Reflections over the Sea: Reconfigurable Intelligent Surface for Maritime Self-Powered Communications
Rowan University（罗文大学）；Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）
本文提出利用可重构智能表面和波浪能 harvesting 系统，提升海上物联网通信的覆盖和可靠性，实验显示性能提升超20%。
2026-01-20 cs.IT math.IT
RISMA: Reconfigurable Intelligent Surfaces Enabling Beamforming for IoT Massive Access
物联网（IoT）在超过5G网络中的大规模接入对传统带宽有限的技术来说是一个艰巨的挑战。毫米波技术（mmWave）--在更恶劣的无线电环境中以更复杂的无线处理器为代价提供大量带宽--是适应大规模物联网的一种有前途的替代方案，但其成本和功耗要求是在实践中广泛采用的障碍。在这种情况下，超材料作为一个关键的创新使能器出现，通过可重新配置的智能表面（RIS）来解决这一挑战。在本文中，我们接受了挑战，并研究了一个超越5G的场景，该场景由多天线基站（BS）组成，该基站在RIS的帮助下为大量单天线用户设备（UE）提供服务，以应对非视距路径。具体来说，我们建立了一个数学框架，以联合优化的预编码策略的BS和RIS参数，以最小化系统的总和均方误差（SMSE）。这种新的方法揭示了方便的属性用于设计两种算法，RISMA和Lo-RISMA，这是能够找到简单而有效的解决方案，我们的问题（前者）或适应实际的限制与低分辨率RISs（后者）。数值结果表明，我们的算法优于传统的基准，不采用RIS（即使低分辨率元表面）的增益跨度从20%到120%的总和速率性能。
2020-07-18 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient RIS-Assisted Satellites for IoT Networks
使用卫星为密集部署的物联网（IoT）网络提供无处不在的覆盖和连接，预计将在新兴的6G网络中成为现实。然而，物联网节点的低电池容量构成了它们与卫星直接连接的问题，这些卫星位于高达2000公里的高度。在本文中，我们提出了一种新的架构，涉及使用可重构智能表面（RIS）单位，以减轻与长传输距离的路径损耗。这些RIS单元可以放置在卫星反射阵列上，并且当用于广播和波束形成时，它们可以在信号传输中提供显著的增益。这项研究表明，RIS辅助卫星可以为物联网网络提供高达10^5倍的下行链路和可实现的上行链路速率。
2021-05-21 cs.IT math.IT
Over-the-Air Computation via Reconfigurable Intelligent Surface
空中计算（AirComp）是一种通过利用多址信道的波形叠加特性在物联网（IoT）网络中进行快速无线数据聚合的颠覆性技术。然而，AirComp的性能受到物联网设备和接入点之间所有链路中最差信道条件的影响。本文提出了一种可重构智能表面（RIS）辅助的AirComp系统，通过重构传播信道来提高接收信号功率，从而缓解性能瓶颈。为了最大限度地减少AirComp失真，我们提出了一种AirComp收发器和RIS相移的联合设计，然而这是一个非常棘手的非凸规划问题。为此，我们开发了一种新的交替最小化框架，结合逐次凸逼近技术，证明了单调收敛。为了降低计算复杂度，我们将每个交替中的子问题转化为光滑的凹凸鞍点问题，然后通过提出一种仅涉及一系列封闭形式更新的R-Prox方法来解决。仿真结果表明，该算法的计算时间可以比现有算法的计算时间减少两个数量级，同时达到类似的失真性能。
2021-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Over-the-Air Computation
空中计算（AirComp）是一种能够在物联网（IoT）网络中实现快速数据聚合的有前途的技术。AirComp的均方误差（MSE）性能受到不利信道条件的影响。这种限制可以通过部署可重新配置的智能表面（RIS），重新配置的传播环境，以促进接收功率均衡来缓解。RIS的可实现性能依赖于准确的信道状态信息（CSI）的可用性，然而，通常很难获得。在本文中，我们考虑了一个基于RIS的AirComp物联网网络，其中接入点（AP）聚合来自分布式设备的感知数据。在不假设任何先验知识的基础上的信道分布，我们制定了一个随机优化问题，以最大限度地提高概率的MSE低于一定的阈值。制定的问题原来是非凸和高度棘手的。为此，我们提出了一种数据驱动的方法来联合优化接收波束成形矢量在AP和相位偏移矢量在RIS的基础上的历史信道实现。在采用S型函数对目标函数进行平滑处理后，提出了一种收敛速度快的交替随机方差约减梯度（SVRG）算法来求解该问题。仿真结果证明了该算法的有效性和部署RIS在降低MSE中断概率方面的重要性。
2020-09-16 cs.IT eess.SP math.IT
Integrated Sensing and Communications for IoT: Synergies with Key 6G Technology Enablers
本文从6G物联网视角揭示ISAC的创新应用，分析其与RIS、AI、NTN和OTFS等关键使能技术的协同，并探讨标准化进展与未来研究方向。
2023-09-24 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface for Massive Connectivity
随着物联网（IoT）的快速发展，大规模机器类型通信已经成为一种有前景的应用场景，其中大量设备零星地向基站（BS）发送。可重构智能表面（Reconfigurable intelligent surface，RIS）是近年来提出的一种新技术，它通过建立良好的信号传播环境来提高能量效率和覆盖范围，从而改善大规模连接中的数据传输。然而，BS需要检测活动设备并估计信道以支持RIS辅助的大规模接入系统中的数据传输，这产生了独特的挑战。本文将考虑一个RI辅助的上行物联网网络，旨在解决与RI相关的活动检测和信道估计问题，其中BS检测活动设备并估计RI到设备链路和RI到BS链路的分离信道。由于RIS和BS之间的散射有限，我们将RIS到BS信道建模为稀疏信道。因此，通过同时利用大规模连接和RIS-BS信道中零星传输的稀疏性，我们将RIS-related活动检测和信道估计问题制定为稀疏矩阵分解问题。在贝叶斯推理框架的基础上，提出了一种基于近似消息传递（AMP）的算法来解决该问题，并通过中心极限定理和泰勒级数参数对算法进行近似，降低了计算复杂性。最后，通过大量的数值实验验证了算法的有效性和改进性.
2021-01-13 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing Information Freshness in RIS-assisted NOMA-based IoT Networks
本文研究了在基于上行链路非正交多址接入的物联网（IoT）网络中集成可重构智能表面（RIS）对最小化平均信息总和（AoI）的益处。在此设置中，制定优化问题以优化RIS配置、每个IoT设备的发射功率和IoT设备的集群策略。所制定的问题是一个混合整数非凸的，为了解决它，我们首先得到的RIS配置采用半定松弛（SDR）的方法。然后，利用双层优化的概念，将联合功率分配和用户聚类问题分解为外部用户聚类问题和内部功率分配问题。内部问题的最优封闭形式的表达式推导和匈牙利法是用来解决外部的。数值结果表明，我们的方法的性能优越。
2022-02-28 cs.IT eess.SP math.IT
Adversarial Attacks and Defenses in 6G Network-Assisted IoT Systems
本文综述6G网络辅助物联网系统中的对抗攻击与防御，通过Monte Carlo仿真比较对抗攻击与干扰攻击，并分析其在RIS、大规模MIMO等关键技术中的脆弱性与未来挑战。
2024-01-29 cs.IT math.IT
Phase-Shift and Transmit Power Optimization for RIS-Aided Massive MIMO SWIPT IoT Networks
本研究针对RIS辅助大规模MIMO SWIPT IoT网络，提出联合优化BS发射功率与RIS相移的资源分配算法，在满足IU服务质量下最大化IoT设备收集能量，仿真显示平均收集能量提升132%。
2024-07-17 cs.IT math.IT
Performance of Intelligent Reconfigurable Surface-Based Wireless Communications Using QAM Signaling
智能可重构表面（IRS）被视为6G无线网络的一项有前途的技术。IRS可以重新配置无线传播环境，从而显著改善无线通信的性能。在本文中，我们分析了带宽有效的正交幅度调制（QAM）技术在瑞利衰落信道下的IRS辅助无线通信的性能。推导了矩形QAM、方形QAM和交叉QAM方案的通用平均符号出错率（ASER）的新的封闭形式表达式。此外，简化表达式的ASER为低信噪比（SNR）和高SNR区域，这是有用的分析提供见解。我们全面分析了调制参数和所采用的IRS元件的数量的影响。我们还通过模拟验证了我们的理论结果。我们的研究结果表明，采用IRS显着提高ASER性能相比，加性高斯白噪声信道在低信噪比制度。因此，IRS辅助的无线通信可以是用于诸如物联网（IoT）的各种低功率通信应用的有希望的候选者。
2020-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Efficiency and Throughput of Random Access Protocols for RIS-Aided IoT Networks
本文针对RIS辅助物联网网络，建立实际功耗模型和系统能量效率表达式，评估双时间尺度随机接入协议，发现利用信道质量信息的接入策略能兼顾高能量效率、吞吐量与低功耗。
2023-02-28 cs.IT math.IT
Control and Placement of Finite-Resolution Intelligent Surfaces in IoT Systems with Imperfect CSI
在本文中，我们研究了在单输入单输出（SISO）分布式物联网（IoT）网络中使用可重构智能表面（RIS）进行干扰抑制的优势。实施RIS辅助网络面临着各种问题，主要涉及RIS的控制和布局。为了解决与控制相关的挑战，我们考虑噪声和本地信道知识，在此基础上，我们设计算法来优化潜在的分布式RIS，以实现整体网络目标，如总速率。我们使用具有集中式RIS的网络作为比较的基准。我们进一步假设RIS处的低位移相器以捕获现实世界的硬件限制。我们还研究了RIS的位置，并分析量化了RIS作为其位置的函数所需的最低控制度，以保证特定的网络性能指标，并通过模拟验证结果。
2022-12-16 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-assisted Edge Computing to Minimize Delay in Task Offloading
数据源附近的边缘计算中计算资源的优势引发了人们对延迟敏感的物联网（IoT）应用的兴趣。然而，当终端用户从边缘服务器寻求计算资源时，边缘服务器的益处受到终端用户和边缘服务器之间的上传和下载链路的限制。当用户端的设备处于阴影区域中导致低上行链路/下行链路质量时，场景变得更加严重。在本文中，我们考虑了一个可重构的智能表面（RIS）辅助边缘计算系统，其中RIS的好处被利用来提高上传传输速率。我们进一步的目标是最大限度地减少网络中最坏情况的延迟，当最终用户在本地CPU中计算任务数据或将任务数据卸载到边缘服务器时。其次，我们对每个终端用户的任务数据的上传带宽分配进行了优化，以最小化网络中的最大延迟。上述优化问题被公式化为二次约束二次规划。然后，我们利用半定松弛法解决了这个问题。最后，仿真结果表明，所提出的策略是可扩展的各种网络设置。
2021-09-15 cs.IT math.IT
A Comprehensive Study of Reconfigurable Intelligent Surfaces in Generalized Fading
利用可重构智能表面（RIS）范例来实现下一个物联网（IoT）和6G时代，本文开发了一个全面的理论框架，该框架表征了大量传播环境中RIS辅助通信的性能。我们推导出统一的数学模型的中断概率和遍历容量的单元素和多元素RIS福克斯的H衰落信道，其中包括作为特殊情况下，几乎所有的线性和非线性多径和阴影衰落模型在公开文献中采用。为了获得更深入的认识，我们利用H变换的代数渐近展开，以统一的方式进一步分析高信噪比（SNR）下的中断概率和容量。渐近分析表明，在大的平均信噪比的中断概率的两个缩放率。此外，通过利用它的易处理性，发达的统计机械的福克斯的H衰落信道的多个随机分布的RIS辅助通信的性能进行表征。我们表明，当部署更少的RIS且每个RIS具有更多的反射元素时，有很大的潜力来提高中断性能，从而提高容量。
2020-04-10 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing Information Freshness Leveraging Multi-RISs in NOMA-based IoT Networks
本文研究了集成多个可重构智能表面（RIS）在增强上行物联网（IoT）网络的实时性性能方面的好处，其中IoT设备（IoTD）使用非正交多址（NOMA）将其带时间戳的状态更新信息上传到基站（BS）。考虑到由于传播环境的杂质（诸如深衰落、阻塞等）而导致的潜在不可靠的无线信道，在所考虑的IoT网络中部署多个RI，以减轻传播引起的损害，增强无线链路的质量，并确保实现所需的信息新鲜度。在该设置中，已经制定了优化问题，以通过优化IoT的发射功率、IoT集群策略和RIS配置来最小化平均信息年龄（AoI）。所制定的问题最终是一个混合整数非凸问题。为了解决这一问题，首先采用半定松弛（SDR）方法得到RISs的构型。然后，利用双层优化的概念，将原问题分解为外部IoTDs聚类问题和内部功率分配问题，求解了联合功率分配和用户聚类问题.最佳的封闭形式的表达式推导出的内部问题和匈牙利方法被调用来解决外部问题。数值结果表明，我们提出的方法实现了最低的AoI相比，其他基线方法。
2022-09-01 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming and Phase Optimization in a Multi-user Communication System Composed of Dual Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）已成为未来无线通信系统中近距离通信网络的有用工具。本文采用可重构智能表面（RIS）进行下行多用户通信，旨在提高能量收集性能，同时满足无线信息和功率传输（WIPT）。设计的系统由一个多天线辅助基站（BS）和两个相对的多天线辅助信息接收机（RIS）组成的IRS辅助系统组成，RIS作为能量接收机（ER），满足能量收集的要求。基于可重构智能表面的电磁特性，将两块可重构智能表面贴在城市建筑物上，使其像两面相对的镜子一样反射发射信号。多天线辅助基站（BS）的发射预编码和多天线辅助信息接收器（IR）的角相位转移矩阵需要一起优化，以最大化IoT设备的能量收集，从而实现IR系统的能量效率（EE），并为用户提供接收信号的效率。为了有效地解决联合优化问题，将非凸最大化问题转化为基于均方的等价形式误差方法，最后采用迭代算法进行优化。在算法上，分别采用均方误差方法、半定松弛技术对发射波束形成矩阵进行简化，并对矩阵进行相移。通过对仿真数据的观察，可以得出基于RIS的软件无线电性能优化方法是有效的。
2021-02-01 cs.IT cs.SI math.IT
Energy-Aware Design of UAV-mounted RIS Networks for IoT Data Collection
大规模物联网网络中的数据汇集需要新颖灵活的方法。无人驾驶飞行器被认为是一种快速收集数据的手段，即使在没有固定电信基础设施的偏远地区也是如此。在这个方向上，无人机搭载的可重构智能表面（RIS）有助于降低无人机侧的硬件要求和信号处理复杂性，同时提高网络的能效和可靠性。因此，在本文中，我们提出了利用无人机安装RIS的数据汇集，并研究在这样的网络的覆盖概率。此外，我们提出了一种新的基于时隙ALOHA和代码合并的媒体访问控制协议来处理多个传感器的通信。考虑到无人机的关键能源问题，我们设计了一个能源模型，考虑了无人机和RIS的重量，以及环境条件和无人机的速度。最后，我们通过分析平均吞吐量和每次飞行的平均数据来表征所提出的数据汇集方案的性能，同时为此类网络的设计提供有用的见解。
2022-08-11 cs.IT math.IT
Secrecy Performance Analysis of Integrated RF-UWOC IoT Networks Enabled by UAV and Underwater-RIS
该研究针对融合无人机射频非地面网络与水下RIS辅助光无线通信的6G物联网，推导了三种窃听场景下多项保密性能指标的闭式表达式，分析了系统参数对安全性的影响，为网络保密设计提供了指南。
2024-07-26 cs.IT eess.SP math.IT
Enhancing Physical Layer Security in IoT-Based RF-FSO Integrated Networks: Multi-RIS Structures and their Impact on Secure Communication
本文针对物联网射频-自由空间光集成网络中的窃听威胁，提出多RIS辅助混合通信模型，推导保密性能闭式表达式，并验证其可将保密中断概率改善高达47.67%。
2025-09-18 cs.IT eess.SP math.IT
Gain without Pain: Recycling Reflected Energy from Wireless Powered RIS-aided Communications
在本文中，我们调查和分析的可重构智能表面（RIS）辅助无线供电的通信网络的能量回收。与物联网（IoT）设备收集的能量仅来自发电站的现有工作相反，IoT设备还可以回收来自其他IoT设备的能量。特别是，我们提出了组切换和用户切换为基础的协议与时分多址接入系统性能的能量回收的影响进行评估。通过联合优化能量波束形成向量、发射功率、传输时间、接收波束形成向量、分组因子和相移矩阵，分别建立了两个不同的优化问题，以最大化总吞吐量，其中最小吞吐量、收获能量、最大发射功率、相移、分组并考虑时间分配。针对上述问题的难解性，结合逐次凸逼近法和罚函数法，分别提出了两种交替优化迭代算法，得到了相应的次优解.仿真结果验证了基于能量回收的机制可以帮助提高物联网设备在能量收集和信息传输方面的性能。此外，我们还验证了基于组切换的算法可以提高更多的物联网设备的总吞吐量，基于用户切换的算法可以收获更多的能量。
2022-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Efficient Multi-Pair IoT Communication with Holographically Enhanced Meta-Surfaces Leveraging OAM Beams: Bridging Theory and Prototype
针对超表面辅助多对物联网通信在视距场景下的信道低秩与强干扰问题，提出全息超表面补偿方法结合OAM涡旋波束的低干扰传输方案，并通过10GHz频段的两对通信原型验证了有效性。
2023-11-18 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Mobile Edge Computing with Heterogeneous Learning Tasks
Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；Peng Cheng Laboratory（鹏城实验室）；South China University of Technology（华南理工大学）
人工智能的日益普及和快速发展引发了人们对无线网络演进的重新思考。移动边缘计算（MEC）为人工智能应用提供了一个天然的平台，因为它具有丰富的计算资源来训练机器学习（ML）模型，以及对移动和物联网（IoT）设备生成的数据的低延迟访问。在本文中，我们提出了一种在MEC服务器上执行ML任务的基础设施，并借助可重新配置的智能表面（RIS）。在传统的通信系统的主要标准是最大限度地提高吞吐量相比，我们的目标是最大限度地提高学习性能。具体而言，我们最大限度地减少所有参与用户的最大学习误差，通过联合优化移动用户的发射功率，基站（BS）的波束成形向量，和RIS的相移矩阵。提出了一种基于交替优化（AO）的框架来迭代地优化这三项，其中开发了基于连续凸近似（SCA）的算法来求解功率分配问题，推导了波束形成向量的封闭形式表达式，设计了一种基于交替方向乘法器（ADMM）和误差水平搜索（ELS）的算法框架，以有效地解决具有挑战性的非凸优化问题的相移矩阵。仿真结果表明，部署RIS的显着收益，并验证了我们提出的算法在各种基准的优势。最后，基于CARLA平台和SECOND网络开发了一个统一的通信-训练-推理平台，并在该平台上演示了该方案的一个用例（自动驾驶中的三维目标检测）。
2020-12-25 cs.AI cs.IT cs.LG
Mode Switching-based STAR-RIS with Discrete Phase Shifters
针对6G IoT中STAR-RIS辅助多天线网络，本文提出模式切换离散相移联合优化框架，并用块坐标下降等方法求解，显著提升和速率。
2025-10-20 cs.IT math.IT
Multi-layer RIS on Edge: Communication, Computation and Wireless Power Transfer
本文提出面向网络边缘的多层 RIS 通用范式，统一支持 MIMO 通信、计算与 WPT，并分析其链路、优势及未来研究方向。
2025-01-10 cs.IT math.IT
Joint Communication and Sensing: Models and Potential of Using MIMO
第六代（6 G）网络被设想为集成通信和传感功能，以提高频谱效率（SE）并支持爆炸性的新应用。虽然无线通信和无线电传感的相似性为它们的结合奠定了基础，但它们之间仍然存在着相当大的不相容性。为了同时保证通信容量和感知精度，多输入多输出（MIMO）技术由于其独特的空间波束形成和波形整形能力而发挥着重要作用。然而，MIMO的配置也带来了高硬件成本、高功耗和高信号处理复杂度。如何有效地应用MIMO来实现平衡的通信和感知性能仍然是开放的。在这次调查中，我们讨论了联合通信和传感（JCAS）在MIMO的背景下。我们首先概述了MIMO在无线通信和雷达传感过程中的作用。然后，我们详细介绍了当前通信和传感共存和集成的进展。随后结合前沿技术讨论了三种新型JCAS MIMO模型，即，云随机接入网络（C-RAN）、无人机（UAV）和可重构智能表面（RIS）。从实际应用的角度出发，总结了MIMO在JCAS中的潜力和挑战，并提出了有前途的解决方案。受物联网（IoT）巨大潜力的启发，我们还在IoT场景中指定了JCAS，并讨论了将JCAS应用于IoT的独特性。最后，展望了在不久的将来，一个无处不在的、智能的、安全的JCAS网络的前景。
2022-12-04 cs.IT cs.SI eess.SP
Wireless Information and Energy Transfer in the Era of 6G Communications
本文综述了6G网络中无线信息与能量传输（WIET）的原理、设计及候选技术，分析了性能增益与研究挑战，并通过实验验证了相关波束成形方案，展现了WIET在6G中的应用潜力。
2024-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
