Reduced Complexity Decoding for Bit-Interleaved Coded Multiple Beamforming with Constellation Precoding
多波束形成是通过奇异值分解的信道矩阵，这是假设是已知的发射机和接收机。比特交织编码多波束形成（BICMB）可以实现全分集，只要码率Rc和所使用的子信道的数目S满足条件RcS<=1。另一方面，具有星座预编码的比特交织编码多波束形成（BICMB-CP）可以在不满足条件RcS<=1的情况下实现全分集。然而，BICMB-CP的解码复杂度远高于BICMB。本文提出了一种基于球形译码（SD）的降低译码复杂度的方法来降低BICMB-CP的最大似然（ML）译码的复杂度。降低的复杂度解码实现了几个数量级的减少，在获得一个预编码比特度量所需的实数乘法的平均数量方面，不仅相对于常规ML解码，而且相对于常规SD。
2011-09-14 cs.IT math.IT
Vertical Beamforming in Reconfigurable Intelligent Surface-aided Cognitive Radio Networks
在这封信中，我们研究联合应用可重构智能表面（RIS）和垂直波束形成的认知无线电网络（CRN）。在对网络进行适当建模之后，形成优化问题以联合设计次级基站（BS）处的波束成形向量和倾斜角以及RIS处的相移，目标是最大化次级网络的频谱效率。该优化问题是非凸的，因此我们提出了一种有效的求解方法，数值结果表明，增加RIS和优化辐射方向，可以显著提高CRN的性能。
2021-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Tri-Domain Multiuser MIMO Precoding Optimization and Channel Estimation with Spatial-EM Reconfigurable Antenna
针对集成空间可重构天线与电磁可重构天线的三域多用户MIMO系统，提出基于加权最小均方误差的三域联合优化算法和低开销移动辅助信道估计方案，提升频谱效率与信道估计精度。
2026-08-27 cs.IT eess.SP math.IT
Symbol-level precoding is symbol-perturbed ZF when energy Efficiency is sought
本文研究了多用户多输入单输出（MISO）下行链路的符号级预编码（SLP）。SLP是利用符号星座结构的非线性预编码方案。它已被证明，SLP可以优于流行的线性波束形成方案。在这项工作中，我们揭示了SLP和线性波束形成之间的隐藏连接。我们表明，在能量最小化设计，SLP是等价的迫零（ZF）波束成形方案与扰动的符号。这个身份提供了新的见解，他们在文件中进行了讨论。作为一个侧面的贡献，这项工作还开发了一个符号错误概率（SEP）约束的正交幅度调制（QAM）星座下的SLP设计公式。
2018-03-14 cs.IT math.IT
Distributed Precoding Systems in Multi-Gateway Multibeam Satellites: Regularization and Coarse Beamforming
本文讨论了多波束卫星中的波束形成设计问题，该卫星由不同的终端群（集群）共享，每个终端群由一个地球站或网关服务。每个网关预编码的符号寻址到其各自的用户，设计遵循MMSE标准，和一个正则化因子明智地选择允许考虑相互干扰的集群的存在下，扩展更经典的结果适用于一个集中式站。更重要的是，可以使用信道统计来代替瞬时信道状态信息，从而避免通过回程链路在网关之间交换信息。星上波束形成权值的设计充分利用了卫星天线的自由度，以最小化噪声影响和对某些特定用户的干扰。提供了地面波束成形结果作为比较MMSE预编码器和机载波束成形网络联合性能的参考。一个非自适应的设计补充的结果，使他们更适合实际使用，通过设计一个粗略的波束形成网络。
2017-05-23 cs.IT math.IT
Limited Feedback Hybrid Precoding for Multi-User Millimeter Wave Systems
天线阵列将是毫米波（mmWave）蜂窝系统中的重要组成部分。天线阵列的一个自然应用是同时向多个用户传输。遗憾的是，毫米波系统中的硬件约束使得难以在毫米波应用常规的较低频率多用户MIMO预编码技术。本文提出了低复杂度的混合模拟/数字预编码下行多用户毫米波系统。混合预编码涉及模拟和数字处理的组合，其灵感来自完整射频和混合信号硬件的功耗。所提出的算法配置混合预编码器在发射机和模拟组合器在多个接收机与一个小的训练和反馈开销。该算法的性能进行了分析，在高维制度和单径信道。当模拟和数字预编码矢量从量化码本中选择时，由于联合量化而导致的速率损失的特征在于，并且与仅模拟波束成形解决方案相比，给出了混合波束成形的性能的见解。分析和仿真结果表明，该技术与仅模拟波束形成方案相比，具有更高的和速率，并在较小码本下接近无约束数字波束形成的性能。
2015-03-05 cs.IT math.IT
Deep Learning-Based Tri-Hybrid Multi-User MIMO Precoding: The Blessing of EM-Reconfigurable Antennas
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；BIT (Zhuhai)（北京理工大学（珠海））；Tsinghua University（清华大学）；Guilin University of Electronic Technology（桂林电子科技大学）；Yangtze Delta Region Academy, BIT (Jiaxing)（北京理工大学（嘉兴）长三角研究院）；Advanced Research Institute of Multidisciplinary Sciences, BIT（北京理工大学前沿交叉科学研究院）
提出基于Conformer的Tri-PNet，联合设计电磁、模拟和数字预编码，提升多用户MIMO-OFDM频谱效率，性能优于传统方案且对CSI误差鲁棒。
2026-10-08 cs.IT cs.LG eess.SP
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Hybrid Beamforming: Optimal Placement and Beamforming Design
我们考虑可重构智能表面（RIS）辅助第六代（6 G）太赫兹（THz）通信的室内环境中，一个基站（BS）希望发送独立的消息，它的服务用户的帮助下，多个RIS。对于室内环境，诸如柱子、墙壁和其他物体之类的各种障碍物可能导致BS与用户之间没有视线信号路径，这可能显著降低性能。为了克服室内太赫兹通信的这种局限性，我们首先优化RIS的位置，以最大限度地扩大覆盖范围。在优化的RIS布局下，我们提出了BS处的3D混合波束形成和RIS处的相位调整，它们通过基于码本的3D波束扫描以低复杂度在BS和RIS处联合执行。数值模拟表明，该方案显着提高了平均和率相比，没有RIS和随机部署的RIS。它进一步表明，所提出的基于码本的3D波束扫描有效地对准BS-用户链路或BS-RIS-用户链路之间的模拟波束，因此，实现了接近于需要全局信道状态信息的相干波束对准的平均和速率。
2023-03-21 cs.IT eess.SP math.IT
Precoding for Multi-Cell ISAC: from Coordinated Beamforming to Coordinated Multipoint and Bi-Static Sensing
本文研究多小区 MISO ISAC 的鲁棒预编码，分别针对 CBF 单基地与 CoMP 双基地场景建立 CRB 和 SINR 优化问题，并结合 SDR 与 AO 求解。
2024-02-28 cs.IT eess.SP math.IT
Unified Performance Analysis of Orthogonal Transmit Beamforming Methods with User Selection
多天线下行链路信道中的同时多用户波束成形可能需要脏纸（DP）预编码（最佳且高复杂度）或线性预编码（次佳且低复杂度）方法。系统性能的典型特征在于在发射机处具有完美信道状态信息的同质用户的总容量。总容量性能分析需要用户信噪比（SNR）或信干噪比（SINR）的精确概率分布。由于在发射机处去除了已知干扰，来自顺序统计的标准技术可以足以获得用于DP预编码的SNR的概率分布。另一方面，线性预编码技术的这种概率分布的推导更具挑战性。例如，正交波束成形技术不能完全消除用户位置处的干扰，从而需要利用SINR进行分析。在本文中，我们推导出两个正交波束形成方法结合用户调度的用户信干噪比的联合概率分布：自适应正交波束形成和正交线性波束形成。我们得到了紧凑和统一的解决方案的联合概率分布的调度用户的信干噪比。我们的分析结果可以应用到类似的算法，并通过计算机模拟验证。
2013-07-19 cs.IT math.IT
Joint Transmit Precoding and Reflect Beamforming Design for IRS-Assisted MIMO Cognitive Radio Systems
认知无线电（CR）通过允许次用户（SU）与主用户（PU）共享频谱来提高无线通信的频谱效率（SE）。同时，智能反射表面（IRS）最近已被提出作为一种有前途的方法，以提高SE和能量效率（EE）的无线通信系统，通过智能地重新配置信道环境。在本文中，我们考虑了一个IRS辅助下行CR系统，其中一个辅助接入点（SAP）与多个SU通信，而不影响主网络中的多个PU，所有节点都配备了多个天线。我们的设计目标是最大限度地提高可实现的加权和速率（WSR）的SU的总发射功率约束在SAP和干扰约束在PU，通过联合优化在SAP的发射预编码和在IRS的反射系数。为了处理复杂的目标函数，该问题是重新制定采用著名的加权最小均方误差（WMMSE）方法和交替优化（AO）为基础的算法。此外，一个特殊的情况下，只有一个PU考虑和AO算法再次采用。值得一提的是，该算法在不损失性能的前提下，具有比上述算法低得多的计算复杂性。最后，通过数值模拟验证了该算法的性能优于其他基准算法。
2021-03-11 cs.IT eess.SP math.IT
Transformer-Based Hybrid Beamforming with Reconfigurable Pixel Antenna for HAPS Communications
本文提出了一种基于Transformer的混合波束成形框架，用于高海拔平台站（HAPS）通信中的可重构像素天线（RPA）配备的大规模多输入多输出（MIMO）系统。该框架包含两个关键组件：1）一种利用Transformer编码器确定每个天线元件辐射模式的可重构模式网络；2）一种利用模型驱动残差学习计算基于SVD初始化的模拟和数字预编码的混合波束成形网络。仿真结果表明，所提出的PR-HBFNet接近贪心基准的频谱效率，同时显著降低了计算复杂度。
2026-05-18 cs.IT math.IT
Constant Envelope Precoding for MIMO Systems
恒定包络（CE）预编码是一种有吸引力的传输技术，其能够实现高效的功率放大，并且可以在多天线发射机处利用单个射频（RF）链来实现。在本文中，我们研究了一个点对点的多输入多输出（MIMO）系统与CE预编码的收发器的设计。单流传输（即，波束成形）和多流传输（即，空间复用）。对于单流传输，我们优化接收波束形成向量，以最大限度地减少任何给定的信道实现和所需的星座在组合器输出的符号出错率（SER）。通过将该问题转化为等价的二次约束二次规划问题，提出了一种基于半定松弛算法的近似求解方法。接下来，对于多流传输，我们提出了一种新的方案，基于天线分组在发射机和最小均方误差（MMSE）或迫零（ZF）为基础的波束成形在接收机。发射天线分组和接收波束成形向量然后被联合设计以最小化所有数据流上的最大SER。最后，通过不同设置下的仿真，比较了单流与多流传输的误码率性能。
2016-09-08 cs.IT math.IT
3D Beamforming in Reconfigurable Intelligent Surfaces-assisted Wireless Communication Networks
可重构智能表面（RIS）或智能反射表面（IRS）是可以部署在无线环境中的各个地方以使这些环境可控和可重构的元表面。在本文中，我们调查的问题，使用3D波束赋形的RIS授权的无线网络，并提出了一个新的方案，提供更多的自由度在设计和部署基于RIS的网络。在所提出的方案中，一个基站（BS）配备了一个全维阵列的天线优化其在三维空间中的辐射模式，以最大限度地提高接收信号的信噪比在一个目标用户。我们还研究了RIS接收信号的入射角对其反射特性的影响，并找到了这个角度与BS天线阵列的倾斜角和仰角之间的关系。用户从RIS的反射路径以及从BS的直接路径接收信号，这两者都取决于BS天线阵列的倾斜角和仰角。这些角度以及RIS元件的相移被联合地数值优化。我们的仿真结果表明，使用具有优化相移和辐射角的RIS辅助3D波束成形可以显着提高无线网络的性能。
2020-01-18 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Precoding and Phase Shift Design in Reconfigurable Intelligent Surfaces-Assisted Secret Key Generation
密钥生成是一种很有前途的技术，用于在资源受限的合法用户之间建立对称密钥。然而，在信道随机性受限的恶劣环境中，密钥生成受到低秘密密钥速率（SKR）的影响。为了解决这个问题，可重构智能表面（RIS）被引入到重塑信道通过控制大量的反射元件，它可以提供更多的信道多样性。在本文中，我们设计了一个信道探测协议，以充分提取级联信道的随机性，即，通过反射元件的通道。我们推导了SKR的解析表达式，并设计了一个基于Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件的注水算法来寻找上界。为了找到最佳的预编码和相移矩阵，我们提出了一种基于格拉斯曼流形优化方法的算法。该系统的SKR，比特不一致率（BDR）和随机性方面进行评估。仿真结果表明，我们的协议显着提高SKR相比，现有的协议。
2022-07-30 cs.CR cs.IT math.IT
Tri-Hybrid SWIPT with Reconfigurable Parasitic Antennas
Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）
该研究提出采用可重构寄生天线的三混合SWIPT预编码架构，整合多端口网络与信息论，结合CD、SVD、PPZF优化，利用耦合效应提升SE与NLHE，性能优于混合预编码且硬件成本更低。
2026-10-12 cs.IT eess.SP math.IT
Double-Sided Beamforming in OWC Systems Using Omni-Digital Reconfigurable Intelligent Surfaces
在本文中，我们介绍了一种变体的可重构智能表面（RISs）称为全数字RISs（DRISs），它允许多个物理过程，应用到光无线通信系统。建议的全向DRIS包含反射器和折射元件，以及同时执行两者的元件。我们描述并解释了全DRIS的概念，建议并分析了全DRIS编码结构，讨论了要使用的超材料，并提供了一个设计实例。此外，我们证明了一个全向DRIS系统的可实现的速率取决于全向DRIS元素的数量，每相移位数，和未使用的元素的数量。此外，我们表明，可实现的速率上限有关的全向DRIS元素的数量，并得出结论，讨论未来的研究方向。
2022-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
DBRAA: Sub-6 GHz and Millimeter Wave Dual-Band Reconfigurable Antenna Array for ISAC
本文提出双频段可重构天线阵列DBRAA，通过天线复用和混合波束成形实现sub-6G与毫米波频段的ISAC，并设计解耦优化算法最大化通信和速率。
2025-03-27 cs.IT math.IT
Gram Schmidt Based Greedy Hybrid Precoding for Frequency Selective Millimeter Wave MIMO Systems
混合模拟/数字预编码允许毫米波MIMO系统利用大的天线阵列增益，同时允许低成本和功耗硬件。大多数先前的工作集中在窄带毫米波系统的混合预编码。然而，mmWave系统将可能在具有频率选择性的宽带信道上操作。因此，本文认为，频率选择性混合预编码与RF波束成形矢量从量化码本。针对该系统，提出了一种低复杂度的接近最优的贪心算法，用于混合模拟/数字预编码器的设计。所提出的算法使用Gram-Schmidt正交化来精确地选择RF波束成形向量。仿真结果表明，所开发的预编码设计算法取得了很好的性能相比，无约束的解决方案，而需要更少的复杂度。
2016-01-26 cs.IT math.IT
Precoding Matrix Indicator in the 5G NR Protocol: A Tutorial on 3GPP Beamforming Codebooks
本文系统分析了5G NR中预编码矩阵指示器（PMI）的码本技术，从理论、标准和实现角度深入探讨，为无线通信技术的发展提供指导。
2026-01-08 cs.IT math.IT
Deep Learning-Based Rate-Splitting Multiple Access for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Tera-Hertz Massive MIMO
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Nanjing University of Aeronautics and Astronautics（南京航空航天大学）；Beihang University（北京航空航天大学）；University of New South Wales（新南威尔士大学）；Zhejiang University（浙江大学）
可重构智能表面（RIS）可以显著提高太赫兹大规模多输入多输出（MIMO）通信系统的业务覆盖。然而，在有限的导频和反馈信令开销的情况下获得准确的高维信道状态信息（CSI）是具有挑战性的，严重降低了传统空分多址接入的性能。为了提高对CSI缺陷的鲁棒性，提出了一种基于深度学习（DL）的速率分裂多址接入（RSMA）方案，用于RI辅助的太赫兹多用户MIMO系统。具体来说，我们首先提出了一种混合数据模型驱动的DL基于RSMA预编码方案，包括被动预编码在RIS以及模拟主动预编码和RSMA数字主动预编码在基站（BS）。为了在RIS上实现被动预编码，我们提出了一种基于Transformer的数据驱动RIS反射网络（RRN）。对于基站的模拟主动预编码，考虑到基站和RIS采用LoS-MIMO天线阵列结构，提出了一种基于匹配滤波器的模拟预编码方案。对于基站处的RSMA数字主动预编码，提出了一种低复杂度的近似加权最小均方误差（AWMMSE）数字预编码方案。此外，为了获得更好的预编码性能和更低的计算复杂度，将AWMMSE方案与DL相结合，设计了一种模型驱动的深度展开主动预编码网络（DFAPN）。然后，为了在BS处获取所研究的RSMA预编码方案的准确CSI以实现更高的频谱效率，我们提出了具有低导频和反馈信令开销的CSI获取网络（CAN），其中下行链路导频传输、用户设备（UE）处的CSI反馈以及BS处的CSI重构…
2022-12-05 cs.AI cs.IT cs.LG
Weighted Spectral Efficiency Optimization for Hybrid Beamforming in Multiuser Massive MIMO-OFDM Systems
本文研究了多用户大规模多输入多输出（MIMO）-正交频分复用（OFDM）系统中的混合波束成形设计。以加权频谱效率最大化为目标，提出了一种交替最大化框架，其中模拟预编码采用黎曼流形优化。如果数字预编码采用局部最优算法进行优化，则得到局部最优交替最大化算法。相比之下，如果我们使用加权最小均方误差（MMSE）为基础的数字预编码迭代算法，我们得到一个次优的交替最大化算法，降低了每次迭代的复杂度。通过对加权算术均方误差和几何均方误差上界的刻画，证明了在用户权值相差不大的情况下，两种交替最大化算法具有相似的性能。数值结果表明，当用户间的最大和最小权值之比很大时，两种交替最大化算法的性能差距变大。此外，我们还提出了一个低复杂度的封闭形式的方法没有迭代。它采用矩阵分解的模拟波束形成和加权MMSE的数字波束形成。虽然它不应该最大化加权频谱效率，它表现出较小的性能恶化相比，两个迭代交替最大化算法，它有资格作为一个很好的初始化迭代算法，从而节省迭代。
2019-07-29 cs.IT eess.SP math.IT
Full-Diversity Precoding Design of Bit-Interleaved Coded Multiple Beamforming with Orthogonal Frequency Division Multiplexing
多输入多输出（MIMO）技术已经与正交频分复用（OFDM）结合用于宽带无线通信系统。比特交织编码多波束形成（BICMB）可以在平坦衰落MIMO信道中实现空间分集和空间复用。在频率选择性衰落MIMO信道中，BICMB-OFDM（BICMB-OFDM）可以同时提供空间分集和多径分集，是一种重要的技术。在我们之前的工作中，子载波分组技术被应用于对抗子载波相关性的负面影响。证明了在R_cSL<=1的条件下，BICMB-OFDM-SG（BICMB-OFDM-SG）可以实现全分集，其中R_c、S和L分别为码率、每个子载波上的并行流数和信道抽头数。全分集条件意味着如果S增加，则R_c可能必须减小以保持全分集。因此，增加并行流的数量可能不会提高总传输速率。本文采用预编码技术来克服BICMB-OFDM-SG中R_cSL<=1的全分集限制问题。首先，对预编码后的BICMB-OFDM-SG进行了分集分析。然后，全分集预编码设计开发与最小可实现的解码复杂度。
2013-06-30 cs.IT math.IT
Large-System Analysis of Joint User Selection and Vector Precoding with Zero-Forcing Transmit Beamforming for MIMO Broadcast Channels
研究了在发射端具有理想信道状态信息的多输入多输出（MIMO）广播信道（MIMO-BC）。作为联合用户选择（US）和矢量预编码（VP）与迫零发射波束形成（ZF-BF），US和连续VP（CVP）（US-CVP）和数据相关US（DD-US）的研究。利用统计物理学中的副本方法，分析了在大系统极限下两种US-VP方案的能量损失，在大系统极限下，用户数、选择用户数和发射天线数趋于无穷大，且它们的比值保持不变.在大系统极限下得到了四个观测结果：首先，DD-US的副本对称性（RS）和一步副本对称性破缺（1 RSB）假设可以分别为低和中等系统负载提供可接受的近似。其次，DD-US优于CVP与随机US的低到中等的系统负载的能量惩罚方面。第三，DD-US的渐近能量损失是不可区分的，从US-CVP低系统负载。最后，作者在以前的工作中提出的DD-US的贪心算法可以实现低到中等的系统负载的性能接近最优。
2012-04-18 cs.IT math.IT
Over-the-Air Beamforming with Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）授权通信是一项革命性的技术，它能够通过智能可控的低成本反射表面来操纵无线传播环境。然而，为了优于传统的通信系统，仅具有被动反射的RIS辅助系统需要非常大的表面。为了应对这一挑战，最近引入了有源RIS的概念，其以额外的功耗为代价对入射信号同时进行放大和反射。在本文中，部署一个积极的RIS，我们提出了一种新的波束形成的概念，在空中波束形成，RIS辅助多用户多输入单输出（MISO）传输方案，而不需要任何前/后信号处理的硬件设计在发送器和接收器侧。在所提出的基于空中波束成形的传输方案中，有源RIS元件的反射系数被定制以最大化和速率增益。为了解决这个问题，首先，一个非凸二次约束二次规划（QCQP）问题制定。然后，使用半定松弛（SDR）的方法，这个优化问题被转换为一个凸可行性问题，这是有效地解决使用CVX优化工具箱。此外，从这种波束形成技术的灵感，一种新的高速率接收索引调制（IM）方案与低复杂度的次优检测器的开发。通过综合的仿真结果，和速率和比特出错率（BER）的性能所提出的设计进行了研究。
2022-12-11 cs.IT eess.SP math.IT
Tri-Hybrid Beamforming for Radiation-Center Reconfigurable Antenna Array: Spectral Efficiency and Energy Efficiency
本文针对辐射中心可重构天线阵列提出三混合波束成形架构，通过三环交替优化及两种分式规划方案分别最大化频谱效率与能量效率，在降低计算复杂度的同时保持性能。
2025-08-21 cs.IT eess.SP math.IT
Wideband Modeling and Beamforming for Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文提出一种简洁的 BD-RIS 宽带模型，并基于该模型设计 OFDM 系统下的波束成形算法以最大化平均速率，仿真验证了宽带建模的重要性。
2024-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Massive MIMO: Precoding Design and Channel Estimation in the Electromagnetic Domain
本文提出可重构大规模MIMO架构，利用电磁域信道状态信息设计天线辐射方向图，通过流形优化和子空间估计实现预编码与信道估计，显著提升多用户吞吐量。
2024-11-06 cs.IT eess.SP math.IT
Experimental Demonstration of 3D Reflected Beamforming at sub6GHz thanks to Varactor Based Reconfigurable Intelligent Surface
本文通过含 984 个单元、可独立变压控制的变容二极管 RIS 原型，首次实验验证 sub-6GHz 三维反射波束成形，室内获得 10 dB 增益，并证明翻新反射阵列可低能耗实现 RIS。
2023-07-13 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Beamforming for Gaussian MIMO Wiretap Channels with Two Transmit Antennas
研究了一种高斯型多输入多输出窃听信道，其中窃听者和合法接收者都配备有任意数量的天线，而发送者有两个天线。在平均功率约束下，获得该信道的保密容量的最优输入协方差一般是未知的。在本文中，所需的输入协方差矩阵，以实现容量的确定。结果表明，该信道的保密容量可以通过线性预编码来实现。最佳的预编码和功率分配方案，最大化可实现的保密率，从而实现容量，随后开发。保密能力，然后与可实现的保密率的广义奇异值分解（GSVD）为基础的预编码，这是最好的先前提出的技术，这个问题。数值结果表明，该方法与基于GSVD的预编码方法相比，在保密率上有很大的提高。
2017-07-19 cs.IT math.IT
Hierarchical Passive Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Communications
在可重构智能表面（RISs）辅助通信中，现有的无源波束形成（PB）设计涉及反射元件数量的多项式复杂性，因此由于反射元件数量庞大而难以实现。为了克服这一困难，我们提出了一个基于反射角的级联信道模型，采用广义斯涅耳定律，其中涉及优化的变量空间的维数显着减少，从而简化了分层无源波束形成（HPB）设计。我们开发了一个有效的两阶段HPB算法，它利用信道的角域属性，以最大限度地提高目标用户的可达速率。仿真结果表明，所提出的HPB设计的吸引人的性能和低复杂度。
2021-04-17 cs.IT math.IT
RIS-Aided Multiuser MIMO-OFDM with Linear Precoding and Iterative Detection: Analysis and Optimization
在本文中，我们考虑了一个可重构的智能表面（RIS）辅助上行链路多用户多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统，其中接收机被假定为进行低复杂度的迭代检测。我们的目标是通过联合设计发射机的预编码器和RIS的无源波束形成来最小化总发射功率。这个问题可以从信息论的角度来解决。但是这种信息理论方法可能涉及过高的复杂度，因为指定上行链路多用户信道的容量区域的速率约束的数量在用户数量中是指数的。为了避免这个困难，我们制定的迭代接收机的设计问题的约束下的最大迭代次数和目标比特出错率的用户。为了解决这个具有挑战性的问题，我们提出了一个groupwise连续干扰消除（SIC）的优化方法，其中用户的信号被解码和消除在一个组的方式。提出了一种启发式用户分组策略，并采用交替优化技术迭代求解预编码和被动波束赋形子问题。具体而言，对于预编码子问题，我们采用分式规划将其转化为凸问题;对于无源波束形成子问题，我们采用逐次凸逼近来处理RIS的单位模约束。我们表明，建议groupwise SIC方法具有显着的优势，在性能和计算复杂性，与同行的方法相比。
2022-08-30 cs.IT eess.SP math.IT
How Practical Phase-shift Errors Affect Beamforming of Reconfigurable Intelligent Surface?
本文提出含相移误差的RIS反射模型，将误差分为三类，分析频率失配、PIN二极管故障和面板变形等硬件损伤对波束成形的影响，并给出实际系统设计与部署指导。
2023-04-13 cs.IT eess.SP math.IT
Passive Beamforming and Information Transfer Design for Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided Multiuser MIMO Systems
研究了多用户多输入多输出（MIMO）系统中的无源波束形成和信息传输（PBIT）技术，该技术采用可重构智能表面（RIS），RIS通过无源波束形成增强主通信，同时通过空间调制（调整反射元件的开关状态）传递附加信息。对于被动波束形成设计，我们提出了最大化的总和信道容量的RI辅助多用户MIMO信道，并制定了两步随机规划的问题。基于样本平均近似（SAA）的迭代算法的有效的被动波束形成设计所考虑的计划。为了在复杂性和性能之间取得平衡，我们提出了一种简化的波束形成算法，通过将随机规划近似为确定性交替优化问题。对于接收器设计，接收器处的信号检测是双线性估计问题，因为RIS信息被乘法调制到反射元件的反射信号上。为了解决这个双线性估计问题，我们开发了一个涡轮消息传递（TMP）算法，其中与问题相关的因子图分为两个模块：一个用于估计用户信号和其他用于估计RIS的开关状态。这两个模块迭代执行，以产生一个接近最优的低复杂度的解决方案。此外，我们扩展设计的多用户MIMO PBIT方案从单RIS到多RIS，利用单RIS和多RIS系统模型之间的相似性。大量的仿真结果证明了我们的无源波束形成和接收机设计的优势。
2019-12-28 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces with Reflection Pattern Modulation: Beamforming Design and Performance Analysis
可重构智能表面（RISs）的最新研究假设RISs可以通过反射传递信息，而不需要发射射频链，然而，这是一项具有挑战性的任务。在本文中，我们提出了一种具有反射模式调制的RIS增强型多输入单输出系统，其中RIS可以配置其反射状态，以通过无源波束形成来提高接收信号功率，同时通过反射来传递自己的信息。我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高平均接收信号功率，通过联合优化在接入点（AP）的主动波束成形和被动波束成形在RIS的情况下，RIS的状态信息是统计已知的AP，并提出了一个高质量的次优解决方案的交替优化技术的基础上。我们分析了该方案在瑞利衰落信道下的渐近中断概率，推导出一个封闭形式的表达式。所提出的方案的可实现的速率也调查的情况下，发送的符号是从一个有限的星座。仿真结果验证了该方案的有效性，并揭示了各种系统参数对可达速率性能的影响。结果表明，该方案优于传统的RIS辅助系统，没有信息传输方面的可实现的速率性能。
2020-08-06 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for Transmissive Reconfigurable Intelligent Surface Transceiver Empowered ISAC System
提出TRIS收发机赋能的ISAC系统，采用RSMA独立设计感知公共流，通过AO、SCA和DC规划求解非凸优化问题，有效提升了通信与感知QoS。
2024-02-19 cs.IT eess.SP math.IT
A Primer on Near-Field Beamforming for Arrays and Reconfigurable Intelligent Surfaces
无线通信系统几乎专门在天线和天线阵列的远场中操作，其传统特征在于具有超过夫琅和费距离的传播距离。这是自然的，因为夫琅和费距离通常只有几个波长。随着物理上大的有源阵列和无源可重构智能表面（RIS）的出现，发射器或接收器位于单个阵列/表面元件的Fraunhofer距离和整个阵列的Fraunhofer距离之间是合理的。然后，RIS可以被配置为将入射波形朝向表面的辐射近场中的点反射，从而产生具有有限深度的光束，或者作为具有无限远焦点的常规角度光束，这仅导致远场中的放大。为了了解这些不同的选择是可行的，近场行为的准确表征是必要的。在本文中，我们重新审视了夫琅和费距离背后的动机和近似，并表明它不是确定近场聚焦何时可能的正确度量。我们得到的距离范围有限的深度波束成形是可能的，波束成形增益逐渐减少的距离。
2021-12-08 cs.IT eess.SP math.IT
Localization and Discrete Beamforming with a Large Reconfigurable Intelligent Surface
针对大型RIS近场定位的空间非平稳性及离散波束成形指数复杂度问题，提出分区远场协议、FPB算法和两阶段由粗到精定位算法，实现中高信噪比下厘米级定位精度。
2023-12-19 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation and Beamforming for Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文针对BD-RIS辅助多天线系统，提出基于最小二乘的信道估计策略及联合导频序列与BD-RIS设计，保证最小均方误差，并给出两种场景下的波束赋形算法，仿真验证了其有效性。
2024-06-10 cs.IT eess.SP math.IT
Spatially Sparse Precoding in Millimeter Wave MIMO Systems
毫米波（mmWave）信号经历的路径损耗比当前在大多数无线应用中使用的微波信号多几个数量级。因此，毫米波系统必须利用通过波长的减小而成为可能的大型天线阵列，以利用波束成形增益来对抗路径损耗。具有多个数据流的波束成形（称为预编码）可用于进一步提高毫米波频谱效率。在传统的多天线系统中，波束成形和预编码都是在基带处数字地完成的。然而，毫米波系统中混合信号器件的高成本和功耗使得RF域中的模拟处理更具吸引力。这种硬件限制限制了可以由实际毫米波收发器应用的预编码器和组合器的可行集合。在本文中，我们考虑发射预编码和接收机合并在毫米波系统与大型天线阵列。我们利用毫米波信道的空间结构，将预编码/合并问题制定为稀疏重构问题。利用基追踪的原理，我们开发了精确近似最佳无约束预编码器和组合器的算法，使它们可以在低成本的RF硬件中实现。我们提出的算法的性能的数值结果表明，它们允许毫米波系统接近其不受约束的性能限制，即使当收发器的硬件限制被认为是。
2013-05-11 cs.IT math.IT
Channel Estimation and Hybrid Precoding for Millimeter Wave Cellular Systems
毫米波（mmWave）蜂窝系统由于在mmWave频率下可用的大带宽而将实现每秒千兆位数据率。为了实现足够的链路裕度，毫米波系统将在发射器和接收器处采用具有大天线阵列的定向波束成形。由于千兆采样混合信号设备的高成本和功耗，毫米波预编码可能会在模拟和数字域之间划分。大量天线和模拟波束成形的存在要求开发特定于毫米波的信道估计和预编码算法。本文开发了一种自适应算法来估计毫米波信道参数，利用信道的散射性质差。为了使该算法的有效操作，一种新的分层多分辨率码本的设计，以构建不同的波束宽度的训练波束形成向量。对于单径信道，使用该算法的估计误差概率的上限推导，并得到一些见解的自适应阶段的算法之间的训练功率的有效分配。自适应信道估计算法，然后扩展到多径的情况下，依赖于信道的稀疏性。利用估计的信道，本文提出了一种新的混合模拟/数字预编码算法，克服了仅模拟波束形成的硬件限制，并接近数字解决方案的性能。仿真结果表明，所提出的低复杂度的信道估计算法实现了相当的预编码增益相比，穷举信道训练算法。结果还表明，即使在干扰存在的情况下，所提出的算法也可以接近由完美的信道知识实现的覆盖概率。
2014-01-29 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces for Energy Efficiency in D2D Communication Network
在这封信中，联合功率控制的D2D用户和被动波束成形的可重构智能表面（RIS）的RIS辅助设备到设备（D2D）通信网络的研究，以最大限度地提高能源效率。该非凸优化问题分为两个子问题，即无源波束形成和功率控制。两个子问题交替优化。首先，我们解耦的基础上的拉格朗日对偶变换的RIS的无源波束形成。这个问题是用分式规划来解决的。然后利用Dinkelbach方法对功率控制进行优化。通过迭代求解这两个子问题，我们得到了联合优化问题的一个次优解。数值实验结果验证了该算法的有效性，可以显著提高D2D网络的能量效率。
2020-06-18 cs.IT eess.SP math.IT
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
Statistical CSI Based Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided MISO Systems with Channel Correlation
针对相关信道下 RIS 辅助 MISO 下行系统，本文基于 S-CSI 联合设计 AP 与 RIS 波束成形，提出 SVD-GD 和 FP-GD 算法以最大化和 ESE，并验证 2 比特相移量化已足够。
2023-09-27 cs.IT eess.SP 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
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
Beamforming Analysis and Design for Wideband THz Reconfigurable Intelligent Surface Communications
本文针对宽带太赫兹RIS通信中的波束分裂问题，提出联合优化混合波束成形、时间延迟和反射系数的方案，有效缓解波束分裂并提升系统容量。
2023-06-23 cs.IT eess.SP math.IT
Deep-Learning Aided Channel Training and Precoding in FDD Massive MIMO with Channel Statistics Knowledge
提出了一种基于深度神经网络（DNN）的FDD大规模MIMO中的信道训练和预编码方法，利用下行链路（DL）信道协方差知识。DNN被优化以通过基于用户信道协方差产生预波束成形矩阵来最大化DL多用户和速率，该预波束成形矩阵将原始信道向量映射到有效信道。这些有效信道的测量在用户处经由公共导频传输接收，并且通过模拟反馈发送回基站（BS）而无需进一步处理。BS根据接收到的反馈估计有效信道，并且通过在有效信道上将优化的预波束成形矩阵与迫零预编码器级联来构造线性预编码器。我们表明，所提出的方法产生显着更高的总速率比国家的最先进的基于DNN的信道训练和预编码方案，特别是在小导频和反馈大小相对于信道相干块长度的情况下。与文献中的许多作品不同，我们的主张不涉及在用户端部署DNN，这通常会带来很高的计算成本和系统上的参数传输开销，因此更加实用。
2023-03-20 cs.IT eess.SP math.IT
Phase Shift-Free Passive Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）辅助通信最近出现作为一个改变游戏规则的技术，下一代无线通信由于其前所未有的能力，以改革传播环境。使用RIS的主要方面之一是利用所谓的无源波束形成（PB），其通过调整各个RIS元件的反射系数（主要是相移）来执行。然而，实际上，这种单独的相移调整与硬件实现中的许多问题相关联，限制了RIS可实现的增益。在本文中，我们提出了一种低成本，相移免费和新的PB计划，只有优化的开/关状态的RIS元件，而固定其相移。所提出的PB计划示出实现相同的缩放定律（二次增长的RIS大小）的信号-噪声比在经典的基于相移的PB计划，然而，与空间相关性和相位误差的敏感性低得多。我们提供了一个统一的数学分析，所提出的PB计划的性能特征，并获得考虑的RIS辅助系统的中断概率。基于所提供的计算机模拟，所提出的PB计划被证明有一个明显的优越性，在不同的性能指标下的经典之一。
2022-08-20 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-User Opportunistic Beamforming using Reconfigurable Surfaces
多用户（MU）分集通过在其信道接近其峰值时调度用户进行传输来产生和速率增益。在基站（BS）处用于调度所需的唯一信息是用户的信噪比（SNR）。MU分集增益在具有视线（LoS）信道分量和/或空间相关性的环境中受到限制。为了补救这一点，以前的作品已经提出了机会波束成形（OBF），使用多个天线在BS发送相同的信号，由时变增益调制，在每个时隙的最佳用户。在本文中，我们提出了可重构表面（RS）辅助OBF增加的范围内的信道波动在单天线广播信道（BC），机会调度（OS）策略实现的总和速率容量。RS被抽象为被动反射元件的阵列，并且是哑的，在这个意义上，它只在入射电磁波上引起随机相移，而不需要任何信道状态信息。我们开发的总和速率缩放定律下瑞利，莱斯和相关瑞利衰落，并表明，RS辅助OBF只有一个单天线BS优于多天线BS辅助OBF。我们还将我们的结果扩展到OFDMA系统和多天线BC。
2019-12-15 cs.IT eess.SP math.IT
Real-Time and Security-Aware Precoding in RIS-Empowered Multi-User Wireless Networks
本文提出深度展开框架DUNet，用于RIS赋能力多用户网络中最大化保密速率，通过松弛、解耦和KKT闭式解，实现与AO相当的精度且速度快25.6倍。
2023-12-30 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming and Reflecting Design in Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Multi-User Communication Systems
可重构智能表面（RIS）为未来可编程无线传输环境的构建提供了一条很有前途的途径。由于在RIS中使用大量的反射元件，发射器处的有源波束形成和RIS处的无源反射器的联合优化通常是复杂且耗时的。针对这一问题，提出了一种基于分式规划（FP）的低复杂度波束形成与反射联合算法。具体来说，我们首先考虑一个RI辅助的多用户通信系统与完善的信道状态信息（CSI），并制定一个优化问题，以最大限度地提高所有用户的总速率。由于问题是非凸的，我们将原问题分解成三个不相交的子问题。通过引入有利的辅助变量，推导出每个子问题中波束形成向量和反射矩阵的闭式表达式，从而得到一种低复杂度的波束形成和反射联合算法。然后，我们扩展我们的方法来处理的情况下，发射机-RIS和RIS-接收机的信道是不完美的，并开发相应的低复杂度的联合波束形成和反射算法与实际的信道估计。仿真结果验证了所提出的算法的有效性相比，各种基准计划。
2021-01-08 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Reconfigurable Intelligent Surface Design for Two-Way Relay Networks
在本文中，我们考虑了一个可重构智能表面（RIS）辅助双向中继网络，其中两个用户交换信息，通过基站（BS）的帮助下的RIS。通过联合设计的相位偏移在RIS和波束形成矩阵在BS，我们的目标是最大化的最小信噪比（SNR）的两个用户，在BS的发射功率约束下。首先考虑单天线基站的情况，提出了两种设计RIS相移和基站功率放大参数的算法，即SNR上限最大化（SUM）方法和遗传SNR最大化（GSM）方法。当在BS处存在多个天线时，可以通过连续地求解两个解耦子问题来近似地解决优化问题，一个子问题用于优化RIS相移，另一个子问题用于优化BS波束成形矩阵。第一个子问题可以使用SUM或GSM方法来解决，而第二个子问题可以使用优化波束形成或最大比波束形成方法来解决。通过数值计算和计算复杂性分析，验证了所提算法的有效性.
2021-05-08 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Power Control and Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Uplink IoT Networks
最近，可重构智能表面（RIS），由大量的低成本反射元件的平面元表面，由于其能够通过重新配置无线传播环境，以提高频谱和能量效率的能力，受到了广泛的关注。在本文中，我们提出了一种RIS相移和BS波束成形优化技术，该技术可最大限度地降低RIS辅助物联网网络的上行链路发射功率。提出的方案，称为黎曼共轭梯度为基础的联合优化（RCG-JO）的关键思想，是联合优化的RIS相移和BS波束形成矢量使用黎曼共轭梯度技术。通过利用单位模相移集和单位范数波束形成向量集的乘积黎曼流形结构，将非凸上行链路功率最小化问题转化为无约束问题，并在乘积黎曼流形上求出最优解.从性能分析和数值评估，我们表明，建议RCG-JO技术实现了$94\%$减少上行链路发射功率比传统的计划，没有RIS。
2022-03-17 cs.IT math.IT
