Ultra Wideband Impulse Radio Systems with Multiple Pulse Types
在超宽带（UWB）脉冲无线电（IR）系统中，采用多个脉冲来表示一个信息符号，每个脉冲在称为“帧”的间隔中发送。传统上，在所有用户的所有帧中使用单一类型的UWB脉冲。在本文中，红外系统与多种类型的UWB脉冲，其中不同类型的脉冲可以使用在不同的帧由不同的用户。存储参考（SR）和传输参考（TR）系统被认为是。首先，研究了极性随机化多脉冲红外系统的光谱特性。结果表明，平均功率谱密度是不同脉冲形状的谱内容的平均值。然后，推导了异步多用户环境下RAKE接收机的多脉冲SR-IR系统误码率的近似闭式表达式。分析了帧间干扰（IFI）和多址干扰（MAI）的影响。理论和仿真结果表明，SR-IR系统是更强大的对IFI和MAI比“传统”SR-IR系统可以设计有多种类型的超宽带脉冲。最后，扩展到多脉冲TR-IR系统进行了简要描述。
2005-10-23 cs.IT math.IT
Sparse Channel Estimation in Wideband Systems with Geometric Sequence Decomposition
宽带信道中多径信道的稀疏性促使压缩感知技术在信道估计中的应用。在这封信中，我们提出了一种不同的方法来稀疏信道估计。我们利用的事实，$L$抽头的信道脉冲响应在时域构成一个非正交叠加的$L$几何序列在频域。这将信道估计问题转化为几何序列参数的提取问题。数值结果表明，该方案在高信噪比和大带宽条件下优于现有算法。
2021-10-25 cs.IT eess.SP math.IT
Power-Efficient Ultra-Wideband Waveform Design Considering Radio Channel Effects
提出了一种考虑无线信道影响的低功耗屏蔽约束超宽带（UWB）波形设计方法。基于有限脉冲响应（FIR）滤波器，我们开发了一个凸优化模型的滤波器系数的自相关优化发射信号功率谱，受监管的发射屏蔽。为了提高功率效率，发射机射频（RF）分量的影响被包括在发射机输出波形的优化中，并且无线电传播影响被考虑用于在接收机处进行优化。FIR滤波器的最佳系数是通过对其自相关函数进行谱分解得到的。仿真结果表明，该方法能够在监管机构设定的掩码约束下最大化UWB信号的发射功率，同时减小信道衰减造成的功率损失。
2010-05-11 cs.IT math.IT
Theoretical Analysis of the Energy Capture in Strictly Bandlimited Ultra-Wideband Channels
无线通信信道的频率选择性可以通过信道脉冲响应的延迟扩展Ds来表征。如果延迟扩展与输入信号的带宽W相比很小，即Ds*W近似等于1，则信道表现为平坦衰落。对于Ds*W >> 1，信道表现为频率选择性的，这通常是宽带信号的情况。在第一种情况下，精度远高于采样时间T = 1/W的小尺度同步是至关重要的。在本文中，它是由分析手段，这是不同的宽带制度。这里，具有精度T的同步是足够的，并且小规模同步不能进一步增加接收器处的捕获能量。仿真结果表明，对于IEEE 802.15.4a信道模型，这种效应在W > 50 MHz时已经发生。
2008-08-07 cs.IT math.IT
Graph-based Detection of Multiuser Impulse Radio Systems
脉冲无线电（IR）是一种宽带调制技术，它可以通过采用随机跳时（TH）与重复传输相结合来支持多个用户。后者旨在减轻碰撞的影响。这项工作采用了一个图形模型来描述的多用户系统，反过来，有利于列入一般的编码方案。基于系统的因子图表示，提出了几种迭代多用户检测器。这些检测器适用于任何二进制线性编码方案。所提出的多用户检测器的性能进行了评估，通过模拟揭示大的增益与低复杂度。
2021-05-23 cs.IT eess.SP math.IT
Wideband Subspace Estimation Through Projection Matrix Approximation
在本文中，我们提出了一种宽带子空间估计方法，通过其正交投影矩阵在每个频率的信号子空间的特征。基本上，该方法将该投影矩阵建模为可以通过多项式近似的频率的函数。它提供了两个改进：沿给定频带表示信号子空间所需的参数数量的减少以及宽带到达方向（DOA）估计器（诸如非相干多信号分类（IC-MUSIC）和投影子空间的修正的可分辨性测试（MTOPS））的质量改进。粗略地说，该方法将多项式拟合到在一组频率处获得的一组投影矩阵估计，然后使用多项式作为信号子空间的表示。本文包括推导渐近界的偏差和均方根（RMS）误差的投影矩阵估计和数值评估的方法，并结合前两个波达方向估计。
2021-11-26 cs.IT math.IT
Two-Dimensional AoD and AoA Acquisition for Wideband mmWave Systems with Cross-Polarized MIMO
针对宽带毫米波多输入多输出系统，提出了一种基于交叉极化天线阵元的二维的【形】超分辨出射角和到达角估计方法。所提出的方法的关键成分是形成定制设计的波束对，并设计一个可逆的函数的AoD/AoA从相应的波束对进行估计。此外，一个新的多层参考信号结构的开发所提出的方法，以促进角度估计的宽带信道与交叉极化天线元件。针对闭环频分跟踪系统中反馈问题，提出了一种新的微分反馈控制策略，用于二维的【形】角度估计。数值结果表明，该方法在不同信噪比、信道条件和天线阵列配置下均能获得较好的方位角/仰角AoD和AoA估计性能。
2017-02-08 cs.IT math.IT
Reduced Complexity Demodulation and Equalization Scheme for Differential Impulse Radio UWB Systems with ISI
本文研究了具有码间干扰（ISI）的差分冲激无线电（IR）超宽带（UWB）系统的解调和均衡问题。差分红外超宽带系统近年来得到了广泛的讨论。差分红外超宽带系统的优点是接收机前端结构简单。在具有ISI的这种系统的解调和均衡中的一个挑战是系统具有相当复杂的模型。系统的输入和输出信号遵循二阶Volterra模型。此外，输出端的噪声取决于数据。在本文中，我们提出了一种降低复杂度的联合解调和均衡算法。该算法将最近邻译码问题转化为一个混合二次规划问题，并利用半定松弛算法。数值结果表明，所提出的解调均衡算法具有较低的计算复杂性，同时，与最大似然译码算法相比，具有几乎相同的错误概率性能。
2009-03-02 cs.IT math.IT
Joint Multiple Symbol Differential Detection and Channel Decoding for Noncoherent UWB Impulse Radio by Belief Propagation
针对非相干差分超宽带脉冲无线电（UWB-IR）系统，提出了一种基于置信传播（BP）消息传递算法的联合多符号差分检测（MSDD）和信道译码方案。MSDD是提高非相干差分UWB-IR系统性能的有效手段。为了优化UWB-IR的整体检测和解码性能，本文提出了一种新的软输入软输出（SISO）MSDD方案，并将其与非相干差分UWB-IR的SISO信道解码相结合。建议的AcR可以利用整个数据包中的数据符号之间的依赖性（施加的差分调制）。信号概率模型具有隐马尔可夫链结构。我们使用因子图来表示这个隐马尔可夫链。然后，在因子图上应用BP消息传递算法，提出了一种SISO MSDD方案，该方案比以前的MSDD方案性能更好，并且易于与SISO信道译码结合，形成联合MSDD和信道译码方案。仿真结果表明，我们的MSDD方案和联合MSDD和信道解码方案的性能优势。
2015-05-26 cs.IT math.IT
Wireless Throughput and Energy Efficiency with Random Arrivals and Statistical Queueing Constraints
研究了随机到达数据和统计衰落约束条件下衰落信道的吞吐量和能量效率。特别是，马尔可夫到达模型，包括离散时间马尔可夫，马尔可夫流体，马尔可夫调制泊松源被认为是。利用时变信源的有效带宽和时变无线传输的有效容量，刻画了在统计约束条件下的最大平均到达率.对于两状态（ON/OFF）源模型，吞吐量以封闭形式确定为源统计、信道特性和服务质量（QoS）约束的函数。在一定的渐近制度下，进一步研究了放。此外，能量效率进行了分析，通过确定每比特的最小能量和宽带斜率在低信噪比（SNR）的制度。总体而言，源特性，QoS要求，和信道衰落的相关性的吞吐量和无线系统的能源效率的影响被确定。
2015-09-14 cs.IT math.IT
Beam Squint and Channel Estimation for Wideband mmWave Massive MIMO-OFDM Systems
随着宽带毫米波（mmWave）通信中天线阵列规模的不断增大，电磁波在整个阵列中传播的物理传播延迟将变得很大，并且与时域采样周期相当，这就是所谓的空间宽带效应。在这种情况下，正交频分复用（OFDM）系统中的不同子载波在同一条路径上会“看到”不同的到达角（AoA），这种由空间宽带效应引起的波束偏斜效应使得传统的基于多输入多输出（MIMO）模型的信道估计和预编码等方法不再适用。在讨论了波束倾斜与空间宽带效应的关系后，提出了一种考虑波束倾斜效应的混合模拟/数字预编码频分双工（FDD）mmWave大规模MIMO-OFDM系统信道估计方法。提出了一种超分辨率压缩感知方法，用于提取每个上行信道路径的频率不敏感参数，AoA和时间延迟，以及频率敏感参数，即，复信道增益。在FDD系统中，利用这些频率不敏感参数的互易性，可以大大简化下行信道估计，只需要有限的导频就可以获得下行复增益，重构下行信道。此外，上行链路和下行链路信道协方差矩阵可以从这些频率不敏感的信道参数而不是通过长期平均来构造，这使得最小均方误差（MMSE）信道估计能够进一步增强性能。数值结果表明，该方案优于传统的方法在毫米波通信。
2019-03-04 cs.IT math.IT
Optimal and Suboptimal Finger Selection Algorithms for MMSE Rake Receivers in Impulse Radio UWB Systems
针对脉冲无线电超宽带系统，研究了最小均方误差（MMSE）选择性Rake接收机中多径分量的选择问题。首先，最佳的手指选择问题被制定为一个非凸目标函数的整数规划问题。然后，用凸函数逼近目标函数，用约束松弛技术求解整数规划问题。所提出的算法是次优的，由于近似的目标函数和约束松弛步骤。然而，它们比传统的指选择算法表现得更好，传统的指选择算法是次优的，因为它忽略了多径分量之间的相关性，并且它们可以非常接近由于其复杂性而无法在实践中实现的最优方案。除了凸松弛技术，一个遗传算法（GA）为基础的方法，它不需要任何近似或整数松弛。该迭代算法基于对目标函数的直接评估，通过合理的迭代次数可以获得接近最优的性能。仿真结果表明，所提出的手指选择算法的性能与传统的和最佳的计划。
2006-04-23 cs.IT math.IT
Performance Evaluation of Impulse Radio UWB Systems with Pulse-Based Polarity Randomization
本文分析了基于脉冲极性随机化的二进制相移键控随机跳时脉冲无线电系统的性能。在频率选择性信道传输被认为是和帧间干扰和多址干扰的通用Rake接收机的性能的影响进行了研究，同步和异步系统。封闭形式（近似）表达式的错误，是有效的各种Rake组合方案的概率。异步系统被建模为一个芯片同步系统，具有均匀分布的干扰用户的发送脉冲的定时抖动。该模型允许开发的同步情况下的分析技术扩展到异步的情况下。的比特错误的概率，表示在发送脉冲的自相关函数的近似封闭形式的表达式，推导出异步的情况下。然后，在一个加性高斯白噪声信道的传输作为一个特殊的情况下进行了研究，多址干扰的影响进行了研究，同步和异步系统。分析表明，码片同步假设会导致超宽带系统的误码率过估计，而过估计的程度主要取决于超宽带脉冲的自相关函数和系统的信干噪比。模拟研究支持近似分析。
2005-01-21 cs.IT math.IT
A Robust Time-Domain Beam Alignment Scheme for Multi-User Wideband mmWave Systems
具有大阵列增益的毫米波（mmWave）通信是下一代（5G）无线网络的关键组成部分。毫米波中的有效通信通常取决于对信道的了解。我们将在发射机和接收机处找到窄波束对的问题称为波束对准（BA），从而产生高信噪比（SNR）。先前的BA方案通常考虑确定性信道，其中假定瞬时信道系数在长时间内保持恒定。在本文中，相比之下，我们提出了一个时域BA方案的宽带毫米波系统，其中信道的特点是多径分量，不同的延迟，到达角/到达角（AoAs/AoDs），和多普勒频移。在我们提出的方案中，基站（BS）通过一些具有良好自相关特性的序列（例如，伪噪声（PN）序列），让每个用户估计其最佳AoA-AoD，该最佳AoA-AoD将用户连接到具有双侧高波束成形增益的BS。我们利用毫米波在AoA-AoD-时域中的稀疏性质，并将BA问题公式化为非负稀疏向量的压缩感知（CS）。我们使用最近开发的非负最小二乘（NNLS）技术，有效地找到最强的路径连接BS和每个用户。仿真结果表明，所提出的方案优于其对应的训练开销和快速信道变化的鲁棒性。
2017-11-29 cs.IT math.IT
Near-Field Wideband Channel Estimation for Extremely Large-Scale MIMO
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）波段的超大规模多输入多输出（XL-MIMO）在支持极高波束形成增益以及超宽带频谱资源方面起着重要作用。不幸的是，准确的宽带XL-MIMO信道估计受到称为近场波束分裂效应的新挑战。现有的工作要么忽略了准确的近场信道模型，要么未能利用波束分裂效应，导致宽带XL-MIMO的信道估计精度差。为了解决这个问题，本文提出了一种基于双线性模式检测（BPD）的方法来准确地恢复宽带XL-MIMO信道。通过分析近场宽带信道的特性，首先揭示了近场波束分裂效应的双线性模式，即近场信道在角度域和距离域的稀疏支持集都可以看作是频率的线性函数。然后，受经典的同时正交匹配追踪技术的启发，我们使用双线性模式来估计每个近场路径分量在所有频率下的到达角（AoA）和距离参数。通过这种方式，整个宽带XL-MIMO信道可以通过压缩感知算法恢复。此外，我们提供的计算复杂性的算法相比，现有的算法。仿真结果表明，在存在近场波束分裂效应的情况下，该方法能够实现宽带近场XL-MIMO信道的精确估计。
2022-12-16 cs.IT eess.SP math.IT
Closed-Loop Sparse Channel Estimation for Wideband Millimeter-Wave Full-Dimensional MIMO Systems
针对宽带毫米波混合全维多输入多输出时分双工系统，提出了一种闭环稀疏信道估计方法，该方法充分利用了信道在角度域和时延域的稀疏性。在下行链路CE阶段，在基站（BS）处设计随机发送预编码器以用于信道探测，并且在用户设备（UD）处设计接收组合器以将混合阵列可视化为低维数字阵列，以便于多维酉ESPRIT（MDU-ESPRIT）算法来估计相应的到达角（AoA）。在上行链路CE阶段，利用估计的下行链路AoA，即上行链路偏离角（AoD），来设计UD处的多波束发送预编码器，以使得BS能够估计上行链路AoA，即，在基站设计的接收合并器的基础上，利用MDU-ESPRIT算法，分析了不同用户终端的下行AoD以及不同用户终端的时延。此外，提出了一种最大似然方法来配对的信道参数在这两个阶段，然后获得路径增益使用最小二乘估计。根据谱估计理论，该方案可以获得稀疏多径分量的AoA/AoD和延迟的超分辨率估计，并且训练开销很小。仿真结果验证了更好的CE性能和较低的计算复杂性，我们的解决方案比现有的国家的最先进的方法。
2019-09-16 cs.IT math.IT
Modelling of Path Arrival Rate for In-Room Radio Channels with Directive Antennas
我们分析了路径到达率室内无线电信道与定向天线。该通道的脉冲响应表现出从早期分离分量的过渡，随后是扩散混响尾部。在假定发射机（或接收机）的位置和方向是均匀随机选取的情况下，我们导出了由镜像源理论预测的矩形房间平均到达率的精确表达式。速率是延迟的二次方，与房间体积成反比，并且与发射器和接收器天线的波束覆盖分数的乘积成比例。利用确切的公式，我们的特点是发病的扩散尾定义的“混合时间”的时间点，到达率超过一个组件每个发送脉冲持续时间。我们还给出了功率延迟谱的近似。结果表明，功率延迟谱不受天线方向性的影响。然而，蒙特卡罗模拟表明，天线方向性确实对瞬时平均延迟和均方根延迟扩展的分布起着重要作用
2017-05-22 cs.IT math.IT
Time Varying Channel Tracking for Multi-UAV Wideband Communications with Beam Squint
无人机（UAV）以其机动性强、部署灵活等特点，在民用和商用领域得到了广泛的应用。由于无人机的连续导航，无人机与基站之间的信道会受到多普勒效应的影响。同时，当基站具有大量天线时，阵列孔径上不可忽略的传播延迟会引起波束偏斜效应。本文首先研究了多普勒频移效应和波束斜视效应下的无人机通信信道。然后，我们设计了一种基于无网格压缩感知（GCS）的信道跟踪方法，其中高维上行链路信道可以通过估计一些物理参数，如波达方向（DOA），多普勒频移，和复增益信息。此外，利用多普勒频移互易性和角度互易性，下行链路信道可以由一个导频符号导出，这大大减少了下行链路信道训练开销。各种仿真结果提供了验证所提出的方法的有效性。
2019-11-21 cs.IT eess.SP math.IT
Fundamental Limits of Wideband Localization - Part I: A General Framework
位置信息的可用性在许多商业、公共安全和军事应用中非常重要。未来几年将出现亚米精度的位置感知网络，依赖于宽带传输提供的精确距离测量。在这篇由两部分组成的论文中，我们确定了宽带无线网络在恶劣的多径环境中定位精度的基本限制。我们首先开发了一个通用的框架来描述给定节点的定位精度，然后在第二部分中将我们的分析扩展到合作位置感知网络。在本文中，我们的定位精度的性能指标称为平方位置误差界（SPEB），并引入了等效Fisher信息的概念，推导出SPEB在一个简洁的表达式。这种方法提供了洞察本地化问题的本质统一的本地化信息从个人锚和信息的先验知识的代理的位置在一个规范的形式。我们的分析从接收到的波形本身开始，而不是只利用从这些波形中提取的信号度量，如到达时间和接收信号强度。因此，我们的框架利用了接收到的波形中固有的所有信息，并且由此产生的SPEB作为定位精度的基本限制。
2010-06-04 cs.IT cs.NI math.IT
On the Capacity of Zero-Drift First Arrival Position Channels in Diffusive Molecular Communication
Hon Hai (Foxconn) Research Institute（鸿海（富士康）研究院）
本文研究了扩散分子通信中零漂移首到达位置信道的容量，提出了一种新的 characterization 方法，并发现三维信道容量是二维的两倍，提供了更直观的估算公式。
2023-10-11 cs.IT eess.SP math.IT
Federated Multi-Task Learning for THz Wideband Channel and DoA Estimation
Carleton University（卡尔顿大学）；United States Army Research Laboratory（美国陆军研究实验室）
本文解决了太赫兹（THz）信道估计中的两个主要挑战：波束分裂现象，即，由于频率无关的模拟波束形成器而导致的波束未对准，以及由于使用超大数量的天线来补偿传播损耗而导致的计算复杂性。已知数据驱动技术可以减轻这个问题的复杂性，但通常需要将数据集从用户传输到中央服务器，这带来了巨大的通信开销。在这项工作中，我们引入了一个联邦多任务学习（FMTL），其中用户只发送模型参数，而不是整个数据集，太赫兹信道和用户到达方向（DoA）估计，以提高通信效率。首先，我们提出了一种新的波束空间支持对齐技术与波束分裂校正的信道估计。然后，信道和DoA信息被用作标签来训练FMTL模型。通过利用太赫兹信道的稀疏性，所提出的方法实现了更少的导频信号比传统的技术。与以前的作品相比，我们的FMTL方法提供了更高的信道估计精度以及约25（32）倍低的模型（信道）训练开销，分别。
2022-10-27 cs.AI cs.IT cs.LG
Non-Uniform Wavelet Sampling for RF Analog-to-Information Conversion
从宽带射频（RF）信号中提取特征提取，例如频谱占用、发射能量和类型或到达方向，在越来越多的应用中得到使用，因为它增强了具有认知能力的RF收发器，并且使得能够对传统RF链进行参数调谐。在功率和成本受限的应用中，例如，对于物联网中的传感器节点，利用常规奈奎斯特速率模数转换器进行宽带RF特征提取是不可行的。然而，许多RF特征（诸如信号稀疏性）的结构使得能够使用压缩感测（CS）技术，该压缩感测（CS）技术以亚奈奎斯特速率获取这样的信号。虽然这种基于CS的模拟-信息（A2 I）转换器有可能实现低成本和高能效的宽带RF感测，但它们受到各种现实限制，例如噪声折叠、低灵敏度、混叠和有限的灵活性。本文提出了一种新的基于CS的A2 I架构称为非均匀小波采样（NUWS）。我们的解决方案直接在RF域中提取精心选择的小波系数子集，从而缓解了现有A2 I转换器架构的主要问题。对于多频带RF信号，我们提出了一种称为非均匀小波带通采样（NUWBS）的专用变体，通过利用多频带信号结构进一步提高灵敏度并降低硬件复杂性。我们使用模拟来证明NUWBS方法的理论性能极限的$\ell_1$范数为基础的稀疏信号恢复。我们调查硬件设计方面，并显示ASIC的测量结果的小波生成阶段，突出NUWBS的功效，广泛的RF特征提取任务的成本和功率受限的应用。
2017-09-04 cs.IT math.IT
Relative Entropy (RE) Based LTI System Modeling Equipped with time delay Estimation and Online Modeling
针对线性时不变系统脉冲响应建模问题，提出基于相对熵的方法，可同时估计时延、脉冲响应长度与未知信噪比下的噪声方差，还扩展出高效在线估计方法，仿真验证其精度和效率优于传统方法。
2022-10-04 cs.IT cs.SY eess.SP
