Performance Analysis of Digital Beamforming mmWave MIMO with Low-Resolution DACs/ADCs
TU Wien（维也纳工业大学）；Christian Doppler Laboratory for Digital Twin assisted AI for sustainable Radio Access Networks（可持续无线接入网数字孪生辅助AI克劳迪普勒实验室）；Lund University（隆德大学）
本文研究了毫米波MIMO系统中低分辨率DAC/ADC对信道估计性能和系统效率的影响，发现4位量化分辨率在能耗与数据率之间取得良好平衡。
2026-01-22 eess.SP
Microwave Linear Analog Computer (MiLAC)-aided Multiuser MISO: Fundamental Limits and Beamforming Design
Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出MiLAC辅助的多用户MISO波束成形设计，通过混合架构实现比传统方法更高的灵活性和更低的复杂度。
2026-01-15 eess.SP
Fully Digital and Hybrid Beamforming Design For Millimeter-Wave MIMO-OFDM Two-Way Relaying Systems
在这项工作中，我们考虑的混合模拟数字（HAD）多载波MIMO-OFDM双向式的【形】中继系统的设计，其中中继站配备了一个HAD放大和转发架构，每个移动台配备了一个全数字波束形成架构。我们提出了一个次优的解决方案，通过重新制定原来的非凸问题作为一个受约束的Tucker 2分解的HAD放大矩阵和他们的全数字对应之间的欧几里德范数和最小化的目标。对于全数字放大矩阵设计，我们使用每个子载波上有效信道的Frobenius范数最大化，并提出了适用于多流通信场景的有效解决方案。在此之后，我们提出了一个交替最大化（AltMax）HAD解决方案，利用张量结构的重新制定的问题。仿真结果表明，所提出的全数字和AltMax为基础的HAD放大矩阵设计优于一些基准方法，特别是对于多流通信场景。
2021-05-20 eess.SP
A Direct- Conversion Digital Beamforming Array Receiver with 800 MHz Channel Bandwidth at 28 GHz using Xilinx RF SoC
本文讨论了28~GHz全数字直接变频阵列接收机的早期结果。所提出的接收器利用商业现货（COTS）电子产品，包括接收器链。该设计包括一个定制的28 GHz贴片天线子阵列，在仰角平面提供增益，方位角平面波束成形提供的实时数字信号处理（DSP）算法运行在Xilinx射频系统芯片（RF SoC）。该阵列接收机采用全数字阵列处理，支持ADC采样率高达2~GS/s，每个天线的工作带宽高达1~GHz。RF混合信号数据转换电路和DSP算法在Xilinx ZCU 1275原型平台上安装的单芯片RF SoC解决方案上运行。
2019-11-20 eess.SP
SIM-Enabled Hybrid Digital-Wave Beamforming for Fronthaul-Constrained Cell-Free Massive MIMO Systems
针对无小区大规模MIMO前传受限问题，提出集成SIM的混合数字-波域波束成形框架，联合优化数字与波域变量及前传压缩，交替优化算法实现接近全数字性能且减少射频链路。
2025-10-15 cs.IT eess.SP math.IT
Energy and Latency of Beamforming Architectures for Initial Access in mmWave Wireless Networks
未来的毫米波（mmWave）系统、5G蜂窝或WiFi必须依赖于高度定向的链路来克服这些频段中的严重路径损耗。建立这样的链路需要在角度域中相互发现发射机和接收机，这潜在地导致大的延迟和高的能量消耗。在这项工作中，我们表明，通过使用全数字前端，可以显着降低发现延迟和能耗。事实上，我们确定，通过降低全数字前端的分辨率，我们可以实现比模拟和高分辨率数字波束形成器更低的能耗。由于通过模拟前端的波束成形允许一次仅在一个方向上进行采样，因此与可以在一次发射中从所有方向获得空间样本的数字波束成形器相比，移动终端“开启”更长的时间。我们表明，模拟前端消耗的能量可以是四到六倍以上的数字前端，这取决于所采用的天线阵列的大小。然而，我们认识到，在波束发现后使用全数字波束成形，即，对于数据传输而言，从功耗的观点来看是不可行的。为了解决这个问题，我们建议使用低分辨率模数转换器（4位）的数字波束形成器。这种分辨率的降低使功耗达到与用于数据传输的模拟波束成形相同的水平，同时受益于全数字波束成形的空间复用能力，从而减少初始发现延迟并提高能量效率。
2020-01-07 eess.SP
Two-Layer Microwave Linear Analog Computer (MiLAC)-aided Multi-user MISO Networks
ShanghaiTech University（上海科技大学）；University of Oulu（奥卢大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出双层MiLAC辅助波束成形架构，证明其性能与数字波束成形相同，并通过优化框架实现功率分配和散射矩阵的联合优化。
2026-04-27 eess.SP
Delay Alignment Modulation with Hybrid beamforming for Spatially Sparse Communications
针对毫米波/太赫兹大规模 MIMO 中全数字 DAM 硬件成本与功耗过高的问题，提出模拟/数字混合波束成形 DAM，并通过仿真证明其性能接近全数字方案。
2023-07-17 eess.SP
Fast Radix-32 Approximate DFTs for 1024-Beam Digital RF Beamforming
离散傅里叶变换（DFT）被广泛用于多波束数字波束形成。DFT可以通过使用快速傅里叶变换（FFT）算法来有效地实现，从而减少芯片面积、功耗、处理时间和其他硬件资源的消耗。本文提出了三种新的混合DFT 1024点DFT近似及其快速算法。与传统FFT方法相比，这些近似DFT（ADFT）算法显著降低了电路复杂度和功耗，同时抵消了计算精度的细微损失，这对于RF天线实现中的数字波束成形应用是可接受的。ADFT算法尚未引入$N = 32$之外的波束成形，但本文预计未来5G和6 G系统需要超大型自适应阵列。ADFT的数字CMOS电路设计在电路复杂性和功耗指标方面都有所改善。仿真结果表明，与标准Cooley-Tukey FFT相比，具有相似或更低的关键路径延迟，芯片面积减少了48.5%。时间-面积和动态功率指标降低高达66.0%。1024点ADFT波束形成器产生29.2- 30.1 dB之间的信噪比（SNR）增益，与使用FFT可实现的精确1024点DFT波束形成器（最坏情况）相比，这是$\le$ 0.9 dB SNR增益的损失。
2022-07-12 cs.NA cs.SY eess.SP
Efficient Alternating Optimization for Hybrid Digital-Wave Beamforming in SIM-Assisted Cell-Free Massive MIMO
Hanyang University（汉阳大学）；Northeastern University London（伦敦东北大学）；King’s College London（伦敦国王学院）；CNRS and CentraleSupélec, Institute of Electronics and Digital Technologies (IETR)（法国国家科学研究中心与中央理工-苏裴蕾斯，电子与数字技术研究所）
针对SIM辅助无小区大规模MIMO系统，提出一种高效交替优化算法，大幅降低混合数字-波波束成形优化的计算复杂度，同时保持和速率性能接近现有算法。
2026-08-25 cs.IT eess.SP math.IT
Digital Prototype Filter Alternatives for Processing Frequency-Stacked Mobile Subbands Deploying a Single ADC for Beamforming Satellites
本文提出一种处理频率堆叠移动子带的两阶段方法，通过模拟域频率堆叠实现单宽带 ADC 支持多天线数字卫星波束成形，并构建数字原型滤波器规范框架，评估两种滤波器方案的计算复杂度，验证了基于全通递归 IIR 滤波器的功耗节省效果。
2024-01-05 eess.SP
Hybrid Beamforming for Active Sensing using Sparse Arrays
本文研究了混合波束形成的主动传感应用，如毫米波或超声成像。混合波束形成可以通过减少有源前端的数量来大幅降低全数字传感器阵列的成本和功耗。稀疏阵列可用于进一步降低硬件成本。我们认为相控阵列，并采用线性波束形成与可能的稀疏阵列配置在发射机和接收机。通过将对应于不同发射和接收的若干分量图像加在一起来提高所获取的图像的质量。为了限制图像的采集时间，我们制定了一个优化问题，以最大限度地减少组件图像的数量，以实现所需的点扩散函数。由于这个问题是不凸的，我们提出了算法，在全数字波束形成的情况下，以及在更具有挑战性的混合和模拟波束形成的情况下，采用量化移相器找到近似的解决方案。我们还确定了使用全模拟和混合架构实现全数字解决方案所需的分量图像数量的上限，并推导出这些情况下波束成形权重的封闭形式表达式。仿真结果表明，一个混合稀疏阵列与非常少的元素，甚至更少的前端，可以实现一个完全数字化的均匀阵列的分辨率，在较长的图像采集时间为代价。
2020-10-18 eess.SP
Digital Twin Assisted Beamforming Design for Integrated Sensing and Communication Systems
本文提出数字孪生辅助的ISAC系统波束成形设计，通过环境电磁模型与射线追踪预测并识别感知信道主导路径，在满足通信SINR约束下最大化感知SNR，仿真验证其在LoS和NLoS场景均接近最优感知性能。
2024-12-10 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Digital and Analog Airy Beamforming for Near-Field Multi-User Communications
State Key Laboratory of Photonics and Communications, School of Electronics, Peking University（光电通信国家重点实验室，电子学院，北京大学）
针对近场多用户通信中高频聚焦波束易受障碍物影响的问题，提出一种基于艾里波束赋形的混合预编码方案，利用艾里波束的弯曲轨迹绕过障碍物并聚焦能量，通过分层波束训练和模拟/数字波束赋形设计，提升频谱效率。
2026-05-28 eess.SP
Hybrid Beamforming: Where Should the Analog Power Amplifiers be Placed?
在本文中，我们研究了具有有限射频（RF）链的点对点大规模多输入多输出系统（P2P-massive MIMO）的频谱效率（SE），即，模数/数模（D2 A/A2 D）模块。由此产生的架构被称为混合波束成形，其中联合模拟和数字波束成形优化最大化SE。我们通过保持RF链的数量较低，但将模拟放大器放置在不同的路径上来分析系统的SE。传统的混合波束成形架构在D2 A模块之后使用放大器。然而，将它们放置在移相器处或天线处可以影响混合波束成形的SE。我们研究的模拟放大器的最佳位置，并查明在错误放置放大器的情况下的损失量。
2019-02-25 cs.IT eess.SP math.IT
Hierarchical-Absolute Reciprocity Calibration for Millimeter-wave Hybrid Beamforming Systems
在时分双工（TDD）毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统中，互易性失配严重影响了混合波束形成（HBF）的性能。在这项工作中，为了减轻互易失配的不利影响，我们研究了具有全连接移相器网络的毫米波HBF系统的互易校准。为了降低互易性校准的开销和计算复杂度，我们首先使用波束成形设计来解耦数字射频（RF）链和模拟RF链。然后，整个校准问题的HBF系统等效分解为两个子问题，相应的数字链校准和模拟链校准。为了有效地解决校准问题，数字链校准问题的封闭形式的解决方案，而模拟链校准问题的迭代交替优化算法的建议。为了衡量所提出的算法的性能，我们推导出估计失配系数的误差的Cramér-Rao下界。结果表明，数字链和模拟链失配系数的估计误差是不相关的，接收数字链的失配系数可以得到很好的估计。仿真结果验证了分析结果，并显示所提出的校准方法的性能。
2022-11-02 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
Distortion-Aware Hybrid Beamforming for Integrated Sensing and Communication
本文针对非线性功率放大失真下的部分连接ISAC系统，提出失真感知混合波束成形设计，通过流形优化、闭式解和分解算法联合最大化通信速率与感知互信息，数值结果验证其性能优于传统方法。
2025-07-18 eess.SP
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
Programmable Unitary RF Networks for Narrowband Hybrid Beamforming
Innopolis University（伊诺波利斯大学）
本文提出基于可编程单位ary射频网络的混合波束成形架构，通过理想被动组件假设实现无损耗功率传输，通过连续相位和量化相位实现与全数字架构相近的性能。
2026-10-30 eess.SP
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
Tri-Hybrid Beamforming Design for DMA-Aided Secure ISAC Systems
Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学）
本文提出一种DMA辅助安全ISAC系统的三混合波束成形设计，通过三重交替优化逼近全数字解，在满足保密和功率约束下，将感知SNR提升约3 dB。
2026-09-09 eess.SP
Design and Prototyping of Hybrid Analogue Digital Multiuser MIMO Beamforming for Non-Orthogonal Signals
为了实现用户分集和复用增益，通常应用全数字预编码多输入多输出（MIMO）架构。然而，大量的射频（RF）链使得该系统对于低成本通信是不现实的。因此，针对低成本多用户MIMO系统中的非正交IoT信号，提出了一种实用的三级混合模数预编码架构，占用较少的RF链。非正交波形可以灵活地节省大量设备连接的频谱资源，或者在不消耗额外频谱资源的情况下提高数据速率。混合预编码分为模拟域、数字域和波形域三个阶段。基于码本的波束选择通过仅相位调谐简化了模拟域波束形成。数字域预编码可以微调码本形状的波束，并在信号幅度和相位方面解决多用户干扰。最后，波形域预编码管理非正交信号的自生载波间干扰（ICI）。这项工作设计了在软件定义无线电（SDR）设备上的全数字和混合预编码系统的空中信号传输实验。结果表明，波形预编码精度可以提高混合预编码。与具有相同RF链资源的发射机相比，混合预编码的性能显著优于全数字预编码，误差向量幅度（EVM）增益高达15.6 dB。具有相同数量天线的全数字系统显然需要更多的RF链，因此具有低功耗、空间和成本效益。因此，所提出的三阶段混合预编码是非正交物联网应用的非常合适的解决方案。
2019-11-28 cs.IT eess.SP math.IT
Analog Computing for Signal Processing and Communications -- Part II: Toward Gigantic MIMO Beamforming
Kyung Hee University（庆熙大学）
本文提出利用模拟计算实现巨型MIMO波束成形，通过减少硬件成本和计算复杂度，提升无线通信性能。
2025-12-03 cs.IT eess.SP math.IT
Relative Entropy-Based Constant-Envelope Beamforming for Target Detection in Large-Scale MIMO Radar With Low-Resoultion ADCs
数模混合架构和低分辨率模数/数模转换器（ADC/DAC）是大规模毫米波（mmWave）系统的两种低成本实现方案。研究了大规模多输入多输出（MIMO）雷达系统的恒包络发射波束形成问题，其中发射阵列采用具有少量射频链的数模混合结构，接收阵列采用具有低分辨率ADC的全数字结构。我们推导出低分辨率ADC下与两个测试假设相关的概率密度函数之间的相对熵。我们制定我们的优化问题，最大化的相对熵，受到恒定的包络和正交约束。为了次优地解决由此产生的问题，一个两阶段的框架。在第一阶段，我们优化的目标和杂波方向的发射功率。在第二阶段，提出了一种基于优化最小化的迭代算法，根据获得的发射功率得到恒定包络波束形成器。具体来说，我们应用一个二次函数作为优化器，从而在每次迭代中得到一个低复杂度的解决方案。此外，为了进一步方便恒包络波束形成器的低成本实现，我们考虑了一比特波束形成器的设计问题，提出了一种基于Nesterov-like梯度法的高效迭代算法来求解该问题，并通过数值仿真验证了所提算法的有效性。
2023-03-06 eess.SP
Hybrid Digital-Analog Beamforming and MIMO Radar with OTFS Modulation
受未来汽车应用的启发，我们研究了一些联合雷达目标检测和参数估计问题，其中发射机，配备了单基地MIMO雷达，希望检测多个目标，然后估计各自的参数，同时使用正交时频空间（OTFS）调制通信信息数据。假设在毫米波频段上射频链的数量小于天线的数量，我们在雷达发射机处设计了适合于不同工作阶段的混合数模波束形成。第一种情况考虑宽角度波束，以便执行目标检测和参数估计，同时向所有可能的活动用户多播公共消息。第二种情况考虑窄角度波束，以单独地向已经检测到的用户发送信息流，并同时跟踪它们各自的参数。在这种设置下，我们提出了一个有效的最大似然方案结合混合波束形成联合执行目标检测和参数估计。数值结果表明，该算法能够在天线数量足够的情况下可靠地检测多个目标，并达到了延迟、多普勒和到达角等雷达参数估计的Cramér-Rao下界。
2020-09-17 cs.IT eess.SP math.IT
Multiphase interpolating digital power amplifiers for TX beamforming
University of Utah ECE Department（犹他大学电气与计算机工程系）；Intel Corp.（英特尔公司）；Unisoc（紫光展锐）；Microelectronic Circuits Centre Ireland (MCCI)（爱尔兰微电子中心）；Qualcomm Technologies（高通技术公司）；ASML, Inc.（阿斯麦公司）
本文提出了一种基于多相插值技术的4通道波束成形TX，实现了高功率、高效率和高精度的波束成形性能。
2020-02-11 eess.SP
Low-Complexity Leakage-based Secure Precise Wireless Transmission with Hybrid Beamforming
在传统的安全精确无线传输（SPWT）中，全数字波束形成（FDB）在发射天线系统中具有很高的保密性能，但在中、大规模系统中会导致巨大的射频链电路预算。为了降低复杂度，这封信考虑了一个混合数字和模拟（HDA）的结构与随机频率映射到RF链，以实现SPWT。在此基础上，提出了一种基于最大化信号漏噪比（SLNR）和人工噪声漏噪比（ANLNR）的混合SPWT方案（M-SLNR-ANLNR）。与FDB方案相比，该方案减少了电路预算，具有较低的计算复杂度和相当的保密性能。
2019-10-28 eess.SP
Hybrid Beamforming for Massive MIMO Over-the-Air Computation
空中计算（AirComp）已经被认为是物联网（IoT）网络中用于来自大量无线设备的快速数据聚合的有前途的技术。然而，随着设备数量的增加，AirComp的计算精度会由于信噪比（SNR）的消失而严重降低。为了解决这个问题，我们利用大规模的多输入多输出（MIMO）与混合波束成形，以提高计算精度的AirComp在一个具有成本效益的方式。特别是，我们考虑的情况下，大量的多天线设备同时发送数据到接入点（AP）配备了大量的天线功能计算在空中。在此设置下，我们共同优化在无线设备的发射数字波束成形和在AP的接收混合波束成形，与最小化的计算均方误差（MSE）的目标，在无线设备的个人发射功率约束。为了解决非凸混合波束形成设计优化问题，我们提出了一种基于交替优化的方法。特别是，我们提出了两个计算效率高的算法来处理具有挑战性的接收模拟波束成形问题，通过利用逐次凸近似（SCA）和块坐标下降（BCD）的技术，分别。结果表明，对于AP处具有全数字接收机的特殊情况，大规模多输入多输出AirComp系统所实现的MSE与接收天线的数量成反比。此外，数值结果表明，所提出的混合波束形成设计大大提高了计算MSE性能相比，其他基准计划，而基于SCA的算法执行接近的性能上限所实现的全数字波束形成。
2020-06-08 eess.SP
A Unified Beamforming and A/D Self-Interference Cancellation Design for Full Duplex MIMO Radios
本文针对复杂度较低的全双工多输入多输出（MIMO）系统，提出了一种结合模拟和数字（A/D）自干扰消除的数字发射和接收波束形成的联合设计方案。我们利用最近提出的多抽头模拟消除器架构，其抽头的数量不与收发器天线的数量成比例，并考虑实际的发射机损伤的全双工操作。特别地，通过相关的现实模型假设发射机IQ不平衡和非线性功率放大。为了将残留的线性和非线性自干扰信号抑制在本底噪声以下，提出了一种新的数字自干扰抵消技术，该技术结合了模拟抽头和数字波束形成器的配置。从现有技术的状态，我们设计导频辅助估计的所有涉及的无线信道。我们代表性的Monte Carlo仿真结果表明，我们的统一全双工MIMO设计具有更高的自干扰消除能力与更少的模拟抽头相比，现有的技术，从而提高可实现的速率和误码性能。
2019-06-25 eess.SP
Performance, Power, and Area Design Trade-offs in Millimeter-Wave Transmitter Beamforming Architectures
毫米波（mmW）通信是5G蜂窝网络的关键推动因素，因为频谱的可用性可以提高峰值速率和容量。由于毫米波频段的传播损耗增加，需要具有大规模天线阵列的收发器来满足链路预算，但它们的功耗和成本成为商业系统的限制因素。基于混合数字和模拟阵列架构的无线电设计以及经由移相器的射频（RF）信号处理的使用已经成为提高能量效率并提供接近数字阵列的性能的潜在解决方案。在本文中，我们提供了一个概述的最先进的毫米波大规模天线阵列的设计和比较三种架构，即数字阵列，子阵列，全连接混合阵列。针对三个代表性的5G用例执行了这三种架构的性能、功率和面积的比较，这些用例涵盖了一系列预波束成形SNR和复用机制。这是第一个全面建模和分析所有设计方面和标准的研究，包括：1）最佳线性预编码器，2）DAC和移相器中量化误差的影响，3）RF信号分配网络，4）基于现有技术的mmW电路的功率和面积估计，包括基带预编码、数字信号分配、DAC、振荡器和混频器、移相器、RF信号分配，和功率放大器。结果表明，数字阵列是最大的功率和面积效率相比，每种架构的最佳设计。我们的分析表明，数字阵列受益于多用户复用。分析还表明，子阵列是有限的，由于阵列分区的波束形成增益降低，和系统的瓶颈，全连接的混合架构是过度功耗的RF信号分配网络。
2018-09-05 eess.SP
Stacked Intelligent Metasurfaces for Multiuser Beamforming in the Wave Domain
可重构智能表面最近出现了一个有前途的技术，塑造无线环境，利用大量的低成本可重构元件。现有的工作主要集中在一个单层的元表面，缺乏抑制多用户干扰的能力。相比之下，我们提出了一个堆叠的智能元表面（SIM）启用收发器设计多用户多输入单输出下行链路通信。具体地，SIM被赋予多层结构并且被部署在基站处以直接在电磁波域中执行发射波束成形。因此，启用SIM的收发器克服了对数字波束成形的需要，并且使用低分辨率数模转换器和中等数量的射频链进行操作，这显著降低了硬件成本和能耗，同时大大减少了受益于在波域中执行的处理的预编码延迟。为了利用SIM使能收发器的好处，我们制定了一个优化问题，通过联合设计分配给他们的发射功率和波域中的模拟波束成形，最大限度地提高所有用户的总速率。基于定制的交替优化算法的数值结果证实了所提出的SIM使能的模拟波束形成设计的有效性相比，各种基准计划。最值得注意的是，所提出的模拟波束成形方案是能够大大减少预编码延迟相比，其数字对应。
2023-02-14 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning-Based Beamforming Design Using Target Beam Patterns
本文提出一种基于深度学习的波束成形设计框架，利用轻量级编码器-解码器网络将目标波束模式直接映射为多架构下的最优波束成形向量，并通过两阶段训练应对有限CSI挑战，实现接近全数字波束成形的频谱效率。
2025-10-11 eess.SP
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
Comparative Analysis of Hybrid Precoding Optimization Approaches for Millimeter Wave Massive MIMO System
本文比较了毫米波大规模MIMO系统中基于传统方法和深度神经网络的混合预编码优化，证明DNN方法在频谱效率、误码率和复杂度上优于传统技术，并分析了模型准确性。
2025-04-24 eess.SP
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
Joint Bit Allocation and Hybrid Beamforming Optimization for Energy Efficient Millimeter Wave MIMO Systems
在本文中，我们的目标是设计高能效的端到端的毫米波多输入多输出系统的通信。这通过联合优化数模转换器（DAC）/模数转换器（ADC）位分辨率和混合波束成形矩阵来完成。在发射机（TX）和接收机（RX）处分别引入混合预编码器和混合组合器到三个部分的新颖分解，表示模拟预编码器/组合器矩阵、DAC/ADC比特分辨率矩阵和基带预编码器/组合器矩阵。未知矩阵被计算为矩阵分解问题的解，其中最佳全数字预编码器或组合器由这些矩阵的乘积近似。提出了一种基于乘法器交替方向法的新颖有效的解决方案，以解决TX和RX处的这些问题。仿真结果表明，所提出的解决方案，其中DAC/ADC的位分配是动态的，在操作过程中，实现更高的能量效率时，与现有的基准技术，使用固定的DAC/ADC位分辨率。
2020-03-11 eess.SP
Joint Analog Beam Selection and Digital Beamforming in Millimeter Wave Cell-Free Massive MIMO Systems
无小区大规模MIMO系统由许多分布式接入点组成，这些接入点具有共同为用户服务的简单组件。在毫米波段中，只能支持有限的一组预定波束。在整合这些技术的网络中，下行链路模拟波束选择对于网络和速率最大化来说是一项具有挑战性的任务。低成本的数字滤波器可以进一步提高网络的和速率。在这项工作中，我们提出了低成本的模拟波束选择和数字滤波器的联合设计。所提出的联合设计实现显着更高的总和率比不相交的设计基准。有监督机器学习（ML）算法能够以低计算复杂性有效地逼近联合设计的波束选择决策的输入输出映射函数。由于ML算法的训练是离线执行的，因此我们提出了一种构造良好的联合设计，该设计结合了多个初始化、迭代和选择特征，以及波束冲突控制，即，同一波束不能用于多个用户。数值结果表明，ML算法可以保持99-100%的原始和率的结果所提出的构造良好的设计。
2021-07-02 cs.IT eess.SP math.IT
Analog Beamforming Aided by Full-Dimension One-Bit Chains
针对毫米波MIMO系统，提出利用全维1-bit ADC数字链路辅助两阶段ML算法估计AoA并设计最大化SNR的模拟波束成形，且在窄带与3GPP CDL-C宽带信道中验证。
2025-02-16 eess.SP
Digital Twin-Based Beamforming for Interference Mitigation in AF Relay MIMO Systems
University of Padova（帕多瓦大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）
本文提出基于数字孪生的预测辅助优化框架，用于AF中继MIMO系统中干扰抑制的波束成形设计，通过预测发射机位置和模拟环境优化提升性能。
2026-02-26 eess.SP
Hybrid Beamforming Design for Wideband mmWave Full-Duplex Systems
最近，已经在3GPP版本15 - 17中的新无线电的5G LTE毫米波（mmWave）蜂窝通信中研究了全双工（FD）。FD允许在相同的资源上进行双向传输，并有可能减少延迟和加倍频谱效率。自干扰（SI）是主要缺点。SI可以比接收信号功率大几个数量级，使模数转换器（ADC）饱和并严重降低通信性能。大规模毫米波天线阵列可以为空间复用和SI抑制提供足够的自由度。在本文中，我们设计了空间波束形成器的相控阵已经内置到FD基站/中继扩展毫米波覆盖到一个单一的用户。我们提出交替投影来设计预编码器和组合器，以最大化上行链路和下行链路频谱效率的总和，同时使SI低于噪声基底。我们的贡献包括：（1）混合模拟/数字波束形成器设计算法，以消除模拟域中的SI，以避免ADC饱和，并在每个子载波上的数字域中;（2）全数字波束形成器设计算法;和（3）频谱效率，能量效率和中断概率的分析。在仿真中，所提出的算法优于波束控制，奇异值分解，角度搜索，和半双工技术。
2022-02-06 eess.SP
Digital Twin Aided RIS Communication: Robust Beamforming and Interference Management
针对RIS辅助无线网络信道估计开销高、传统波束扫描多用户干扰管理效果差的问题，提出利用数字孪生结合电磁3D模型与射线追踪近似信道的方法，并配套DT鲁棒传输设计，速率保障率远超波束扫描。
2024-06-19 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Task-Specific Beamforming with Low-Resolution ADCs for Power-Efficient Hybrid MIMO Receivers
多输入多输出（MIMO）系统利用空间分集来通过波束成形促进具有高频谱效率的多用户通信。由于MIMO系统利用多个天线和射频（RF）链，因此它们通常实现起来昂贵并且消耗高功率。降低MIMO接收机成本的常用方法是通过采用混合模拟/数字波束成形（HBF）来利用比天线更少的RF链。然而，增加的模拟电路涉及有源组件，其消耗的功率可能超过RF链减少中节省的功率。实现功率高效MIMO系统的另一种方法是使用低分辨率模数转换器（ADC），这通常会损害信号恢复精度。在这项工作中，我们提出了一种低量化率ADC的高能效混合MIMO接收机，通过使用特定于任务的量化技术，以面向硬件的方式联合优化模拟和数字处理。为了降低模拟前端的功耗，我们利用由稀疏低分辨率矢量调制器组成的高效模拟硬件架构，同时考虑到它们在设计中的属性，以保持恢复精度并减轻拥塞环境中的干扰。为了解决非理想硬件和不准确的信道状态信息引起的常见失配，我们提出了一种鲁棒的失配感知设计。在数值仿真和功耗分析的支持下，我们的高能效MIMO接收机可实现与采用高分辨率ADC的高功耗全数字MIMO接收机相当的信号恢复性能。此外，我们的接收机在较低功耗下的恢复精度方面优于采用低速率ADC的任务无关型HBF接收机，并成功应对硬件失配。
2022-11-30 eess.SP
Tri-timescale Beamforming Design for Tri-hybrid Architectures with Reconfigurable Antennas
Dalian University of Technology（大连理工大学）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本文提出三混合架构的三尺度波束成形设计，通过分层优化降低导频开销和计算复杂性，提升无线通信系统性能。
2025-12-18 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
Joint Beamforming and Matching for Ultra-Dense Massive Antenna Arrays
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；armasuisse Science and Technology（瑞士国防军科学与技术局）
本文提出了一种低成本超密集天线阵列架构，通过开关网络实现联合波束成形与匹配，显著降低成本和复杂度，接近全数字方案的性能。
2025-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming Design for Near-Field ISAC with Modular XL-MIMO
本文提出模块化XL-MIMO通感一体化框架，通过混合波前模型降低信道建模复杂度，并基于通信频谱效率与感知SCNR构建联合波束成形问题，利用流形优化和SDR算法求解，有效提升了系统性能。
2025-02-20 eess.SP
Multi-user Downlink Beamforming using Uplink Downlink Duality with CEQs for Frequency Selective Channels
高分辨率全数字收发器由于其增加的功耗、成本和硬件复杂性而在毫米波（mmWave）上不可行。使用低分辨率转换器是在毫米波实现全数字架构的一种可能解决方案。在本文中，我们考虑一个设置中，一个全数字基站与恒定包络量化（CEQ）的数字到模拟转换器的每个射频链与多个单天线用户与个人的信号量化加干扰加噪声比（SQINR）的频率选择性信道的约束进行通信。首先，我们建立了上行链路下行链路的对偶CEQ硬件约束和OFDM为基础的传输在本文中考虑的系统。基于上下行链路对偶原理，提出了一种多用户多载波波束赋形和功率分配问题的解决方案，使得所有用户和子载波上的最小SQINR最大化。然后，我们提出了最初提出的解决方案的每个子载波版本，该解决方案将OFDM波形的所有子载波合并，从而导致可以以并行方式解决的较小的子问题。我们的数值计算结果的基础上产生的3GPP信道模型Quadriga表现出的遍历和速率和遍历最小速率的最先进的线性解决方案的改进。我们还显示了改进的性能在非线性解决方案的编码误比特率与增加的灵活性，分配到建议的框架内的个人用户SQINR。
2022-08-01 eess.SP
A Parametric Power Model of Upper Mid-Band (FR3) Base Stations for 6G
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；POSTECH（浦项科技大学）；KAIST（韩国科学技术院）
本文研究了6G网络中FR3基站的功率消耗与数据速率的关系，提出了一种参数化功率模型，比较了混合部分连接波束成形与全数字波束成形的性能，发现不同RF链数下功率消耗分布不同，混合波束成形在能耗和速率上有优势。
2025-10-12 eess.SP
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
Digital Predistortion for Hybrid MIMO Transmitters
本文研究了混合波束形成大规模天线发射机的数字预失真（DPD）线性化。我们提出了一种新的DPD处理和学习技术的天线子阵列，它利用了一个组合的信号的各个功率放大器（PA）的输出结合基于去相关的学习规则。实际上，所提出的方法导致在预期接收器的方向上的非线性失真最小化。该特征是非常期望的，因为其他方向上的发射由于波束成形而自然较弱。所提出的参数学习技术只需要一个单一的观察接收器，因此支持简单的硬件实现。它也被证明是明显优于目前的国家的最先进的技术，它只利用一个单一的PA学习。反馈网络的幅度和相位不平衡的分析表明，该技术是强大的，甚至高水平的这种不平衡。最后，我们还表明，阵列系统的带外发射在所有空间方向上都表现良好，基本上低于相应的单天线发射机，由于DPD和波束成形的综合效应。
2018-04-06 eess.SP
Symbiotic Sensing and Communication: Framework and Beamforming Design
提出一种包含基站与被动感知节点的共生感知与通信（SSAC）框架，推导了CRLB感知指标并构建和速率最大化问题，设计了基于PDD的交替算法，在全数字和HAD阵列下均实现高速率与有效定位。
2024-08-28 eess.SP
Hybrid Analog and Digital Beamforming Design for Channel Estimation in Correlated Massive MIMO Systems
在本文中，我们研究了相关的大规模多输入多输出（MIMO）系统的射频（RF）链的数量减少的信道估计问题。重要的是，除了信道相关矩阵的知识之外，我们不对信道的结构做任何假设。为了解决RF链数量的限制，我们采用混合波束成形，包括低维数字波束成形器，随后是使用移相器实现的模拟波束成形器。由于每个发射机/接收机天线没有专用RF链，因此用于全数字系统的常规信道估计技术是不切实际的。通过利用信道项在其特征域中不相关的事实，我们试图估计该域中的信道项。由于RF链的数量有限，信道估计通常在多个时隙中执行。在总能量预算下，我们的目标是在每个训练时隙中设计混合发射波束形成器（预编码器）和接收波束形成器（组合器），以便使用最小均方误差准则来估计信道。为此，我们在每个时隙中选择预编码器和组合器，使得它们分别与发射机和接收机本征方向对齐。此外，我们推导出一个注水型表达式的最优能量分配在每个时隙。该表达式说明，在低训练能量预算的情况下，仅需要估计信道的重要分量。相比之下，对于大的训练能量预算，能量几乎均匀地分布在所有特征方向之间。仿真结果表明，所提出的信道估计方案可以有效地估计相关的大规模MIMO信道在几个训练时隙。
2021-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
Wireless Energy Transfer Beamforming Optimization for Intelligent Transmitting Surface
本文研究配备无源智能发射面（ITS）和数字波束成形馈电器的功率信标（PB）的无线能量传输波束成形优化问题，提出基于逐次凸逼近（SCA）的联合优化算法，在考虑功率放大器非线性等损耗下最小化PB功耗，实验证明该架构可高效扩展且非均匀ITS功率分布能影响近远场偏移。
2025-08-09 eess.SP
