Sequential and Incremental Precoder Design for Joint Transmission Network MIMO Systems with Imperfect Backhaul
在本文中，我们提出了一个顺序和增量预编码器设计的下行链路联合传输（JT）网络MIMO系统的回程链路不完善。我们的设计目标是使子流均方误差（MSE）的最大值最小化，该最大值决定了系统的平均误比特率（BER）性能。该方案首先优化服务基站的预编码器，然后根据非服务基站参与JT的概率降序依次优化JT集合中的非服务基站的预编码器。当一些BS由于较差的即时回程条件而不得不暂时退出JT操作时，逐BS顺序优化过程可以改善系统性能。此外，附加BS的预编码器以增量方式导出，即，先前BS的顺序优化的预编码器是固定的，因此额外的预编码器在多BS JT操作中起到增量部分。在所提出的顺序和增量优化方案中，设计迭代算法来联合优化每个附加BS的子流预编码器和子流功率分配。仿真结果表明，在实际的回程链路条件下，我们的计划显着优于自主全球预编码（AGP）计划的BER性能。
2020-03-17 cs.IT eess.SP math.IT
Linear Precoder Design in Massive MIMO under Realistic Power Amplifier Consumption Constraint
无线网络的能耗日益受到关注。在大规模多输入多输出系统中，基站中的功率放大器在功率需求方面具有很大的影响，大规模多输入多输出系统作为5G推出的一部分被越来越多地部署。大多数当前的大规模大规模多输入多输出预编码器被设计为最小化发射功率。然而，功率放大器的效率取决于其相对于其饱和状态的操作状态，并且所消耗的功率被证明与发射功率非线性相关。因此，提出了基于功率消耗的最大比传输、迫零和正则化迫零预编码器的等价物。我们展示了解决方案的结构如何从根本上改变。虽然所有的天线都应该是活动的，以尽量减少发射功率，我们发现相反，如果目标是功率放大器消耗的功率，则应该激活较少数量的天线。
2022-06-15 cs.IT eess.SP math.IT
Finite-Alphabet-Aware Trajectory and Precoder Optimization for UAV Relaying
本文针对无人机中继系统提出面向有限字母集的联合轨迹与预编码器优化框架，通过交替优化和逐次凸逼近求解非凸问题，克服高斯输入假设导致的能量浪费与吞吐量下降，在实际调制约束下实现一致的性能增益。
2025-05-12 cs.IT eess.SP math.IT
Iterative Hybrid Precoder and Combiner Design for mmWave MIMO-OFDM Systems
研究了毫米波（mmWave）频段多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统中的混合预编码合路器设计问题。本文提出了一种新的迭代算法来设计前向和反向信道中基于码本的模拟预编码器和合并器。在每次迭代中，我们应用压缩感知（CS）技术来有效地估计等效MIMO-OFDM毫米波信道。然后，基于正交匹配追踪（OMP）算法获得模拟预编码器或组合器，以减轻不同数据流之间的干扰，并最大化频谱效率。最后根据有效基带信道得到数字预编码器和合路器，进一步提高频谱效率。仿真结果表明，所提出的迭代混合预编码合并算法具有显著的性能优势。
2017-04-26 cs.IT math.IT
Linear Precoder Design for MIMO Interference Channels with Finite-Alphabet Signaling
研究了有限字母输入下多输入多输出（MIMO）收发机$K$ -用户干扰信道的线性预编码器设计。我们首先得到一般的显式表达式的用户在MIMO干扰信道系统中的可达速率。我们研究在低和高信噪比（SNR）区域的最佳传输策略。给定有限的字母输入，我们表明，一个简单的功率分配设计实现了最佳性能，在高信噪比，而众所周知的干扰对齐技术高斯输入只利用部分无干扰的信号空间传输，并导致一个恒定的速率损失时，天真地应用到有限的字母输入。此外，我们建立了必要条件的线性预编码器的设计，以实现加权和速率最大化。我们还提出了一个有效的迭代算法来确定所有用户的预编码矩阵。我们的数值结果表明，所提出的迭代算法实现了相当高的和速率下实际QAM输入比其他已知的方法。
2013-07-18 cs.IT math.IT
VLSI Design of a 3-bit Constant-Modulus Precoder for Massive MU-MIMO
第五代（5G）蜂窝系统将建立在大规模多用户（MU）多输入多输出（MIMO）技术上，以获得高频谱效率。然而，在基站（BS）处具有数百个天线和射频（RF）链需要过高的硬件成本和功耗。针对大规模MU-MIMO下行链路，提出了一种新的非线性预编码算法，其中每个RF链包含一个8相（3位）恒模发射器，从而能够使用低成本和高能效的模拟硬件。我们提出了一个高吞吐量的VLSI架构，并显示在Xilinx Virtex-7 FPGA上的实现结果。与最近报道的针对每个RF链使用两个1位数模转换器的BS设计的非线性预编码器相比，我们的设计在FPGA资源增加不超过2.7倍的情况下实现了高达3.75 dB的发射功率降低。
2018-03-01 cs.IT eess.SP math.IT
On the Linear Precoder Design for MIMO Channels with Finite-Alphabet Inputs and Statistical CSI
本文研究了线性预编码器的设计，最大化的平均互信息的多输入多输出信道与有限的字母输入和统计信道状态信息已知的发射机。这种线性预编码器的设计是一个重要的开放问题，是非常难以解决的：第一，平均互信息缺乏封闭形式的表达，涉及复杂的计算;第二，预编码器的优化问题是非凹的。本研究探索了这一问题的解决方案，并做出了以下贡献：1）推导出平均互信息的封闭形式下界。该算法在低信噪比和高信噪比下均达到渐近最优，并且在恒定位移的情况下，能精确逼近平均互信息; 2）揭示了预编码器的最优结构，并提出了一种统一的两步迭代算法。数值算例表明了算法的收敛性和有效性。与传统的预编码方法相比，本文提出的线性预编码方法具有显著的性能增益。
2011-09-06 cs.IT math.IT
Precoder Design for Massive MIMO Downlink with Matrix Manifold Optimization
针对大规模MIMO下行链路加权和速率最大化预编码问题，提出统一矩阵流形优化框架，将三类功率约束问题转化为黎曼流形无约束问题，设计三种低复杂度黎曼优化算法，仿真验证了其性能优势。
2024-04-11 cs.IT eess.SP math.IT
Successive Null-Space Precoder Design for Downlink MU-MIMO with Rate Splitting and Single-Stage SIC
在本文中，我们考虑了预编码器的设计，在欠载或临界负载的下行链路多用户多输入多输出（MU-MIMO）通信系统。我们提出了新的预编码和解码方案，提高系统性能的基础上速率分裂在发射机和单级连续干扰消除在接收机。所提出的连续零空间（SNS）预编码方案利用用户的连续增强的MIMO信道矩阵的零空间基向量的线性组合作为预编码向量来调整接收机所经历的用户间干扰。我们制定了一个非凸加权和率（WSR）优化问题，并解决它通过连续凸近似获得预编码向量和相关的功率分配的次优解。我们的仿真结果表明，建议SNS预编码器优于基于块对角化的线性和速率分裂设计，在许多情况下，有一个相对较小的差距，以达到最大的总和率脏纸编码。
2021-03-30 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Linear Precoder Design for MIMO-OFDM Integrated Sensing and Communications Based on Bayesian Cramér-Rao Bound
本文针对MIMO-OFDM集成感知与通信系统，基于贝叶斯克拉美罗界分析推导联合信道估计与符号检测的性能界，提出随机黎曼梯度下降法求解线性预编码器非凸优化问题，证明其高概率收敛且收敛速度快，揭示了感知与通信的性能权衡。
2023-08-23 cs.IT eess.SP math.IT
On hybrid precoder/combiner for downlink mmWave massive MU-MIMO systems
我们提出了四个混合组合器/预编码器的下行链路毫米波大规模MU-MIMO系统。混合组合器/预编码器的设计分为模拟和数字两部分。系统基带模型表明，移动站处理的信号可以被解释为存在有色高斯噪声的接收信号，因此，由于组合器和预编码器的数字部分没有对其生成的约束，它们的设计可以基于考虑这种噪声的任何传统信号处理。据我们所知，这是以前的作品没有考虑过的。本文描述了一种更现实和合适的设计。此外，文献中采用的用于设计组合器/预编码器模拟部分的方法并不试图避免或甚至减少用户间/符号间干扰，它们集中于增加信噪比（SNR）。我们提出了一个简单的解决方案，减少干扰，同时保持大的SNR。此外，所提出的混合组合器之一达到我们的目标函数的最大值符合Hadamard不等式。数值结果表明，BER性能的改善，从我们的建议。此外，一个简单的检测方法可以用于数据估计没有显着的性能损失。
2019-10-31 cs.IT eess.SP math.IT
MMSE precoder for massive MIMO using 1-bit quantization
提出了一种新的线性最小均方误差（MMSE）预编码器的下行链路（DL）大规模多输入多输出（MIMO）的情况下设计。出于经济和计算效率的原因，使用低分辨率1位数模（DAC）和模数（ADC）转换器。这是以性能增益为代价的，性能增益可以通过在基站（BS）处部署的大量天线和适当的预编码器设计来恢复，以减轻由于粗量化引起的失真。所提出的预编码器考虑了量化非线性，并分为数字预编码器和模拟预编码器。我们制定了两阶段的预编码问题，使用户的MSE最小化下的1位约束。在模拟中，我们比较了新的优化预编码方案与以前提出的线性预编码器的未编码的误码率（BER）。
2017-06-27 cs.IT math.IT
Hybrid Precoder and Combiner Design with One-Bit Quantized Phase Shifters in mmWave MIMO Systems
模拟/数字混合预编码器和合路器由于其节能和经济的优势，在毫米波多输入多输出（MIMO）系统中得到了广泛应用。无限分辨率的移相器（PS）的模拟波束形成器可以实现非常接近的性能相比，全数字方案，但会导致高复杂性和密集的功耗。因此，在实际的毫米波MIMO系统中通常使用更具成本效益和能量效益的低分辨率PS。在本文中，我们考虑了毫米波MIMO系统中的联合混合预编码器和合并器的设计与一位量化PS。我们建议首先设计的模拟预编码器和合并器对每个数据流相继，旨在有条件地最大化频谱效率。本文提出了一种新的二进制模拟预编码器和合并器优化算法，该算法在含干扰等效信道的秩1近似下，具有低于二次复杂度的性能。然后，基于所获得的基带有效信道来计算数字预编码器和组合器，以进一步提高频谱效率。仿真结果表明，该算法优于现有的基于1比特PS的混合波束形成方案。
2017-04-26 cs.IT math.IT
GLSE Precoders for Massive MIMO Systems: Analysis and Applications
提出了一种适用于多用户大规模MIMO系统的广义最小平方误差（GLSE）预编码器。对于通用发射星座，GLSE预编码器最小化用户终端处的干扰，确保满足对发射信号的给定约束。这些预编码器的一般形式使我们能够在发射信号处施加多个限制，例如有限的峰值功率和有限数量的活动发射天线。从统计力学的角度研究了复制方法在大系统极限下的GLSE预编码性能。我们表明，这些预编码器的输出符号是相同的分布和他们的统计描述与一个等效的标量GLSE预编码器。使用渐近的结果，我们进一步解决一些应用的GLSE预编码器，即形成发射信号在一个有限的字母表和发射天线选择。我们的调查表明，一个计算效率高的GLSE预编码器需要$41\%$更少的主动发射天线比传统的选择协议，以实现所需的输入输出失真的水平。
2018-08-06 cs.IT math.IT
Precoder Design for User-Centric Network Massive MIMO with Matrix Manifold Optimization
本文研究UCN mMIMO下行链路预编码器设计，通过将约束问题转化为黎曼子流形上的无约束问题，提出避免大矩阵求逆的RCG设计方法，仿真证明其计算高效且性能优越。
2025-03-06 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Downlink Multiuser MIMO: Precoder Optimization and PHY-Layer Design
速率分割多址接入（RSMA）最近已经作为用于下行链路多用户（MU）多天线通信的强大且鲁棒的多址接入和干扰管理策略出现。在这项工作中，我们研究了在下行链路MU系统中的RSMA方案的预编码器设计问题，完美和不完美的信道状态信息在发射机（CSIT）和评估的作用和好处发送多个公共流。与现有的作品，考虑单天线接收机（多输入单输出-MISO），我们提出并扩展了RSMA框架多天线接收机（多输入多输出-MIMO）和制定的预编码器优化问题的目的是最大限度地提高加权遍历和速率（WESR）。预编码器的优化解决了使用样本平均近似（SAA）连同建议的矢量化和加权最小均方误差（WMMSE）为基础的方法。RSMA的可扩展和自由度（DoF）是作为传输的公共和私有流的数量的递增函数导出的，这是进一步验证遍历和速率（ESR）性能使用蒙特卡罗模拟。基于线性预编码器和非正交多址（NOMA）方案的常规MU-MIMO被认为是基线。仿真结果表明，在CSIT不完善的情况下，RSMA的总DoF和ESR性能优于两种基线，并且随着传输公共流的数量增加而增加。此外，通过更好地管理干扰，RSMA不仅比基线方案具有显著的ESR增益，而且对CSIT不准确性、网络负载和用户部署更具鲁棒性。
2021-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
Precoder Design and Statistical Power Allocation for MIMO-NOMA via User-Assisted Simultaneous Diagonalization
本文研究了两用户功率域多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）系统的下行预编码器设计。我们提出了一种新的用户辅助（UA）同时对角化（SD）的MIMO-NOMA方案，实现SD的MIMO信道的两个用户通过预编码器的设计和低复杂度的自干扰消除在用户的组合，从而大大降低了整体解码复杂度相比，联合解码。基于有限大小的随机矩阵理论框架，分析了该方案在瑞利衰落信道下的各态历经用户速率，并进一步利用该模型提出了一种统计功率分配算法。仿真和数值结果表明，所提出的UA-SD MIMO-NOMA方案显着优于正交多址和基准预编码器设计执行SD通过广义奇异值分解方面的可实现的遍历速率区域的大多数用户速率。遍历速率区域被进一步增强的混合方案，该方案在所提出的UA-SD MIMO-NOMA方案和单用户MIMO之间执行分时。
2020-11-13 cs.IT math.IT
LSE Precoders for Massive MIMO with Signal Constraints: Fundamental Limits
提出了一种适用于多用户MIMO广播信道的非线性最小平方误差（LSE）预编码器。LSE预编码器的输出信号被限制为从预定义的集合中选择，该预定义的集合使得这些预编码器解决若干约束，诸如峰值功率限制、恒定包络传输和离散星座。我们研究了这些预编码器的大系统性能，通过复制的方法从统计物理，并推导出一个封闭形式的表达式的渐近失真。我们的研究结果表明，输出峰均功率比为$3~{\rm dB}$的LSE预编码器可以紧密跟踪正则迫零（RZF）预编码器的性能。当峰均功率比减小到1时，恢复恒定包络预编码器。研究表明，采用$20\%$数目更多的发射天线，RZF预编码器的性能可以通过恒定包络预编码器来实现。对于$M$ -PSK星座，我们的分析给出了一个渐近失真的下限，该下限对于中等的天线与用户比率是紧的，并且随着比率的增长而偏离。我们通过推导副本对称性破缺一步下的副本解来改进这个界。我们对这种情况的数值研究表明，该边界是紧的天线到用户的比率小于$5$。
2017-08-08 cs.IT 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
Energy Efficient Precoder in Multi-User MIMO Systems with Imperfect Channel State Information
本文研究了多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统中能量有效的预编码器设计，该预编码器对发射端的不完美信道状态信息（CSI）具有鲁棒性。换句话说，我们设计与每个发射机相关联的预编码器矩阵，以最大限度地提高网络的总体能量效率。我们在两个传统的情况下调查的问题。第一种情况下，考虑的信道估计误差，导致二次约束二次规划（QCQP）与半封闭形式的解决方案的统计特性。然后，我们把注意力转向只考虑信道估计误差的不确定性区域的情况，这种情况下最终导致半定规划（SDP）。
2018-11-15 cs.IT math.IT
Energy Efficient Precoder Design for MIMO-OFDM with Rate-dependent Circuit Power
研究了点对点多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统中能量有效的预编码器设计。与传统方法不同，本文通过将电路功率建模为速率相关函数来研究最优功率分配策略。我们表明，如果电路的功率是一个常数，加上一个增加和凸函数的传输速率，最小化的问题，收到的每比特消耗的能量可以重新制定为一个凸分式规划和解决的二分法。一些系统参数的影响进行了研究，无论是分析或通过计算结果。
2015-03-17 cs.IT math.IT
Robust Linear Precoder Design for 3D Massive MIMO Downlink with A Posteriori Channel Model
本文研究了在均匀平面阵列（UPA）和不完全信道状态信息（CSI）条件下三维（3D）大规模多输入多输出（MIMO）下行链路中的鲁棒线性预编码器设计。在实际的具有UPA的大规模MIMO中，每列或每行中的天线数量通常是有限的。传统的基于DFT的波束域信道模型被广泛应用于具有均匀线性阵列（ULA）的大规模MIMO中，其直接扩展不能适用。为了克服这个问题，我们建立了一个新的波束域信道模型，通过使用采样导向矢量。然后，提出了一种新的波束域信道功率矩阵和瞬时波束域信道系数的获取方法，建立了一种包含信道老化和空间相关性的后验波束域信道模型。在后验信道模型的基础上，考虑了总功率约束下期望加权和速率最大化的鲁棒预编码器设计。通过将幂约束看作黎曼流形，将约束优化问题转化为黎曼流形上的无约束优化问题。然后，我们推导出一种迭代算法，通过将目标函数的黎曼梯度设置为零来获得最佳预编码器。此外，我们提出了一个低复杂度的鲁棒预编码器的设计，通过替换的期望速率的目标函数与它们的上界。仿真结果表明，该预编码器可以实现显着的性能增益比广泛使用的正则化迫零（RZF）预编码器和信号泄漏噪声比（SLNR）预编码器。
2022-06-16 cs.IT math.IT
Nonlinear Precoders for Massive MIMO Systems with General Constraints
针对多用户大规模MIMO系统，提出了一类具有一般罚函数的非线性最小二乘误差预编码器。惩罚函数的一般性允许我们考虑几个硬件限制，包括具有预定义星座和有限数量的有源天线的发射机。在副本对称的假设下，通过副本方法研究了大系统的性能。结果表明，最小二乘预编码器表现出“边际解耦属性”，这意味着所有预编码符号的边际分布收敛到一个确定性的分布。其结果是，渐近性能的预编码器是由一个等效的单用户系统。为了解决一些应用的结果，我们进一步研究的渐近性能的预编码器时，峰均功率比和数量的有源发射天线的约束。我们的数值研究表明，在接收器侧的期望失真，提出的形式的最小二乘预编码器需要采用约%35\%$的有源天线的数量相比，随机发射天线选择的情况下。
2017-04-21 cs.IT math.IT
Low-Complexity Hybrid Linear/Tomlinson-Harashima Precoding for Downlink Large-Scale MU-MIMO Systems
针对下行链路大规模多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，提出了一种新的低复杂度混合线性/Tomlinson-Harashima预编码器（H-L-THP）。所提出的预编码器包括仅利用信道状态信息（CSI）的二阶统计的内部线性预编码器和使用实际信道和内部预编码器的级联的瞬时总体CSI的外部THP。用户终端被分成组，其中对于每个组，THP连续地减轻组内干扰，而组间干扰由内部线性预编码器消除。我们的仿真结果表明，比特出错率（BER）的建议H-L-THP预编码器是接近传统的THP预编码器，并大大低于常用的正则化迫零（RZF）预编码器的BER。此外，我们推导出精确的表达式的计算复杂性的建议H-L-THP预编码器的浮点运算所需的数量。这些结果表明，所提出的H-L-THP预编码器具有比传统的THP和RZF预编码器低得多的计算复杂性，并且因此是用于实际实现的优秀候选。
2016-04-29 cs.IT math.IT
Linear MIMO Precoding in Jointly-Correlated Fading Multiple Access Channels with Finite Alphabet Signaling
在本文中，我们研究了多输入多输出（MIMO）多址信道（MAC）的线性预编码器的设计。我们假设，统计信道状态信息（CSI）是在发射机和考虑实际有限字母输入假设下的问题。首先，我们推导出一个渐进的（在大系统的限制）加权和速率（WSR）的MIMO MAC有限字母输入和一般联合相关衰落的表达式。随后，我们得到了线性预编码器最大化渐近WSR的必要条件，并提出了一种迭代算法来确定所有用户的预编码器。在该算法中，每个用户用于设计预编码矩阵的搜索空间是其自己的调制集合。与用于具有有限字母输入的MIMO MAC的常规预编码设计相比，这显著减小了用于找到所有用户的预编码矩阵的搜索空间的维度，其中搜索空间是所有用户的调制集合的组合。结果表明，该算法将有限字母输入的MIMO MAC预编码设计的计算复杂性降低了几个数量级。有限字母信令的仿真结果表明，所提出的迭代算法实现了显着的性能增益超过现有的预编码器设计，包括基于高斯输入假设的预编码器设计，在和速率和编码比特出错率。
2014-01-21 cs.IT math.IT
Codeword Selection and Hybrid Precoding for Multiuser Millimeter Wave Massive MIMO Systems
针对宽带多用户毫米波大规模多输入多输出系统的可达和速率最大化问题，研究了混合预编码技术。由于可实现的和速率的每次计算只能在模拟预编码器和数字预编码器都被确定之后执行，因此可实现的和速率的最大化具有难以处理的计算复杂度。通过引入无干扰（IF）可实现的和速率，可以解耦模拟和数字预编码器的设计。为了避免波束冲突并最大化中频可实现的和速率，提出了一种基于匈牙利语的码字选择算法用于模拟预编码设计。仿真结果验证了该方案的有效性，并表明与现有的方案相比，可以实现更好的性能。
2019-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
Feedforward Architectures for Decentralized Precoding in Massive MU-MIMO Systems
与传统的小规模MIMO技术相比，大规模多用户多输入多输出（MU-MIMO）能够显著提高频谱效率和链路可靠性。此外，线性预编码器，例如，使用迫零或维纳滤波器（WF）预编码足以在大规模MU-MIMO下行链路中实现优异的错误率性能。然而，这些方法需要在基站（BS）处进行集中处理，这导致（i）过高的互连和芯片输入/输出数据率，以及（ii）高实现复杂性。我们提出了两种前馈架构和相应的分散式WF预编码器，可以在多个计算结构中并行预编码，有效地缓解了集中式方法的问题。为了证明我们的分散式预编码器的有效性，我们提供了多GPU系统上的实现结果，这表明我们的解决方案在Gbit/s范围内实现了吞吐量，同时在大规模MU-MIMO下行链路中实现了（接近）最佳的错误率性能。
2018-04-29 cs.IT eess.SP math.IT
A Low ML-decoding Complexity, Full-diversity, Full-rate MIMO Precoder
多输入多输出（MIMO）天线系统的预编码被认为是在发射机和接收机的完美的信道知识。对于2个发射天线和QAM星座，一个近似最佳的（相对于在接收信号空间中的点之间的最小欧几里德距离）实值预编码器的基础上提出的奇异值分解（SVD）的信道，它示出提供一个最大似然（ML）解码复杂度为$\mathcal{O}(\sqrt{M})$的平方$M$ -QAM。所提出的预编码器对于任意QAM星座是容易获得的，不像Collin等人的用于2个发射天线的已知复值最佳预编码器，其对于4-QAM单独存在，ML解码复杂度为$\mathcal{O}(M\sqrt{M})$（M=4），并且对于较大的QAM星座是极难获得的。与复值最优预编码器相比，所提出的预编码器在4-QAM的错误性能方面的损失仅是微不足道的。我们的预编码方案被扩展到更多数量的发射天线上的E- $d_{min}$预编码器的4-QAM的Vrigneau等人。这是一个扩展的复值最佳预编码器4-QAM。与最近提出的$X-$和$Y-$预编码器相比，我们的预编码器的错误性能明显更好。结果表明，我们的预编码器提供了全分集QAM星座，这是支持的字错误概率为$2\times2$，$4\times4$和$8\times8$系统的仿真图。
2011-01-13 cs.IT math.IT
Polar-Precoding: A Unitary Finite-Feedback Transmit Precoder for Polar-Coded MIMO Systems
为了提高极化码MIMO系统的性能，本文提出了一种酉预编码方案，即极化预编码。与MIMO预编码标准的传统设计相比，所提出的极化预编码方案依赖于\emph{polarization criterion}。特别地，预编码矩阵设计包括两个步骤。在第一步中选择了一个最大化容量的基本矩阵之后，我们设计了一个酉矩阵，用于在不降低容量的情况下最大化数据流之间的极化效应。我们的仿真结果表明，所提出的极化预编码方案优于国家的最先进的DFT预编码方案。
2021-09-14 cs.IT math.IT
Max-Min Fair Precoder Design and Power Allocation for MU-MIMO NOMA
研究了下行多输入多输出（MIMO）非正交多址接入（NOMA）无线通信系统。在NOMA系统中，基站具有针对所有用户的单播数据，并且组中的多个用户共享相同的资源。我们的目标是设计发射预编码器和功率分配系数联合提供最大-最小公平性（MMF）之间的最强的用户在每个组中，同时保持最低的目标速率为所有其他用户。这个问题是通过两个主要的迭代方法来解决的。第一种方法是基于半定松弛（SDR）和连续凸逼近（SCA），和第二种方法是基于可达速率和最小均方误差（MMSE）的表达式之间的等价性。对于后一种方法，Karush-Kuhn-Tucker（KKT）的最优性条件的推导和表达式所满足的最佳接收机，MMSE权重和最佳预编码器。提出的算法进行了比较，速率分裂（RS），正交多址接入（OMA）和多用户线性预编码（MULP）计划的MMF率，能源效率和复杂度。结果表明，当RS具有最佳的MMF速率和能量效率时，基于KKT最优性条件的MMSE方法具有最小的复杂度。此外，SDR/SCA方法提供了很好的折衷。它提供高MMF速率、低复杂性和卓越的能效。
2020-08-05 cs.IT eess.SP math.IT
Spatial Precoder Design for Space-Time Coded MIMO Systems: Based on Fixed Parameters of MIMO Channels
在本文中，我们介绍了新的使用线性空间预编码的多输入多输出（MIMO）信道的固定和已知的参数的基础上，以提高空时编码MIMO系统的性能。我们推导出线性空间预编码方案的相干（信道是已知的接收机）和非相干（信道是未知的接收机）空时编码MIMO系统。天线间距和天线放置（几何形状）被认为是MIMO信道的固定参数，其在发射机处是容易知道的。这些预编码方案利用MIMO信道两端的天线布局信息来改善非理想天线布局对空时编码系统性能的影响。在这些方案中，对于给定的发射和接收天线配置，预编码器是固定的，并且发射机不需要来自接收机的信道状态信息（部分或全部）的任何反馈。两个预编码方案的封闭形式的解决方案，提出了多达三个接收机天线的系统。提出了一种适用于三个以上接收天线的广义方法。我们使用相干空时分组码（STBC）和差分空时分组码来分析预编码方案的性能。仿真结果表明，在低信噪比，这两个预编码器给出了显着的性能改善比非预编码系统的小天线孔径尺寸。
2005-12-13 cs.IT math.IT
A Desired PAR-Achieving Precoder Design for Multi-User MIMO OFDM based on Concentration of Measure
针对正交频分复用系统中的多用户多输入多输出（MIMO）无线通信，提出了一种MIMO预编码方案，该方案以最小的接收信噪比（SNR）降低代价提供期望的峰均功率比（PAR）。通过利用测度的集中性，我们建立了一个对所需PAR有约束的凸问题。因此，所提出的方案几乎完全达到所需的平均PAR，并渐近达到所需的PAR在其互补的累积分布函数的0.001点，作为子载波的数量增加。
2016-11-01 cs.IT math.IT
Zero-Forcing Precoding for Frequency Selective MIMO Channels with $H^\infty$ Criterion and Causality Constraint
我们考虑在存在符号间干扰的情况下，通过因果和线性时不变预编码器对频率选择性MIMO信道进行迫零均衡。我们的动机是双重的。首先，我们关注的是因果预编码器的最佳性能从最坏的情况下的角度来看。因此，我们构建了一个最佳的因果预编码器，而与其他作品相反，我们的建设不限于有限或理性的脉冲响应。此外，我们推导出一种新的数值方法来计算因果预编码器可实现的最佳性能指标给定的信道。这个量在最佳预编码器的数值确定中是重要的。
2008-10-27 cs.IT math.IT
Symplectic Optimization for Cross Subcarrier Precoder Design with Channel Smoothing in Massive MIMO-OFDM System
本文针对大规模MIMO-OFDM系统提出跨子载波预编码器设计，通过引入时延指示函数构建兼顾加权和速率与信道平滑性的优化问题，并采用辛优化方法求解，在保持有效信道平滑的同时实现更快的收敛和良好的WSR性能。
2025-03-10 cs.IT eess.SP math.IT
Tensor Learning-based Precoder Codebooks for FD-MIMO Systems
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Qualcomm（高通公司）
本文提出了一种有效的设计低复杂度的码本预编码在全维（FD）多输入多输出（MIMO）系统与均匀平面阵列（UPA）天线在发射机（Tx）使用张量学习。特别是，我们没有使用统计信道模型，而是利用一种无模型的数据驱动方法，以机器学习为基础，生成适应周围传播条件的码本。我们使用FD-MIMO信道的张量表示，并利用其属性来设计信道预编码器的量化版本。我们找到最佳预编码器的最佳表示作为两个低维预编码器的克罗内克积（KP）的函数，分别对应于UPA的水平和垂直维度，从信道的张量分解获得。然后，我们将该预编码器用于设计乘积码本，使得由于信道状态信息（CSI）的量化而导致的互信息的平均损失最小化。关键的技术贡献在于利用预编码器上的约束，以减少产品码本设计问题的笛卡尔积格拉斯曼流形（CPM）上的无监督聚类问题，其中的集群质心形成一个有限大小的预编码器码本。该码本可以通过在CPM上运行$K$均值聚类来有效地找到。与一个合适的诱导距离度量的CPM，我们表明，产品码书的建设相当于找到最佳的一组质心的因素流形上对应的水平和垂直维度。仿真结果表明，所提出的设计准则在学习的码本和设计的码本有吸引力的性能的能力。
2021-06-21 cs.IT cs.LG eess.SP
Delay-Optimal Power and Precoder Adaptation for Multi-stream MIMO Systems
在本文中，我们考虑延迟最佳MIMO预编码器和功率分配设计的MIMO链路在无线衰落信道。存在空间复用到MIMO链路上的具有异构分组到达和延迟要求的$L$数据流。假设发射机知道信道状态信息（CSI）以及$L$缓冲器的联合队列状态信息（QSI）。使用$L$维马尔可夫决策过程（MDP），我们得到了最优的预编码和功率分配策略的一般延迟制度，其中包括在线解决方案和离线解决方案。在线解决方案具有可忽略的复杂性，但离线解决方案具有最差情况复杂性${\cal O}((N+1)^L)$，其中$N$是缓冲区大小。利用$L$本征信道的{ \em静态排序}，将MDP分解为$L$独立的一维子问题，得到了低复杂度的离线解，其复杂度阶数为线性的${\cal O}(NL)$，性能接近最优.
2009-06-01 cs.IT math.IT
Cooperative Feedback for MIMO Interference Channels
多天线预编码有效地减轻了无线网络中的干扰。然而，预编码效率会由于所需的信道状态信息（CSI）的反馈而被开销显著降低。针对这一问题，提出了一种基于有限速率CSI反馈（协作反馈）的双用户多输入多输出（MIMO）干扰信道预编码器设计方法。具体地，每个预编码器被分解为内预编码器和外预编码器，分别用于使干扰为零和提高数据链路阵列增益。内部预编码器被进一步设计为抑制由有限速率协作反馈引起的残余干扰。为了调节由于预编码器量化而产生的残余干扰，设计了附加的标量协作反馈信号以使用不同的准则来控制发射机的功率，所述准则包括应用干扰裕度、最大化总吞吐量以及最小化中断概率。仿真结果表明，这种额外的反馈有效地消除了由于量化预编码器反馈的性能下降。
2010-09-17 cs.IT math.IT
Joint Quantized Precoding and Bit Allocation for Fronthaul-Constrained Cell-Free Massive MIMO
Bilkent University（比尔肯特大学）
针对前传受限的无小区大规模MIMO下行链路，提出基于Bussgang分解的量化感知联合预编码与比特分配算法，在功率和比特约束下迭代优化，显著优于传统方案。
2026-09-23 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Saving Precoder Design for Narrowband and Wideband Massive MIMO
本文针对大规模MIMO系统，在满足用户速率要求下研究窄带与宽带节能预编码器设计，解析给出低负载及渐近宽带情形的最优解，并证明基于消耗功率的优化应激活与负载成比例的天线数量，从而实现显著功耗节省。
2023-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
SLNR Based Precoding for One-Bit Quantized Massive MIMO in mmWave Communications
大规模多输入多输出（MIMO）是5G无线通信的关键技术，有望大幅提高容量。低分辨率数据转换器的使用对于大规模MIMO至关重要，以使整体传输尽可能具有成本效益和能源效益。在这项工作中，我们考虑了下行毫米波（mmWave）传输的情况下，多个用户同时服务的大规模MIMO与一位数/模（D/A）转换器。特别是，我们提出了一种新的预编码器设计的基础上的信号泄漏加噪声比（SLNR），最大限度地减少能量泄漏到不需要的用户，同时考虑到由于非线性一位量化的损害。我们表明，众所周知的正则化迫零（RZF）预编码器是一个特定版本的建议SLNR为基础的预编码器，这是当量化损伤完全忽略。数值结果强调显着的性能改善，以及所提出的SLNR为基础的预编码器相比，无论是RZF或迫零（ZF）预编码器。
2019-02-12 cs.IT math.IT
Linear Precoding for MIMO Channels with QAM Constellations and Reduced Complexity
本文研究了结合正交幅度调制（QAM）的多输入多输出（MIMO）系统中线性预编码器的设计问题。首先，基于Gauss-Hermite求积准则，提出了一种新的有效的方法来计算一般多输入多输出（MIMO）系统的输入输出互信息及其相应的梯度。然后，该方法被利用在块坐标梯度上升优化过程中，以确定全局最优的线性预编码器相对于MIMO输入输出互信息的QAM系统与相对适中的MIMO信道大小。所提出的方法接下来与复杂度降低的每组处理（PGP）技术结合应用，该技术是半最优的，以在发射机（CSIT）处完美的信道状态信息以及统计信道状态信息（SCSI）场景，具有高发射和接收天线尺寸，并且星座尺寸高达$M=64$。我们的数值结果表明，开发的预编码器提供显着更好的性能比没有预编码器的配置，和最大分集预编码器的QAM星座大小$M=16,~32$，$~64$和MIMO信道大小$100\times100$。
2016-03-09 cs.IT math.IT
A Multi-cell MMSE Precoder for Massive MIMO Systems and New Large System Analysis
针对大规模MIMO系统，提出了一种新的多小区MMSE预编码器。我们考虑多小区网络，其中每个小区具有$K$用户并且$B$正交导频序列可用，其中$B = βK$和$β\ge 1$是网络上的导频重用因子。与仅使用$K$小区内信道估计的传统单小区预编码相比，所提出的多小区MMSE预编码器利用可以在基站处本地估计的所有$B$信道方向，使得传输在空间上被设计为抑制小区间和小区内干扰的两个部分。为了评估性能，一个大规模的近似的下行链路SINR的建议多小区MMSE预编码器推导出和近似是紧的大系统的限制。功率控制的导频和有效载荷，不完美的信道估计和任意导频分配占在我们的预编码器。数值结果表明，与传统的单小区MMSE预编码器相比，所提出的多小区MMSE预编码器实现了显著的频谱效率增益，并且增益随着$K$或$β$的增长而增加。与最近的M-ZF预编码器，其性能急剧下降的大$K$相比，我们的M-MMSE可以始终保证一个高和稳定的性能。此外，大规模的近似是很容易计算，即使是小的系统尺寸是准确的。
2015-09-06 cs.IT math.IT
Hierarchical Interference Mitigation for Massive MIMO Cellular Networks
提出了一种适用于大规模MIMO蜂窝网络的分层干扰抑制方案。每个基站（BS）处的MIMO预编码器被划分为内部预编码器和外部预编码器。内部预编码器控制小区内干扰，并且自适应于每个BS处的本地信道状态信息（CSI）（CSIT）。外部预编码器控制小区间干扰并且适应于信道统计。这种分层预编码结构减少了大规模MIMO下行链路中CSI估计所需的导频符号的数量，并且对回程延迟具有鲁棒性。我们研究了联合优化的外部预编码器，用户选择，功率分配，以最大限度地提高一般凹效用没有封闭形式的表达。我们首先应用随机矩阵理论得到一个近似问题的封闭形式的目标。我们表明，近似问题的解决方案是渐近最优的相对于原始问题的天线数量每BS增长大。然后利用问题的隐凸性，我们提出了一个迭代算法来寻找近似问题的最优解。我们还得到了一个低复杂度的算法，可证明收敛。仿真结果表明，所提出的设计具有显着的增益超过各种国家的最先进的基线。
2014-07-30 cs.IT math.IT
On the precoder design of flat fading MIMO systems equipped with MMSE receivers: a large system approach
研究了在双相关平坦衰落MIMO系统中，基于MMSE接收机的预编码器的设计，该预编码器能最大化系统的各态历经互信息（EMI）。假设信道的信道状态信息和二阶统计量分别在接收机侧和发射机侧可用。由于EMI的直接最大化需要使用非吸引力算法，因此建议优化最近引入的EMI的近似，当发射和接收天线的数量$t$和$r$以相同的速率收敛到$\infty$时获得该近似。建立了实际EMI与其近似值之间的相对误差为$O(\frac{1}{t^{2}})$项。证明了最优预编码器的左奇异特征向量与发射协方差矩阵的特征向量一致，其奇异值是某个最大化问题的解。数值实验表明，该预编码器提供的互信息接近于通过最大化真实EMI而获得的互信息，但是最大化近似的算法的计算量要小得多。
2009-11-02 cs.IT math.IT
Precoder Design and Power Allocation for Downlink MIMO-NOMA via Simultaneous Triangularization
在本文中，我们考虑两个用户的功率域多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）系统的下行链路预编码器的设计。提出的预编码方案基于同时三角化，将两个用户的MIMO-NOMA信道分解为多个单输入单输出的NOMA信道，假设用户处具有低复杂度的自干扰消除。与基于同步对角化的预编码方案相比，该方案避免了用户MIMO信道的反转，从而提高了遍历速率性能。此外，我们还开发了一种基于凹凸过程的功率分配算法，并利用它来获得所提出的MIMO-NOMA方案的各态历经可达速率区域。我们的研究结果表明，该方案优于基线预编码方案的基础上SD和正交多址接入的用户速率范围很广，并执行接近脏纸编码上限。通过利用基于所提出的MIMO-NOMA方案和点对点MIMO之间的分时的混合方案，可以进一步改进遍历速率区域。
2021-01-14 cs.IT math.IT
A Unified Linear Precoding Design for Multi-user MIMO Systems
针对多用户多输入多输出广播系统中次优线性预编码器与最优线性预编码器之间的误出错率性能差距问题进行了研究。特别是，移动用户遭受噪声增强效应，由于次优的LP，可以抑制的最佳LP矩阵。诸如线性迫零（LZF）预编码器之类的次优LP矩阵仅在高信噪比（SNR）状态下执行，相反，诸如线性最小均方误差（LMMSE）预编码器之类的最优预编码器在低和高SNR场景两者中都表现优异。这些种类的预编码器示出了当其本身用于MU MIMO系统中时至少0.1的BER间隙距离。因此，我们提出并设计了一个统一的线性预编码（ULP）矩阵使用预编码选择技术，结合了次优和最优的LP矩阵的多用户MIMO系统，以确保零BER性能差距在本文中。数值结果表明，我们提出的ULP技术提供了显着的性能在低和高信噪比的情况下。
2016-12-07 cs.IT math.IT
Rate Analysis of Cell-Free Massive MIMO-NOMA With Three Linear Precoders
虽然无小区（CF）大规模多输入多输出（MIMO）和非正交多址（NOMA）的混合保证了大规模的频谱效率增益，但是在接入点（AP）处采用的预编码器的类型影响增益。因此，在本文中，我们全面评估系统的性能与最大比传输（MRT），全导频迫零（fpZF）和修改的正则化ZF（mRZF）预编码器。考虑瑞利衰落信道、簇内导频污染、簇间干扰和不完善的连续干扰消除（SIC）的影响，我们推导出了它们的闭合形式和速率表达式。我们的研究结果表明，该系统支持显着更多的用户同时在相同的相干间隔相比，其OMA等效。然而，当用户数较少时，簇内导频污染和不完善的SIC会降低系统性能。此外，在完美的SIC下，mRZF和fpZF的表现显着优于MRT。此外，我们表明，该系统与mRZF或fpZF预编码优于OMA系统与MRT。数值结果验证了分析结果。
2020-12-22 cs.IT math.IT
A Lattice-Based MIMO Broadcast Precoder for Multi-Stream Transmission
在多用户多输入多输出（MIMO）广播信道中，块对角化预编码是一种逼近和容量的有吸引力的方案。该方法需要在每个接收机处的全局信道状态信息或额外的训练阶段，这需要额外的系统规划。在本文中，我们提出了一种基于格的多用户预编码器，使用块对角化结合预均衡和扰动的多用户MIMO广播信道。该方案的可实现的和速率的推导和使用表明，所提出的技术方法的可实现的和速率的块对角化与注水，但不需要在接收机的额外信息。等功率分配的Monte Carlo仿真结果表明，该方法提供了更好的比特出错率和分集性能比块对角化与迫零接收机。此外，所提出的方法表现出类似的最大似然接收机的性能，但具有更低的接收机复杂度。
2006-05-25 cs.IT math.IT
Linear Precoding of Data and Artificial Noise in Secure Massive MIMO Systems
在本文中，我们考虑安全的下行链路传输中的多小区大规模多输入多输出（MIMO）系统中的基站（BS）天线，移动终端和窃听天线的数量是渐近大。假设窃听者的信道状态信息在BS处不可用，并且因此，采用数据的线性预编码和人工噪声（AN）用于保密增强。四个不同的数据预编码器（即，自私迫零（ZF）/正则化信道反转（RCI）和协作ZF/RCI预编码器）和三种不同的AN预编码器（即，随机的、自私的/协作的基于零空间的预编码器），并分析了相应的可实现的遍历保密率。我们的分析包括上行链路信道估计，导频污染，多小区干扰和路径损耗的影响。此外，为了在复杂度和性能之间取得平衡，提出了基于矩阵多项式的线性预编码器用于数据和AN预编码。使用来自自由概率和随机矩阵理论的工具，分别优化数据和AN预编码器的多项式系数，以最小化感兴趣小区中的移动终端的和均方误差和AN泄漏。我们的分析和仿真结果提供了有趣的见解，安全的多小区大规模MIMO系统的设计，并揭示了所提出的多项式数据和AN预编码器接近自私的RCI数据和零空间为基础的AN预编码器的性能，分别。
2015-08-31 cs.IT math.IT
Hybrid Precoder and Combiner Design with Low Resolution Phase Shifters in mmWave MIMO Systems
毫米波（mmWave）通信已经被认为是下一代蜂窝系统和Wi-Fi网络的关键技术，因为其在提供比当前无线网络宽的数量级的带宽方面的进步。经济和节能的模拟/数字混合预编码和组合收发器经常被提出用于毫米波大规模多输入多输出（MIMO）系统，以克服毫米波信道的严重传播损耗。现有的解决方案的一个主要缺点在于假设无限或高分辨率的移相器（PS）来实现模拟波束形成器。然而，在实践中通常采用低分辨率PS以降低硬件成本和功耗。受此启发，在本文中，我们研究了毫米波MIMO系统中具有低分辨率PS的混合预编码器和组合器的实际设计。特别是，我们提出了一种迭代算法，连续设计的低分辨率模拟预编码器和组合器对每个数据流，旨在有条件地最大化频谱效率。然后，基于所获得的有效基带信道来计算数字预编码器和组合器，以进一步提高频谱效率。在努力实现一个更硬件高效的大型天线阵列，我们还研究了一位分辨率（二进制）PS的混合波束形成器的设计，并提出了一种新的二进制模拟预编码器和组合器优化算法的天线数量的二次复杂度。所提出的低分辨率混合波束成形设计进一步扩展到多用户MIMO通信系统。仿真结果表明，与现有的低分辨率混合波束成形设计相比，所提出的算法的性能优势，特别是对于一位分辨率PS的情况。
2017-10-17 cs.IT math.IT
Tensor-Decomposition-based Hybrid Beamforming Design for mmWave OFDM Massive MIMO Communications
针对单用户毫米波OFDM大规模MIMO系统，提出基于约束Tucker2分解与投影交替最小二乘的混合波束成形设计，可提升平均可达和速率，性能优于现有方案。
2020-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Linear Precoder Design for a MIMO Gaussian Wiretap Channel with Full-Duplex Source and Destination Nodes
我们考虑用于多输入多输出（MIMO）高斯窃听信道的线性预编码器设计，该信道包括两个合法节点，即，爱丽丝和鲍勃，在全双工（FD）模式下操作，并在被动窃听者存在的情况下交换机密消息。使用和保密自由度（sum S.D.o.F.）作为可靠性度量，我们用公式表示关于预编码矩阵的优化问题。为了解决这一问题，我们首先提出了一种合作保密传输方案，并证明了其可行集足以实现最大和S. D. O. F.。基于该可行集，然后确定最大可实现和S.D.o.F.。并提供了一种实现最大和S.D.o.F.的预编码矩阵对的构造方法。结果表明，基于FD的网络提供了一个有吸引力的保密传输速率性能。
2016-11-15 cs.IT math.IT
Deep Unfolding for Fast Linear Massive MIMO Precoders under a PA Consumption Model
针对大规模MIMO预编码器PA功耗优化问题收敛慢的缺陷，提出深度展开的近端梯度下降算法，仅需20次迭代达近优解，速度远快于传统凸求解器和PGD算法。
2023-04-25 cs.IT eess.SP math.IT
Cooperative Precoding with Limited Feedback for MIMO Interference Channels
多天线预编码有效地减轻了无线网络中的干扰。然而，如果预编码器设计未能考虑信道状态信息（CSI）反馈中的不准确性，则所得到的性能增益在实践中可能显著受损。本文解决了这个问题，考虑有限速率CSI反馈从接收机到他们的干扰发射机在两个用户的多输入多输出（MIMO）干扰信道，称为合作反馈，并提出了一个系统的方法设计收发器，包括线性预编码器和均衡器。具体地，每个预编码器/均衡器被分解为内部和外部分量，分别用于使交叉链路干扰为零和实现阵列增益。内部预编码器/均衡器被进一步优化，以抑制由有限速率协作反馈引起的残留干扰。此外，剩余干扰由附加标量协作反馈信号调节，所述附加标量协作反馈信号被设计成使用包括固定干扰裕度和最大总和吞吐量的不同标准来控制传输功率。最后，所需的合作预编码器的反馈比特的数量推导出限制由于预编码器量化的吞吐量损失。
2012-02-27 cs.IT math.IT
