Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave MIMO Systems
智能反射表面（IRSs）被认为是未来毫米波（mmWave）无线通信的有前途的使能者，因为它们能够创建有利的视线（LoS）传播环境。在本文中，我们研究了在下行链路IRS辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统的信道估计。通过利用毫米波信道的稀疏性，我们将信道估计问题表示为固定秩约束的非凸优化问题。为了解决非凸性，提出了一种有效的算法，利用交替极小化和流形优化（MO），它产生一个局部最优解。仿真结果表明，所提出的基于MO的估计（MO-EST）算法显着优于两个基准计划，并证明了MO-EST算法的鲁棒性方面的不完善的知识的稀疏水平的信道在实际实现中。
2020-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Electromagnetic Modeling of Holographic Intelligent Reflecting Surfaces at Terahertz Bands
智能反射面（IRS）辅助的无线通信被广泛认为是6G系统的关键技术。然而，部署IRS辅助太赫兹（THz）链路的主要挑战是高频带的严重传播损耗。因此，THz IRS预计将由大量反射元件组成，以补偿这些损失。然而，随着IRS尺寸的增长，传统的远场假设开始变得无效，并且必须考虑辐射波的球面波前。在这项工作中，我们专注于近场和解析确定IRS响应的菲涅尔区利用电磁理论。具体来说，我们推导出一个新的表达式的路径损耗和光束模式的全息IRS，然后使用它来模拟其离散对应。我们的分析揭示了太赫兹红外光谱的建模方面和光束聚焦能力。
2021-08-18 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave and Terahertz Urban Microcell Propagation Measurements and Models
室外城市微小区（UMi）的大规模路径损耗模型，均方根（RMS）延迟扩展（DS），角扩展（AS），并在28，38，73和142 GHz进行广泛的测量的空间波束的数量的比较在这封信中。测量活动于2011-2020年在德克萨斯州奥斯汀市中心、曼哈顿（纽约市）和纽约布鲁克林进行，通信范围达930 m。当比较从毫米波到亚太赫兹波段的宽范围频率的信道统计时，观察到室外无线信道的关键相似性和差异。当参考第一米自由空间路径损耗时，路径损耗指数（PLEs）在所有测量的频率上都非常相似，并且RMS DS和AS随着频率的增加而减小。从毫米波到THz频率的类似的PLE意味着蜂窝基站之间的间隔将不必随着载波频率朝向THz增加而改变，因为在亚THz或THz载波频率处的较宽带宽信道将覆盖类似的距离，因为当物理天线面积保持恒定时，天线增益随着频率的增加而二次增加。
2021-09-28 cs.IT math.IT
Millimeter Wave and sub-THz Indoor Radio Propagation Channel Measurements, Models, and Comparisons in an Office Environment
这封信提供了28，73和140 GHz的室内无线电传播测量和相应的信道统计数据的比较，基于2014-2020年室内办公室环境中的广泛测量。传播特性的并排比较（例如，大规模路径损耗和多径时间分散）说明了室内无线信道中的关键相似性和差异。测量和模型显示出非常相似的路径损耗指数在频率上的视线（LOS）和非LOS（NLOS）的情况下，当使用一米的自由空间参考距离，而多径时间分散在更高的频率变得更小。3GPP室内信道模型高估了大规模路径损耗，并且与本信中测量的信道统计相比，具有不切实际的大量簇和每个簇的多径分量。
2021-07-28 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided Millimeter Wave MIMO Systems
由于采用毫米波（mmWave）频段的通信系统必须使用大型天线阵列来克服mmWave信号的严重传播损耗，因此混合波束成形已被认为是mmWave通信的组成部分。最近，智能反射表面（IRS）已经被提出作为一种创新技术，其可以通过使用低成本的无源反射元件来显著改善毫米波通信系统的性能。在本文中，我们研究了红外辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统与混合波束形成架构。本文首先利用毫米波信道的稀疏散射结构和大尺度特性，研究了窄带MIMO系统中IRS反射矩阵和混合波束形成器的联合设计。然后，我们将所提出的联合设计推广到宽带MIMO系统与正交频分复用（OFDM）调制，利用频率选择性毫米波信道的角度稀疏。仿真结果表明，所提出的联合设计可以显着提高系统的频谱效率，并实现优于现有设计的性能。
2022-06-27 cs.IT eess.SP 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
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
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
Training Signal Design for Sparse Channel Estimation in Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter-Wave Communication
研究了稀疏信道模型下智能反射面辅助毫米波通信中的训练信号设计问题。基于信道估计均方误差（MSE）的Cram $\acute{\text{e}}$ r-Rao下界（CRB）来解决该问题。通过利用毫米波信道的稀疏结构，CRB的路径增益和路径角组成的信道参数推导出在贝叶斯和混合参数假设下的封闭形式。在此基础上，提出了一种在反射系数为常数模约束条件下，以CRB为设计变量的函数的IRS反射方向图设计方法。数值结果验证了所提出的稀疏毫米波信道估计设计方法的有效性。
2020-12-28 cs.IT math.IT
Joint Beam Training and Positioning For Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Millimeter Wave Communications
智能反射面（IRS）为毫米波通信中的链路阻塞问题提供了一种经济有效的解决方案，其前提是准确估计（1）基站/接入点（BS/AP）和移动终端（MT）的最佳波束，（2）IRS的最佳反射模式，以及（3）链路阻塞。在本文中，我们进行波束训练设计IRS辅助毫米波通信估计上述参数。为了获得最佳波束和反射模式，我们首先执行随机波束形成和最大似然估计来估计BS/AP（或IRS）和MT之间的视线（LoS）路径的到达角（AoA）和离开角（AoD）。然后，与估计的AoA和AoD，我们提出了一种迭代定位算法，实现厘米级的定位精度。获得的位置信息不仅是一个附带的好处，而且使我们能够交叉验证和增强AoA和AoD的估计，并有助于预测阻塞指标。数值结果表明，我们提出的波束训练方案的优越性，并验证了位置信息带来的性能增益。
2021-01-12 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Transmitting and Reflecting (STAR)-RIS for Harmonious Millimeter Wave Spectrum Sharing
用于5G通信的毫米波（mmWave）频谱带的开放激发了对这些高频下的新型频谱共享解决方案的需求。事实上，最近出现了可重新配置的智能表面（RIS），以实现频谱共享，同时提高现任者的服务质量（QoS）。尽管如此，由于毫米波频带的不利传播特性，毫米波频带上的共存仍然具有持续的挑战性。因此，发起毫米波频谱共享需要RIS进一步帮助改善毫米波频带上的QoS，而不危及频谱共享需求。本文提出了一种新的同时发射和反射RIS（STAR-RIS）辅助解决方案，以实现毫米波频谱共享。特别是，利用STAR-RIS的发射和反射能力来分别解决毫米波频谱共享和QoS要求。在主网络（例如雷达发射-接收对）和辅网络之间的STAR-RIS使能的频谱共享问题被公式化为优化问题，其目标是最大化辅多输入单输出（MISO）网络上的下行链路和速率，同时限制主网络上的干扰。此外，STAR-RIS响应系数和波束形成矩阵在二次网络的联合优化。为了解决这个非凸问题，交替迭代算法，其中的STAR-RIS响应系数和波束形成矩阵使用逐次凸逼近方法获得。仿真结果表明，所提出的解决方案优于传统的RIS计划毫米波频谱共享，实现了14.57%的频谱效率增益。
2023-01-25 cs.IT eess.SP math.IT
Sum Rate Maximization for Intelligent Reflecting Surface Assisted Terahertz Communications
本文提出了一种智能反射面（IRS）辅助太赫兹（THz）通信的方法。分子吸收导致路径损耗峰出现在THz频段，衰落峰受传输距离的影响很大。在本文中，我们的目标是最大化的总和速率与个人的速率约束，其中IRS的位置，IRS相移，太赫兹频谱的子带的分配，和UE的功率控制进行联合优化。对于具有单个子带的单个用户设备（UE）的特殊情况，提供了全局最优解。对于多个UE的一般情况，提出了基于块坐标搜索（BCS）的算法来解决非凸问题。仿真结果表明，该方案可以显着提高系统性能。
2020-08-27 cs.IT 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
Joint Hardware Design and Capacity Analysis for Intelligent Reflecting Surface Enabled Terahertz MIMO Communications
太赫兹（THz）通信已经被设想为为提供用于第六代（6 G）无线网络的超高数据传输的有前景的使能器。为解决太赫兹波严重的路径衰减和衍射不良带来的阻塞脆弱性，提出了一种智能反射面（IRS），通过调整相位来智能控制入射太赫兹波。在本文中，我们首先设计了一个有效的硬件结构的石墨烯基IRS的相位响应高达306.82度。随后，为了表征IRS支持的THz多输入多输出（MIMO）系统的容量，提出了一种自适应梯度下降（A-GD）算法，该算法通过在迭代过程中动态更新步长来确定迭代步长，而步长由二阶泰勒展开公式确定。与传统的固定步长的梯度下降（C-GD）算法相比，A-GD算法明显提高了可达速率性能。然而，A-GD算法和C-GD算法都继承了不可接受的复杂度。然后提出了一种低复杂度的交替优化（AO）算法，通过逐列（CBC）算法交替优化预编码矩阵和线性搜索算法交替优化IRS的相移矩阵。最后，数值结果验证了所设计的硬件结构和所考虑的算法的有效性。
2021-10-12 cs.ET cs.IT eess.SP
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
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
Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Millimeter Wave MIMO Full Duplex Systems
针对毫米波全双工系统自干扰抑制的硬件成本与功耗问题，提出用近场IRS替代模拟/混合波束成形，联合主被动波束成形实现加权和速率最大化，性能显著优于传统方案。
2023-06-14 cs.IT eess.SP math.IT
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
Robust Design for Intelligent Reflecting Surface Assisted MIMO-OFDMA Terahertz Communications
近年来，太赫兹（THz）通信以其超宽带的特性成为未来无线通信领域的研究热点之一。尽管如此，阻止THz实际部署的一个主要障碍在于其固有的巨大衰减。智能反射面（IRS）和多输入多输出（MIMO）是补偿太赫兹系统中大路径损耗的两种有效方法。本文研究了一种基于IRS的正交频分多址多用户太赫兹MIMO系统，该系统采用稀疏射频链天线结构以降低功耗。目标是通过联合优化基站处的混合模拟/数字波束形成和IRS处的反射矩阵来最大化加权和速率。{由于模拟波束形成和反射矩阵需要满足所有用户和子载波，因此难以直接求解公式化问题，因此，提出了交替迭代优化算法。}具体而言，模拟波束形成的设计通过解决MIMO容量最大化问题，而数字波束形成和反射矩阵优化都解决了使用半定松弛技术。考虑到在基于IRS的系统中获得完美的信道状态信息（CSI）是一项具有挑战性的任务，我们进一步探讨了IRS到用户的信道的不完美CSI的情况。在这种设置下，我们提出了一个强大的波束形成和反射矩阵设计方案，原来制定的非凸优化问题。最后，仿真结果表明所提出的算法的有效性。
2020-09-13 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
THz Precoding for 6G: Applications, Challenges, Solutions, and Opportunities
得益于超宽带的优势，太赫兹（THz）通信正成为未来6G网络的一项重要技术。对于太赫兹通信，预编码是克服太赫兹信号严重路径损耗以支持期望覆盖的必要技术。在本文中，我们系统地研究了未来6G网络中占主导地位的THz预编码技术，重点介绍了其面临的主要挑战和机遇。具体来说，我们首先说明了三个典型的太赫兹应用场景，包括室内，移动和卫星通信。然后，明确了毫米波和太赫兹信道的主要区别，并在此基础上揭示了太赫兹预编码面临的主要挑战，如距离相关的路径损耗、波束分裂效应和高功耗。为了解决这些挑战，三种代表性的THz预编码技术，即，模拟波束成形、混合预编码和延迟相位预编码，从它们的不同结构、设计、最新结果和优缺点等方面进行了广泛的研究，并提供了频谱和能量效率的仿真结果，以比较这些典型的THz预编码方案，为它们在未来6G网络中的应用提供一些见解。最后，指出了几个重要的开放问题和潜在的研究机会，如使用可重构智能表面（RIS）来解决太赫兹阻塞问题，并进行了讨论。
2020-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Ultra Wide Band THz IRS Communications: Applications, Challenges, Key Techniques, and Research Opportunities
太赫兹（THz）通信因其超宽带的特性而成为未来无线网络中极具潜力的技术。然而，太赫兹信号遭受严重的衰减和差的衍射能力，使其容易受到阻挡障碍物。为了弥补这两个缺点，提高系统的性能，智能反射表面（IRS）可以利用改变传播方向，增强信号强度。在这篇文章中，我们调查这个有前途的超宽带（UWB）太赫兹IRS通信模式。我们首先激励我们的研究和描述几个潜在的应用场景。然后，我们确定UWB太赫兹IRS通信所面临的主要挑战。为了克服这些挑战，开发了几种有效的关键技术，即，基于时延的稀疏射频天线结构、时延混合预编码和IRS部署。仿真结果也提出了比较系统的性能，这些建议的技术，从而证明了他们的有效性。最后，我们强调了UWB太赫兹IRS通信的几个开放的问题和研究机会。
2022-02-15 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
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
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
Channel Measurement and Coverage Analysis for NIRS-Aided THz Communications in Indoor Environments
针对太赫兹频段非视距场景链路可靠性差、智能反射面实现难度高的问题，本研究采用低成本非智能反射面（NIRS）增强太赫兹通信性能，通过室内信道测量验证其可降低反射损耗、提升覆盖率。
2023-06-13 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
IRS-Assisted Millimeter-wave Massive MIMO with Transmit Antenna Selection for IoT Networks
提出了一种基于智能反射面（IRS）辅助的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统，该系统采用正交空时分组码（OSTBC）进行发射天线选择（TAS）。该系统将TAS和IRS与用于60 GHz毫米波通信的混合模拟-数字波束成形（HBF）相结合，以利用TAS、OSTBC、模拟波束成形（ABF）和发射数字预编码技术的优点。然而，所提出的系统，受益于OSTBC方案的发射分集增益以及波束形成器和IRS技术的信噪比（SNR）增益。仿真结果表明，采用迫零预编码技术的TAS-OSTBC系统性能优于采用OSTBC方案的TAS系统。此外，由于提供了波束成形增益，随着天线阵元数量的增加，比特出错率（BER）性能显著改善。此外，增加反射元件的数量进一步增强了误差性能。仿真结果还表明，采用混合预编码的TAS-OSTBC系统比采用ABF的TAS-OSTBC系统具有更好的误码率性能，而采用IRS辅助的系统性能明显优于不采用IRS技术的传统系统。这使得所提出的IRS辅助系统成为物联网（IoT）网络的有吸引力的解决方案。
2022-12-12 cs.IT eess.SP 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
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
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
Secure Transmission for Intelligent Reflecting Surface-Assisted mmWave and Terahertz Systems
这封信的重点是智能反射面（IRS）辅助毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）系统的安全传输，其中基站（BS）通过IRS与其目的地通信，存在被动窃听者。为了最大化系统的保密率，在发射功率和离散相移的约束下，在BS的发射波束形成和在IRS的反射矩阵联合优化。首先证明了在秩一信道假设下波束形成设计与相移设计无关。然后，制定的非凸问题转化为两个子问题，这是解决交替。推导了基站发射波束形成的封闭解，提出了基于半定规划（SDP）和基于逐元素块坐标下降（BCD）的反射矩阵设计方法。我们提出的方法的复杂性进行了理论分析。仿真结果表明，所提出的IRS辅助安全策略可以显着提高保密率性能，无论窃听者的位置（附近或阻挡机密波束）。
2020-05-27 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
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
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
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
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
IRS Aided Millimeter-Wave Sensing and Communication: Beam Scanning, Beam Splitting, and Performance Analysis
本文提出一种半无源IRS辅助的毫米波ISAC两阶段协议，利用波束扫描与波束分裂实现高效感知，推导了可达速率和角度估计误差界，仿真验证了方案有效性。
2024-01-27 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Rate Maximization in Multi-IRS Millimeter Wave Networks
本文研究了在毫米波（mmWave）网络的物理层配备多个智能反射面（IRS）的安全性增加的问题。在该网络中，多个IRS帮助基站（BS）将信号到达期望的用户，并且同时维护网络的安全性，即保护信号不被不允许的窃听者接收。该方案的目标是通过联合优化BS处的主动波束形成和IRS处的被动波束形成来最大化保密率。这导致了一个非凸优化问题，我们解决分解成两个子问题。这些子问题交替使用半定松弛（SDR）技术解决有源和无源波束形成设计问题。最后，通过仿真对算法的性能进行了评估.这些结果表明，在毫米波频段工作的无线网络中，使用多个IRS在提高保密率方面具有优越性。
2021-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneously Transmitting and Reflecting Surface (STARS) for Terahertz Communications
本文提出STARS辅助的太赫兹通信系统，构建对应功耗模型，联合优化基站与STARS波束成形以最大化频谱和能量效率，针对窄带、宽带系统分别设计算法，验证了STARS的性能优势与相关结论。
2023-04-06 cs.IT eess.SP math.IT
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
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
An Efficient CSI Acquisition Method for Intelligent Reflecting Surface-assisted mmWave Networks
毫米波（mmWave）通信是第五代蜂窝网络（5G）的关键推动因素之一。然而，毫米波通信的基本挑战之一是对阻塞效应的敏感性。减轻这种影响的一种方法是使用智能反射表面（IRS）。然而，由于IRS上反射元件的数量庞大，信道估计成为一个具有挑战性的问题。针对红外辅助毫米波通信系统，提出了一种低复杂度的信道信息获取方法。我们的想法包括利用毫米波信道的稀疏性和IRS本身的拓扑结构。与现有的方法相比，本文提出的方法在获取信道信息时所需的时频资源要少得多。仿真结果证实了该方法的有效性。
2019-12-27 cs.IT math.IT
Joint Transceiver Optimization for MmWave/THz MU-MIMO ISAC Systems
针对毫米波/太赫兹多用户MIMO ISAC系统的联合收发机设计非凸优化问题，提出基于BCD的低复杂度算法及推广块对角化的解析解，可在通信与感知间实现良好性能折中。
2024-01-31 cs.IT eess.SP math.IT
A Flexible Design for Beam Squint Effect Suppression in IRS-Aided THz Communications
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；Southeast University（东南大学）；ZTE Corporation（中兴通讯）
研究宽带太赫兹 MISO 系统中 BS 和 IRS 采用可移动组件抑制波束斜视效应，通过配置 MA 和 IRS 子阵列位置最大化最小接收功率，采用 MM 方法开发算法，数值结果验证算法有效性及利用可移动组件的益处。
2026-07-23 cs.IT math.IT
Simultaneous Beam and User Selection for the Beamspace mmWave/THz Massive MIMO Downlink
波束空间毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）大规模多输入多输出（massive MIMO）由于其丰富的带宽和高吞吐量而构成下一代通信的有吸引力的方案。然而，它们的用户和波束选择问题必须被有效地解决。受到这一挑战的启发，我们明确地开发了低复杂度的解决方案。我们引入脏纸编码（DPC）的联合用户和波束选择问题。我们揭示了引人注目的属性的DPC和速率在波束空间大规模多输入多输出，显示其单调的演变对用户的数量和选择的波束。然后，我们利用其有益的性质，大大简化了联合用户和波束选择问题。此外，我们开发了一套算法，解决简化的问题，方便同时用户和波束选择的基础上部分波束空间信道的第一次罢工独特的权衡。此外，我们推导了算法的和率界，并分析了它们的复杂度。我们的仿真结果验证了所提出的设计和分析的有效性，确认其优于以前的解决方案。
2023-01-15 cs.IT cs.SY eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Assisted Wireless Communication: Modeling and Channel Estimation
最近完成的5G新无线电标准是几种尖端技术的结果，包括大规模多输入多输出（MIMO），毫米波（mm）通信和网络致密化。然而，这些技术面临两个主要的实际限制1）缺乏对无线信道的控制，以及2）无线接口的高功耗。为了满足绿色和可持续的未来蜂窝网络的需求，已经出现了使用智能反射表面（IRS）重新配置无线传播环境的概念。IRS由大量低成本的无源天线组成，这些天线可以巧妙地反射入射的电磁波以提高性能。本文着眼于对IRS的反射无线电概念的演变，概述了IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）通信模型，并讨论了它如何区别于传统的多天线通信模型。我们提出了一个最小均方误差（MMSE）的信道估计协议的设计和分析的IRS辅助系统。在2.5 GHz的工作频率的性能评估结果，以说明所提出的系统的效率。
2019-12-13 cs.IT eess.SP math.IT
Aerial Intelligent Reflecting Surface Enabled Terahertz Covert Communications in Beyond-5G Internet of Things
无人驾驶飞行器（UAV）被设想广泛用于辅助物联网（IoT）应用中的无线通信。另一方面，太赫兹（THz）智能反射表面（IRS）预计将成为未来5G无线通信的核心技术之一，这些技术有望满足广泛的数据需求应用。在本文中，我们提出了一个无人机安装IRS（UIRS）通信系统在太赫兹波段的机密数据传播从接入点（AP）到多个地面用户设备（UE）在物联网网络。具体地，AP意图向调度的UE发送数据，而未调度的UE可能构成潜在的对手。为了保护信息消息和调度UE的隐私，我们的目标是设计一个节能的多无人机隐蔽通信方案，其中UIRS是可靠的数据传输，和一个额外的无人机被用作一个合作的干扰机产生的人工噪声（AN），以降低非调度UE检测。然后，我们制定了一个新的最小平均能量效率（mAEE）优化问题，目标是提高隐蔽吞吐量和减少无人机的推进能量消耗的隐蔽性要求，这是确定的解析。由于优化问题是非凸的，我们解决它通过块逐次凸近似（BSCA）的方法来迭代求解一系列近似凸子问题，设计二进制用户调度，AP的功率分配，最大AN干扰功率，IRS波束形成，和两个无人机的轨迹规划。最后，我们提出了一个低复杂度的整体算法的系统性能增强的复杂性和收敛性分析。数值结果验证了我们的分析，并证明我们的设计显着优于其他现有的基准计划。
2022-01-28 cs.ET cs.IT cs.NI
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
A Survey of Beam Management for mmWave and THz Communications Towards 6G
本文综述了面向6G的毫米波和太赫兹通信中的波束管理，涵盖初始接入与波束跟踪，分析了窄波束开销、信道波动等挑战，并探讨了AI、RIS和ISAC带来的机遇与未来研究方向。
2024-02-06 cs.IT cs.SY eess.SY
300 GHz Channel Measurement and Characterization in the Atrium of a Building
THz频段（0.1~ 10 THz）具有丰富的带宽资源，是实现6 G及以后移动通信系统超高数据率的关键技术。然而，移动到THz频带，专用于微波或毫米波频带的现有信道模型是无效的。为了填补这一研究空白，广泛的信道测量活动和表征是必要的。在本文中，使用基于频域矢量网络分析仪（VNA）的音响，在306-321 GHz频段的建筑物的室外中庭进行了测量活动。测量数据进一步处理，以获得信道传递函数（CTF），多径分量（MPC）的参数，以及聚类结果。基于MPC参数，信道特性，诸如路径损耗、阴影衰落、K因子等，计算和分析。所提取的信道特性和参数集有助于太赫兹通信信道建模研究和系统设计。
2022-11-21 cs.IT math.IT
Robust and Secure Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided mmWave MISO Systems
在这封信中，我们研究了在智能反射面（IRS）辅助毫米波（mmWave）多输入单输出（MISO）系统中的鲁棒和安全波束形成（RSBF），其中多个单天线窃听器（Eves）任意分布在合法接收机附近。考虑到Eves信道的信道状态信息（CSI）在合法发射端是不完全已知的，在总发射功率和单位模约束下，给出了最大化最坏情况下可达保密率（ASR）的RSBF设计问题.由于这些问题是很难最佳解决，由于其非凸性和耦合变量，我们取代窃听信道的离散样本的加权组合，并提出了一个RSBF计划交替优化和半定松弛（SDR）技术的基础上，合谋和非合谋窃听的情况。仿真结果表明，所提出的RSBF方案可以有效地提高ASR，也优于其他基准计划。
2020-03-25 cs.IT eess.SP 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
