Configuring Intelligent Reflecting Surface with Performance Guarantees: Blind Beamforming
本文提出了一种智能反射面（IRS）盲波束形成策略，在信道信息缺失的情况下，通过协调反射面之间的相移来提高接收信噪比。虽然IRS波束成形的现有方法通常首先估计信道，然后优化相移，我们提出了一种基于条件样本均值的统计方法，该方法通过随机采样来探索无线环境，而不执行任何信道估计。值得注意的是，新方法只需要多项式数量的随机样本来产生反射元件数量的二次SNR提升，而标准的随机最大采样算法在相同条件下只能实现线性提升。此外，我们通过将其解释为最小二乘问题来获得对盲波束形成的额外见解。现场测试表明，所提出的盲波束形成算法在增强无线传输方面优于基准算法。
2022-11-03 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Enhanced Wireless Network via Joint Active and Passive Beamforming
智能反射表面（IRS）被认为是一种新的和革命性的技术，用于实现频谱和能源效率的无线通信网络的成本效益在未来。具体地，IRS由大量低成本无源元件组成，每个无源元件以一定的相移反射入射信号，以在指定的接收器处协作地实现波束成形和/或干扰抑制。在本文中，我们研究了一个IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）无线系统，其中一个IRS部署，以协助从多天线接入点（AP）的多个单天线用户的通信。因此，每个用户经由其反射从AP以及IRS接收叠加的信号。我们的目标是最大限度地减少在AP的总发射功率，通过联合优化发射波束成形的有源天线阵列在AP和反射波束成形的无源移相器在IRS，受用户的个人信号与干扰加噪声比（SINR）的约束。然而，制定的问题是非凸的，很难得到最优解。
2019-08-12 cs.IT math.IT math.OC
IRS-Enhanced OFDMA: Joint Resource Allocation and Passive Beamforming Optimization
智能反射面（IRS）技术是一种新兴的提高无线通信频谱效率的技术，具有低的硬件和能源成本。本文考虑将IRS集成到基于正交频分多址（OFDMA）的多用户下行通信系统中，研究IRS反射系数和OFDMA时频资源块以及功率分配的联合优化问题，以最大化用户的公共（最小）速率。具体地，由于IRS处缺乏频率选择性被动波束形成能力，因此仅一组反射系数可以被设计用于适应不同频率子带上的多个用户的大量信道。为了解决这个困难，我们提出了一种新的动态被动波束形成方案，其中IRS反射系数在每个信道相干块内的不同时隙上动态调整，以创建人工时变信道，并且仅选择在每个时隙中同时服务的用户的子集，从而实现更高的被动波束形成增益。虽然公式化的优化问题是非凸的，我们提出了一个有效的算法来获得一个次优的解决方案。数值结果表明，所提出的计划显着提高了系统的共同率比设置没有IRS和随机IRS反射系数。此外，我们提出的动态被动波束形成优于固定的被动波束形成，它采用了一组共同的反射系数在每个信道的相干块，通过更灵活地平衡被动波束形成和多用户分集增益。
2019-12-03 cs.IT math.IT
Blind Passive Beamforming for MIMO System
针对智能表面辅助MIMO通信中无源波束成形的非凸难题，本文提出一种无需信道状态信息的盲波束成形方法，通过统计学习接收信号功率随机样本中的无线环境特征，并在5G商用网络现场测试中验证了其优越性。
2025-06-01 cs.IT eess.SP math.IT
Alternating Beamforming with Intelligent Reflecting Surface Element Allocation
智能反射面（IRS）已成为下一代无线通信系统的一项重要技术。在本文中，我们开发了一种交替波束形成技术与IRS元素分配的新概念，多输入多输出系统时，基站支持多个单天线用户与一个单一的IRS辅助。具体地，我们将每个IRS元件分别分配给每个用户，因此，在波束成形阶段，允许IRS元件一次只考虑单个用户。由于这种分离，复杂性大大降低。所提出的波束形成技术试图以最小的复杂度最大化所有用户的最小速率。在数值结果中，我们表明，所提出的技术是可比的凸优化为基础的基准具有足够低的复杂性。
2021-04-13 cs.IT eess.SP math.IT
Hierarchical Passive Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Communications
在可重构智能表面（RISs）辅助通信中，现有的无源波束形成（PB）设计涉及反射元件数量的多项式复杂性，因此由于反射元件数量庞大而难以实现。为了克服这一困难，我们提出了一个基于反射角的级联信道模型，采用广义斯涅耳定律，其中涉及优化的变量空间的维数显着减少，从而简化了分层无源波束形成（HPB）设计。我们开发了一个有效的两阶段HPB算法，它利用信道的角域属性，以最大限度地提高目标用户的可达速率。仿真结果表明，所提出的HPB设计的吸引人的性能和低复杂度。
2021-04-17 cs.IT math.IT
Beamforming Optimization for Intelligent Reflecting Surface with Discrete Phase Shifts
智能反射表面（IRS）是一种通过利用大量低成本反射元件来实现未来无线网络中的高频谱效率的有前途的技术，每个反射元件以适当的相移反射入射信号。然而，先前的IRS工作主要是基于无限分辨率移相器的优化，由于硬件的不完善，这实际上是不可行的。相比之下，我们在本文中研究的IRS辅助的无线网络，其中IRS只有有限分辨率移相器可在每个元素部署，以协助从多天线接入点（AP）的通信到单天线用户。我们的目标是通过联合优化AP处的发射波束成形和IRS处的反射波束成形来最小化AP处的发射功率，受到信噪比（SNR）约束和实际离散相移约束。我们首先提出了一个次优，但低复杂度的算法，利用交替优化技术。然后，我们发现，与连续相移的情况一样，具有离散相移的IRS也实现了渐进大量反射元件的平方功率增益，尽管性能损失仅取决于移相器的分辨率。
2018-10-26 cs.IT math.IT math.OC
Microwave Linear Analog Computer (MiLAC) for Simultaneous Active and Passive Beamforming
Imperial College London（帝国理工学院）
本文提出一种双功能微波线性模拟计算机(MiLAC)框架，使其在实现主动波束赋形的同时，可作为可重构智能表面(RIS)进行被动波束赋形，并给出了最优重构策略及主动与被动速率之间的基本权衡极限。
2026-09-24 cs.IT eess.SP math.IT
User Selection for Simple Passive Beamforming in Multi-RIS-Aided Multi-User Communications
研究了多个可重构智能表面（RIS）辅助下的无线系统中多用户下行信号传输。在这样的多RIS、多用户、多天线场景中，确定RIS相移的集合以最大化总吞吐量变得棘手。因此，我们提出了一种新的方案，可以大大简化被动波束形成的优化。通过机会主义地选择具有最佳信道条件的用户作为系统中唯一的有源发射机，它退化为单用户无源波束成形，其中两种方法，即，基于半定松弛方法和交替优化的联合优化是适用的。通过Monte-Carlo仿真证明了该方案的优越性。
2023-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Active and Passive Beamforming Optimization for Beyond Diagonal RIS-aided Multi-User Communications
针对超对角RIS辅助多用户通信中现有联合波束成形优化算法复杂度高或性能损失大的问题，提出基于迭代闭式解交替优化有源无源波束成形的高效框架，在保证次优性能的同时显著降低复杂度。
2025-01-17 cs.IT eess.SP math.IT
Coordinated Passive Beamforming for Distributed Intelligent Reflecting Surfaces Network
智能反射面（IRS）是6 G中的一项新兴技术，通过使用大量无源反射元件来智能地重新配置传播环境，从而提高无线网络的性能。然而，目前的工作主要集中在单一的IRS授权的无线网络，其中的信道秩不足的问题已经出现。在本文中，我们提出了一个分布式IRS授权的通信网络架构，其中多个源-目的地对通过多个分布式IRS进行通信。我们进一步有助于最大限度地提高可实现的总和率在这个网络中，通过联合优化的源和相移矩阵与被动波束成形在所有分布式IRS的发射功率矢量。不幸的是，这个问题原来是非凸的和高度棘手的，其中一个交替的方法是通过交替解决所产生的分式规划问题。特别地，给出了红外辐射源协同无源波束形成的闭合表达式。数值结果将证明算法的优势和理想的性能的分布式IRS授权的通信网络。
2020-02-14 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Reconfigurable Intelligent Surface Location and Passive Beamforming Optimization for Maximizing the Secrecy-Rate
研究了可重构智能表面（RIS）辅助的无线网络的物理层安全性（PLS）问题，在存在恶意窃听者的情况下，源端借助单个小RIS将其机密信息传输到合法目的端.在RIS定位约束和每个RIS单元反射系数模不大于1的约束下，以最大化保密率为目标，提出了一种新的RIS定位与无源波束形成（J-LPB）联合优化方案。具体来说，我们分析了RIS的最佳位置，并得出结论，产品涉及的源RIS距离和RIS的目的地距离应最小化。由于乘积最小化问题是非凸的，因此我们提出了一种两层优化算法来求解它。基于所获得的接近最优的RIS 3D位置，我们进一步制定了无源波束形成优化问题，然后提出将Charnes-Cooper变换与顺序秩一约束松弛（SROCR）一起应用数值结果表明，所提出的J-LPB优化方案的保密率高于基准方案。解释性地，我们使用以下基准：基于近源的RIS定位和无源波束形成（NSB-LPB）优化方案，基于近目的地的RIS定位和无源波束形成（NDB-LPB）优化方案，以及随机RIS定位和无源波束形成（R-LPB）优化方案。最后，我们的J-LPB计划的好处是进一步增加RIS单元的数量。
2022-10-05 cs.IT math.IT
Simultaneous Transmit Diversity and Passive Beamforming with Large-Scale Intelligent Reflecting Surface: Far-Field or Near-Field?
智能反射表面（IRS）是一种通过被动信号反射来提高无线通信性能的经济有效的解决方案。现有的IRS的工作主要集中在调查IRS的被动波束成形/反射设计，以提高通信速率的用户假设他们的信道状态信息（CSI）是完全或部分已知的。然而，如何利用IRS来提高无线传输的可靠性，没有任何CSI，这是典型的高移动性/延迟敏感的通信场景，仍然在很大程度上开放。在本文中，我们研究了一种新的IRS辅助通信系统与IRS集成到其辅助接入点（AP），同时实现发射分集和被动波束形成的功能。具体来说，我们首先展示了一个有趣的结果，即IRS在任何方向上的被动波束形成增益对于施加到其所有反射元件的公共相移是不变的。因此，我们设计了IRS元素的公共相移，以实现在AP侧的发射分集，而不需要任何CSI的用户。此外，我们提出了一个实用的方法，用户估计CSI在接收端的信息解码。同时，我们表明，传统的被动波束成形增益的IRS可以保留为其他用户与他们的CSI已知的AP。此外，我们推导出的渐近性能的IRS辅助发射分集和被动波束形成的封闭形式，通过考虑大规模IRS与无限数量的元素。数值结果验证了我们的分析，并显示所提出的IRS辅助的同时发射分集和被动波束形成方案的性能增益比其他基准计划。
2022-07-17 cs.IT eess.SP math.IT
Waveform and Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Power Transfer: Single-User and Multi-User Solutions
本文研究了智能反射面辅助无线电能传输的波形和无源波束形成设计。在发射功率约束和无源波束形成相位单位模约束条件下，基于交替优化（AO）框架，以最大化输出直流电流加权和为目标，推导了广义多用户和低复杂度单用户算法。输入信号波形和IRS无源波束形成相移被联合设计为用户的个人频率选择性信道状态信息（CSI）的函数。研究了能量采集器的非线性特性，并对频率选择性IRS（FS-IRS）和频率平坦IRS（FF-IRS）两种IRS部署方案进行了建模和分析。本文强调了这样一个事实，即IRS可以提供一个额外的无源波束成形增益输出直流功率比传统的WPT设计和显着影响的波形设计，利用无源波束成形，频率分集和能量采集器的非线性的好处。尽管FF-IRS的输出直流电流比FS-IRS低，但它仍然比传统WPT设计实现了大幅增加的直流功率。性能评估证实了联合波形和无源波束形成设计的显著优势，考虑到能量采集器的非线性，以提高单用户和多用户WPT系统的性能。
2021-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
Passive Beamforming Design and Channel Estimation for IRS Communication System with Few-Bit ADCs
利用智能反射表面（IRS）被证明是有效的，以提高无线网络的能量效率。在本文中，我们研究了被动波束形成和信道估计的IRS辅助无线通信与低分辨率的模数转换器（ADC）在接收端。利用Bussgang定理推导出了近似可达速率。基于推导出的解析可达速率表达式，我们使用半定规划（SDP），分支定界（BB），和基于梯度的方法，最大限度地提高可达速率。最大似然（ML）估计器，然后提出了考虑$\mathrm{1}$位量化ADC的信道估计。数值结果表明，所提出的波束形成设计和信道估计方法明显优于现有的方法。
2021-02-28 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided Millimeter Wave MIMO Systems
由于采用毫米波（mmWave）频段的通信系统必须使用大型天线阵列来克服mmWave信号的严重传播损耗，因此混合波束成形已被认为是mmWave通信的组成部分。最近，智能反射表面（IRS）已经被提出作为一种创新技术，其可以通过使用低成本的无源反射元件来显著改善毫米波通信系统的性能。在本文中，我们研究了红外辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统与混合波束形成架构。本文首先利用毫米波信道的稀疏散射结构和大尺度特性，研究了窄带MIMO系统中IRS反射矩阵和混合波束形成器的联合设计。然后，我们将所提出的联合设计推广到宽带MIMO系统与正交频分复用（OFDM）调制，利用频率选择性毫米波信道的角度稀疏。仿真结果表明，所提出的联合设计可以显着提高系统的频谱效率，并实现优于现有设计的性能。
2022-06-27 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation and Passive Beamforming for Intelligent Reflecting Surface: Discrete Phase Shift and Progressive Refinement
智能反射面（Intelligent Reflecting Surface，IRS）的研究大多假设信道状态信息（CSI）可用于设计IRS无源波束形成，且每个反射单元的相移连续可调，但这简化了IRS在实际应用中的两个挑战性问题，即信道估计和无源波束形成设计都是在离散相移约束下进行的。为了解决这些问题，我们考虑在本文中的IRS辅助单用户通信系统与离散相移和设计IRS训练反射矩阵的信道估计以及数据传输的被动波束形成，都受到离散相移的约束。我们表明，离散相移的训练反射矩阵的设计有很大的不同，从连续相移，因此相应的被动波束形成应考虑到由于离散相移的相关信道估计误差进行优化。具体来说，我们考虑一个实际的基于块的传输，其中每个块具有有限（不足）数量的训练符号用于信道估计。提出了一种新的分层训练反射设计，利用IRS单元分组和划分，在多个块上逐步估计IRS单元的信道。基于每个块中解析的IRS信道，我们进一步设计了具有离散相移的IRS处的渐进无源波束形成，以提高块上数据传输的可达速率。
2020-03-24 cs.IT cs.NI math.IT
Passive Beamforming and Information Transfer Design for Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided Multiuser MIMO Systems
研究了多用户多输入多输出（MIMO）系统中的无源波束形成和信息传输（PBIT）技术，该技术采用可重构智能表面（RIS），RIS通过无源波束形成增强主通信，同时通过空间调制（调整反射元件的开关状态）传递附加信息。对于被动波束形成设计，我们提出了最大化的总和信道容量的RI辅助多用户MIMO信道，并制定了两步随机规划的问题。基于样本平均近似（SAA）的迭代算法的有效的被动波束形成设计所考虑的计划。为了在复杂性和性能之间取得平衡，我们提出了一种简化的波束形成算法，通过将随机规划近似为确定性交替优化问题。对于接收器设计，接收器处的信号检测是双线性估计问题，因为RIS信息被乘法调制到反射元件的反射信号上。为了解决这个双线性估计问题，我们开发了一个涡轮消息传递（TMP）算法，其中与问题相关的因子图分为两个模块：一个用于估计用户信号和其他用于估计RIS的开关状态。这两个模块迭代执行，以产生一个接近最优的低复杂度的解决方案。此外，我们扩展设计的多用户MIMO PBIT方案从单RIS到多RIS，利用单RIS和多RIS系统模型之间的相似性。大量的仿真结果证明了我们的无源波束形成和接收机设计的优势。
2019-12-28 cs.IT eess.SP math.IT
Unsupervised Learning for Passive Beamforming
可重构智能表面（RIS）是近年来兴起的一种提高无线通信系统能量和频谱效率的新技术。然而，反射单元相移的单位模约束使得最优无源波束形成方案的设计成为一个具有挑战性的问题。传统的方法是使用半定松弛（SDR）技术来找到次优解，然而由此产生的次优迭代算法通常会导致高复杂度，因此不适合实时实现。受此启发，我们提出了一种用于RIS辅助系统中无源波束形成设计的深度学习方法。特别是，使用无监督学习机制离线训练定制的深度神经网络，在线部署时能够进行实时预测。仿真结果表明，该方法保持了大部分的性能，同时显着降低了计算复杂度相比，基于SDR的方法。
2020-01-20 cs.IT eess.SP math.IT
Double-IRS Assisted Multi-User MIMO: Cooperative Passive Beamforming Design
智能反射表面（IRS）已经成为一种使能技术，以实现智能和可重构的无线通信环境的成本效益。IRS的现有工作主要考虑其无源波束形成设计和性能优化，而没有IRS间信号反射，因此没有揭示多IRS辅助无线网络的全部潜力。在本文中，我们研究了一个双IRS辅助多用户通信系统与\emph{cooperative}被动波束形成的设计，捕捉乘波束形成增益从IRS间信道。在双反射链路和单反射链路共存的一般信道设置下，联合优化基站（BS）的（主动）接收波束形成和两个分布式IRS（分别部署在BS和用户附近）的协作（被动）反射波束形成，以最大化所有用户的最小信干噪比（SINR）。此外，对于单用户和多用户的设置，我们分析表明，优于传统的单IRS系统的最大信噪比（SNR）和多用户的有效信道秩，分别双IRS合作系统的性能。仿真结果验证了我们的分析结果，并显示所提出的双IRS系统与合作的被动波束形成设计的实际优势。
2021-03-11 cs.ET cs.IT math.IT
Achievable Rate Region of MISO Interference Channel Aided by Intelligent Reflecting Surface
研究了智能反射面辅助下多输入单输出（MISO）干扰信道的可达速率域。我们利用协调IRS提供的额外设计自由度来增强期望信号和抑制干扰，从而扩大干扰信道的可达速率区域。为此，我们联合优化发射机处的主动发射波束成形和IRS处的被动反射波束成形，受到反射波束成形向量的恒模约束。为了解决非凸优化问题，我们提出了一种迭代算法来优化发射波束形成通过二阶锥规划（SOCP）和反射波束形成通过半定松弛（SDR）。数值结果表明，该算法的IRS辅助干扰信道的性能可以显着优于传统的干扰信道没有IRS。
2020-05-19 cs.IT eess.SP math.IT
Distributed IRS with Statistical Passive Beamforming for MISO Communications
智能反射表面（IRS）最近被认为是一种突出的技术，具有通过动态操纵传播环境来增强无线通信的能力。本文研究了一个多输入单输出（MISO）系统部署分布式IRS。出于实际考虑，我们提出了一种有效的设计被动反射波束形成的IRS利用统计信道状态信息（CSI）和分析的可实现的网络速率考虑到CSI估计误差的影响。遍历可达速率推导出一个封闭的形式，这提供了有见地的系统设计准则。数值结果证实了推导结果的准确性，并揭示了所提出的分布式IRS部署比传统的集中式部署的性能优势。
2020-09-14 cs.IT math.IT
Joint Optimization of Active and Passive Beamforming in Multi-IRS Aided mmWave Communications
智能反射面（IRS）被认为是缓解毫米波（mmWave）通信中阻塞效应、提高覆盖率的一种很有前途的技术。为了探索IRS对毫米波通信性能的影响，我们研究了多IRS辅助的毫米波通信网络，并通过联合优化有源和无源波束成形以及用于辅助的IRS集合来制定和速率最大化问题。由于目标函数缺乏凸性和IRS选择变量的二进制性质，优化问题是棘手的。为了解决复杂的非凸问题，提出了一种交替迭代方法。特别地，利用分式规划方法对主、被动波束形成进行了优化，并通过枚举法求解了IRS选择的优化问题。仿真结果表明，我们所提出的方法的性能增益。
2022-10-04 cs.IT eess.SP math.IT
Wireless Communication via Double IRS: Channel Estimation and Passive Beamforming Designs
在这封信中，我们研究了有效的信道估计和被动波束形成设计的双智能反射面（IRS）辅助单用户通信系统，其中用户通过级联的用户IRS 1-IRS 2-AP双反射链路与接入点（AP）进行通信。首先，提出了一种通用的信道估计方案，适用于任意IRS间信道下的系统，其中级联信道的所有系数都被估计。接下来，对于具有视线（LoS）主导的IRS间信道的典型场景，我们提出了另一种定制方案来估计秩一级联信道的两个签名向量，其信道训练时间比第一方案少得多。针对这两种信道估计方案，在考虑训练开销和信道估计误差的情况下，进一步优化了相应的协作无源波束形成算法，以最大化可达速率。数值结果表明，部署两个合作的IRS与建议的信道估计和被动波束形成的设计实现了显着的速率提高相比，传统的情况下，单一的IRS部署。
2020-08-26 cs.IT cs.NI math.IT
IRS Meets Relaying: Joint Resource Allocation and Passive Beamforming Optimization
智能反射面（IRS）是近年来兴起的一种通过无源信号反射来提高无线通信性能的新技术。在这封信中，我们解锁IRS控制器在中继信息的潜力，并提出了一种新的IRS辅助通信系统与IRS被动反射和主动中继。具体来说，我们共同优化解码和转发（DF）中继的IRS控制器和IRS被动波束形成的时间分配，以最大限度地提高所提出的系统的可实现的速率。我们还比较了所提出的系统的速率性能与传统的IRS没有中继，并揭示了一个优于其他的条件。仿真结果表明，该设计可以显著提高IRS辅助系统的覆盖/速率性能。
2021-06-23 cs.IT math.IT
Robust and Secure Communications in Intelligent Reflecting Surface Assisted NOMA networks
这封信调查安全传输的智能反射面（IRS）辅助非正交多址（NOMA）网络。考虑一个实际的窃听场景与不完善的信道状态信息的窃听者，我们提出了一个强大的波束形成方案，使用人工噪声，以保证安全的NOMA传输与IRS。提出了一种联合发射波束形成和IRS相移优化问题，以最小化发射功率。由于问题是非凸的，具有挑战性的解决，我们开发了一个有效的替代优化（AO）算法来获得稳定点的解决方案。仿真结果验证了鲁棒波束形成方案的安全性优势和自适应波束形成算法的有效性。
2020-09-01 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface: Practical Phase Shift Model and Beamforming Optimization
智能反射表面（IRS）能够控制无线传播环境，被认为是未来无线通信系统中提高频谱和能量效率的有前途的技术。关于IRS的现有工作主要基于理想相移模型，该理想相移模型假设由每个元件的全信号反射而不管其相移，然而，这实际上难以实现。相比之下，我们在本文中提出了一个实用的相移模型，捕捉相位相关的幅度变化的元素的反射系数。将此模型应用于IRS辅助的无线系统中，通过联合优化发射波束形成和IRS反射波束形成来最大化其可达速率。所制定的问题是非凸的，很难在一般情况下，我们提出了一个低复杂度的次优解的交替优化（AO）技术的基础上。仿真结果表明，与传统的理想波束形成模型相比，基于该相移模型的联合波束形成优化具有显著的性能增益。
2020-02-25 cs.IT eess.SP math.IT
Outage Minimization for Intelligent Reflecting Surface Aided MISO Communication Systems via Stochastic Beamforming
智能反射面（IRS）具有通过重构无线传播环境来显著提高网络性能的潜力。然而，在IRS辅助的无线网络中，很难获得准确的下行链路信道状态信息（CSI）以用于有效的波束成形设计。在这篇文章中，我们考虑了一个IRS辅助下行链路多输入单输出（MISO）网络，其中的基站（BS）是不需要知道底层的信道分布。我们制定了中断概率最小化的问题，通过联合优化的波束成形向量在BS和在IRS的相移矩阵，同时考虑到发射功率和么模约束。所提出的问题是一个非凸非光滑随机优化问题。为此，我们采用sigmoid函数作为代理来解决目标函数的非光滑性。此外，我们提出了一个数据驱动的高效交替随机梯度下降（SGD）算法来解决这个问题，利用历史信道样本。仿真结果表明，该算法的性能增益的基准方法在最小化中断概率。
2020-05-15 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided LEO Satellite Communication: Cooperative Passive Beamforming and Distributed Channel Estimation
本文提出了一种新的智能反射面（IRS）辅助低轨卫星通信系统，该系统利用大规模无源反射单元的可控相移实现灵活的波束形成，有效地解决了高机动卫星（SAT）与地面节点（GN）之间时变信道的问题。特别是，我们提出了一种新的架构IRS辅助LEO卫星通信，其中IRS部署在SAT和GN的两侧，并研究其合作的无源波束形成（CPB）设计超过视线（LoS）为主的单反射和双反射信道。具体来说，我们联合优化的主动发送/接收波束成形在SAT/GN以及CPB在两侧IRS的最大化的总信道增益从SAT到每个GN。有趣的是，我们表明，在LoS信道条件下，高维SAT-GN信道可以分解为两个低维向量的外积。通过利用分解的SAT-GN信道，我们将原始波束成形优化问题解耦为两个更简单的子问题，分别对应于SAT和GN侧，这两个子问题都以封闭形式求解。此外，我们提出了一个有效的传输协议进行信道估计和波束跟踪，这只需要独立的处理的SAT和GN在一个分布式的方式，从而大大降低了实现的复杂度。仿真结果验证了与传统反射阵列和单边IRS等各种基线方案相比，所提出的具有双边协作IRS的IRS辅助低轨卫星通信系统的性能优势。
2022-01-09 cs.IT eess.SP math.IT
Two-Way Passive Beamforming Design for RIS-Aided FDD Communication Systems
可重构智能表面（RIS）能够通过低成本的反射元件提供被动波束形成增益，从而提高无线链路质量。这项工作考虑了双向无源波束形成设计在RIS辅助频分复用（FDD）系统中的RIS反射系数是相同的下行链路和上行链路，并应同时优化两个方向。我们制定了一个联合优化的发射/接收波束形成器在基站（BS）和RIS反射系数。目标是最大化下行链路和上行链路速率的加权和，其中加权参数是可调整的，以获得不同的可实现的下行链路-上行链路速率对。我们开发了一个有效的流形优化算法，以获得一个稳定的解决方案。为了比较，我们还介绍了两种启发式设计的基础上单向优化，即分时和相位平均。仿真结果表明，提出的基于流形的双向优化设计显着扩大了可实现的下行链路和上行链路的速率区域相比，两种启发式设计。它也表明，相位平均是优于分时RIS元素的数量是大时。
2021-01-25 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Assisted UAV Communication: Joint Trajectory Design and Passive Beamforming
由于视距传输和灵活性，无人机（UAV）有效地提高了无线网络的吞吐量。然而，LoS链路容易因复杂的传播环境而严重恶化，特别是在城市地区。可重构智能表面（RISs）作为一种很有前途的技术，通过智能地反射接收信号，可以显著改善传播环境，提高通信质量。基于此，本文研究了一种新型的RIS辅助无人机通信系统中无人机轨迹和RIS无源波束形成的联合设计，以最大化平均可达速率。为了解决非凸问题，我们将其分为两个子问题，即无源波束形成和轨迹优化。我们首先推导出一个封闭形式的相移解决方案，为任何给定的无人机轨迹，以实现相位对准的接收信号从不同的传输路径。然后，与最优相移解，我们得到了一个次优轨迹的解决方案，通过使用逐次凸逼近（SCA）方法。数值结果表明，该算法可以大大提高系统的平均可达速率。
2019-12-07 cs.IT math.IT
Deep Reinforcement Learning based Joint Active and Passive Beamforming Design for RIS-Assisted MISO Systems
可重构智能表面（RIS）由于具有低成本、可控性等独特优势，是解决毫米波通信系统阻塞问题的一种有效途径，近年来受到广泛关注。然而，由于高计算复杂性和无线环境的动态变化，使得有源波束形成和无源波束形成的联合设计是一项艰巨的任务。在本文中，我们考虑了一个RIS辅助的多用户多输入单输出（MU-MISO）毫米波系统，旨在开发一种基于深度强化学习（DRL）的算法，以联合设计在基站（BS）侧的有源混合波束形成器和RIS侧的无源波束形成器。通过采用先进的软演员-评论家（SAC）算法，我们提出了一种基于最大熵的DRL算法，它可以探索更多的随机策略比确定性的政策，同时设计有源模拟预编码器和无源波束形成器。然后，采用最小均方误差（MMSE）方法确定数字预编码器。实验结果表明，我们提出的SAC算法可以获得更好的性能相比，传统的优化算法和DRL算法。
2022-02-21 cs.IT eess.SP math.IT
Covert Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Assisted IoT Networks
在本文中，我们考虑了智能反射面（IRS）辅助物联网（IoT）网络的隐蔽波束形成设计，其中Alice利用IRS隐蔽地向Bob发送消息而不被Willie识别。我们调查的联合波束形成器的设计爱丽丝和IRS最大限度地提高鲍勃的隐蔽率时，威利的信道状态信息（WCSI）的知识是完美的和不完美的爱丽丝，分别。对于前一种情况，我们开发了一个隐蔽波束形成器的完美的隐蔽约束下，应用半定松弛。对于后一种情况，推导了Willie的最优判决门限，并分析了虚警概率和漏检概率。此外，我们利用Kullback-Leibler发散的性质，开发基于松弛，S-引理和交替迭代方法的鲁棒波束形成器。最后，数值实验评估所提出的隐蔽波束形成器的设计和鲁棒波束形成器的设计的性能。
2021-09-01 cs.IT eess.SP math.IT
Graph Neural Network based Active and Passive Beamforming for Distributed STAR-RIS-Assisted Multi-User MISO Systems
针对分布式STAR-RIS辅助多用户MISO系统，提出基于GNN的联合有源与无源波束成形设计方法，以最大化用户和速率，性能高效且可扩展。
2025-02-26 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Multi-User Massive MIMO with Intelligent Reflecting Surface: Beam Training and Hybrid Beamforming
太赫兹（THz）通信开辟了一个新的前沿无线网络由于其显着更广泛的可用带宽相比，目前的微波和即将到来的毫米波通信。然而，由于太赫兹波的长度短，他们也遭受严重的路径衰减和衍射差。为了补偿太赫兹引起的传播损耗，本文提出结合两种有前途的技术，即，大规模多输入多输出（MIMO）和智能反射面（IRS），在太赫兹多用户通信，考虑到其显着的波束形成和孔径增益。尽管如此，信道估计和低成本波束成形是实现这种组合的两个主要障碍，这是由于IRS发送/接收导频信号的无源性以及大规模MIMO中昂贵RF链的大规模使用。针对这些局限性，本文首先提出了一种协作波束训练方案，以便于IRS信道估计。特别是，我们设计了两个不同的分层码本的建议的训练过程，这是能够对噪声的鲁棒性和搜索的复杂性之间的平衡。基于训练结果，我们进一步提出了两个成本效益的混合波束形成（HB）的设计，分别为单用户和多用户的情况下。仿真结果表明，所提出的联合波束训练和HB方案是能够实现接近的性能，即使在完美的信道状态信息（CSI）下实现的最佳全数字波束形成（FDB）。
2021-01-14 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface with Discrete Phase Shifts: Channel Estimation and Passive Beamforming
在本文中，我们考虑了一个智能反射面（IRS）辅助单用户系统中，IRS与离散相移部署，以协助上行链路通信。提出了一种实用的传输协议，依次执行信道估计和被动波束形成。为了最小化信道估计的均方误差（MSE），我们首先制定了一个优化问题，设计IRS反射模式在训练阶段的约束下，单位模，离散相位，满秩。然而，这个问题是NP难的，因此一般难以解决。因此，我们提出了一种低复杂度但有效的方法来解决它的次优，通过构建一个近正交的反射模式的基础上离散傅里叶变换（DFT）矩阵量化或阿达玛矩阵截断。基于估计的信道，然后，我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高可实现的速率，通过设计离散相位无源波束形成在IRS的训练开销和信道估计误差考虑在内。为了降低穷举搜索的计算复杂性，我们进一步提出了一个低复杂度的连续细化算法，通过适当的初始化设计来获得高质量的次优解。数值结果表明，我们提出的IRS训练反射模式和被动波束形成的设计相比，其他基准计划显着的速率提高。
2019-12-23 cs.IT cs.NI math.IT
Secure Transmission Strategy for Intelligent Reflecting Surface Enhanced Wireless System
在本文中，我们研究的安全传输框架的设计与智能反射表面（IRS）。我们的设计旨在最大限度地减少系统的能量消耗的情况下，秩一和全秩接入点（AP）-IRS链接。为了便于设计，将问题分为两部分：AP处波束形成矢量的设计和IRS处的相移。在秩一信道模型中，波束形成矢量设计和相移设计是独立的。推导了波束形成矢量的闭合表达式。同时，针对瞬时信道情况下的相移问题，采用半定松弛算法和投影梯度算法进行了求解，并在统计信道模型下分析了相移对整个系统的影响。然而，由于波束形成和相移在满秩模型中相互依赖，我们参考传统的窃听模型，并利用基于特征值的算法来获得波束形成向量，同时也应用了上述两种相位优化方案。仿真结果表明，IRS增强系统的设想，以提高物理层的安全。
2019-09-02 cs.IT math.IT
Optimizations with Intelligent Reflecting Surfaces (IRSs) in 6G Wireless Networks: Power Control, Quality of Service, Max-Min Fair Beamforming for Unicast, Broadcast, and Multicast with Multi-antenna Mobile Users and Multiple IRSs
智能反射表面（IRSs）最近受到了广泛关注，并且被设想用于促进6 G通信网络。在本文中，无线通信IRS单元的辅助下，我们制定了优化问题的功率控制下的服务质量（QoS）和最大-最小公平QoS下的三种业务模式从基站（BS）到移动用户（MU）：单播，广播和组播。通过联合设计BS的发射波束形成和IRS的相移矩阵来实现优化。对于QoS下的功率控制，文献中现有的IRS研究仅针对单播设置，而没有IRS工作考虑了最大最小公平QoS。此外，我们将上述优化研究扩展到多天线移动用户或/和多个智能反射表面的新设置。对于所有上述优化，我们提供了详细的分析，提出有效的算法。总之，我们提出了一个全面的研究优化问题，包括功率控制，QoS和公平性的无线网络增强IRS。
2019-08-13 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming Design in Multi-Cluster MISO NOMA Intelligent Reflecting Surface-Aided Downlink Communication Networks
考虑智能反射面（IRS），研究了多簇多输入单输出（MISO）非正交多址（NOMA）下行通信网络。在网络中，IRS通过被动波束形成辅助从基站（BS）到所有用户的通信。我们的目标是通过联合优化BS处的发射波束成形向量和IRS处的反射系数向量来最小化总发射功率。由于对IRS反射振幅和相移的限制，所述二次约束二次问题是高度非凸的。对于上述问题，传统的基于半定规划（SDP）的算法具有过高的计算复杂性和恶化的性能。在这里，我们提出了一个有效的二阶锥规划（SOCP）-交替方向的乘法器（ADMM）为基础的算法，以获得局部最优解。为了降低计算复杂性，我们还提出了一个低复杂度的迫零（ZF）的次优算法。仿真结果表明，我们提出的基于SOCP-ADMM的算法实现了显着的性能增益比传统的基于SDP的算法。此外，当被动反射元件的数目相对较高时，我们提出的基于ZF的次优算法也优于基于SDP的算法。
2019-09-16 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Active and Passive Beamforming with Sensing-Assisted Discrete Phase Shifts for Dual-RIS ISAC Systems
Chongqing University of Posts and Telecommunications（重庆邮电大学）；National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学移动通信国家重点实验室）；University of Macau（澳门大学）
本文针对6G需求，研究双可重构智能表面辅助的集成感知与通信系统，通过联合主动和被动波束成形解决最大最小用户信干噪比问题，提升系统性能并确保用户公平性。
2025-10-28 cs.IT math.IT
Secure Beamforming and Reflection Design for RIS-ISAC Systems Under Collusion of Passive and Active Eavesdroppers
本文研究了RIS辅助的集成感知与通信系统在被动和主动窃听者合谋下的物理层安全问题，通过联合基站波束成形与RIS反射设计，最大化安全通信并保证感知性能。
2026-05-08 cs.IT math.IT
Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface-Enhanced Symbiotic Radio Systems
研究了智能反射面辅助下的多用户多输入单输出下行共生无线通信系统。不同于现有的方法理想地假设从用户（SU）可以联合解码信息符号从接入点（AP）和IRS通过多用户检测，我们认为一个更实际的SU，只有非相干检测是可用的。为了表征非相干译码性能，推导了一个实用的平均符号出错率（SER）上界。随后，我们共同优化波束形成器在AP和相位移在IRS最大化的平均总和率的主要系统考虑到最大容许SER约束SU。为了规避变量的耦合，我们利用舒尔补，便于设计一个次优波束形成算法的基础上连续凸逼近。仿真结果表明，与各种基准算法相比，该方案在保证次系统译码性能的同时，显著提高了主系统的平均和速率。
2021-10-20 cs.IT eess.SP math.IT
Optimal Beamforming for MISO Communications via Intelligent Reflecting Surfaces
通过智能反射表面（IRSs）的无线通信已经受到学术界和工业界的相当大的关注。特别地，IRS能够利用通常低成本的无源设备来创建有利的无线传播环境。虽然在文献中已经研究了各种IRS辅助的无线通信系统，但到目前为止，还没有很好地理解这种系统的最佳设计。本文研究了IRS辅助的单用户多输入单输出（MISO）通信。为了最大限度地提高频谱效率，提出了一种分支定界（BnB）算法，分别在接入点（AP）和IRS处获得有源和无源波束形成器的全局最优解。仿真结果证实了在无线系统中部署IRS的有效性。此外，以所提出的最优BnB算法为性能基准，现有的设计算法的最优性进行了研究。
2020-01-30 cs.IT eess.SP math.IT
Throughput Maximization for Active Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Powered Communications
本文考虑了一种有源智能反射面（IRS）辅助的无线供电通信网络（WPCN），其中设备首先采集能量，然后将信息传输到混合接入点（HAP）。与现有的被动IRS辅助的WPCN的工作不同，这是第一次在WPCN中引入主动IRS。为了保证公平性，将该问题转化为一个放大的功率受限加权和吞吐量（WST）最大化问题，交替采用逐次凸逼近技术和分式规划求解.为了平衡性能和复杂度的折衷，在活动IRS处考虑三种波束形成设置，即用户自适应IRS波束形成、上行链路自适应IRS波束形成和静态IRS波束形成。数值结果表明，在WPCN中采用有源IRS的显着优势和动态IRS波束形成的好处。具体而言，它被发现，相比于被动IRS，有源IRS不仅大大提高了WST，而且更节能，可以显着扩大传输覆盖范围。此外，与被动IRS的对称部署策略不同，更优选的是将主动IRS部署在设备附近。
2022-01-11 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Multi-User MISO Communication: Channel Estimation and Beamforming Design
最近出现了使用智能反射表面（IRS）重新配置无线传播环境的概念，其中IRS包括大量的无源反射元件，其可以智能地反射撞击的电磁波以增强性能。以前的工作已经显示出有前途的增益假设在基站（BS）和IRS，这是不切实际的，由于反射元件的无源性质的完美的信道状态信息（CSI）的可用性。本文的初步贡献之一，研究了IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）通信系统下不完美的CSI。不同于最近的几个作品，开发最小二乘（LS）估计的IRS辅助信道矢量，我们利用先验知识的大规模衰落统计在BS推导出贝叶斯最小均方误差（MMSE）信道估计的协议下，IRS适用于一组最佳的相移矢量在多个信道估计子阶段。由此产生的均方误差（MSE）的分析和数值显示是低于实现的LS估计。联合设计的预编码和功率分配在BS和反射波束成形在IRS提出了最大化的最小用户信号干扰噪声比（SINR）的发射功率约束。性能评估的结果说明了所提出的系统的效率，并研究其对信道估计误差的敏感性。
2020-05-04 cs.IT math.IT
Adaptive Passive Beamforming in RIS-Aided Communications With Q-Learning
本文针对无CSI条件下的RIS辅助通信，提出基于Q学习的自适应无源波束赋形策略，将配置搜索建模为随机最短路径问题，以最小化寻找最优RIS配置所需的测试次数。
2025-05-02 cs.IT eess.SP math.IT
An Efficient Convex-Hull Relaxation Based Algorithm for Multi-User Discrete Passive Beamforming
本文研究IRS辅助下行网络中的离散无源波束成形设计，通过凸包松弛将离散相移约束转化为等价的连续问题，并提出交替投影/近端梯度下降上升算法求解，显著提升了多用户最小信干噪比。
2024-08-28 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Enabled Random Rotations Scheme for the MISO Broadcast Channel
目前关于智能反射面（IRS）的文献主要集中在优化IRS相移以产生相干波束形成增益，但这是在假设单个IRS辅助链路具有完美的信道状态信息（CSI）的情况下进行的，这是非常不切实际的。相反，这项工作考虑了IRS处的随机旋转方案，其中反射元件仅采用随机相位旋转而不需要任何CSI。然后，在整个信道的基站（BS）处仅需要CSI来实现波束成形传输方案。在此框架下，我们推导出的总和率缩放定律在大量的用户制度的IRS辅助多输入单输出（MISO）广播信道，最佳脏纸编码（DPC）计划和较低复杂度的随机波束形成（RBF）和确定性波束形成（DBF）计划在BS。随机旋转方案通过利用多用户分集来提高和速率，但由于相关性，也在一定程度上牺牲了增益。最后，能量效率最大化的BS天线，IRS元素和发射功率的数量的问题，解决了使用派生的缩放定律。仿真结果表明，所提出的方案，以提高和速率，性能变得接近下的相干波束形成的大量用户。
2021-03-17 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces and Classical Relays: Coexistence and Co-Design
研究了智能反射面（IRS）和经典半双工解码转发（DF）中继共存的多用户下行通信系统。在该系统中，IRS和DF中继相互作用，同时辅助传输。特别地，在基站（BS）和DF中继处的主动波束成形以及在IRS处的被动波束成形被联合设计以最大化所有用户的和速率。由于波束形成向量的耦合，和速率最大化问题是非凸的。我们提出了一种基于交替优化（AO）的算法来解决这个复杂的协同设计问题。数值验证和讨论的共存系统的优越性和其中的权衡。
2021-09-20 cs.IT eess.SP math.IT
Robust and Secure Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided mmWave MISO Systems
在这封信中，我们研究了在智能反射面（IRS）辅助毫米波（mmWave）多输入单输出（MISO）系统中的鲁棒和安全波束形成（RSBF），其中多个单天线窃听器（Eves）任意分布在合法接收机附近。考虑到Eves信道的信道状态信息（CSI）在合法发射端是不完全已知的，在总发射功率和单位模约束下，给出了最大化最坏情况下可达保密率（ASR）的RSBF设计问题.由于这些问题是很难最佳解决，由于其非凸性和耦合变量，我们取代窃听信道的离散样本的加权组合，并提出了一个RSBF计划交替优化和半定松弛（SDR）技术的基础上，合谋和非合谋窃听的情况。仿真结果表明，所提出的RSBF方案可以有效地提高ASR，也优于其他基准计划。
2020-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Blind Beamforming for Coverage Enhancement with Intelligent Reflecting Surface
本文提出一种无需信道状态信息的盲波束成形方法，仅利用接收信号功率数据提升智能反射面覆盖场景下的最小信噪比，理论保证接近最优，现场测试显示显著增益。
2024-07-17 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface: Practical Phase Shift Model and Beamforming Optimization
智能反射表面（IRS）能够控制无线传播环境，最近已经成为一种有前途的具有成本效益的技术，用于提高未来无线通信系统的频谱和能量效率。关于IRS的现有工作主要基于理想相移模型，该理想相移模型假设由每个元件的全信号反射而不管其相移，然而，这实际上难以实现。相比之下，我们在本文中提出了实用的相移模型，捕捉相位相关的幅度变化的元素的反射系数。基于所提出的模型，并考虑一个IRS辅助的多用户系统，部署IRS以帮助从多天线接入点（AP）到多个单天线用户的下行链路通信，我们制定了一个优化问题，通过联合设计AP发射波束成形和IRS反射波束成形，以最小化AP处的总发射功率，服从用户的个体信号干扰噪声比（SINR）约束。迭代算法，提出了有效地找到次优解决方案，这个问题，利用交替优化（AO）或基于惩罚的优化技术。此外，我们分析的IRS辅助系统，采用实际的移相器，但假设波束形成优化的理想相移模型的渐近性能损失，IRS元素的数量趋于无穷大。仿真结果揭示了实质性的性能增益所提出的波束形成优化的基础上的实际相移模型相比，传统的理想模型。
2020-02-24 cs.IT eess.SP math.IT
A Survey on Channel Estimation and Practical Passive Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communications
智能反射表面（IRS）通过实时数字控制经由大量无源反射元件的信号反射，已经成为实现用于无线通信的智能和可重构无线电环境的关键使能技术。传统的无线通信技术只能适应动态无线信道，但对动态无线信道没有或有限的控制，与之不同的是，IRS提供了一种新的和具有成本效益的手段，以主动的方式对抗无线信道损伤。然而，尽管IRS具有巨大的潜力，但在其有效集成到无线通信系统中，特别是在各种实际硬件约束下的信道估计和无源波束形成设计方面，IRS面临着新的和独特的挑战。在本文中，我们提供了一个全面的调查最新的研究在IRS辅助无线通信，重点是有前途的解决方案，以解决实际的设计问题。此外，我们讨论了新的和新兴的IRS架构和应用程序，以及他们的实际设计问题，以激励未来的研究。
2022-02-01 cs.ET cs.IT eess.SP
Intelligent Reflecting Surface-Assisted Bistatic Backscatter Networks: Joint Beamforming and Reflection Design
双基地反向散射通信（BackCom）允许无源标签在扩展的范围内发射，但代价是使载波发射器以高功率发射或部署在非常靠近标签的位置。在本文中，我们研究了如何存在的智能反射表面（IRS）可能有利于双基地BackCom系统。我们研究的发射功率最小化问题的载波发射机，其发射波束成形矢量与IRS相移联合优化，同时保证所需的BackCom性能。在这个系统设置的一个独特的功能是多个IRS反射经历的信号从载波发射器的阅读器，这使得优化问题高度非凸。因此，我们提出了基于最小化最大化和交替优化技术的算法，以获得近似解的联合设计。我们还提出了低复杂度的算法的基础上连续优化的个别相移。我们的研究结果揭示了相当大的传输功率节省在单标签和多标签系统，即使与温和的IRS的大小，这可能会被转化为显着的范围内的改进，使用原始的发射功率或减少的依赖位于近距离的载波发射器上的标签。
2021-11-07 cs.IT eess.SP math.IT
