混合模拟和数字波束成形收发器在解决下一代毫米波（MM波）大规模MIMO（多输入多输出）系统中的昂贵硬件和高训练开销的挑战。然而，在混合架构中缺乏完全数字波束成形和MM波的短相干时间对信道估计施加了额外的约束。在解决这些挑战的前提是，主要集中在窄带信道上，其中采用基于优化的或贪婪算法来导出混合波束形成器。在本文中，我们介绍了用于频率选择，宽带MM波系统的信道估计和混合波束形成的深度学习（DL）方法。特别地，我们考虑大规模的MIMO正交频分复用（MIMO-OFDM）系统，并提出包括卷积神经网络（CNN）的三种不同的DL框架，其接受接收信号的原始数据作为输入和产生信道估计和混合波束形成器在输出。我们还介绍了离线和在线预测方案。数值实验表明，与目前的最先进的优化和DL方法相比，我们的方法提供了更高的频谱效率，较小的计算成本和更少的导频信号，以及对接收的导频数据中的偏差较高的差异，损坏的信道矩阵和传播环境。

由于其低复杂性和鲁棒性，机器学习（ML）吸引了对物理层设计问题的巨大研究兴趣，例如信道估计。通道估计通过ML需要在数据集上进行模型训练，该数据集通常包括作为输入和信道数据的接收的导频信号作为输出。在以前的作品中，模型培训主要通过集中式学习（CL）进行，其中整个训练数据集从基站（BS）的用户收集。这种方法引入了数据收集的巨大通信开销。在本文中，为了解决这一挑战，我们提出了一种用于频道估计的联邦学习（FL）框架。我们设计在用户的本地数据集上培训的卷积神经网络（CNN），而不将它们发送到BS。我们为常规和RIS（智能反射表面）开发了基于流的信道估计方案，辅助大规模MIMO（多输入多输出）系统，其中单个CNN为两种情况训练了两个不同的数据集。我们评估噪声和量化模型传输的性能，并表明所提出的方法提供大约16倍的开销比CL，同时保持令人满意的性能接近CL。此外，所提出的架构表现出比最先进的ML的估计误差较低。

本文解决了Terahertz（THZ）通道估计中的两个主要挑战：光束切割现象，即由于频率独立的模拟束缚器和计算复杂性，由于使用超质量数量，因此由于频率非依赖性的模拟光束器和计算复杂性。已知数据驱动的技术可以减轻此问题的复杂性，但通常需要将数据集从用户传输到中央服务器，从而带来了巨大的通信开销。在这项工作中，我们采用联合学习（FL），其中用户仅传输模型参数，而不是整个数据集，以供THZ频道估计来提高通信效率。为了准确估算横梁切开，我们提出了Beamspace支持对准技术，而无需其他硬件。与以前的作品相比，我们的方法提供了更高的频道估计准确性，以及大约$ 68 $ $ 68 $倍的通信开销。

在空中杂种大规模多输入多输出（MIMO）和正交频施加多路复用（OFDM）系统中，如何设计具有有限的飞行员和反馈开销的光谱效率宽带多用户混合波束，这是具有挑战性的。为此，通过将关键传输模块建模为端到端（E2E）神经网络，本文提出了一个数据驱动的深度学习（DL）基于时间划分双工（TDD）的基于数据驱动的深度学习（DL）的统一混合边际框架和具有隐式通道状态信息（CSI）的频分隔双链（FDD）系统。对于TDD系统，提出的基于DL的方法共同对上行链路飞行员组合和下行链路混合光束模块作为E2E神经网络。在FDD系统中，我们将下行链路飞行员传输，上行链路CSI反馈和下行链路混合光束形成模块作为E2E神经网络建模。与分别处理不同模块的常规方法不同，提出的解决方案同时以总和速率作为优化对象优化了所有模块。因此，通过感知空对地面大规模MIMO-OFDM通道样本的固有属性，基于DL的E2E神经网络可以建立从通道到波束形式的映射函数，以便可以避免使用显式通道重建，以减少飞行员和反馈开销。此外，实用的低分辨率相变（PSS）引入了量化约束，从而导致训练神经网络时棘手的梯度反向传播。为了减轻阶段量化误差引起的性能损失，我们采用转移学习策略，以基于假定理想的无限分辨率PSS的预训练网络来进一步调整E2E神经网络。数值结果表明，我们的基于DL的方案比最先进的方案具有相当大的优势。

智能反射表面（IRS）最近对无线通信受到了极大的关注，因为它降低了常规大阵列的硬件复杂性，物理尺寸，重量和成本。但是，IRS的部署需要处理基站（BS）和用户之间的多个渠道链接。此外，BS和IRS梁形器需要关节设计，其中必须迅速重新配置IRS元素。数据驱动的技术（例如深度学习（DL））对于应对这些挑战至关重要。DL的较低计算时间和无模型性质使其与数据瑕疵和环境变化有关。在物理层上，DL已被证明可用于IRS信号检测，通道估计以及使用诸如监督，无监督和强化学习等体系结构进行主动/被动光束成型。本文提供了这些技术，用于设计基于DL的IRS辅助无线系统。

可重新配置的智能表面（RIS）可以显着增强TERA-HERTZ大量多输入多输出（MIMO）通信系统的服务覆盖范围。但是，获得有限的飞行员和反馈信号开销的准确高维通道状态信息（CSI）具有挑战性，从而严重降低了常规空间分裂多次访问的性能。为了提高针对CSI缺陷的鲁棒性，本文提出了针对RIS辅助TERA-HERTZ多用户MIMO系统的基于深度学习的（DL）基于速率的多访问（RSMA）方案。具体而言，我们首先提出了基于DL的混合数据模型驱动的RSMA预编码方案，包括RIS的被动预编码以及模拟主动编码和基本站（BS）的RSMA数字活动预码。为了实现RIS的被动预码，我们提出了一个基于变压器的数据驱动的RIS反射网络（RRN）。至于BS的模拟主动编码，我们提出了一个基于匹配器的模拟预编码方案，因为BS和RIS采用了Los-Mimo天线阵列结构。至于BS的RSMA数字活动预码，我们提出了一个低复杂性近似加权的最小均方误差（AWMMSE）数字编码方案。此外，为了更好地编码性能以及较低的计算复杂性，模型驱动的深层展开的主动编码网络（DFAPN）也是通过将所提出的AWMMSE方案与DL相结合的。然后，为了在BS处获得准确的CSI，以实现提高光谱效率的RSMA预编码方案，我们提出了一个CSI采集网络（CAN），具有低飞行员和反馈信号开销，下行链接飞行员的传输，CSI在此处使用CSI的CSI反馈。 （UES）和BS处的CSI重建被建模为基于变压器的端到端神经网络。

在带有频划分双链体（FDD）的常规多用户多用户多输入多输出（MU-MIMO）系统中，尽管高度耦合，但已单独设计了通道采集和预编码器优化过程。本文研究了下行链路MU-MIMO系统的端到端设计，其中包括试点序列，有限的反馈和预编码。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的深度学习（DL）框架，该框架共同优化了用户的反馈信息生成和基础站（BS）的预编码器设计。 MU-MIMO系统中的每个过程都被智能设计的多个深神经网络（DNN）单元所取代。在BS上，神经网络生成试验序列，并帮助用户获得准确的频道状态信息。在每个用户中，频道反馈操作是由单个用户DNN以分布方式进行的。然后，另一个BS DNN从用户那里收集反馈信息，并确定MIMO预编码矩阵。提出了联合培训算法以端到端的方式优化所有DNN单元。此外，还提出了一种可以避免针对可扩展设计的不同网络大小进行重新训练的培训策略。数值结果证明了与经典优化技术和其他常规DNN方案相比，提出的DL框架的有效性。

随着第五代（5G）无线系统在全球范围内收集动力的部署，6G的可能技术正在积极的研究讨论下。特别是，机器学习（ML）在6G中的作用有望增强和帮助新兴应用，例如虚拟和增强现实，车辆自治和计算机视觉。这将导致大量的无线数据流量包括图像，视频和语音。 ML算法通过位于云服务器上的学习模型来处理这些分类/识别/估计。这需要将数据从边缘设备无线传输到云服务器。与识别步骤分开处理的渠道估计对于准确的学习绩效至关重要。为了结合通道和ML数据的学习，我们引入了隐式渠道学习以执行ML任务而不估计无线通道。在这里，ML模型通过通道腐败的数据集训练，代替名义数据。没有通道估计，该提出的方法在各种情况（例如毫米波和IEEE 802.11p车辆通道）方面的图像和语音分类任务上显示了大约60％的改善。

受到深度神经网络（DNN）的显着学习和预测性能的启发，我们应用了一种特殊类型的DNN框架，称为模型驱动的深度展开神经网络，可重新配置智能表面（RIS） - 提出的毫米波（MMWAVE）单个-Input多输出（SIMO）系统。我们专注于上行链路级联信道估计，其中考虑了已知和固定基站组合和RIS相位控制矩阵用于收集观察。为了提高估计性能并降低训练开销，可以在深度展开方法中利用MMWave通道的固有通道稀疏性。验证所提出的深度展开网络架构可以优于最小二乘（LS）方法，其具有相对较小的训练开销和在线计算复杂性。

低成本毫米波（MMWAVE）通信和雷达设备的商业可用性开始提高消费市场中这种技术的渗透，为第五代（5G）的大规模和致密的部署铺平了道路（5G） - 而且以及6G网络。同时，普遍存在MMWAVE访问将使设备定位和无设备的感测，以前所未有的精度，特别是对于Sub-6 GHz商业级设备。本文使用MMWAVE通信和雷达设备在基于设备的定位和无设备感应中进行了现有技术的调查，重点是室内部署。我们首先概述关于MMWAVE信号传播和系统设计的关键概念。然后，我们提供了MMWaves启用的本地化和感应方法和算法的详细说明。我们考虑了在我们的分析中的几个方面，包括每个工作的主要目标，技术和性能，每个研究是否达到了一定程度的实现，并且该硬件平台用于此目的。我们通过讨论消费者级设备的更好算法，密集部署的数据融合方法以及机器学习方法的受过教育应用是有前途，相关和及时的研究方向的结论。

6G无线网络可以预见，以加快物理和网络世界的融合，并以我们部署和利用通信网络的方式实现范式换档。机器学习，尤其是深度学习（DL），将通过提供具有高水平智能的网络的新范式来成为6G的关键技术推动力之一。在本文中，我们介绍了一种新兴的DL体系结构，称为Transformer，并讨论了其对6G网络设计的潜在影响。我们首先讨论变压器和经典DL体系结构之间的差异，并强调变压器的自我发挥机制和强大的代表能力，这使其在应对无线网络设计的各种挑战方面特别有吸引力。具体而言，我们提出了基于变压器的解决方案，用于大规模多输入多输出（MIMO）系统和6G网络中的各种语义通信问题。最后，我们讨论了基于变压器的解决方案中的关键挑战和开放问题，并确定未来在智能6G网络中部署的研究方向。

最近在无线通信领域的许多任务中考虑了机器学习算法。以前，我们已经提出了使用深度卷积神经网络（CNN）进行接收器处理的使用，并证明它可以提供可观的性能提高。在这项研究中，我们专注于发射器的机器学习算法。特别是，我们考虑进行波束形成并提出一个CNN，该CNN对于给定上行链路通道估计值作为输入，输出下链路通道信息用于波束成形。考虑到基于UE接收器性能的损失函数的上行链路传输和下行链路传输，CNN以有监督的方式进行培训。神经网络的主要任务是预测上行链路和下行链路插槽之间的通道演变，但它也可以学会处理整个链中的效率低下和错误，包括实际的光束成型阶段。提供的数值实验证明了波束形成性能的改善。

正交频分复用（OFDM）已广泛应用于当前通信系统。人工智能（AI）addm接收器目前被带到最前沿替换和改进传统的OFDM接收器。在这项研究中，我们首先比较两个AI辅助OFDM接收器，即数据驱动的完全连接的深神经网络和模型驱动的COMNet，通过广泛的仿真和实时视频传输，使用5G快速原型制作系统进行跨越式-Air（OTA）测试。我们在离线训练和真实环境之间的频道模型之间的差异差异导致的模拟和OTA测试之间找到了性能差距。我们开发一种新颖的在线培训系统，称为SwitchNet接收器，以解决此问题。该接收器具有灵活且可扩展的架构，可以通过在线训练几个参数来适应真实频道。从OTA测试中，AI辅助OFDM接收器，尤其是SwitchNet接收器，对真实环境具有鲁棒，并且对未来的通信系统有前途。我们讨论了本文初步研究的潜在挑战和未来的研究。

为了减轻阴影衰落和障碍物阻塞的影响，可重新配置的智能表面（RIS）已经成为一种有前途的技术，通过控制具有较少硬件成本和更低的功耗来改善无线通信的信号传输质量。然而，由于大量的RIS被动元件，准确，低延迟和低导频和低导架频道状态信息（CSI）采集仍然是RIS辅助系统的相当大挑战。在本文中，我们提出了一个三阶段的关节通道分解和预测框架来要求CSI。所提出的框架利用了基站（BS）-RIS通道是准静态的两次时间段属性，并且RIS用户设备（UE）通道快速时变。具体而言，在第一阶段，我们使用全双工技术来估计BS的特定天线和RIS之间的信道，解决信道分解中的关键缩放模糊问题。然后，我们设计了一种新型的深度神经网络，即稀疏连接的长短期存储器（SCLSTM），并分别在第二和第三阶段提出基于SCLSTM的算法。该算法可以从级联信道同时分解BS-RIS信道和RIS-UE信道，并捕获RIS-UE信道的时间关系以进行预测。仿真结果表明，我们所提出的框架具有比传统信道估计算法更低的导频开销，并且所提出的基于SCLSTM的算法也可以鲁棒地和有效地实现更准确的CSI采集。

混合边界成形是提高大型MIMO系统能源效率的有前途的技术。特别是，亚阵列混合边界可以通过减少相移数来进一步降低功耗。但是，由于子阵列连接的离散性质和移相量的离散性质，设计混合波束形成向量是一项复杂的任务。找到RF链和天线之间的最佳连接需要在大型搜索空间中解决非凸面问题。此外，常规解决方案假定可用的CSI可用，这在实际系统中并非如此。因此，我们提出了一种新型的无监督学习方法，以设计任何子阵列结构的杂交光束，同时支持量化的相位变速器和嘈杂的CSI。该拟议的体系结构的一个主要特征是不需要波束成形的代码簿，并且对神经网络进行了训练以考虑相变量的量化。仿真结果表明，所提出的深度学习解决方案可以比现有方法获得更高的总和率。

Terahertz超质量多输入多输出（THZ UM-MIMO）被设想为6G无线系统的关键推动器之一。由于其阵列孔和小波长的关节作用，Thz Um-Mimo的近场区域大大扩大。因此，此类系统的高维通道由远处和近场的随机混合物组成，这使通道估计非常具有挑战性。以前基于单场假设的作品无法捕获混合动力远处和近场特征，因此遭受了巨大的性能丧失。这激发了我们考虑混合场渠道估计。我们从固定点理论中汲取灵感，以开发具有自适应复杂性和线性收敛保证的有效基于深度学习的渠道估计器。基于经典的正交近似消息传递，我们将每次迭代转换为一个合同映射，包括封闭形式的线性估计器和基于神经网络的非线性估计器。主要的算法创新涉及应用固定点迭代以计算通道估计，同时对具有任意深度的神经网络进行建模并适应混合场通道条件。仿真结果验证了我们的理论分析，并在估计准确性和收敛速率上显示出对最先进方法的显着性能。

Channel estimation is a critical task in multiple-input multiple-output (MIMO) digital communications that substantially effects end-to-end system performance. In this work, we introduce a novel approach for channel estimation using deep score-based generative models. A model is trained to estimate the gradient of the logarithm of a distribution and is used to iteratively refine estimates given measurements of a signal. We introduce a framework for training score-based generative models for wireless MIMO channels and performing channel estimation based on posterior sampling at test time. We derive theoretical robustness guarantees for channel estimation with posterior sampling in single-input single-output scenarios, and experimentally verify performance in the MIMO setting. Our results in simulated channels show competitive in-distribution performance, and robust out-of-distribution performance, with gains of up to $5$ dB in end-to-end coded communication performance compared to supervised deep learning methods. Simulations on the number of pilots show that high fidelity channel estimation with $25$% pilot density is possible for MIMO channel sizes of up to $64 \times 256$. Complexity analysis reveals that model size can efficiently trade performance for estimation latency, and that the proposed approach is competitive with compressed sensing in terms of floating-point operation (FLOP) count.

基于RF信号的方向查找和定位系统因多径传播而受到显着影响，特别是在室内环境中。现有算法（例如音乐）在多径存在的情况下解决到达角度（AOA）或在弱信号方案中操作时表现不佳。我们注意到数字采样的RF前端允许轻松分析信号和延迟组件。低成本软件定义的无线电（SDR）模块使能跨宽频谱的通道状态信息（CSI）提取，激励增强的到达角度（AOA）解决方案的设计。我们提出了一种深入的学习方法，可以从SDR多通道数据的单一快照派生AOA。我们比较和对比基于深度学习的角度分类和回归模型，准确地估计最多两个AOA。我们已经在不同平台上实施了推理引擎，实时提取了AOA，展示了我们方法的计算途径。为了证明我们的方法的效用，我们在各种视角（LOS）和非线视线中收集了来自四元通用线性阵列（ULA）的IQ（同步和正交组件）样本（ NLOS）环境，并发布了数据集。我们所提出的方法在确定撞击信号的数量并实现平均值为2 ^ {\ rIC} $ 2 ^ {\ cird} $时，我们提出的方法展示了出色的可靠性。

巨大的多输入多输出（MIMO）通信系统在数据速率和能效方面具有巨大的潜力，尽管信道估计对于大量天线变得具有挑战性。使用物理模型允许通过基于传播物理来注入先验信息来缓解问题。然而，这种模型依赖于简化假设，并且需要精确地了解系统的配置，这在实践中是不现实的。在本文中我们呈现了MPNET，该展开神经网络专为大规模的MIMO信道估计而设计。它以无人监督的方式在线培训。此外，MPNET正在计算上高效，并自动将其深度与信噪比（SNR）相互作用。我们提出的方法通过允许基于传入数据自动校正其信道估计算法来增加物理信道模型的灵活性，而无需单独的离线训练阶段。它应用于现实毫米波通道并显示表现出色，实现频道估计误差几乎与一个完美校准的系统一起获得的频道估计误差。它还允许入射检测和自动校正，使BS弹性能够自动适应其环境的变化。

本文提出了一种对无线通信中的一类主动感测问题的深度学习方法，其中代理在预定数量的时间帧上与环境顺序地交互以收集信息，以便为最大化一些实用程序函数来执行感测或致动任务。在这样的主动学习设置中，代理需要根据到目前为止所做的观察结果来依次设计自适应感测策略。为了解决如此挑战的问题，其中历史观察的维度随着时间的推移而增加，我们建议使用长期短期记忆（LSTM）网络来利用观察序列中的时间相关性，并将每个观察映射到固定的尺寸状态信息矢量。然后，我们使用深神经网络（DNN）将LSTM状态映射到每个时间帧到下一个测量步骤的设计。最后，我们采用另一个DNN将最终的LSTM状态映射到所需的解决方案。我们调查了无线通信中建议框架的性能框架的性能。特别地，我们考虑用于MMWAVE光束对准的自适应波束形成问题和反射对准的自适应可重构智能表面感测问题。数值结果表明，所提出的深度主动传感策略优于现有的自适应或非一种非应用感测方案。