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
Joint Activity Detection and Channel Estimation for Massive IoT Access Based on Millimeter-Wave/Terahertz Multi-Panel Massive MIMO
多面板阵列作为一种最先进的天线封装技术，由于其低成本部署和可扩展配置，非常适合毫米波（mmWave）/太赫兹（THz）系统。但在非均匀阵列结构的情况下，它会导致棘手的信号处理。基于这样的阵列结构在基站，本文研究了一种联合主动用户检测（AUD）和信道估计（CE）方案的压缩感知（CS）的应用于大规模物联网（IoT）。具体而言，通过利用mmWave/THz大规模物联网接入信道的结构化稀疏性，我们首先将基于多面板大规模多输入多输出（mMIMO）的联合AUD和CE问题表示为多测量向量（MMV）-CS问题。然后，我们利用期望最大化（EM）算法来学习先验参数（即，噪声方差和稀疏比），提出了一种正交近似消息传递（OAMP）-EM-MMV算法。我们的仿真结果验证了改进的AUD和CE性能相比，传统的CS为基础的算法所提出的计划。
2022-09-11 cs.IT math.IT
Millimeter Wave and Sub-Terahertz Spatial Statistical Channel Model for an Indoor Office Building
毫米波（mmWave）和亚太赫兹（THz）频率预计将在6 G无线系统及以后发挥至关重要的作用，因为它们具有数十GHz的巨大可用带宽。本文基于2014年至2020年在室内办公室环境中进行的28和140 GHz的广泛无线电传播测量，提出了一种针对毫米波和亚太赫兹频率的室内三维空间统计信道模型。全向和定向路径损耗模型和信道统计数据，如时间簇的数量，集群延迟，集群功率来自超过15,000测量功率延迟配置文件。由此产生的信道统计数据表明，时间集群的数量遵循泊松分布，每个集群内的子路径的数量遵循复合指数分布的LOS和NLOS环境在28和140 GHz。本文提出了一个统一的室内统计信道模型的毫米波和亚太赫兹频率以下的数学框架，以前的室外NYUSIM信道模型。开发了相应的室内信道模拟器，该模拟器可以针对高达150 GHz的任意毫米波和亚太赫兹载波频率、信号带宽和天线波束宽度重建3D全向、定向和多输入多输出（MIMO）信道。本文提出的统计信道模型和仿真器将指导未来6 G及以后的空中接口、波束成形和收发器设计。
2021-03-31 cs.IT math.IT
Beam-Based Multiple Access for IRS-Aided Millimeter-Wave and Terahertz Communications
本文提出一种基于波束的IRS辅助毫米波与太赫兹通信多址接入策略，利用混合数模阵列的多个子阵列形成独立波束以消除用户间干扰，结合正交与非正交多址优势，经仿真验证大幅提升了系统容量。
2024-01-02 cs.IT eess.SP math.IT
Initial Access for Millimeter-Wave and Terahertz Communications with Hybrid Beamforming
为了在第六代（6G）移动系统中实现每秒太比特（Tbps）的数据率，无线通信需要利用毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频带中的丰富频谱。然而，高频传输严重依赖于高波束成形增益来补偿严重的传播损耗。基于波束的系统在初始接入过程中面临障碍，其中基站必须向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。因此，本文提出了一种新的全向广播方案的毫米波和太赫兹系统与混合波束形成。它通过在子阵列上形成互补波束，在所有方向上提供瞬时相等的增益。数值结果表明，该方案可以实现全方位覆盖，其性能明显优于已有方案。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter-wave Extended NYUSIM Channel Model for Spatial Consistency
常用的基于丢弃的信道模型不能满足毫米波（mmWave）信道建模的空间一致性要求，其中需要考虑瞬时运动或紧密间隔的用户。具有\textit{spatial consistency}的信道模型可以捕获当用户移动时或者当多个用户在室外场景中在局部区域中彼此接近（例如10 m内）时信道的平滑变化。需要空间一致性来支持第五代（5G）毫米波移动网络中大规模多输入多输出（MIMO）和多用户MIMO的波束成形和波束跟踪测试。本文提出了一种信道模型的扩展和空间一致性的相关实现在NYUSIM信道仿真平台。随着一个数学模型，我们使用的测量，用户沿着一条街道移动，并在一个拐角处超过75米的路径长度，以获得几个关键参数，如相关距离和集群的出生和死亡率的现实值，这表明提供空间一致性NYUSIM在城市微小区街道峡谷的情况。
2018-08-21 cs.IT math.IT
Initial Beamforming for Millimeter-Wave and Terahertz Communications in 6G Mobile Systems
为了满足太比特每秒的最高数据率的需求，下一代移动通信系统需要充分利用毫米波和太赫兹波段丰富的频谱资源。然而，高频传输严重依赖于大规模天线阵列来获得高波束成形增益，用于补偿严重的传播损耗。它提出了在初始接入阶段期间的全向波束成形的问题，其中基站需要向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。本文提出了一种新的初始波束形成方案，该方案通过形成一对互补波束在各个方向上提供相等的瞬时增益。数值结果表明，该方法可以实现全向覆盖，其性能明显优于随机波束形成方法。它适用于任何形式的大规模阵列，以及所有三种架构，即，数字、模拟和混合波束形成。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
A Power Efficiency Metric for Comparing Energy Consumption in Future Wireless Networks in the Millimeter Wave and Terahertz bands
未来的无线蜂窝网络将利用毫米波和亚太赫兹频率，并部署小小区基站，以实现每个用户每秒数百兆比特的数据率。向亚太赫兹频率的转变将需要注意可持续性和尽可能减少功率，以减少碳足迹，同时为大量资源受限的设备保持足够的电池寿命。本文采用一种新的度量标准--功率浪费因子（$ W $），对未来无线网络的功耗进行了分析，为未来无线网络的绿色技术--“绿色G”的研究和开发提供了依据。使用$ W $，可以通过量化级联信号路径上所有器件浪费的功率来考虑功率效率。然后，我们表明，消费效率因子（$CEF$），定义为达到的最大数据率的总功耗的比率，是一种新的和强大的衡量功率效率，显示更少的能量每比特的细胞大小缩小和载波频率和信道带宽增加。我们的研究结果提供了一个标准的方法来计算和比较功耗和能源效率。
2023-01-14 cs.IT math.IT
A Novel Millimeter-Wave Channel Simulator and Applications for 5G Wireless Communications
本文介绍了一种名为NYUSIM的新型信道仿真软件的详细信息和应用，该软件可用于生成逼真的时间和空间信道响应，以支持第五代（5G）蜂窝通信的逼真物理和链路层仿真和设计。NYUSIM建立在由纽约大学（NYU）的研究人员开发的宽带毫米波（mmWave）无线通信系统的统计空间信道模型之上。该模拟器适用于较宽的载波频率范围（500 MHz至100 GHz），射频（RF）带宽（0至800 MHz），天线波束宽度（方位角为7至360度，仰角为7至45度）和操作场景（城市微小区、城市宏小区和农村宏小区），并且还在发射器和接收器处并入多输入多输出（MIMO）天线阵列。本文还提供了示例来演示如何使用NYUSIM来分析MIMO信道条件和频谱效率，这表明NYUSIM是与第三代合作伙伴计划（3GPP）和毫米波频段的其他信道模型相比的替代和更现实的信道模型。
2017-03-31 cs.IT math.IT
Millimeter-wave and Terahertz Spectrum for 6G Wireless
随着5G的标准化，商用毫米波（mmWave）通信已经成为现实，尽管人们对这些频率的不利传播特性存在种种担忧。尽管5G系统仍在推出，但有人认为，它们的每秒千兆比特速率可能无法支持许多新兴应用，如3D游戏和延展实境。此类应用将需要数百千兆比特每秒至数太比特每秒数据率，同时具有低延迟和高可靠性，这有望成为下一代6G通信系统的设计目标。鉴于太赫兹（THz）通信系统在短距离内提供此类数据率的潜力，它们被广泛认为是无线通信研究的下一个前沿。本章的主要目标是为读者提供有关毫米波和太赫兹频段的足够背景知识，以便他们能够理解在当前无线环境中使用这些频段进行商业通信的必要性，并推理在这些频段上运行的通信系统的关键设计考虑因素。为了实现这一目标，本章提供了一个统一的处理这些频段，特别强调其传播特性，信道模型，设计和实施的考虑，以及潜在的应用6G无线。还简要介绍了目前与将这些波段用于商业通信应用有关的标准化活动。
2021-02-20 cs.IT math.IT
3-D Statistical Indoor Channel Model for Millimeter-Wave and Sub-Terahertz Bands
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）将用于第六代（6 G）无线系统，特别是用于室内场景。本文提出了一种针对毫米波和亚太赫兹频率的室内三维（3-D）统计信道模型，该模型是根据2014年和2019年在28 GHz和140 GHz的办公楼中进行的广泛信道传播测量开发的。记录了超过15，000个功率延迟曲线（PDP），以研究信道统计数据，例如时间簇的数量、簇延迟和簇功率。信道生成过程中所需的所有参数都来自28 GHz和140 GHz视距（LOS）和非视距（NLOS）场景的经验测量数据。信道模型的验证表明，模拟的均方根（RMS）延迟扩展和RMS角扩展产生良好的协议与测量值。在NYUSIM室外信道模拟器的基础上，开发了一个室内信道模拟软件，该软件可以生成真实的信道冲激响应、PDP和功率角谱。
2020-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Spectrum Wireless Communications for 6G and Beyond: From Microwave, Millimeter-Wave, Terahertz to Lightwave
本文提出全频谱无线通信（FSWC）概念，利用从微波到光波的整个电磁频谱资源，为6G提供充足带宽并开创新范式，并探讨太赫兹与光波段的机遇和挑战。
2023-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Triple-Band Scheduling with Millimeter Wave and Terahertz Bands for Wireless Backhaul
随着移动业务需求的爆炸式增长，密集部署的宏小区下的小小区对于5G及更高级别的无线网络具有巨大的潜力。在本文中，我们考虑的问题，支持不同的QoS要求的业务流，利用三个高频段，即，28GHz频带、E频带和太赫兹（THz）频带。三个频带的合作有助于最大化满足QoS要求的流的数量。为了解决制定的非线性整数规划问题，我们提出了一个三带调度方案，可以选择最佳的调度频带之间的三个不同的频带为每个流。所提出的方案还有效地利用资源调度流传输的时隙。大量的模拟表明，该计划的优越性能超过三个基线计划的完成流的数量和系统吞吐量。
2022-05-28 cs.IT cs.NI 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
ns-3 Implementation of Sub-Terahertz and Millimeter Wave Drop-based NYU Channel Model (NYUSIM)
针对3GPP SCM信道模型适用频段窄、过于简化的问题，本文在ns-3中实现了支持0.5-150 GHz、覆盖五类场景的基于drop的NYUSIM信道模型，助力未来亚太赫兹无线网络的算法与协议研究。
2023-05-02 cs.IT math.IT
Impact of Spatially Consistent Channels on Digital Beamforming for Millimeter-Wave Systems
大规模多输入多输出（MIMO）的前提是基于相干传输和检测。大部分关于大规模MIMO的大量文献提出了简化的统计传播模型上的性能评估。所有这些模型都是基于丢弃的，并且不能确保信道参数的连续性。在本文中，我们量化的空间一致性（SC）模型的大规模MIMO系统的波束成形的影响。我们专注于一个28 GHz的多用户城市微蜂窝场景的下行链路。使用最近标准化的第三代合作伙伴计划38.901 SC-I过程，我们评估的信号与干扰加噪声比的用户设备和系统遍历和频谱效率与迫零，块对角化，和信号泄漏加噪声比波束成形。我们的研究结果表明，在实际的信噪比水平，SC信道产生显着的性能损失相对于没有SC的情况下，由于大量的空间相关性的信道参数。
2020-03-03 cs.IT eess.SP math.IT
Network Massive MIMO Transmission Over Millimeter-Wave and Terahertz Bands: Mobility Enhancement and Blockage Mitigation
移动性和阻塞是毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频段上的无线传输中的两个关键挑战。在本文中，我们研究了移动性和阻塞的存在下，网络的大规模多输入多输出（MIMO）传输毫米波/太赫兹下行链路。考虑到毫米波/太赫兹波的传播特性，我们首先提出将每个波束同步应用于网络大规模多输入多输出，以减轻信道多普勒和延迟色散效应。因此，我们建立了一个传输模型。然后，我们研究网络大规模多输入多输出下行链路传输策略，只有统计信道状态信息（CSI）在基站（BS），制定的策略设计问题作为一个优化问题，以最大限度地提高网络总速率。我们表明，波束域是有利的执行传输，并证明BS可以单独工作时，发送信号到用户终端。基于这些见解，网络大规模多输入多输出预编码设计被简化为关于波束域功率分配的网络和速率最大化问题。利用序贯优化方法和随机矩阵理论，进一步提出了一种保证收敛性能的波束域功率分配迭代算法。数值结果表明，所提出的基于统计CSI的网络大规模多输入多输出传输方法可以有效地缓解阻塞效应，并在毫米波和太赫兹频段上提供移动性增强。
2020-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
Reinforcement Learning of Beam Codebooks in Millimeter Wave and Terahertz MIMO Systems
毫米波（mmWave）和太赫兹MIMO系统依赖于预定义的波束成形码本来进行初始接入和数据传输。然而，由于是预定义的，这些码本通常没有针对特定环境、用户分布和/或可能的硬件损伤进行优化。这导致具有高波束训练开销的大码本大小，这增加了初始接入/跟踪延迟，并且使得这些系统难以支持高度移动的应用。为了克服这些限制，本文开发了一种深度强化学习框架，该框架学习如何仅依赖于接收功率测量而不需要任何显式信道知识来迭代优化码本波束图案（形状）。开发的模型学习如何自主调整波束模式，以最好地匹配周围环境，用户分布，硬件损伤和阵列几何形状。此外，该方法不需要关于信道、阵列几何形状、RF硬件或用户位置的任何知识。为了减少学习时间，所提出的模型设计了一种新的Wolpertinger变量架构，能够有效地搜索一个最优的政策，在一个大的离散动作空间，这是重要的大型天线阵列与量化移相器。这种复值神经网络架构设计考虑了实际RF硬件约束，例如恒模和量化移相器约束。基于公开可用的DeepMIMO数据集的仿真结果证实了所开发的框架能够在不需要任何信道知识的情况下学习视线（LOS）和非LOS场景以及具有硬件损伤的阵列的接近最佳波束模式。
2021-02-22 cs.IT eess.SP math.IT
Base Station Diversity Propagation Measurements at 73 GHz Millimeter-Wave for 5G Coordinated Multipoint (CoMP) Analysis
本文介绍了宽带（1 GHz）基站分集和协调多点（CoMP）风格的大规模测量在73 GHz的城市微小区开放广场的情况下，在纽约布鲁克林市中心的纽约大学校园。测量由行人水平（1.4米）处的十个随机接收器位置和灯柱水平（4.0米）处的十个随机发射器位置组成，其提供36个单独的发射器-接收器（TX-RX）组合。对于36个无线电链路中的每一个，进行了广泛的定向测量，以深入了解毫米波（mmWave）频段的小小区基站分集。在发射机（TX）和接收机（RX）分别使用具有7度和15度半功率波束宽度（HPBW）的高增益可操纵喇叭天线。对于每个TX-RX组合，TX天线在120度扇区上扫描，RX天线在最强RX仰角平面和最强仰角两侧的两个其他仰角平面上的整个方位平面上扫描，由15度HPBW分开。推导了定向和全向路径损耗模型，并与文献结果吻合良好。从服务于单个RX位置的一到五个基站的测量导出的信号接收概率示出了在所有潜在的波束成形RX天线指向角上的显著覆盖改善。用于定向天线的最近邻和Best-N全向路径损耗和小区中断概率的CDF为将利用宏分集和CoMP的未来毫米波小小区的覆盖和干扰提供了见解。
2017-10-10 cs.IT 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
Cross Far- and Near-Field Beam Management Technologies in Millimeter-Wave and Terahertz MIMO Systems
本文综述了毫米波与太赫兹MIMO系统中的跨远场和近场波束管理技术，按方法分类探讨了不同传播机制下的操作差异与设计权衡，并指出了未来的开放性挑战。
2025-04-26 cs.IT eess.SP math.IT
Online Beam Learning with Interference Nulling for Millimeter Wave MIMO Systems
采用大型天线阵列是毫米波（mmWave）和太赫兹通信系统的关键特性。由于硬件的限制和缺乏信道知识，通常采用基于码本的波束形成/合并来实现期望的阵列增益。然而，大多数现有的码本只关注提高其目标用户的增益，而没有考虑干扰。这可能导致密集网络中的关键性能下降。在本文中，我们提出了一种基于样本高效在线强化学习的波束方向图设计算法，该算法学习如何对波束方向图进行整形以消除干扰方向。所提出的方法不需要任何显式的信道知识或任何协调的干扰。仿真结果表明，所开发的解决方案是能够学习形状良好的波束图案，显着抑制干扰，同时牺牲可容忍的波束成形/梳增益从所需的用户。此外，基于毫米波相控阵的硬件概念验证原型被构建并用于在现实场景中实施和评估所开发的在线波束学习解决方案。在消声室中测量的学习波束图案显示了所开发框架的性能增益，并突出了毫米波和太赫兹系统的基于机器学习的波束/码本优化方向。
2022-09-09 cs.IT eess.SP math.IT
Ergodic Achievable Rate Maximization of RIS-assisted Millimeter-Wave MIMO-OFDM Communication Systems
可重构智能表面（RIS）是近年来受到广泛关注的一个领域。然而，大多数研究集中在窄带和/或瞬时信道状态信息（CSI）的场景，而使用毫米波（mmWave）（包括亚太赫兹）频谱的宽带是下一代无线通信的主要趋势，并且统计CSI在现实系统中更实用。因此，我们{考虑}各态历经的可实现的速率的RIS辅助毫米波多输入多输出正交频分复用通信系统。采用广泛使用的Saleh-Valenzuela信道模型来表征毫米波信道，并且仅统计CSI可用。首先利用优控制理论和Jensen不等式导出了遍历可达速率的近似表达式。然后，提出了一种交替优化算法，通过联合设计在基站的发射协方差矩阵和反射系数在RIS的遍历可达速率最大化。具体地说，发射协方差矩阵的设计转化为一个功率分配问题，并解决了空间频率注水。反射系数采用黎曼共轭梯度法进行优化。仿真结果证实了所提算法的有效性。
2022-11-03 cs.IT math.IT
Pinching-Antenna-Assisted Terahertz Communications: Modeling and Benchmarking
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）
研究将夹点天线系统（PASS）扩展到太赫兹频段的建模与性能，开发首个分析框架，整合多种效应，在相同场景下与传统相控阵基准测试，发现其通过接近利用实现频谱效率有效增益，适合特定部署拓扑。
2026-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
Radar Aided Proactive Blockage Prediction in Real-World Millimeter Wave Systems
毫米波和亚太赫兹通信系统主要依赖于发射机和接收机之间的视距（LOS）链路。然而，这些高频LOS链路对阻塞的敏感性对这些通信网络的可靠性和延迟要求提出了挑战。在本文中，我们建议利用雷达传感器来提供有关周围环境和移动物体的传感信息，并利用这些信息来主动预测未来的链路阻塞。这是由雷达传感器的低成本、它们有效地捕获重要特征（诸如移动散射体（候选阻塞物）的范围、角度、速度）的能力以及它们以相对高的速度捕获雷达帧的能力所推动的。我们制定了雷达辅助的主动阻塞预测问题，并基于经典雷达目标跟踪和深度神经网络开发了两种解决方案。这两个解决方案旨在利用领域知识和对堵塞预测问题的理解。为了准确评估所提出的解决方案，我们基于DeepSense框架构建了一个大规模的真实世界数据集，收集了超过$10$千个数据点和各种阻塞对象（车辆，自行车，人类等）的共存雷达和毫米波通信测量。基于该数据集的评估结果表明，所提出的方法可以预测未来的阻塞$1$秒之前，他们发生超过$90\%$ $F_1$评分（和超过$90\%$准确性）。这些结果尤其突出了未来无线毫米波和太赫兹通信系统中的阻塞预测和可靠性增强的有前途的解决方案。
2021-11-29 cs.IT eess.SP math.IT
Vision-Position Multi-Modal Beam Prediction Using Real Millimeter Wave Datasets
实现高移动性毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）无线通信应用需要克服与部署在这些系统中的大型天线阵列相关的关键挑战。特别地，调整这些天线阵列的窄波束通常会引起与天线数量成比例的高波束训练开销。为了解决这些挑战，本文提出了一种基于多模态机器学习的方法，该方法利用从无线通信环境中收集的位置和视觉（相机）数据进行快速波束预测。所开发的框架已经在真实世界的车辆数据集上进行了测试，该数据集包括实际的GPS、摄像头和毫米波波束训练数据。仿真结果表明，在实际通信场景中，该方法的前1波束预测精度超过$\approx$ 75%，前3波束预测精度接近100%.
2021-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Mobility Support for Millimeter Wave Communications: Opportunities and Challenges
毫米波（mmWave）通信技术为支持动态场景和应用中的5G和B5 G无线网络提供了一种潜在且有前途的解决方案。然而，移动性给毫米波应用带来了许多挑战和机遇。为了解决这些问题，我们对移动场景中支持毫米波通信的机会和技术进行了调查。首先，我们总结了毫米波通信的移动应用场景，包括室内无线局域网（WLAN）或无线个域网（WPAN），蜂窝接入，车辆到一切（V2X），高速训练（HST），无人机（UAV）和新的空间-空气-地面-海洋通信场景。然后，针对不同应用场景下用户移动性对系统性能的影响，介绍了毫米波系统中几种典型的移动性模型，包括人移动性、车辆移动性、高速训练移动性和船舶移动性。接下来，我们调查毫米波应用的关键挑战和现有的解决方案，如信道建模，信道估计，抗阻塞和容量提高。最后，我们讨论了有关移动感知毫米波通信，值得进一步研究的开放问题。特别是，我们强调未来的异构移动网络，动态资源管理，人工智能（AI）的移动性和地理信息的整合，大型智能表面和可重构天线技术的部署，最后，太赫兹（THz）通信的演变。
2022-05-18 cs.IT 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
Terahertz-Band Ultra-Massive Spatial Modulation MIMO
展望了超大规模多输入多输出（UM-MIMO）技术在太赫兹（THz）波段对抗距离问题的前景。众所周知，THz频率下非常大的可用带宽是以严重的传播损耗和功率限制为代价的，这导致非常短的通信距离。最近，已经提出了可以在几毫米内容纳数百个天线元件的石墨烯基等离子体纳米天线阵列。虽然这样的阵列能够实现可以增加通信范围的有效波束成形，但是它们不能为空间复用提供足够的空间自由度。在本文中，我们研究了空间调制（SM）技术，可以利用密集的纳米天线子阵列的可配置阵列的属性，以增加容量和频谱效率，同时保持可接受的波束成形性能。根据通信距离和工作频率，建议使用特定的SM配置，以确保良好的信道条件。我们从理论上和数值上分析了所提出的方案的性能的符号和误比特率，其中显着的收益相比，传统的SM观察。我们证明，SM在非常高的频率是一个可行的范例，我们激励几个扩展，可以使太赫兹波段SM未来的研究趋势。
2019-07-13 cs.IT eess.SP math.IT
A Digital Twin Assisted Framework for Interference Nulling in Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）和太赫兹MIMO系统依赖于预定义的波束成形码本来进行初始接入和数据传输。然而，大多数现有的码本采用预定义的波束，主要集中在提高其目标用户的增益，而不考虑干扰，这可能会导致密集网络中的关键性能下降。为了解决这个问题，在本文中，我们提出了一个采样效率的数字孪生辅助波束图案设计框架，学习如何形成波束图案，以拒绝来自干扰方向的信号。所提出的方法不需要任何显式的信道知识或任何协调的干扰。采用数字孪生通过更好地利用潜在的信号关系和结合基于需求的数据采集策略来提高样本效率。仿真结果表明，所开发的基于信号模型的学习框架可以显著减少与无线电环境的实际交互（即，测量的数量），从而导致更实用和有效的干扰感知波束设计方法。
2023-01-30 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Band: The Last Piece of RF Spectrum Puzzle for Communication Systems
设备和应用程序的超高带宽、可忽略的延迟和无缝通信被视为重大里程碑，将彻底改变社会创建、分发和消费信息的方式。我们最近目睹的无线数据业务的显著扩展已经提倡在无线电频谱中调查合适的机制，以满足用户不断升级的需求，并允许开发和利用异构基础设施的大容量和大规模连接。为此，太赫兹（THz）频段（0.1-10 THz）作为涉及高速传输的场景的理想选择在研究界受到了显著关注。特别地，随着技术和设备的发展，THz通信的进步正在弥合毫米波（mmW）和光频率范围之间的差距。此外，IEEE 802.15标准套件已发布，以塑造监管框架，从而实现创新，并提供以100 Gbps跨越有线和无线边界的完整解决方案。然而，尽管在太赫兹无线研究中见证了加速的进展，太赫兹频带仍然被认为是最少探测的频段之一。因此，在这项工作中，我们提出了一个最新的审查文件，分析与太赫兹系统架构的基本要素和机制。
2019-07-11 cs.IT eess.SP math.IT
LiDAR Aided Future Beam Prediction in Real-World Millimeter Wave V2I Communications
本文介绍了第一个大规模的现实世界的评估使用激光雷达数据来指导毫米波波束预测任务。开发了一种机器学习（ML）模型，该模型利用LiDAR传感数据来预测当前和未来的光束。基于大规模真实世界数据集DeepSense 6G，该模型在具有高度移动车辆的车辆到基础设施通信场景中进行了评估。实验结果表明，所开发的激光雷达辅助波束预测和跟踪模型可以在$95\%$的情况下预测最佳波束，并且波束训练开销减少超过$90\%$。LiDAR辅助的光束跟踪实现了与基线解决方案相当的精度性能，该基线解决方案具有先前最佳光束的完美知识，而不需要关于先前最佳光束信息的任何知识，并且不需要任何光束校准。这突出了毫米波和太赫兹通信系统中关键光束对准挑战的有前途的解决方案。
2022-03-10 cs.IT eess.SP math.IT
Beam Alignment Using Trajectory Information in Mobile Millimeter-wave Networks
针对移动毫米波网络中的波束搜索开销问题，提出利用轨迹划分区域并维护候选波束集，通过优化区域数量平衡信噪比与信令开销，实现高信噪比且对位置误差鲁棒。
2023-05-09 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Efficient Beamforming Training in Terahertz Communication Systems
针对太赫兹通信中笔形波束成形训练开销高的问题，提出将问题分解为波束训练获取与学习型功率分配的EETBF方案，利用历史波束数据优化策略，实现更低时延、功耗与更高效能。
2024-12-09 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Multi-User Massive MIMO with Intelligent Reflecting Surface: Beam Training and Hybrid Beamforming
太赫兹（THz）通信开辟了一个新的前沿无线网络由于其显着更广泛的可用带宽相比，目前的微波和即将到来的毫米波通信。然而，由于太赫兹波的长度短，他们也遭受严重的路径衰减和衍射差。为了补偿太赫兹引起的传播损耗，本文提出结合两种有前途的技术，即，大规模多输入多输出（MIMO）和智能反射面（IRS），在太赫兹多用户通信，考虑到其显着的波束形成和孔径增益。尽管如此，信道估计和低成本波束成形是实现这种组合的两个主要障碍，这是由于IRS发送/接收导频信号的无源性以及大规模MIMO中昂贵RF链的大规模使用。针对这些局限性，本文首先提出了一种协作波束训练方案，以便于IRS信道估计。特别是，我们设计了两个不同的分层码本的建议的训练过程，这是能够对噪声的鲁棒性和搜索的复杂性之间的平衡。基于训练结果，我们进一步提出了两个成本效益的混合波束形成（HB）的设计，分别为单用户和多用户的情况下。仿真结果表明，所提出的联合波束训练和HB方案是能够实现接近的性能，即使在完美的信道状态信息（CSI）下实现的最佳全数字波束形成（FDB）。
2021-01-14 cs.IT eess.SP math.IT
Reinforcement Learning for Beam Pattern Design in Millimeter Wave and Massive MIMO Systems
采用大型天线阵列是毫米波（mmWave）和太赫兹通信系统的关键特性。然而，由于采用全模拟或混合模拟/数字架构，以及非理想的硬件或任意/未知的阵列几何形状，准确的信道状态信息变得难以获取。这阻碍了波束成形/组合矢量的设计，而波束成形/组合矢量对于充分利用大规模天线阵列在提供足够的接收信号功率方面的潜力至关重要。在本文中，我们开发了一种新的框架，该框架利用深度强化学习（DRL）和Wolpertinger变体架构，并学习如何迭代优化波束图案（形状），仅依赖于接收功率测量，而不需要任何显式的信道知识，为一个或一小组用户提供服务。所提出的模型占关键的硬件约束，如相位，恒模，和量化的角度约束。此外，所提出的框架可以有效地优化系统与非理想的硬件和阵列与未知或任意阵列几何形状的波束方向图。仿真结果表明，所开发的解决方案是能够找到接近最佳的波束方向图的基础上，仅接收功率测量。
2021-02-18 cs.IT eess.SP math.IT
Scattering Mechanisms and Modeling for Terahertz Wireless Communications
本文提供了从微波到太赫兹波段的频率范围内的无线电波散射的分析（例如，1 GHz - 1 THz），通过研究不同表面粗糙度的各种类型材料再辐射的散射功率。首先，散射和反射的基本原理被开发和解释用于无线移动无线电中，散射对粗糙表面的反射系数的影响进行了研究。接收功率的推导使用两种流行的散射模型-定向散射（DS）模型和雷达截面（RCS）模型，通过模拟在广泛的频率范围内，材料，和方向的两个模型，和测量确认DS模型在140 GHz的准确性。这篇论文表明，散射可以成为一个突出的传播机制，频率扩展到毫米波（毫米波）和更高，但在其他时候可以被视为简单的反射。散射效应的知识对于适当和现实的信道模型至关重要，这进一步支持大规模多输入多输出（MIMO）技术的开发、定位、射线跟踪工具设计以及未来5G和6 G无线系统的成像。
2019-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Drones with Cameras: Computer Vision Aided Wireless Beam Prediction
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）无人机有可能实现几个未来的应用，如覆盖范围扩展，增强安全监控和灾难管理。然而，这些无人机需要部署大型天线阵列并使用窄方向性波束来维持足够的链路预算。与这些阵列相关的大波束训练开销使得调整这些窄波束对于高度移动的无人机来说具有挑战性。为了应对这些挑战，本文提出了一种基于视觉辅助机器学习的方法，该方法利用从安装在无人机上的摄像头收集的视觉数据来实现快速准确的光束预测。此外，为了便于评估所提出的解决方案，我们构建了一个由共存的无线和视觉数据组成的合成无人机通信数据集。所提出的视觉辅助解决方案实现了$\approx 91\%$的顶级$1$波束预测精度，并且接近于$100\%$的顶级$3$精度。这些结果突出了所提出的解决方案在实现高度移动的毫米波/太赫兹无人机通信方面的功效。
2022-11-14 cs.CV cs.IT eess.SP
Vision-Aided Dynamic Blockage Prediction for 6G Wireless Communication Networks
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
释放毫米波和亚太赫兹无线通信网络的全部潜力取决于实现前所未有的低延迟和高可靠性要求。满足这些要求的挑战部分在于毫米波和亚太赫兹频率范围内的信号对阻塞的敏感性。解决这一挑战的一个有希望的方法是使用机器学习帮助无线网络发展对其周围环境的感知。本文试图通过利用深度学习和计算机视觉来做到这一点。它提出了一种新的解决方案，主动预测\textit{dynamic}链路阻塞。更具体地说，它开发了一种深度神经网络架构，该架构可以从观察到的RGB图像序列和波束成形向量中学习如何预测未来可能的链路阻塞。所提出的架构进行评估的公开可用的数据集，代表一个合成的动态通信场景与多个移动用户和阻塞。它在86%附近的链接阻塞预测准确度得分，如果不利用视觉数据，这种性能不太可能匹配。
2020-06-18 cs.CV cs.IT eess.SP
Computer Vision Aided Beam Tracking in A Real-World Millimeter Wave Deployment
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）通信需要波束成形以获得足够的接收信噪比（SNR）。为了找到最佳波束，当前波束管理解决方案在预定义码本中的大量波束上执行波束训练。波束训练开销增加了接入延迟，并且对于高移动性应用可能变得不可行。为了减少甚至消除这种波束训练开销，我们提出利用例如由基站处的相机捕获的视觉数据来指导波束跟踪/细化过程。我们提出了一个机器学习（ML）框架，基于一个编码器-解码器架构，可以预测未来的光束使用以前获得的视觉传感信息。我们提出的方法进行评估的大规模现实世界的数据集，其中它实现了$64.47\%$的准确性（和$97.66\%$的归一化接收功率）在预测未来的光束。这是在需要小于使用先前波束序列来预测未来波束的对应基线解决方案的波束训练开销的$1\%$的同时实现的。在真实世界数据集上获得的这种高性能和低开销证明了所提出的视觉辅助光束跟踪方法在真实世界应用中的潜力。
2021-11-29 cs.IT eess.SP math.IT
Outage Performance of Fluid Antenna System (FAS)-aided Terahertz Communication Networks
本文研究相关alpha-mu衰落信道下FAS辅助的点到点THz网络，提出SC-FAS与MGC-FAS接收结构，推导并仿真验证中断概率，表明MGC-FAS最优且增加天线端口可显著提升性能。
2023-01-21 cs.IT eess.SP math.IT
LiDAR-Aided Mobile Blockage Prediction in Real-World Millimeter Wave Systems
视线链路阻塞是毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）通信网络的可靠性和延迟的关键挑战。本文提出利用LiDAR传感数据来提供对通信环境的感知，并在动态链路阻塞发生之前主动预测它们。这允许网络对切换/波束切换做出主动决策，这增强了其可靠性和延迟。我们制定了激光雷达辅助阻塞预测问题，并提出了第一个现实世界的演示激光雷达辅助阻塞预测毫米波系统。特别是，我们基于DeepSense 6 G结构构建了一个大规模的真实世界数据集，其中包括户外车辆场景中共存的LiDAR和mmWave通信测量。然后，我们开发了一种有效的LiDAR数据去噪（静态聚类去除）算法和一种机器学习模型，可以主动预测动态链路阻塞。基于真实世界的数据集，我们的激光雷达辅助方法被证明在100 ms内预测堵塞发生的准确率达到95%，在1秒内预测堵塞发生的准确率超过80%。如果用于主动切换，所提出的解决方案可以潜在地提供网络延迟的数量级节省，这突出了解决毫米波/亚太赫兹网络中的阻塞挑战的有希望的方向。
2021-11-18 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming for Terahertz Wireless Communications: Challenges, Architectures, and Open Problems
太赫兹（THz）通信通过提供数十GHz带宽而被视为第六代（6 G）无线系统的支柱技术。为了克服传输距离短和传播损耗大的缺点，人们提出了采用亚毫米波长天线阵列的超大规模MIMO系统，以获得高增益。在UM-MIMO系统中，混合波束成形技术在提高数据率和降低功耗方面具有巨大的潜力。针对太赫兹波的特殊性，研究了太赫兹波混合波束形成技术的特点和面临的挑战。具体来说，我们证明了空间自由度（SDoF）小于5，这是由于太赫兹信道的极端稀疏性。研究了由高达15 dB以上的巨大反射和散射损耗引起的阻塞问题。此外，我们分析了包含1024个或更多天线的阵列所带来的挑战，包括对智能子阵列架构的要求，严格的能源效率，以及基于球面波传播机制的传播特性。由于带宽高达几百GHz，当带宽分数超过10%时，波束倾斜效应会导致超过5 dB的阵列增益损失。受此启发，本文提出了三种新的太赫兹混合波束形成结构，包括宽间隔多子阵、动态子阵阵列和基于真时延的结构。我们还展示了潜在的数据率，功耗和阵列增益的太赫兹通信能力。作为THz混合波束形成设计的路线图，多个开放的问题和潜在的研究方向进行了阐述。
2021-01-21 cs.IT eess.SP math.IT
Cross Far- and Near-field Wireless Communications in Terahertz Ultra-large Antenna Array Systems
本文研究了太赫兹超大天线阵列系统中的跨远近场通信挑战，提出了混合球面与平面波信道模型、跨场信道估计及多子阵列混合波束成形等解决方案，并评估其性能，最后指出了未来的潜在研究方向。
2023-08-03 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Driven Learning for Channel Estimation in Intelligent Reflecting Surface Aided Millimeter Wave Communications
本文针对IRS辅助毫米波MISO系统上行宽带信道估计问题，提出结合模型驱动与数据驱动的混合驱动学习架构，在无源及混合有源/无源IRS系统中均显著优于现有深度学习方案，并降低约60%导频开销。
2023-05-30 cs.IT eess.SP math.IT
Investigation of Prediction Accuracy, Sensitivity, and Parameter Stability of Large-Scale Propagation Path Loss Models for 5G Wireless Communications
本文比较了三个候选的大规模传播路径损耗模型，用于整个微波和毫米波（毫米波）无线电频谱：α-β-γ（ABG）模型，近（CI）自由空间参考距离模型，和CI模型与频率加权路径损耗指数（CIF）。这些模型中的每一个最近都被研究用于诸如3GPP的标准机构中，并且用于城市宏小区、城市微小区以及室内办公室和购物中心场景中的第五代（5G）无线系统的设计中。在这里，我们比较这些模型的准确性和灵敏度，使用测量数据从30个传播测量数据集从2 GHz到73 GHz的距离范围从4米到1238米。对这三个模型的一系列敏感性分析表明，基于物理的双参数CI模型和三参数CIF模型提供了计算简单性，具有非常相似的拟合优度（即，阴影衰落标准偏差），在频率和距离上表现出更稳定的模型参数行为，并且当与四参数ABG模型相比时，在距离和频率上的灵敏度测试中产生更小的预测误差。结果表明，CI模型适合室外环境，CIF模型更适合室内环境。CI和CIF模型通过进行非常微妙的修改-通过用表示传播的第一米中的自由空间路径损耗的频率相关常数替换浮动的非物理常数，可以在现有的3GPP模型中轻松实现。
2016-06-10 cs.IT math.IT
Hybrid Beam Alignment for Multi-Path Channels: A Group Testing Viewpoint
由于路径损耗和阴影，毫米波和太赫兹等高频波段需要窄波束。波束对准（BA）方法允许收发器通过利用高频处的信道稀疏性来有效地调整这些波束的方向。本文研究了上行链路的情况下，其中用户设备（UE）和基站（BS）之间的信道由多个路径的BA。BS希望使用最少数量的时隙以给定的分辨率定位这些路径中的每一个的到达角。在BA的每个时隙，UE发送BA分组，并且BS使用混合波束成形来扫描其角度区域。为了尽量减少预期的BA持续时间，一组测试框架的设计，并描述了相关的新的模拟和混合BA策略。仿真研究表明，在无噪声和真实的5G毫米波BA设置中，性能都有所提高。
2022-05-13 cs.IT math.IT
Evolution of Physical-Layer Communications Research in the Post-5G Era
第三代合作伙伴计划（3GPP）的演进的第五代新无线电（5G-NR）蜂窝标准化努力使关于物理层通信中的相关研究问题的许多问题成为焦点，以供学术界和工业界研究。为了解决这个问题，我们表明，峰值下载数据率的WiFi和蜂窝系统已随时间呈指数级在过去的二十五年。虽然在短期内通过适度的带宽和硬件复杂性扩展来跟上历史蜂窝趋势是可能的，但即使是将这一路线图合理地延伸到遥远的未来也需要显著的带宽增加，这可能在毫米波、亚毫米波或太赫兹（THz）制度下是可能的。随之而来的对更高载波频率系统的关注增加，需要从重复使用过度简化（但数学上优雅）的模型（通常从6 GHz以下系统继承）转变为更全面的观点，其中真实的测量指导，激励和完善相关但可能复杂的模型，解决方案空间和良好解决方案的构建。为了激发这种转变的需要，我们说明了传统的抽象如何无法正确估计毫米波无线信道的延迟扩展和在更高的载波频率下的手阻塞损失。最后，我们总结了这篇论文在物理层的未来研究前景，包括关键用例，可能的研究政策举措，以及在大学电信部门所需的结构性变化的广泛影响。
2019-01-04 cs.IT eess.SP math.IT
DiffPace: Diffusion-based Plug-and-play Augmented Channel Estimation in mmWave and Terahertz Ultra-Massive MIMO Systems
Terahertz Wireless Communications (TWC) Laboratory, Shanghai Jiao Tong University（太赫兹无线通信实验室，上海交通大学）；Cooperative Medianet Innovation Center (CMIC), School of Information Science and Electronic Engineering, Shanghai Jiao Tong University（协作中位网创新中心（CMIC），信息科学与电子工程学院，上海交通大学）；Institute for Digital Communications, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)（数字通信研究所，弗赖堡-亚历山大-大学埃尔朗根-纽伦堡（FAU））
本文提出基于扩散的即插即用信道估计方法DiffPace，利用扩散模型捕捉混合球面与平面波信道分布作为先验知识，在毫米波与太赫兹超大规模MIMO系统中实现了高精度与高计算效率的信道估计。
2025-10-21 cs.AI cs.IT eess.SP
Optimality of the Discrete Fourier Transform for Beamspace Massive MU-MIMO Communication
波束空间处理是一种新兴技术，用于降低在毫米波（mmWave）和太赫兹频率下操作的大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）通信系统中的基带复杂度。在这样的高频下波传播的高方向性确保了在用户设备和基站（BS）之间仅存在少量的传输路径。为了解决波传播的稀疏性质，波束空间处理传统上计算BS处的均匀线性天线阵列上的空间离散傅里叶变换（DFT），其中每个DFT输出与特定波束相关联。在本文中，我们研究的DFT的最优性条件的稀疏波束空间处理与理想的毫米波信道模型和现实的渠道。为此，我们提出了两个算法，学习酉波束空间变换使用$\ell^4$范数为基础的稀疏性措施，我们调查其最优性理论和模拟。
2021-07-14 cs.IT eess.SP math.IT
BEACHES: Beamspace Channel Estimation for Multi-Antenna mmWave Systems and Beyond
大规模多天线毫米波（mmWave）和太赫兹无线系统承诺在相同的时间-频率资源中向多个用户设备进行高带宽通信。在这样的频率下波传播的高路径损耗和利用大规模天线阵列的波束成形的细粒度性质需要精确的信道估计以充分利用这样的系统的优点。在本文中，我们提出了波束空间信道估计（BEACHES），一个低复杂度的信道估计算法多天线毫米波系统和超越。BEACHES利用高频波传播是定向的这一事实，这使我们能够对波束空间域中的（近似）稀疏信道状态信息进行降噪。为了避免繁琐的参数选择，海滩包括一个计算效率高的调谐阶段，可证明最大限度地减少在大天线限制的信道估计的均方误差。为了证明BEACHES的有效性，我们提供了视距（LoS）和非LoS毫米波信道模型的仿真结果。
2019-08-08 cs.IT eess.SP math.IT
