定义无线电（SDR）设备上的全数字和混合预编码系统的空中信号传输实验。结果表明，波形预编码精度可以提高混合预编码。与具有相同RF链资源的发射机相比，混合预编码的性能显著优于全数字预编码，误差向量幅度（EVM）增益高达15.6 dB。具有相同数量天线的全数字系统显然需要更多的RF链，因此具有低功耗、空间和成本效益。因此，所提出的三阶段混合预编码是非正交物联网应用的非常合适的解决方案。
2019-11-28 cs.IT eess.SP math.IT
On the feasibility of beamforming in millimeter wave communication systems with multiple antenna arrays
毫米（mm）波频谱用于下一代（5G）移动通信最近已经获得了显著的关注。毫米波频率处的小载波波长使得能够合成紧凑的天线阵列，从而提供补偿增加的传播损耗的波束成形增益。在这项工作中，我们研究了在毫米波系统中采用多个天线阵列来获得分集/复用增益的可行性，其中每个阵列都能够独立地进行波束成形。考虑基于码本的波束成形系统（例如，以便于有限的反馈），我们观察到，即使对于非常合理的系统参数，优化多个阵列上的波束形成方向的\emph{jointly}的复杂性也是非常令人望而却步的。为了克服这一瓶颈，我们开发了复杂度降低的算法，用于优化波束形成方向的选择，在稀疏的多径结构的毫米波信道。具体而言，我们通过将注意力限制在一小组主导候选方向上来降低联合波束成形搜索空间的基数。为了获得主导方向集，我们开发了两种互补的方法：（a）基于一种新的空间功率度量的计算;对该度量的详细分析表明，在大天线阵列的限制下，所选择的候选方向接近信道的主要到达角和离开角，并且（b）精确估计信道的（长期）主要到达角，利用跨不同接收器子阵列接收的信号的相关性。我们的方法使优化搜索空间的大幅减少（减少100倍），同时提供接近最佳性能，从而表明在毫米波系统中实现分集和复用增益的潜在可行性。
2014-10-21 cs.IT math.IT
Flexible Unsupervised Learning for Massive MIMO Subarray Hybrid Beamforming
École Polytechnique de Montréal（蒙特利尔工程学院）
混合波束形成是一种很有前途的技术，以提高大规模MIMO系统的能量效率。特别地，子阵列混合波束形成可以通过减少移相器的数量来进一步降低功耗。然而，由于子阵连接和相移量的离散性，设计混合波束形成矢量是一项复杂的任务。找到RF链和天线之间的最佳连接需要在大的搜索空间中解决非凸问题。此外，传统的解决方案假设完美的CSI是可用的，这在实际系统中并非如此。因此，我们提出了一种新型的无监督学习方法来设计适用于任何子阵列结构的混合波束形成，同时支持量化移相器和有噪CSI。所提出的架构的一个主要特点是，没有波束形成码本是必需的，和神经网络的训练，以考虑相移量化。仿真结果表明，所提出的深度学习解决方案可以实现比现有方法更高的总速率。
2022-08-10 cs.IT cs.LG eess.SP
Robust and Secure Blockage-Aware Pinching Antenna-assisted Wireless Communication
University of New South Wales（新南威尔士大学）
本文研究了一种考虑阻塞的捏压天线（PA）系统，用于安全且鲁棒的无线通信。系统由配备多个波导的基站组成，每个波导承载多个PA，并在存在多天线窃听者的情况下为多个单天线合法用户服务。为保护保密传输，故意注入人工噪声（AN）以降低窃听通道。考虑到传统线性CSI误差界限在空间分布PA架构中过于保守，我们开发了新的几何感知不确定性集，共同表征窃听者位置和阵列方向误差。基于这些集，我们提出一个鲁棒的联合优化问题，确定每个波导波束成形和AN协方差、单个PA功率比分配以及PA位置，以最大化系统总速率，同时满足保密约束。该高度非凸设计问题通过低计算复杂度的迭代算法高效解决，该算法利用块坐标下降、基于惩罚的方法、主要化最小化、S过程和基于Lipschitz的替代函数。仿真结果表明，所提出算法实现的总速率比传统固定天线系统高4.7 dB，提供了显著改进的速率和保密性能。特别是（i）自适应PA定位保持了到合法用户的直视路径，同时有效利用波导几何结构来干扰窃听通道，（ii）忽略PA系统中的阻塞效应显著影响系统设计，导致性能下降和保密保障不足。
2026-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
