An Alternative Proof for the Capacity Region of the Degraded Gaussian MIMO Broadcast Channel
我们提供了一个替代的证明退化高斯多输入多输出（MIMO）广播信道的容量区域。我们的证明不使用通道增强技术，而不是原来的证明Weingertan { \it et. al.}和Liu { \it et. al}。我们的证明从退化的广播信道的容量区域的单字母描述开始，并通过使用两个主要的技术工具直接评估它对于退化的高斯MIMO广播信道。第一个是由于Palomar \emph{et. al.}的广义de Bruijn恒等式，它提供了微分熵和Fisher信息矩阵之间的联系。我们使用的第二个工具是一个不等式，由于Dembo下界的微分熵的Fisher信息矩阵。
2010-02-21 cs.IT math.IT
Linear Degrees of Freedom of MIMO Broadcast Channels with Reconfigurable Antennas in the Absence of CSIT
考虑了在发射端没有信道状态信息的K用户多输入多输出（MIMO）广播信道（BC），假设每个接收端都配备了可重构天线，能够从多个预设模式中选择接收模式的子集.在一般的天线配置下，具有可重构天线的K用户MIMO BC的和线性自由度（LDoF）被完全表征，其对应于通过线性编码策略可实现的最大和DoF。LDoF区域进一步针对一类天线配置来表征。类似的分析扩展到具有可重构天线的K用户MIMO干扰信道，并且针对一类天线配置来表征和LDoF。
2014-09-19 cs.IT math.IT
Conjugate Gradient Projection Approach for Multi-Antenna Gaussian Broadcast Channels
最近的研究表明，脏纸编码是最大化多输入多输出高斯广播信道（MIMO BC）的和速率的最佳策略。此外，通过信道对偶性，非凸MIMO BC和速率问题可以转化为具有和功率约束的凸对偶MIMO多址接入信道（MIMO MAC）问题。本文设计了一种基于共轭梯度投影（CGP）的MIMO BC最大和速率问题的有效算法。我们提出的CGP算法解决了对偶和功率MAC问题，利用强大的概念海森共轭。我们还开发了一个严格的算法来解决投影问题。我们表明，CGP具有可证明的收敛性，良好的可扩展性，以及大型MIMO BC系统的高效率。
2007-01-09 cs.IT math.IT
On the Degrees of Freedom of Asymmetric MIMO Interference Broadcast Channels
研究了非对称多输入多输出干扰广播信道（MIMO-IBC）的自由度。通过引入连接模式链的概念，推广了文[11]中提出的Genie链，导出并证明了非对称MIMO-IBC的IA可行的必要条件，即不可约条件.在任意结构的MIMO-IBC中，线性干扰对齐（IA）和渐近IA可行性都是必要的。在一类特殊的非对称两胞MIMOIBC中，证明了不可约条件是渐近IA可行的充要条件，而固有条件和不可约条件的组合是线性IA可行的充要条件.从这些条件出发，我们分别推导出了非对称G-小区MIMO-IBC的信息论最大每用户自由度和线性IA实现的最大每用户自由度，这些自由度也分别是渐近IA和线性IA实现的非对称G-小区MIMO-IBC的每用户自由度上界。
2013-10-28 cs.IT math.IT
Energy Efficiency Scaling Law for MIMO Broadcasting Channels
本文研究了多用户广播信道的能量效率缩放定律，其中考虑了非理想的发射独立功耗。我们首先考虑具有$K$用户的单天线情况，并且导出当$α> 0$时EE缩放为$\frac{\log_2 \ln K}α$，并且当$α= 0$时EE缩放为$\log_2 K$，其中$α$是归一化的发射独立功率。在此之后，我们将其扩展到具有$M$天线发射器和各自具有$N$天线的$K$用户的一般MIMO BC情况。当$α> 0$时，缩放定律变为$\frac{M \log_2 \ln NK}α$;当$α= 0$时，$ \log_2 NK$。
2012-01-18 cs.IT math.IT
A Near-optimal User Ordering Algorithm for Non-iterative Interference Alignment Transceiver Design in MIMO Interfering Broadcast Channels
干扰对齐（IA）最近出现作为一个有前途的干扰抑制技术的干扰网络。在这封信中，我们专注于IA非迭代收发器的设计问题，在多输入多输出干扰广播信道（MIMO-IBC），并观察到，有以前未利用的灵活性，在不同的排列用户排序。通过为预定的IA信道间干扰分配选择良好的用户排序，可以实现改进的收发器设计。为了实现更实用的性能-复杂度权衡，提出了一种次优用户排序算法。仿真结果表明，与最优用户排序算法相比，该次优用户排序算法可以获得接近最优的性能，同时仅具有中等的计算复杂性。
2015-05-19 cs.IT math.IT
Retrospective Interference Alignment for the MIMO Interference Broadcast Channel
研究了当发射端只有延迟信道状态信息（延迟CSIT）时，具有2个小区和每个小区2个用户的多输入多输出（MIMO）干扰广播信道（IBC）的自由度（DoF）.回顾性干扰对准已经示出了利用延迟CSIT用于干扰、广播以及IBC的DoF方面的益处。然而，以前的工作研究延迟CSIT的IBC不利用的事实，即每个小区的用户由一个共同的发射机服务。这项工作提出了一个四阶段的预编码策略，考虑到这一点。假设发射机和接收机分别配备有$M,N$天线，提出了新的DoF内界，优于$ρ= \frac{M}{N} > 2.6413$的现有DoF内界。
2015-01-26 cs.IT math.IT
The DoF Region of Order-(K-1) Messages for the K-user MIMO Broadcast Channel with Delayed CSIT
本文从理论上描述了$K$ -用户多输入多输出（MIMO）广播信道的阶数$(K-1)$消息的自由度（DoF）区域，其中发射机具有$M$天线，接收机$i=1,2,\cdots,K$具有$N_i$天线，发射机具有CSIT和任意天线配置.对于相反的情况，我们首先在所提出的Genie界限的帮助下导出用于没有CSIT和任意天线配置的$K$ -用户MIMO广播信道的顺序$(K-1)$消息的DoF区域，然后建立DoF外部区域。为了提高系统的可重复性，我们首先设计了一个2阶段的传输方案，然后提出了一个后向/前向抵消解码算法。具体来说，我们有效地推导出可实现的自由度区域从设计的传输方案的变换方法。本文的主要含义是，对于$K$ -用户MIMO广播信道的顺序$(K-1)$消息，当$N_2<M$时，具有延迟CSIT的DoF区域大于没有CSIT的DoF区域，其中$N_1 \le N_2 \le \cdots \le N_K$。
2021-07-01 cs.IT math.IT
QoS Constrained Power Minimization in the Multiple Stream MIMO Broadcast Channel
本文研究了多输入多输出（MIMO）广播信道（BC）中当每个用户分配多个空间流时的最优线性发送滤波器的设计问题，并考虑了信道状态信息（CSI）在接收端是完全的，而在发送端只是部分的情况。假设部分CSI的统计模型，并利用滤波器设计。与每个用户单流的情况类似，该问题通过均方误差（MSE）对偶和干扰函数来解决。然而，每个用户包括更多的流涉及额外的复杂性级别，因为我们必须确定如何在流之间分配每个用户的速率。这样的问题是解决使用投影梯度算法。
2016-04-18 cs.IT math.IT
Capacity Region of Gaussian MIMO Broadcast Channels with Common and Confidential Messages
研究了具有公共消息和机密消息的两用户高斯多输入多输出（MIMO）广播信道。在该信道中，发送器向两个用户发送公共消息，并且向每个用户发送需要对另一个用户完全保密的机密消息。我们得到了这个通道的整个容量区域。我们还探索了我们为具有公共和机密消息的高斯MIMO广播信道获得的容量区域与其非机密对应物的容量区域之间的联系，即，具有公共和私有消息的高斯MIMO广播信道，其不完全已知。
2010-02-26 cs.CR cs.IT math.IT
Linear Transceiver Design for a MIMO Interfering Broadcast Channel Achieving Max-Min Fairness
我们考虑的问题，线性收发器的设计，以实现最大最小的公平性在下行链路MIMO多小区网络。这个问题可以用公式表示为最大化干扰广播信道（IBC）中所有用户之间的最小速率。本文证明，当发射机和接收机的天线数量至少为两个时，最小速率最大化问题在用户数量上是NP难的。此外，我们开发了一个低复杂度的算法，这个问题通过迭代求解一系列的凸子问题，并建立其全局收敛到原来的最小速率最大化问题的一个稳定点。仿真结果表明，该算法能有效地实现用户间的公平性。
2012-08-31 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom Region of the $(M,N_1,N_2)$ MIMO Broadcast Channel with Partial CSIT: An Application of Sum-set Inequalities Based on Aligned Image Sets
自由度（DoF）区域被表征用于$2$-用户多输入多输出（MIMO）广播信道（BC），其中发射机配备有$M$天线，两个接收机配备有$N_1$和$N_2$天线，并且两个用户的发射机处的信道状态信息（CSIT）的级别分别由$β_1, β_2$参数化。Hao、Rassouli和Clerckx建立了DoF区域的可扩展性，但迄今为止还没有最优性的证明。在这项工作中提供的最优性的证明与援助的总和集不等式的基础上对齐的图像集（AIS）的方法。
2019-01-17 cs.IT math.IT
A Lattice-Based MIMO Broadcast Precoder for Multi-Stream Transmission
在多用户多输入多输出（MIMO）广播信道中，块对角化预编码是一种逼近和容量的有吸引力的方案。该方法需要在每个接收机处的全局信道状态信息或额外的训练阶段，这需要额外的系统规划。在本文中，我们提出了一种基于格的多用户预编码器，使用块对角化结合预均衡和扰动的多用户MIMO广播信道。该方案的可实现的和速率的推导和使用表明，所提出的技术方法的可实现的和速率的块对角化与注水，但不需要在接收机的额外信息。等功率分配的Monte Carlo仿真结果表明，该方法提供了更好的比特出错率和分集性能比块对角化与迫零接收机。此外，所提出的方法表现出类似的最大似然接收机的性能，但具有更低的接收机复杂度。
2006-05-25 cs.IT math.IT
Hybrid Block Diagonalization for Massive MIMO Two-Way Half-Duplex AF Hybrid Relay
本文研究了一种多对双向放大转发大规模多输入多输出（MIMO）混合中继系统。混合中继具有比天线更少数量的射频（RF）链，这显著降低了实现成本。我们采用块对角化为基础的基带处理在混合中继，以消除用户对间的干扰和等增益合并为基础的RF处理，以最大限度地提高波束成形增益。我们还使用了代数范数最大化中继传输策略，以最大限度地提高频谱效率（SE）的每个用户对。我们数值计算表明，建议的混合继电器只有轻微劣SE比一个完整的RF链继电器。
2018-09-17 cs.IT math.IT
Degrees of Freedom of Multi-hop MIMO Broadcast Networks with Delayed CSIT
研究了一类具有发射端延迟信道状态信息（CSIT）的多层中继辅助MIMO广播网络的和自由度（DoF）。在假设的网络中，K个天线源打算在N-2层K个全双工单天线中继的帮助下与K个单天线目的地通信。我们考虑两个实际的延迟CSIT反馈方案。如果信源可以从所有层获得CSI反馈信号，我们证明了网络的最佳和DoF为K/（1+1/2+.+ 1/K）。如果CSI反馈仅在每个跳内，则我们表明当K=2时，最佳总和DoF为4/3，并且当K >= 3时，总和DoF为3/2是可实现的。我们的结果表明，在考虑的具有延迟CSIT的N层MIMO广播网络中，DoF性能总和可能不取决于网络的层数N，而仅取决于每层天线/终端的数量K。
2012-10-12 cs.IT math.IT
The Degrees of Freedom Regions of Two-User and Certain Three-User MIMO Broadcast Channels with Delayed CSIT
研究了在发射端存在信道状态信息延迟（CSIT）的情况下，快衰落MIMO（multiple-input multiple-output）高斯广播信道（BC）的自由度（DoF）区域.在此设置中，信道矩阵被假定为跨时间独立地变化，并且假定发射机知道具有某个任意有限延迟的信道矩阵。导出了一般$K$ -用户MIMO BC（在每个终端处具有任意数量的天线）的DoF区域的外界。然后，该外边界被示出为对于两类MIMO BC是紧的，即（a）在所有终端处具有任意数量的天线的两用户MIMO BC，以及（b）对于某些三用户MIMO BC，其中所有三个接收器具有相等数量的天线，并且发射器具有不超过每个接收器处存在的天线数量的两倍。通过开发一个干扰对齐方案，最佳地占多个，并可能不同的，在接收机的天线数量的可扩展性的结果。
2011-12-23 cs.IT math.IT
Broadcasting Information subject to State Masking over a MIMO State Dependent Gaussian Channel
研究了具有加性独立高斯状态的多输入多输出（MIMO）广播信道（BC）上的信道编码问题。编码器以非因果的方式知道状态，并且希望最小化接收器可以从信道输出学习的关于状态序列的信息量。状态泄漏率被测量为状态序列和信道输出序列之间的归一化块互信息。我们采用了一个新版本的状态依赖极值不等式，并表明高斯输入最大化的状态依赖版本的马顿的外边界。此外，我们表明，我们的内界与外界重合。我们的结果推广了先前研究的标量高斯BC状态和MIMO BC状态。
2019-01-10 cs.IT math.IT
Simultaneous Diagonalization: On the DoF Region of the K-user MIMO Multi-way Relay Channel
研究了K个用户通过一个中继节点进行消息交换的K用户MIMO Y信道。提出了一种基于迫零波束形成的信道对角化传输策略。然后，该策略与信号空间对齐网络编码相结合，并推导出可实现的自由度区域。一个新的自由度的外界也来自它表明，该策略实现了这个外界，如果用户有更多的天线比中继。
2014-04-08 cs.IT math.IT
On the Feasibility of Linear Interference Alignment for MIMO Interference Broadcast Channels with Constant Coefficients
分析了常系数MIMO干扰广播信道中线性干扰对齐的可行性。提出并证明了一般MIMO-IBC线性IA可行的必要条件。除了适当的条件外，我们还找到了另一个必要条件来保证一类不可约干扰被消除。然后，我们证明了一个特殊的类MIMO-IBC的必要和充分条件，其中的天线的数量是由每个用户的数据流的数量整除。由于找到一个可逆的雅可比矩阵是至关重要的充分性证明，我们首先分析雅可比矩阵的稀疏结构和重复结构的影响。考虑到MIMO-IBC的雅可比矩阵中与发射矩阵和接收矩阵相对应的子矩阵具有不同的重复结构，通过分别构造这两个子矩阵，得到了一个可逆的雅可比矩阵。我们表明，对于MIMO-IBC的每个用户有一个所需的数据流，一个合适的系统是可行的。对于对称MIMO-IBC，通过分析线性IA可行性的必要条件和充分条件之间的差异，给出了天线配置的适当但不可行的区域。
2013-03-05 cs.IT math.IT
Space-Time Block Diagonalization for Frequency-Selective MIMO Broadcast Channels
用于频率平坦MIMO广播信道的最相关的线性预编码方法是块对角化（BD），其在某些条件下获得相同的非线性脏纸编码信道容量。然而，BD不容易被转换为频率选择性信道，因为收发器设计需要空时信息。在本文中，我们证明了BD在频率选择性MIMO广播信道中是可行的，以消除用户间干扰（IUI），如果发射块长度足够大，如果发射天线的数量大于用户的数量。我们还提出了三种不同的方法来减轻/消除块传输中的符号间干扰（ISI）：i）基于时间反演的BD（TRBD），其仅使用发射机处理来最大化接收机周围的空间聚焦，ii）均衡BD（EBD），其仅使用发射机处理来最小化ISI，以及iii）联合处理BD（JPBD），其在发射机和接收机处使用线性处理来抑制ISI。我们分析了这些技术的理论多样性和复用增益，我们证明，JPBD接近充分的复用增益为一个足够大的传输块长度。大量的数值仿真表明，所提出的方法的可达速率和错误性能的概率，提高了传统的时间反转波束形成。此外，JPBD为频率选择性MIMO广播信道提供了最高的可实现速率区域。
2016-08-21 cs.IT math.IT
Fundamental Limits in Correlated Fading MIMO Broadcast Channels: Benefits of Transmit Correlation Diversity
我们调查的高斯MIMO广播信道（BC）的空间相关衰落的渐近容量限制，以了解何时以及有多少传输相关性有助于容量。通过对用户的信道协方差（等效地，在发射机侧的发射相关性）施加结构（也称为\emph{transmit correlation diversity}），发射相关性对MIMO BC的功率增益的影响在系统参数的几个状态中被表征，特别关注大规模阵列（或大规模MIMO）状态。考虑到下行链路训练的代价，我们给出了多用户MIMO下行链路系统的渐近容量界，看看发射相关分集如何影响系统的复用增益。我们利用联合空分复用（JSDM）的概念，推导出的容量界限。在多用户MIMO系统中，发射相关分集可以显著提高复用增益和功率增益。特别是，在无线通信中的新类型的多样性，以提高系统的复用增益高达由这种多样性的度数的一个因素。最后，传统的大规模MIMO系统不利用发射相关性的性能限制的特点。
2014-10-10 cs.IT math.IT
On the Capacity of Fading MIMO Broadcast Channels with Imperfect Transmitter Side-Information
考虑衰落广播信道，其中发射机采用两个天线，并且两个接收机中的每一个采用单个接收天线。它表明，即使衰落的实现是精确地知道的接收机，高的信号噪声（SNR）的吞吐量大大降低，而不是知道的衰落实现\emph{precisely}，transmitter只知道衰落实现\emph{approximately}。结果是通用的，并且不限于无记忆高斯衰落。
2006-05-17 cs.IT math.IT
Achievable DoF Regions of Three-User MIMO Broadcast Channel with Delayed CSIT
对于两用户多输入多输出（MIMO）广播信道，在发射端具有延迟信道状态信息（CSIT）和任意天线配置，得到了所有的自由度（DoF）区域.然而，对于具有延迟CSIT和任意天线配置的三用户MIMO广播信道，2阶消息的DoF区域仍然不清楚，并且仅获得1阶消息的部分可实现的DoF区域，其中2阶消息和1阶消息分别由两个接收机和一个接收机期望。本文针对具有延迟CSIT和任意天线配置的三用户MIMO广播信道，首先设计了二阶消息和一阶消息的传输方案。接下来，我们提出了分析可实现的自由度区域的传输方案的转换方法。特别地，我们将传输方案的译码条件w.r.t.相位持续时间进入可实现的DoF区域w.r.t.通过连接相位持续时间和可实现的DoF的可实现的DoF元组表达式，可实现的DoF。其结果是，2阶消息的自由度区域的特点和1阶消息的可实现的自由度区域被完全表达。此外，对于1阶消息，我们推导出的充分条件下，建议的可实现的自由度区域是自由度区域。
2020-12-30 cs.IT math.IT
MIMO Gaussian Broadcast Channels with Common, Private and Confidential Messages
研究了两用户多输入多输出（MIMO）高斯广播信道（BC）中的公共、私有和机密消息。发送器向两个用户发送公共消息，向用户1发送机密消息，向用户2发送私密（非机密）消息。的security-capacity区域的特征在于显示，某些内部和外部边界相吻合，边界点是由高斯输入，这使得发展一个紧密的逆。该证明依赖于上凹信封的因式分解和脏纸编码（DPC）的变体。通过使用DPC消除接收机1处的非机密消息的信号，示出了整个区域被耗尽，从而使得针对机密消息的信号的DPC不必要。数值例子说明了安全容量的结果。
2019-05-28 cs.IT math.IT
Maximum Weighted Sum Rate of Multi-Antenna Broadcast Channels
最近，研究人员发现脏纸编码（DPC）是多输入多输出广播信道（MIMO-BC）的最佳传输策略。本文通过求解和功率受限的双MIMO多址接入信道（MIMO-MAC）的最大加权和速率问题，研究了如何确定DPC速率的最大加权和。我们首先简化了最大加权和速率问题，这样就不需要枚举双MIMO-MAC中所有可能的解码顺序。然后，我们设计了一种基于共轭梯度投影（CGP）的高效算法来解决最大加权和率问题。我们提出的CGP方法利用了强大的概念Hessian共轭。我们还开发了一个严格的算法来解决投影问题。我们表明，CGP具有可证明的收敛性，良好的可扩展性，以及大型MIMO-BC系统的高效率。
2007-03-22 cs.IT math.IT
Alternating Optimization for Capacity Region of Gaussian MIMO Broadcast Channels with Per-antenna Power Constraint
本文研究了具有天线功率约束（PAPC）的高斯MIMO广播信道的容量域。虽然在总功率约束（SPC）下的MIMO BC的容量域得到了广泛的研究，但在PAPC下的容量域却很少受到关注。一个原因是很难找到解决这个问题的有效办法。本文的目标是设计一个有效的算法来确定高斯MIMO BC的容量区域受PAPC，这是可扩展的问题的大小。为此，我们首先变换的加权和容量最大化问题，这是固有的非凸的输入协方差矩阵，到一个凸的制定在双多址信道的极大极小对偶。然后，我们结合交替优化和连续凸逼近的概念推导出一种计算效率高的算法。该算法实现了更低的复杂度相比，现有的邻域点方法。此外，数值结果表明，该算法收敛速度非常快，在各种情况下。
2017-05-17 cs.IT math.IT
Distributed MIMO coding scheme with low decoding complexity for future mobile TV broadcasting
提出了一种新的用于下一代移动电视广播的分布式空时分组码。新码在宽范围的功率不平衡内提供高效的性能，显示出对单频网络（SFN）广播部署的强适应性。新的代码优于现有的空时分组码具有相同的解码复杂度和接近那些更高的复杂度。
2012-12-11 cs.IT cs.NI math.IT
On the Feasibility of Interference Alignment in Compounded MIMO Broadcast Channels with Antenna Correlation and Mixed User Classes
该文提出了一种广义闭式波束形成技术，该技术可以在混合多天线用户的复合多输入多输出（MIMO）广播信道中实现最大自由度。的贡献首先描述在一个三小区网络的上下文中，后来扩展到一般的多小区的情况下，我们还展示了如何确定所需的条件，以调整干扰的子空间是正交的一个预留给所需的信号。接着分析了天线相关性对不同信道状态信息获取模型的影响。该方案在常规和大规模MIMO系统下进行了研究。它将被证明，所提出的技术使网络与任何组合的用户类，以实现优异的性能，即使在显着的天线相关性，特别是在大规模MIMO系统的情况下。
2017-11-20 cs.IT math.IT
Interference Alignment Through User Cooperation for Two-cell MIMO Interfering Broadcast Channels
研究了两小区多输入多输出（MIMO）高斯干扰广播信道（MIMO-IFBC），其中$K$协作用户位于每个基站的小区边界上。它对应于具有两个基站（BS）和配备有Wi-Fi接口的$K$用户的蜂窝网络的下行链路场景，该Wi-Fi接口使得能够在对等基础上在用户之间进行协作。在这种情况下，我们提出了一种新的干扰对齐（IA）技术，利用用户的合作。当每个基站和用户分别具有$M=K+1$发射天线和$N=K$接收天线时，我们所提出的算法获得了2K的可实现自由度（DoF）。此外，该算法只需要少量的信道反馈信息的用户协作信道的帮助。仿真结果表明，不仅是分析结果的有效性，但我们提出的算法的可实现的自由度也优于传统的技术。
2010-11-17 cs.IT math.IT
Limited Feedback-based Block Diagonalization for the MIMO Broadcast Channel
块对角化是用于多天线广播（下行链路）信道的线性预编码技术，其涉及到向每个接收器传输多个数据流，使得在任何接收器处都不经历多用户干扰。这种低复杂度的方案仅与容量相差几dB，但在发射机处需要非常准确的信道知识。我们考虑一个有限的反馈系统，其中每个接收机知道它的信道完美，但发射机只提供了有限数量的信道反馈比特从每个接收机。使用随机量化参数，我们量化的吞吐量损失由于不完善的信道知识作为反馈水平的函数。信道知识的质量必须提高成比例的SNR，以防止干扰的限制，我们表明，缩放反馈位的数量与系统SNR的线性是足够的，以保持有界的速率损失。最后，我们比较我们的量化策略的模拟反馈方案，并显示量化反馈的优越性。
2007-11-21 cs.IT math.IT
A Feedback Reduction Technique for MIMO Broadcast Channels
考虑了在接收端具有理想信道状态信息的多天线广播信道。如果每个接收机将其信道知识量化为有限数量的比特，这些比特被反馈到发射机，则可以实现下行链路信道的大容量益处。然而，每个移动站所需的反馈比特数必须与发射天线数和系统SNR成比例，因此即使在中等大小的系统中也可能相当大。它示出，可以使用少量的天线在每个接收机，以提高提供给发射机的信道估计的质量。结果，每个移动站所需的反馈速率可以显著降低。
2006-03-16 cs.IT math.IT
Low-Complexity Design of Generalized Block Diagonalization Precoding Algorithms for Multiuser MIMO Systems
基于块对角化（BD）的预编码技术是公知的用于多用户MIMO（MU-MIMO）系统的线性发送策略。通过在发送侧采用BD型预编码算法，MU-MIMO广播信道被分解为多个独立的并行单用户MIMO（SU-MIMO）信道，并且在高数据率下实现最大分集阶数。BD型预编码算法的主要计算复杂性来自于两个奇异值分解（SVD）操作，这取决于用户的数量和每个用户的信道矩阵的维数。为了降低BD型预编码算法的计算复杂性，提高预编码算法的性能，本文提出了低复杂度的预编码算法。我们设计了一种策略的基础上，一个共同的信道反演技术，QR分解，晶格减少到等效的SU-MIMO信道的MU-MIMO信道解耦。分析和仿真结果表明，该预编码算法可以获得与BD型预编码算法相当的和速率性能、显著的出错率（BER）性能增益和简化的接收机结构，同时需要低得多的复杂度。
2013-09-16 cs.IT math.IT
On the Compound MIMO Broadcast Channels with Confidential Messages
研究了带保密消息的复合多输入多输出（MIMO）广播信道，其中一个发射机向两个接收机发送一个公共消息，向每个接收机分别发送两个保密消息。信道状态可以采取有限状态集合中的一个，并且发射机知道状态集合但不知道状态的实现。我们研究了可实现的速率与完美的保密在高信噪比制度的特点，可实现的保密自由度（s.d.o.f.）。区域的两个模型，高斯MIMO-BCC和遍历衰落多输入单输出（MISO）-BCC没有一个共同的消息。我们表明，通过利用一个额外的时间维度，由于在遍历衰落模型中的状态变化，可实现的S.D.O.F.与具有恒定状态的高斯模型相比，区域可以得到显著改善，尽管代价是更大的延迟。
2009-06-17 cs.IT math.IT
Regularized Zero-Forcing Interference Alignment for the Two-Cell MIMO Interfering Broadcast Channel
在本文中，我们提出了两个小区的多输入多输出（MIMO）干扰广播信道的收发器的设计策略，除了用户间干扰（IUI）存在小区间干扰（ICI）。首先，我们制定了广义迫零干扰对齐（ZF-IA）方法的基础上对齐的IUI和ICI在多维子空间。然后，我们设计了一个最小加权均方误差（WMSE）的方法的基础上正则化的预编码器和解码器的广义ZF-IA计划。与现有的加权和速率最大化收发器相比，我们的方法不需要迭代计算最佳权重。正因为如此，所提出的方案，而不是专门设计的最大化的和速率，是计算效率和实现更快的收敛相比，已知的加权和速率最大化方案。通过分析和仿真，我们证明了所提出的正则化ZF-IA方案的有效性。
2013-01-08 cs.IT math.IT
DoF Region of the Decentralized MIMO Broadcast Channel -- How many informed antennas do we need?
在这项工作中，我们研究了网络MIMO设置，其中一组$M$发射天线，可能不共处一地，共同服务于两个多天线用户分别赋予$N_1$和$N_2$天线，在发射机的信道状态信息（CSI）的不完善共享的影响。我们考虑的情况下，只有一个子集的$k$发射天线可以访问完美的CSI，而其他$M-k$发射天线只能访问有限精度CSI。对这种配置的分析旨在回答一个额外的信息天线能提供多大帮助的问题。我们将这种情况建模为分散式MIMO广播信道（BC），并表征自由度（DoF）区域，表明仅需要具有完美CSI的$k=\max(N_1,N_2)$天线来实现具有无处不在的完美CSI的传统BC的DoF。此外，我们确定通过向额外的发射天线提供CSI获得的DoF的增加。
2020-05-13 cs.IT math.IT
Multi-mode Transmission for the MIMO Broadcast Channel with Imperfect Channel State Information
本文提出了一种自适应多模式传输策略，以提高频谱效率实现在多输入多输出（MIMO）广播信道延迟和量化的信道状态信息。自适应策略调整活动用户的数量，表示为传输模式，以平衡发射阵列增益，空分复用增益，和残留的用户间干扰。精确的封闭形式的近似推导出不同模式的可实现的速率，这有助于确定的活动模式，最大限度地提高平均总吞吐量给定的反馈延迟和信道量化误差。所提出的传输策略与轮询调度相结合，并在中等信噪比下提供单用户MIMO的吞吐量增益。它只需要从少量用户反馈瞬时信道状态信息。与反馈负载约束，该算法提供的性能接近的机会调度与即时反馈，从大量的用户。
2010-03-13 cs.IT math.IT
Eigen-Based Transceivers for the MIMO Broadcast Channel with Semi-Orthogonal User Selection
本文研究了两种低复杂度的基于本征模的MIMO广播信道传输技术的和速率性能，采用贪婪半正交用户选择（SUS）。第一种方法称为ZFDPC-SUS，基于迫零脏纸编码;第二种方法称为ZFBF-SUS，基于迫零波束成形。我们首先采用新的分析方法来证明，随着用户数K的增长大，ZFDPC-SUS方法可以实现MIMO广播信道的最佳和速率缩放。我们还证明了这两种技术的平均和速率收敛到MIMO广播信道的平均和容量大K。除了渐近分析，我们研究了ZFDPC-SUS和ZFBF-SUS在有限K下实现的和率，并表明ZFDPC-SUS具有显着的性能优势。我们的研究结果还提供了关键的见解多个接收天线的好处，和SUS算法的效果。特别是，我们表明，虽然多个接收天线只提高了渐近和速率缩放通过二阶行为的多用户分集增益;对于有限的K，好处可以是非常显着的。我们还显示了有趣的结果，半正交约束SUS，同时促进了一个非常低的复杂度的用户选择过程中，渐近不减少多用户分集增益在第一（log K）或二阶（loglog K）条款。
2010-06-14 cs.IT math.IT
Techniques for System Information Broadcast in Cell-Free Massive MIMO
我们考虑在无小区的大规模MIMO系统中的系统信息的传输，当发送接入点没有任何信道状态信息并且接收终端必须基于下行链路导频来估计信道时。我们分析了系统的中断率和覆盖概率方面的性能，并使用空时分组码，以提高性能。我们提出了一种探试法的导频/数据功率优化，可以应用在没有任何信道状态信息的接入点。我们还分析了分组的接入点，这是需要当单天线接入点联合发送空时分组码的问题。
2019-01-28 cs.IT math.IT
The DoF Region of Two-User MIMO Broadcast Channel with Delayed Imperfect-Quality CSIT
发射端的信道状态信息（CSIT）对无线网络的性能起着重要的作用。CSIT模型可以是延迟的和非质量的，因为反馈链路具有延迟并且信道状态信息（CSI）反馈具有失真。因此，在本文中，我们的特点度的自由度（DoF）区域的两个用户多输入多输出（MIMO）广播信道与延迟的高质量CSIT，其中的天线配置可以是任意的。DoF区域的逆证明是基于物理退化信道的增强。DoF区域的可扩展性证明是通过一种新颖的传输方案设计，其中每个相位的持续时间和传输符号的数量基于延迟CSIT的可扩展性质量来配置。其结果是，我们表明，延迟的非线性质量CSIT的自由度区域位于自由度区域之间的自由度区域没有CSIT和延迟CSIT的自由度区域。
2022-04-01 cs.IT math.IT
Precoder Design and Statistical Power Allocation for MIMO-NOMA via User-Assisted Simultaneous Diagonalization
本文研究了两用户功率域多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）系统的下行预编码器设计。我们提出了一种新的用户辅助（UA）同时对角化（SD）的MIMO-NOMA方案，实现SD的MIMO信道的两个用户通过预编码器的设计和低复杂度的自干扰消除在用户的组合，从而大大降低了整体解码复杂度相比，联合解码。基于有限大小的随机矩阵理论框架，分析了该方案在瑞利衰落信道下的各态历经用户速率，并进一步利用该模型提出了一种统计功率分配算法。仿真和数值结果表明，所提出的UA-SD MIMO-NOMA方案显着优于正交多址和基准预编码器设计执行SD通过广义奇异值分解方面的可实现的遍历速率区域的大多数用户速率。遍历速率区域被进一步增强的混合方案，该方案在所提出的UA-SD MIMO-NOMA方案和单用户MIMO之间执行分时。
2020-11-13 cs.IT math.IT
Secrecy Degrees of Freedom of MIMO Broadcast Channels with Delayed CSIT
在发送端具有延迟信道状态信息（CSI）的假设下，研究了具有保密信息（BCC）的两用户高斯多输入多输出（MIMO）广播信道的自由度.我们的最佳保密自由度（SDoF）区域的特点，并表明它可以通过一个简单的人工噪声对齐（ANA）计划。该方案在多个时隙上发送叠加有人工噪声的机密消息。利用延迟的CSI，发射机以这样的方式对齐信号，使得有用的消息可以在预期的接收机处被提取，但是在非预期的接收机处被人工噪声完全淹没。所提出的方案可以被解释为一个非平凡的扩展Maddah-Ali Tse（MAT）计划，使我们能够量化的资源开销，或等效的自由度损失，支付的保密通信。
2011-12-10 cs.IT math.IT
MIMO Broadcast Channel with an Unknown Eavesdropper: Secrecy Degrees of Freedom
我们研究了一个多天线广播信道与两个合法的接收机和一个外部窃听。我们假设窃听者的信道矩阵是未知的合法终端，但满足最大秩约束。作为我们的主要结果，我们的特点相关联的保密自由度的广播信道与公共和私人的消息。我们表明，直接扩展的单用户窃听码本不实现的秘密自由度。我们提出的最佳方案涉及到分解的信号空间成一个共同的子空间，这可以观察到的两个接收器，和私人子空间，可以观察到的只有一个接收器，并仔细发送在每个子空间中的消息的子集。我们还考虑了每个用户的私人消息必须另外对其他合法接收者保密并描述s.d.o.f.的情况。区域在这种情况下。
2013-11-12 cs.IT math.IT
MIMO Broadcast Channel Optimization under General Linear Constraints
在最优DPC编码策略和简单的次优线性迫零波束形成策略下，研究了在一般线性约束下MIMO BC的发射参数（功率分配和导向矢量）的优化问题。在DPC的情况下，我们表明，“SINR对偶”和“最小-最大对偶”产生相同的对偶MAC问题，并比较两种替代方案，其有效的解决方案。在迫零波束形成的情况下，我们提出了一种新的基于广义逆矩阵直接优化的有效算法。在这两种情况下，这里提出的算法以最一般的形式解决问题，并且可以应用于先前考虑的特殊情况，例如每个天线和每组天线功率约束、“禁止干扰方向”约束或其任何组合。
2009-05-29 cs.IT math.IT
Communication Over MIMO Broadcast Channels Using Lattice-Basis Reduction
介绍了一种简单的MIMO广播信道通信方案，该方案采用格型归约技术改进了朴素信道反演方法。格基约简通过修改包含星座点的区域来降低平均传输能量。仿真结果表明，该方案性能良好，与更复杂的方法（如扰动法）相比，具有可以忽略不计的损失。此外，所提出的方法被扩展到的情况下，不同的速率为不同的用户。分析了所提出的方法和扰动技术的符号出错率的渐近行为，以及固定速率用户情况下的中断概率。结果表明，所提出的方法，基于LLL格约化，实现了最佳的渐近斜率的符号错误率（称为预编码分集）。分析了固定和速率情况下的中断概率。
2007-06-18 cs.IT math.IT
On the Optimality of Linear Precoding for Secrecy in the MIMO Broadcast Channel
本文研究了两接收机多输入多输出（MIMO）高斯广播信道（BC）中线性预编码的最优性问题。秘密脏纸编码（SDPC）是最佳的输入协方差约束下，但有没有可计算的秘密容量表达式的一般MIMO情况下的平均功率约束。原则上，对于这种情况，可以通过在所有可能的矩阵功率约束的集合上进行穷举搜索来找到保密容量区域。显然，这种搜索，加上脏纸编码和解码的复杂性，促使人们考虑将低复杂度线性预编码作为替代方案。证明了在输入协方差约束条件下，线性预编码是最优的，并且当输入协方差约束满足一定条件时，线性预编码可以达到与S-DPC相同的保密率区域，并给出了相应的最优线性预编码器的特征.然后，我们使用这个结果来推导出一个封闭形式的次优算法的基础上，线性预编码的平均功率约束。数值结果表明，该算法所获得的保密率区域接近于最优S-DPC方法所获得的所有合适的输入协方差矩阵的搜索。
2013-04-16 cs.IT math.IT
Energy Efficiency Optimization for MIMO Broadcast Channels
研究MIMO广播信道的基本能量效率极限对绿色无线通信的发展具有重要意义。在本文中，我们解决了MIMO-BC的EE优化问题，并考虑了一个实际的功率模型，即，考虑与活动发射天线的数量相关的发射独立功率。在此基础上，提出了一种新的优化方法，在固定的发射天线组下优化发射协方差，然后利用主动发射天线选择（ATAS）。在发送协方差优化过程中，通过求解一系列基于块坐标上升算法的凹分式规划，提出了一种全局最优的能量有效的迭代注水方案。在此之后，ATAS被用来确定活动的发射天线集。由于激活更多的发射天线可以实现更高的和速率，但是以更大的发射独立功耗为代价，因此在和速率增益与功耗之间存在折衷。在这里，ATAS可以利用最佳的权衡，从而进一步提高EE。最佳的穷举搜索和低复杂度的范数为基础的ATAS计划的开发。通过仿真，我们讨论了不同参数对MIMO-BC的EE的影响。
2012-06-09 cs.IT math.IT
Transmit Designs for the MIMO Broadcast Channel with Statistical CSI
我们研究多输入多输出广播信道与统计信道状态信息可在发射机。采用线性分配操作，并在一般衰落条件下导出了最优发射设计的必要条件。在此基础上，我们引入了一个迭代算法，通过应用梯度下降方法来最大化线性分配加权和率。为了降低复杂度，我们推导出每个接收器的线性分配可达速率的上界，从该上界推导出近似最优线性分配矩阵的简化封闭形式表达式。这揭示了一个类似于脏纸编码的有趣结构。鉴于此，提供了一种低复杂度的传输方案。数值例子说明了所提出的低复杂度计划的显着性能。
2014-06-30 cs.IT math.IT
Hybrid Block Diagonalization for Massive Multiuser MIMO Systems
对于大规模多输入多输出（MIMO）系统，与全复杂度RF链配置相比，将RF链的数量限制为远小于天线元件的数量可以显著降低实现成本。针对大规模多用户MIMO（MU-MIMO）系统的下行链路通信，提出了一种低复杂度的混合块对角化（Hy-BD）方案，以逼近传统BD处理方法的容量性能。我们的目标是收获大的阵列增益，通过相位的RF预编码和合并，然后在等效基带信道上进行数字BD处理。在大瑞利衰落信道和毫米波（mmWave）信道中检查所提出的Hy-BD方案。在单径信道和大量发射天线和接收天线的情况下，进一步进行了性能分析。最后，仿真结果表明，我们的Hy-BD方案，具有较低的实现和计算复杂性，实现了容量性能接近（有时甚至高于）的传统的高维BD处理。
2015-11-16 cs.IT math.IT
Weighted Sum Rate Optimization for Cognitive Radio MIMO Broadcast Channels
在本文中，我们考虑一个认知无线电（CR）网络中，未授权（次）用户被允许同时访问分配给授权（主）用户的频谱，只要他们的干扰主用户（PU）满足一定的约束。研究了次用户（SU）多输入多输出（MIMO）广播信道（BC）的加权和速率最大化问题，其中SU不仅具有和功率约束，而且具有干扰约束.我们首先将这个多约束最大化问题转化为它的等价形式，它涉及一个单一的约束多个辅助变量。固定这些多个辅助变量，我们提出了一个对偶结果的等价问题。我们的对偶结果可以解决多线性约束的MIMO-BC的优化问题，因此可以被看作是传统结果的扩展，传统结果依赖于一个单一的总和功率约束。此外，我们开发了一个有效的基于次梯度的迭代算法来解决等价的问题，并表明所开发的算法收敛到全局最优解。仿真结果进一步证实了该算法的有效性。
2008-04-22 cs.IT math.IT
Ergodic Fading MIMO Dirty Paper and Broadcast Channels: Capacity Bounds and Lattice Strategies
多输入多输出（MIMO）版本的脏纸信道进行了研究，其中的信道输入和污垢经历相同的衰落过程和衰落信道状态是已知的接收机（CSIR）。这表示信号和干扰源位于同一位置的设置，例如在广播信道中。首先，科斯塔的脏纸编码（DPC）的一个变种，其可实现的速率是在一个恒定的差距，所有的信号和污垢的权力。此外，提出了一种格型编码和解码方案，其判决区域与信道实现无关。在瑞利衰落下，格型编码方案的容量间隙随着接收天线的数目而消失，即使在有限的信噪比（SNR）下。因此，尽管衰落脏纸信道的容量仍然是未知的，这项工作表明，它是不远的无尘对应。来自脏纸信道的见解直接导致用于双用户MIMO广播信道（BC）的传输策略，其中发射器相对于每个接收器发射期望和不期望（脏）信号的叠加。分析了两个用户在不同衰落动态下格型编码方案的性能，表明高维格型可以实现接近容量的速率。
2017-06-20 cs.IT 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
A New Approach to User Scheduling in Massive Multi-User MIMO Broadcast Channels
针对多用户大规模多输入多输出（massive MIMO）广播信道，提出了一种新的基于两阶段波束成形的用户调度和波束成形方法。所提出的调度方法的关键思想是：1）使用一组正交参考波束，并在每个参考波束周围构造双锥，以仅基于信道质量指示符（CQI）反馈来选择“接近最优”的半正交用户;以及2）仅基于来自所选择的用户的信道状态信息（CSI）反馈，应用具有迫零波束成形（ZFBF）的用户选择后波束细化。证明了该方法随着用户数的增加是渐近最优的。此外，所提出的同步和波束形成方法几乎实现了现有的半正交用户选择与ZFBF（SUS-ZFBF），需要从所有用户的完整CSI反馈的性能，与显着减少的反馈开销，这是甚至小于所需的随机波束形成。
2014-03-27 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Power Allocation for MIMO Relay Broadcast Channel with Individual SINR Constraints
本文研究了移动台在单个信号干扰噪声比约束下的多输入多输出（MIMO）中继广播信道的系统设计问题。通过研究基站和中继站的下行链路和上行链路的对偶结构，提出了基站和中继站联合功率分配和波束赋形设计的两种方案。首先考虑在BS和RS处具有给定SINR目标的实际功率约束下可行解的存在性问题。然后考虑了系统的和幂最小化问题。在凸优化的框架下，利用最优的联合功率分配和波束形成可以有效地解决每个设计问题。我们还表明，在RS的子信道配对，传输功率可以通过信道补偿在任何一跳降低。最后，扩展到更一般的多跳应用程序，以进一步提高功率效率。
2011-02-28 cs.IT math.IT
Fixed-complexity vector perturbation with Block diagonalization for MU-MIMO systems
块对角化（BD）是一种将多用户多输入多输出（MU-MIMO）信道变换为具有零用户间干扰（IUI）的并行单用户MIMO（SU-MIMO）信道的技术。在本文中，我们结合了BD技术与两个确定性向量扰动（VP）算法，以降低发射功率的MU-MIMO系统与线性预编码。这些技术是固定复杂度的球编码器（FSE）和QR分解与M算法编码器（QRDM-E）。与基于球编码器（SE）的传统BD VP技术相比，所提出的技术具有固定的复杂度，并且可以通过控制扰动向量的候选集合的大小来实现性能和复杂度之间的折衷。仿真结果和分析表明，所提出的技术适用于下一代移动通信系统的延迟和计算复杂性有限。仿真结果表明，在4个用户各配备2根接收天线的MU-MIMO系统中，在目标误码率为10^{-4}时，BD-FSE和BD-QRDM-E的性能分别比传统的BD-THP（Tomlinson Harashima precoding）提高了5.5和7.4dB。
2009-12-09 cs.IT math.IT
