AFDM: A Full Diversity Next Generation Waveform for High Mobility Communications
我们提出了仿射频分复用（AFDM），一种新的基于啁啾的多载波收发器方案，用于下一代无线系统中的高移动性通信。AFDM基于离散仿射傅立叶变换（DAFT），离散傅立叶变换的一般化特征在于具有两个参数，其可以被适配以更好地应对双色散信道。基于导出的输入-输出关系，以避免具有不同延迟或多普勒频移的时域信道路径在DAFT域中重叠的方式设置AFDM基础的DAFT参数。因此，所得到的DAFT域脉冲响应传达信道的完整延迟-多普勒表示。我们表明，AFDM可以实现线性时变（LTV）信道的全分集。我们的分析结果进行了验证，通过数值模拟，这表明，AFDM优于国家的最先进的多载波方案的比特出错率（BER）在双色散信道。
2021-04-22 cs.IT cs.NI math.IT
Affine Frequency Division Multiplexing for Next Generation Wireless Communications
本文介绍了一种基于线性调频脉冲的多载波信号，即仿射频分复用（AFDM）。AFDM基于离散仿射傅立叶变换（DAFT），离散傅立叶变换的推广，其特征在于可以被适配以更好地应对双色散信道的两个参数。首先，我们推导出明确的输入输出关系在DAFT域显示AFDM参数的输入输出关系的效果。其次，我们展示了如何设置AFDM的DAFT参数，使所得到的DAFT域脉冲响应传达了完整的延迟多普勒表示的信道。然后，我们分析表明，AFDM可以实现全分集在双色散信道，其中全分集是指在延迟或多普勒域中可分离的多径分量的数量，由于其完整的延迟多普勒表示。此外，我们提出了一个低复杂度的检测方法，利用零填充。我们还提出了一种嵌入式导频辅助信道估计方案的AFDM，其中信道估计和数据检测在同一AFDM帧内进行。最后，模拟证实了我们的分析结果的有效性，并显示了显着的性能增益AFDM在国家的最先进的多载波方案在高流动性的情况下。
2022-05-03 cs.IT eess.SP math.IT
Affine Frequency Division Multiplexing for Compressed Sensing of Time-Varying Channels
针对时延-多普勒双稀疏的 LTV 信道，本文提出带恢复保证的 AFDM 压缩感知算法，并证明其在估计开销与最低采样率上优于其他波形。
2024-07-03 cs.IT math.IT
AFDM Channel Estimation in Multi-Scale Multi-Lag Channels
针对水下声学通信中多普勒时间缩放效应难以忽略的挑战，本文分析了多尺度多时延信道下AFDM的信道频率响应，提出AFDM-IMI和AFDM-OMP两种信道估计方法，实验证明其估计精度和误码率均优于OFDM与OCDM。
2025-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO-OTFS in High-Doppler Fading Channels: Signal Detection and Channel Estimation
正交时频空间（OTFS）调制是最近引入的一种复用技术，设计在2维（2D）延迟-多普勒域，适用于高多普勒衰落信道。OTFS通过一系列二维变换将双色散信道转换为延迟-多普勒域中的几乎无衰落信道。在本文中，我们专注于MIMO-OTFS带来的高频谱和能量效率的好处，MIMO和OTFS在高多普勒衰落信道的鲁棒性。OTFS信道-符号耦合和稀疏延迟-多普勒信道脉冲响应使得能够在高多普勒环境中进行有效的MIMO信道估计。提出了一种基于消息传递的迭代信号检测算法和一种适用于MIMO-OTFS的时延-多普勒域信道估计算法。所提出的信道估计方案使用延迟-多普勒域中的脉冲作为用于估计的导频。我们还比较了MIMO-OTFS的性能与MIMO-OFDM在高多普勒情况下。
2018-05-06 cs.IT math.IT
Error Performance of Coded AFDM Systems in Doubly Selective Channels
本文研究了双选择性信道下编码 AFDM 系统的误码性能，推导了条件成对错误概率与编码增益，揭示了分集增益与编码增益的权衡关系，并提出近最优 Turbo 译码器，证实其优于 OFDM 和 OTFS。
2023-11-27 cs.IT eess.SP math.IT
DAFT-Spread Affine Frequency Division Multiple Access for Downlink Transmission
本文针对AFDM/O-AFDMA系统高峰均功率比问题，提出基于离散仿射傅里叶变换扩展的DAFT-s-AFDMA下行接入方案，并给出参数设置准则，仿真证明其PAPR性能优于传统O-AFDMA。
2024-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
Reduced Complexity Angle-Doppler-Range Estimation for MIMO Radar That Employs Compressive Sensing
作者最近提出了一种由小型无线网络实现的MIMO雷达系统。通过在接收节点处应用压缩感知（CS），MIMO雷达超分辨率可以用比传统方法少得多的观测值来实现。这以前的工作考虑了到达方向和多普勒的估计。由于目标在角速度空间中是稀疏的，因此可以通过求解l1最小化问题来提取目标信息。本文通过在具有CS的MIMO雷达中引入步进频率来利用距离信息。该方法在提高距离分辨力的同时，也提高了模糊速度。然而，联合角度多普勒距离估计需要离散化的角度多普勒距离空间，这会导致急剧上升的计算负担的l1最小化问题。为了保持一个可接受的复杂度，提出了一种技术，连续估计角度，多普勒和范围在一个解耦的方式。所提出的方法可以显着降低复杂性，而不牺牲性能。
2009-12-05 cs.IT math.IT
Achievable Rate and Coding Principle for MIMO Multicarrier Systems With Cross-Domain MAMP Receiver Over Doubly Selective Channels
Xidian University（西安电子科技大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本文提出了一种多槽跨域记忆近似消息传递接收机，用于MIMO多载波系统，实现了可实现速率的理论极限和最优编码原理，提升了在双选择性信道中的性能。
2026-01-07 cs.IT eess.SP math.IT
CSSF MIMO RADAR: Low-Complexity Compressive Sensing Based MIMO Radar That Uses Step Frequency
提出了一种将步进频率（SF）技术应用于基于压缩感知（CS）的多输入多输出（MIMO）雷达的新方法，即CSSF MIMO雷达。所提出的方法能够在发射窄带脉冲的同时实现高分辨率的距离、角度和多普勒估计。首先将联合角度-多普勒-距离估计问题公式化以适合CS框架，即，L1优化问题。这个问题的直接解决方案需要很高的复杂性，因为它采用了一个基础矩阵，其建设需要离散化的角度多普勒距离空间。由于高分辨率需要精细的空间离散化，因此联合距离、角度和多普勒估计的复杂度可能非常高。对于缓慢移动的目标的情况下，提出了一种技术，实现了显着的复杂性降低，通过连续估计的角度范围和多普勒在一个解耦的方式，并通过采用通过匹配滤波获得的初始估计，以进一步减少需要被数字化的空间。数值结果表明，CS和SF的组合结果在MIMO雷达系统，具有优越的分辨率，并需要少得多的数据相比，使用匹配滤波器与SF的系统。
2011-01-14 cs.IT math.IT
Integrated Sensing and Communications with Affine Frequency Division Multiplexing
本文提出基于仿射频分复用（AFDM）的集成感知与通信系统，证明仅用一个导频符号即可达到与完整帧几乎相同的感知性能，并利用AFDM啁啾特性实现简单自干扰消除，避免昂贵的全双工方法。
2024-02-26 cs.IT eess.SP math.IT
Complementary Waveform Coordination for Doppler-Resilient MIMO Radar
Colorado State University（科罗拉多州立大学）；Nvidia（英伟达）；DSTG, Australia（澳大利亚国防科学技术局）；Melbourne University, Australia（墨尔本大学）
本文提出线性代数框架协调D进制发射调度与接收权重，实现参数幺正MIMO雷达多普勒置零，通过模态分解和子空间投影优化信噪比，数值验证四波形配置的全程多普勒抑制。
2026-09-29 cs.IT math.IT
High-Mobility Wideband Massive MIMO Communications: Doppler Compensation, Analysis and Scaling Law
在本文中，我们应用角度域多普勒补偿的高移动性宽带大规模多输入多输出（MIMO）上行链路传输。考虑高速终端与静态基站之间的时变多径信道，多个多普勒频偏与不同的偏离角相关联。借助发射端的大规模均匀线阵，我们设计了一个波束形成网络来产生多个并行的波束形成分支，每个分支的发射信号指向一个特定的角度。然后，当通过时变信道时，每个分支中的传输信号将仅经历一个主导DFO，这可以在传输开始之前容易地补偿。理论上分析了角度域多普勒补偿后等效上行信道的多普勒扩展，该补偿同时考虑了各支路发射波束的主瓣和旁瓣。可以看出，如果发射天线的数量足够大，可以有效地抑制信道的时变。有趣的是，获得了信道变化的渐近缩放定律，这表明，多普勒扩展与最大DFO成正比，并且当$M$足够大时，多普勒扩展近似为$1/\sqrt{M}$（$M$是发射天线的数目）。数值结果证实了所提出的计划。
2018-07-18 cs.IT math.IT
Super-Resolution MIMO Radar
多输入多输出（MIMO）雷达用多个发射天线发射探测信号，用多个接收天线记录来自目标的反射。从接收到的信号估计相对角度、延迟和多普勒频移允许确定目标的位置和速度。基于数字匹配滤波或压缩感测的MIMO雷达的标准方法仅解析$(1/(N_T N_R), 1/B,1/T)$网格上的角度延迟多普勒三元组，其中$N_T$和$N_R$是发射和接收天线的数量，$B$是探测信号的带宽，并且$T$是观察反射的时间间隔的长度。在这项工作中，我们表明，\emph{continuous}角度延迟多普勒三重峰和相应的衰减因子可以通过求解凸优化问题完美地恢复。假设角度-延迟-多普勒三元组在角度上被$10/(N_T N_R-1)$分开，在延迟上被$10.01/B$分开，或在多普勒方向上被$10.01/T$分开，则该结果成立。此外，该结果在可以恢复的角度延迟多普勒三重峰的数量方面是最佳的（最多对数因子）。
2016-05-10 cs.IT math.IT
Deterministic Pilot Design and Channel Estimation for Downlink Massive MIMO-OTFS Systems in Presence of the Fractional Doppler
虽然正交时频空间（OTFS）调制和大规模多输入多输出（MIMO）技术的结合可以使通信系统在高移动性场景中具有更好的性能，但由于实际系统中不准确的建模和高导频开销，下行链路信道估计仍然存在许多挑战。本文提出了一种在分数多普勒条件下下行大规模MIMO-OTFS系统的信道状态信息（CSI）获取方案，包括确定性导频设计和信道估计算法。首先，我们分析了基于正交频分复用（OFDM）调制解调器的单输入单输出（SISO）OTFS的输入输出关系，并将其扩展到大规模MIMO-OTFS。此外，我们制定了一个精确的模型，在实际系统中，分数多普勒被认为是和子路径的影响揭示。基于该模型和导频矩阵的结构，提出了一种确定性导频设计方案，以减少导频开销和节省内存消耗。由于信道几何结构相对于通信时间尺度变化非常缓慢，我们提出了一种改进的基于感知矩阵的信道估计（MSMCE）算法来获取下行链路CSI。仿真结果表明，该方法与传统的下行信道状态信息捕获算法相比具有明显的优势。
2021-05-20 cs.IT math.IT
Affine Frequency Division Multiplexing: From Communication to Sensing
EURECOM（欧洲通信研究所）；University of Granada（格拉纳达大学）
本文研究AFDM在ISAC系统中的应用，展示其通过低复杂度自干扰消除、模拟去啁啾和亚奈奎斯特采样降低接收机复杂度与能耗，并利用DAFT资源分配灵活性缓解多雷达干扰。
2025-11-06 cs.IT eess.SP math.IT
Pre-Chirp-Domain Index Modulation for Affine Frequency Division Multiplexing
本文提出AFDM-PIM方案，将额外信息比特嵌入预啁啾参数索引中，在保持子载波正交性的同时提升频谱和能量效率，并通过ML及低复杂度ML-MMSE检测器实现优于传统AFDM和OFDM的误码率性能。
2024-02-23 cs.IT eess.SP math.IT
Performance of High-Mobility MIMO Communications with Doppler Diversity
在高速移动通信中，信道的快速变化将导致信道估计和跟踪的困难，但也可以提供多普勒分集。研究了基于导频辅助重复编码和空间复用的多输入多输出系统的性能。在最小均方误差（MMSE）信道估计的基础上，给出了等效信道模型和相应的系统模型。基于随机矩阵理论，推导了最大比合并（MRC）接收机、MMSE接收机和类MRC接收机等线性接收机的归一化可达和速率的渐近表达式。此外，根据类MRC接收机的符号出错率，当重复次数和信噪比趋于无穷大时，可以获得最大的归一化多普勒分集阶数和最小的编码增益损失，并推导了相应的条件。在理论分析的基础上，分析了不同的系统结构和信道参数对系统性能的影响。
2020-02-18 cs.IT math.IT
Delay-Doppler Domain Tomlinson-Harashima Precoding for OTFS-based Downlink MU-MIMO Transmissions: Linear Complexity Implementation and Scaling Law Analysis
正交时频空间（OTFS）调制是最近提出的一种延迟-多普勒（DD）域通信方案，在一般无线通信中，特别是在高移动性信道中表现出良好的性能。在本文中，我们研究了DD域汤姆林森-原岛预编码（THP）的下行链路多用户多输入多输出OTFS（MU-MIMO-OTFS）传输。而不是直接应用THP基于巨大的等效信道矩阵，我们提出了一个简单的实现THP，不需要任何矩阵分解或求逆。这种简单的实现是通过DD域信道属性来实现的，即，不同的可分辨路径不共享相同的延迟和多普勒频移，这使得可以以逐个符号的方式预先消除所有DD域干扰。我们还研究了可实现的速率性能的建议计划，利用信息理论的等效模型。特别是，我们表明，该方案可以实现在高信噪比（SNR）制度的近最佳性能。更重要的是，推导出了可达速率与天线数和用户数的缩放定律，表明可达速率随天线数和用户数线性增加。我们的数值结果与我们的研究结果一致，并且与OTFS和正交频分复用（OFDM）上现有的MU-MIMO方案相比，也表现出显着的改进。
2023-01-30 cs.IT math.IT
A Unified Pulse-Shaped OFDM Framework for Chirp-Domain Waveforms: Continuous-Time Modeling and Practical I/O Analysis
Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；University of Wollongong（伍伦贡大学）
本文提出了一种统一的啁啾域波形框架，涵盖正交啁啾分乘复用（OCDM）和仿射频率分乘复用（AFDM），并展示了其在传统Weyl-Heisenberg框架中的位置，进一步解释为脉冲形状OFDM，分析了功率谱密度并讨论了实际实现中的频率混叠问题。
2026-11-04 cs.IT eess.SP math.IT
Heterogeneous Doppler Spread-based CSI Estimation Planning for TDD Massive MIMO
大规模多输入多输出（Massive MIMO）已被公认为满足更高数据容量和大规模连接需求的关键技术。然而，由于训练开销和有限的相干时间，活动用户的数量受到限制。当前的无线系统假设所有用户的相干时隙持续时间相同，而不管它们的异构多普勒扩展。在本文中，我们利用这个被忽视的自由度来解决训练开销瓶颈。我们提出了一种新的上行链路训练方案，导频传输的周期性不同的用户之间的实际信道相干时间的基础上。由于无线信道的变化主要是由于移动，因此在长时间段内优化上行链路训练决策，同时考虑用户信道和位置的演进。由于无线信道和位置演化速率的不同，提出了一个双时间尺度的控制问题。在快速时间尺度下，通过选择哪些用户被请求发送他们的导频，得到最优的训练策略。在慢时间尺度中，位置估计决策被优化。仿真结果表明，推导出的训练策略提供了相当大的改善的累积平均频谱效率，即使部分位置的知识。
2018-03-16 cs.IT math.IT
Performance evaluation with a Comparative analysis of mimo channel on The basis of doppler shift and other Probabilistic parameters in fading Environment
在目前的情况下，无线网络对系统容量的要求非常高。MIMO技术从过去十年开始被用于为无线网络天线技术提供这种要求。MIMO信道主要用于先进的天线阵列技术。但是，在MIMO技术中，随着系统容量的提高，控制出错率对于当今进步的无线通信是最重要的。本文研究了MIMO信道中不同路径增益下的帧出错率。这项工作已经完成了在不同的衰落情况下，并产生在各种条件下的衰落模型的基础上的MIMO的比较分析。在此，要考虑如QPSK的调制技术以观察对于不同多普勒频率的这些比较评估。通过比较分析，可以看出，在LOS路径多普勒频移为0 Hz时，莱斯分布的帧出错率最小。最后，本文对不同信噪比下的奇异参数进行了比较性的误码率出错率研究，得出了非编码QPSK调制的系统性能。
2014-10-28 cs.IT cs.NI math.IT
A Message Passing Detection based Affine Frequency Division Multiplexing Communication System
针对AFDM检测研究不足，提出一种利用信道稀疏性进行联合干扰消除与检测的低复杂度消息传递算法，仿真表明其性能优于MMSE和MRC检测。
2023-08-31 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Radar Using Compressive Sampling
提出了一种MIMO雷达系统，用于获取潜在目标的角度和多普勒信息。发送器和接收器是小规模无线网络的节点，并且被假设为随机地分散在圆盘上。发送节点发送不相关的波形。每个接收节点对接收信号应用压缩采样以获得少量样本，节点随后将其转发到融合中心。假设目标稀疏分布在角度-多普勒空间中，融合中心根据接收节点转发的样本建立l1优化问题，求解该问题可得到目标角度和多普勒信息。所提出的方法实现了MIMO雷达的高分辨率与远少于其他方法所需的样本。这意味着在接收节点和融合中心之间的通信阶段期间的功率节省。性能在干扰机的存在下进行了分析的情况下，缓慢移动的目标。讨论了与形成跨越角度多普勒空间的基矩阵以及为该空间选择网格有关的问题。大量的仿真结果证明了所提出的方法在不同的干扰和噪声水平的性能。
2009-11-25 cs.IT math.IT
Models, Methods and Waveforms for Estimation and Prediction of Doubly Sparse Time-Varying Channels
Mathematical and Algorithmic Sciences Lab, Huawei France R&D（华为法国研发中心数学与算法科学实验室）；EURECOM（欧洲通信学院）
本文针对延迟-多普勒双重稀疏的时变信道，提出基于压缩感知的on-grid估计框架和基于DPSS-BEM的离网格估计与预测模型，并证明AFDM波形在估计精度和开销上优于OFDM和SCM。
2025-11-07 cs.IT math.IT
OTFS - Orthogonal Time Frequency Space
在本文中，我们介绍了一种新的二维调制技术，称为OTFS（正交时间频率和空间）的延迟-多普勒坐标系中的信息转换到熟悉的时频域利用传统的调制方案，如OFDM，CDMA和TDMA。OTFS将衰落、时变无线信道转换为非衰落、与时间无关的相互作用，揭示了无线信道的底层几何结构。在这个新的公式中，所有QAM符号经历相同的信道，并且信道的所有延迟-多普勒分集分支被相干地组合。参考信号复用在时间无关的延迟-多普勒域中完成，实现高密度导频打包，这是大规模MIMO的关键要求。无论多普勒场景如何，OTFS都能够通过MIMO阶数的吞吐量线性缩放来接近信道容量，从而即使在具有挑战性的5G部署设置中也能实现大规模MIMO吞吐量增益的全部承诺。
2016-08-09 cs.IT math.IT
PAPR Reduction with Pre-chirp Selection for Affine Frequency Division Multiplexing
针对AFDM的高峰均功率比问题，提出分组预啁啾选择（GPS）算法，通过非枚举方式调整子载波组预啁啾参数并选择最小PAPR信号，仿真证明其在轻微性能损失下优于OTFS且调制复杂度更低。
2024-12-20 cs.IT eess.SP math.IT
Affine Frequency Division Multiplexing For Communications on Sparse Time-Varying Channels
本文针对双重稀疏的线性时变信道，证明仿射频分复用（AFDM）波形在信道估计中能以最小导频和保护开销实现目标均方误差，优于传统及新近波形。
2023-09-05 cs.ET cs.IT math.IT
Low Complexity Precoding and Detection in Multi-user Massive MIMO OTFS Downlink
针对高多普勒扩展下多用户大规模MIMO系统性能下降问题，提出基于OTFS的基站多用户预编码器与用户端低复杂度检测器，复杂度随天线数和用户数线性增长，性能接近最优解调且比OFDM方案更抗多普勒扩展。
2020-11-24 cs.IT math.IT
Doppler Spread Estimation in MIMO Frequency-selective Fading Channels
高速移动通信中的主要挑战之一是存在大的多普勒扩展。因此，最大多普勒扩展（MDS）的准确估计在提高通信链路的性能中起着重要的作用。在本文中，我们推导了数据辅助（DA）和非数据辅助（NDA）的Cramer-Rao下界（CRLB）和最大似然估计（MLE）的MDS在多输入多输出（MIMO）频率选择性衰落信道。此外，提出了一种低复杂度的基于NDA矩的估计器（MBE）。建议的NDA-MBE依赖于接收信号的二阶和四阶矩，这是用来估计归一化平方自相关函数的衰落信道。然后将MDS估计问题转化为一个非线性回归问题，并应用最小二乘曲线拟合优化技术来确定MDS的估计。这是首次在文献中研究了MIMO频率选择性衰落信道下的DA和NDA-MDS估计。仿真结果表明，即使在观测窗口相对较小的情况下，推导出的NDA-MLE和NDA-CRLB之间也没有明显的性能差距。此外，显着降低的复杂性，在NDA-MBE导致低均方根误差（NRMSE）在很宽的范围内的MDS时，观察窗口选择足够大。
2018-02-08 cs.IT eess.SP math.IT
OTFS Without CP in Massive MIMO: Breaking Doppler Limitations with TR-MRC and Windowing
正交时频空间（OTFS）调制是近年来出现的一种有效的波形，以解决线性时变信道。在OTFS文献中，假设每个OTFS块内的每组样本的近似恒定的信道增益。这导致OTFS在其可以容忍的最大多普勒频率上的限制。此外，OTFS信号中循环前缀（CP）的存在限制了调整其参数以提高其对信道时间变化的鲁棒性的灵活性。因此，在本文中，我们研究了从OTFS中去除CP开销并通过在大天线区域中的多天线处理来打破其多普勒限制的可能性。我们渐近分析了无CP的OTFS的时间反转最大比合并（TR-MRC）的性能。我们表明，双色散信道效应的平均在大天线制度时，最大多普勒频移是在OTFS的限制。然而，对于超过OTFS限制的相当大的多普勒频移，残留多普勒效应仍然存在。我们的渐近推导表明，这种效果收敛到缩放的接收符号的延迟尺寸与样本的贝塞尔函数，取决于最大多普勒频移。因此，我们提出了一种新的残余多普勒校正（RDC）窗口技术，可以打破OTFS的多普勒限制，并导致性能接近的线性时不变信道。最后，我们通过模拟证实了我们的主张的有效性。
2022-01-14 cs.IT eess.SP math.IT
Quantized vs. Analog Feedback for the MIMO Downlink: A Comparison between Zero-Forcing Based Achievable Rates
我们考虑一个MIMO衰落广播信道和比较可实现的遍历速率时，在发射机的信道状态信息是由模拟噪声反馈或量化（数字）反馈。数字反馈的优越性示出，与完美或不完美的CSIR，每当每个信道系数的反馈信道使用的数量大于1。此外，我们表明，通过适当的数字反馈链路的设计，在反馈中的错误有轻微的影响，即使使用非常简单的未编码调制。最后，我们表明，模拟反馈实现的分数1 - 2F的最佳复用增益，即使在反馈延迟的存在下，当衰落属于类的多普勒过程与归一化的最大多普勒频移0 <= F <= 1/2。
2007-02-05 cs.IT math.IT
DoA Estimation using MUSIC with Range/Doppler Multiplexing for MIMO-OFDM Radar
针对 MIMO-OFDM 雷达在目标数超过阵列维度时 DoA 估计性能受限的问题，提出利用延迟/多普勒滤波与融合抑制旁瓣的两阶段 MUSIC 方法，提升小阵列高密度场景下的估计性能。
2025-06-16 cs.IT eess.SP math.IT
A Cyclic Shift Embedded Pilot based Channel Estimation for Multi-User MIMO-OTFS systems with fractional delay and Doppler
本文提出了一种基于循环移位嵌入式导频的多用户MIMO-OTFS系统信道估计方法，通过多维分解和压缩感知技术提升信道估计性能，同时减少导频开销达30%以上。
2025-12-02 cs.IT math.IT
Delay-Doppler Alignment Modulation for Spatially Sparse Massive MIMO Communication
本文提出延迟-多普勒对齐调制（DDAM），将延迟对齐调制扩展到时变MIMO信道，通过延迟-多普勒补偿和路径波束成形消除多普勒效应，实现无ISI传输，并优化频谱效率。
2023-09-02 cs.IT eess.SP math.IT
Mode Switching for MIMO Broadcast Channel Based on Delay and Channel Quantization
不完全信道状态信息会降低多输入多输出（MIMO）通信的性能，它对单用户（SU）和多用户（MU）MIMO传输的影响是完全不同的。具体地，MU-MIMO由于不完美的信道状态信息而遭受残余用户间干扰，而SU-MIMO仅遭受功率损耗。本文比较了由于延迟和信道量化引起的SU和MU MIMO在下行链路上的吞吐量损失。精确的封闭形式的近似推导出可实现的速率为SU和MU MIMO。结果表明，SU-MIMO是相对稳健的延迟和量化的信道信息，而MU MIMO与迫零预编码失去空间复用增益与固定的延迟或固定码本大小。基于导出的可实现速率，提出了一种模式切换算法，该算法基于平均信噪比（SNR）、归一化多普勒频率和信道量化码本大小在SU和MU MIMO模式之间切换以提高频谱效率。确定具有不同延迟和码本大小的SU和MU模式的操作区域，其可以用于选择优选模式。结果表明，MU模式是活跃的，只有当归一化多普勒频率是非常小的码本大小是大的。
2008-12-16 cs.IT math.IT
Doppler-Division Multiplexing for MIMO OFDM Joint Sensing and Communications
正交频分复用（OFDM）是未来联合传感和通信系统的一个有前途的波形候选。对于这样的系统，支持多个发射天线需要用于生成正交发射信号的复用方法，其中等距子载波交织（ESI）是最流行的复用方法。在这项工作中，我们分析了一种多路复用方法称为多普勒分割复用（DDM）。该方法应用从OFDM符号到OFDM符号的相移，以沿着距离-多普勒图的速度轴分离由不同Tx天线发送的信号。虽然在这项工作中的雷达传感任务的DDM的一般属性进行了分析，主要集中在通信任务的DDM的影响。它将表明，对于DDM，在通信接收器中观察到的信道是严重时变的，防止任何有意义的数据传输时，不考虑。在这项工作中，提出了一种通信系统，旨在打击这些时变信道，其中包括数据估计，同步和信道估计的方法。误码率（BER）的模拟表明，这种通信系统的优越性相比，系统利用ESI。
2023-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis of Discrete-Time MIMO OFDM-Based Orthogonal Time Frequency Space Modulation
正交时频空间（OTFS）是一种在多普勒延迟域设计的新型调制方案，可以充分利用一般时变信道的时频分集。在本文中，我们提出了一种新的基于OFDM的OTFS收发器的离散时间分析与简洁和矢量化的输入输出关系，清楚地表征了在这样的系统中的每个底层信号处理块的贡献。当在时域中采用循环前缀时，我们的分析表明，所提出的MIMO OTFS和OFDM系统具有相同的遍历容量，尽管众所周知的事实是，前者在高多普勒信道的低复杂度接收机设计中具有很大的优势。所提出的离散时间矢量化公式适用于一般的快衰落信道与任意窗口函数。它还使得能够实现实际的低复杂度接收机设计，对于该接收机设计，输入-输出关系的这种简洁公式化具有很大的益处。
2017-10-22 cs.IT math.IT
MIMO-OFDM Joint Radar-Communications: Is ICI Friend or Foe?
载波间干扰（ICI）是OFDM联合雷达通信（JRC）系统在高移动性环境下面临的一个重大挑战。在本文中，我们提出了一种新的ICI感知算法的MIMO-OFDM JRC系统检测多个目标的存在和估计其延迟多普勒角参数。首先，利用空间协方差矩阵与目标时延和多普勒无关的特点，利用MUSIC算法进行角度估计。对于每个估计的角度，我们接下来制定的联合载波频率偏移（CFO）和信道估计的问题，通过一个APES（幅度和相位估计）的空间滤波方法，通过转换的延迟多普勒参数化的雷达信道到一个非结构化的形式的雷达延迟多普勒估计。考虑到在给定角度存在多个目标，我们设计了一个迭代的干扰抵消基于正交匹配追踪（OMP）的过程中，在每次迭代的广义似然比测试（GLRT）检测器被用来形成决策统计，提供作为副产品的最大似然估计（MLE）的雷达信道和CFO。在最后一步中，目标检测是在延迟多普勒域中使用目标特定的，ICI净化的信道估计在时间和频率上，其中CFO估计被用来解决多普勒模糊度，从而把ICI从敌人到朋友。该算法可以进一步利用ICI效应引入一个额外的维度（即CFO）的目标可分辨性，这使得解决目标位于相同的延迟多普勒角单元。仿真结果表明，该方法的ICI开发能力，并展示其优越的检测和估计性能，在高移动性的情况下，传统的方法。
2021-03-29 cs.IT eess.SP math.IT
Flexible Pilot Contamination Mitigation with Doppler PSD Alignment
在大规模多输入多输出（MIMO）系统中，上行链路（UL）中的导频污染会严重降低基站（BS）处的信道估计质量。因此，探索所有可能的途径以使更多的正交资源用于用户发送非干扰UL导频是至关重要的。在常规设计中，导频正交性通常假定信道增益随时间恒定，这在时间选择性信道的情况下限制了正交资源的量。为了规避这一约束，在本文中，我们展示了如何使正交复用的导频多普勒衰落的情况下，通过调整不同用户的功率谱密度（PSD）。从导出的PSD对齐规则，我们可以看到，即使当这些用户正在经历时变信道时，也可以同时探测多个用户，而不会产生/遭受导频污染。此外，我们提供了信道估计均方误差（MSE）性能的分析公式。计算机模拟进一步证实了PSD对齐可以作为大规模MIMO中UL导频的一种重要净化机制。
2016-08-16 cs.IT math.IT
Performance of Massive MIMO Uplink with Zero-Forcing receivers under Delayed Channels
在本文中，我们分析了大规模多小区多输入多输出（MIMO）系统的上行链路通信的性能下的导频污染和延迟的信道，因为终端移动性的影响。基站（BS）通过上行链路训练来估计信道，然后使用迫零处理来解码来自用户的发送信号。概率密度函数（PDF）的信号与干扰加噪声比推导出任何有限数量的天线。从这个PDF中，我们得到了一个可实现的遍历率与有限数量的BS天线在封闭的形式。洞察力的多普勒频移（由于终端移动性）的影响，在低信号噪声比制度暴露。此外，中断概率的影响进行了研究。此外，功率缩放定律和渐近性能的结果，通过无限增加的天线和终端的数量（当它们的比例是固定的）提供。数值结果表明，性能损失的各种多普勒频移。其中一个有趣的观察结果是，即使在信道老化条件下，大规模MIMO也是有利的。
2016-07-21 cs.IT math.IT
On the Cramer-Rao Lower Bound for Spatial Correlation Matrices of Doubly Selective Fading Channels for MIMO OFDM Systems
本文给出了MIMO OFDM系统在时变多径衰落信道中的CRLB的解析表达式和空间相关矩阵的最大似然估计。分析和数值计算结果表明，样本数量和频率选择性的顺序对CRLB有显着的影响。此外，导频数目、信噪比以及归一化最大多普勒扩展共同影响频率选择性的有效阶数。
2008-11-04 cs.IT math.IT
Sensing Aided OTFS Channel Estimation for Massive MIMO Systems
正交时频空间（OTFS）调制具有在高度移动场景中实现鲁棒通信的潜力。然而，估计OTFS系统的信道与高导频信令开销相关联，该高导频信令开销与最大延迟和多普勒扩展成比例。这对于大规模MIMO系统来说尤其具有挑战性，因为系统开销也随着天线数量的增加而增加。然而，一个重要的观察是，延迟，多普勒，和出发/到达信息的角度直接相关的距离，速度，和移动用户的方向信息和环境中的各种散射体。有了这个动机，我们建议利用雷达感测来获得有关环境中的移动用户和散射体的信息，并利用它来帮助大规模MIMO系统中的OTFS信道估计。作为实现我们的愿景的一种方法，本文将大规模MIMO系统中的OTFS信道估计问题制定为稀疏恢复问题，并利用雷达感测信息来确定支持（非零延迟多普勒抽头的位置）。提出的雷达传感辅助稀疏恢复算法进行评估的基础上准确的三维射线跟踪框架与共存的雷达和通信数据。结果表明，开发的传感辅助解决方案始终优于标准稀疏恢复算法（不利用雷达传感数据），并导致显着减少导频开销，这突出了基于OTFS的大规模MIMO系统的一个有前途的方向。
2022-09-22 cs.IT eess.SP math.IT
A Partial Reciprocity-based Channel Prediction Framework for FDD Massive MIMO with High Mobility
大规模多输入多输出（MIMO）被认为可以为5G及以后提供未被代表的频谱效率增益。然而，在其商业部署过程中出现了一个实际挑战，这被称为“移动性的诅咒”。大规模MIMO系统的性能随着用户速率的增加而急剧下降。在本文中，我们解决了频分双工（FDD）的大规模MIMO与新的信道状态信息（CSI）获取框架的问题。提出了一种用于信道训练的联合角度延迟多普勒（JADD）宽带预编码器。我们的想法包括在开发的FDD和角度延迟多普勒信道结构的部分信道互易性。更精确地，基站（BS）使用矩阵变换（MP）方法基于UL导频来估计UL信道的角度延迟多普勒信息。然后根据提取的参数计算宽带JADD预编码器。之后，用户估计并反馈一些标量系数，以供BS重构预测的DL信道。渐近分析表明，随着基站天线数和带宽的增加，CSI预测误差收敛到零。工业信道模型的数值结果表明，该框架能够很好地适应高速（350 km/h）、大CSI时延（10 ms）和信道采样噪声。
2022-05-26 cs.IT eess.SP math.IT
An Asymptotic Bound on Estimation and Prediction of Mobile MIMO-OFDM Wireless Channels
在本文中，我们推导出一个渐近封闭形式的表达式外推双选择性移动MIMO无线信道的误差界。该界限示出了预测误差与系统设计参数（诸如带宽、天线元件的数量以及频率和时间导频的数量）之间的关系，从而提供了对这些参数对预测性能的影响的有用的见解。数值模拟表明，渐近界提供了一个很好的近似先前推导的界限，同时消除了需要重复计算和依赖于信道参数，如到达角和出发角，延迟和多普勒频移。
2014-07-24 cs.IT math.IT
Terahertz Ultra-Massive MIMO-Based Aeronautical Communications in Space-Air-Ground Integrated Networks
新兴的空-空-地综合网络吸引了大量的研究，需要可靠和高效的航空通信。研究了太赫兹超大规模（UM）MIMO航空通信系统，提出了一种有效的信道估计和跟踪方案，解决了航空太赫兹UM-MIMO信道的{\emph{triple delay-beam-Doppler squint effects}}唯一性导致的性能下降问题。具体地，基于从导航信息获取的粗略角度估计，建立初始航空链路，其中收发器处的延迟波束偏斜可以通过采用可编程真时延迟单元（GTTDU）模块（例如，所设计的基于{\emph{Rotman lens}}的GTTDU模块）。根据提出的先验辅助迭代角度估计算法，可以估计出方位角/仰角，并利用这些角度实现精确的波束对准和改进GTTDU模块，以进一步消除延迟波束斜视。多普勒频移可以随后估计使用所提出的先验辅助迭代多普勒频移估计算法。在此基础上，可以准确地估计路径延迟和信道增益，并通过补偿过程有效地抑制多普勒斜视。对于数据传输，提出了一种基于数据辅助判决的信道跟踪算法，对波束对准后的有效信道进行跟踪。当数据辅助信道跟踪无效时，将在导频辅助信道跟踪阶段利用等效稀疏数字阵列重新估计角度，其中可以基于先前估计的角度来解决角度模糊。仿真结果和推导出的Cramér-Rao下界验证了我们的解决方案的有效性。
2021-03-03 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Channel Reconstruction from Lower Dimensional Multiple Antenna Measurements
提出了一种从低维信道测量重构多输入多输出（MIMO）信道相关矩阵的方法。利用相关矩阵结构的对称性使得能够从可用的低阶测量再现更高维MIMO信道矩阵。这导致允许预测更高维MIMO系统容量的实际重要应用。特别是，我们研究了克罗内克型MIMO信道适合于从空间和极化域的发射-接收衰落的部分信息中重建完整的信道矩阵，并分析了这种模型的有效性条件。重要的信道条件之一是与环境中的非平稳性相关的多普勒频率。我们提出了使用2x2 MIMO信道相关矩阵的簇型散射模型的仿真，以预测2x 4 MIMO系统的性能，包括角功率谱的恢复。在2.5 GHz频带中的双圆极化2 × 4 MIMO陆地移动卫星测量的示例示出了该方法重构空间和极化信道相关矩阵以用于从单天线或单极化测量估计遍历信道容量的适用性。
2016-12-09 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) Massive MIMO
在高移动性场景中，正交时频空间（OTFS）调制优于正交频分复用（OFDM）。OTFS大规模MIMO的一个挑战是由于大量基站天线而导致的下行链路信道估计。本文提出了一种基于三维结构正交匹配追踪算法的信道估计技术来解决这个问题。首先，我们表明OTFS MIMO信道具有3D结构的稀疏性：正常稀疏性沿延迟维度，块稀疏性沿多普勒维度，和突发稀疏性沿角度维度。基于3D结构化信道稀疏性，我们将下行信道估计问题转化为稀疏信号恢复问题。仿真结果表明，该算法能够以较低的导频开销获得准确的信道状态信息。
2019-03-22 cs.IT math.IT
LEO Satellite-Enabled Grant-Free Random Access with MIMO-OTFS
本文研究了低轨卫星支持的免授权随机接入系统中具有大差分时延和多普勒频移的联合信道估计和设备活动检测问题。此外，多输入多输出（MIMO）与正交的时间-频率空间调制（OTFS）被用来对抗地面-卫星链路的动态。为了简化计算过程，我们沿着延迟维度并行估计信道张量。然后，将深度学习和期望最大化方法集成到具有基于互相关的高斯先验的广义近似消息传递中，以捕获延迟多普勒角域中的信道稀疏度并学习超参数。最后，通过计算估计信道的能量来检测活动设备。仿真结果表明，所提出的算法优于传统的方法。
2022-08-03 cs.IT eess.SP math.IT
Enhancing massive MIMO: A new approach for Uplink training based on heterogeneous coherence time
大规模多输入多输出（MIMO）是下一代网络的关键技术之一。由于其可观的频谱和能量效率增益，大规模MIMO系统提供了所需的性能，以应对不断增长的无线容量需求。然而，在时分双工（TDD）和频分双工（FDD）系统中的大规模MIMO中，调度用户的数量仍然有限。这是由于TDD系统中有限的相干时间，以及FDD模式中有限的反馈容量。在当前系统中，TDD模式中的时隙持续时间对于所有用户是相同的。这是一种次优方法，因为用户受到异构多普勒扩展的影响，因此受到不同相干时间的影响。在本文中，我们研究了一个大规模的MIMO系统工作在TDD模式下，上行链路的训练频率不同的用户之间的实际信道相干时间的基础上。我们认为，利用这种多样性优化上行链路训练可以导致相当大的频谱效率增益。然后，我们提供了一个用户调度算法，利用相干间隔为基础的分组，以最大限度地提高可实现的加权和速率。
2017-10-06 cs.IT math.IT
Multichannel group sparsity methods for compressive channel estimation in doubly selective multicarrier MIMO systems (extended version)
我们考虑在双选择性MIMO信道上传输的脉冲成形多载波多输入多输出（MIMO）系统中的信道估计。这种设置包括作为特殊情况的MIMO正交频分复用（MIMO-OFDM）系统。我们发现，在延迟-多普勒域的分量信道往往表现出近似的联合组稀疏结构。然后，我们开发了一个压缩信道估计，利用这种结构，以提高性能。提出的信道估计器使用多通道组稀疏压缩感知的方法，它结合了组稀疏压缩感知和多通道压缩感知的方法。我们推导了信道估计误差的上界，并分析了估计器的计算复杂性。通过引入基础扩展产生增强的联合组稀疏性，以及基础优化算法，该算法能够利用先前的统计信息，如果可用的话，估计器的性能进一步提高。使用基于几何的信道模拟器的模拟表明，由于利用联合组稀疏性和优化的基础的性能增益。
2016-08-01 cs.IT math.IT
Addressing the curse of mobility in massive MIMO with Prony-based angular-delay domain channel predictions
大规模MIMO被广泛吹捧为第五代（5G）移动通信及以后的技术。理论上，大量过剩的基站（BS）天线保证了前所未有的频谱效率增益。不幸的是，在工业测试的初始阶段，出现了一个实际的挑战，这可能会破坏大规模MIMO的实际部署：用户移动性引起的信道多普勒。事实上，测试团队报告说，在中等流动性的情况下，例如，30 km/h的用户设备（UE）速度，与低移动性场景相比，性能下降高达50%，这是一个问题，根源于大规模MIMO对此信道多普勒的严重敏感性，并且没有被关于该主题的许多理论论文预见到。为了处理这种“移动性的诅咒”，我们提出了一种新的形式的信道预测方法，命名为Prony的角度延迟域（PAD）预测，这是建立在利用特定的角度延迟多普勒结构的多径。特别是，我们的方法依赖于5G背景下产生的高角度延迟分辨率。我们的理论分析表明，当基站天线的数量和带宽是大的，我们的PAD算法的预测误差收敛到零的任何UE的速度水平，只要只有两个足够准确的先前的信道样本是可用的。此外，当信道样本是不准确的，我们提出了结合PAD算法与去噪方法的信道估计阶段的基础上的子空间结构和长期统计的信道观测。仿真结果表明，在一个现实的信道模型的3GPP在丰富的散射环境中，我们提出的方法是能够克服这一挑战，甚至接近平稳的情况下，在所有的信道不变化的性能。
2020-05-08 cs.IT eess.SP math.IT
BDMA for Millimeter-Wave/Terahertz Massive MIMO Transmission with Per-Beam Synchronization
针对毫米波/太赫兹频段的宽带大规模多输入多输出（MIMO）传输，提出了基于波束同步的波束分多址（BDMA）技术。我们首先介绍了一个物理动机的波束域信道模型的大规模MIMO和证明，波束域信道元素的包络往往是独立的时间和频率时，在基站和用户终端（UT）的天线的数量趋于无穷大。激励所得出的波束域信道特性，然后，我们提出了PBS毫米波/太赫兹大规模MIMO。我们表明，与传统的同步方法相比，宽带大规模MIMO信道与PBS的有效延迟和多普勒频率扩展减少了UT天线的数量的一个因素。随后，我们将PBS应用于BDMA，研究波束调度以最大化上行链路和下行链路BDMA的可实现遍历速率，并开发了贪婪波束调度算法。仿真结果验证了在典型移动场景下，BDMA结合PBS在mmW/THz宽带大规模MIMO系统中的有效性。
2016-11-14 cs.IT math.IT
Random Access with Massive MIMO-OTFS in LEO Satellite Communications
针对大量物联网设备与低轨卫星进行零星通信的情况，研究了免授权随机接入系统中的联合信道估计和设备活动检测问题。此外，采用具有正交时频空间（OTFS）调制的大规模多输入多输出（MIMO）来对抗地面-卫星链路的动态特性。首先分析了大时延和多普勒频移同时存在时单输入单输出OTFS的输入输出关系，然后将其推广到具有大规模多输入多输出的免授权随机接入OTFS。其次，利用信道在时延-多普勒-角度域的稀疏性，提出了一种二维模式耦合的分层先验与稀疏贝叶斯学习无协方差方法（TDSBL-CF），用于信道估计。然后，通过计算估计的信道的能量来检测活动设备。最后，提出了结合稀疏贝叶斯学习和二维卷积的广义近似消息传递算法（ConvSBL-GAMP），以减少TDSBL-CF算法的计算量。仿真结果表明，所提出的算法优于传统的方法。
2022-08-09 cs.IT eess.SP math.IT
