Joint Analog and Digital Transceiver Design for Wideband Full Duplex MIMO Systems
在本文中，我们提出了一种宽带全双工（FD）多输入多输出（MIMO）通信系统，包括一个FD MIMO节点同时与两个多天线上行链路（UL）和下行链路（DL）节点利用相同的时间和频率资源进行通信。为了抑制FD MIMO系统中由于同时发送和接收而产生的强自干扰（SI）信号，提出了一种基于基带正交频分复用（OFDM）信号建模的模拟和数字（A/D）相消以及发送和接收波束形成的联合设计。考虑到实际的发射机损伤，我们提出了一种多抽头宽带模拟消除器的架构，其抽头的数量不与收发器天线和多径SI组件的数量成比例。我们还提出了一种新的自适应数字抵消截断奇异值分解的基础上，减少残留SI信号估计参数。为了最大化FD和速率，提出了一种用于A/D抵消和数字波束形成的联合优化框架。最后，我们广泛的波形仿真结果表明，所提出的宽带FD MIMO设计具有更高的SI消除能力，降低了复杂度相比，现有的消除技术，从而提高可实现的速率性能。
2021-12-16 cs.IT eess.SP math.IT
Machine-Learning-based High-resolution DOA Measurement and Robust DM for Hybrid Analog-Digital Massive MIMO Transceiver
在混合模数（HAD）收发机中，提出了一种改进的HAD旋转不变性技术（I-HAD-ESPRIT）来测量期望用户的波达方向（DOA），解决了HAD结构引起的相位模糊问题。在此基础上，提出了一种机器学习（ML）框架来提高DOA测量的精度。在训练阶段，HAD收发机作为接收机工作，并通过I-HAD-ESPRIT重复测量DOA的值，以形成稍微大的DOA的训练数据集（TDS）。从TDS中，我们发现DOA测量误差（DOAME）的概率密度函数（PDF）近似为高斯分布的直方图方法在ML。该TDS用于学习DOA的平均值和DOAME的方差，用于推断它们的值，并在实时阶段提高它们的精度。HAD收发器快速测量DOA的实时值，形成一个相对较小的实时集（RTS），用于学习DOA/ DOAME的实时均值和方差。然后，提出了三个权重组合器来组合TDS和RTS的最大似然学习输出。它们的权重因子与TDS和RTS中的元素数量以及两个阶段的信噪比密切相关。利用DOA/DOAME的均值和方差，直接给出了它们的概率密度函数，并充分利用DOA/DOAME的概率密度函数，提出了一种适用于具有HAD的定向调制（DM）发射机的鲁棒波束形成器，特别是一种适用于RF链路的鲁棒模拟波束形成器。仿真结果表明：1）所提出的I-HAD-ESPRIT可以实现HAD CRLB; 2）所提出的ML框架比相应的无训练阶段的实时框架性能更好; 3）所提出的鲁…
2018-12-02 cs.IT math.IT
Transceiver Design with Low-Precision Analog-to-Digital Conversion : An Information-Theoretic Perspective
现代通信接收机架构以数字信号处理（DSP）为中心，其中大部分接收机处理是对模数转换（ADC）之后获得的数字信号执行的。在本文中，我们探讨了香农理论的性能限制时，ADC精度急剧下降，从典型值的8-12位在当前的通信收发器中使用的，1-3位。目标是深入了解以DSP为中心的收发器架构在通信带宽扩展时是否可行，并认识到高采样率下的高精度ADC要么不可用，要么成本太高或功耗太大。具体而言，我们评估了理想的实离散时间加性高斯白噪声（AWGN）信道下，输入的平均功率约束的低精度ADC施加的通信限制。对于具有K个量化仓的ADC（即，精度为log 2 K位），我们表明，香农容量是可实现的离散输入分布，最多K + 1质量点。对于2 bin（1位）对称ADC，该结果经过收紧，以表明二进制对映信号对于任何信噪比（SNR）都是最佳的。对于多位ADC，通过数值计算计算容量，所得结果用于对低精度ADC的系统设计进行以下令人鼓舞的观察：（a）即使在高达20 dB的适度高SNR下，2-3比特量化也仅导致频谱效率降低10-20%，这对于大通信带宽是可接受的，（b）具有设置为实现最大似然硬判决的ADC阈值的标准等概率脉冲幅度调制在高SNR下是渐近最佳的，并且在低到中等SNR下也工作良好。
2008-04-08 cs.IT math.IT
MIMO-Aided Nonlinear Hybrid Transceiver Design for Multiuser mmWave Systems Relying on Tomlinson-Harashima Precoding
为毫米波（mmWave）系统设计的混合模数（A/D）收发器受到了大量的研究关注，因为与全数字对应物相比，其成本更低，能耗更低。我们进一步提高他们的性能，通过构思一个汤姆林森-Harashima预编码（THP）的多用户多输入多输出（MIMO）毫米波系统的下行链路的非线性联合设计。我们的优化标准是，最小化的均方误差（MSE）的信道不确定性下的系统受到现实的发射功率约束和单位模约束施加在控制的模拟波束成形（BF）矩阵的元素BF操作在射频域。我们将这个优化问题转化为一个更易于处理的形式，并开发了一个有效的基于块坐标下降（BCD）的算法来解决它。然后，一个新的双时标非线性联合混合收发器的设计算法，它可以被看作是一个扩展的BCD为基础的联合设计算法，以减少信道状态信息（CSI）信令开销和过时的CSI的影响。此外，我们确定了近最佳的消除阶THP结构的基础上的MSE的下限。所提出的算法可以保证收敛到原问题的Karush-Kuhn-Tucker（KKT）解。仿真结果表明，我们提出的非线性联合混合收发器的设计算法显着优于现有的线性混合收发器的算法和方法的性能的全数字收发器，尽管其成本和功耗较低。
2020-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Majorization-Minimization Aided Hybrid Transceivers for MIMO Interference Channels
针对MIMO干扰信道的混合收发机设计需求，提出多种基于MM的WMMSE、BD-ZF、SLNR混合收发机方案及两阶段低复杂度设计，适用于全连接与部分连接结构，性能优于现有基准。
2019-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
Modeling and Efficient Cancellation of Nonlinear Self-Interference in MIMO Full-Duplex Transceivers
本文讨论了带内全双工（FD）收发器中多个发射和接收天线的自干扰的建模和数字消除。自干扰建模和所提出的非线性时空数字消除器结构通过设计考虑了I/Q调制器不平衡和具有记忆的功率放大器（PA）非线性的影响，以及多径自干扰传播信道和模拟RF消除级。所提出的解决方案是文献中的第一个消除技术，可以处理这样的自干扰情况。通过使用真实的RF元件参数和两种不同的PA模型进行全面的仿真，可以明显优于当前最先进的数字自干扰消除器，并明显扩展了可用的发射功率范围。
2014-10-10 cs.IT math.IT
A General Framework for Transmission with Transceiver Distortion and Some Applications
提出了一个通用的理论框架来分析无记忆收发器失真的高斯信道上的信息传输，其中包括各种非线性失真模型，包括发送侧限幅，接收侧模数转换，和其他。该框架是基于所谓的广义互信息（GMI），和分析，特别是受益于高斯码本合奏和最近邻解码的设置，它是建立的GMI采取一般形式类似于未失真的高斯信道的信道容量，具有降低的“有效”的信号-噪声比（SNR），取决于标称SNR和失真模型。当应用到特定的失真模型，一系列的工程相关的结果。对于只有发射端失真的信道，它示出了一个传统的方法，它把失真的信号作为原始信号部分和不相关的失真部分的总和，实现了GMI。对于具有输出量化的信道，获得了有效信噪比和GMI的封闭形式的表达式，并制定和解决量化器设计的相关优化问题。最后，超奈奎斯特采样的一般框架内进行了分析，它表明，超过奈奎斯特速率的采样增加了GMI的所有SNR。例如，在二进制对称输出量化的情况下，通过以四倍于奈奎斯特速率的速率对输出进行采样，可以实现每个信道使用超过一位的信息速率。
2011-04-12 cs.IT math.IT
Reference Receiver Based Digital Self-Interference Cancellation in MIMO Full-Duplex Transceivers
在本文中，我们提出并分析了一种新的带内MIMO全双工收发器的自干扰消除结构。所提出的结构利用参考接收机链来获得用于数字自干扰消除的参考信号，这意味着所有发射机引起的非理想性将被包括在数字消除信号中。据我们所知，在全双工收发器的上下文中，以前没有讨论过这种类型的结构。首先，我们将分析所提出的取消方案的整体可实现的性能，同时也提供一些可能的瓶颈。我们还提供了一个详细的制定实际的消除过程中，并进行分析到自干扰耦合信道估计的接收信号的影响。所提出的基于参考接收机的数字消除过程的实现的性能，然后评估和验证与全波形仿真。分析和波形仿真结果表明，在实际发射机RF/模拟损伤水平下，所提出的基于参考接收机的消除架构可以提供比任何现有解决方案更好的自干扰抑制，尽管仅部署低复杂度的线性数字处理。
2014-10-10 cs.IT math.IT
Joint Transmit and Receive Filter Optimization for Sub-Nyquist Delay-Doppler Estimation
在这篇文章中，提出了一个框架的模拟发射和接收滤波器的参数估计问题的联合优化。在接收机处，传统的信号处理系统将模拟前置滤波器$B$的双侧带宽限制为模数转换器$f_s$的速率，以符合公知的奈奎斯特-香农采样定理。相比之下，这里我们考虑一个收发器，通过设计违反了常见的范例$B\leq f_s$。为此，在接收机，我们允许一个更高的预滤波器带宽$B>f_s$和研究可实现的参数估计精度下固定的采样率时，发射和接收滤波器联合优化相对于贝叶斯克拉美罗下限。对于时延多普勒估计的情况下，我们建议近似所需的Fisher信息矩阵，并解决收发器的设计问题的交替优化算法。所提出的方法使我们能够探索帕累托最优区域跨越的发射和接收滤波器，这是有利的加权均方误差标准下。我们还讨论了计算复杂性所获得的收发器设计，通过可视化所得到的模糊函数。最后，我们验证了性能的优化设计的Monte-Carlo模拟的似然估计。
2018-02-08 cs.IT math.IT
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 Channel Estimation for Massive MIMO with Hybrid Transceivers
准确有效地估计高维信道是大规模多输入多输出（MIMO）实际应用的关键挑战之一。在混合模数（HAD）收发器的背景下，由于有限的射频链引起的信息丢失，信道估计变得更加复杂。传统的压缩感知（CS）算法通常存在性能不理想和计算复杂性高的问题。在本文中，我们提出了一种新的基于深度学习（DL）的框架，用于HAD大规模MIMO系统中的上行链路信道估计。为了更好地利用信道在角域中的稀疏结构，提出了一种新的角空间分割方法，将整个角空间分割成许多小区域，并为每个区域离线训练专用的神经网络。在在线测试期间，根据来自全球定位系统的信息选择最合适的网络。在每个神经网络内部，对特定区域的测量矩阵和信道估计器进行联合优化，既提高了信号测量效率，又增强了信道估计能力。仿真结果表明，该方法在估计性能和计算复杂性方面明显优于现有的CS算法。
2022-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Transceiver Optimization for MmWave/THz MU-MIMO ISAC Systems
针对毫米波/太赫兹多用户MIMO ISAC系统的联合收发机设计非凸优化问题，提出基于BCD的低复杂度算法及推广块对角化的解析解，可在通信与感知间实现良好性能折中。
2024-01-31 cs.IT eess.SP math.IT
Cancellation of Power Amplifier Induced Nonlinear Self-Interference in Full-Duplex Transceivers
近来，已经提出了在同一信道上同时发送和接收的全双工（FD）通信。然而，FD接收器遭受来自更强大的发射信号的不可避免的自干扰（SI）。已经提出了用于抑制SI的射频（RF）和基带以及数字基带抵消技术，但是到目前为止，大多数研究都没有考虑发射机和接收机前端的固有非线性。为了填补这一空白，本文提出了一种新的数字非线性干扰消除技术，以减轻功率放大器（PA）引起的FD收发器中的非线性SI。该技术是基于建模的非线性SI信道，这是由非线性PA，线性多径SI信道，和RF SI消除器，与并行Hammerstein非线性。从建模，并适当的参数估计，已知的发送数据，然后处理与开发的非线性并行Hammerstein结构和抑制从接收机路径在数字基带。结果表明，与现有的线性SI消除方法相比，在PA的给定IIP3图的情况下，所提出的技术能够使用更高的发射功率。或者，对于给定的最大发射功率电平，可以使用较低质量的PA（即，低IIP3）。
2014-01-14 cs.IT cs.NI math.IT
Supervised-Learning for Multi-Hop MU-MIMO Communications with One-Bit Transceivers
研究了一种非线性多跳多用户多输入多输出（MU-MIMO）中继信道，多个用户通过中间中继将信息符号发送到一个多天线基站（BS），每个中继都有一个比特的收发器，每个中继都有一个比特的模数转换器。为了理解检测性能的基本限制，最佳的最大似然（ML）检测器提出了完美的和全球的信道状态信息（CSI）在BS的假设。然而，由于不切实际的CSI假设和压倒性的检测复杂度，这种多用户检测器是不实用的。这些限制是通过提出一种新的检测框架的启发监督学习。其核心思想是将复杂的多跳MU-MIMO信道建模为具有更少且可学习的参数的简化信道。一个主要的发现是，即使使用简化的信道模型，在一定条件下，在合理的导频开销量的情况下，也可以实现接近ML的检测性能。此外，提出了一种在线监督学习检测器，它自适应地跟踪信道变化。其思想是通过将其视为新的训练（标记）数据，用可靠检测到的数据符号来更新模型参数。最后，提出了一种使用深度神经网络的多用户检测器。与基于模型的方法不同，这种无模型方法能够去除简化信道模型中的误差，同时增加参数学习的计算复杂性。通过仿真，经典的，基于模型的，和无模型检测器的检测性能进行了彻底的比较，以证明在这个信道的监督学习方法的有效性。
2019-04-08 cs.IT math.IT
Multi-user Precoding and Channel Estimation for Hybrid Millimeter Wave Systems
在本文中，我们开发了一种低复杂度的混合毫米波（mmWave）系统的信道估计，其中射频（RF）链的数量远小于每个收发器配备的天线数量。所提出的毫米波信道估计算法首先利用多个频率音调来估计基站（BS）和用户侧的最强到达角（AoA），以用于模拟波束成形矩阵的设计。然后，所有用户沿着估计的最强AoA的方向向BS发送正交导频符号，以便估计信道。估计的信道将被采用来设计用于多用户下行链路传输的BS处的数字迫零（ZF）预编码器。所提出的信道估计算法适用于非稀疏和稀疏毫米波信道环境。此外，我们推导出一个紧密的可达速率上限的数字ZF预编码与建议的信道估计算法方案。我们的分析和仿真结果表明，所提出的方案获得了相当大的可实现的全数字系统的速率，其中在每个收发器配备的RF链的数量等于天线的数量。此外，通过考虑各种类型的错误的影响，即，随机相位误差、收发器模拟波束成形误差和等效信道估计误差，我们推导出所考虑方案的可实现速率的封闭形式近似。我们说明了所提出的信道估计和多用户下行链路预编码方案对系统缺陷的鲁棒性。
2017-03-12 cs.IT math.IT
Uplink Beam Management for Millimeter Wave Cellular MIMO Systems with Hybrid Beamforming
混合模拟和数字波束成形（HBF）是用于毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统的使能收发器技术之一。该技术提供了高度定向的通信，能够对抗毫米波信号传播的固有特性。然而，毫米波系统中的小相干时间，特别是在移动性条件下，使得独立毫米波通信中的有效波束管理（BM）成为非常困难的任务。在本文中，我们考虑HBF收发器与平面天线面板和设计一个多级波束码本的模拟波束形成器包括平顶波束与可变宽度。这些波束对于整个期望的角度宽度表现出几乎恒定的阵列增益，从而促进有效的分层BM。针对上行链路通信，提出了一种新的动态波束排序波束训练算法，该算法适用于最新mmWave标准讨论中对时延的严格要求。我们的仿真结果展示了延迟性能的改善和接收的信噪比与不同的变化，所提出的方案的最佳波束训练方案的基础上，穷举窄束搜索。
2021-01-18 cs.IT math.IT
Joint Transceiver and Large Intelligent Surface Design for Massive MIMO MmWave Systems
大型智能表面（LIS）最近出现了一个潜在的低成本的解决方案，以重塑无线传播环境，提高频谱效率。在本文中，我们考虑了下行毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）系统，其中LIS被部署以协助从基站（BS）到用户设备（UE）的下行链路数据传输。BS和UE都配备有大量天线，并且使用混合模拟/数字预编码/合并结构来降低硬件成本和能量消耗。我们的目标是通过联合优化LIS的反射系数和BS（UE）处的混合预编码器（组合器）来最大化频谱效率。为了解决这个非凸问题，我们通过利用有效（级联）毫米波信道的固有结构，将复杂的优化问题重新表述为更友好的优化问题。然后，开发了基于流形优化（MO）的算法。仿真结果表明，通过仔细设计LIS的反射系数，我们提出的方法可以帮助实现一个良好的传播环境与一个小的信道矩阵条件数。此外，它可以达到与那些国家的最先进的算法，而在一个更低的计算复杂性的性能。
2020-10-11 cs.IT eess.SP math.IT
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
Joint Design of Multi-Tap Analog Cancellation and Digital Beamforming for Reduced Complexity Full Duplex MIMO Systems
在多输入多输出（MIMO）系统中实现全双工操作提供了提高吞吐量性能的潜力。然而，模拟自干扰消除器的硬件复杂度与发射天线和接收天线的数量成比例，因此利用模拟消除的益处对于全双工MIMO收发器来说变得不切实际。在本文中，我们提出了一种新的架构，包括减少数量的抽头（抽头指的是固定延迟和可变移相器和衰减器的线）和简单的多路复用器之间的发送和接收射频链的有效信号路由的模拟消除器。与可用的模拟消除架构相比，每个抽头的值和多路复用器的配置根据某些性能目标与数字波束成形滤波器联合设计。以窄带平坦衰落信道模型为例，提出了一种模拟抵消和数字波束形成联合设计的通用优化框架。我们还详细介绍了一个特定的优化目标，连同其派生的解决方案，后者的架构组件。代表性的计算机模拟结果表明，所提出的低复杂度全双工MIMO系统的优越性，最近可用的。
2017-05-15 cs.IT math.IT
Unlocking Off-the-Grid Sparse Recovery with Unlimited Sensing: Simultaneous Super-Resolution in Time and Amplitude
Computational Sensing and Imaging Lab (CSIL) at the Dept. of Electrical and Electronic Engg., Imperial College London（计算感知与成像实验室（CSIL）位于帝国理工学院伦敦电子与电气工程系）
针对低比特采集下强弱尖峰难以同时恢复的问题，提出基于 USF 模编码的离网稀疏恢复框架，实现时间与幅度联合超分辨，并通过仿真和硬件实验验证。
2025-10-19 cs.CV cs.IT eess.SP
Continuous Analog Channel Estimation Aided Beamforming for Massive MIMO Systems
模拟波束成形仅使用一个上/下变频链，大大降低了大规模天线收发器的实现成本。然而，当与传统的信道估计（CE）技术一起使用时，它引起大的导频开销。这是因为这些CE技术涉及数字处理，要求上/下变频链在天线维度上进行时间复用。本文介绍了一种新的CE技术，称为连续模拟信道估计（CACE），避免了数字处理，使模拟波束形成在接收机，并提供额外的弹性对振荡器相位噪声。通过避免上/下变频链的时分复用，CE开销显著降低，并且进一步变得与天线元件的数量无关。在CACE中，参考音调与数据信号一起被连续地发送，并且接收器使用接收到的参考信号作为匹配滤波器来组合数据信号，尽管是经由模拟处理。我们提出了一个接收机架构的CACE，分析其性能的振荡器相位噪声的存在下，并获得接近最佳的系统参数和功率分配。讨论了利用CACE的发射波束形成和初始接入过程。仿真结果表明，与传统CE相比，CACE提供了相位噪声弹性和CE开销的显着减少，而遭受的信号与干扰加噪声比只有很小的损失。
2019-08-22 cs.IT math.IT
Hybrid Processing Design for Multipair Massive MIMO Relaying with Channel Spatial Correlation
大规模多输入多输出（MIMO）利用简单的收发器设计，可以解决中继系统在复杂的信号处理，延迟和噪声放大方面的许多缺点。然而，具有专用于每个天线元件的一个射频（RF）链的成本和电路复杂性在实践中是过高的。在本文中，我们解决这个关键问题，放大转发（AF）中继系统使用混合模拟和数字（A/D）收发器结构。更具体地说，利用信道的长期属性，我们设计的模拟波束形成器，其目的是最大限度地减少信道估计误差，并保持不变的一个长的时间尺度。然后，通过简单的数字信号处理来完成波束形成，即，基带域中的最大比合并/最大比传输（MRC/MRT）或迫零（ZF）。我们提出的分析边界上可实现的频谱效率考虑到空间相关性和不完善的信道状态信息在中继站。我们的分析结果表明，混合A/D结构与ZF数字处理器利用空间相关性，并提供了更高的频谱效率相比，混合A/D结构与MRC/MRT计划。我们的数值结果表明，混合A/D波束成形设计捕获了近95%的全数字AF中继拓扑的频谱效率，即使通过删除一半的RF链。它还表明，混合A/D结构是鲁棒的粗量化，即使与2位的分辨率，该系统可以实现超过93%的频谱效率所提供的相同的混合A/D拓扑与无限分辨率移相器。
2018-08-27 cs.IT math.IT
Frequency-Selective Hybrid Beamforming Based on Implicit CSI for Millimeter Wave Systems
混合波束形成是实现毫米波高数据率传输的一个很有前途的概念。为了在收发器中实现它，许多参考文献最佳地适应于高维多天线信道，但或多或少忽略了信道估计的复杂性。意识到接收到的耦合系数的信道和对可能的模拟波束成形向量可以用于模拟波束选择，我们进一步提出了一个低复杂度的计划，利用耦合系数来实现混合波束成形。从本质上讲，耦合系数可以被视为隐含的信道状态信息（CSI），这些耦合系数的估计产生的有效的信道矩阵的替代品的维数低得多。在计算这些有效信道矩阵的Frobenius范数之后，证明了具有最大Frobenius范数值的有效信道提供了混合波束形成问题的解决方案。
2018-02-27 cs.IT math.IT
Performance of Analog Beamforming Systems with Optimized Phase Noise Compensation
毫米波和太赫兹频率虽然有望实现高吞吐量和丰富的频谱，但极易受到相位噪声等硬件非理想因素的影响，这会降低系统性能并使收发器实现困难。虽然已经提出了几种相位噪声补偿技术，但对后补偿系统性能的结果有限。因此，本文提出了一种适用于高频多载波系统的广义参考信号（RS）辅助低复杂度相位噪声补偿技术。该技术概括了几种现有的解决方案，并且涉及在每个符号中发送的RS，占用相邻的子载波，并且通过空子载波与数据分离。本文对任意相位噪声模型下模拟波束形成接收机的后相位噪声补偿性能进行了详细的理论分析。使用这种分析，几个系统参数的性能影响的检查和吞吐量的RS序列，RS带宽，功率分配，空子载波的数量，和估计的相位噪声频谱分量的数量的最佳设计也来自。在3GPP兼容设置下进行的仿真表明，所提出的方案对相位噪声建模误差具有鲁棒性，并且可以在优化参数的情况下实现比几种现有解决方案更好的性能。
2020-09-07 cs.IT eess.SP math.IT
Quantized MIMO: Channel Capacity and Spectrospatial Power Distribution
毫米波系统具有高功耗的缺点，并且受限于使用低分辨率量化器--数模转换器和模数转换器（DAC和ADC）。然而，低分辨率量化导致降低的数据率和增加的带外发射噪声。在本文中，多输入多输出（MIMO）系统与线性收发器使用低分辨率DAC和ADC的考虑。提供了系统的信息理论分析，以模拟量化对系统的频谱空间功率分布和容量的影响。更确切地说，它表明，量化的影响可以通过一个线性模型与加性独立高斯噪声准确地描述。该模型又导致发射机的频谱空间功率分布的简单和直观的表达式和系统的可实现速率的下限。此外，推导出的模型进行了验证，通过模拟和数值评估，它被证明可以准确地预测光谱和空间功率分布。
2022-02-07 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming with Selection for Multi-user Massive MIMO Systems
本文研究了混合波束形成的一种变体，即选择混合波束形成（HBwS），作为一种有吸引力的解决方案，以减少多用户大规模多输入多输出系统的硬件成本，同时保持良好的性能。与传统的混合波束成形不同，在具有HBwS的收发器中，天线阵列由具有$\bar{L}$输入端口的模拟波束成形矩阵馈电，其中$\bar{L}$大于上/下变频链$\bar{K}$的数量。一组开关将$\bar{L}$输入端口中的瞬时最佳$\bar{K}$连接到上/下转换链。模拟波束形成器是基于平均信道统计设计的，因此仅需要偶尔更新，而开关基于瞬时信道知识操作。HBwS允许在波束形成器中使用更简单的硬件，其仅需要调整到统计数据，同时还使得有效的模拟波束能够通过切换来适应瞬时信道变化。这提供了比一些常规混合方案更好的用户可分离性、波束成形增益和/或更简单的硬件。在这项工作中，一种新的设计的模拟波束形成器的推导和方法，以减少硬件和计算成本的多用户HBWS系统进行了探索。此外，我们还研究了$\bar{L}$、开关组结构、用户数和信道估计开销对系统性能的影响。
2018-05-08 cs.IT math.IT
A Hardware-Efficient Analog Network Structure for Hybrid Precoding in Millimeter Wave Systems
混合预编码最近已经被提出作为用于毫米波（mm-wave）系统的具有成本效益的收发器解决方案。虽然在现有的工作中，射频（RF）链的数量已经有效地减少，但仍然需要大量的高精度移相器。实际的移相器具有粗略量化的相位，并且由于成本和功率考虑，它们的数量应该减少到最小。在本文中，我们提出了一种新的硬件高效的实现混合预编码，称为固定移相器（FPS）的实现。它只需要少量的量化和固定相位的移相器。为了提高频谱利用率，提出了一种开关网络来实现移相器与天线之间的动态连接，该网络能够自适应信道状态。一个有效的交替最小化（AltMin）算法开发的封闭形式的解决方案，在每次迭代，以确定混合预编码器和开关的状态。此外，为了进一步降低硬件复杂度，提出了一种组连接的映射策略，以减少开关的数量。仿真结果表明，FPS全连接混合预编码器实现了更高的硬件效率与更少的移相器比现有的建议。此外，组连接映射实现了频谱效率和硬件复杂度之间的良好平衡。
2018-02-28 cs.IT math.IT
Energy efficiency of mmWave massive MIMO precoding with low-resolution DACs
随着6GHz以下频谱的拥塞，对工作在毫米波频谱上的大规模多输入多输出（MIMO）系统的兴趣日益增长。为了降低这种大规模MIMO系统的功耗，最近已经提出了混合模拟/数字收发器和低分辨率数模/模数转换器的应用。在这项工作中，我们调查的能量效率的量化混合发射机配备了一个完全/部分连接的相移网络组成的有源/无源移相器，并比较它的量化数字预编码器。我们引入了一种基于加性量化噪声近似的量化单用户MIMO系统模型，考虑了实际的功耗和损耗模型，以评估发送预编码方法的频谱和能量效率。仿真结果表明，部分连接的混合预编码器可以更节能的数字预编码器相比，而全连接的混合预编码器表现出较差的能量效率一般。此外，相移组件的拓扑提供了能量-频谱效率的折衷：有源移相器提供更高的数据率，而无源移相器保持更好的能量效率。
2018-06-14 cs.IT math.IT
Metasurface-Based Receivers with $1$-bit ADCs for Multi-User Uplink Communications
本文研究每个微带配备1比特ADC的超表面接收机，提出模拟与数字合并矩阵的优化分析框架，并通过数值实验揭示系统参数对多用户上行链路性能的影响。
2024-01-15 cs.ET cs.IT eess.SP
Full Duplex Massive MIMO Architectures: Recent Advances, Applications, and Future Directions
对下一代无线通信的日益苛刻的目标已经刺激了最近对多天线收发器硬件架构和相关智能通信方案的研究活动。其中属于全双工（FD）多输入多输出（MIMO）架构，其提供在整个频带中同时上行链路和下行链路操作的可能性。然而，随着天线元件数量的增加，从FD无线电的发射机泄漏到其接收机的干扰信号变得更加严重。在这篇文章中，我们提出了一个统一的FD大规模MIMO架构，包括模拟和数字发送和接收波束成形（BF），以及模拟和数字SI消除，它可以联合优化各种性能目标和复杂性要求。性能评估结果的建议架构的应用程序，以全数字和混合模拟和数字BF操作使用最近的算法设计，以及同时通信的数据和控制信号。结果表明，所提出的架构，对于小的和大量的天线，使改善的频谱效率FD通信与更少的模拟消除元件相比，各种基准计划。文章最后列出了未来FD大规模MIMO通信系统及其有前途的应用面临的挑战和研究方向。
2022-05-17 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Phase-Time Arrays: A Paradigm for Frequency-Dependent Analog Beamforming in 6G
针对传统混合波束成形因依赖频率平坦响应组件导致波束方向图灵活性不足的问题，提出结合实时延迟元件的JPTA方案，可通过单射频链实现频率相关波束，性能优于传统方案，并给出未来研究方向。
2023-12-18 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Analog and Digital Beamforming for mmWave OFDM Large-Scale Antenna Arrays
混合模拟和数字波束成形是大规模毫米波MIMO系统的一个有前途的候选者，因为它能够显著降低传统全数字波束成形方案的硬件复杂度，同时能够接近全数字方案的性能。大多数关于混合波束成形的现有工作考虑窄带信道。然而，诸如毫米波系统的宽带系统是频率选择性的。在宽带系统中，需要为整个频带设计通用的模拟波束形成器，同时在不同的频率子带中采用不同的数字波束形成器。本文研究了OFDM调制系统中的混合波束形成设计。首先，对于在发射器和接收器处均采用混合波束成形架构的SU-MIMO系统，由于毫米波信道的稀疏性，具有少量RF链的混合波束成形可以渐近地接近用于足够大数量的收发器天线的全数字波束成形的性能。对于具有实际数量的天线的系统，然后，我们提出了一个统一的启发式设计两种不同的混合波束成形结构，完全连接和部分连接的结构，以最大限度地提高毫米波MIMO系统的整体频谱效率。数值结果表明，该算法的性能优于现有的混合波束形成方法，在全连接结构下，该算法的频谱效率与最优全数字波束形成非常接近，但所需的射频链路要少得多。其次，对于MU-MISO的情况下，我们提出了一种启发式的混合预编码设计，以最大化在下行链路中的加权和速率，并数值表明，所提出的算法与实际数量的RF链已经可以接近全数字波束成形的性能。
2017-11-22 cs.IT math.IT
Efficient Channel Autoencoders for Wideband Communications leveraging Walsh-Hadamard interleaving
WaveCoRE, Department of Electrical Engineering (ESAT), Katholieke Universiteit Leuven（荷语鲁汶大学电气工程系（ESAT）WaveCoE）
本文提出利用沃尔什-哈达玛交织的高效通道自编码器，实现节能的高吞吐量宽带通信，通过平衡计算复杂度、SNR和模拟功率消耗，达到与极码相近的性能并提升能效。
2026-01-20 cs.IT eess.SP math.IT
Linear Block Coding for Efficient Beam Discovery in Millimeter Wave Communication Networks
移动宽带数据需求的激增预计将超过6 GHz以下的可用频谱容量。这种期望促使了对毫米波（mm-wave）频带作为下一代无线网络的候选技术的探索。然而，在实际部署成为可能之前，需要满足部署毫米波通信系统的许多挑战，包括信道估计。这项工作解决了毫米波信道估计问题，并把它作为一个波束发现问题，其中定位强路径反射器的波束类似于线性分组码中的定位错误。我们表明，一个显着的少量的测量（相比于原始尺寸的信道矩阵）是足够的可靠地估计信道。我们还表明，这可以实现使用一个简单的和节能的收发器架构。
2017-12-19 cs.IT math.IT
Hybrid Beam Alignment for Multi-Path Channels: A Group Testing Viewpoint
由于路径损耗和阴影，毫米波和太赫兹等高频波段需要窄波束。波束对准（BA）方法允许收发器通过利用高频处的信道稀疏性来有效地调整这些波束的方向。本文研究了上行链路的情况下，其中用户设备（UE）和基站（BS）之间的信道由多个路径的BA。BS希望使用最少数量的时隙以给定的分辨率定位这些路径中的每一个的到达角。在BA的每个时隙，UE发送BA分组，并且BS使用混合波束成形来扫描其角度区域。为了尽量减少预期的BA持续时间，一组测试框架的设计，并描述了相关的新的模拟和混合BA策略。仿真研究表明，在无噪声和真实的5G毫米波BA设置中，性能都有所提高。
2022-05-13 cs.IT math.IT
