Adaptive and Fast Combined Waveform-Beamforming Design for mmWave Automotive Joint Communication-Radar
针对现有毫米波车载联合通信-雷达系统角视场有限、雷达估计精度低的问题，提出基于循环移位波束成形器与二维部分傅里叶压缩感知的自适应快速联合设计，可在通信性能小幅下降的代价下实现宽视场高精度雷达信道估计。
2020-09-06 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming for 5G and Beyond Millimeter-Wave Systems: A Holistic View
毫米波（mm-wave）通信是未来无线网络的关键技术。为了对抗显著的路径损耗并利用丰富的毫米波频谱，有效的波束成形至关重要。然而，传统的全数字波束成形技术是不适用的，因为它们需要用于每个天线元件的单独的射频（RF）链，这是昂贵的并且消耗太多能量。混合波束成形是一种具有成本效益的替代方案，它可以通过采用少量的RF链来显著降低硬件成本和功耗。本文基于针对不同硬件结构的新分类法，对5G及更高级别的毫米波系统的混合波束成形进行了全面阐述。我们采取务实的方法，从三个关键方面比较不同的建议：1）硬件效率，即，所需的硬件组件; 2）相关联的波束成形算法的计算效率;以及3）可实现的频谱效率，主要性能指标。通过系统的比较，这三个设计方面之间的相互作用和权衡证明，和有前途的候选人在未来的无线网络中的混合波束成形。
2019-12-04 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming and Combining for Millimeter Wave Full Duplex Massive MIMO Interference Channel
全双工（FD）通信可以彻底改变无线通信，因为它避免了使用独立的信道进行双向通信。这项工作推广了毫米波（mmWave）频段的点对点FD通信，包括K对大规模MIMO FD节点同时工作。我们提出了一种新的联合混合波束成形（HYBF）和加权和速率（WSR）最大化的合并方案，使大规模MIMO FD链路的共存成本有效。该算法依赖于基于最小化-最大化方法的替代优化。此外，我们提出了一种新的SI和大规模MIMO干扰信道感知功率分配方案，包括最优功率控制。仿真结果表明，显着的性能改善相比，传统的双向全数字半双工（HD）系统。
2022-01-04 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Multicast Beamforming for Millimeter Wave Communications
为了开发一种低复杂度的毫米波多播波束形成方法，本文首先提出了一种信道增益估计方法。我们使用波束扫描来找到最好的码字和它的两个相邻的码字，以形成一个复合波束。然后，我们估计信道增益的基础上的复合波束，这是离线计算的波束覆盖范围内的波束增益的方差最小化。在估计信道增益的基础上，提出了一种基于最大最小公平准则的多播波束形成设计方法。为了降低计算复杂度，我们将大的天线阵列分成几个小尺寸的子阵列，其中每个子阵列的大小由估计的信道增益来确定。特别是，我们引入了一个相位因子为每个子阵列探索所考虑的问题的额外的自由度。仿真结果表明，与现有方法相比，本文提出的多播波束成形设计方法在性能损失较小的情况下，能够显著降低计算复杂度。
2022-03-12 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Beamforming for Bistatic MIMO Sensing
本文研究双基地MIMO-OFDM雷达感知点状散射体的波束赋形优化，以最小化目标位置估计的Cramér-Rao界，并分析了每子载波所需波束数及双向收发端选择问题。
2025-08-25 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
Covariance-Based Hybrid Beamforming for Spectrally Efficient Joint Radar-Communications
联合雷达通信（JRC）被认为是部署下一代系统的关键技术，因为它有助于缓解射频（RF）频谱的拥塞，并利用相同的硬件资源实现双重功能。将JRC系统用于双重功能会在两种操作之间产生干扰，这需要在未来的标准化中解决。此外，可以通过部署混合波束成形来推进JRC系统，该混合波束成形实现比发射天线的数量更少数量的RF链。本文设计了一种鲁棒的混合波束形成器，通过RF链选择使互信息最大化来最小化JRC发射机的干扰。我们考虑一个加权的互信息的双功能JRC系统和实现一个共同的模拟波束形成器的操作。互信息最大化问题是一个非凸且难以求解的问题。将该问题简化为凸形式，并利用基于分式规划的Dinkelbach逼近进行求解.基于最优RF选择的方法的性能进行评估，与基线相比，其有效性通过数值结果推断。
2022-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Fingerprint Based Beam Tracking for Millimeter Wave Communications
具有固定波束码本的波束成形结构由于低硬件成本而为毫米波（mmWave）通信提供了经济的解决方案。然而，搜索最佳波束成形配置的训练开销与码本大小成比例。为了提高波束跟踪的效率，我们提出了一个波束跟踪方案的基础上的信道指纹数据库，其中包括统计波束形成增益和用户位置之间的映射。该方案通过利用训练的波束配置并估计未训练的波束配置的增益来跟踪用户移动。仿真结果表明，该方案实现了显着的波束形成性能增益比现有的波束跟踪方案。
2019-12-25 cs.IT eess.SP math.IT
Comparative Study on Millimeter Wave Location-Based Beamforming
本文对基于信道估计的毫米波模拟波束形成技术进行了比较研究。定位和压缩感知（CS）有效地降低了毫米波BF复杂度，并增强了与传统毫米波模拟BF技术相当的毫米波系统的性能。基于信道状态信息（CSI）的BF技术在使用CS构造mmWave信道感测矩阵时具有高复杂度。基于位置服务的技术通过定义用户设备（UE）最可能存在的区域来高度降低这种复杂性。在本文中，我们研究了毫米波定位为基础的BF使用各种定位服务的性能。其中，使用基于信道估计的CS来进行BF，以估计毫米波信道的出发角（AoD）和到达角（AoA）。
2018-08-21 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter-Wave Massive MIMO Testbed with Hybrid Beamforming
大规模多输入多输出（MIMO）技术在毫米波（mmWave）频段获得大阵列增益至关重要。然而，存在实际的挑战，例如在这样的系统中的高硬件成本和功耗。这些问题的一个有前途的解决方案是采用混合波束成形架构。这种架构的收发器（TRx）链的数量比天线总数少得多，从而实现了成本和能量高效的系统。在本文中，我们提出了一个实时毫米波（28 GHz）大规模多输入多输出测试床与混合波束成形。该测试平台具有用于波束选择的64天线/16 TRx单元，可以以模块化方式扩展到更大的阵列尺寸。为了在真实传播环境中测试从基带处理算法到调度和波束选择的所有内容，我们将基于软件定义无线电技术构建的现有100天线/100 TRx大规模多输入多输出测试平台（低于6 GHz）的功能扩展到灵活的毫米波大规模多输入多输出系统。
2020-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
Microwave Linear Analog Computer (MiLAC)-Aided MIMO Radar Sensing: Transmit Beamforming Design and DoA Estimation
Imperial College London（帝国理工学院）
本文研究了利用微波线性模拟计算机（MiLAC）辅助MIMO雷达感知的问题，提出了一种基于MiLAC的发射波束成形设计和基于二维离散傅里叶变换（2D-DFT）的方向估计方法，并证明了MiLAC辅助和全数字波束成形在CRB和方向估计性能上具有相同效果，同时降低了硬件成本和功耗。
2026-05-20 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Multi-Beam Radar with Full Range Resolution exploiting Space-Code Beamforming
本文提出一种利用space-code beamforming技术的全数字频域雷达架构，解决了传统单站雷达远距离探测与近距离广域监视的权衡问题，实现了全距离分辨率的同步多波束覆盖。
2025-05-02 eess.SP
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
Hybrid Beamforming With Sub-arrayed MIMO Radar: Enabling Joint Sensing and Communication at mmWave Band
本文提出了一种将混合波束形成技术与子阵列MIMO雷达技术相结合的毫米波（mmWave）波段双功能雷达通信（DFRC）系统波束形成设计方法。我们假设基站（BS）服务于位于非视距（NLoS）信道中的用户设备（UE），该用户设备同时主动检测位于视距（LoS）信道中的多个目标。给定最优通信波束形成器和期望的雷达波束方向图，在非凸恒模（CM）和功率约束下，设计模拟和数字波束形成器，使得通信和雷达波束形成误差的加权和最小。该优化问题可分解为三个子问题，并采用交替极小化方法求解。数值仿真验证了所提出的波束成形设计的可行性，并表明我们的方法提供了一个有利的性能之间的权衡传感和通信。
2018-10-24 eess.SP
Multiuser Beamforming for Partially-Connected Millimeter Wave Massive MIMO
针对部分连接毫米波大规模MIMO系统，提出了基于完美CSI的低复杂度混合波束成形方案和基于不完美CSI的仅模拟波束成形方案，有效最大化总速率并缓解多用户干扰。
2023-11-25 cs.IT eess.SP 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
Hybrid Beamforming for Millimeter Wave MIMO Integrated Sensing and Communications
在这封信中，我们认为毫米波（mmWave）MIMO通感一体化（ISAC）的混合波束成形。以目标雷达波束方向图为目标，在满足通信用户信干噪比（SINR）和双功能雷达通信基站总发射功率的约束下，设计了双功能雷达通信基站的发射波束。为了提供额外的自由度的波束设计问题，我们引入了一个相位矢量的目标波束方向图，并提出了一个交替的最小化方法来迭代优化发射波束和相位矢量，其中涉及二阶锥规划和约束最小二乘估计，分别。然后基于设计的发射波束，在毫米波MIMO中移相器网络的恒包络约束下，仍然采用交替最小化方法，确定模拟波束形成器和数字波束形成器。仿真结果表明，在相同的通信用户信干噪比约束条件下，较大的天线阵列可以获得更好的雷达波束质量。
2022-03-12 cs.IT eess.SP math.IT
JCR70: A Low-Complexity Millimeter-Wave Proof-of-Concept Platform for A Fully-Digital MIMO Joint Communication-Radar
在毫米波（mmWave）波段具有多输入多输出（MIMO）架构的全数字宽带联合通信雷达（JCR）将实现高的联合通信和雷达性能，同时增强设计灵活性。具有少量位模数转换器（ADC）的量化接收器将为未来便携式设备和自动驾驶汽车提供实用的JCR解决方案，降低功耗。在本文中，我们提出了一个联合通信雷达的概念验证平台，名为JCR 70，这些JCR系统使用真实的信道测量在71-76 GHz频段的性能进行评估和演示。我们开发这个平台，通过扩展毫米波通信设置与一个额外的全双工雷达接收器，并通过捕获MIMO JCR信道使用移动天线在滑轨上。为了表征我们开发的测试JCR性能，我们进行了几次室内和室外实验，并对测量数据应用传统和先进的处理算法。此外，我们还将JCR 70平台的性能与INRAS Radarbook进行了比较，后者是最先进的77 GHz汽车雷达评估平台。结果表明，对于高达5 dB的信噪比，具有2-4位ADC的量化接收器的性能通常非常接近高分辨率ADC。我们的JCR 70平台具有73 GHz和2 GHz带宽的全数字JCR波形，由于更高的带宽和更大的合成天线孔径，因此比Radarbook具有更高的分辨率能力。
2020-06-23 cs.IT eess.SP math.IT
Capacity Achieving Design for Hybrid Beamforming in Millimeter Wave Massive MIMO Systems
针对毫米波大规模 MIMO 混合波束成形仅依赖信道信息的问题，提出以发射协方差矩阵优化为核心、利用 BC-MAC 对偶处理非凸性的收发联合设计，在多种场景下提升下行和速率容量。
2025-09-29 cs.IT eess.SP math.IT
Joint and Robust Beamforming Framework for Integrated Sensing and Communication Systems
本文针对不完美CSI下的多用户多目标ISAC系统，提出一种联合通信与雷达波束赋形框架，以MSE或SCNR为雷达约束最大化总频谱效率，并通过NEPv与交替优化实现低复杂度鲁棒求解。
2024-09-03 cs.IT eess.SP math.IT
Flexible Hybrid Beamforming for Spectrally Efficient 6G Joint Radar-Communications
联合雷达通信（JRC）受益于使用相同硬件和射频（RF）频谱资源的雷达和通信操作的多功能性。因此，JRC系统具有非常高的潜力，被采用到第六代（6G）标准。本文设计了一种灵活的多输入多输出（MIMO）联合接收机波束形成器，使频谱效率最大化。实现了混合波束成形，其构成的RF链的数量比发射机天线的数量少。我们共同表达JRC率与通信和雷达实体，包括一个加权因子，它描绘了一个操作的优势。所提出的基于联合SE的方法最佳地选择具有灵活的混合波束成形设计的RF链的数量。此外，当通信操作发生时，所提出的方法考虑了从雷达操作发生的干扰，反之亦然。基于分数规划的选择过程用于灵活的波束成形和RF链的最佳数量，同时考虑每个操作的干扰。仿真结果和不同的基线进行比较，显示所提出的灵活的混合波束形成方法的有效性。
2022-11-15 eess.SP
Radar-assisted Predictive Beamforming for Vehicle-to-Infrastructure Links
在本文中，我们提出了一种雷达辅助的预测波束成形设计的车辆到基础设施（V2I）的通信依赖于联合传感和通信功能在路边单元（RSU）。我们提出了一种新的扩展卡尔曼滤波（EKF）框架来跟踪和预测车辆的运动参数。通过利用RSU的雷达功能，我们表明，通信波束跟踪开销可以大大减少。数值结果表明，所提出的雷达辅助的方法显着优于通信只基于反馈的技术在角度跟踪和下行链路通信。
2020-04-14 eess.SP
Cognitive-Driven Optimization of Sparse Array Transceiver for MIMO Radar Beamforming
认知多输入多输出（MIMO）雷达能够在复杂的动态环境中通过感知和学习自适应地调整系统参数。MIMO雷达的波束形成性能受波束形成权系数和收发机配置的影响。我们提出了一种认知驱动的MIMO阵列设计，其中波束形成权重和收发器配置都是自适应的，并在不同的环境条件下同时优化。感知-动作循环包括全虚拟阵列数据采集、协方差重构和天线选择联合设计收发阵列，通过迭代最小化加权混合L21范数提高二维组稀疏度，实现收发阵列的最优设计，并对收发天线间距施加约束以保证收发隔离度。仿真结果表明，该认知稀疏MIMO阵列在动态目标和干扰环境下具有良好的“感知-动作”能力，能够有效地增强波束形成和抗干扰能力。
2021-03-04 eess.SP
Joint Active and Passive Beamforming Design for IRS-Aided Radar-Communication
本文研究了一种智能反射面辅助雷达通信系统（Radcom），利用智能反射面辅助雷达通信基站（BS）实现通信信号和雷达信号的联合传输，实现对通信用户的服务和对目标的跟踪。本文的目的是通过联合优化有源波束形成器，包括通信波束形成器和雷达波束形成器，在Radcom BS和在IRS的相移，受通信用户所需的最小信号干扰噪声比（SINR），雷达所需的最小SINR，和互相关图案设计，以最小化在Radcom BS的总发射功率。特别是，我们考虑两种情况下，即情况I和情况II，基于存在或不存在的雷达互相关设计和干扰的IRS上的Radcom BS。对于不考虑互相关设计和干扰的情况I，证明了不需要专用雷达信号，从而大大降低了实现复杂度，简化了算法设计。然后，提出了一种基于惩罚的算法来解决由此产生的非凸优化问题。而对于考虑互相关设计和干扰的情况II，我们揭示了一般需要专用雷达信号来提高系统性能。由于所得到的优化问题是更具有挑战性的解决相比，情况I，半定松弛（SDR）的交替优化（AO）算法提出。仿真结果验证了所提算法的有效性，也表明了所提方案优于各种基准方案。
2022-03-28 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Beam Tracking with the Unscented Kalman Filter for Millimeter Wave Communication
用于5G蜂窝技术的毫米波（mmWave）通信链路需要高波束成形增益来克服信道损伤并实现高吞吐量。虽然许多工作集中在估计毫米波信道和设计波束成形方案上，但毫米波信道的时间动态性质很快使估计变得陈旧并增加探测开销。我们对毫米波信道的基本时间动态状态空间进行建模，并设计适合于在卡尔曼滤波框架中进行跟踪的探测波束形成器。给定初始信道估计，滤波有效地导致精确的估计，并且允许在数据传输期间针对更高的持续波束成形增益的前向预测。从跟踪的先验信道估计，自适应选择的最佳和受约束的次优波束减少探测开销，同时最大限度地减少估计误差。
2018-04-23 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Virtual Waveform Design for Millimeter-Wave Joint Communication-Radar
现在可以在毫米波（mmWave）波段实现具有全数字基带生成和处理的联合通信和雷达（JCR）波形。先前的工作已经提出了一种基于毫米波无线局域网（WLAN）的JCR，其利用用于雷达的WLAN前导码。然而，目标速度估计的性能是有限的。在本文中，我们提出了一个虚拟的自适应毫米波JCR波形设计。所提出的系统发送几个非均匀放置的伪随机数来构造多个接收虚拟伪随机数，以提高速度估计精度，在通信数据速率的成本只有一个小的减少。我们评估JCR性能权衡使用克拉美-罗界（CRB）度量雷达估计和一种新的失真最小均方误差（MMSE）度量数据通信。此外，我们开发了三种不同的MMSE为基础的优化问题的自适应JCR波形设计。仿真结果表明，一个最佳的虚拟（非均匀）波形实现了显着的性能改善相比，均匀的波形。针对雷达CRB约束优化问题，改进了最优雷达作用距离和最优通信失真MMSE（DMMSE）。对于具有高DMMSE约束的通信DMMSE约束优化，增强了最优雷达CRB。对于加权MMSE平均优化，虚拟波形相对于均匀波形的优势随着降低的通信加权而增加。通过与传统的基于虚拟前导码计数的优化算法进行比较，发现传统算法在目标数目较少和信噪比较高的情况下收敛于MMSE算法。
2019-04-11 cs.IT eess.SP math.IT
Learning to Select for MIMO Radar based on Hybrid Analog-Digital Beamforming
在本文中，我们提出了一个能量有效的雷达波束方向图设计框架的毫米波（毫米波）大规模多输入多输出（mMIMO）系统，配备了混合模拟数字（HAD）波束形成结构。为了降低mMIMO系统的功耗和硬件成本，我们采用机器学习方法来合成基于少量RF链和天线的探测波束图。通过利用softmax神经网络的组合，所提出的解决方案能够实现具有高精度的期望波束图。
2021-06-10 eess.SP
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
3D Near-Field Millimeter-Wave Synthetic Aperture Radar Imaging
在本文中，我们提出了在毫米波（mmWave）频率的三维高分辨率雷达成像过程中，通过综合创建一个大口径的效果。我们使用一个低成本的全集成调频连续波（FMCW）雷达工作在$\rm 79\;GHz$，然后执行合成孔径雷达（SAR）成像在近场区。最后，我们进行了一个实际的实验，并给出了重建图像。
2021-09-15 eess.SP
Robust Integrated Sensing and Communication Beamforming for Dual-functional Radar and Communications: Method and Insights
本文提出了一种新的稳健波束形成设计方法，用于通感一体化（ISAC）背景下的双功能雷达和通信（DFRC）基站（BS）。该架构旨在用于具有不完善的信道状态信息（CSI）的情况。我们建议的方法演示了几个权衡联合雷达通信部署。由于设计的DFRC性质，波束形成器可以同时指向预期目标，同时优化通信服务质量。我们揭示了一些见解，关于封闭形式的表达式，以及所提出的波束形成器的最优性。最后，仿真结果验证了所提出的ISAC波束形成器的有效性。
2023-03-14 eess.SP
On Outage-based Beamforming Design for Dual-Functional Radar-Communication 6G Systems
本文研究和推导了双功能雷达通信（DFRC）多输入多输出系统中的波束形成设计。我们集中在一个场景，其中DFRC基站与下行链路通信用户进行通信，与不完善的信道状态信息知识，并执行目标检测，所有通过相同的发送信号。通过仔细的放松程序，我们到达一个合适的和新颖的优化问题，最大化的Bartlett意义上的雷达输出功率，概率中断信号干扰噪声比的约束下。理论分析证明了问题的放松版本给出的解决方案的最优性，以及在某些情况下的封闭形式的解决方案。最后，通过数值仿真证明了所提出的波束形成设计的性能和权衡。
2023-01-05 eess.SP
Beamforming Algorithm for Multiuser Wideband Millimeter-Wave Systems with Hybrid and Subarray Architectures
我们提出了一种波束形成算法的多用户宽带毫米波（mmWave）通信系统，其中一个接入点使用混合模拟/数字波束形成，而多个用户站具有相控阵与一个单一的RF链。该算法比文献中的其他算法运行在更一般的模式下，具有更低的计算复杂度和训练开销。在整个文件中，我们描述：i）新型波束形成器集合的构造ii）波束形成算法，其使用码本上的训练传输来选择使沿带宽的接收和功率最大化的波束形成器，以及iii）在毫米波WLAN的标准室内场景中使用通过统计和射线跟踪模型获得的信道对算法进行数值验证。我们的算法被设计为在宽带OFDM系统中服务于多个用户，并且不需要信道矩阵知识或特定的信道结构。此外，我们将天线的具体方面的分析，如天线耦合，元素辐射模式，和波束斜视。虽然没有其他的解决方案，本文研究的一般系统，我们的特征算法的可实现的速率，并表明，它达到了70%以上的频谱效率（1.5和3 dB的SNR损失之间）相对于理想的全数字波束形成在分析的情况下。我们还表明，对于某些特殊情况，我们的算法具有与文献中其他解决方案相似的总速率性能，同时提供显着更低的计算复杂性（与天线数量呈线性相关）和更短的训练开销。
2019-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Radar-Communication-Based Bayesian Predictive Beamforming for Vehicular Networks
在本文中，我们开发了一种预测波束形成方案的基础上的双功能雷达通信（DFRC）技术，其中路边的单位估计的运动参数的车辆利用DFRC信号的回波。与传统的基于反馈的波束跟踪方法相比，该方法可以减少信令开销，提高跟踪性能。提出了一种新的消息传递算法，该算法通过最大后验估计获得了接近最优的性能。仿真结果表明了所提出的DFRC方案的有效性。
2020-04-26 eess.SP
GMD-Based Hybrid Beamforming for Large Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Millimeter-Wave Massive MIMO
可重构智能表面（RIS）被认为是一种节能的方法来重塑无线环境，以提高吞吐量。它的无源特性大大降低了能源消耗，这使得RIS成为实现未来智慧城市的一项有前途的技术。现有的RIS波束成形设计主要集中在优化单载波系统的频谱效率。为了避免MIMO系统中不同空间域子信道上复杂的比特分配问题，本文提出了一种基于几何均值分解的波束形成算法，该算法适用于RIS辅助的毫米波（mmWave）混合MIMO系统，使得空间域中多个并行数据流可以被认为具有相同的信道增益。具体地说，通过利用毫米波大规模MIMO信道在不同子载波上的共同角域稀疏性，利用同步正交匹配追踪算法从过采样2D-DFT码本中获得最佳多波束。此外，通过仅利用与视线（LoS）信道相关联的到达角和离开角，我们进一步通过最大化LoS信道的阵列增益来设计RIS的移相器。仿真结果表明，该方案可以获得更好的BER性能比传统的方法。我们的工作是一个初步的尝试，讨论了宽带混合波束赋形的RIS辅助毫米波混合MIMO系统。
2020-01-17 cs.IT eess.SP math.IT
Sparse Array Transceiver Design for Enhanced Adaptive Beamforming in MIMO Radar
借助新兴的快速传感器切换技术，稀疏阵列设计可以通过减少昂贵的收发器链的数量来降低整体系统开销。在本文中，我们研究了有源稀疏阵列的设计，使最大的信号干扰加噪声比（MaxSINR）波束形成在MIMO雷达接收机。所提出的方法需要一种包围设计，即，联合选择最佳发射和接收传感器位置，以实现MaxSINR接收波束成形。具体来说，我们考虑一个共置的多输入多输出（MIMO）雷达平台与正交发射波形，并检查在发射和接收阵列的天线选择。最佳的有源稀疏阵列收发器的设计问题，制定了连续凸近似（SCA）的二维组稀疏促进正则化。几个例子来证明所提出的方法在利用给定的发射/接收阵列孔径和自由度，实现最大信干噪比波束成形的有效性。
2021-02-20 eess.SP
Manifold Optimization Methods for Hybrid beamforming in mmWave Dual-Function Radar-Communication System
作为一种低成本的替代方案，模拟和数字混合波束形成结构是一种很有前途的毫米波系统方案。针对毫米波双功能雷达通信（DFRC）系统，研究了部分连接和全连接两种混合波束形成结构，其中发射端与下行用户通信，同时检测雷达目标。在恒模和功率约束下，通过最小化雷达和通信性能的加权和来表达优化问题。针对这两个结果问题所导致的非凸性，提出了有效的黎曼优化算法.针对全连通结构，提出了一种基于交替方向乘子法（ADMM）的流形算法.而对于部分连通结构，提出了一种低复杂度的黎曼积流形信赖域（RPM-TR）算法来逼近近似最优解. 数值仿真表明了本文方法的有效性.
2022-09-04 eess.SP
Transmit Design for Joint MIMO Radar and Multiuser Communications with Transmit Covariance Constraint
在本文中，我们考虑设计的多输入多输出（MIMO）发射机，同时作为MIMO雷达和基站的下行链路多用户通信。为了保证MIMO雷达的性能，除了功率约束外，还要求发射波形的协方差等于给定的最优协方差。在此约束下，我们制定和解决信号干扰噪声比（SINR）的平衡问题，多用户发射波束成形通过凸优化。考虑到这种约束不能完全消除干扰，我们引入脏纸编码（DPC），以进一步消除干扰，并制定在DPC制度的SINR平衡和和速率最大化问题。虽然这两个问题都是非凸的，我们表明，他们可以重新制定凸优化通过拉格朗日和下行链路-上行链路的对偶。此外，我们提出了基于梯度投影的算法来解决等效的对偶问题的SINR平衡，在发射波束成形和DPC制度。仿真结果表明，DPC的发射波束形成的显着性能改善，也表明，通信发射机的自由度是由协方差的秩的限制。
2021-09-02 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Active and Passive Beamforming for IRS-Assisted Radar
智能反射面（IRS）由于其控制信号传播的能力而被认为是未来无线通信的一种有前途的技术。研究了在杂波环境中部署多个红外辐射源对多个目标进行辅助监视的红外辅助雷达的主被动联合波束形成问题。具体而言，我们的目标是最大限度地提高最小目标照明功率在多个目标位置，通过联合优化的有源波束形成器在雷达发射机和被动相移矩阵在IRS，受杂波功率在每个杂波散射体的上限。由此产生的优化问题是非凸的，并与半定松弛（SDR）的顺序优化过程解决。仿真结果表明，IRS可以帮助创建有效的视线（LOS）路径，从而大大提高了雷达对目标阻塞的鲁棒性。
2021-08-09 eess.SP
Joint Beamforming Design for Dual-Functional MIMO Radar and Communication Systems Guaranteeing Physical Layer Security
双功能雷达和通信（DFRC）技术构成了一个有前途的下一代无线解决方案，由于其在功耗，物理硬件和频谱利用方面的好处。在本文中，我们提出了复杂的波束成形设计的多用户DFRC系统，另外考虑到物理层安全（PLS）。我们表明，适当设计的雷达波形也可以作为传统的人工噪声设想淹没窃听信道，并获得增加的设计自由度（DoF）。联合波束形成设计被制定为一个非凸优化问题，在雷达发射波束图，通信服务质量（QoS）和PLS水平的冲突的设计目标之间达成令人信服的权衡。然后，我们提出了一种基于半定松弛（SDR）的算法和一个降低复杂度的版本来解决非凸性，其中的全局最优解被发现。此外，一个鲁棒的波束形成方法也考虑到现实的不完美的信道状态信息（CSI）的知识。最后，仿真结果证实了我们的理论结果和所提出的方法的优越性。
2023-01-01 eess.SP
Joint Transmit Beamforming for Multiuser MIMO Communication and MIMO Radar
未来的无线通信系统期望探索雷达系统通常使用的频谱带，以便克服传统通信带的频谱拥塞。由于在许多应用中，雷达和通信共享同一平台，因此可以通过联合设计作为双功能雷达通信系统来促进频谱共享。针对多输入多输出（MIMO）雷达和多用户MIMO通信发射机共享频谱和天线阵列的情况，提出了一种联合发射波束形成模型。提出的双功能系统发射独立的雷达波形和通信符号的加权和，形成多个波束分别朝向雷达目标和通信接收机。加权系数的设计被配制成一个优化问题，其目标是MIMO雷达发射波束形成的性能，同时保证在每个通信用户的信号干扰噪声比（SINR）高于给定的阈值。尽管所提出的优化问题的非凸性，它可以放松到一个凸的，可以在多项式时间内解决，我们证明了松弛是紧的。然后，我们提出了一种降低复杂度的设计，基于迫零的用户间干扰和雷达干扰。与以前的作品，它专注于通信符号的传输，合成雷达发射波束方向图，我们的方法提供了更多的自由度MIMO雷达，从而能够获得改进的雷达性能，在我们的仿真研究中证明。此外，所提出的双功能方案接近仅雷达方案的雷达性能，即，在合理的通信质量约束下，无需频谱共享。
2020-02-02 eess.SP
Millimeter-level Resolution Photonic Multiband Radar Using a Single MZM and Sub-GHz-Bandwidth Electronics
在这里，我们提出了一种新的成本效益的毫米级分辨率的光子多波段雷达系统，使用一个单一的MZM驱动的1 GHz带宽的线性调频信号。实验表明，通过无相干处理的多波段数据融合，距离分辨率为8.5毫米。
2022-10-18 eess.SP physics.optics
Radar-assisted Predictive Beamforming for Vehicular Links: Communication Served by Sensing
在未来的车载网络中，传感和通信功能将交织在一起。在本文中，我们研究了雷达辅助的预测波束形成设计的车辆到基础设施（V2I）通信，利用双功能雷达通信（DFRC）技术。为了实现联合传感和通信功能的路边单元（RSU），我们提出了一种新的扩展卡尔曼滤波（EKF）框架来跟踪和预测每辆车的运动参数。通过利用RSU的雷达功能，我们表明，通信波束跟踪开销可以大大减少。为了在保证下行通信和速率的同时提高感知精度，我们进一步提出了一种多车辆的功率分配方案。数值结果表明，所提出的DFRC波束跟踪方法的跟踪性能显着优于通信的反馈为基础的技术。此外，所设计的功率分配方法是能够实现一个良好的性能之间的权衡感测和通信。
2020-01-25 eess.SP
IRS-Assisted Millimeter Wave Communications: Joint Power Allocation and Beamforming Design
智能反射面（IRS）技术为毫米波（mmWave）通信系统提供了比现有技术更可行的传播路径以克服阻塞。在本文中，我们考虑了一个下行链路的无线系统与IRS和制定联合功率分配和波束成形设计问题，以最大限度地提高加权和速率，这是一个多变量优化问题。针对这一问题，提出了一种基于交替流形优化的波束形成算法。仿真结果表明，该优化算法在提高无线通信系统的加权和速率方面明显优于现有算法。
2020-12-24 eess.SP
Joint Secure Communication and Radar Beamforming: A Secrecy-Estimation Rate-Based Design
本文研究了双功能雷达通信系统中的发射波束形成问题，其中一个DFRC发射机同时与一个通信用户通信，并检测具有相同波形的恶意目标。由于波形中嵌入了信息，因此信息有被目标截获的风险。为了解决这个问题，物理层安全技术被利用。分别以保密率和估计率作为通信和雷达的性能指标，提出了三种保密率最大化（SRM）问题，包括有噪声和无噪声的SRM，以及鲁棒SRM。对于SRM波束形成，我们证明了最佳波束形成器可以计算在封闭的形式。对于AN辅助的SRM，通过利用交替优化，针对波束形成器和AN协方差矩阵获得类似的封闭形式的解决方案。最后，在目标到达波达方向上基于矩的随机相位误差模型的前提下，考虑了目标的不理想CSI。仿真结果证明了所提出的设计的有效性和鲁棒性。
2022-11-23 eess.SP
Dynamic Hybrid Beamforming Design for Dual-Function Radar-Communication Systems
本文研究DFRC系统的动态混合波束成形，采用动态子阵列和双移相器架构，提出基于majorization-minimization的交替优化算法，在满足通信QoS、发射功率等约束下最大化雷达互信息。
2023-09-14 eess.SP
A Reconfigurable Subarray Architecture and Hybrid Beamforming for Millimeter-Wave Dual-Function-Radar-Communication Systems
本文提出一种用于毫米波DFRC系统的可重构子阵列架构，通过联合优化混合波束成形以最大化通信和速率并保证雷达感知性能，仿真显示其能效相比现有架构显著提升。
2024-04-24 eess.SP
Digital Beamforming Enhanced Radar Odometry
Imperial College London（帝国理工学院）；Heriot-Watt University（赫瑞瓦特大学）；Tsinghua University（清华大学）
本文提出融合空间域波束形成并支持三维 DOA 估计的雷达信号处理流程，以替代传统 FFT 处理，在公开数据集上提升了结构精度与多系统雷达里程计精度。
2025-03-17 cs.RO eess.SP
Dual-Function Radar-Communication Beamforming with Outage Probability Metric
针对双功能雷达通信系统，提出基于中断概率度量的波束成形方法，分别优化雷达与通信性能，利用中心极限定理和半定松弛求解随机非凸问题。
2025-08-06 eess.SP
Hybrid Beamforming Design for Millimeter Wave Multiuser MIMO Systems with Dynamic Subarrays
在这封信中，我们研究了毫米波（mmWave）下行多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，该系统在基站处采用动态子阵架构，并考虑每个用户的多流通信。针对系统频谱效率最大化的问题，提出了一种新的混合波束形成方案。首先，假设没有用户间干扰（IUI），我们很容易得到最佳的全数字波束形成器和合并器使用每个用户信道的奇异值分解和注水算法。然后，基于所得到的全数字波束形成器，提出了一种Kuhn-Munkres算法辅助的动态混合波束形成器设计，保证了每个射频链至少连接一个天线。最后，我们建议进一步将每个获得的数字波束形成器投影到所有其他等效用户信道的零空间上，以消除IUI。数值结果验证了我们提出的混合波束形成设计的优越性。
2022-05-06 eess.SP
Joint Secure Transmit Beamforming Designs for Integrated Sensing and Communication Systems
通感一体化（Integrated Sensing and Communication，ISAC）技术是一种新兴的、有前途的技术，它允许单个雷达和通信系统共享相同的频谱带，以缓解频谱拥塞问题。在本文中，我们研究如何利用强雷达信号的固有干扰，以确保所考虑的多用户多输入单输出（MU-MISO）通信和多输入多输出（MIMO）雷达共存系统的物理层安全（PLS）。特别地，在已知窃听者的信道状态信息（CSI）的情况下，提出了通信系统和雷达系统的发射波束形成器的联合设计方法，以最小化多个合法用户的最大窃听信干噪比（SINR），同时保证合法传输的通信服务质量（QoS）、雷达检测性能的要求以及雷达和通信系统两者的发射功率约束。当窃听者的CSI不可用时，我们提出了一种联合人工噪声（AN）辅助发射波束形成设计方案，该方案利用剩余可用功率来生成AN，以破坏恶意接收，同时满足合法传输和雷达目标检测的要求。大量的仿真验证了所提出的联合波束成形设计的ISAC系统的安全传输和所开发的算法的有效性的优势。
2022-12-01 eess.SP
Radar Enhanced Multi-Armed Bandit for Rapid Beam Selection in Millimeter Wave Communications
本文提出将雷达与通信结合以增强多臂老虎机（MAB）学习性能，通过仅搜索雷达检测到移动目标的波束来减少扫描数量和探索时间，从而在大量波束场景下有效降低延迟并提高吞吐量。
2023-06-29 eess.SP
Millimeter-Wave NOMA with User Grouping, Power Allocation and Hybrid Beamforming
研究了非正交多址接入在毫米波通信中的应用。特别地，我们考虑具有混合波束成形结构的下行链路传输。首先根据用户间的信道相关性提出了一种用户分组算法。然后，联合的混合波束成形和功率分配问题，制定最大化可实现的和速率，每个用户的最小速率约束。为了解决这一高维变量的非凸问题，首先得到了任意固定混合波束形成下的功率分配问题的解，将其分为组内功率分配和组间功率分配。然后，在给定任意固定模拟波束形成的情况下，利用近似迫零法设计数字波束形成，以最小化群间干扰。最后，用一种边界压缩粒子群优化算法求解了恒模约束下的模拟波束形成问题。仿真结果表明，所提出的联合方法，包括用户分组、混合波束形成和功率分配，在可达到的和速率和能量效率方面优于现有技术方案和传统的毫米波正交多址接入系统。
2019-07-30 eess.SP
Radar-Based Noncontact Measurement of Heartbeat of Humans and Chimpanzees Using Millimeter-Wave Radar with Topology Method
本研究提出一种确定拓扑方法滤波器参数的毫米波雷达心跳测量方法，可在保留心跳高次谐波的同时消除呼吸成分，对人和黑猩猩的心跳间期测量最小误差分别达4.43ms和2.55ms，为跨物种非接触生理监测提供可能。
2023-07-19 eess.SP
Millimeter-Wave Circular Synthetic Aperture Radar Imaging
本文研究基于单通道FMCW雷达的毫米波圆迹合成孔径雷达成像方法，提出图像重建算法并完成系统分析，通过79 GHz实验数据验证了所提方法的有效性。
2024-07-08 eess.SP
