A Novel RIS-Aided EMF-Aware Beamforming Using Directional Spreading, Truncation and Boosting
本文针对大规模多输入多输出最大比传输波束形成的缺点。在某些传播条件下，当基站长时间服务于同一目标用户设备时，它降低发射功率（并降低接收功率）以避免产生位于天线附近并集中在少数方向（对应于天线和接收机之间的最佳传播路径）上的高暴露区域。在本文中，我们提出了一种新的电磁场感知波束形成方案，该方案（i）通过添加人工传播路径在角域中扩展波束形成辐射方向图，这要归功于可重构智能表面，（ii）在强方向上截断方向图，（iii）在弱方向上增强方向图。与现有的解决方案相比，它最大限度地提高了接收功率。但是，它也消耗更多的能量。最后，在曝光约束下，单独截断是接收功率和能量效率之间的最佳折衷。
2022-06-14 cs.IT eess.SP math.IT
Phase-Center-Constrained Beamforming for Minimizing Phase-Center Displacement
提出相位中心约束波束成形（PCCB）算法，通过约束优化最小化相位中心位移，在保持方向增益的同时减少定位误差，实验显示PCO位移降低五倍。
2025-03-26 eess.SP
Low-complexity Joint Phase Adjustment and Receive Beamforming for Directional Modulation Networks via IRS
智能反射面（IRS）是未来无线通信网络中提高频谱和能量效率的革命性低成本技术。为了在传统的视距（LOS）无线通信环境中产生可控的多径传输，研究了一种IRS辅助的定向调制（DM）网络。为了提高系统的传输安全性和最大化接收功率和（Max-RPS），提出了两种联合设计接收波束形成（RBF）向量和IRS相移矩阵（PSM）的交替优化方案：基于一般交替优化算法的Max-RPS（Max-RPS-GAO）和基于迫零算法的Max-RPS（Max-RPS-ZF）。仿真结果表明，与无IRS辅助方案和无PSM优化方案相比，本文提出的IRS辅助Max-RPS-GAO方法和Max-RPS-ZF方法能够显著提高DM系统的保密率（SR）性能。与Max-RPS-GAO方法相比，Max-RPS-ZF方法具有更快的收敛速度和更低的计算复杂性.
2022-07-11 cs.IT eess.SP math.IT
Bi-directional Beamforming Feedback-based Firmware-agnostic WiFi Sensing: An Empirical Study
Graduate School of Informatics, Kyoto University（京都大学情报学研究科）；Centre of Wireless Communications, University of Oulu（奥卢大学无线通信中心）；School of Engineering, Tokyo Institute of Technology（东京工业大学工学院）；Department of Integrated Information Technology, Aoyama Gakuin Univeristy（青山学院大学综合信息技术系）
本文提出双向波束成形反馈传感框架，通过同时利用AP和STA传输的BFM，提升WiFi传感在人体定位任务中的准确性。
2022-02-28 cs.NI eess.SP
A Full-Stack Open-Source Framework for Antenna and Beamforming Evaluation in mmWave 5G NR
毫米波（mmWave）通信代表了下一代无线技术的主要创新之一，允许用户达到前所未有的数据速率。为了克服毫米波频率下的高路径损耗，这些系统利用定向天线，该定向天线能够使用波束成形（BF）技术将发射功率聚焦到窄波束中，从而使通信定向。这种新的范例为设计高效的无线系统提出了一系列挑战，其中天线和BF组件在协议栈的更高层也起着重要作用。因此，在全栈仿真中对这些组件进行准确建模对于了解整个系统行为至关重要。本文提出了一种用于5G毫米波蜂窝网络端到端仿真的新框架，包括基于射线跟踪的信道模型以及天线阵列和BF方案的精确模型。我们展示了这个框架，通过评估不同的天线和BF配置的性能，同时考虑链路级和端到端的指标，并提出所获得的结果。
2020-11-09 eess.SP
Beamforming and Phase Shift Design for HR-IRS-aided Directional Modulation Network with a Malicious Attacker
本文针对存在全双工恶意攻击者的定向调制系统，提出利用HR-IRS联合优化收发波束成形与相移矩阵以最大化保密速率，并设计两种迭代算法在性能与复杂度之间取得平衡。
2023-04-14 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Power Allocation and Beamforming Design for Active IRS-Aided Directional Modulation Secure Systems
针对安全方向调制网络SR提升受限问题，提出有源IRS辅助网络，设计了LDT-CFFP方法及低复杂度的NSP-MRR-PA方法联合优化功率分配与波束成形，有效提升了系统安全速率。
2024-06-26 eess.SP
Initial Beamforming for Millimeter-Wave and Terahertz Communications in 6G Mobile Systems
为了满足太比特每秒的最高数据率的需求，下一代移动通信系统需要充分利用毫米波和太赫兹波段丰富的频谱资源。然而，高频传输严重依赖于大规模天线阵列来获得高波束成形增益，用于补偿严重的传播损耗。它提出了在初始接入阶段期间的全向波束成形的问题，其中基站需要向其覆盖范围内的所有用户广播同步信号和系统信息。本文提出了一种新的初始波束形成方案，该方案通过形成一对互补波束在各个方向上提供相等的瞬时增益。数值结果表明，该方法可以实现全向覆盖，其性能明显优于随机波束形成方法。它适用于任何形式的大规模阵列，以及所有三种架构，即，数字、模拟和混合波束形成。
2022-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Secure Communications via Joint Optimization of UAV Trajectory and Movable-Antenna Array Beamforming
提出联合优化无人机轨迹与可移动天线阵列可重构波束成形的框架，在保障合法通信的同时提升保密能效与物理层安全。
2025-07-28 eess.SP
Beamforming in the Reproducing Kernel Domain Based on Spatial Differentiation
Graduate School of Design, Kyushu University（九州大学设计研究生院）；Faculty of Design, Kyushu University（九州大学设计学院）
本文提出一种基于空间微分的再生核域波束成形框架，利用多项式微分算子构建任意波束图，并在数学上推广了传统球谐域波束成形器，二维数值仿真验证了其有效性。
2025-10-31 cs.SD eess.AS eess.SP
Circulant Shift-based Beamforming for Secure Communication with Low-resolution Phased Arrays
针对低分辨率相控阵波束缺陷导致能量泄漏易被窃听的问题，提出基于随机循环移位与相位调整的定向调制防御技术，可在不影响目标通信的前提下引入人工相位噪声干扰窃听者，性能优于天线子集调制。
2021-08-10 eess.SP
Energy-efficient Alternating Iterative Secure Structure of Maximizing Secrecy Rate for Directional Modulation Networks
在定向调制（DM）网络中，安全性和隐私性问题已经扮演了越来越重要的角色。由于保密消息和人工噪声的功率分配将对系统性能产生建设性影响，因此联合考虑波束形成向量和功率分配（PA）因子之间的关系是很重要的。为了最大化保密率（SR），提出了波束形成和PA之间的交替迭代结构（AIS）。只需两三次迭代，它就可以快速收敛到其速率上限。仿真结果表明，在中、大信噪比（SNR）区域，特别是当DM发射端的天线数较少时，所提出的AIS的SR性能明显优于基于零空间投影（NSP）的PA策略。
2019-07-16 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Directional Modulation with Movable Antenna Array Aided by RIS
本文研究RIS辅助的可移动天线方向调制安全通信，通过联合优化天线位置、相移矩阵和波束成形向量最大化保密速率，并提出低复杂度算法验证可移动天线优于固定天线。
2025-04-10 eess.SP
Codebook Design and Performance Analysis for Wideband Beamforming in Terahertz Communications
本文针对太赫兹宽带通信中的波束斜视问题，提出基于宽带波束增益指标的模拟波束赋形码本设计方法，通过角度区域划分和增广拉格朗日方法优化求解，并验证了其优于传统窄带码本的性能。
2024-10-22 eess.SP
Joint optimization of microphone array geometry, sensor directivity pattern, and beamforming parameters for linear superarrays
本文提出一种广义线性超阵列优化框架，联合优化阵列几何结构、阵元指向性和波束成形滤波器，以最小化全频段和导向方向的波束图近似误差，显著提升了阵列的指向性与稳定性。
2025-10-28 eess.SP
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
Multiagent Reinforcement Learning based Energy Beamforming Control
超低功率设备使远场无线功率传输成为能量输送的可行选择，尽管存在指数衰减。从站构造电磁波束，使得无线能量定向地集中在超低功率设备周围。能量波束形成由于缺乏对信道状态的反馈而面临着与信息波束形成不同的挑战。已经提出了各种方法，例如一比特信道反馈以提高能量波束形成能力，但它仍然具有相当大的计算开销，并且需要集中计算。宝贵的资源和时间被浪费在来回传输控制信息上。在本文中，我们提出了一种新的多智能体强化学习（MARL）制定基于码本的波束形成控制。它利用了无线供电网络中固有的分布式结构，并为完全本地计算的波束控制算法奠定了基础。源代码可以在https://github.com/BaiLiping/WirelessPowerTransfer上找到。
2020-06-15 cs.SY eess.SP eess.SY
Low-Complexity Learning-Based Beamforming for Ultra-Massive MIMO THz Communications
NIT Warangal（瓦朗加尔国立技术学院）；SnT, University of Luxembourg（卢森堡大学科学与技术中心）；National and Kapodistrian University of Athens（雅典国家与卡波蒂斯坦大学）
本文提出了一种低复杂度的基于机器学习的波束成形方法，用于超大规模MIMO太赫兹通信系统，通过减少计算复杂度提升波束训练效率。
2026-04-20 eess.SP
Beamforming and precoding techniques
波束成形和预编码/组合是旨在在无线通信系统的发射机和/或接收机处处理多天线信号的技术。虽然它们通常用于提高当前和前几代移动通信系统的性能，但预计它们将在第五代（5G）新无线电（NR）蜂窝系统中发挥更重要的作用，其功能已在3GPP 5G标准化过程的第一阶段中定义。除了在传统的蜂窝6 GHz以下频段中工作外，5G NR还经过本地设计，可在更高的毫米波（MMW）频段中工作。在较低频率下，用于5G NR的多天线技术主要是最初为4G长期演进（LTE）设计的技术的改进。相反，为了应对MMW场景的特殊性，例如天线元件数量更多，更定向的传输和更高的路径损耗值，新的动态，用户特定的和计算效率高的多天线解决方案和程序已经被纳入5G NR规范。特别地，由于用于5G NR的多天线技术通常需要详细的信道状态信息（CSI），因此执行了对用于CSI获取和报告的参考信号和过程的集合的完全重新设计。5G NR正在不断发展，新功能将被添加，而现有功能将在5G标准化的第二阶段得到增强，重点是减少CSI开销，对信道之间的空间相关性，非常规传输方法和基于软件的可重构天线的鲁棒性。
2020-04-10 eess.SP
Subarray based Wideband Beamforming and Variational Sparse CSI Estimation for Low-Resolution MU THz MIMO Systems
Indian Institute of Technology Kanpur（印度坎普尔理工学院）；Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦特普尔理工学院）；Qualcomm India Pvt. Ltd.（高通印度私人有限公司）
针对太赫兹MIMO系统的硬件限制和频率相关传播效应，提出基于变分贝叶斯推理的统一信道估计与波束成形框架，采用Bussgang分解处理低分辨率ADC非线性，并利用真时延混合收发器补偿波束斜视效应，实现高精度信道估计和宽带波束对准。
2026-06-04 eess.SP
Two Low-complexity Efficient Beamformers for IRS-and-UAV-aided Directional Modulation Networks
本文提出两种低复杂度波束成形器（Max-SR-SLNR和MRT-NSP-PA），利用IRS和UAV提升定向调制网络的保密速率，仿真验证了性能与复杂度权衡。
2023-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
Beyond Beamforming: Phase-and-Gain Channel Shaping via Rotatable Antenna Arrays
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Guangdong University of Technology（广东工业大学）
本文研究基于可旋转天线阵列的多用户通信系统几何可重构传输，通过联合优化阵列姿态与单元指向实现信道相位与增益的协同塑造，并提出高效优化框架提升加权和速率。
2026-07-03 eess.SP
Energy-Efficient Target-Aware Hybrid Beamforming for THz Near-Field ISAC with Sparse Connectivity
Istanbul Medipol University（伊斯坦布尔梅迪波尔大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
针对太赫兹近场感知通信一体化中扩展目标感知难题，提出利用稀疏诱导栅瓣的稀疏连接混合波束成形架构，通过开关控制网络和协方差驱动框架优化相关参数，实现高感知精度、良好通信性能及节能，是可扩展节能方案。
2026-07-20 eess.SP
Compressive Initial Access and Beamforming Training for Millimeter-Wave Cellular Systems
初始接入（IA）是蜂窝系统中的基本物理层过程，其中用户设备（UE）检测附近的基站（BS）以及获取同步。由于在毫米波IA中使用天线阵列的必要性，还可以推断信道空间信息。现有技术的定向IA（DIA）使用具有有限角分辨率的扇区探测波束，因此需要额外的专用无线电资源、接入延迟和开销以用于精细波束训练。为了解决DIA中的接入延迟和开销问题，本文提出使用准全向伪随机探测波束进行IA，并开发了一种新的算法，用于联合初始接入和精细分辨率初始波束训练，而不需要额外的无线电资源。分析了同步误差下的误检率，推导了频偏下的角度估计的Cramér-Rao下界。在28 GHz下使用mmMAGIC模型的ADDRiGa仿真器进行仿真，结果表明，该方法有利于采用分层波束训练的DIA。与DIA相比，当以相同的发现、训练后SNR和开销性能为目标时，所提出的算法提供了高达两个数量级的访问延迟节省。该结论在具有高达140 m半径的mmW微微小区的各种传播环境和3D位置中成立。
2019-01-31 eess.SP
THz Beam Squint Mitigation via 3D Rotatable Antennas
本文提出利用三维可旋转天线抑制太赫兹宽带波束斜视，通过交替优化与逐次凸逼近联合设计模拟波束赋形和旋转角，以低成本实现宽带广覆盖性能提升。
2025-03-11 eess.SP
Flexible Multi-Beam Synthesis and Directional Suppression Through Transmissive RIS
本文提出一种基于透射式RIS的Max-min优化框架，实现灵活多波束合成与定向抑制，并通过仿真和实验验证了其在波束控制精度和稳健性上的优势。
2025-05-27 cs.IT eess.SP math.IT
Design and Analysis of Phase Conjugation-Based Self-Alignment Beamforming for RIS-Assisted Terahertz SWIPT
本文提出一种基于RIS和相位共轭电路的太赫兹SWIPT自对齐波束赋形架构，通过双向后向反射机制消除高开销波束扫描，实现自主对准，仿真显示其在2.2米链路上达到127.84 Gbit/s容量和13.62 mW接收功率。
2025-10-31 eess.SP
Graph Neural Network Based Hybrid Beamforming Design in Wideband Terahertz MIMO-OFDM Systems
Tufts University（塔夫茨大学）
本文提出一种基于图神经网络的混合波束成形优化方法，通过两类图节点表示模拟和数字波束成形矩阵，在降低计算与内存负担的同时实现接近全数字波束成形的频谱效率，并有效应对太赫兹MIMO-OFDM系统中的波束偏斜问题。
2025-01-27 cs.LG cs.NI eess.SP
Beamforming Technologies for Ultra-Massive MIMO in Terahertz Communications
具有频带$0.1-10$ THz的太赫兹（THz）通信被设想为未来高速无线通信的有前景的解决方案。虽然THz信号具有数十GHz的可用带宽，但THz信号存在严重的自由扩展损耗和分子吸收损耗，这限制了无线传输距离。为了补偿传输损耗，可以应用超大规模多输入多输出（UM-MIMO）技术通过波束形成技术来产生高增益的定向波束。本文综述了太赫兹UM-MIMO系统中的波束形成技术。具体而言，我们首先提出了太赫兹UM-MIMO系统模型，并确定其信道参数和结构类型。然后，我们说明了通过UM-MIMO波束形成的基本原理，并讨论了太赫兹UM-MIMO的远场和近场假设。此外，THz波段的一种重要波束形成策略，即，波束训练，其中概括了波束训练协议和码本设计方法。分别研究了THz UM-MIMO系统中智能反射面辅助的联合波束形成和多用户波束形成。分析了太赫兹波束形成中的空间宽带效应和频率宽带效应，并提出了相应的解决方案。此外，我们提出了相应的制造技术和照明的新兴应用受益于太赫兹波束成形。最后强调了THz UM-MIMO系统面临的挑战和未来的研究方向。
2023-03-13 cs.IT eess.SP math.IT
Steerable Invariant Beamformer Using a Differential Line Array of Omnidirectional and Directional Microphones with Null Constraints
针对雅可比-安格尔展开法依赖理想波束图解析表达式和截断阶数选择的局限性，提出基于零约束的多约束优化方法，设计全向与定向麦克风混合线阵列的频率与可控不变差分波束形成器，提升灵活性、鲁棒性及性能。
2025-08-25 eess.SP
On the Extension of Differential Beamforming Theory to Arbitrary Planar Arrays of First-Order Elements
STMicroelectronics（意法半导体）
针对传统差分波束形成假设全向单元而实际换能器具有频率相关指向性的问题，提出广义模态匹配框架，适用于任意一阶指向性单元平面阵列，实现频率不变波束形成，仿真验证了其准确性和稳健性。
2026-09-14 eess.AS eess.SP
Terahertz Beam Squint Mitigation via Six-Dimensional Movable Antennas
National Key Laboratory of Wireless Communications, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Glasgow College, University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学格拉斯哥学院）
本文提出六维可移动天线架构，通过联合优化波束成形向量、天线位置和旋转角度，解决宽频带宽波束覆盖问题，实现低成本高效太赫兹通信。
2026-03-25 eess.SP
Phasor-Pursuit Directional Modulation
针对小型相控阵旁瓣信息易被长期积分窃听的问题，提出基于实值相位旋转的相量追踪DM框架，以更小功率损失和更丰富权重提升保密容量。
2025-03-13 eess.SP
Efficient Graph Neural Networks for Multicarrier Wideband Hybrid Beamforming Optimization
Tufts University（塔夫茨大学）
本文提出用图神经网络优化多载波宽带混合波束成形，通过三种结构设计应对波束斜视，性能优于传统方法和现有ML方案，且对不完美CSI鲁棒，可泛化至多用户场景。
2026-10-01 cs.LG cs.NI eess.SP
InFocus: A spatial coding technique to mitigate misfocus in near field LoS beamforming
针对宽带大规模相控阵在近场因频率相关波束成形器失配导致的失焦问题，提出空间调频编码方法InFocus，并证明其可同时缓解近场失焦与远场波束斜视、提升数据速率。
2021-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
Enhanced Secrecy Rate Maximization for Directional Modulation Networks via IRS
智能反射面（IRS）具有低成本、高能效等优点，是未来第六代无线通信的重要技术。针对传统定向调制（directional modulation，DM）中Alice在视距信道中使用多天线只向Bob发送单个机密比特流（confidential bit stream，CBS）的问题，提出了IRS方法，为DM创建友好的多径，使得Alice可以向Bob发送两个CBS。这将大大提高DM的保密率（SR）。为了最大化SR（Max-SR），利用IRS相移矩阵（PSM）的单位模约束建立了一个通用的非凸优化问题，并提出了通用交替迭代（GAI）算法，通过交替优化一个和固定另一个来联合获得发射波束形成向量（TBV）和PSM。为了降低Max-SR算法的高复杂度，通过对TBV施加零空间约束，提出了一种低复杂度的Max-SR迭代算法，称为NS投影（NSP）。这里，每个CBS在其他CBS和AN信道的NS中被单独地发送。仿真结果表明，在高信噪比区域，对于大规模IRS，所提出的GAI和NSP的SR可以大约是基于IRS的DM与单个CBS的两倍。
2020-08-12 cs.IT eess.SP math.IT
A Unified 3D Beam Training and Tracking Procedure for Terahertz Communication
太赫兹（THz）通信被认为是克服带宽瓶颈和满足未来不断增长的容量需求的一种有吸引力的方式。由于太赫兹波的高方向性和传播损耗，使用波束形成的大规模MIMO系统被认为是一种有前途的技术，在太赫兹通信中实现高增益和定向传输。然而，导频，这是许多波束形成方案的基础，是具有挑战性的准确检测在太赫兹波段由于严重的传播损耗。为了有效地实现太赫兹通信中的波束形成，考虑视距传播，提出了一种统一的三维波束训练和跟踪方法。特别是，一种新的四均匀平面阵列（QUPA）结构进行了分析，以扩大信号覆盖范围，增加波束增益，并减少波束斜视损失。在此基础上，提出了一种低复杂度的三维网格波束训练算法，包括三维码书的设计和训练协议的设计。最后，一个简单而有效的基于网格的混合（GBH）波束跟踪研究，以支持太赫兹波束形成的有效方式。基于该过程的通信框架可以根据实时服务质量动态地触发波束训练/跟踪。数值结果表明，我们提出的波束训练和跟踪的基准方法的优越性。
2021-10-03 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis of Beam Sweeping Techniques for Cell-Discovery in mm Wave Systems
小区发现是用户设备（UE）找到合适的基站（BS）以建立通信链路的过程。当利用天线阵列的波束成形在发射机和接收机两者处完成时，mm波系统中的小区发现还涉及找到UE与检测到的BS之间的正确的到达角-离开角对准。首先，我们考虑单基站的情况下，提出了数学模型的小区发现问题。我们提出了基于波束扫描的技术的细节，并解释了波束合并方案，以减少训练开销。我们分析了在一些信道假设下，针对波束扫描和波束合并方法，UE处的能量检测器的性能。此外，我们考虑多个BS的情况下，BS发送同步信号连同定向波束成形。我们也分析了这种情况下能量检测器的性能。最后，我们提出了使用通用毫米波信道仿真器产生的信道的仿真研究，并得出推论的细胞发现性能的各种参数的作用。
2021-11-30 cs.IT eess.SP math.IT
