Linear Precoding for Broadcast Channels with Confidential Messages under Transmit-Side Channel Correlation
在本文中，我们分析了正则化信道反转（RCI）预编码的性能在多输入单输出（MISO）广播信道下的传输侧信道相关性的机密消息。我们推导出一个确定性等价的可实现的每用户的保密率几乎肯定是准确的发射天线的数量和用户的数量增长到无穷大，在一个固定的比例，我们确定的最佳正则化参数，最大化的保密率。此外，我们获得了确定性的等价物的保密率可实现的：（i）迫零预编码和（ii）单用户波束成形。我们的分析的准确性进行了验证，通过模拟有限大小的系统。
2013-04-23 cs.IT math.IT
Writing on Dirty Paper with Resizing and its Application to Quasi-Static Fading Broadcast Channels
本文研究了经典问题“写在脏纸上”的一个变体，其中输入和干扰或污垢的总和乘以一个随机变量，该随机变量对解码器已知，但对编码器未知。Costa的脏纸编码（DPC）计划的可实现的速率计算和比较的情况下，解码器的也知道污垢。在遍历的情况下，相应的速率损失渐近消失在高和低信噪比（SNR）的限制，并在所有有限的SNR为典型的分布，如瑞利，Rician，Nakagami是小的。在准静态的情况下，DPC计划是无损的，在所有SNR的中断概率。作为鲁棒性的应用，研究了无发送信道状态信息（CSI）的准静态衰落广播信道（BC）。结果表明，DPC计划导致中断可达率区域，严格占主导地位的时分。
2007-04-20 cs.IT math.IT
Generic Optimization of Linear Precoding in Multibeam Satellite Systems
多波束卫星系统已被用于向地面基础设施服务不足的地理区域提供交互式宽带服务。在此背景下，本文研究了固定多波束卫星系统前向链路中的联合多用户线性预编码设计。我们提供了一个通用的线性预编码设计的优化框架，以处理任何目标函数的数据率与一般的线性和非线性功率约束。为了实现这一目标，提出了一种交替优化预编码向量和功率分配的迭代算法，最重要的是，证明了所提出的算法总是收敛的。该优化算法同样适用于非线性脏纸编码。此外，上述问题和算法被扩展到每个终端具有多个共极化或双极化天线的情况。仿真结果表明，所提出的方案相比传统的多波束卫星系统，迫零和正则化迫零预编码方案在满足业务需求方面的性能显着改善。所提出的线性预编码方案的性能也被证明是非常接近脏纸编码。
2011-09-04 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
On Integer-Forcing Precoding for the Gaussian MIMO Broadcast Channel
整数强制（IF）预编码，也称为下行链路IF，是一种很有前途的新方法，用于多输入多输出（MIMO）广播信道上的通信。受多址接入信道的整数强制线性接收机的启发，它通过引入近似整数而不是近似单位的有效信道矩阵来推广线性预编码。结合格型编码和在发射机处的信道矩阵的预逆，该方案具有优于任何线性预编码方案的潜力，尽管享有类似的低复杂度。在本文中，一个特定的IF预编码方案，称为对角缩放精确IF（DIF），提出并显示，以实现最大的空间复用增益。对于两个接收机的特殊情况下，在高信噪比制度，参数的最佳选择推导出解析，导致几乎封闭形式的表达式，可实现的总和速率。特别是，它示出的间隙的总和容量的上限为0.27位的任何信道实现。对于一般信噪比，提出了一种正则化的DIF（RDIF）。两种接收机在瑞利衰落下的数值结果表明，RDIF可以实现性能优于最佳线性预编码和非常接近的总和容量。
2017-04-25 cs.IT math.IT
Precoding and Scheduling for AoI Minimization in MIMO Broadcast Channels
在本文中，我们考虑一个状态更新系统，其中更新产生在一个恒定的速率在$K$源，并发送到相应的收件人通过一个无噪声的广播信道。我们假设，完美的信道状态信息（CSI）是在每次传输之前在发射机可用，并且发射机能够利用CSI信息来预编码的更新。我们的目标是设计最佳的预编码方案，以尽量减少总和平均\emph{age of information}（AoI）在接收方。在对每个用户的每个更新$B$的大小、发射天线的数目$M$和接收天线的数目$N$的各种假设下，本文确定了相应的年龄最优的预编码和传输调度策略。具体地，对于当$N=1$时的情况，基于循环的更新方案被示出为最优的。对于采用$N>B$或$M\notin[N:2N]$的两用户系统，证明了帧更新方案是最优的。对于两用户系统中的其他情况，一个框架交替更新方案被证明是$2$ -最优的。
2022-03-15 cs.IT math.IT
Achievability Bounds of Coding with Finite Blocklength for Gaussian Broadcast Channels
EURECOM（欧洲通信学院）
本文提出有限块长下高斯广播信道中dirty paper coding的两种可实现性界限，包括依赖测试界限的广播适应版本和用户最大码书大小的κβ下界。
2026-02-19 cs.IT math.IT
MIMO Relaying Broadcast Channels with Linear Precoding and Quantized Channel State Information Feedback
多天线中继技术是一种提高蜂窝网络系统性能的有效技术。然而，当利用预编码技术来获得多天线增益时，系统通常需要发射机处的信道状态信息（CSI）。我们考虑一个线性预编码方案在MIMO中继广播信道与量化的CSI反馈从两个两跳链路。利用该方案，每个远程用户将其量化的CSI反馈给中继站，并且中继站将量化的预编码信息发送回基站（BS）。由于量化的信道知识的速率损失的上界的第一特征。然后，为了保持速率损失在一个预定的差距为增长的信噪比，一个策略的缩放量化质量的两个两跳链路的建议。结果表明，两条链路的反馈比特数应与中继站的发射功率成线性关系，而只有中继站到基站的反馈比特数需要随着基站发射功率的增加而增加。数值结果验证了所提出的反馈质量控制策略。
2012-05-11 cs.IT math.IT
Precoding Methods for MISO Broadcast Channel with Delayed CSIT
最近的信息理论的结果表明，在多用户下行链路MIMO信道上的预编码与延迟的信道状态信息在发射机（CSIT）可能会导致数据率远远超过没有任何CSIT获得的数据率，即使在极端的情况下，当延迟的信道反馈是完全过时的反馈延迟超过信道相干时间。这个令人惊讶的结果是基于干扰重复和对准的思想，其允许接收器重建完全抵消干扰的信息符号，使其成为无限SNR范围中的最佳方案。在本文中，我们提出了一个类似的问题，但在有限的SNR下。我们提出了第一个预编码器的建设，它匹配以前的结果在无限的SNR，但达到了一个有用的权衡干扰对齐和信号增强在有限的SNR之间，允许在实际设置中的显着性能改善。本文提出了两种通用的预编码方法，通过虚拟MMSE和互信息优化，实现了信号增强和干扰对齐之间的折衷。仿真结果表明，由于这两个方面之间的妥协，实质性的改善。
2012-07-09 cs.IT math.IT
Vector Precoding for Gaussian MIMO Broadcast Channels: Impact of Replica Symmetry Breaking
采用统计物理学中的“副本法”对高斯多输入多输出（MIMO）广播信道中的矢量预编码进行大系统分析。假设发射机包括与非线性预编码组合的线性前端，其最小化前端施加的发射能量损失。针对离散复杂输入字母表，通过在预编码之前将输入字母表放宽到更大的字母表集合来最小化能量惩罚。对于常见的离散格基松弛问题，发现该问题违反了副本对称性假设，并提出了副本对称性破缺的假设。的预编码器的输出，以及限制的能量惩罚的限制经验分布，推导出一步副本对称性破缺。对于凸松弛，副本对称性被发现持有和相应的结果进行比较。具体到一个“迫零”（ZF）的线性前端，和非合作用户，去耦的结果，根据该结果，由每个单独的接收机观察到的信道可以有效地由马尔可夫链u-x-y，其中u，x，和y是信道输入，等效的预编码器输出，和信道输出，分别表示。对于离散的基于格子的字母松弛，副本对称性破缺的影响证明了在发射机的能量惩罚。频谱效率的分析提供了比较离散的基于格的松弛对凸松弛，以及线性ZF和汤姆林森Harashima预编码（THP）。聚焦于四相相移键控（QPSK），显着的性能增益的晶格和凸松弛相比，线性ZF预编码，中到高的信噪比（SNR）。THP也表现出色。
2011-02-25 cs.IT math.IT
Large System Analysis of Linear Precoding in MISO Broadcast Channels with Confidential Messages
在本文中，我们研究了正则化信道反转（RCI）预编码在大MISO广播信道与机密消息（BCC）的性能。我们得到一个确定性的近似可实现的保密和率几乎肯定是准确的发射天线$M$和用户$K$的数量增长到无穷大的固定比例$β=K/M$。我们推导出最佳的正则化参数$ξ$和最佳的网络负载$β$，最大化每个天线的保密和速率。然后，我们提出了一个线性预编码器的基础上RCI和功率降低（RCI-PR），显着提高了高信噪比的保密和率$1<β<2$。我们提出的预编码器实现了每个用户的保密率，它具有相同的高SNR缩放因子作为以下两个上界：（i）没有保密要求的最佳RCI预编码器的速率，以及（ii）没有干扰的单用户系统的保密容量。此外，我们得到了一个确定性的近似的保密和率可实现的RCI预编码的信道状态信息（CSI）错误的存在。我们还分析了我们提出的RCI-PR预编码器的性能与CSI错误，我们确定如何错误必须缩放的SNR，以保持一个给定的速率差距的情况下，完美的CSI。
2013-04-22 cs.IT math.IT
On Transmit Antenna Selection for Multiuser MIMO Systems with Dirty Paper Coding
在本文中，我们解决了多用户MIMO系统中的发射天线选择预编码。介绍了最优和降低复杂度的次优天线选择算法。研究了基于QR分解（QRD）的天线选择问题，并分析了其次优性的原因。我们介绍了传统的QRD为基础的算法，并提出了一个有效的QRD为基础的发射天线方案（maxR），这是实现和性能高效。此外，我们推导出上述算法的计算复杂性的显式公式。仿真结果和分析表明，在线性迫零和Tomlinson-Harashima预编码方案下，最大R算法仅需最优算法1dB和0.1dB的计算量的1%。
2010-12-09 cs.IT math.IT
A Generalized Zero-Forcing Precoder with Successive Dirty-Paper Coding in MISO Broadcast Channels
在本文中，我们考虑多用户多输入单输出（MISO）广播信道的预编码器设计。代替使用传统的线性迫零（ZF）预编码器，我们提出了一种广义ZF（GZF）预编码器结合连续的脏纸编码（DPC）的数据传输，即GZF-DP预编码器，其中后缀\lq{} DP \rq{}代表\lq{}脏纸\rq{}。GZF-DP预编码器被设计为生成带形和下三角有效信道$\vec{F}$，使得仅沿着主对角线和$ν$第一下对角线的条目可以取非零值。利用连续DPC，通过连续编码来消除来自其他（多达）$ν$用户的已知非因果用户间干扰。我们分析了最佳的GZF-DP预编码器设计的总和速率和最小用户速率最大化。利用拉格朗日乘子，这两种情况下的最佳预编码器解决在封闭形式的最佳功率分配。对于总速率最大化，可以通过注水找到最优功率分配，但是根据参数$ν$修改水位。而对于衡量服务质量（QoS）的最小用户速率最大化问题，则直接求解最优功率分配问题，该问题也依赖于$ν$。此外，我们提出了两个低复杂度的用户排序算法的GZF-DP预编码器设计的最大化，分别。我们通过数值结果表明，所提出的GZF-DP预编码器与小$ν$（$\leq\!3$）呈现显着的速率增量相比，以前的预编码器设计，如线性ZF和基于用户分组的DPC（UG-DP）预编码器。
2017-03-09 cs.IT math.IT
Large-System Analysis of Joint User Selection and Vector Precoding with Zero-Forcing Transmit Beamforming for MIMO Broadcast Channels
研究了在发射端具有理想信道状态信息的多输入多输出（MIMO）广播信道（MIMO-BC）。作为联合用户选择（US）和矢量预编码（VP）与迫零发射波束形成（ZF-BF），US和连续VP（CVP）（US-CVP）和数据相关US（DD-US）的研究。利用统计物理学中的副本方法，分析了在大系统极限下两种US-VP方案的能量损失，在大系统极限下，用户数、选择用户数和发射天线数趋于无穷大，且它们的比值保持不变.在大系统极限下得到了四个观测结果：首先，DD-US的副本对称性（RS）和一步副本对称性破缺（1 RSB）假设可以分别为低和中等系统负载提供可接受的近似。其次，DD-US优于CVP与随机US的低到中等的系统负载的能量惩罚方面。第三，DD-US的渐近能量损失是不可区分的，从US-CVP低系统负载。最后，作者在以前的工作中提出的DD-US的贪心算法可以实现低到中等的系统负载的性能接近最优。
2012-04-18 cs.IT math.IT
When Network Coding and Dirty Paper Coding meet in a Cooperative Ad Hoc Network
我们开发和分析了新的合作策略，比经典的DF合作协议的频谱效率更高的ad hoc网络。使用模拟网络编码，我们的策略保留了实际的半双工假设，但放松了正交性约束。由于预编码，特别是脏纸编码，由于非正交性而引入的干扰被减轻。与智能功率分配相结合，我们的合作策略可以节省时间，并导致更有效地利用带宽和提高网络吞吐量相对于经典的RDF/PDF。
2007-07-06 cs.IT math.IT
Large System Analysis of Linear Precoding in Correlated MISO Broadcast Channels under Limited Feedback
在本文中，我们研究了迫零（ZF）和正则化ZF（RZF）预编码在大型MISO广播系统中的和速率性能的假设下，不完善的信道状态信息在发送端和每个用户的信道发送相关性。我们的分析假设发射天线的数量$M$和单天线用户的数量$K$是大的，而它们的比率保持有界。我们推导出确定性近似的经验信号干扰加噪声比（SINR）在接收机，这是紧的$M,K\to\infty$。在这个推导过程中，每个用户的信道相关性模型需要开发一个新的确定性等价的经验Stieltjes变换的高维随机矩阵与广义方差分布。确定性SINR近似使我们能够解决各种实际的优化问题。在和速率最大化下，我们推导出（i）对于RZF的最优正则化参数，（ii）对于ZF的最优用户数，（iii）对于ZF和RZF的最优功率分配方案，以及（iv）在大型FDD/TDD多用户系统中的最优反馈量。数值模拟表明，确定性的近似是准确的，即使是小的$M,K$。
2012-02-03 cs.IT math.IT
Secrecy Analysis for MISO Broadcast Systems with Regularized Zero-Forcing Precoding
本文针对大规模MISO广播系统中RZF预编码的保密性能展开研究，利用RMT推导联合分布的CLT，得到三种场景下ESR和SOP的闭式近似，评估了保密中断用户比例及所需发射天线数，结果表明外部Eve的保密损失更高。
2025-11-14 cs.IT math.IT
Joint Transmit Precoding for the Relay Interference Broadcast Channel
蜂窝系统中的中继是干扰受限的。当中继与传输策略联合优化时，实现了最高的端到端和速率。不幸的是，干扰将链路耦合在一起，使得联合优化具有挑战性。此外，当一些链路具有主导的第一链路而其他链路具有主导的第二链路时，端到端多跳性能对速率失配敏感。本文提出了一种在中继干扰广播信道（基于中继的蜂窝系统的通用模型）的发射机和中继站处设计线性发射预编码器的算法，以最大化端到端和速率。首先，中继被设计为最大化第二跳和速率。接下来，近似的端到端的速率，取决于分时分数和第二跳的速率被用来制定一个总和效用最大化的问题，设计的发射机。该问题通过迭代地最小化均方误差的加权和来解决。最后，调整发射机处的发射预编码器的范数以消除速率失配。该算法允许分布式实现，并具有快速收敛。仿真结果表明，该算法的性能优于单跳干扰管理策略的合理应用分别在两跳。
2012-09-21 cs.IT math.IT
Multiple Antenna Secure Broadcast over Wireless Networks
在无线数据网中，由于其广播性质，通信特别容易受到窃听。安全和隐私系统对于无线提供商和企业网来说已经变得至关重要。本文研究了高斯广播信道上的保密通信问题，其中多天线发射机向两个用户发送独立的保密消息，且具有完全保密性。也就是说，每个用户都希望可靠且保密地获得其自己的消息。首先，一个可计算的Sato型外边界上的保密容量区域提供了一个多天线广播信道的机密消息。接下来，描述了一种脏纸安全编码方案及其简化版本。对于每种情况下，相应的可达到的速率区域推导出完美的保密要求。最后，通过两个数值例子证明了Sato型外界与简化的脏纸编码保密率域的边界是一致的。
2007-05-08 cs.IT math.IT
Learning to Write on Dirty Paper
本文提出编码器与解码器均由神经网络参数化的数据驱动脏纸编码方法，无需状态、信道或输入统计先验，即可学习有效的非线性干扰预消除，并在多种情形下优于 THP 与基于格的预编码。
2025-07-23 cs.IT math.IT
Symbol-Level Precoding Design for Max-Min SINR in Multiuser MISO Broadcast Channels
本文研究了多用户多输入单输出（MISO）信道下行链路中最大最小信干噪比（SINR）准则下的符号级预编码（SLP）设计问题。首先，我们证明了距离保持建设性干涉区域（DPCIR）总是多面体角（移动尖锥）的任何给定的星座点与无界的决策区域。然后证明了在一个给定的无界DPCIR中，任何信号的范数大于对应顶点的范数当且仅当星座的凸包包含原点。利用这些性质，我们表明，无噪声的接收信号躺在一个无界的DPCIR的功率是两个参数的严格递增函数。这允许我们将原始非凸SLP最大-最小SINR重新公式化为凸优化问题。我们讨论的损失，由于我们提出的凸重构，并提供了一些模拟结果。
2018-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
An Asymptotic Analysis of the MIMO BC under Linear Filtering
我们研究了MIMO广播信道在高信噪比制度时，线性滤波，而不是脏纸编码。使用一个用户明智的速率对偶，其中每个用户的流不被视为自干扰，在迄今为止现有的流明智的速率对偶线性滤波，我们解决了加权和速率最大化问题的广播信道中的双多址接入信道。因此，我们可以准确地量化的渐进速率损失的线性滤波相比，脏纸编码的任何信道实现。通过对偶性将最优协方差矩阵转换为广播信道后，我们观察到广播信道中的最优协方差矩阵具有相当复杂的特征，但仍然具有封闭形式的表达式，尽管双多址信道中的各个发送协方差矩阵共享非常简单的结构。我们立即得出结论，块对角化是广播信道中的渐近最优传输策略。出块对角化预编码器的集合，我们提出了一个实现最大的和速率，从而对应于在双多址信道中找到的最佳解决方案。此外，我们量化的遍历速率损失的线性编码相比，脏纸编码的高斯信道在手机的相关性。
2008-07-17 cs.IT math.IT
Beyond Dirty Paper Coding for Multi-Antenna Broadcast Channel with Partial CSIT: A Rate-Splitting Approach
在现代无线通信网络中，发射端的信道状态信息（CSIT）不完全是不可避免的，它会导致多天线广播信道（BC）中严重的多用户干扰。虽然具有完美CSIT的多天线（高斯）BC的容量是已知的并且通过脏纸编码（DPC）实现，但是具有不完美CSIT的多天线BC的容量和容量实现策略仍然是未知的。因此，常规方法依赖于将为完美CSIT设计的通信策略应用于不完美CSIT设置。在这项工作中，我们打破了这种常规，并作出了两个主要贡献。首先，我们表明，线性预编码的速率拆分（RS），依赖于分裂的消息到公共和私人部分和线性预编码在发射机，和连续的干扰消除在接收机，可以实现更大的速率区域比DPC在多天线BC与部分CSIT。其次，我们提出了一种新的可实现的计划，表示为脏纸编码的速率分裂（DPCRS），它依赖于RS分裂成公共和私人部分的用户消息，和DPC编码的私人部分。我们表明，在多输入单输出（MISO）BC与部分CSIT的DPC实现的速率区域扩大超出传统的DPC和线性预编码的RS。受益于RS部分解码干扰并部分将干扰视为噪声的能力，与DPC和其他现有传输策略相比，DPCRS对CSIT不准确性、网络负载和用户部署不太敏感。建议DPCRS作为一个新的基准和最知名的可实现的多天线BC与部分CSIT的策略。
2020-08-03 cs.IT eess.SP math.IT
Tomlinson-Harashima Precoding for Multiuser MIMO Systems with Quantized CSI Feedback and User Scheduling
本文研究了采用贪婪用户选择的下行多用户MIMO传输中基于低复杂度量化CSI的Tomlinson-Harashima（TH）预编码方案的和速率性能。利用极值理论导出了每个选定用户的输出信干噪比的渐近分布以及随着用户数K增大的渐近和速率。对于固定的有限信噪比和有限数量的发射天线$n_T$，我们证明了随着K的增长大，所提出的方法可以实现最佳的总和速率缩放的MIMO广播信道。我们还证明，如果我们忽略预编码损失，这种方法的平均总和速率收敛到MIMO广播信道的平均总和容量。我们的研究结果提供了深入了解量化CSI对多用户分集增益造成的多用户干扰的影响。
2014-08-03 cs.IT math.IT
Secrecy Capacity Region of a Multi-Antenna Gaussian Broadcast Channel with Confidential Messages
在无线数据网络中，通信由于其广播性质而特别容易受到窃听。安全和隐私系统对于无线提供商和企业网络来说已经变得至关重要。本文研究了高斯广播信道中的秘密通信问题，其中一个多天线发射机向两个具有信息论保密性的用户发送独立的保密消息。也就是说，每个用户都希望以可靠和安全的方式获得其自己的机密消息。该通信模型被称为具有机密消息的多天线高斯广播信道（MGBC-CM）。在这种通信场景下，首先基于高斯码本设计了一种秘密的脏纸编码方案和相应的可达保密率域。接下来，为MGBC-CM提供保密容量区域上的可计算Sato型外边界。此外，证明了Sato型外边界与秘密脏纸编码可达速率区域的边界一致，从而建立了MGBC-CM的保密容量区域。最后，两个数值例子表明，两个用户可以同时获得正速率下的信息理论的保密要求。
2007-09-28 cs.IT math.IT
Joint Precoding and Power Control in Small-Cell Networks With Proportional-Rate MISO-BC Backhaul
在多输入单输出广播（MISO-BC）回程的小小区网络中，研究了\mbox{MISO-BC}回程和接入链路的联合脏纸编码和功率控制，以最小化系统发射功率.考虑到MISO-BC回程的比例率和流量守恒约束，所述优化问题为\mbox{non-convex}。此外，公式化的问题耦合的预编码向量的功率控制变量。为了处理\mbox{non-convex}优化问题并解耦回程链路和接入链路，研究了所制定的问题的结构，使得独立地获得最优预编码向量和最优功率控制变量。此外，最佳的预编码向量得到封闭形式的表达式。仿真结果表明，该方案的性能优于基准方案。
2019-08-13 cs.IT math.IT
Linear Precoding in Cooperative MIMO Cellular Networks with Limited Coordination Clusters
在协作多天线下行链路蜂窝网络中，考虑用户速率的凹函数的最大化。提出了一种新的线性预编码技术--软干扰置零（SIN）技术，该技术的性能至少与迫零（ZF）波束形成技术相当。所有基站共享信道状态信息，但是每个用户的消息仅被路由到参与用户的协调集群的那些基站。当网络中有限大小的集群重叠时，SIN预编码特别有用，在这种情况下，诸如脏纸编码或ZF之类的传统技术不能直接应用。通过求解一系列凸优化问题来计算SIN预编码器。在中等信噪比下，部分网络协调下的SIN性能优于完全网络协调下的ZF。在重叠的协调集群，SIN预编码实现了相当高的吞吐量相比，近视ZF，特别是当集群是大的。
2010-08-13 cs.IT math.IT
Achieving Large Sum Rate and Good Fairness in MISO Broadcast Communication
本文研究了在物理层采用脏纸编码和迫零脏纸编码的MISO广播通信中和速率和公平性之间的折衷。权衡是基于一个新的设计目标，称为“三阶段”的方法，以及一个新的基于L1的公平性措施，这是更强大的比著名的Jain的指数比较公平性水平实现的各种设计目标在一个更精细的分辨率在高SNR制度。新提出的三阶段设计还引入了一个新的概念，随机分配功率的统计功率分配给用户的最佳概率分布的基础上得出的和速率和公平性之间的权衡。仿真结果表明，该方法可以同时获得更大的和速率和更好的公平性比著名的比例公平性准则。文中还给出了一个性能上界，表明该方法在中高信噪比下具有良好的性能，在低信噪比下有进一步改进的潜力。
2019-02-14 cs.IT math.IT
Sum Capacity Loss Quantification With Optimal and Sub-Optimal Precoding in Heterogeneous Multiuser Channels
我们分析近似的最佳下行链路预编码技术的脏纸编码（DPC），和迫零预编码的次优技术，多用户信道的预期总容量损失。我们还考虑了最一般的情况下，多流传输到多个用户，在这里我们评估DPC和块对角化预编码之间的预期总容量损失。与以前不同的是，假设异质莱斯衰落，我们利用众所周知的仿射近似预测的预期总和容量差异两种预编码器类型（最佳和次优）在广泛的系统和传播参数。此外，对于单流传输，我们考虑加权和容量最大化的问题，其中提出了两种预编码器类型之间的和容量差异的类似量化。在这样做时，我们公开了，功率分配给不同的用户成比例，他们各自的权重渐近最大化的加权和容量。数值模拟，以证明开发的表达式相对于他们的模拟同行的紧密性。
2021-11-19 cs.IT math.IT
Achieving Gaussian Vector Broadcast Channel Capacity with Scalar Lattices
提出基于标量格的编码方案，通过信道分解、脏纸编码、ASK及概率成形，在K接收器高斯矢量广播信道中达到容量域内所有可达速率点。
2024-04-24 cs.IT math.IT
On the Fading Paper Achievable Region of the Fading MIMO Broadcast Channel
我们考虑在各态历经衰落的多天线广播（MIMO-BC）信道的传输，部分信道状态信息在发送端和全部信息在接收端。在等效的{ \it非}衰落信道上，最近已经证明，使用为"脏纸“信道设计的传输方案可以实现容量。我们专注于一个类似的“褪色纸”模型。褪色纸容量的评估是很难获得的。我们限制自己的{ \it线性分配}的能力，我们定义，并使用凸分析方法来证明其最大化分布是高斯。我们比较我们的褪色纸传输的脏纸编码的应用程序，忽略了部分状态信息，并假设信道是固定的平均衰落。我们表明，增益是很容易实现的适当利用的信息。我们还考虑了合作上限的和率容量的建议佐藤。我们提出了一个数值例子，表明我们的计划是能够实现这个上限。
2007-10-13 cs.IT math.IT
Coordinate Tomlinson-Harashima Precoding Design for Overloaded Multi-user MIMO Systems
汤姆林森-原岛预编码（THP）是一种在发送端采用的非线性处理技术，用于实现脏纸编码（DPC）的概念。然而，THP的性能受到发射天线的数目必须大于或等于接收天线的总数的维度约束的限制。在本文中，我们提出了一种迭代的协调THP算法的情况下，其中的接收天线的总数大于发射天线的数量。该算法实现了两种类型的THP结构，分散的THP（dTHP）与对角加权滤波器在用户的接收端，和集中的THP（cTHP）与对角加权滤波器在发送端。仿真结果表明，提出的迭代坐标THP算法与传统的线性算法相比，具有更好的出错率和和速率性能。
2014-12-25 cs.IT math.IT
High SNR Analysis of RIS-Aided MIMO Broadcast Channels
本文在高信噪比下分析RIS对MIMO广播信道Gram特征值的影响，推导了基站与RIS间视距配置带来的基本限制，并证明在特定信道条件下DPC与线性预编码的性能差距消失。
2023-04-14 cs.IT eess.SP math.IT
Efficient Linear Precoding in Downlink Cooperative Cellular Networks with Soft Interference Nulling
提出了一种简单的线路网络模型来研究下行蜂窝网络。在没有基站协作的情况下，系统是干扰受限的。当允许基站联合编码用户信号时，干扰限制被克服，但是实现容量的脏纸编码方案对于实际实现来说可能太复杂。提出了一种新的线性预编码技术--软干扰置零（SIN）技术，该技术在全网络协调下至少具有迫零（ZF）波束成形的性能。与ZF不同，SIN允许干扰的可能性，但过度惩罚干扰。通过求解凸优化问题来计算SIN预编码器，并将该公式扩展到多天线信道。SIN可以应用时，只有有限数量的基站合作，它表明，SIN下部分网络协调可以优于全网络协调ZF在中等信噪比。
2009-09-24 cs.IT math.IT
Dirty Paper Coded Rate-Splitting for Non-Orthogonal Unicast and Multicast Transmission with Partial CSIT
非正交单播和多播（NOUM）传输系统允许在相同的时间-频率资源块中与单播流联合地发送旨在给所有接收机的多播流。虽然具有发射机处的完美信道状态信息（CSIT）的两用户多天线NOUM的容量是已知的并且通过具有叠加编码（SC）的脏纸编码（DPC）辅助的NOUM来实现，但是具有部分CSIT的多天线NOUM的容量和容量实现策略仍然未知。在这项工作中，我们专注于部分CSIT设置，并作出两个主要贡献。首先，我们表明，线性预编码的速率分割（RS），依赖于单播消息分成公共和私有部分，共同的部分与多播消息和线性预编码在发射机上一起编码，可以实现更大的速率区域比DPC辅助NOUM与部分CSIT。其次，我们研究了脏纸编码速率分裂（DPCRS），它结合了RS和DPC。我们发现，DPCRS辅助NOUM的速率区域扩大超过传统的DPC辅助NOUM和线性预编码的RS辅助NOUM与部分CSIT。
2020-12-14 cs.IT math.IT
Performance Limits of a Cloud Radio
蜂窝网络中的协作被视为管理其他小区干扰以观察可实现速率的增益的关键技术。在本文中，我们提出了一个云无线电网络使用次优迫零均衡器与脏纸预编码的可实现的速率区域。我们表明，当完整的信道状态信息是在云，可以实现接近总干扰消除可实现的速率。在上行链路和下行链路中，平均容量增益超过传统蜂窝网络高达2倍，这种预编码方案显示出在云无线电网络中实现的巨大前景。为了简化分析，我们使用一个随机几何框架的泊松点过程，而不是传统的基于网格的细胞网络模型。我们还研究了限制信道状态信息和地理聚类限制云大小对可达速率的影响。我们已经观察到，使用这种迫零脏纸编码技术，可以最小化集群间干扰的不利影响，从而将干扰受限网络转换为噪声受限网络，如网络中的平均用户对于低操作信噪比所经历的。然而，对于更高的信噪比，平均可实现速率和小区边缘可实现速率都饱和，如文献中所观察到的。由于脏纸编码的实现实际上是不可行的，我们提出了一个实际的设计，云无线电网络使用云最小均方均衡器处理上行链路流，并使用汤姆林森-原岛预编码器作为次优替代脏纸预编码器在下行链路中。
2013-07-17 cs.IT math.IT
DMT of weighted Parallel Channels: Application to Broadcast Channel
在具有随机分组到达和传输队列的广播信道中，系统的稳定性通过使用取决于队列大小的适当权重来最大化加权和速率容量来实现。采用脏纸编码（DPC）和迫零（ZF）的加权和速率容量渐近等价于并行单信道上的加权和容量。本文研究了固定加权和速率容量约束下衰落广播信道的分集复用折衷问题。首先推导了相同和不同并行加权MISO信道的DMT。最后，我们推导出使用DPC和ZF预编码器的广播信道的DMT。
2008-07-24 cs.IT math.IT
Multi-Antenna Gaussian Broadcast Channels with Confidential Messages
在无线数据网中，由于其广播性质，通信特别容易受到窃听。安全和隐私系统对于无线提供商和企业网来说已经变得至关重要。研究了高斯广播信道中多天线发射机利用\emph{information-theoretic secrecy}向两个用户发送独立的保密消息的保密通信问题。也就是说，每个用户都希望以可靠和安全的方式获得其自己的机密消息。该通信模型被称为具有机密消息的多天线高斯广播信道（MGBC-CM）。在这种通信场景下，首先基于高斯码本设计了一种秘密的脏纸编码方案和相应的可达保密率域。接下来，为MGBC-CM提供保密容量区域上的可计算Sato型外边界。此外，证明了Sato型外边界与秘密脏纸编码可达速率区域的边界一致，从而建立了MGBC-CM的保密容量区域。最后，数值例子表明，在信息论保密要求下，两个用户可以同时获得正速率。
2008-04-26 cs.CR cs.IT math.IT
Broadcast Channels with Delayed Finite-Rate Feedback: Predict or Observe?
大多数多用户预编码技术需要准确的发射机信道状态信息（CSIT），以保持用户之间的正交性。这样的技术已被证明在时变信道中相当脆弱，因为CSIT由于估计和反馈延迟以及量化噪声而固有地不完美。最近由Maddah-Ali和Tse（MAT）提出的替代方法允许多输入单输出（MISO）广播信道（BC）中的显著复用增益，即使具有完全陈旧（即，与当前信道状态不相关）的发送CSIT。对于$K$用户，他们的方案声称相对于在MISO BC中可获得的全$K$自由度（DoF），对于大的$K$具有完美的CSIT，仅损失$\log(K)$因子。然而，他们的结果没有考虑反馈的成本，这在高迁移率（短信道相干时间）中可能非常大。在本文中，我们更仔细地检查MAT方案，并将其DoF增益与单用户传输（总是达到1 DoF）和部分CSIT线性预编码（达到$K$）进行比较。特别是，假设信道相干时间是$N$符号周期和反馈延迟是$N_{\rm fd}$，我们表明，当$N < (1+o(1)) K \log K$（短相干时间），单用户传输性能最好，而对于$N> (1+o(1)) (N_{\rm fd}+ K / \log K)(1-\log^{-1}K)^{-1}$（长相干时间），迫零预编码优于其他两个。MAT方案对于中间相干时间是最佳的，即使考虑到反馈成本，中间相干时间对于实际参数选择来说确实是相当大且显著的范围。
2011-05-18 cs.IT math.IT
Symbol-Level Precoding Made Practical for Multi-Level Modulations via Block-Level Rescaling
在本文中，我们提出了一种干扰利用符号级预编码（SLP）的方法，通过块内功率分配方案的多级调制，大大减少了信令开销。现有的SLP方法需要符号级广播的重缩放因子的用户进行正确的解调，这阻碍了SLP的实际实现。所提出的方法允许在传统块级预编码中进行的重新缩放因子的块级广播，大大减少了SLP的信令开销而不牺牲性能。我们的推导结果进一步表明，所提出的块内功率分配享有一个精确的封闭形式的解决方案，因此不会增加在基站（BS）的复杂性。除了有效的吞吐量结果验证的信令开销显着缓解，数值结果表明，所提出的功率分配方法也提高了现有的SLP的错误率性能。因此，所提出的方法使得SLP在多级调制中的实际使用成为可能。
2021-03-10 cs.IT eess.SP math.IT
On the Degrees of Freedom of time correlated MISO broadcast channel with delayed CSIT
我们考虑时间相关的MISO广播信道，其中发射机除了延迟的信道状态信息（CSI）之外，还具有关于当前信道状态的部分知识。而不是只利用当前的CSI，作为迫零预编码，或只延迟CSI，作为Maddah-Ali-Tse（MAT）计划，我们提出了一个无缝的策略，利用这两个。所提出的方案的可实现的自由度的特征在于当前信道知识的质量。
2012-02-09 cs.IT math.IT
Dirty Paper Coding using Sign-bit Shaping and LDPC Codes
脏纸编码（DPC）是指用于在多用户通信系统的发射机处预减去已知干扰的方法。DPC有许多应用，包括用于广播信道的编码。最近，基于格的编码技术已经为DPC提供了几种设计。在基于格的DPC中，有两种代码-定义用于整形的格的卷积码和用于信道编码的纠错码。最近的文献中报道了几种具体的设计，使用卷积和基于图的代码来获得接近容量的整形和编码增益。在大多数报告的设计中，编码器工作在成形和信道码的联合网格上，或者解码器需要成形和信道解码器之间的迭代。这导致实施的高度复杂性。在这项工作中，我们提出了一个基于格的DPC计划，提供了良好的成形和编码增益与适度的复杂性在编码器和解码器。我们使用卷积码的符号位整形，和低密度奇偶检验（LDPC）码的信道编码。关键的想法是引入一个码字延迟和在发送端仔细解析比特，这使得LDPC解码器能够首先在接收端运行。这提供了增益，而不需要整形和信道解码器之间的迭代。仿真结果证实，在高速率下，所提出的DPC方法以适度的复杂度执行接近容量。作为所提出的DPC方法的应用，我们展示了一种叠加编码设计，该设计提供比高斯广播信道上的分时更好的速率。
2010-01-20 cs.IT math.IT
On Linearly Precoded Rate Splitting for Gaussian MIMO Broadcast Channels
在本文中，我们考虑一个一般的K用户高斯多输入多输出（MIMO）广播信道（BC）。我们假设信道状态是确定性的，并且为所有节点所知。虽然私有消息容量区域是众所周知的，可以实现脏纸编码（DPC），我们感兴趣的是更简单的线性预编码传输方案。特别是，我们专注于与速率分裂（RS）相结合的线性预编码方案。首先，我们推导出一个可实现的速率区域与最小均方误差（MMSE）的预编码在发射机和联合解码的子消息在接收机。然后，我们研究了该方案的可实现的和速率，并得到两个发现：1）在数字上显示为接近近似的和速率的分析上界，以及2）如何减少活动流的数量-对整体复杂性至关重要-同时保持和速率在恒定的损失内。后者导致两个实用的算法：流消除算法和流排序算法。最后，我们研究了线性预编码RS的恒定间隙最优性。我们的研究结果表明，而线性预编码单独的可实现的速率可以任意远离容量，RS的引入可以帮助实现容量区域内的一个恒定的差距，在两个用户的情况下。然而，我们证明了RS方案的恒定间隙的最优性不延伸到三个用户的情况下。具体来说，我们通过一个病理的例子，和率和总容量之间的差距可以是无限的。
2021-04-28 cs.IT math.IT
Block Diagonalization Type Precoding Algorithms for IEEE 802.11ac Systems
基于块对角化（BD）的预编码方案是公知的用于多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统的下行链路中的线性发送策略。在发送端采用的BD类型预编码算法通过将MU-MIMO广播信道分解为多个单用户MIMO（SU-MIMO）信道，然后并行化SU-MIMO信道以获得每个用户的独立流来实现多用户干扰（MUI）的抑制。鉴于线性预编码算法的设计已经取得了重大进展，这些技术在无线局域网（WLAN）标准中的实现仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中，提出了在IEEE 802.11 ac标准的框架下，基于BD的预编码技术的实施方案，然后在所提出的框架下对这些技术进行性能评估。我分析了在我的框架中的技术的和速率和误比特率（BER）性能，并获得计算复杂性明智的，以及性能明智的最佳算法为我的系统。
2018-01-02 cs.IT math.IT
Lattice Strategies for the Dirty Multiple Access Channel
被认为是一个多址设置的高斯脏纸问题的推广。存在两个附加干扰信号，每个发射机知道一个，但接收机不知道。当干扰信号很强时，使用Costa的策略（即通过由Costa的辅助随机变量引起的随机分箱方案）可实现的速率在极限中消失。相比之下，它表明，格策略（“格预编码”）可以实现独立的干扰，实际上在某些情况下，这取决于噪声方差和功率约束的正速率-他们是最佳的。特别地，格型策略在高SNR的限制下是最优的。它还表明，可实现的速率区域和容量区域之间的差距是最多0.167位。因此，脏MAC是网络设置的另一个实例，如Korner-Marton模2和问题，其中线性编码可能比随机分箱更好。格传输方案和条件的非对称情况下，只有一个干扰，这是已知的一个用户（谁作为一个“助手”的其他用户），并为“共同干扰”的情况下的最优性也得到。在前一种情况下，辅助可达速率与其容量之间的差距至多为0.085比特。
2009-04-13 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
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
Symbol-level and Multicast Precoding for Multiuser Multiantenna Downlink: A Survey, Classification and Challenges
预编码通常被认为是减轻干扰和有效利用多天线下行链路信道中可用的有效手段，其中多个用户在相同的信道资源上同时被服务于独立的信息。这一领域的早期工作集中在通过构造符号块（码字）的加权线性组合来向每个用户发送单独的信息流。然而，最近的工作已经通过以下方式超越了这种传统观点：i）向用户组发送不同的数据流，以及ii）在每个符号的基础上应用预编码。在此上下文中，当前调查呈现了关于两个主轴的预编码技术的统一视图和分类：i）预编码权重的切换速率，导致块级和符号级预编码的类别，ii）每个流被寻址到的用户的数量，因此单播/多播/广播预编码。此外，分类技术进行了比较，通过代表性的数值结果，以证明其相对性能和揭示基本的见解。最后，一个开放的理论问题和实践挑战的清单，以启发在这一领域的进一步研究。
2017-03-10 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
Dirty-paper Coding without Channel Information at the Transmitter and Imperfect Estimation at the Receiver
在本文中，我们研究的影响，不完善的信道估计在接收机和没有信道知识在发射机上的容量的衰落科斯塔的信道状态信息非因果已知的发射机。我们推导出最佳的脏纸编码（DPC）计划和相应的可实现的速率与高斯输入的假设。我们的研究结果，不相关的瑞利衰落，提供直观的见解的影响的信道估计和信道特性（如信噪比，衰落过程，信道训练）的可实现的速率。这些在多用户无线通信（例如广播信道）和信息嵌入应用（例如鲁棒水印）的实际场景中是有用的。我们还研究了适合每个应用程序的最佳训练设计。我们提供了一个单用户衰落科斯塔的信道与最大似然（ML）信道估计的数值结果。这些说明了一个有趣的实际的权衡之间的训练量和它的影响，使用DPC方案的干扰消除性能。
2007-06-19 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
Joint Design of Optimal Cooperative Jamming and Power Allocation for Linear Precoding
为了提高多用户广播信道的物理层安全性，研究了多用户广播信道的线性预编码和协同干扰技术。我们考虑的系统中，多个独立的数据流从基站发送到多个合法用户的帮助下，一个友好的干扰。假设在基站处给出归一化线性预编码矩阵，而要确定分配给每个用户的功率。问题是联合设计线性预编码和友好干扰机处的协作干扰的不同用户之间的功率分配。我们的目标是最大限度地提高保密率的下限，提供了一个最小的通信速率的用户得到保证。当友方干扰机处的天线数不小于用户和窃听者处的天线数之和时，得到了最优解。此外，提出了一种次优算法，它可以适用于所有的场景。数值结果表明，所提出的方案是有效的安全通信。
2014-07-31 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
Wyner-Ziv Coding over Broadcast Channels: Digital Schemes
本文讨论了广播信道上的一个共同的源有损耗传输时，有相关的边信息在接收机，重点是二次高斯和二进制汉明的情况下。一个数字方案，结合了问题的无损版本的想法，即，介绍并分析了广播信道上的Slepian-Wolf编码和脏纸编码。该方案使用分层编码，其中公共层信息旨在用于两个接收机，而细化信息仅指定用于一个接收机。对于二次高斯的情况下，表征每个接收器的整体质量的量被确定在信道和边信息参数方面。它示出，它是更有利的，以“更好”的整体质量发送的细化信息到接收器。在所有接收机具有相同的总体质量的情况下，所提出的方案成为最佳的。然而，与其无损对应物不同的是，该问题回避了完整的表征。
2009-11-21 cs.IT math.IT
