The diversity-multiplexing tradeoff of the symmetric MIMO half-duplex relay channel
由于扩展部分中的一个方程中的错误，本文已被撤回。
2010-06-08 cs.IT 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
Full-Duplex MIMO Small-Cell Networks: Performance Analysis
具有多个天线的全双工小型小区中继构成了设想的5G网络架构的核心元素。在本文中，我们使用随机几何分析全双工多天线小小区的无线网络的性能，特别强调成功传输的概率。为了实现这一目标，我们还描述了全双工节点的自干扰功率的分布。建议的框架揭示了有用的见解全双工的好处，就半双工的网络吞吐量。
2015-07-03 cs.IT math.IT
Rate Balancing in Full-Duplex MIMO Two-Way Relay Networks
研究了全双工多输入多输出（MIMO）无线网络中包含两个信源和一个双向式的【形】（TW）中继的最小速率问题。为了提高整体性能，使用迫零的方法在中继抑制残留的自干扰所产生的全双工（FD）操作，基本的最大-最小的问题是铸造作为一个非凸的优化问题。为了避免这个问题，半定松弛技术，导致上，下限的优化问题的解决方案。数值结果验证了上下界解紧密遵循对方，表明所提出的方法的结果在接近最优的解决方案。此外，残余自干扰的影响后，网络的整体性能方面的最低速率的数值结果说明，并为低残余自干扰的情况下，所提出的方法相比，一个类似的半双工（HD）的对手的优越性。
2019-01-28 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex Millimeter Wave MIMO Channel Estimation: A Neural Network Approach
本文研究全双工毫米波MIMO系统中的信道估计问题，提出基于神经网络的方法，通过共享导频资源降低开销，并利用NN映射解决分离天线配置下TX阵列信道估计的挑战。
2024-06-18 cs.IT eess.SP math.IT
Multiuser MIMO Beamforming with Full-duplex Open-loop Training
在本文中，全双工无线电被用来不断更新的信道状态信息的发射机，这是需要计算的下行预编码矩阵在MIMO广播信道。全双工操作允许利用用于开环上行链路训练的信道互易性来估计下行链路信道。然而，训练的上行链路传输在下行链路接收移动节点处产生干扰。我们描述了最佳的训练资源分配及其相关的频谱效率，在建议的开环训练为基础的全双工系统。我们还评估了半双工对应的性能，以获得全双工训练的相对增益。尽管由于全双工而存在节点间干扰，但是在半双工操作上获得了显著的频谱效率改善。
2015-05-07 cs.IT math.IT
Joint Beamforming for RIS Aided Full-Duplex Integrated Sensing and Uplink Communication
本文针对全双工上行ISAC系统，提出联合优化波束赋形、RIS配置和用户功率分配的迭代算法，利用MM和PDD方法求解，并通过数值结果验证RIS对自干扰抑制和感知性能的提升。
2023-09-21 cs.IT eess.SP math.IT
Co-Designing Statistical MIMO Radar and In-band Full-Duplex Multi-User MIMO Communications -- Part II: Joint Precoder, Radar Code, and Receive Filters Design
本文针对统计MIMO雷达与带内全双工多用户MIMO通信的频谱共享问题，提出基于复合加权和互信息的联合设计框架，并采用块坐标下降与交替投影方法优化雷达码、预编码器和接收滤波器，实验验证了算法收敛性、干扰抑制能力和数据速率稳定性。
2024-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Pair Two Way AF Full-Duplex Massive MIMO Relaying with ZFR/ZFT Processing
我们考虑双向放大和转发中继，其中多个全双工用户对通过共享的全双工大规模多输入多输出（MIMO）中继交换信息。我们推导出封闭形式的频谱效率与迫零处理的中继，通过使用最小均方误差信道估计。本文所考虑的系统模型的迫零下限，这是有效的任意数量的天线，尚未推导出在大规模MIMO中继文献。我们数值上证明了推导出的下界的准确性和使用迫零处理实现的性能改善。我们还数值演示了一个全双工系统实现的频谱增益超过一个半双工的各种天线制度。
2017-10-03 cs.IT math.IT
Joint Beamforming Optimization and Power Control for Full-Duplex MIMO Two-way Relay Channel
在本文中，我们探讨了使用全双工无线电，以提高频谱效率的双向中继信道中，两个源交换信息，通过多天线中继，和所有的节点工作在全双工模式。全双工操作可以将整个通信减少到仅一个相位，但是遭受自干扰。而不是纯粹的抑制自干扰，我们的目标是最大限度地提高端到端的性能，通过联合优化波束成形矩阵在中继使用放大和转发协议，以及在源的功率控制。具体而言，我们提出了迭代算法和一维搜索来解决两个问题：找到可达速率区域和最大化总速率。在每一次迭代中，得到解析解或凸公式。我们比较了建议的全双工双向中继与传统的半双工双向中继，全双工单向中继和性能上限。数值结果表明，提出的全双工方案显着提高了可实现的数据率比传统的计划。
2014-11-21 cs.IT math.IT
Joint Relay-User Beamforming Design in Full-Duplex Two-Way Relay Channel
研究了多天线全双工双向中继信道。对于这种三节点网络，波束成形设计需要抑制自干扰。虽然传统的方法是应用迫零来减轻自干扰，但它可能会损害期望的信号。本文通过求解服务质量约束下的波束形成设计问题，提出了一种保留部分自干扰的设计方案。由于环路自干扰的存在，该问题具有挑战性，因此提出了一种保证收敛的交替优化算法来联合设计中继用户波束形成器。数值结果表明，该方案的性能优于迫零方法，并实现了接近理想情况下的发射功率。
2016-10-17 cs.IT math.IT
Technical Report: Outage Performance of Full-Duplex MIMO DF Relaying using Zero-Forcing Beamforming
本文研究了多天线终端的解码转发协作网络中全双工中继的性能。更具体地说，通过分析端到端的统计，我们推导出精确的封闭形式的表达式的端到端中断概率的发送和接收ZFBF计划在瑞利衰落环境。一些选定的结果显示了一些有趣的观察有用的系统设计者。具体来说，我们观察到中断性能可以通过采用不同的天线配置的联合ZF为基础的预编码得到改善。
2017-03-09 cs.IT math.IT
Joint Sparse Beamforming and Power Control for Large-scale DAS with Network-Assisted Full Duplex
本文研究了大规模分布式天线系统（L-DAS）中网络辅助全双工（NAFD）的稀疏波束形成和功率控制问题。在L-DAS中，远端天线单元可以工作在半双工模式或全双工模式，它们都通过高速回程链路连接到中央处理器（CPU）。NAFD通过CPU的联合处理，可以实现真正灵活的双工，包括灵活的半双工和全双工。交叉链路干扰和有限容量的回程是L-DAS中NAFD的主要问题。为了解决这些问题，我们的目标是最大化上行链路和下行链路的聚合速率服从服务质量约束和回程约束。已经提出了两种方法来解决优化问题，其中第一种方法将目标函数转换为两个具有半定松弛（SDR）的凸函数的差，然后应用迭代SDR-块坐标下降法来解决问题。第二种方法是基于序贯参数凸逼近。仿真结果表明，与传统的时分双工方案相比，所提出的算法产生了更高的速率增益。
2019-11-13 cs.IT math.IT
Compact Full Duplex MIMO Radios in D2D Underlaid Cellular Networks: From System Design to Prototype Results
本文考虑了紧凑型全双工多输入多输出（MIMO）架构的实现和应用可能性，其中用户之间存在直接通信，例如，设备到设备（D2D）和蜂窝链路共存于同一频谱上。对于紧凑型全双工无线电的架构，我们将基于双极化的模拟自干扰消除器与高交叉极化鉴别（XPD）和基于长期演进（LTE）的每子载波数字自干扰消除器相结合。虽然我们考虑的紧凑性和功率效率的模拟解决方案，我们专注于数字消除器的设计与鲁棒性的频率选择性信道和高兼容性与传统的LTE系统。针对一个具有两个用户对的全双工测试床的空中无线实验，我们在基于FPGA的软件定义无线电平台上实现了一个支持20 MHz带宽的全双工MIMO物理层（PHY）。此外，我们提出了一种新的定时同步方法来构建一个更可行的全双工MIMO链路。通过具有全双工链路原型完全实时操作，我们提出了第一个表征的建议紧凑型全双工MIMO性能取决于全双工节点的发射功率。我们还展示了节点之间的链路质量。这项工作的重要见解之一是，全双工操作的用户是能够获得的吞吐量增益，如果用户具有自干扰能力，保证性能。
2017-03-17 cs.IT math.IT
Beamforming Design for Full-Duplex Two-Way Amplify-and-Forward MIMO Relay
本文考虑全双工（FD）双向放大转发中继系统，在中继发射功率受限的情况下，研究了中继和接收波束联合设计以最小化均方误差的问题。由于信道估计误差和模数转换器的局限性，无法完全消除扩频码间干扰。中继站处的多个天线可以帮助抑制残留SI，但是需要波束成形来平衡残留SI抑制和期望的信号传输。此外，中继波束成形矩阵应该在每个时隙更新，因为前一时隙中的残余SI被当前波束成形矩阵放大并被添加到当前时隙中来自两个源的接收信号。我们推导出最佳平衡的中继波束形成和接收波束形成矩阵的封闭形式的基础上最小均方误差，考虑到传播的残留的CMOSSI从第一个到当前的时隙。我们还提出了波束成形设计，只使用的m个最新的时隙，而不是从第一个时隙的信道。根据我们的数值结果，我们还确定FD是有益的，并提出FD和半双工之间的选择，根据信号噪声比和干扰噪声比。
2016-06-27 cs.IT math.IT
Two-way relay beamforming optimization for full-duplex SWIPT systems
在本文中，我们研究了双向中继波束赋形优化问题，以最大限度地提高可实现的和速率的同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统与全双工（FD）多输入多输出（MIMO）放大和转发（AF）中继。特别是，我们解决的最佳联合设计的接收机功率分配（PS）比和波束成形矩阵在中继节点给定的信道状态信息（CSI）。我们的贡献是一个迭代算法的基础上的差异凸（DC）规划和一维搜索，以实现联合最优解。仿真结果证明了该算法的有效性。
2017-03-21 cs.IT math.IT
Direction-Assisted Beam Management in Full Duplex Millimeter Wave Massive MIMO Systems
全双工（FD）技术的最新应用集中于实现同时的控制通信和数据传输以减少控制信息交换开销，这影响端到端延迟和频谱效率。在本文中，我们提出了一个同时的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统的方向估计和数据传输方案，使最近的FD MIMO技术与降低硬件复杂度的自干扰（SI）消除。我们将所提出的框架应用于毫米波模拟波束管理问题，考虑配备有实现下行链路模拟波束成形的大型发射天线阵列和用于上行链路到达方向（DoA）估计的少量数字控制接收天线元件的基站。提出了一种用于设计DOA辅助模拟波束形成器和模拟以及数字SI消除的联合优化框架，其目标是最大化可实现的下行链路速率。我们的仿真结果表明，该方案优于其传统的半双工对应，产生减少的DOA估计误差和优越的下行链路数据率。
2021-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
Parallel and Distributed Hybrid Beamforming for Multicell Millimeter Wave MIMO Full Duplex
本文研究多小区 mMIMO 毫米波全双工系统的混合波束成形，提出基于 MM 的集中式方案及并行分布式框架，以更低开销和复杂度逼近集中式性能并超越全数字半双工。
2023-06-01 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex Multiuser MISO Under Coarse Quantization: Per-Antenna SQNR Analysis and Beamforming Design
Korea Advanced National Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学）
本文提出了一种考虑自干扰和量化的波束成形方法，以提高全双工多用户MISO系统在粗量化下的频谱效率。
2026-01-23 cs.IT eess.SP math.IT
Multiuser MIMO Sequential Beamforming with Full-duplex Training
多个发射天线可以通过同时对多个用户进行波束成形来显著提高下行链路频谱效率。然而，多用户波束成形需要在发射机处的信道状态信息（CSI），这导致训练开销并且降低整体可实现的频谱效率。在本文中，我们提出并分析了一种顺序波束形成策略，利用全双工基站实现下行链路数据传输的同时，通过带内闭环或开环训练CSI采集。我们的研究结果表明，全双工能力可以提高单向流量的频谱效率，利用它来减少CSI估计的控制开销。在中等信噪比制度，我们解析推导出紧密近似的最佳训练时间和特征相关联的各自的频谱效率。我们进一步表征了增强的复用增益性能在高SNR制度。在这两种制度中，所提出的全双工策略的性能进行比较，以量化的频谱效率的提高。利用来自3GPP的实验数据[1]和3D信道模型[2]，在块长度为500个符号的1.4 MHz 8X8系统LTE系统中，所提出的策略在闭环和开环训练下分别获得了130%和8%的频谱效率提高。
2017-01-29 cs.IT math.IT
Full Duplex Holographic MIMO for Near-Field Integrated Sensing and Communications
本文研究近场太赫兹全双工全息MIMO基站，通过优化动态超表面天线参数，同时提升目标感知精度与下行通信性能，实现集成感知与通信。
2023-08-07 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Dynamic Passive Beamforming and Resource Allocation for IRS-Aided Full-Duplex WPCN
研究了智能反射面（IRS）辅助的全双工无线供电通信网络（WPCN），其中混合接入点（HAP）在下行链路（DL）向多个设备广播能量信号以进行能量收集，同时在上行链路（UL）借助IRS接收信息信号。特别是，我们提出了三种类型的IRS波束成形配置，以达到系统性能和信令开销以及实现复杂度之间的平衡。我们首先提出了全动态IRS波束成形，其中IRS相移矢量随每个时隙而变化，用于DL无线能量传输（WET）和UL无线信息传输（WIT）。为了进一步降低信令开销和实现复杂度，我们研究了两种特殊情况，即部分动态IRS波束形成和静态IRS波束形成。对于前一种情况，两个不同的相移矢量可以分别用于DL WET和UL WIT，而对于后一种情况，相同的相移矢量需要应用于DL和UL传输。我们的目标是最大限度地提高系统的吞吐量，通过联合优化的时间分配，HAP发射功率，和IRS相移为上述三种情况。分别针对理想自干扰抵消和非理想自干扰抵消两种情况，利用逐次凸逼近和凸差优化技术，提出了基于交替优化和惩罚的两种有效算法。仿真结果证明了IRS对FD-WPCN性能的改善，同时也表明，在适当抑制自干扰的情况下，IRS辅助FD-WPCN与半双工FD-WPCN相比能够获得显著的性能增益。
2021-08-15 cs.IT eess.SP math.IT
Performance of Network-Assisted Full-Duplex for Cell-Free Massive MIMO
网络辅助全双工（NAFD）是一种适用于未来无线网络的空分双工技术，具有无小区的大规模多输入多输出在CF大规模MIMO（CF massive MIMO）网络中，使用半双工或全双工的大量远程天线单元（RAU）共同支持真正灵活的双工，包括时分双工，通过使用网络MIMO方法，根据上行链路和下行链路业务的需求，实现频分双工和全双工。利用NAFD，可以增加无线网络的双向数据率并且可以减少端到端延迟。该文研究了空间相关信道下，非理想信道状态信息（CSI）条件下CF大规模MIMO网络中NAFD通信的频谱效率。基于高维随机矩阵理论，推导了上行和速率最小均方误差（MMSE）接收机以及下行和速率迫零（ZF）和正则迫零（RZF）波束形成的确定性等价公式。数值结果表明，在不同的环境设置下，确定性的等效是准确的，在一个大规模的系统和系统与有限数量的天线。研究还表明，通过下行到上行干扰消除，可以提高具有NAFD的CF大规模MIMO的上行频谱效率。比较了带内全双工、半双工等不同双工配置下NAFD的频谱效率。在发射天线和接收天线总数相同的情况下，具有半双工RAU的NAFD提供了更高的频谱效率。为了减轻上下行干扰，提出了一种基于遗传算法的用户调度策略。仿真结果表明，与随机用户调度相比，采用GAS的下行链路可达和速率有了很大的提高。
2019-05-27 cs.IT math.IT
SoftNull: Many-Antenna Full-Duplex Wireless via Digital Beamforming
在本文中，我们提出并研究了一种数字控制的方法，称为软同步，使全双工多天线系统。与大多数依靠模拟消除器来抑制自干扰的设计不同，SoftwareTM依靠数字发射波束成形来减少自干扰。软干扰并不试图完美地消除自干扰，而是试图充分减少自干扰，以防止淹没接收机的动态范围。剩余的自干扰然后由接收器数字地消除。我们评估的性能，Softcraft使用测量从72元天线阵列在室内和室外环境。我们发现，Softcycle可以显着优于半双工的小小区在多天线制度，其中天线的数量是远远超过同时服务的用户数量。
2017-03-26 cs.IT math.IT
Joint Analog and Digital Transceiver Design for Wideband Full Duplex MIMO Systems
在本文中，我们提出了一种宽带全双工（FD）多输入多输出（MIMO）通信系统，包括一个FD MIMO节点同时与两个多天线上行链路（UL）和下行链路（DL）节点利用相同的时间和频率资源进行通信。为了抑制FD MIMO系统中由于同时发送和接收而产生的强自干扰（SI）信号，提出了一种基于基带正交频分复用（OFDM）信号建模的模拟和数字（A/D）相消以及发送和接收波束形成的联合设计。考虑到实际的发射机损伤，我们提出了一种多抽头宽带模拟消除器的架构，其抽头的数量不与收发器天线和多径SI组件的数量成比例。我们还提出了一种新的自适应数字抵消截断奇异值分解的基础上，减少残留SI信号估计参数。为了最大化FD和速率，提出了一种用于A/D抵消和数字波束形成的联合优化框架。最后，我们广泛的波形仿真结果表明，所提出的宽带FD MIMO设计具有更高的SI消除能力，降低了复杂度相比，现有的消除技术，从而提高可实现的速率性能。
2021-12-16 cs.IT eess.SP math.IT
Ten Years of Research Advances in Full-Duplex Massive MIMO
本文综述带内全双工大规模MIMO系统研究进展，梳理蜂窝网络向无蜂窝全双工大规模MIMO的演进，介绍网络辅助型范式的应用场景，分析挑战并展望未来研究方向。
2024-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
Signaling Design of Two-Way MIMO Full-Duplex Channel: Optimality Under Imperfect Transmit Front-End Chain
我们推导出最佳的多输入多输出（MIMO）全双工双向信道下的不完美的发射前端链的信令。我们使用博弈论的方法，在那里我们专注于帕累托边界的可实现的速率区域和纳什均衡（NE）的通道的双向速率的特征。对于MISO全双工双向信道，我们证明了波束成形是一种最优的传输策略，可以达到帕累托边界上的任何点。此外，我们提出了一个封闭形式的表达的最佳波束成形的权重。在我们的数值例子中，我们量化的增益在所提出的波束成形的可实现的速率在迫零波束成形。对于一般的MIMO全双工信道，我们建立了NE的存在性和NE的唯一性的条件。然后，我们提出了一个迭代注水算法，这是能够达到NE。通过仿真，找到了自干扰电平的阈值，在该阈值以下，全双工网元的性能优于半双工TDMA。
2015-06-01 cs.IT math.IT
Self-Interference Cancellation for Full-Duplex Massive MIMO OFDM with Single RF Chain
本文针对单射频链全双工大规模MIMO OFDM系统中的相位噪声问题，提出一种加权线性自干扰信道估计器以最小化残余自干扰功率，仿真表明其在强自干扰和低振荡器质量下显著优于传统最小二乘估计器。
2023-08-10 cs.IT eess.SP math.IT
FDD Massive MIMO -- Antenna Duplex Pattern an-Reciprocity : A Missing Brick
在基站（BS）处获得下行链路（DL）信道状态信息（CSI）对于频分双工（FDD）大规模MIMO（MM）系统是具有挑战性的。DL训练和反馈需要相当大的开销。相反，研究通常假设FDD双工链路之间的高度相关的平均空间信号签名（即，定向簇）。然而，这些假设仅表示在双工频带上使用具有相同辐射图案的天线，从而导致相同簇的照射。在本文中，我们调查模式的互易性，在双工频段，实际用户手机。我们首先展示了如何测量当代手机的人口表现出明显的双工模式的分歧。然后，我们测量复杂的模式双工发散的一个模拟电话，其中去极化来顶部的增益差异。因此，我们揭示了一个重要的，但被忽视的砖DL CSI评估FDD MM操作。也就是说，为了使FDD MM性能研究是现实的，必须考虑实际的用户手机。
2020-11-15 cs.IT math.IT
Secure Wireless Transmission for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Full Duplex Systems
这封信认为，在可重构智能表面（RIS）辅助全双工（FD）系统的安全通信。FD基站（BS）在存在窃听者的情况下在RIS的辅助下在相同的时间-频率维度上同时服务上行链路（UL）用户和下行链路（DL）用户。此外，人工噪声（AN）也被用来干扰窃听者的信道。我们的目标是通过联合优化发射波束成形，接收波束成形和AN协方差矩阵在BS，和被动波束成形在RIS的UL和DL用户的总和保密率最大化。为了处理非凸问题，我们将其分解成易于处理的子问题，并提出了一个有效的算法交替优化框架的基础上。具体地说，接收波束形成推导为一个封闭的形式的解决方案，而其他变量，通过使用半定松弛（SDR）方法和逐次凸逼近（SCA）算法获得。仿真结果表明，我们所提出的方案相比，其他基线计划的优越性能。
2022-09-25 cs.IT eess.SP math.IT
Network-Assisted Full-Duplex Cell-Free mmWave Massive MIMO Systems with DAC Quantization and Fronthaul Compression
在本文中，我们研究了网络辅助全双工（NAFD）无细胞毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统与数模转换器（DAC）量化和前传压缩。我们建议通过联合优化发射远程天线单元（T-RAU）和上行链路用户的功率分配以及下行链路和上行链路前传压缩噪声的方差来最大化加权上行链路和下行链路和速率。为了处理这个具有挑战性的问题，我们进一步应用连续凸近似（SCA）方法来处理非凸双向有限容量前传约束。仿真结果验证了所提出的基于SCA的算法的收敛性，并分析了前传容量和DAC量化对NAFD无小区mmWave大规模MIMO系统频谱效率的影响。此外，通过频谱效率的比较，得出了一些有意义的结论，表明在实际有限分辨率DAC的情况下，NAFD比同时同频全双工云无线接入网络（CCFD C-RAN）获得了更好的性能增益。具体而言，它们在8位DAC量化下的性能差距大于1位DAC量化下的性能差距，后者获得了5.5倍的改善。
2023-02-17 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Signaling of MISO Full-Duplex Two-Way Wireless Channel
我们在一个多输入单输出（MISO）全双工双向信道的自干扰模型，并评估可实现的速率区域。我们制定的边界的可实现率区域称为帕累托边界的一个家庭的耦合，非凸优化问题。我们的主要贡献是解耦和重新制定原来的非凸优化问题的一个家庭的凸半定规划问题。对于MISO全双工双向信道，我们证明了波束成形是一种最优的传输策略，可以达到帕累托边界上的任何点。此外，我们提出了一个封闭形式的表达的最佳波束成形的权重。在我们的数值例子中，我们量化的增益在所提出的波束成形的可实现的速率在迫零波束成形。
2015-01-17 cs.IT math.IT
Full-Duplex Massive MIMO Multi-Pair Two-Way AF Relaying: Energy Efficiency Optimization
我们考虑双向放大和转发中继，其中多个全双工用户对通过共享的全双工大规模多输入多输出（MIMO）中继交换信息。大多数以前的大规模MIMO中继工作最大化频谱效率（SE）。相比之下，我们最大限度地提高非凸能源效率（EE）度量近似为一个伪凹问题，然后使用经典的Dinkelbach方法解决。我们还最大化的最低能效的用户依赖于最大最小的方法的EE。为了解决这些优化问题，我们推导出封闭形式的下限遍历可实现的速率最大比合并和迫零处理在中继，通过使用最小均方误差信道估计。我们数值特征的准确性的下界。我们还将拟议设计的SE和EE与现有全双工系统的SE和EE进行比较，并量化拟议算法所实现的显着改进。我们还比较了所提出的全双工系统的EE的半双工同行，并表征自环和用户间干扰制度，所提出的全双工系统成功地优于半双工的。
2017-10-04 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Full-Duplex mmWave MIMO: Channel Estimation, Passive and Hybrid Beamforming
毫米波（mmWave）全双工（FD）是一种很有前途的技术，可以通过最大限度地利用时间和丰富的毫米波频率资源来提高容量。尽管如此，由于FD自干扰（SI）和毫米波的有限覆盖范围，它仍然受到限制。因此，本研究在可重构智能表面（RIS）的帮助下深入研究FD毫米波MIMO，以提高容量。首先，我们证明了在远场平面波前假设下，FD天线阵列的角域互易性。因此，提出了一种用于联合下行链路-上行链路（DL-UL）信道估计的策略。为了估计SI信道、直接信道和级联信道，分别提出了基于Khatri-Rao乘积的压缩感知（KR-CS）、分布式压缩感知（D-CS）和基于两阶段多测量向量的D-CS（M-D-CS）框架。此外，我们提出了一种基于角域级联通道的无源波束形成优化方案。针对混合波束形成结构，提出了一种新的混合加权最小均方误差信号干扰消除方法（H-WMMSE-SIC）。仿真已经揭示，与单独的DL/UL信道估计相比，联合DL-UL处理显著地提高了估计性能。特别是，当干扰噪声比小于35 dB时，我们提出的H-WMMSE-SIC提供了与全数字WMMSE-SIC相当的频谱效率性能。最后，分析了所提方法的计算复杂性。
2023-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Design of Multi-Tap Analog Cancellation and Digital Beamforming for Reduced Complexity Full Duplex MIMO Systems
在多输入多输出（MIMO）系统中实现全双工操作提供了提高吞吐量性能的潜力。然而，模拟自干扰消除器的硬件复杂度与发射天线和接收天线的数量成比例，因此利用模拟消除的益处对于全双工MIMO收发器来说变得不切实际。在本文中，我们提出了一种新的架构，包括减少数量的抽头（抽头指的是固定延迟和可变移相器和衰减器的线）和简单的多路复用器之间的发送和接收射频链的有效信号路由的模拟消除器。与可用的模拟消除架构相比，每个抽头的值和多路复用器的配置根据某些性能目标与数字波束成形滤波器联合设计。以窄带平坦衰落信道模型为例，提出了一种模拟抵消和数字波束形成联合设计的通用优化框架。我们还详细介绍了一个特定的优化目标，连同其派生的解决方案，后者的架构组件。代表性的计算机模拟结果表明，所提出的低复杂度全双工MIMO系统的优越性，最近可用的。
2017-05-15 cs.IT math.IT
Adaptive Modulus RF Beamforming for Enhanced Self-Interference Suppression in Full-Duplex Massive MIMO Systems
针对全双工大规模 MIMO 系统的自干扰问题，提出一种结合 Tx/Rx 增益控制器的非常数模值射频波束成形方案，通过群体智能算法联合优化波束方向与增益系数，实现约 80 dB 的自干扰抑制。
2024-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
Self-Interference in Full-Duplex Multi-User MIMO Channels
我们考虑一个多用户多输入多输出（MIMO）设置全双工（FD）多天线节点应用线性波束形成器，同时发送和接收多个流在莱斯衰落信道。精确的第一次和第二次正的时刻的剩余自干扰（SI），涉及平方范数的非同分布的随机变量之和，推导出封闭的形式。因此调用矩量法来提供剩余SI分布的Gamma近似。所提出的定理在任意线性预编码器/解码器设计、天线和流的数量以及SI消除能力下成立。
2017-01-01 cs.IT math.IT
Robust Active and Passive Beamforming for RIS-Assisted Full-Duplex Systems under Imperfect CSI
针对RIS辅助全双工系统中强自干扰与不完美CSI的挑战，提出一种结合分布鲁棒设计、CVaR与PCCP技术的鲁棒主动与被动波束成形方案，有效提升了上下行用户速率并优于现有方法。
2023-11-20 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Full-Duplex Communication: Passive Beamforming and Deployment Design
研究了智能反射面（IRS）辅助全双工（FD）无线系统的无源波束形成和部署设计，其中FD接入点（AP）在IRS的帮助下在相同的时频维度上同时与上行（UL）用户和下行（DL）用户通信。在这种设置下，我们考虑三种部署情况：1）分别放置在UL用户和DL用户附近的两个分布式IRS; 2）放置在DL用户附近的一个集中式IRS; 3）放置在UL用户附近的一个集中式IRS。在每种情况下，我们的目标是通过联合优化AP和UL用户的发射功率和IRS（或IRS）处的无源反射系数来最小化AP和UL用户的加权和发射功率消耗，这受到UL和DL用户的速率约束和IRS反射系数的单模约束。首先，我们分析了在每个部署方案下的IRS辅助FD系统所需的最小发射功率，并将其与相应的半双工（HD）系统进行比较。我们发现，FD系统优于其HD对应的所有IRS部署方案，而分布式部署进一步优于其他两个集中式部署方案。接下来，我们将具有挑战性的功率最小化问题转换为等效但更易于处理的形式，并提出了一种基于块坐标下降（BCD）方法的高效算法来解决它。最后，数值结果验证了我们的分析以及所提出的被动波束形成设计的有效性。
2020-12-14 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
Analysing of 3D MIMO Communication Beamforming in Linear and Planar Arrays
该研究分析线性与平面阵列中三维MIMO通信的波束成形，采用基于协方差的波形方法，通过MATLAB仿真评估不同波束成形技术的性能。
2023-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
Co-Designing Statistical MIMO Radar and In-band Full-Duplex Multi-User MIMO Communications -- Part III: Multi-Target Tracking
本文针对带内全双工多用户MIMO通信与分布式MIMO雷达的协同设计，提出基于Barzilai-Borwein梯度算法和混合整数线性规划的低复杂度方法，并适配联合概率数据关联与扩展卡尔曼滤波器，实现多目标检测、定位与跟踪。
2024-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
The degrees of freedom of MIMO networks with full-duplex receiver cooperation but no CSIT
研究了即使在各向同性衰落和发射端没有信道状态信息（或输出反馈）的情况下，多用户网络的自由度（DoF）是否可以得到增强的问题。为此，两个用户MIMO（多输入，多输出）的广播和干扰信道进行了研究，没有边信息，无论在发射机和接收机配备了全双工无线电。全双工特征允许接收器协作，因为每个接收器除了接收由发射器发送的信号之外，还可以同时将相同频带中的信号发送到另一接收器。与具有CSIT和全双工接收器的MIMO网络的情况不同，对于其DoF是已知的，示出了对于没有CSIT的MIMO网络，全双工接收器合作在甚至DoF区域被增强的程度上是有益的。实际上，对于由不同终端处的天线数量的某些关系定义的两用户MIMO广播和干扰信道的重要类别，建立精确的DoF区域。实现DoF最优性能的关键是新的反向协作干扰对齐方案。它们的最优性是通过对这些网络的某些基因辅助或增强版本的DoF分析来建立的。
2012-09-06 cs.IT math.IT
Full Duplex Massive MIMO Architectures: Recent Advances, Applications, and Future Directions
对下一代无线通信的日益苛刻的目标已经刺激了最近对多天线收发器硬件架构和相关智能通信方案的研究活动。其中属于全双工（FD）多输入多输出（MIMO）架构，其提供在整个频带中同时上行链路和下行链路操作的可能性。然而，随着天线元件数量的增加，从FD无线电的发射机泄漏到其接收机的干扰信号变得更加严重。在这篇文章中，我们提出了一个统一的FD大规模MIMO架构，包括模拟和数字发送和接收波束成形（BF），以及模拟和数字SI消除，它可以联合优化各种性能目标和复杂性要求。性能评估结果的建议架构的应用程序，以全数字和混合模拟和数字BF操作使用最近的算法设计，以及同时通信的数据和控制信号。结果表明，所提出的架构，对于小的和大量的天线，使改善的频谱效率FD通信与更少的模拟消除元件相比，各种基准计划。文章最后列出了未来FD大规模MIMO通信系统及其有前途的应用面临的挑战和研究方向。
2022-05-17 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Duplex Transmission Optimization for Bi-directional MIMO links with QoS Guarantees
我们考虑双向全双工（FD）多输入多输出（MIMO）通信系统，其中节点能够执行发送器（TX）-接收器（RX）数字预编码/组合和多抽头模拟消除，并且具有单独的信号与干扰加噪声比（SINR）要求。我们提出了一个迭代算法的TX功率最小化，其中包括在每个算法迭代步骤的TX/RX数字波束形成器的封闭形式的表达式。我们的代表性的仿真结果表明，该算法可以减少残留的自干扰（SI）由于FD操作到低于-110 dB，这是典型的噪声本底水平的无线通信。此外，我们的设计优于最近提出的2用户MIMO系统（所谓的MIMO X信道）的功率效率和计算复杂性的解决方案。
2018-09-24 cs.IT math.IT
Outage Probability for Multi-Hop Full-Duplex Decode and Forward MIMO Relay
本文研究了多跳（MH）解码转发（DF）多输入多输出（MIMO）中继网络。为了考虑更现实的场景，采用具有中继自干扰（RSI）的全双工（FD）操作。假设MIMO信道受到瑞利衰落的影响，推导出了一个简单而紧凑的闭型中断概率表达式。推导这一结果的关键假设是每个信道的互信息可以很好地近似为高斯随机变量。为了得到综合中断概率，Wishart分布的复随机矩阵的和已经得到了一个新的优良的精确近似。数值蒙特卡罗模拟验证了我们的结果。这些仿真表明，对于低干扰和中等干扰状态，FD模式的性能优于半双工（HD）模式。另一方面，当RSI增加时，HD模式可以优于FD模式。
2015-04-13 cs.IT math.IT
Beamforming for Full-Duplex Multiuser MIMO Systems
我们解决了全双工（FD）多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统的和速率最大化问题。由于上行链路信道中的附加自干扰（SI）和下行链路信道中的同信道干扰（CCI）在FD通信中耦合，因此需要联合设计下行链路和上行链路多用户波束成形向量。然而，由于耦合效应，联合优化问题是非凸的，难以求解。为了正确地解决耦合的设计问题，我们重新制定了一个等效的上行链路信道的问题，使用被称为MAC-BC对偶的上行链路和下行链路信道的对偶。然后，使用最小化最大化（MM）算法的基础上仿射近似，我们得到的解决方案的重新制定的问题。此外，没有任何近似，从而性能下降，我们开发了一个交替算法的基础上迭代注水（IWF）来解决非凸问题。所提出的算法保证快速收敛和低计算复杂性。
2016-06-27 cs.IT math.IT
Cell-Free ISAC MIMO Systems: Joint Sensing and Communication Beamforming
本文研究无小区ISAC MIMO系统中的联合感知与通信波束成形设计，提出基于最大最小公平性的最优JSC波束成形结构和功率分配方法，在保持通信SINR和感知SNR的同时获得显著性能增益。
2024-02-23 cs.IT eess.SP math.IT
Multicarrier-Division Duplex for Solving the Channel Aging Problem in Massive MIMO Systems
训练和数据传输的分离以及频繁的上行链路/下行链路（UL/DL）切换使得基于时分双工（TDD）的大规模多输入多输出（mMIMO）系统由于导致严重的信道老化而在快速时变场景中不太胜任。为此，引入了与两种类型的精心设计的帧结构相关联的多载波分双工（MDD）mMIMO方案，用于在快速时变信道上通信时对抗信道老化。为了与TDD进行比较，给出了与3GPP标准相关的相应帧结构及其变体形式。引入MDD特定的通用维纳预测器和决策指导维纳预测器来分别在时域中基于UL导频和在频域中基于检测到的UL数据预测信道状态信息，考虑残余自干扰（SI）的影响。此外，通过应用迫零预编码和最大比合并，推导出了时变信道下TDD和MDD系统所能达到的速率下界的闭式近似。我们从这项研究的主要结论是，MDD，赋予全双工的能力，但比带内全双工（IBFD）的SI消除的需求较少，优于传统的TDD和IBFD在对抗信道老化。
2022-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming and Power Allocation for RIS Aided Full-Duplex Integrated Sensing and Uplink Communication System
本文研究RIS辅助的全双工ISAC上行通信系统中的联合波束成形与功率分配问题，提出基于MM和PDD的迭代优化算法及基于ADMM的低复杂度解析算法，数值结果验证了算法有效性和RIS带来的性能提升。
2023-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
Practical Hybrid Beamforming for Millimeter Wave Massive MIMO Full Duplex with Limited Dynamic Range
全双工（FD）无线电已经成为一种有前途的解决方案，用于经由在相同频带中的同时发送和接收来将数据率提高高达两倍。该文研究了一种新的混合波束形成（HYBF）设计，用于单小区毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（mMIMO）FD系统中最大化加权和速率（WSR）。出于实际考虑，我们假设多天线用户和混合FD基站（BS）遭受有限的动态范围（LDR）噪声由于非理想的硬件和损伤感知HYBF方法是通过集成在毫米波波段的传统的LDR噪声模型。与传统的HYBF方案相比，我们的设计还考虑了联合和功率和实际的每天线功率约束。提出了一种新的干扰、自干扰（SI）和LDR噪声感知的上行链路（UL）用户和FD BS的最优功率分配方案，以满足联合约束。研究了多用户毫米波FD系统在不同LDR噪声水平和射频（RF）链数量的全数字半双工（HD）系统上的最大可实现增益。仿真结果表明，我们的设计优于HD系统只有几个RF链在任何LDR噪声水平。还检查了在模拟级具有幅度控制的优点，并且当混合FD BS处的RF链的数量小时，毫米波FD系统的附加增益变得明显。
2022-01-03 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Multi-User MIMO Communications and Multi-Target Tracking with Full Duplex Radios
在本文中，我们提出了一个集成传感和通信（ISAC）系统，使能带内全双工（FD）无线电，其中一个大规模的多输入多输出（MIMO）基站配备了混合模拟和数字（A/D）波束形成器是与多个下行链路（DL）用户通信，并且通过相同的信令波形同时估计到达方向（DoA）以及在其覆盖区域内随机分布的雷达目标的距离。利用最近降低复杂度FD混合A/D波束形成架构，我们设计了一个联合雷达目标跟踪和DL数据传输协议。提出了一种大规模A/D波束形成器和自干扰（SI）抵消单元联合设计的优化框架，以最大化雷达跟踪精度和下行通信性能为双重目标。我们使用5G NR宽带波形在毫米波频率下的仿真结果展示了所提出系统的雷达目标跟踪性能的准确性，同时与基准方案相比，该系统提供了更高的和速率。
2022-05-17 cs.IT eess.SP math.IT
Joint optimal beamforming and power control in cell-free massive MIMO
我们推导出一个快速和最佳的算法，解决实际的加权最大最小信干噪比问题，在无小区的大规模MIMO网络。该优化问题首次同时考虑了非理想协作下的长期功率控制和分布式波束形成设计。特别是，我们认为以用户为中心的接入点集群合作的基础上，可能有限的信道状态信息共享。我们的优化算法融合了强大的功率控制工具的基础上，干扰演算与最近开发的团队理论框架的分布式波束形成设计。此外，我们提出了一个变化，在实践中表现出更快的收敛。
2022-08-31 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of Self-Interference Cancellation in Full-Duplex Large-Scale MIMO Systems
本文对全双工大规模多输入多输出系统中的自干扰消除方法进行了性能分析。为了减轻自干扰（SI），我们假设全干扰基站（BS）使用SI减法或空间抑制。分析和数值结果证实，SI减法优于空间抑制SIC在一个完美的信道估计的情况下。它也得出结论，在不完美的信道估计的情况下，在给定的系统约束，如上行链路/下行链路和速率和在BS的总发射功率的空间抑制的上行链路和整体遍历速率性能分别优于那些SI减法。
2016-04-15 cs.IT math.IT
