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
Robust Transceiver with Tomlinson-Harashima Precoding for Amplify-and-Forward MIMO Relaying Systems
研究了多跳放大转发多输入多输出中继系统中基于Tomlinson-Harashima预编码的鲁棒收发机设计问题。在源节点，采用THP来抑制空间码间干扰。然而，由于其非线性性质，THP对信道估计误差非常敏感。为了减小信道估计误差的影响，提出了一种信源端THP、中继端线性转发矩阵和目的端线性均衡器的联合贝叶斯鲁棒设计。利用乘性凸性和矩阵单调函数的优良特性，首次推导出非线性收发器的最优结构。基于导出的结构，收发器的设计问题减少到一个简单得多，只有标量变量，可以有效地解决。最后，仿真结果表明，所提出的鲁棒设计的性能优势，非鲁棒设计。
2014-12-04 cs.IT math.IT
Study of Tomlinson-Harashima Precoding Strategies for Physical-Layer Security in Wireless Networks
在本文中，我们提出了新的非线性预编码器的多用户MIMO系统的下行链路存在多个窃听。所提出的非线性预编码器的设计，以提高物理层的保密率。具体来说，我们结合非线性连续优化汤姆林森-原岛预编码（SO-THP）与广义矩阵求逆（GMI）技术，以最大限度地提高物理层的保密率。为了比较的目的，我们研究了不同的传统预编码器与所提出的算法的保密率以及BER性能。我们还研究了简化的广义矩阵求逆（S-GMI）和格缩减（LR）技术，以有效地计算预编码器的参数。我们进一步进行计算复杂性和保密率的建议和现有的算法分析。此外，在窃听者不知道信道状态信息（CSI）的情况下，采用在传输前注入人工噪声（AN）的策略来提高物理层保密率。仿真结果表明，提出的非线性预编码器优于现有的预编码器的误码率和保密率性能。
2016-10-22 cs.IT math.IT
Tomlinson-Harashima Precoding-Aided Multi-Antenna Non-Orthogonal Multiple Access
本文研究了多用户多输入单输出（MU-MISO）非正交多址（NOMA）下行链路的Tomlinson-Harashima预编码（THP）。在其中每个具有两个用户的多个簇被形成并在空间域中被服务并且每个簇中的用户在功率域中被服务的分层结构下，与常规迫零（ZF）簇间波束成形相比，THP被应用于消除对强用户的簇间干扰（ICI）并且扩大用于减轻对弱用户的ICI的波束设计空间的维度。在扩大波束设计空间的基础上，提出了两种基于THP的MISO-NOMA波束设计算法。第一种是基于用户调度的贪婪序贯波束设计，第二种是联合波束重新设计和功率分配。这两个设计问题导致非凸优化问题。提出了一种基于逐次凸逼近（SCA）的求解非凸优化问题的有效算法。数值结果表明，所提出的用户调度和两个波束设计方法的基础上THP产量显着增益比现有的方法。
2018-08-23 cs.IT math.IT
Quantized CSI-Based Tomlinson-Harashima Precoding in Multiuser MIMO Systems
该文研究了在发射端基于量化信道状态信息（CSI）的多用户MIMO系统中Tomlinson-Harashima（TH）预编码的实现。与文献[1]中的结果相比，我们的方案适用于更一般的系统设置，其中系统中的用户数量可以小于或等于发射天线的数量。我们还研究了所提出的量化CSI为基础的TH预编码方案的可实现的平均和速率。给出了信道状态信息量化后系统的平均和速率的上界以及信道状态信息量化后系统的平均和速率损失的上界表达式。我们还提出了一些数值结果。结果表明，无论是在理想信道状态下还是在量化信道状态下，非线性TH预编码都能获得比线性迫零预编码更好的性能。此外，我们推导的TH预编码的平均速率损失的上界收敛到真实速率损失的速度比在[2]中获得的迫零预编码的速度更快，因为反馈比特数变大。分析和数值结果表明，非线性预编码比线性预编码更容易受到不完美CSI的影响。
2014-08-03 cs.IT math.IT
Multi-Branch Tomlinson-Harashima Precoding for MU-MIMO Systems: Theory and Algorithms
Tomlinson-Harashima预编码（THP）是在发送侧采用的非线性处理技术，并且是在接收侧的连续干扰消除（SIC）检测的对偶。与SIC检测类似，THP的性能强烈依赖于预编码符号的排序。然而，最优排序算法，是不切实际的多用户MIMO（MU-MIMO）系统与多个接收天线，由于用户的地理分布的事实。在本文中，我们提出了一个多分支THP（MB-THP）的计划和算法，采用多个发送处理和排序策略以及选择方案，以减轻干扰MU-MIMO系统。提出了两种类型的多分支THP（MB-THP）结构。第一种算法在用户的接收端采用对角加权滤波器的分散策略，第二种算法在发送端采用对角加权滤波器。MB-MMSE-THP算法也推导出一个扩展的系统模型的LQ分解的帮助下，这是简单得多相比，传统的MMSE-THP算法。仿真结果表明，MB-MMSE-THP预编码器在计算复杂性增加较小的情况下，可以获得更好的出错率（BER）性能。
2014-01-19 cs.IT math.IT
Low-Complexity Hybrid Linear/Tomlinson-Harashima Precoding for Downlink Large-Scale MU-MIMO Systems
针对下行链路大规模多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统，提出了一种新的低复杂度混合线性/Tomlinson-Harashima预编码器（H-L-THP）。所提出的预编码器包括仅利用信道状态信息（CSI）的二阶统计的内部线性预编码器和使用实际信道和内部预编码器的级联的瞬时总体CSI的外部THP。用户终端被分成组，其中对于每个组，THP连续地减轻组内干扰，而组间干扰由内部线性预编码器消除。我们的仿真结果表明，比特出错率（BER）的建议H-L-THP预编码器是接近传统的THP预编码器，并大大低于常用的正则化迫零（RZF）预编码器的BER。此外，我们推导出精确的表达式的计算复杂性的建议H-L-THP预编码器的浮点运算所需的数量。这些结果表明，所提出的H-L-THP预编码器具有比传统的THP和RZF预编码器低得多的计算复杂性，并且因此是用于实际实现的优秀候选。
2016-04-29 cs.IT math.IT
Robust Multi-Branch Tomlinson-Harashima Precoding in Cooperative MIMO Relay Systems
针对基于多分支（MB）策略的放大转发（AF）多输入多输出（MIMO）中继系统，提出了一种基于Tomlinson-Harashima预编码（THP）的鲁棒收发器设计方法。MB策略在配备有不同排序模式的若干并行分支上采用连续干扰消除（SIC），使得每个分支通过利用某个排序模式来产生发射信号。对于每个并行分支，所提出的鲁棒非线性收发器的设计包括THP在源随着线性预编码器在中继和线性最小均方误差（MMSE）接收器在目的地。通过考虑信道的不确定性，源和中继预编码器联合优化，以最小化均方误差（MSE）。然后，我们采用对角化方法以及矩阵单调函数的一些属性，将矩阵变量的优化问题转化为标量变量的优化问题。我们采用迭代法通过Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件获得中继和源预编码器的解。设计了一个合适的选择规则来选择与最佳支路相对应的非线性收发器进行数据传输。仿真结果表明，所提出的MB-THP方案能够减轻信道状态信息（CSI）错误的影响，提高系统的鲁棒性。
2014-09-21 cs.IT math.IT
Delay-Doppler Domain Tomlinson-Harashima Precoding for OTFS-based Downlink MU-MIMO Transmissions: Linear Complexity Implementation and Scaling Law Analysis
正交时频空间（OTFS）调制是最近提出的一种延迟-多普勒（DD）域通信方案，在一般无线通信中，特别是在高移动性信道中表现出良好的性能。在本文中，我们研究了DD域汤姆林森-原岛预编码（THP）的下行链路多用户多输入多输出OTFS（MU-MIMO-OTFS）传输。而不是直接应用THP基于巨大的等效信道矩阵，我们提出了一个简单的实现THP，不需要任何矩阵分解或求逆。这种简单的实现是通过DD域信道属性来实现的，即，不同的可分辨路径不共享相同的延迟和多普勒频移，这使得可以以逐个符号的方式预先消除所有DD域干扰。我们还研究了可实现的速率性能的建议计划，利用信息理论的等效模型。特别是，我们表明，该方案可以实现在高信噪比（SNR）制度的近最佳性能。更重要的是，推导出了可达速率与天线数和用户数的缩放定律，表明可达速率随天线数和用户数线性增加。我们的数值结果与我们的研究结果一致，并且与OTFS和正交频分复用（OFDM）上现有的MU-MIMO方案相比，也表现出显着的改进。
2023-01-30 cs.IT math.IT
Study of Tomlinson-Harashima Precoders for Rate-Splitting-Based Cell-Free MIMO Networks
针对无蜂窝MIMO网络中多用户干扰及发射端信道状态信息不完善的问题，结合速率分裂技术与多分支Tomlinson-Harashima非线性预编码，仿真验证其性能优于传统线性预编码器。
2024-10-06 cs.IT math.IT
Ordered Tomlinson-Harashima Precoding in G.fast Downstream
G.fast是即将到来的下一代DSL标准，设想使用高达212 MHz的带宽。这些频率下的远端串扰（FEXT）大大克服了直接链路。基于非线性Tomlinson-Harashima预编码（THP）的消除被证明比标准线性预编码具有显着的优势。本文提出了一种新的THP结构，其中连续干扰预消除的顺序可以优化与非合作接收机的下游。将优化方案与无线下行链路中广泛采用的等速率THP结构进行了比较。这两种方法的结构和性能显着不同，有利于所提出的计划。使离散多音调制的每个音的最小速率（最大-最小公平性）最大化的排序是熟悉的V-BLAST排序。然而，V-BLAST不导致全局最大值时，独立地应用于每个音。所提出的新的动态排序（DO）策略考虑到非对称信道统计，以产生最高的最小聚合速率。
2015-09-03 cs.IT cs.NI math.IT
Tomlinson-Harashima Cluster-Based Precoders for Cell-Free MU-MIMO Networks
针对无小区MIMO系统，提出基于AP簇的非线性预编码器，通过大尺度衰落选簇和降维用户簇，提升性能并降低复杂度，优于线性预编码。
2023-12-26 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO-Aided Nonlinear Hybrid Transceiver Design for Multiuser mmWave Systems Relying on Tomlinson-Harashima Precoding
为毫米波（mmWave）系统设计的混合模数（A/D）收发器受到了大量的研究关注，因为与全数字对应物相比，其成本更低，能耗更低。我们进一步提高他们的性能，通过构思一个汤姆林森-Harashima预编码（THP）的多用户多输入多输出（MIMO）毫米波系统的下行链路的非线性联合设计。我们的优化标准是，最小化的均方误差（MSE）的信道不确定性下的系统受到现实的发射功率约束和单位模约束施加在控制的模拟波束成形（BF）矩阵的元素BF操作在射频域。我们将这个优化问题转化为一个更易于处理的形式，并开发了一个有效的基于块坐标下降（BCD）的算法来解决它。然后，一个新的双时标非线性联合混合收发器的设计算法，它可以被看作是一个扩展的BCD为基础的联合设计算法，以减少信道状态信息（CSI）信令开销和过时的CSI的影响。此外，我们确定了近最佳的消除阶THP结构的基础上的MSE的下限。所提出的算法可以保证收敛到原问题的Karush-Kuhn-Tucker（KKT）解。仿真结果表明，我们提出的非线性联合混合收发器的设计算法显着优于现有的线性混合收发器的算法和方法的性能的全数字收发器，尽管其成本和功耗较低。
2020-08-13 cs.IT eess.SP 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
Vector Precoding for Wireless MIMO Systems: A Replica Analysis
我们应用复制方法来分析矢量预编码，一种降低天线阵列通信中发射功率的方法。分析适用于一个非常一般的一类信道矩阵。信道矩阵的统计信息通过其R变换输入每个符号的传输能量。我们发现，矢量预编码执行复杂的比真正的字母。作为一个副产品，我们发现一个非线性预编码方法的多项式复杂性，优于NP-硬汤姆林森-Harashima预编码的二进制调制复杂的信道，如果发射天线的数量略大于两倍的接收天线的数量。
2007-06-08 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Robust THP Transceiver Designs for Multiuser MIMO Downlink with Imperfect CSIT
在本文中，我们提出了强大的联合非线性收发器设计的多用户多输入多输出（MIMO）下行链路中存在的缺陷，在发射机（CSIT）的信道状态信息。基站（BS）配备有多个发射天线，并且每个用户终端配备有一个或多个接收天线。BS采用汤姆林森-原岛预编码（THP）用于在发射机处的用户间干扰预消除。我们认为强大的收发器设计，共同优化的发射THP滤波器和接收滤波器的两种型号的CSIT错误。第一个模型是随机误差（SE）模型，其中CSIT误差是高斯分布的。当CSIT误差由信道估计误差主导时，该模型是适用的。在这种情况下，所提出的鲁棒收发器设计寻求在对总BS发射功率的约束下最小化和均方误差（SMSE）的随机函数。我们提出了一个迭代算法来解决这个问题。我们考虑的另一个模型是范数有界误差（NBE）模型，其中CSIT误差可以由不确定性集指定。当CSIT误差由量化误差主导时，该模型是适用的。在这种情况下，我们考虑最差情况设计。对于该模型，我们考虑鲁棒的i）最小SMSE，ii）MSE约束，和iii）MSE平衡收发器设计。我们提出了迭代算法来解决这些问题，其中每次迭代涉及一对半定规划（SDP）。此外，我们考虑了所提出的算法的情况下，每个天线的功率约束的扩展。
2009-09-22 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
Low-Complexity Hybrid Precoding for Cell-Free Massive MU-MIMO ISAC Systems
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
针对无小区大规模MU-MIMO ISAC系统，提出一种低复杂度混合预编码框架，通过部分连接架构降低前传开销和计算复杂度，并设计交替优化算法解决带PEB约束的和速率最大化问题。
2026-06-24 cs.IT eess.SP math.IT
