Asymptotic Behavior of Zero-Forcing Precoding based on Imperfect Channel Knowledge for Massive MISO FDD Systems
本文研究FDD大规模MISO系统中基于LS和LMMSE信道估计的迫零预编码渐近行为，证明LS估计在导频数少于天线数时仍可实现渐近无干扰传输，而LMMSE在信道观测受污染时高发射功率下无法消除用户间干扰。
2023-12-04 cs.IT eess.SP math.IT
Local Partial Zero-Forcing Precoding for Cell-Free Massive MIMO
无小区大规模MIMO（多输入多输出）是用于5G及以后系统的有前途的分布式网络架构。它通过利用多个接入点（AP）处的信号协同处理、积极的空间用户复用和非凡的宏分集增益来保证高频谱效率（SE）的无处不在的覆盖。在这项研究中，我们提出了两个分布式预编码方案，称为\textit{local partial zero-forcing}（PZF）和\textit{local protective partial zero-forcing}（PPZF），进一步提高频谱效率，通过提供一个自适应的权衡之间的干扰消除和提升所需的信号，没有额外的前端传输开销，并实现了AP与很少的天线。在独立瑞利衰落信道、信道估计误差和导频污染的假设下，我们推导出了可实现的SE的封闭形式的表达式。PZF和PPZF可以大大优于最大比传输和迫零，并且它们的性能与正则化迫零（RZF）所实现的性能相当，RZF是下行链路中的基准。重要的是，这些封闭形式的表达式可以用来设计最佳的（长期）功率控制策略，也适合于RZF，其封闭形式的表达的SE是不可用的。
2020-04-16 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal User Loading in Massive MIMO Systems with Regularized Zero Forcing Precoding
我们考虑下行链路多用户多输入多输出（MIMO）系统采用正则化迫零（RZF）预编码。我们推导出的渐近信号泄漏加噪声比（SLNR）的天线的数量和用户的数量在一个固定的比例趋于无穷大。聚焦于对称不相关信道，我们表明，SLNR是渐近等于信号与干扰加噪声比（SINR），这使我们能够优化用户负载的频谱效率。结果表明，最佳用户负载取决于信道信噪比（SNR），但在低或高信噪比的制度是等于一。
2016-09-11 cs.IT math.IT
On Integer-Forcing Precoding for the Gaussian MIMO Broadcast Channel
整数强制（IF）预编码，也称为下行链路IF，是一种很有前途的新方法，用于多输入多输出（MIMO）广播信道上的通信。受多址接入信道的整数强制线性接收机的启发，它通过引入近似整数而不是近似单位的有效信道矩阵来推广线性预编码。结合格型编码和在发射机处的信道矩阵的预逆，该方案具有优于任何线性预编码方案的潜力，尽管享有类似的低复杂度。在本文中，一个特定的IF预编码方案，称为对角缩放精确IF（DIF），提出并显示，以实现最大的空间复用增益。对于两个接收机的特殊情况下，在高信噪比制度，参数的最佳选择推导出解析，导致几乎封闭形式的表达式，可实现的总和速率。特别是，它示出的间隙的总和容量的上限为0.27位的任何信道实现。对于一般信噪比，提出了一种正则化的DIF（RDIF）。两种接收机在瑞利衰落下的数值结果表明，RDIF可以实现性能优于最佳线性预编码和非常接近的总和容量。
2017-04-25 cs.IT math.IT
On the Interference Cancellation by Reduced Channel Zero Forcing Class of Precodings in Massive MIMO Systems
在本文中，我们研究了多输入多输出（MIMO）系统中的接收机和发射机的干扰消除能力，通过理论计算和数值模拟Quadriga。我们研究了所谓的减少信道迫零（RCZF）类预编码以及最小MSE干扰抑制组合器（MMSE-IRC）和QR最大似然检测（QR-MLD）接收机。基于非常简单，但非常有用的代数操作，他们的渐近等价性证明分析和模拟证明。我们的理论和实验结果证实，MMSE-IRC和QR-MLD接收机结合RCZF预编码提供完整的干扰抑制渐近。
2022-02-01 cs.IT cs.NI math.IT
Energy Efficiency in Cell-Free Massive MIMO with Zero-Forcing Precoding Design
我们考虑了一个无小区的大规模多输入多输出（MIMO）网络的下行链路，其中众多的分布式接入点（AP）服务于时分双工操作下的用户数量较少。部署无蜂窝网络的一个重要问题是高功耗，这与AP的数量成正比。这一问题提出了它们在总能源效率（比特/焦耳）方面是否适合绿色通信的问题。为了解决这个问题，我们开发了一种新的低复杂度的功率控制技术与迫零预编码设计，以最大限度地提高能量效率的无小区的大规模MIMO考虑回程功率消耗和不完善的信道状态信息。
2017-04-11 cs.IT math.IT
Coordinated Regularized Zero-Forcing Precoding for Multicell MISO Systems with Limited Feedback
研究了有限反馈多小区多用户多输入单输出系统的协调正则迫零预编码。我们首先推导出一个近似的预期信号与干扰加噪声比的建议计划与完美的信道方向信息（CDI）在基站（BS）。我们还推导出一个预期的SINR近似有限反馈系统与随机矢量量化（RVQ）的码本CDI在BS。使用基于RVQ的有限反馈CDI的预期干扰结果，我们提出了一种自适应反馈比特分配策略，通过划分服务和小区外干扰信道之间的比特总数来最小化预期干扰。数值结果表明，所提出的自适应反馈比特分配方法提供了一个频谱效率增益比现有的协调迫零方案。
2016-02-17 cs.IT math.IT
Zero-Forcing MU-MIMO Precoding under Power Amplifier Non-Linearities
本文提出了一种非线性感知零强迫预编码方案，通过利用功率放大器的非线性特性实现干扰消除，以提高MU-MIMO系统的性能。
2025-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
Large System Analysis of Cognitive Radio Network via Partially-Projected Regularized Zero-Forcing Precoding
在本文中，我们考虑一个认知无线电（CR）网络中，一个次要的多天线基站（BS）试图与多个次要用户（SU）使用的无线电频谱，最初分配给多个主要用户（PU）进行通信。在这里，我们采用部分投影正则化迫零（PP-RZF）预编码来控制PU处的干扰量并最小化SU间干扰。PP-RZF预编码将SU的信道部分地投影到从辅BS到PU的信道的零空间中。正则化参数和投影控制参数用于平衡到PU和SU的传输。然而，搜索的最佳参数，这可以最大化的遍历和率的CR网络，是一个苛刻的过程，因为它涉及到蒙特卡洛平均。然后，我们推导出一个确定性表达式的遍历和率实现的PP-RZF预编码使用最近的进展，在大尺寸随机矩阵理论。确定性等价使我们能够有效地确定PP-RZF预编码中的两个关键参数，因为不需要Monte-Carlo平均。通过分析还获得了一些见解。
2015-05-18 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
Zero-Forcing Per-Group Precoding (ZF-PGP) for Robust Optimized Downlink Massive MIMO Performance
在本文中，我们提出了一种新的组合式迫零每组预编码（ZF-PGP）方法，与ZF预编码技术相比，该方法实现了非常高的增益，同时它同时提供单独的单独流以到达单独的用户设备（UE），即，它消除了由组的UE进行协调的联合解码的需要。虽然ZF-PGP通常与组内接近最优的每组预编码（PGP-WG）相比会经历性能损失，但它比PGP-WG更容易实现。该方法在相关信道中或者在天线组的总数大于该组的可用虚拟信道模型波束（VCMB）数的情况下与组合频分和空分复用（CFSDM）结合工作得非常好。如我们通过多个示例所示，对于均匀线性阵列（MIMO），通过将所提出的技术与大规模多输入多输出（MIMO）和有限字母表的联合空分复用（JSDM-FA）类型的混合预编码或CFSDM相结合，实现了在UE处具有降低的复杂度的非常有效的、接近最优的设计，同时每个UE独立地解码其接收的数据，而不受去往其它UE的数据的干扰。由于JSDM-FA的统计信道状态信息（SCSI）内波束形成，组很容易识别。我们表明，结合ZF-PGP方案实现了非常高的增益相比，ZF和正则化ZF（RZF）预编码和其他修改的次优技术的研究，而其复杂度仍然相对较低，由于PGP-WG。我们还证明了所提出的预编码技术的信道估计误差的鲁棒性，表现出最小的性能损失。
2018-10-18 cs.IT math.IT
Performance Analysis for Massive MIMO Downlink with Low Complexity Approximate Zero-Forcing Precoding
迫零（ZF）预编码由于其接近最优的性能而在大规模MIMO下行链路中起着重要作用。然而，所涉及的矩阵求逆的高计算成本阻碍了它的应用。在本文中，我们采用一阶诺依曼级数（NS）的低复杂度近似。通过在预处理矩阵中引入一个松弛参数和一个用户对其他用户的干扰，我们提出了身份加列NS（ICNS）方法。通过选择干扰最大的用户进一步利用多用户分集增益，提出了有序ICNS方法。在此基础上，针对3种典型的大规模MIMO场景，分析了ICNS方法与现有的基于单位矩阵的NS（INS）方法相比，由于求逆近似而导致的性能损失及其相对于INS的性能增益。最后，仿真验证了我们的分析结果，也表明，所提出的两种设计实现了更好的性能复杂度比理想的ZF和现有的低复杂度ZF预编码实际大天线数，相关的信道和不那么小的负载因子的权衡。
2017-11-01 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Zero-Forcing Precoding in Multi-Cell One-Bit Massive MIMO Downlink
研究了多小区大规模多输入多输出（MIMO）系统的下行链路性能，该系统在每个基站（BS）的接收和发送射频（RF）链中采用1位模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），以降低功耗。我们利用Bussgang分解推导出最小均方误差（MMSE）信道估计在每个基站的基础上接收的量化的上行链路训练信号，和渐近封闭形式的表达式下实现的下行链路速率下一位量化迫零（ZF）预编码使用估计的信道。导出的表达式明确地示出了量化噪声、热噪声、导频污染和干扰的影响，并且被用来研究在一比特MIMO系统的每个BS处执行以及常规MIMO系统所需的附加天线的数量。数值结果验证了我们的分析，并显示，尽管需要更多的天线来实现相同的和平均速率，一比特的大规模MIMO系统是更节能的比传统的系统，特别是在高采样频率。
2023-03-06 cs.IT math.IT
Finite Word Length Effects on Transmission Rate in Zero Forcing Linear Precoding for Multichannel DSL
串音干扰是铜线传输的限制因素。串扰消除技术在DSL传输速率的下一次飞跃中显示出巨大的潜力。在硬件中实现串扰消除技术时的一个重要问题是有限世界长度对性能的影响。在本文中，我们提供了一个分析的线性迫零预编码器的性能，用于串扰补偿，在有限的字长错误的存在。我们量化分析预编码器字长和传输速率退化之间的权衡。更具体地说，我们证明了一个简单的公式的传输速率损失作为用于预编码，信噪比，和标准线路参数的位数的函数。我们证明，通过模拟真实线路，我们的估计的准确性。此外，我们的结果是稳定的信道估计误差的存在。最后，我们展示了如何使用这些估计作为DSL线性串扰预编码器的设计工具。例如，我们表明，对于标准的VDSL 2预编码系统，14位表示的预编码器条目的结果在容量损失低于1%的线路超过300米。
2008-10-09 cs.IT math.IT
Secure Regularized Zero Forcing for Multiuser MIMOME Channels
本文提出了一种新的线性预编码方案，用于MIMOME信道的下行链路传输，称为安全正则迫零。该方案修改了正则化迫零预编码，使得波束形成器进一步抑制了对窃听者的信息泄漏。该方案的特点是在大系统的限制，并推导出一个封闭形式的表达式，每个用户可实现的遍历保密率。数值研究表明，对窃听者的信道质量的高鲁棒性。
2019-12-01 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
Low-Complexity Precoding for Extremely Large-Scale MIMO Over Non-Stationary Channels
超大规模多输入多输出（XL-MIMO）技术是未来第六代（6 G）网络实现更高性能的重要技术。在实践中，各种线性预编码方案，例如迫零（ZF）和正则迫零（RZF）预编码，能够在传统的大规模MIMO（mMIMO）系统中实现大的频谱效率（SE）和低的比特出错率（BER）。然而，由于固有的空间非平稳性和高计算复杂性，这些方法在非常大规模的区域中是无效的。为了解决这个问题，我们研究了一种低复杂度的预编码算法，例如，随机Kaczmarz（rKA），考虑到空间非平稳特性的XL-MIMO系统。此外，我们提出了一种新的随机化模式，即，采样无替换rKA（SwoR-rKA），其具有比rKA算法更快的收敛速度。此外，推导了考虑子阵间干扰的下行XL-MIMO系统的SE的闭式表达式。数值结果表明，在SE性能相当的情况下，rKA和SwoR-rKA算法的复杂度比传统的RZF算法降低了51.3%.更重要的是，我们的算法可以有效地降低误码率时，发射机有不完善的信道估计。
2023-02-03 cs.IT eess.SP math.IT
Generic Optimization of Linear Precoding in Multibeam Satellite Systems
多波束卫星系统已被用于向地面基础设施服务不足的地理区域提供交互式宽带服务。在此背景下，本文研究了固定多波束卫星系统前向链路中的联合多用户线性预编码设计。我们提供了一个通用的线性预编码设计的优化框架，以处理任何目标函数的数据率与一般的线性和非线性功率约束。为了实现这一目标，提出了一种交替优化预编码向量和功率分配的迭代算法，最重要的是，证明了所提出的算法总是收敛的。该优化算法同样适用于非线性脏纸编码。此外，上述问题和算法被扩展到每个终端具有多个共极化或双极化天线的情况。仿真结果表明，所提出的方案相比传统的多波束卫星系统，迫零和正则化迫零预编码方案在满足业务需求方面的性能显着改善。所提出的线性预编码方案的性能也被证明是非常接近脏纸编码。
2011-09-04 cs.IT math.IT
Regularized Zero-Forcing Precoding Aided Adaptive Coding and Modulation for Large-Scale Antenna Array Based Air-to-Air Communications
我们提出了一种正则化迫零发送预编码（RZF-TPC）辅助和基于距离的自适应编码和调制（ACM）方案，以支持航空通信应用，通过利用大规模天线阵列和链路自适应的高频谱效率。我们的RZF-TPC辅助和基于距离的ACM方案根据通信飞机之间的距离切换其模式。我们推导出封闭形式的渐近信号与干扰加噪声比（SINR）表达式的RZF-TPC的航空信道，这是Rician，依赖于一个非中心的信道矩阵，主要是由确定性的视线组件。现实的信道估计误差和同信道干扰的影响被认为是在这个近似的封闭形式的SINR公式的推导。此外，我们推导出的最佳正则化参数，最小化均方检测误差的解析表达式。基于我们的渐近近似SINR公式的可实现的吞吐量表达式，然后利用作为建议的RZF-TPC辅助和基于距离的ACM计划的设计指标。Monte-Carlo仿真结果验证了我们的理论分析，以及调查的关键系统参数的影响。仿真结果与理论结果吻合较好。在两个通信飞行器以920 km/h的典型巡航速度飞行、在相反方向上飞行达740 km的距离花费大约24分钟的时间段的特定示例中，RZF-TPC辅助的和基于距离的ACM能够借助于64个发射天线和4个接收天线来发射总共77兆字节的数据，其显著高于我们先前的本征波束成形发射预编码辅助和基于距离的ACM基准。
2018-07-17 cs.IT math.IT
Secrecy Analysis for MISO Broadcast Systems with Regularized Zero-Forcing Precoding
本文针对大规模MISO广播系统中RZF预编码的保密性能展开研究，利用RMT推导联合分布的CLT，得到三种场景下ESR和SOP的闭式近似，评估了保密中断用户比例及所需发射天线数，结果表明外部Eve的保密损失更高。
2025-11-14 cs.IT math.IT
Explicit Lower Bounds on the Outage Probability of Integer Forcing over Nrx2 Channels
本文研究了在复合多输入多输出信道中整数强迫均衡的性能。作为容量间隙的函数的所得中断概率的上界先前已经被导出，假设在传输之前应用从循环酉系综提取的随机预编码矩阵。在目前的工作中，一个简单而明确的下限上的最坏情况下的中断概率推导出的情况下，系统具有两个发射天线和两个或更多的接收天线，利用属性的雅可比系综。推导出的下界也扩展到随机空时预编码，并可能作为一个有用的基准评估各种代数空时预编码方案的相对优点。我们进一步表明，下界可以适应的情况下，一个$1 \times N_t$系统。作为一个应用程序，我们推导出封闭形式的瑞利衰落多址接入信道，所有终端都配备了一个单一的天线的速率容量的界限。最后，我们证明了与分布式空时编码相结合的整数强制均衡能够接近这些界限。
2017-12-04 cs.IT math.IT
Full Diversity Unitary Precoded Integer-Forcing
我们考虑一个点对点的平坦衰落MIMO信道，信道状态信息在发送端和接收端都已知。在发射机侧，在每个天线处采用网格编码方案以将信息符号映射到从相同码本中提取的独立网格码字。然后，将每个格形码字乘以酉预编码矩阵${\bf P}$，并通过信道发送。在接收器侧，采用整数强制（IF）线性接收器。我们将该方案表示为酉预编码整数强迫（UPIF）。我们表明，UPIF可以实现全分集的约束下，基于最短向量的预编码矩阵${\bf P}$产生的格。这个约束和一个更简单的版本提供了两种类型的全分集UPIF的设计标准。类型I使用在每个信道实现时适配的酉预编码器。类型II使用酉预编码器，其对于所有信道实现保持固定。然后，我们验证了我们的结果，在$2\times2$，和$4\times 4$ MIMO使用不同的QAM星座的计算机模拟。我们最后表明，建议的类型II UPIF优于MIMO预编码X-码在高数据率。
2015-04-01 cs.IT math.IT
Precoding for the Sparsely Spread MC-CDMA Downlink with Discrete-Alphabet Inputs
稀疏签名已被提出用于CDMA上行链路以降低多用户检测复杂度，但它们尚未被充分利用用于其下行链路对应物。在这项工作中，我们提出了一个多载波CDMA（MC-CDMA）的下行链路通信，其中定期稀疏签名部署在频域。以符号检测的角度来看，我们制定了一个问题，适合于下行链路与离散字母作为输入。该问题的解决方案为基站提供了一种功率有效的预编码算法，其服从移动站处的最小符号错误概率（SEP）要求。在该算法中，签名稀疏性是至关重要的，以减少预编码的复杂性。数值结果证实，在相同的SEP目标下，与迫零预编码和具有优化正则化参数的正则化迫零预编码相比，所提出的预编码具有与系统负载相关的功率降低增益。对于一个固定的系统负载，它也表明，稀疏MC-CDMA与稀疏水平的适当选择达到几乎相同的功率效率和链路吞吐量的密集MC-CDMA的预编码复杂度降低，由于稀疏签名。
2017-02-08 cs.IT math.IT
Steepest Gradient-Based Orthogonal Precoder For Integer-Forcing MIMO
在本文中，我们开发了一个正交预编码方案的整数强制（IF）的线性接收机使用最陡梯度算法。虽然该方案可以被视为酉预编码整数强迫（UPIF）的特殊情况，但它有两个主要优点。首先，正交预编码在可达速率、中断概率和出错率方面优于其酉对应物。我们通过理论和数值分析验证了这一优势。其次，它表现出较低的复杂度，因为正交矩阵的维数是一半的酉矩阵在实值域。为了找到“好”的正交预编码矩阵，我们提出了一个有效的算法的基础上最陡梯度算法，利用正交矩阵的几何性质作为李群。该算法具有较低的复杂度，可以很容易地应用到任意的MIMO配置。我们还在数值上确认，所提出的正交预编码在某些情况下优于UPIF类型II，并且在高阶QAM方案中优于X预编码器，例如，$64$ -和$256$ -QAM。
2019-04-19 cs.IT math.IT math.OC
Complex-BP-Neural-Network-based Hybrid Precoding for Millimeter Wave Multiuser Massive MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）系统的高能耗已经成为毫米波（mm-Wave）通信场景中的一个突出问题。混合预编码技术通过将部分编码工作交给相移网络来完成，大大减少了射频（RF）链的数量，可以有效提高能量效率。然而，传统的基于数学方法的混合预编码算法往往遭受性能损失和高计算复杂度。提出了一种基于BP神经网络的混合预编码算法，该算法以全数字迫零（ZF）预编码为训练目标。考虑到基站信号的复杂性，我们选择了具有更丰富代表性的复合神经网络。此外，我们提出了复杂神经网络的激活函数和反向传播过程的梯度导数。仿真结果表明，所提出的混合预编码算法的性能可以最佳地接近ZF预编码。
2019-08-01 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Multiuser Zero-Forcing with Per-Antenna Power Constraints for Network MIMO Coordination
我们考虑多小区多输入多输出（MIMO）协调下行链路传输，也称为网络MIMO，每天线功率约束下。我们研究了一种简单的多用户迫零（ZF）线性预编码技术，称为块对角化（BD）网络MIMO。提出了具有天线功率约束的BD的最优形式。它涉及到一种新的方法，优化预编码矩阵在整个零空间的其他用户的传输。通过求解吞吐量最大化问题的对偶，得到了一种迭代的梯度下降方法，该方法能够全局有效地找到最优的预编码矩阵。全面的仿真说明了几个网络MIMO协调的优势时，使用最佳BD计划。其可实现的吞吐量相比，通过最近建立的对偶概念下，每天线功率约束的容量区域。
2013-04-16 cs.IT math.IT math.OC
Precoding Design for Energy Efficiency of Multibeam Satellite Communications
由于卫星的功率约束，提高能量效率（EE）而不是仅仅提高频谱效率（SE）是多波束卫星系统的另一个重要关注点。然而，到目前为止，还没有详细的预编码设计的多波束卫星的EE。在这项工作中，EE最大化问题的多波束卫星系统下的总功率约束以及服务质量（QoS）的约束。分别给出了基于迫零（ZF）和基于序贯凸逼近（SCA）的预编码设计算法。特别地，这些算法被多波束卫星系统的实测信道数据所验证。数值结果表明，基于SCA的预编码算法优于基于ZF的预编码算法。研究还表明，单纯提高卫星功率并不能提高能效，降低卫星功率是提高能效的有效途径。
2019-01-07 cs.IT eess.SP math.IT
A Deep Learning-Based Framework for Low Complexity Multi-User MIMO Precoding Design
在多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统中，利用预编码抑制多用户干扰是一种提高频谱效率的技术，而追求高性能、低复杂度的预编码方法是近十年来的研究热点。传统的迫零（ZF）算法和加权最小均方误差（WMMSE）算法在复杂度和性能之间没有取得令人满意的折衷。在本文中，利用深度学习的力量，我们提出了一个低复杂度的MU-MIMO系统的预编码设计框架。其核心思想是将MIMO预编码问题转化为多输入单输出预编码问题，从而得到最优预编码结构的封闭形式。设计定制的深度神经网络来拟合从信道到预编码矩阵的映射。此外，输入降维，网络修剪和恢复模块压缩技术，以进一步提高计算效率。在此基础上，研究了该算法在实际MIMO正交频分复用（MIMO-OFDM）系统中的扩展。仿真结果表明，该算法在计算复杂性很低的情况下，获得了与WMMSE算法相似的性能。
2022-07-08 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Resolution Precoding for Multi-Antenna Downlink Channels and OFDM
下行链路预编码被考虑用于多径多输入单输出信道，其中基站使用正交频分复用和低分辨率信令。提出了一种量化坐标最小化（QCM）算法，并将其性能与其他预编码算法进行了比较，包括平方无穷范数松弛（SQUID），多天线贪婪迭代量化（MAGIQ）和最大安全裕度预编码。MAGIQ和QCM实现了最高的信息速率，QCM具有最低的复杂度，以乘法的数量来衡量。计算导频辅助信道估计和数据辅助信道估计的信息速率。5G低密度奇偶校验码的比特出错率证实了信息理论计算。在发射机处具有不完善信道知识的仿真表明，QCM和SQUID的性能以与具有高分辨率量化器的迫零预编码类似的方式下降。
2022-08-29 cs.IT math.IT
Low-Complexity Hybrid Precoding in Massive Multiuser MIMO Systems
大规模多输入多输出（MIMO）被设想为提供相当大的容量改进，但是以硬件的高复杂性为代价。在本文中，我们提出了一种低复杂度的混合预编码方案，以接近传统的基带迫零（ZF）预编码（称为全复杂度ZF），这被认为是一个虚拟的最佳线性预编码方案在大规模MIMO系统的性能。所提出的混合预编码方案，称为相位ZF（PZF），本质上是在RF域应用仅相位控制，然后基于从基带看到的有效信道执行低维基带ZF预编码。重量化的RF相位控制高达$2$位的精度也被认为是和招致非常有限的退化。该方案在理想瑞利衰落信道和稀疏散射毫米波（mmWave）信道中进行了仿真，都达到了非常理想的性能。
2014-10-15 cs.IT math.IT
Hybrid OTFS/OFDM Design in Massive MIMO
针对不同移动性用户的下行链路大规模MIMO系统，提出混合OTFS/OFDM调制方案及FZF和PZF预编码设计，并设计加权最大-最小功率控制方案以优化频谱效率与用户公平性。
2024-08-28 cs.IT eess.SP math.IT
Network Massive MIMO for Cell-Boundary Users: From a Precoding Normalization Perspective
在本文中，我们提出了网络大规模多输入多输出（MIMO）系统，其中经由一个数字单元（DU）连接的三个无线电单元（RU）通过相同的无线电资源在小区边界处支持多个用户设备（UE），即，相同的频率/时间段。对于预编码设计，考虑了具有向量或矩阵归一化的迫零（ZF）和匹配滤波器（MF）。我们还推导出公式的下限和上限的可实现的总和速率为每个预编码。根据我们的分析结果，我们观察到，矢量归一化是更好的ZF，而矩阵归一化是更好的MF。给定的天线配置，我们还得到了最佳的切换点作为网络中的活跃用户的数量的函数。数值模拟证实了我们的分析
2012-09-19 cs.IT math.IT
A Zero-Forcing Approach for the RIS-Aided MIMO Broadcast Channel
针对多用户 RIS 辅助 MIMO 广播信道，提出基于迫零方法的和频谱效率最大化算法，利用 BS 与 RIS 间视距结构进行用户分配，仿真表明其性能更优且复杂度更低。
2023-11-20 cs.IT eess.SP math.IT
Resource Allocation for Cell-free Massive MIMO-enabled URLLC Downlink Systems
超可靠低延迟通信（URLLC）是实现工业物联网（IIoT）设备无线控制的关键技术。通过部署分布式接入点（AP），无小区大规模多输入多输出（CF mMIMO）具有为IIoT设备提供URLLC服务的巨大潜力。在本文中，我们研究了智能工厂中CF mMIMO使能的URLLC。针对最大比传输（MRT）、全导频迫零（FZF）和局部迫零（LZF）预编码方案，推导了有限信道块长度（FCBL）和不完全信道状态信息（CSI）下下行链路各态历经数据率的下界。同时，通过基于导出的LB联合优化导频功率和发射功率来最大化加权和速率。具体来说，我们首先提供的全球最优解的导频功率，然后引入一些近似转换成一系列的子问题，它可以表示在一个几何规划（GP）的形式，可以很容易地解决原来的问题。最后，提出了一种基于不同预编码方案的功率分配优化迭代算法。仿真结果表明，该算法优于现有的算法，和URLLC服务的质量将受益于部署更多的AP，除了FZF预编码方案。
2023-02-18 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Vector Perturbation Precoding: The Blessing of Approximate Message Passing
矢量扰动预编码是一种很有前途的多用户通信系统下行链路预编码技术。在这项工作中，我们引入了一个混合框架，以提高性能的格约简（LR）辅助预编码VP。首先，我们执行一个简单的预编码使用迫零（ZF）或连续干扰消除（SIC）的基础上减少格。由于LR-ZF或LR-SIC预编码之后的信号空间可以被示出为被限制到小范围，然后连同由LR保证的格基的足够正交性，它们共同为近似消息传递（AMP）算法的后续应用铺平了道路，这进一步提升了任何次优预编码器的性能。我们的工作表明，AMP算法可以是有益的格解码问题，其数据符号位于整数$\mathbb{Z}$和格基的条目可能不是i.i.d.高斯。数值结果表明，低复杂度的AMP算法可以显著改善LR辅助预编码的符号出错率（SER）性能。最后，在不使用LR的情况下，该混合方案也被证明是解决大规模MIMO系统数据检测问题的有效方法。
2018-06-08 cs.IT math.IT
Jac-PCG Based Low-Complexity Precoding for Extremely Large-Scale MIMO Systems
针对XL-MIMO系统中信道矩阵求逆计算复杂度高的问题，提出Jac-PCG迭代求逆预编码方法，在保持频谱效率基本相同的情况下使复杂度降低约54%。
2023-05-23 cs.IT eess.SP math.IT
Performance of Joint Symbol Level Precoding and RIS Phase Shift Design in the Finite Block Length Regime with Constellation Rotation
本文研究有限块长机制下结合星座旋转的SLP与RIS相移联合设计，通过交替优化和穷举搜索最小化总发射功率，仿真证明其能效显著优于传统方案。
2023-08-02 cs.IT eess.SP math.IT
Structured Compute-and-Forward with phase precoding scheme: Beyond integers
在这项工作中，我们专注于K-用户高斯对称复值干扰信道（GS-CIC）。无线网络中的计算和转发（CoF）协议已经被用于高斯对称实值干扰信道（GS-RIC），以近似地获得此类信道的容量，并且通过在目的地求解线性方程组来进行干扰对准（IA）。我们的目标是使该协议适用于GS-CIC。在高信噪比（SNR）下，该协议显示出强干扰和非常强干扰情况下可实现的和速率的衰落行为。在复数场中，这种类似于随机的行为与复交叉信道系数的相位有关。为了避免这种类似衰落的行为，我们考虑Z[i]-格码，我们提出了一个相位预编码方案的CoF协议与部分反馈。在该方法中，信道系数的相位然后将被反馈到发射机，以便选择最佳的预编码器因子来控制该随机行为。我们进一步模拟了该方案给出的可实现的和速率，并表明在限制可实现的和速率的随机行为方面可以获得显着的增益改善。
2016-05-10 cs.IT math.IT
Adaptive Regularized Zero-Forcing Beamforming in Massive MIMO with Multi-Antenna Users
针对大规模MIMO多天线用户场景，提出基于用户信道SVD的分层自适应正则化迫零波束成形算法，推导了逆协方差矩阵条件数估计，仿真验证其在相同时耗下性能优于现有线性预编码方法。
2023-07-25 cs.IT cs.NI math.IT
Energy-Efficient Hybrid Precoding Design for Integrated Multicast-Unicast Millimeter Wave Communications with SWIPT
在本文中，我们研究了能量有效的混合预编码设计的综合多播-单播毫米波（毫米波）系统中，同时考虑无线信息和功率变换在接收端。我们在基站（BS）处采用两个稀疏射频链天线结构，即，全连接和子阵列结构，并根据不同的结构设计基于码本的模拟预编码。然后，我们制定了一个联合的数字多播，单播预编码和功率分配比优化问题，以最大限度地提高系统的能量效率，而在BS的最大发射功率和最小收获的能量在接收机被认为是。由于直接求解公式化问题的困难，我们将分数阶目标函数等价地转化为减法形式，并提出了一种双循环迭代算法来求解，外循环采用经典的双截迭代算法。对于内循环，我们利用逐次凸逼近技术将问题转化为凸问题，并提出了一种迭代算法来求解;同时，为了降低内循环的复杂度，我们提出了一种基于迫零（ZF）技术的低复杂度迭代算法。具体地说，ZF技术被应用到消除单播间干扰和一阶泰勒近似被用于凸化的非凸约束在原问题。最后，通过仿真比较了不同方案下所提算法的性能.
2020-02-11 cs.IT eess.SP math.IT
Integer-Forcing Linear Receiver Design with Slowest Descent Method
计算转发（CPF）策略是网络编码的一种，其中中继将基于格码的代数结构，根据观察到的信道系数计算并转发源消息的线性组合。最近，基于CPF的思想，已经提出了用于MIMO系统的整数强制（IF）线性接收机架构，以恢复格形码字的不同整数组合，用于进一步的原始消息检测。在本文中，我们考虑的问题，中频线性接收机的设计与信道条件。而不是穷举搜索，我们提出了实用和有效的次优算法设计的IF系数矩阵满秩，使总的可达到的速率最大化，基于最慢下降法。数值结果表明了我们提出的算法的有效性。
2020-03-01 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink-Downlink Duality for Integer-Forcing
考虑具有信道矩阵$\mathbf{H}$的高斯多输入多输出（MIMO）多址信道（MAC）和具有信道矩阵$\mathbf{H}^{\mathsf{T}}$的高斯MIMO广播信道（BC）。对于MIMO MAC，整数强制架构包括首先解码发送码字的整数线性组合，然后求解原始消息。对于MIMO BC，整数强制架构包括在发射机处对整数线性组合进行预反相，使得每个接收机可以通过解码整数线性组合来获得其期望的码字。在这两种情况下，整数强制提供比迫零更高的可实现速率，同时保持类似的实现复杂性。本文建立了整数强迫的上下行对偶关系，即，通过在MIMO MAC上进行整数强制可实现的任何和速率都可以通过在MIMO BC上进行整数强制而以相同的和功率来实现，反之亦然。使用这种对偶关系，它示出，整数强制可以在MIMO BC总和容量的恒定间隙内操作。最后，本文提出了一种基于对偶的迭代算法，用于选择最优波束形成和均衡向量的非凸问题，并证明了该算法收敛于局部最优。
2018-01-07 cs.IT math.IT
Successive Integer-Forcing and its Sum-Rate Optimality
整数强制接收机通过解码传输流的整数线性组合而不是流本身来将传统的线性接收机推广到多输入多输出信道。先前的工作已经表明，选择整数系数的额外自由度使该接收器能够在各种场景下接近最大似然解码的性能。然而，即使对于整数系数的最佳选择，均衡器输出处的加性噪声仍然是相关的。在这项工作中，我们研究了一个变量的整数强迫，称为连续整数强迫，利用这些噪声的相关性，以提高性能。该方案是传统线性接收机的连续干扰消除的整数强制对应。类似于后者，我们表明，连续整数强迫是实现容量时，它是可能的，以优化速率分配到不同的流。与标准的连续干扰消除接收机相比，连续整数强制接收机为实现速率元组的容量提供了更多的可能性，特别是更平衡的容量。
2013-07-08 cs.IT math.IT
Lower Bound on the Sum-rate of Decremental Beam Selection Algorithm for Beamspace MIMO Systems
通常，迫零（ZF）预编码在高干扰状态下遭受严重的接收信噪比（SNR）降级。然而，最近的证据表明，毫米波（mmWave）系统主要是噪声限制的高增益天线作为空间滤波器的干扰信号。这使得ZF预编码与其他线性预编码对应物一样有吸引力。考虑ZF预编码，推导了在毫米波频率下波束空间MIMO（B-MIMO）系统中采用递减波束选择（BS）算法的和速率的下界。该界限通过确定性平方双曲函数将全维和降维（即BS之后）B-MIMO系统的预编码矩阵的Frobenious范数联系起来。注意，ZF预编码和递减BS都不是新概念。然而，推导出的和率界提供了一个新的见解的主题。给定一个特定的全维B-MIMO信道，所提出的界限可以用来理解BS算法的限制。
2019-01-30 cs.IT math.IT
Minimum Symbol Error Rate-Based Constant Envelope Precoding for Multiuser Massive MISO Downlink
本文研究了多用户大规模MISO下行信道的恒包络（CE）预编码器设计问题。CE信号的使用允许采用低成本射频链，从而促进大规模MIMO的实现。然而，由于非凸CE约束，后续CE预编码器设计通常具有挑战性。现有的CE预编码器设计考虑对接收符号的失真水平的一些措施的最小化，并且它们通常旨在改善符号出错率（SER）性能。在本文中，我们制定了一个最小的SER为基础的设计CE预编码。设计公式是非凸的，我们提出了两个低复杂度的一阶算法，使用梯度投影。奇怪的是，我们的仿真结果表明，所提出的设计可以实现比特出错率性能接近迫零波束成形没有CE信令的限制。
2018-04-23 cs.IT math.IT
One-Bit Precoding and Constellation Range Design for Massive MIMO with QAM Signaling
使用低分辨率数模转换器（DAC）进行发射预编码为大规模多输入多输出（MIMO）实现提供了至关重要的能效优势。针对下行大规模MIMO传输中的平均符号出错率（SER）最小化问题，提出了一种正交幅度调制（QAM）星座范围和1比特符号级预编码设计方法。首先推导出具有低分辨率DAC预编码的SER的严格上限。推导出的表达式表明，一比特预编码的性能下降可以解释为QAM星座的有效最小距离的减少。使用所获得的SER表达式，我们提出了一个QAM星座范围设计的单用户的情况下。结果表明，在大规模MIMO限制下，采用1比特预编码的星座图范围的合理选择是采用每符号功率约束的无限分辨率预编码，但要减小$\sqrt{2/π}$或约$0.8$。相应的最小距离减少转化为1比特预编码和无限分辨率预编码的性能之间的约2dB的差距。本文进一步提出了一种低复杂度的启发式算法的一比特预编码器的设计。最后，提出的QAM星座范围和预编码器的设计推广到多用户下行链路。我们建议通过与一比特预编码的$\sqrt{2/π}$相同的因子来缩放具有每符号功率约束的无限分辨率迫零（ZF）预编码的星座范围。所提出的一比特预编码方案被示出为在无限分辨率ZF的2dB内。在天线数量方面，一比特预编码需要大约50%的天线来实现与无限分辨率预编码相同的性能。
2018-03-14 cs.IT math.IT
Protecting Massive MIMO-Radar Coexistence: Precoding Design and Power Control
本文针对大规模MIMO通信与MIMO雷达共存场景，提出保护性迫零预编码方案并推导性能闭式解，构建功率控制优化问题提升雷达检测概率，同时满足通信用户频谱效率要求。
2023-12-19 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Recursive Convolutional Precoding for OFDM-based Large-Scale Antenna System
大规模天线（LSA）由于能够显著提高无线系统的性能，近年来得到了广泛的关注。类似于多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）或MIMO-OFDM，LSA也可以与OFDM组合以处理无线信道中的频率选择性。然而，这样的组合遭受与LSA系统中的天线数量成比例的显著增加的复杂性。对于LSA-OFDM的常规实现，快速傅里叶逆变换（IFFT）的数量随着天线数量而增加，因为每个天线需要用于OFDM调制的IFFT。此外，迫零（ZF）预编码需要在LSA系统中支持更多的用户，所需的矩阵求逆导致了巨大的计算负担。在本文中，我们提出了一个低复杂度的递归卷积预编码，以解决上述问题。传统的ZF预编码可以通过时域的递归卷积预编码来实现，这样每个用户只需要一次IFFT，也可以避免矩阵求逆。仿真结果表明，该方法可以达到与ZF相同的性能，但复杂度要低得多。
2016-07-18 cs.IT math.IT
Low-Complexity Channel Reconstruction Methods Based on SVD-ZF Precoding in Massive 3D-MIMO Systems
本文研究了大规模多输入多输出（MIMO）系统下行链路预编码的低复杂度信道重构方法。当分配给用户的流数小于其天线数时，基站或用户通常利用奇异值分解（SVD）来得到有效信道，其维数等于流数。该过程被称为信道重构，并且在用于时分双工（TDD）模式的BS中完成。然而，随着基站天线数量的增加，奇异值分解的计算量越来越大。本文针对3D空间信道模型中的下行预编码问题，提出了一系列新颖的低复杂度信道重构方法。我们考虑了仰角和方位角天线之间的不同相关性，并将高维矩阵SVD分解为两种小尺寸矩阵SVD。仿真结果表明，该方法在保持1Gbps性能的同时，浮点运算量仅为传统SVD迫零（SVD-ZF）预编码方法的10%。
2015-10-28 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
Linear Precoding Based on Polynomial Expansion: Reducing Complexity in Massive MIMO
大规模多用户多输入多输出（MIMO）技术有可能为未来的通信系统带来巨大的改善。与直觉相反，具有不确定的信道知识、高传播损耗和实现最佳非线性预编码的实际问题或多或少地通过增大系统维度来自动解决。然而，计算预编码复杂度随着系统维度而增长。例如，接近最优的正则化迫零（RZF）预编码在实践中实现起来非常复杂，因为它需要在每个相干周期中对大矩阵进行快速求逆。受RZF高性能的启发，我们提出用截断多项式展开（TPE）代替矩阵求逆，从而得到更适合实时硬件实现的新TPE预编码方案。矩阵多项式的次数可以适应可用的硬件资源，并实现简单的最大比传输（MRT）和更先进的RZF之间的平滑过渡。通过推导新的随机矩阵的结果，我们得到了一个确定性的表达的渐近信号干扰噪声比（SINR）实现TPE预编码在大规模MIMO系统。此外，我们提供了一个封闭形式的多项式系数，最大限度地提高这个信干噪比的表达式。与RZF相比，为了保持固定的每用户速率损失，多项式次数不需要随系统缩放，但它应该随信道知识的质量和信噪比（SNR）而增加。
2014-07-24 cs.IT math.IT
Diversity of MIMO Linear Precoding
线性预编码是一种相对简单的MIMO信令方法，在某些特殊情况下也是最佳的。本文致力于MIMO线性预编码的高信噪比分析。分析了多个线性预编码器的分集复用折衷（DMT）。此外，由于有限速率下的分集（也称为固定速率机制，对应于复用增益为零）并不总是遵循DMT，因此还分析了线性预编码器在固定速率下的分集。在几种情况下，发现在复用增益为零的分集不是唯一的，而是取决于频谱效率。分析了迫零、正则化迫零、匹配滤波和维纳滤波预编码器。在最大化吞吐量和最小化发射功率两种常见的设计方法下，我们计算了ZF预编码的DMT。结果表明，正则化ZF（RZF）或匹配滤波器（MF）遭受错误地板的所有积极的复用增益。然而，在固定速率制度，RZF和MF预编码实现全分集达到一定的频谱效率和零分集在高于它的速率。当在RZF的正则化参数优化的MMSE意义上，该结构被称为维纳预编码器，在固定速率制度被证明具有多样性，不仅取决于天线的数量，但也取决于频谱效率。同时分析了预编码和均衡的分集特性。
2012-02-23 cs.IT math.IT
Spectral Precoding for Out-of-band Power Reduction under Condition Number Constraint in OFDM-Based System
正交频分复用（OFDM）技术具有频谱成形的灵活性，是一种很有前途的动态频谱接入技术。然而，OFDM的带外（OOB）功率辐射会对相邻用户产生严重的干扰。认知无线电（CR）网络中，这一问题是严重的，它使次系统接入瞬时频谱空洞。现有的方法要么不能有效地减少OOB功率泄漏，要么在接收机中引入显著的误码率（BER）性能恶化。本文提出了一种联合频谱预编码（JSP）方案，通过正交投影和奇异值分解（SVD）的矩阵运算来降低OOB功率。提出了一种在接收性能约束下设计预编码矩阵的算法，在实际应用中将接收性能约束转化为矩阵条件数约束。该方法通过对迫零频率的选择，很好地实现了期望的频谱包络和接收性能。仿真结果表明，在条件数约束下，该方案能显著降低OOB功耗。
2015-11-12 cs.CE cs.IT math.IT
Low-Complexity Transmission Mode Selection in MU-MIMO Systems
提出了一种多用户多输入多输出下行链路系统中的低复杂度传输策略。自适应策略调整预编码方法，表示为传输模式，以提高系统的总速率，同时保持同时服务的用户数。讨论了三种线性预编码传输模式，即，块对角化迫零、协作迫零（CZF）和协作匹配滤波器（CMF）。考虑到数据流的数量和用户的多天线配置，我们修改了常见的CZF和CMF模式，通过分配数据流。然后，根据渐近和率分析，在修改后的传输模式中选择传输模式。由于模式选择不需要瞬时信道状态信息，因此大大降低了计算复杂性。数值模拟证实了我们的分析，并表明，该方案实现了很大的性能增益与非常低的计算复杂性。
2014-03-18 cs.IT math.IT
