Optimal QAM Constellation for Over-the-Air Computation in the Presence of Heavy-Tailed Channel Noise
KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Imperial College London（伦敦帝国学院）
本文提出了一种在重尾干扰环境下优化QAM星座以提升空中计算性能的方法。
2026-02-24 cs.IT eess.SP math.IT
Capacity-based Spatial Modulation Constellation and Pre-scaling Design
为提升空间调制性能，本文提出无信道状态信息反馈下基于BICM容量最大化的非均匀星座图与预缩放系数优化设计方案，仿真证明其能带来显著性能增益，有望应用于未来6G。
2023-10-24 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Dimensional and Non-Uniform Constellation Optimization via the Special Orthogonal Group
以优化有限星座在瑞利衰落信道中的CM容量为目标，我们构造了一个2次方的旋转矩阵族，该旋转矩阵族优化了控制CM容量的目标函数。我们的构造不依赖于关于星座、维度或信噪比的任何假设。我们通过大量的模拟，确认了我们的建设均匀和非均匀星座在大范围的SNR值的好处。我们表明，在两个和四个维度可以获得进一步的潜在增加CM容量，共同考虑非均匀和旋转星座。
2014-09-25 cs.IT math.IT
Optimized Constellation Design for Two User Binary Sensor Networks Using NOMA
本文研究两用户二进制传感器网络在高斯多址信道下的数据融合，引入NOMA原理，通过解析推导误码概率上界并闭式求解最优旋转参数来设计星座，仿真验证其性能接近实验最优星座。
2023-05-31 cs.IT math.IT
Polar Coded Modulation with Optimal Constellation Labeling
提出了一种实用的具有最优星座标记的$2^m$元极化码调制（PCM）方案.为了有效地找到最佳的标记规则，搜索空间通过利用信道的对称性来减小。仿真结果表明，所提出的PCM方案比WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）移动通信系统中使用的比特交织Turbo编码调制方案的性能提高了1.5dB。
2013-07-10 cs.IT math.IT
Detection Schemes with Low-Resolution ADCs and Spatial Oversampling for Transmission with Higher-Order Constellations in the Terahertz Band
本文研究太赫兹SIMO系统中低分辨率ADC与空间过采样下的检测方案，提出最优及次优检测器，并通过星座优化显著降低高阶QAM传输的符号错误率。
2025-02-05 cs.IT eess.SP math.IT
Design and Detection of Unitary Constellations in Non-Coherent SIMO Systems for Short Packet Communications
本文针对非相干SIMO短包通信，提出由幅度与PSK矢量笛卡尔积构造的多符号酉星座，搭配两种多项式复杂度迭代检测器，在块瑞利衰落信道下以低复杂度实现接近最优的误码性能。
2023-11-07 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-level Design for Multiple-Symbol Non-Coherent Unitary Constellations for Massive SIMO Systems
研究了块瑞利衰落信道下单输入多输出（SIMO）系统的非相干检测问题。利用Kullback-Leibler散度作为设计准则，提出了一种多符号星座优化问题，该问题的构造和检测具有较高的计算复杂性。我们利用制定的问题的结构和解耦成一个单一的星座设计和多层次的设计。所提出的多级设计在构造和检测方面都具有较低的复杂度。仿真结果表明，我们的多级设计具有更好的性能比传统的基于导频的方案和其他现有的低复杂度的多级设计。
2022-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Constellation Design for Multi-color Visible Light Communications
在本文中，我们提出了一种新的高维星座设计方案的可见光通信（VLC）系统采用红色/绿色/蓝色发光二极管（RGB LED）。它实际上是一种广义的色移键控（CSK）方案，其不会由于所有星座符号的约束和强度而遭受效率损失。关键的照明要求被纳入优化约束。为了控制非线性失真，LED的光学峰均功率比（PAPR）被单独地约束。固定平均光功率，我们的方案是能够实现更低的比特出错率（BER）比传统的方案，特别是当照明颜色是更“不平衡”。当多个光信道之间存在串扰时，我们应用基于奇异值分解（SVD）的预均衡器并重新设计星座图，这种方案优于基于迫零或线性最小均方误差（LMMSE）原则的后均衡方案。为了进一步降低系统误码率，首次采用二进制切换算法（BSA）标记高维星座。因此，我们获得了最佳的比特到符号的映射。
2014-10-22 cs.IT math.IT
Deep Learning-Based Constellation Optimization for Physical Network Coding in Two-Way Relay Networks
Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL)（三菱电机研究实验室）；Yokohama National University（横滨国立大学）
研究了深度学习（DL）在物理层网络编码（PNC）双向中继星座图优化中的新应用，其中在每个终端和中继节点处采用基于深度神经网络（DNN）的调制和解调。我们训练DNN，使得交叉熵损失直接最小化，因此它最大化了可能性，而不是考虑星座的欧几里得距离。所提出的方案可以扩展到更高级别的星座与DNN结构的轻微修改。仿真结果表明，一个显着的性能增益方面的可实现的和速率超过传统的中继方案。此外，由于我们的DNN解调器直接输出逐位概率，因此可以直接与软判决信道解码级联。
2019-03-09 cs.IT cs.LG eess.SP
Optimal Probabilistic Constellation Shaping for Covert Communications
在本文中，我们研究了最佳的概率星座成形设计隐蔽通信系统从实用的角度来看。与传统的等概率星座调制的隐蔽通信不同，本文提出了非等概率星座调制方案，进一步提高了隐蔽率。具体来说，我们推导出实际的离散星座输入的第一次隐蔽率表达式。然后，我们研究了联合优化星座分布和功率分配的隐蔽率最大化问题。特别地，提出了一种近似梯度下降方法来获得最佳的概率星座成形。为了在计算复杂性和传输性能之间取得平衡，我们进一步开发了一个框架，最大限度地提高了可实现速率的下限，其中最佳概率星座成形问题可以有效地解决使用Frank-Wolfe方法。大量的数值结果表明，优化的概率星座成形策略提供了显着的收益，在可实现的隐蔽率超过国家的最先进的计划。
2022-08-30 cs.IT cs.NA math.IT
Optimal Constellations for the Low SNR Noncoherent MIMO Block Rayleigh Fading Channel
当每个自由度的信噪比（SNR）较低时，考虑了离散输入/连续输出非相干多输入多输出（MIMO）瑞利块衰落信道中的可靠通信。提出并解决了两个关键问题，以获得最佳的离散输入。在这两个问题中，输入星座的每个空时时隙的平均和峰值功率受到约束。在第一个问题中，输入星座的峰值功率与平均功率比（PPAPR）保持固定，而在第二个问题中，峰值功率独立于平均功率而固定。在第一个PPAPR约束问题中，互信息，其增长为O（SNR ^2），最大化到SNR的二阶。在第二个峰值约束问题中，其中互信息表现为O（SNR），明确表征了直到一阶最优的星座结构，或者等效地，最小化能量/比特的星座结构。此外，在一阶最优的星座中，表征了使互信息最大化到二阶或等效地宽带斜率的星座。在PPAPR约束和峰值约束问题中，最优星座以封闭形式作为非凸优化的解获得，有趣的是，它们被发现是相同的。由于其特殊的结构，通常的解决方案被称为空时正交秩一调制（STORM）。在这两个问题中，可以看出，STORM提供了非相干MIMO容量的行为的尖锐表征。
2008-09-22 cs.IT math.IT
On the Diversity-Multiplexing Tradeoff of Unconstrained Multiple-Access Channels
本文研究了无功率约束（无限星座）的多输入多输出衰落多址信道的最优分集复用折衷（DMT）问题。对于K个用户（K>1），每个用户M个发射天线，以及N个接收天线，示出了一般的无限星座和具体的格，以在N等于或大于（K+1）M-1的情况下获得有限星座的最佳DMT，即，用户有限的制度。另一方面，当N<（K+1）M-1时，证明了无限星座不能达到最优DMT。这与点对点情况相反，在点对点情况下，无限星座对于任何M和N都是DMT最优的。一般来说，这项工作表明，当网络负载很重时，即K>max（1，（N-M+1）/M），在解码过程中考虑成形区域在追求最佳DMT中起着至关重要的作用。通过研究无限星座是最优和次优的情况，本文还给出了多址信道中无限星座DMT的几何解释。
2015-05-20 cs.IT math.IT
Error Rates of the Maximum-Likelihood Detector for Arbitrary Constellations: Convex/Concave Behavior and Applications
基于凸优化技术的兴起，研究了AWGN信道下最大似然检测器的出错率的凸性/凸性特性，并将其推广到频率平坦的慢衰落信道。通用条件下，符号出错率（SER）是凸/凹的任意多维星座。特别地，SER对于任何一维和二维星座在SNR上是凸的，并且在高SNR下在更高维度上也是凸的。对于任意星座和比特映射，成对错误概率和比特出错率在高信噪比下是凸的。SER的一阶和二阶导数的普遍界，得到的任意星座，其中一些是紧的。最后讨论了这些结果的应用，包括空间复用系统中的最优功率分配、降低或增加（干扰问题）出错率的最优功率/分时分配、衰落信道的意义（“低维衰落永远不好”）以及酉预编码OFDM系统的优化。例如，揭示最佳和最差预编码的具有QPSK调制的酉预编码OFDM系统的出错率界限被扩展到也可以包括编码的任意星座。报告的结果也适用于高斯近似下的干扰信道，误码率时，它可以表示或近似为一个非负的线性组合的个别符号出错率，和编码系统。
2009-11-19 cs.IT math.IT
Rotating Non-Uniform and High-Dimensional Constellations Using Geodesic Flow on Lie Groups
我们使用的旋转矩阵的李群的数值算法，以获得旋转星座瑞利衰落信道。我们的方法最小化成对错误概率的联合界，以产生针对给定信噪比优化的旋转。这种方法避免了旋转矩阵的显式参数化，这在以前已经阻止了将鲁棒的数值方法应用于星座旋转。我们的算法适用于任意维度的任意有限星座，因此可以将我们的方法应用于非均匀星座，由于它们能够增加BICM容量，因此对实际问题感兴趣。我们展示了我们的旋转如何提高非均匀星座的码字错误性能，我们还应用我们的方法来再现和提高旋转的理想格在分圆领域。
2013-09-20 cs.IT math.IT
Designing Enhanced Multi-dimensional Constellations for Code-Domain NOMA
本文提出了一种改进的多维星座设计，它在码域非正交多址接入（CD-NOMA）等通信系统中起着关键作用。MD星座是有吸引力的，因为如果适当设计，它们的结构特性导致信号空间分集，从而改善出错率性能。不同于现有的作品，主要集中在MD星座与大的最小欧几里德距离（MED），我们寻找新的MD星座与额外的功能，最小产品距离（MPD）也很大。为此，一个非凸优化问题制定，然后解决的凹凸过程（CCCP）。与最先进的文献相比，我们提出的MD星座在Rayleigh衰落信道上显着提高了错误性能，同时在高斯信道上保持了几乎相同的性能。为了证明他们的应用程序，我们还表明，这些MD星座产生良好的码本稀疏码多址系统。所有获得的MD星座可以在https://github.com/Aureliano1/Multi-dimensional-constellation中找到。
2022-07-21 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity and Optimal Handover in Satellite Mega-Constellations under Finite Serving Times
Monash University（蒙纳士大学）
本文研究了在任意切换策略和有限服务时间下，低地球轨道 mega-星座链路的 ergodic 容量特性，提出了基于半随机卫星信道的模型，并通过非线性分数规划方法得出了最优切换策略。
2026-09-14 cs.IT math.IT
Joint Constellation Design for the Two-User Non-Coherent Multiple-Access Channel
本文研究了两用户非相干多址信道（MAC）下的联合星座设计问题。基于对非相干最大似然（ML）检测误差的分析，我们提出了新的设计准则，使错误概率最小化。基于这些标准，我们提出了一个简单而有效的建设，包括在划分一个单用户星座。数值结果表明，我们提出的指标是有意义的，并可以作为目标，通过数值优化，性能优于其他计划相同的传输速率和功率生成星座。
2020-01-16 cs.IT math.IT
Optimal Beamwidth and Altitude for Maximal Uplink Coverage in Satellite Networks
密集的卫星星座最近成为补充地面网络实现真正全球覆盖的一个突出解决方案。因此，可以采用分析优化技术来迅速最大限度地提高这种卫星网络的效益。本文提出了一个框架，依赖于两个主要的调谐参数，以优化上行链路的性能：（i）星座高度和（ii）卫星天线波束宽度。该框架利用工具，从随机几何推导出的分析模型，制定了一个参数上行链路覆盖问题，其中还包括用户流量需求作为输入。这使得运营商能够设计上行链路扩展策略，以满足不断增长的用户需求。该框架表明，微调这些参数可以显着提高网络容量。我们表明，随机星座的优化与Walker-delta和Walker-star等实用卫星星座的优化非常接近。
2021-10-13 cs.IT math.IT
Sphere Lower Bound for Rotated Lattice Constellations in Fading Channels
研究了频率平坦Nakagami- $m$块衰落信道中旋转格型星座的误码性能。特别是，我们使用的球体下界的基础上的无限格作为性能基准。我们证明了球面下界具有充分的多样性。我们观察到，具有最大已知最小乘积距离的最佳旋转格执行非常接近下限，而随机旋转的集合缺乏多样性，并且执行远离它。
2007-07-04 cs.IT math.IT
Linear Precoding for MIMO Channels with QAM Constellations and Reduced Complexity
本文研究了结合正交幅度调制（QAM）的多输入多输出（MIMO）系统中线性预编码器的设计问题。首先，基于Gauss-Hermite求积准则，提出了一种新的有效的方法来计算一般多输入多输出（MIMO）系统的输入输出互信息及其相应的梯度。然后，该方法被利用在块坐标梯度上升优化过程中，以确定全局最优的线性预编码器相对于MIMO输入输出互信息的QAM系统与相对适中的MIMO信道大小。所提出的方法接下来与复杂度降低的每组处理（PGP）技术结合应用，该技术是半最优的，以在发射机（CSIT）处完美的信道状态信息以及统计信道状态信息（SCSI）场景，具有高发射和接收天线尺寸，并且星座尺寸高达$M=64$。我们的数值结果表明，开发的预编码器提供显着更好的性能比没有预编码器的配置，和最大分集预编码器的QAM星座大小$M=16,~32$，$~64$和MIMO信道大小$100\times100$。
2016-03-09 cs.IT math.IT
Function Computation Over Multiple Access Channels via Hierarchical Constellations
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出了一种基于分层星座的编码-调制框架，实现多接入信道上的低延迟函数计算，通过屏蔽机制减少误差传播，最终在信息论上达到最优性能。
2026-01-17 cs.IT math.IT
Optimal Non-coherent Data Detection for Massive SIMO Wireless Systems with General Constellations: A Polynomial Complexity Solution
大规模MIMO系统可以通过利用大型天线阵列来大大提高传统MIMO系统的频谱和能量效率。然而，在大规模MIMO系统中，增加基站（BS）处的天线数目使得上行链路非相干数据检测非常具有挑战性。在本文中，我们考虑的联合最大似然（ML）信道估计和数据检测问题的大规模SIMO（单输入多输出）无线系统，这是一个特殊的情况下，无线系统与大型天线阵列。我们提出了精确的ML非相干数据检测算法的恒模和非恒模星座，具有较低的预期复杂度。尽管大量的未知信道系数的大规模SIMO系统，我们表明，这些算法的预期计算复杂性是线性的接收天线的数量和多项式的信道相干时间。仿真结果表明，性能增益（高达5 dB的改善）的最佳非相干数据检测与低计算复杂性。
2015-07-10 cs.IT math.IT
Geometric Shaping of 2-Dimensional Constellations in the Presence of Laser Phase Noise
在本文中，我们提出了一种几何成形（GS）策略，设计8，16，32和64进制调制格式的光纤信道中受到加性白高斯（AWGN）和相位噪声。星座进行了优化，以最大限度地提高广义互信息（GMI）使用不匹配的信道模型。所提出的格式表现出增强的信号噪声比（SNR）的宽容度在高相位噪声制度相比，其正交幅度调制（QAM）或AWGN优化的同行。通过把优化结果的上下文中的400 ZR实施协议，我们表明，GS单独可以放宽激光线宽（LW）或载波相位估计（CPE）的要求，400 Gbit/s的传输链路及以上。在GMI验证之后，根据根据400 ZR实施协议实施的软判决（SD）扩展汉明码（128，120）的后前向纠错（FEC）误码率（BER）检查了所呈现格式的性能。我们展示了高达1.2 dB的增益相比，64进制AWGN形格式。
2020-07-20 cs.IT math.IT
Generalized Nearest Neighbor Decoding: General Input Constellation and a Case Study of Interference Suppression
针对一般输入星座推导最优GNND准则，并将其用于多用户上行干扰抑制，实现近互信息速率且显著优于信道线性化方案。
2025-06-09 cs.IT math.IT
Towards Optimal Constellation Design for Digital Over-the-Air Computation
KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Digital Futures of KTH（KTH数字未来中心）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文针对空中计算提出一种数字调制框架，将最优星座设计建模为功率约束下最小化均方误差的加性映射问题，给出解的唯一性条件及高信噪比下的闭式解，并扩展到高维网格、非高斯噪声和混合调制场景。
2025-11-09 cs.DC cs.IT math.IT
