Intelligent Reflecting Surface-Aided LEO Satellite Communication: Cooperative Passive Beamforming and Distributed Channel Estimation
本文提出了一种新的智能反射面（IRS）辅助低轨卫星通信系统，该系统利用大规模无源反射单元的可控相移实现灵活的波束形成，有效地解决了高机动卫星（SAT）与地面节点（GN）之间时变信道的问题。特别是，我们提出了一种新的架构IRS辅助LEO卫星通信，其中IRS部署在SAT和GN的两侧，并研究其合作的无源波束形成（CPB）设计超过视线（LoS）为主的单反射和双反射信道。具体来说，我们联合优化的主动发送/接收波束成形在SAT/GN以及CPB在两侧IRS的最大化的总信道增益从SAT到每个GN。有趣的是，我们表明，在LoS信道条件下，高维SAT-GN信道可以分解为两个低维向量的外积。通过利用分解的SAT-GN信道，我们将原始波束成形优化问题解耦为两个更简单的子问题，分别对应于SAT和GN侧，这两个子问题都以封闭形式求解。此外，我们提出了一个有效的传输协议进行信道估计和波束跟踪，这只需要独立的处理的SAT和GN在一个分布式的方式，从而大大降低了实现的复杂度。仿真结果验证了与传统反射阵列和单边IRS等各种基线方案相比，所提出的具有双边协作IRS的IRS辅助低轨卫星通信系统的性能优势。
2022-01-09 cs.IT eess.SP math.IT
Cooperative Double-IRS Aided Communication: Beamforming Design and Power Scaling
智能反射面（IRS）技术是支持高性能无线通信的一种很有前途的技术。通过自适应地配置其上的每个无源反射元件的反射幅度和/或相位，IRS可以重塑有利于信号传输的电磁环境。本文在现有研究的基础上，提出并分析了一种双IRS辅助的无线通信系统。在从IRS 1到IRS 2的反射信道具有秩1（例如，的视线信道），我们提出了一种联合被动波束形成设计的两个IRS。在此基础上，我们表明，部署两个合作的IRS与总共K个元素可以产生一个O（K^4）阶的功率增益，这大大优于部署一个传统的IRS与O（K^2）阶的功率增益的情况下。我们的仿真结果验证了部署两个合作的IRS的性能显着优于部署一个IRS给出了足够的IRS元素的总数。我们还扩展了我们的视线信道模型，以显示不同的信道模型如何影响双IRS辅助无线通信系统的性能。
2020-04-04 cs.IT eess.SP math.IT
Globally Optimal Spectrum- and Energy-Efficient Beamforming for Rate Splitting Multiple Access
速率分割多址接入（RSMA）是下一代无线网络中一种很有前途的非正交传输策略。它已被证明优于现有的多址方案的频谱和能量效率方面时，采用次优波束成形方案。在这项工作中，我们填补了次优和真正最优的波束形成方案之间的差距，并最终建立了优越的频谱和能量效率的RSMA。为此，我们提出了一个连续现任超越（SIT）分支定界（BB）算法，以找到全局最优的波束成形解决方案，最大限度地提高加权和速率或能量效率的RSMA在高斯多输入单输出（MISO）广播信道。数值结果表明，RSMA表现出显式的全局最优频谱和能量效率增益比传统的多用户线性预编码（MU-LP）和功率域非正交多址（NOMA）。与已有的MU-LP全局最优波束形成算法相比，该算法不仅提高了算法的数值稳定性，而且收敛速度更快。此外，第一次，我们表明，次优波束形成方案（包括加权最小均方误差（WMMSE）和连续凸逼近）实现的RSMA的频谱/能量效率几乎符合相应的全局最优性能，使其成为性能比较的有效选择。在这项工作中提供的全局最优结果是必不可少的RSMA正在进行的研究，因为它们作为现有的次优波束成形策略和那些要在多天线广播信道中开发的基准。
2022-09-12 cs.IT eess.SP math.IT
Cooperative Beamforming for Cognitive Radio-Based Broadcasting Systems with Asynchronous Interferences
为了解决异步干扰问题的一个广义的情况下，多个主和多个辅助接收机，在本文中，我们提出了一种创新的合作波束形成技术。特别地，协作波束成形设计被公式化为最优化问题，其最大化次级目的地的加权和可实现的传输速率，同时其保持主接收器处的异步干扰低于其目标阈值。针对这一问题，提出了一种两阶段次优协作波束形成技术。首先，它找到对应于不同次要目的地的波束成形方向。其次，它在不同的波束成形方向之间分配功率。由于对应于多个主接收机的多个干扰约束，第二阶段中的功率分配方案仍然是复杂的。因此，我们还提出了一种低复杂度的功率分配算法。建议的波束成形技术的情况下，当合作CR节点（CCRNs）有统计或错误的信道知识的主接收机扩展。我们还研究了联合CCRN选择和波束形成技术的性能。数值结果表明，与迫零波束形成（ZFBF）技术相比，该波束形成技术可以显著降低主接收端的异步干扰信号，提高次接收端的总传输速率.
2014-05-08 cs.IT math.IT math.OC
Cooperative Beamforming Design for Multiple RIS-Assisted Communication Systems
可重构智能表面（RIS）为构建可编程无线传输环境提供了一种很有前途的方法。由于表面上的大量可控反射元件，RIS能够提供相当大的被动波束形成增益。目前，大多数相关工作主要考虑单RIS辅助系统的建模、设计、性能分析和优化。虽然有一些工作，研究多个RIS单独服务于其相关联的用户，多个RIS之间的合作还没有得到很好的考虑。为了填补这一空白，本文研究了一种多RIS辅助通信系统的协作波束形成设计，其中部署多个RIS来辅助从基站到其用户的下行链路通信。要做到这一点，我们首先模拟一般信道从基站到用户的任意数量的反射链路。然后，我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高所有用户的总速率。分析表明，由于决策变量的非凸性和相互影响，该问题很难求解。为了有效地解决这个问题，我们首先将问题解耦成三个不相交的子问题。然后，通过引入适当的辅助变量，推导出决策变量的闭合表达式，提出了一种低复杂度的协作波束形成算法。通过与各种基线方法的比较，仿真结果验证了该算法的有效性。此外，这些结果还揭示了，为使总速率最大化，将反射元件分布在多个RIS中优于将它们部署在单个RIS中。
2022-09-30 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Cooperative Relay Beamforming
在本文中，鲁棒分布式中继波束形成问题的解决方案已涉及到，因为信道知识的不确定性的影响，服务质量（QoS）的约束，使用最坏情况下的方法。结果表明，原来的鲁棒设计，这是一个非凸的半无限问题（SIP），可以放松和改革的半定问题（SDP）。Monte-Carlo仿真验证了我们提出的鲁棒问题的性能改善现有的强大和非强大的问题，在发射功率和符号错误概率。
2017-03-06 cs.IT math.IT
Joint Fronthaul Multicast and Cooperative Beamforming for Cache-Enabled Cloud-Based Small Cell Networks: An MDS Codes-Aided Approach
基于云的小小区网络（C-SCN）的性能高度依赖于容量受限的前传，当其饱和时，其降低服务质量。编码缓存是解决这些挑战的一种有前途的方法，因为它为前传多播和协作传输提供了大量的机会。本文研究了一种支持缓存的C-SCN，其中小小区基站（SBS）通过前传连接到中央处理器，并且可以通过应用最大距离可分离（MDS）码来预取流行内容。为了充分利用前传多播和协作传输的优点，首先提出了一种基于MDS码辅助的传输方案。我们通过联合优化前传带宽分配、SBS集群和波束成形来制定问题以最大限度地减少内容交付延迟。为了有效地解决由此产生的非线性整数规划问题，我们提出了一个基于惩罚的设计，利用变分重新制定的二元约束。为了改善基于惩罚的设计的解决方案，贪婪SBS聚类设计也被开发。最后，给出了最优解的封闭形式，通过该封闭形式可以量化MDS码的优点。仿真结果表明，所提出的MDS码辅助传输方案的显着优势。
2019-07-20 cs.IT eess.SP math.IT
Hypergraph-Based Analysis of Clustered Cooperative Beamforming with Application to Edge Caching
蜂窝网络中分簇协作波束形成的性能评估通常需要求解复杂的非凸优化问题。在这封信中，提出了一个基于超图形式主义的框架，使派生的性能表征的集群合作波束形成的每用户自由度（DoF）通过有效的解决方案的着色问题。一个新兴的场景，其中集群的合作基站（BS）的出现是由蜂窝网络与边缘缓存。事实上，共享相同的所请求的文件的BS的集群可以联合地对对应的编码信号进行波束成形。基于这一观察，所提出的框架被应用于获得定量的见解，在具有边缘缓存的蜂窝系统中的缓存和回程资源的最佳使用。数值例子来说明所提出的框架的优点。
2015-10-21 cs.IT cs.NI math.IT
Cooperative Beamforming for Dual-Hop Amplify-and-Forward Multi-Antenna Relaying Cellular Networks
研究了放大转发中继蜂窝网络中基站、中继站和移动终端均配置多天线的线性波束形成设计问题。该设计基于最小均方误差准则，同时考虑了上行链路和下行链路的情况。研究发现，下行链路和上行链路波束成形设计问题具有相同的形式，可以使用具有相同结构的迭代算法来求解设计问题。针对上行链路系统满载或过载的具体情况，推导了一种新的波束形成算法，并揭示了它与现有的几种传统MIMO或多用户系统波束形成算法的关系。仿真结果证明了所提出的设计算法的性能优势。
2011-12-01 cs.IT math.IT
Analog Beamforming Enabled Multicasting: Finite-Alphabet Inputs and Statistical CSI
针对有限字母表输入和统计CSI的模拟波束赋形多播系统，推导AMR表达式并分析高信噪比渐近性能，提出最大化阵列增益的波束赋形算法以提升平均多播速率。
2024-05-22 cs.IT eess.SP math.IT
Double-IRS Assisted Multi-User MIMO: Cooperative Passive Beamforming Design
智能反射表面（IRS）已经成为一种使能技术，以实现智能和可重构的无线通信环境的成本效益。IRS的现有工作主要考虑其无源波束形成设计和性能优化，而没有IRS间信号反射，因此没有揭示多IRS辅助无线网络的全部潜力。在本文中，我们研究了一个双IRS辅助多用户通信系统与\emph{cooperative}被动波束形成的设计，捕捉乘波束形成增益从IRS间信道。在双反射链路和单反射链路共存的一般信道设置下，联合优化基站（BS）的（主动）接收波束形成和两个分布式IRS（分别部署在BS和用户附近）的协作（被动）反射波束形成，以最大化所有用户的最小信干噪比（SINR）。此外，对于单用户和多用户的设置，我们分析表明，优于传统的单IRS系统的最大信噪比（SNR）和多用户的有效信道秩，分别双IRS合作系统的性能。仿真结果验证了我们的分析结果，并显示所提出的双IRS系统与合作的被动波束形成设计的实际优势。
2021-03-11 cs.ET cs.IT math.IT
Joint Beam Scheduling and Beamforming Design for Cooperative Positioning in Multi-beam LEO Satellite Networks
针对多波束LEO卫星协作定位中的波束间干扰与拓扑几何问题，本文提出联合波束调度与波束赋形方案，通过CRLB建模、SDR波束设计和低复杂度调度，显著提升用户定位精度。
2024-04-01 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Transmit and Reflective Beamforming for Multi-Active-IRS-Assisted Cooperative Sensing
针对多主动IRS协作感知中目标位于非视距区域的问题，联合优化基站发射与IRS反射波束赋形以最小化最大CRB，提出基于交替优化、连续凸逼近和半定松弛的高效算法，数值验证其优于被动IRS方案。
2024-04-21 cs.IT eess.SP math.IT
Enabling Cooperative Hybrid Beamforming in TDD-based Distributed MIMO Systems
针对分布式MIMO中RF损伤破坏信道互易性导致协作混合波束赋形性能下降的问题，提出两步校准及互易串联低复杂度联合校准与信道估计方法，仿真验证有效性。
2023-08-29 cs.IT cs.NI math.IT
Joint Relay Selection and Link Adaptation for Distributed Beamforming in Regenerative Cooperative Networks
中继选择通过选择具有更高容量的链路来提高协作网络的性能。同时，链路自适应通过根据当前链路状况调整调制和编码方案（MCS）来提高无线数据中心网络的频谱效率。该文将中继选择与链路自适应相结合，在两跳再生协作系统中实现分布式波束形成。提出了一种新的中继选择和链路自适应联合信令机制及相关优化算法。在所提出的方案中，有没有必要反馈的中继选择结果给每个中继。相反，通过广播来自目的地的链路自适应结果，每个中继将自动了解其是否被选择。推导出该方案的吞吐量的上、下限。分析和仿真结果表明，该方案提供了协同增益相比，纯中继选择和链路自适应方案。
2010-09-01 cs.IT math.IT
Bit Error Rate Analysis of Cooperative Beamforming for Transmitting Individual Data Streams
协作波束形成（CB）已被提出作为无线通信中的协调多点技术的一种特殊情况。在无线传感器网络中，CB可以通过允许传感器节点的集合在一跳中同时向远距离融合中心发送数据来实现低功耗通信。除了所有节点需要共享和传输相同数据的传统CB方法之外，一种更新的技术允许每个节点传输自己的数据，同时仍然实现合作的好处。然而，在评估这种波束成形技术的性能时，需要考虑到在这种情况下使用的具有二进制频移键控多址接入方案的直接序列扩频中变化的波束成形增益的复杂性。在本文中，我们采取的第一步，更全面地了解这种个人数据CB技术，提出了一个最合适的解码方案，并分析其比特出错率（BER）的性能在加性高斯白噪声信道。通过解析表达式和仿真结果，绘制了误码率曲线，量化了CB增益所带来的性能改善。
2015-10-28 cs.IT math.IT
Cooperative Interference Management with MISO Beamforming
该对应关系研究了多小区系统中的下行链路传输，其中每个具有多个天线的多个基站（BS）协作地设计它们各自的发射波束成形向量以优化整体系统性能。为简单起见，假设所有移动站（MS）均配备有单个天线，并且在每个小区中同时存在一个活动MS。因此，感兴趣的系统可以通过称为MISO-IC的多输入单输出（MISO）干扰信道（IC）来建模，其中干扰被视为噪声。我们提出了一种新的方法来表征不同的速率元组的活跃MS上的可达速率区域的MISO-IC的帕累托边界，通过探索MISO-IC和认知无线电（CR）MISO信道之间的关系。我们表明，每个帕累托边界率元组的MISO-IC可以实现在一个分散的方式时，每个BS达到自己的信道容量受到一定的一组干扰功率约束（也称为干扰温度约束的CR系统）在其他MS接收机。此外，我们表明，这一结果导致一个新的分散算法实现多小区合作下行波束成形。
2010-06-28 cs.IT math.IT
Message Passing Algorithm for Distributed Downlink Regularized Zero-forcing Beamforming with Cooperative Base Stations
基站（BS）协作可以将不需要的干扰转化为有用的信号能量以增强系统性能。在协作下行链路中，迫零波束形成（ZFBF）与一个简单的调度器是众所周知的，以获得接近的容量实现脏纸编码的性能。然而，随着网络规模的增长，集中式ZFBF方法过于复杂。在本文中，我们设计的消息传递算法实现正则化ZFBF（RZFBF）在分布式方式使用的信念传播。在所提出的方法中，总的计算成本被分解成许多较小的计算任务进行的相邻BS组和通信只需要相邻BS之间。更重要的是，可以基于信道统计而不是瞬时信道状态信息来计算一些交换的消息，从而显著降低了计算复杂性。仿真结果表明，所提出的算法收敛速度快，准确的RZFBF和更快的比传统的方法。
2013-03-26 cs.IT math.IT
Radiation Footprint Control in Cell-Free Cooperative ISAC: Optimal Joint BS Activation and Beamforming Coordination
本文针对无小区ISAC网络中的干扰与成本问题，提出辐射足迹控制机制及联合基站激活与波束成形协调方法，并通过MO-BRB算法实现最优解，仿真验证了其有效性。
2025-07-10 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming and Compression Design for Per-Antenna Power Constrained Cooperative Cellular Networks
针对协作蜂窝网络中每天线功率受限的联合波束成形与压缩问题，提出两种投影梯度上升算法，实现全局最优解并提升计算效率。
2023-12-24 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Beamforming and Cooperative Jamming in IRS-Assisted MISO Networks
网络的节能设计问题是设计高性能网络的重要问题。除此之外，通信的安全性也很重要。基于新的IRS技术，本文构造了安全通信的EE最大化问题。我们提出了一个优于其他方法的解决方案。
2019-12-14 cs.IT cs.SY eess.SY
Scalable Coordinated Beamforming for Dense Wireless Cooperative Networks
为了满足未来无线网络中对高吞吐量和均匀覆盖的不断增长的需求，密集网络部署将无处不在，接入点之间的合作至关重要。考虑到在密集网络中设计协作波束形成器的计算复杂性，通常采用低复杂度和次优预编码策略。但目前尚不清楚会造成多大的性能损失。为了实现最优的协作波束形成，本文提出了一种基于交替方向乘法器（ADMM）方法的可扩展波束形成算法的设计框架。具体来说，我们首先提出应用矩阵填充技术将原始优化问题转化为等效的ADMM兼容问题，这比广泛使用的建模框架CVX更有效。然后，我们将建议使用ADMM算法，也就是ADMM算法。算子分裂方法，有效地解决了转换后的ADMM兼容问题。特别是，ADMM算法在每次迭代的子问题，可以解决封闭形式和并行。仿真结果表明，所提出的技术可以导致显着的计算效率相比，最先进的走廊点求解器。仿真结果表明，与次优迫零波束形成相比，最优协调波束形成可以显著提高系统性能。
2014-05-13 cs.IT math.IT
Optimal Stochastic Coordinated Beamforming for Wireless Cooperative Networks with CSI Uncertainty
在信道状态信息（CSI）不确定的情况下，无线协作网络的传输优化和资源分配是一个重要而又具有挑战性的问题。在本文中，我们建立了一个通用的随机协调波束形成（SCB）的框架，提供灵活的信道不确定性建模，同时保证最优的传输策略。我们采用了一般的随机模型CSI的不确定性，这是适用于各种实际情况。SCB问题原来是一个联合机会约束规划（JCCP），是众所周知的是非常棘手的。针对以往求解JCCP的算法只能找到可行的次优解的问题，提出了一种新的具有最优性保证的随机DC（Difference-of-Convex）规划算法，该算法可以作为评价启发式算法和次优算法的基准.关键的观察是，高度棘手的概率约束可以等效地重新表述为DC约束。这进一步使得高效算法能够实现最优性。仿真结果表明了该算法的收敛性、保守性、稳定性和性能增益。
2014-06-27 cs.IT math.IT
Receiver Selection and Transmit Beamforming for Multi-static Integrated Sensing and Communications
本文针对单基地ISAC系统自干扰问题，提出多基地ISAC系统，通过推导时延与多普勒频移联合估计的CRB，并设计基于极小极大联动的接收机选择方法和连续凸近似发射波束赋形算法，在协作接收机较多时实现优于单基地的感知通信性能。
2024-10-23 cs.IT eess.SP math.IT
Weighted Sum-Rate Maximization for Multi-IRS Aided Cooperative Transmission
研究了多智能反射面（IRSs）辅助无线网络，在多天线基站（BS）和多个单天线小区边缘用户之间部署IRSs协同辅助通信。我们的目标是通过联合优化BS的发射波束成形和IRS的相移，最大限度地提高所有小区边缘用户的加权和速率。特别地，波束形成采用拉格朗日方法进行优化求解，相位偏移采用黎曼流形共轭梯度（RMCG）方法进行求解。数值结果表明，一个显着的吞吐量提高了多个IRS的援助。
2020-02-12 cs.IT eess.SP math.IT
Cooperative Communication Based on Random Beamforming Strategy in Wireless Sensor Networks
针对大规模传感器网络中传感器观测数据向融合中心传输的问题，提出了一种两阶段协作通信策略和最优功率分配策略。中断概率被用来评估所提出的系统的性能。仿真结果表明：1）在低信噪比条件下，该系统在不相关慢衰落瑞利信道中的性能优于多输入多输出系统; 2）在给定传输速率和总传输信噪比的情况下，存在一个最优功率分配，使得中断概率最小; 3）在相关慢衰落Rayleigh信道中，信道相关性对系统性能的影响与相关程度成线性关系。
2012-08-21 cs.IT cs.NI math.IT
Multi-Active-IRS-Assisted Cooperative Sensing: Cramér-Rao Bound and Joint Beamforming Design
本研究提出多主动IRS辅助协作感知框架，推导目标到达方向估计的闭式CRB，并通过联合优化BS发射与IRS反射波束成形最小化最大CRB，以克服NLoS感知路径损耗。
2024-07-18 cs.IT eess.SP math.IT
Lifetime Improvement of Wireless Sensor Networks by Collaborative Beamforming and Cooperative Transmission
延长电池供电设备的网络寿命是无线传感器网络中允许分布式节点之间不间断信息交换的关键设计问题。协作波束形成（CB）和协作传输（CT）最近已经作为新的通信技术出现，其使得能够实现和利用协作/协作节点之间的有效资源共享。在本文中，我们寻求最大限度地提高传感器网络的生命周期，使用新的想法，靠近的节点可以使用CB/CT，以减少负载，甚至避免数据包转发请求的节点，有关键的电池寿命。首先，我们研究CB/CT的有效性，以提高信号强度在一个遥远的目的地使用能量在附近的节点。然后，一个2D磁盘的情况下进行分析，以评估所产生的性能改善。对于一般的网络，如果信息产生率是固定的，新的路由问题被制定为一个线性规划问题，否则，路由的成本是动态调整的剩余能量的量和CB/CT的有效性。从分析和仿真结果可以看出，所提出的计划可以提高约90%的寿命在2D磁盘网络和一般网络的约10%，相比现有的计划。
2007-04-25 cs.IT math.IT
Cooperative Beamforming for RIS-Aided Cell-Free Massive MIMO Networks
无小区大规模多输入多输出（CF-mMIMO）和可重构智能表面（RIS）的结合被认为是提高网络容量和增强覆盖能力的一种有前途的范例。然而，为了获得RIS辅助的CF-mMIMO的全部益处，主要挑战是在基站（BS）、RIS和用户处有效地设计协作波束成形（CBF）。首先，我们研究了分数规划将加权和率（WSR）最大化问题转化为一个易于处理的优化问题。然后，采用交替优化框架将变换后的问题分解为一系列子问题，即，BS处的混合BF（HBF）、RIS处的被动BF以及用户处的合并。特别是，交替方向法的乘子算法被用来解决HBF子问题在BS。具体地说，模拟BF设计与单位模量的约束，解决了流形优化（MO），而我们得到一个封闭的形式的解决方案，数字BF设计，本质上是一个凸最小二乘问题。此外，采用原-对偶次梯度法和MO法设计了RISs端的无源波束形成和用户端的模拟合并。此外，考虑到传统CF-mMIMO系统中的沉重的通信成本，我们提出了一个部分连接的CF-mMIMO（P-CF-mMIMO）框架，以减少BS和用户之间的连接的数量。为了更好地兼顾WSR性能和网络开销，我们将P-CF-mMIMO系统中的基站选择问题转化为一个二进制整数二次规划（BIQP）问题，并提出了一种松弛的线性近似算法来处理该BIQP问题。最后，数值结果表明，我们提出的算法优于基线同行。
2022-07-06 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Beamforming for Secrecy Rate in 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。在被动窃听者和不完善的信道状态信息的情况下，在收发器，感兴趣的效用函数是非凹的，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，以达到所考虑的问题的局部最优。所提出的迭代算法保证实现Karush-Kuhn-Tucker解决方案。
2017-03-01 cs.IT math.IT
Optimization and Analysis of Wireless Powered Multi-antenna Cooperative Systems
在本文中，我们考虑了一个三节点的合作无线供电通信系统组成的多天线混合接入点（H-AP）和单天线中继和单天线用户。能量受限的中继器和用户首先在下行链路中收获能量，然后中继器帮助用户使用收获的功率用于上行链路中的信息传输。研究了最优能量波束形成矢量和收获与协作的时间分割问题。为了降低计算复杂性，次优设计也进行了研究，其中的能量波束形成向量和时间分裂的封闭形式的表达式推导。为了比较的目的，我们还提出了一个详细的性能分析方面的可实现的中断概率和直观的能量波束成形方案的平均吞吐量，其中H-AP的所有能源对用户的方向。该论文的研究结果表明，在H-AP处实现多天线可以显著提高系统性能，并且闭合形式的次优能量波束成形向量和时间分割产生接近最优的性能。此外，对于直观的波束成形方案，可以实现（N+1）/2的分集阶数，其中N是H-AP处的天线数量。
2017-03-06 cs.IT math.IT
On Cooperative Beamforming Based on Second-Order Statistics of Channel State Information
研究了中继网络中的协作波束形成问题，即源节点通过一组协作节点向目的节点发送数据。源首先在本地发送。接收源信号的协作节点以放大转发（AF）方式接收源信号的加权版本。假设知道信道状态信息的二阶统计量，确定波束成形权重，使得在目的地处的信噪比（SNR）受到两个不同的功率约束的最大化，即，总（源和中继）功率约束以及各个中继功率约束。对于前一个约束，原问题转化为一个单变量问题，可以通过牛顿法求解。对于后者的约束，原问题转化为齐次二次约束二次规划（QCQP）问题。在这种情况下，它表明，当继电器的数量不超过三个的全局解总是可以通过半定规划（SDP）松弛和矩阵秩一分解技术构造。对于SDP松弛不产生秩1解的情况，提出了两种方法来求解该问题：第一种方法是基于坐标下降法，第二种方法将QCQP问题转化为无穷范数最大化问题，其中光滑的有限范数近似可以使用增广拉格朗日方法得到解.
2010-05-28 cs.IT math.IT
Cooperative Beamforming for Wireless Ad Hoc Networks
通过协作波束成形，无线网络中的节点能够以能量高效的方式在长距离上发送公共消息。然而，向所有协作节点提供相同消息的过程引入了延迟。在本文中，提出了一种MAC-PHY跨层方案，该方案能够以显著降低的协作开销实现协作波束成形。它包括两个阶段。在第一阶段中，节点以随机接入时隙方式在本地发送。从多个源节点的同时传输被视为所有传输的数据包的线性混合。在第二阶段中，充当分布式天线系统的一组协作节点将接收到的模拟波形波束成形到一个或多个遥远的目的地。该步骤需要将接收到的模拟波形乘以复数权重，该复数权重由每个协作节点独立计算，并且允许绑定到相同目的地的分组在目的地节点处相干地相加。假设每个节点都可以访问位置信息，所提出的方案可以实现高吞吐量，在某些情况下超过1。相应的符号错误概率的分析所提出的计划。
2007-08-06 cs.IT math.IT
Lifetime Improvement in Wireless Sensor Networks via Collaborative Beamforming and Cooperative Transmission
协作波束形成（CB）和协作传输（CT）最近已经作为可以有效地利用协作/协作节点来创建虚拟多输入/多输出（MIMO）系统的通信技术出现。延长由电池供电的节点组成的网络的生命周期是无线传感器网络设计和运行中的一个关键问题。本文考虑了网络生命周期的影响，允许靠近的节点使用CB/CT，以减少负载，甚至避免数据包转发请求的节点，有关键的电池寿命。首先，CB/CT在提高信号强度在一个遥远的目的地使用附近的节点的能量的有效性进行了研究。然后，通过这种技术所获得的性能改善进行了分析，为一个特殊的2D磁盘的情况。此外，对于一般的网络，其中信息生成速率是固定的，一个新的路由问题被制定为一个线性规划问题，而对于其他一般的网络，路由的成本是动态调整，根据剩余的能量和CB/CT的有效性。从分析和仿真结果可以看出，所提出的方法可以减少约90%的能量消耗节点的有效载荷在特殊情况下的网络考虑和提高约10%的一般网络的生命周期，与现有的技术相比。
2007-04-26 cs.IT math.IT
Cooperative Beamforming with Predictive Relay Selection for Urban mmWave Communications
Rutgers, The State University of New Jersey（罗格斯新泽西州立大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）
虽然毫米波（mmWave）通信承诺高数据速率，但是它们对阻塞的敏感性和严重的信号衰减对其在城市环境中的部署提出了挑战。为了克服这些影响，我们考虑一个分布式的合作波束成形系统，它依赖于静态中继部署在集群具有相似的信道特性，在每个时刻，只有一个中继从每个集群被选择参与波束成形的目的地。为了满足网络的服务质量保证，波束成形的关键先决条件是中继选择。然而，由于信道随时间变化，中继选择成为一个资源需求的任务。实际上，对所有候选中继的信道状态信息的估计（对于中继选择是必要的）是占用带宽、浪费功率并且在网络中引入延迟和干扰的过程。相反，我们提出了一种独特的，预测性的方案，用于资源高效的中继选择，它利用毫米波介质的特殊传播模式，可以跨集群分布式执行，并与基于最佳波束成形的通信并行。所提出的预测方案有效地利用时空信道的相关性与当前和过去的网络范围内的接收信号强度（RSS），后者是不变的中继集群的大小，在系统的操作过程中连续测量。我们的数值结果证实，我们提出的中继选择策略优于任何随机选择策略，不利用信道相关性，而在同一时间，它执行非常接近一个理想的方案，使用完整的，集群大小相关的RSS，并提供显着节省信道估计开销，提供更好的网络利用率，特别是在密集的拓扑结构，典型的毫米波网络。
2019-07-29 cs.IT cs.LG cs.NI
Cooperative Beamforming for Wireless Fronthaul and Access Links in Ultra-Dense C-RANs with SWIPT: A First-Order Approach
本文研究了云无线接入网（C-RAN）中的多组多播传输，其中密集的远程射频头（RRH）分别为信息用户（IU）和能量用户（EU）提供信息和能量服务。为了最大化信息服务的加权和速率（WSR），同时满足能量收集水平在EU，联合波束成形设计的优化制定的前传和接入链路，然而，这是既不光滑也不凸，确实是NP-难。针对这一问题，利用光滑和逐次凸逼近将原问题转化为一系列凸问题，并分别给出了求解初始可行点和近最优解的两个一阶算法.此外，加速算法的设计，以提高收敛速度，利用Nesterov和重球动量。数值结果表明，所提出的一阶算法与传统的二阶算法相比，在获得几乎相同的WSR的同时，具有更低的计算复杂性，并且在WSR方面优于现有的竞争方案.
2021-06-09 cs.IT math.IT
Beamforming Design and Multi-User Scheduling in Transmissive RIS Enabled Distributed Cooperative ISAC Networks with RSMA
本文提出一种基于透射式RIS和RSMA的分布式协作ISAC网络，通过构建最大化最小雷达互信息的非凸优化问题来联合设计波束成形与用户调度，并采用共识ADMM框架解耦求解，有效提升了通信总速率和感知性能，同时降低了算法复杂度。
2024-11-17 cs.IT math.IT
On Two-way Communications for Cooperative Multiple Source Pairs Through a Multi-antenna Relay
本文研究了多源对双向中继中的转发转发（AF）技术。每个源具有单天线，中继具有多天线。推导出了在多源对情况下，实现最大信干噪比的最优波束形成矩阵结构。然后，我们提出了两个新的非迫零为基础的波束形成方案的TWR，它考虑到保留所需的信号和抑制之间的不同源对干扰之间的权衡。针对中继节点信噪比（SNR）较低、源节点总数较多的情况，提出了一种联合分组和波束形成的方法，以获得较好的信干噪比（SINR）。
2010-12-10 cs.IT math.IT
Decentralized Cooperative Beamforming for BDRIS-Assisted Cell-Free MIMO OFDM Systems
本文提出了一种去中心化协作波束成形方法，用于BDRIS辅助的无基站MIMO OFDM系统，以提高总速率性能。
2026-01-19 cs.ET cs.IT eess.SP
Globally Optimal Joint Uplink Base Station Association and Beamforming
近年来，联合基站（BS）关联和波束形成问题得到了广泛的研究，但即使是最简单的SISO情况下的计算复杂性也没有被完全表征。在本文中，我们考虑的上行链路SISO/SIMO蜂窝网络下的最大-最小公平性准则的问题。我们首先证明了SISO和SIMO方案的问题是多项式时间可解的。其次，我们提出了一个基于固定点的二叉搜索（BS-FP）算法的SISO和SIMO的情况下，QoS（服务质量）约束的子问题，解决了在每一步由一个固定点的方法。第三，我们提出了一个规范化不动点（NFP）迭代算法来直接求解原问题，并证明了它的几何收敛性。虽然不知道NFP算法是否是多项式时间算法，但根据经验，它比多项式时间算法快几个数量级收敛到全局最优值，使其适合于大规模网络中的应用。
2015-12-15 cs.IT math.IT
QoS-based Beamforming and Compression Design for Cooperative Cellular Networks via Lagrangian Duality
针对协作蜂窝网络下行链路，提出基于拉格朗日对偶的联合波束成形与压缩设计算法，利用半定松弛紧性消除对偶间隙，通过增强KKT条件与线性收敛的不动点迭代实现全局最优解，并验证其高效性。
2025-04-23 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Multicell 3D Beamforming in Multi-Antenna Cellular Networks
我们考虑一个蜂窝网络与多天线基站（BS）和单天线用户，多小区合作，不完善的信道状态信息，定向天线每个垂直可调波束。我们调查的BS天线图案，表示为倾斜，所考虑的网络的性能时，采用传统的单小区传输或完全合作的多小区传输的仰角的影响。利用这项调查的结果，我们提出了一种新的混合多小区合作技术，其中小区间的干扰是通过在水平平面的合作波束成形或协调波束成形在垂直平面的无线信道，表示为自适应多小区3D波束成形控制。其主要思想是将覆盖区域划分为两个不相交的垂直区域，并在服务每个区域时在BS处采用多小区协作策略。一个公平的调度器被用来共享垂直区域之间的时隙。结果表明，所提出的技术可以实现与完全协作传输相当的性能，但复杂性和信令要求显着降低。为了使性能分析的计算效率，不同的波束形成策略下的用户遍历速率的解析表达式也推导出来。
2015-09-07 cs.IT math.IT
Adaptive Limited Feedback for Sum-Rate Maximizing Beamforming in Cooperative Multicell Systems
基站协作提高了在蜂窝系统中可以实现的和速率。传统的协作技术需要在有限容量的回程链路上共享大量信息，并且假设基站具有系统中所有活动用户的完整信道状态信息（CSI）。在本文中，提出了一种新的有限反馈策略的多小区波束形成中的合作被限制到共享基站之间的活动用户的CSI。所考虑的系统设置是基于Wyner模型的单元的线性阵列。每个小区包含单天线用户和多天线基站。首先给出了近似最大化多小区系统中的和速率的波束形成向量的封闭形式表达式，假设在发射机处具有完整的CSI。对于有限带宽反馈链路的更实际的情况，期望信道和干扰信道的CSI在被反馈到基站之前在接收器处被量化。由于随机矢量量化的平均损失和速率的上限推导。一个新的反馈比特分配策略，分区之间的期望和干扰信道的可用比特，近似最小化由于量化的和速率的平均损失。所提出的反馈比特划分算法，使用模拟，以产生接近的总和速率在基站使用全CSI。
2009-12-04 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
Cooperative Cognitive Networks: Optimal, Distributed and Low-Complexity Algorithms
本文考虑了认知系统和主系统之间的合作，其中多个认知基站（CBS）中继主用户（PU）的信号，以换取更多的机会来发送自己的信号。CBS使用放大转发（AF）中继和协调波束成形来中继主信号并发送它们自己的信号。我们的目标是最小化的总发射功率的CBS给定的PU和认知用户（CU）的速率要求。我们表明，中继矩阵具有单位秩，并执行两个功能：匹配滤波器接收波束成形和发射波束成形。然后，我们开发了两个有效的算法来找到最优解。第一种算法具有线性收敛速度，适合分布式实现;第二种算法具有超线性收敛性，但需要集中处理。此外，我们推导出线性常规迫零（CZF）和先验迫零（PZF）方案的波束形成向量，这提供了更简单的解决方案。仿真结果表明，由于主系统和认知系统之间的合作，中断性能的改善。
2012-04-12 cs.IT math.IT
Energy Efficient Robust Beamforming and Cooperative Jamming Design for IRS-Assisted MISO Networks
在无线通信网络中，节能设计和安全通信是至关重要的。然而，通过使用物理层安全性实现的能量效率可能受到信道条件的限制。为了解决这一问题，研究了一种智能反射面辅助的多输入单输出（MISO）独立协同干扰网络。在理想信道状态信息和非理想信道状态信息下，通过联合设计发射波束形成和干扰波束形成以及IRS相移矩阵，使能量效率最大化。为了解决非凸分式优化问题，提出了一种基于半定规划（SDP）松弛的算法来求解理想CSI情形下的能量效率最大化问题，而在非理想CSI情形下，则采用一种基于$\mathcal{S}$ -过程的交替优化算法来求解该问题.仿真结果表明，所提出的设计优于基准计划的能源效率。此外，能源效率和保密率之间的权衡发现在IRS辅助的MISO网络。此外，它表明，IRS可以帮助提高能源效率，即使CSI的不确定性。
2020-12-09 cs.IT cs.SY eess.SY
Joint Beamforming and Power Splitting Control in Downlink Cooperative SWIPT NOMA Systems
研究了无线信息功率同步传输（SWIPT）在协作非正交多址接入（NOMA）中的应用。提出了一种新的协作多输入单输出（MISO）SWIPT NOMA协议，其中具有强信道条件的用户充当能量收集（EH）中继，以帮助信道条件较差的用户。EH继电器采用功率分流（PS）方案。通过联合优化PS比和波束成形向量，设计目标是在满足“弱用户”的QoS要求的同时最大化“强用户”的数据率。它归结为一个具有挑战性的非凸问题。为了解决这个问题，半定松弛（SDR）技术被用来放松与波束形成器相关的二次项，然后通过二维穷举搜索来求解其全局最优性。我们证明了秩一的最优性，建立放松的问题和原来的等价。为了进一步降低穷举搜索带来的高复杂度，提出了一种基于连续凸近似（SCA）的迭代算法，该算法至少可以有效地达到其稳定点。考虑到潜在的应用场景，例如，物联网，单输入单输出（SISO）的情况下，合作SWIPT NOMA系统也进行了研究。公式化的问题被证明是严格单峰的PS比。因此，黄金分割搜索（GSS）为基础的算法，在每一步的封闭形式的解决方案，提出了找到唯一的全局最优解。值得指出的是，SCA方法也可以收敛到SISO情况下的最优解。在数值模拟中，该算法的数值收敛在几个迭代，和SWIPT辅助NOMA协议优于现有的传输协议。
2017-06-09 cs.IT math.IT
Bayesian-Guided Cooperative RL Beamforming for Wireless Adversarial User Detection
Technische Universität Dortmund（多特蒙德工业大学）
研究下一代无线网络中通信系统需求，提出基于3GPP系统模型，用穷举搜索确定最佳波束成形配置，在有攻击者和不同网络条件下评估。结果显示基于强化学习的方法优于随机选择，Q学习在检测准确率和计算效率间权衡最佳，为无线环境提供有效决策方案。
2026-09-30 cs.CR cs.IT math.IT
Max-Min Fair Beamforming for Cooperative Multigroup Multicasting with Rate-Splitting
同时大量访问相同多媒体内容的需求是下一代蜂窝网络在密集城市地区的一个主要挑战。内容感知的组播传输策略提供了很有前途的解决方案，这样的用例涉及许多移动用户试图获取相同的数据。在这项工作中，我们考虑多组多播传输与一个共同的消息（例如，多媒体内容），其中不同的多播组与它们的私有多播消息一起感兴趣。我们进一步假设中继帮助蜂窝基站（BS）向经历高路径损耗和/或阻塞的用户传播多播内容。我们提出了叠加和级联编码方案，分别表示为SC和CC，来传输公共和私有组播消息。为了最大化最大最小公平（MMF）率，我们设计了一种新的低复杂度的交替优化算法来计算发送和中继预编码器。我们还提出了速率分裂（RS）的替代方案的SC和CC计划连同迭代算法来获得专用的发送和中继预编码器，以最大限度地提高MMF率。我们严格评估所提出的传输方案和预编码器的性能，并验证了基于RS的方案在过载情况下的优越性，没有任何饱和，增加信噪比。
2020-04-03 cs.IT math.IT
Joint User Grouping and Linear Virtual Beamforming: Complexity, Algorithms and Approximation Bounds
在具有大量分布式节点的无线系统中，通过集中节点来执行联合发送/接收，可以大大提高通信质量。在本文中，我们考虑的问题，最佳地选择一个子集的节点从潜在的大量的候选人，形成一个虚拟的多天线系统，而在同一时间设计他们的联合线性传输策略。我们专注于两个具体的应用场景：1）多个单天线发射机合作发送到接收机; 2）一个单一的发射机发送到接收机的帮助下，一些合作的中继。我们制定的联合节点选择和波束形成问题的基数约束的优化问题与离散变量（用于选择合作节点）和连续变量（用于设计波束形成器）。对于每个应用场景，我们首先描述联合优化问题的计算复杂性，然后提出新的半定松弛（SDR）技术来获得近似解。我们表明，新的SDR算法有保证的近似性能的差距，全局最优，无论信道实现。数值实验证明了所提出算法的有效性。
2013-10-03 cs.IT math.IT
Cooperative Beam Selection for RIS-Aided Terahertz MIMO Networks via Multi-Task Learning
针对RIS辅助太赫兹MIMO网络中模拟波束选择的组合优化难题，本文提出基于多任务学习的MTL-ABS框架，将码字选择建模为分类问题，结合残差网络与自注意力机制实现收发端和RIS的协作波束选择，显著降低开销并逼近最优和速率。
2024-08-31 cs.IT eess.SP math.IT
Edge Cache-assisted Secure Low-Latency Millimeter Wave Transmission
在本文中，我们考虑了边缘缓存辅助的毫米波云无线电接入网络（C-RAN）。C-RAN中的每个远程无线电头端（RRH）都有一个本地缓存，可以预取和存储执行器请求的文件。多个RRH形成一个集群，以协同服务的致动器，获得他们所需的文件，无论是从本地缓存或从中央处理器通过多播前传链路。对于这样的情况下，我们制定了一个波束成形设计问题，以最大限度地减少每个RRH的发射功率约束下的安全传输延迟。由于直接求解该问题的困难，我们将其分为两个独立的问题：{ \textit{i)} }通过联合优化发送和接收波束形成来最小化前传传输延迟; { \textit{ii)} }通过联合设计RRH之间的协作波束形成来最小化最大接入传输延迟。提出了一种交替迭代算法来求解第一个优化问题。对于后者，我们首先设计了基于信道状态信息的模拟波束形成。然后，借助于逐次凸逼近和$S$ -过程技术，构造了一个半定规划（SDP），并通过SDP松弛提出了一个迭代算法。最后，仿真结果验证了所提出的方案的性能。
2020-02-11 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Transmit Beamforming for Heterogeneous Networks
在本文中，我们开创了异构网络（HetNets）的物理层安全性的研究。我们研究了两层下行链路HetNet中的安全通信，其中包括一个宏蜂窝和几个毫微微蜂窝。每个小区有多个用户，窃听者试图窃听预定的宏小区用户。首先，我们考虑了正交频谱分配策略，以消除同信道干扰，并提出了保密发射波束形成只在宏小区（STB-OM）作为一个部分解决方案，在HetNet安全通信。接下来，我们考虑了一个面向secondary非正交频谱分配策略，并提出了两个合作的机顶盒，它依赖于宏蜂窝基站（MBS）和相邻的毫微微蜂窝基站（FBS）之间的合作。我们的第一个合作机顶盒是在宏蜂窝和毫微微蜂窝（STB-SMF）中顺序操作的机顶盒，其中合作FBS单独设计它们的机顶盒矩阵，然后将它们的性能指标馈送到MBS，用于在宏蜂窝中引导机顶盒。为了提高STB-SMF的性能，我们进一步提出了宏蜂窝和毫微微蜂窝联合设计的机顶盒（STB-JMF），其中所有协作FBS将信道状态信息反馈给MBS以设计联合机顶盒。与传统的STB设想为广播或干扰信道，三个建议的STB方案都需要相对复杂的优化，由于合法用户的QoS约束。为了有效地使用这些STB计划，原来的优化问题重新制定和凸优化技术，如二阶锥规划和半定规划，调用，以获得最优解。数值结果表明，所提出的STB方案是非常有效的提高HetNet的保密率性能。
2015-03-03 cs.IT math.IT
RIS-Aided Cooperative Mobile Edge Computing: Computation Efficiency Maximization via Joint Uplink and Downlink Resource Allocation
本文研究RIS辅助的协作移动边缘计算系统，通过联合设计上下行无线资源分配（包括用户关联、波束成形、功率、任务划分及相移），利用组稀疏结构和交替最大化框架最大化计算效率。
2024-03-21 cs.IT eess.SP math.IT
