Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface Assisted Multiuser Communications: Framework, Algorithms, and Analysis
在智能反射面（IRS）辅助通信系统中，由于信道估计需要相当大的开销，信道状态信息（CSI）的获取是实现IRS波束形成增益的关键障碍。具体地，在用于IRS辅助通信的当前波束成形设计下，应当估计$KMN+KM$信道系数，其中$K$、$N$和$M$分别表示基站（BS）处的用户、IRS反射元件和天线的数量。为了在短时间内准确估计大量的信道系数，本文提出了一种新的基于导频的三阶段信道估计框架，用于IRS辅助的上行链路多用户通信。在此框架下，我们分析证明，由$K+N+\max(K-1,\lceil (K-1)N/M \rceil)$导频符号组成的持续时间足以使BS完美地恢复所有的$KMN+KM$信道系数的情况下，在BS处没有接收机噪声。在没有IRS的传统上行链路通信的信道估计的最小信道估计时间是独立的接收天线在BS的数量相比，我们的研究结果揭示了大规模MIMO（多输入多输出）在减少信道估计时间IRS辅助通信的关键作用。此外，对于接收机噪声的情况下，用户导频序列，IRS反射系数，和BS线性最小均方误差（LMMSE）信道估计器的特征在于在封闭形式，和相应的估计均方误差（MSE）进行量化。
2020-06-24 cs.IT eess.SP math.IT
The Rise of Intelligent Reflecting Surfaces in Integrated Sensing and Communications Paradigms
本文探讨智能反射面（IRS）在未来集成感知与通信（ISAC）中的作用，分析其在覆盖扩展、干扰抑制和参数估计方面的优势，并概述相关信号处理技术与设计挑战。
2022-12-20 cs.IT eess.SP math.IT
Using Intelligent Reflecting Surfaces for Rank Improvement in MIMO Communications
由可重构超材料组成的智能反射面（IRS）可以用来部分控制无线电环境，从而为无线通信带来新的特性。以前关于IRS的工作特别研究了范围扩展用例，以及在什么情况下新技术可以击败继电器。在本文中，我们研究了另一种可能对信道容量有较大影响的用例：秩改进。点对点MIMO通信的经典瓶颈之一是空间复用提供的容量增益仅在高SNR下较大，并且高SNR信道主要出现在视线（LoS）场景中，其中信道矩阵具有低秩并且因此不支持空间复用。我们演示了如何IRS可以使用和优化，在这种情况下，以增加信道矩阵的秩，导致大量的容量增益。
2020-02-06 cs.IT eess.SP math.IT
Dual-Function Radar-Communication System Aided by Intelligent Reflecting Surfaces
提出了一种基于智能反射面的双功能雷达通信系统的设计方案。我们考虑一个场景与一个目标和多个通信接收器，在那里没有视线之间的雷达和目标。雷达预编码矩阵和IRS权重被优化设计为最大化雷达接收机处的信噪比（SNR）和通信接收机处的SNR的加权和，其受到IRS权重的功率约束和恒模约束。该问题被解耦为两个子问题，即波形设计和IRS权重设计，并通过交替优化来解决。前一个子问题通过线性规划求解，后一个子问题通过四次多项式目标的流形优化求解。本文的主要贡献在于解决了基于四次目标函数优化的IRS权重设计子问题，并对IRS权重进行了单位模约束。仿真结果表明了该算法在不同系统配置下的收敛特性，以及利用IRS提高雷达和通信性能的有效性。
2022-04-10 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Wireless Communication: Modeling and Channel Estimation
最近完成的5G新无线电标准是几种尖端技术的结果，包括大规模多输入多输出（MIMO），毫米波（mm）通信和网络致密化。然而，这些技术面临两个主要的实际限制1）缺乏对无线信道的控制，以及2）无线接口的高功耗。为了满足绿色和可持续的未来蜂窝网络的需求，已经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。IRS由大量低成本的无源天线组成，这些天线可以巧妙地反射入射的电磁波以提高性能。本文着眼于对IRS的反射无线电概念的演变，概述了IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）通信模型，并讨论了它如何区别于传统的多天线通信模型。我们提出了一个最小均方误差（MMSE）的信道估计协议的设计和分析的IRS辅助系统。在2.5 GHz的工作频率的性能评估结果，以说明所提出的系统的效率。
2019-12-13 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided Backscatter Communications
我们介绍了一种新的系统设置，其中反向散射设备在智能反射表面（IRS）的存在下工作。特别是，我们研究了由IRS辅助的双基地反向散射通信（BackCom）系统。IRS处的相移与载波发射器的发射波束成形向量联合优化，以最小化载波发射器处的发射功率消耗，同时保证所需的BackCom性能。在IRS处由多次反射引起的独特信道特性使得优化问题高度非凸。因此，我们联合利用最小化最大化算法和半定松弛技术，提出了一个近似的解决方案的最佳IRS相移设计。我们还扩展我们的分析结果的单站BackCom系统。数值结果表明，IRS的引入带来了相当大的降低发射功率，即使与温和的IRS的大小，这可以被翻译为范围增加了非IRS辅助BackCom系统。
2020-09-15 cs.IT eess.SP math.IT
Dual-Beam Intelligent Reflecting Surface for Millimeter and THz Communications
智能反射面（IRS）是一种提高功率效率和光谱效率的低成本技术。然而，IRS辅助的多天线传输需要联合优化无源和有源波束成形，由于其迭代优化过程，造成了高计算负担和高延迟。本文将模拟数字混合波束形成技术应用于高频传输系统中，提出了一种新的波束形成技术--双波束IRS。其关键思想是形成一对分别朝向IRS和用户的波束。然后，无源和有源波束形成的优化可以解耦，从而简化系统设计。仿真结果证实，它实现了良好的平衡之间的细胞边缘和细胞中心的性能。与性能界相比，差距是适度的，但它显着优于其他次优方案。
2022-04-30 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beam Training and Positioning For Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Millimeter Wave Communications
智能反射面（IRS）为毫米波通信中的链路阻塞问题提供了一种经济有效的解决方案，其前提是准确估计（1）基站/接入点（BS/AP）和移动终端（MT）的最佳波束，（2）IRS的最佳反射模式，以及（3）链路阻塞。在本文中，我们进行波束训练设计IRS辅助毫米波通信估计上述参数。为了获得最佳波束和反射模式，我们首先执行随机波束形成和最大似然估计来估计BS/AP（或IRS）和MT之间的视线（LoS）路径的到达角（AoA）和离开角（AoD）。然后，与估计的AoA和AoD，我们提出了一种迭代定位算法，实现厘米级的定位精度。获得的位置信息不仅是一个附带的好处，而且使我们能够交叉验证和增强AoA和AoD的估计，并有助于预测阻塞指标。数值结果表明，我们提出的波束训练方案的优越性，并验证了位置信息带来的性能增益。
2021-01-12 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces for the Enhancement of 6G Internet of Things
随着多年来传感技术的进步，确保物联网（IoT）小工具的无缝连接变得至关重要。随着通信技术的进步，蜂窝网络越来越多地被用于连接物联网系统。IRS是由大量反射组件组成的矩形超表面，其最近由于其通过修改无线传输环境来显著提高通信网络的能量和频谱效率的能力而获得了研究关注。
2022-07-16 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing a Binary Intelligent Reflecting Surface for OFDM Communications under Mutual Coupling
智能反射表面（IRS）如果被配置为将入射信号作为波束反射到接收器，则可以大大改善频率平坦信道上的信道质量。然而，IRS技术的基本限制在实际的频率选择性信道上变得明显，其中必须在整个带宽上使用相同的配置。在本文中，我们考虑了一个宽带正交频分复用（OFDM）系统，它是由一个相当现实的IRS设置与两个不平衡的状态，每个元素和互耦支持。我们描述了在IEEE信号处理杯2021中考虑的仿真设置，提出了一种用于信道估计和IRS配置的低复杂度解决方案，并在该设置上对其进行了评估。
2021-09-14 cs.IT eess.SP math.IT
A Survey of Intelligent Reflecting Surfaces (IRSs): Towards 6G Wireless Communication Networks
智能反射表面（IRS）可调整无线环境以提高频谱和能源效率。鉴于IRS概念作为6 G无线通信的一种有前途的技术最近受到了广泛关注，本文对IRS进行了综述。具体来说，我们将最近的IRS研究分类如下。对于IRS辅助通信，总结包括容量/数据速率分析、功率/频谱优化、信道估计、基于深度学习的设计和可靠性分析。然后，我们审查IRS的实现，以及使用IRS在安全通信，终端定位，和其他新的应用。我们进一步确定了IRS的未来研究方向，并设想IRS技术在6 G通信网络中发挥关键作用，类似于5G网络中的大规模多输入多输出。作为对IRS的及时总结，我们的工作将对研究6 G网络IRS的研究人员和从业人员感兴趣。
2019-11-02 cs.IT cs.NI eess.SP
Intelligent Reflecting Surface (IRS)-Aided Covert Wireless Communications with Delay Constraint
这项工作探讨了在隐蔽通信中部署智能反射面（IRS）所取得的性能增益。为此，我们制定了联合设计的发射功率和IRS反射系数，考虑到全球信道状态信息（CSI）的情况下，没有一个看守的瞬时CSI的通信隐蔽性。对于全球CSI的情况下，我们首先证明，完美的隐蔽性是可以实现的IRS的帮助下，即使是单天线发射机，这是不可能的，没有IRS。然后，我们开发了一个惩罚逐次凸逼近（PSCA）算法来解决设计问题。考虑到PSCA算法的高复杂度，我们进一步提出了一种低复杂度的两阶段算法，其中发射功率和IRS的反射系数的解析表达式推导。对于没有典狱长的瞬时CSI的情况下，我们首先推导出的隐蔽性约束分析促进最佳相移设计。然后，我们考虑三个硬件相关的约束IRS的反射幅度，并确定其最佳设计连同最佳发射功率。我们的研究表明，显着的性能增益可以通过部署到隐蔽通信的IRS。
2022-01-11 cs.IT eess.SP math.IT
The Far-/Near-Field Beam Squint and Solutions for THz Intelligent Reflecting Surface Communications
太赫兹（THz）和智能反射表面（IRS）被认为是提高未来6 G网络容量和覆盖范围的两种有前途的技术。通常，IRS在太赫兹频率下实现时通常配备有大规模元件。在这种情况下，应考虑近场模型和波束偏斜。因此，在本文中，我们研究了远场和近场光束斜视的太赫兹IRS通信的问题。根据不同的电磁辐射特性，分别建立了远场和近场信道模型。其次，基于级联基站-IRS-用户信道模型，分析了远场波束偏斜及其对波束增益的影响，并研究了近场情况。为了克服远场和近场光束斜视角的影响，提出将延迟可调元表面（DAM）应用于IRS，并提出了优化IRS元件反射相移和时延的方案，有效地消除了光束斜视角带来的光束增益损失。最后，仿真结果表明，我们提出的方案在打击近场和远场波束斜视的有效性。
2022-08-26 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface Assisted Multiuser Communications
在智能反射面（IRS）辅助通信系统中，由于信道估计需要相当大的开销，信道状态信息（CSI）的获取是实现IRS被动波束形成增益的关键障碍。具体地，在用于IRS辅助通信的当前波束成形设计下，如果无源IRS由于其缺少射频（RF）链而不能估计其与基站（BS）和用户的信道，则应当估计$KMN+KM$信道系数，其中$K$、$N$和$M$分别表示用户、IRS的反射元件和BS处的天线的数量。考虑到大规模MIMO（多输入多输出）的当前趋势，即，大的$M$和大规模连接，即，大的$K$。为了在短时间内准确估计大量的信道系数，本文致力于研究IRS辅助上行链路通信中基于导频的高效信道估计方法。基于IRS将来自所有用户的信号经由相同信道反射到BS的观察，我们分析地验证了由$K+N+\max(K-1,\lceil (K-1)N/M \rceil)$导频符号组成的持续时间足以使BS在没有噪声的情况下完美地恢复所有$KMN+KM$信道系数。在传统的上行链路通信中，没有IRS，其中用于信道估计的最小导频序列长度与接收天线的数量无关，我们的研究揭示了大规模MIMO在减少信道训练时间的IRS辅助通信系统的显着作用。
2020-01-17 cs.IT eess.SP math.IT
Two-Timescale Optimization for Intelligent Reflecting Surface Aided D2D Underlay Communication
设备到设备（D2 D）CDMA通信系统的性能受到蜂窝用户（CU）和D2 D设备之间的同信道干扰的限制。为了解决这一问题，本文研究了一种智能反射面（IRS）辅助D2 D成像系统。提出了一种双时标优化方案以减少所需的信道训练和反馈开销，其中基站（BS）处的发射波束成形和D2 D发射机处的功率控制适于瞬时有效信道状态信息（CSI）;并且IRS相移适于慢变信道均值。基于两个时间尺度的优化方案，我们的目标是最大化D2 D遍历速率服从给定的中断概率约束的信号干扰噪声比（SINR）的CU的目标。将双时间尺度问题解耦为两个子问题，并利用封闭表达式迭代求解。数值结果验证了基于两个时间尺度的优化性能优于几个基线，也展示了系统性能和CSI开销之间的有利权衡。
2020-06-02 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
Channel Estimation and Transmission for Intelligent Reflecting Surface Assisted THz Communications
智能反射面（IRS）被认为是拓宽太赫兹（THz）通信信号覆盖范围和增强传输的一种有前途的技术。由于IRS的无源性，传统的导频方式无法实现信道测量，后续的协作传输设计仍然是一个悬而未决的问题。研究了大规模多输入多输出（MIMO）红外辅助太赫兹系统的信道估计和传输方案。通过波束训练实现信道估计，并对量化误差进行了分析。此外，提出了一种新的分层搜索码本设计，作为波束训练的低复杂度基础。在此基础上，提出了一种协作信道估计方法，巧妙地获取信道信息。最后，通过利用所获得的信道信息，直接以封闭形式提供IRS和收发器的设计，而无需重构完整的信道矩阵或额外的优化。仿真和数值结果来说明波束训练所需的最小信噪比（SNR）和所提出的传输解决方案的功效。
2020-03-15 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
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
Robust Transmission Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Secure Communication Systems with Imperfect Cascaded CSI
本文研究了智能反射面辅助无线通信系统中鲁棒安全传输的设计。特别地，多天线接入点（AP）在存在多个单天线窃听者的情况下与单天线合法接收器通信，其中人工噪声（AN）被发送以增强安全性能。此外，我们假设级联的AP-IRS-用户信道由于信道估计误差而不完美。为了最小化发射功率，在发射机处的波束成形向量、AN协方差矩阵和IRS相移在通常对信道估计误差建模的统计级联信道状态信息（CSI）误差模型下受到中断率概率约束而被联合优化。为了处理由此产生的非凸优化问题，我们首先近似的中断率概率约束，使用伯恩斯坦型不等式。然后，我们开发了一个次优算法的基础上交替优化，基于惩罚和半定松弛方法。仿真结果表明，该方案显着降低了发射功率相比，其他基准计划。
2020-12-03 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
Capacity Characterization for Intelligent Reflecting Surface Aided MIMO Communication
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的解决方案，通过调整大量的无源反射单元来适当地改变信号传播，从而既经济又节能地提高无线通信容量。在本文中，我们的目标是表征的基本容量限制的IRS辅助点到点多输入多输出（MIMO）通信系统的多天线发射机和接收机一般，通过联合优化IRS反射系数和MIMO发射协方差矩阵。首先，我们考虑频率平坦衰落信道下的窄带传输，并开发了一种有效的交替优化算法，通过迭代优化发射协方差矩阵或反射系数之一，与其他被固定，找到一个局部最优解。接下来，我们考虑在频率选择性衰落信道下的一般MIMO正交频分复用（OFDM）系统中宽带传输的容量最大化，其中发送协方差矩阵可以针对不同的子载波进行优化，而只有一个公共的IRS反射系数集可以被设计为迎合所有子载波。为了解决这个更具挑战性的问题，我们提出了一个新的交替优化算法的基础上凸松弛找到一个高质量的次优解。数值结果表明，我们提出的算法实现了大幅增加的容量相比，传统的MIMO信道没有IRS，也优于各种基准计划。特别是，它表明，与所提出的算法，各种关键参数的IRS辅助MIMO信道，如信道总功率，秩，和条件数可以显着改善容量增强。
2019-10-03 cs.IT eess.SP math.IT
A Wideband MIMO Channel Model for Aerial Intelligent Reflecting Surface-Assisted Wireless Communications
本文提出一种考虑AIRS旋转与运动的三维宽带MIMO信道模型，推导CIR、相关函数和容量，并设计联合相移方案，仿真验证其能提升信道统计特性和系统容量。
2023-09-05 cs.IT eess.SP math.IT
Robust and Secure Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surfaces
在本文中，智能反射表面（IRSs），以提高物理层的安全性，在一个充满挑战的无线电环境。特别是，多天线接入点（AP）必须服务于多个单天线合法用户，这些用户不具有视距通信链路，在存在多个多天线潜在窃听者的情况下，其信道状态信息（CSI）不是完全已知的。从AP发送人工噪声（AN），以故意损害用于安全配置的窃听信道。我们调查的波束形成器和AN协方差矩阵在AP和移相器在IRS的最大化的系统和速率的联合设计，同时限制潜在的窃听者的最大信息泄漏。为此，我们制定了一个强大的非凸优化问题，考虑到不完美的CSI的窃听信道的影响。为了解决优化问题的非凸性，开发了一种有效的算法，利用交替优化，基于惩罚的方法，逐次凸逼近，半定松弛。仿真结果表明，与传统的无IRS的结构相比，IRS可以显著提高系统的保密性能。此外，我们的研究结果揭示，对于物理层的安全性，均匀分布的反射元件之间的多个IRS是最好的部署在一个单一的IRS。
2020-04-20 cs.IT eess.SP math.IT
Outage Analysis for Intelligent Reflecting Surface Assisted Vehicular Communication Networks
车载通信是第五代移动通信系统（5G）的重要应用。智能反射面（IRS）由于其低成本和能量效率，已被设想为一种有前途的技术，可以通过被动波束形成显着提高覆盖性能。在本文中，我们分析了中断概率性能的IRS辅助车载通信网络。利用级数展开和中心极限定理，推导出中断概率的表达式。数值结果表明，IRS可以显着降低中断概率在其附近的车辆。中断概率与车辆密度和IRS单元数密切相关，反射单元数越多，中断概率越高。
2020-04-20 eess.SP
Configuring an Intelligent Reflecting Surface for Wireless Communications
IEEE信号处理协会很自豪地宣布第八届信号处理杯：一个令人兴奋的挑战，控制无线传播环境使用智能反射表面。智能反射表面是超材料的二维阵列，其与电磁波的相互作用可以被控制，通过调整表面上的阻抗变化。这些表面可能用于第六代（6G）移动技术中，将无线信号从发射器引导到接收器，以提高通信性能。挑战的目标是根据从空中信令阶段接收到的信号来表征智能反射表面的行为，并开发控制算法来配置表面以帮助无线通信。
2021-06-07 eess.SP
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
Artificial-Noise-Aided Secure MIMO Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surface
该文研究了一种基于人工噪声（AN）的物理层安全技术辅助的MIMO安全无线通信系统。为了进一步提高系统的安全性能，在AN辅助通信系统中，基站（BS）、合法信息接收机（IR）和窃听器（Eve）都配备了多个天线，引入了高级智能反射面（IRS）。以最大化保密率（SR）为目标，在发射功率限制和IRS相移单位模的约束下，联合优化BS的发射预编码（TPC）矩阵、AN的协方差矩阵和IRS的相移.然后，保密率最大化（SRM）问题，这是一个非凸的多耦合变量的问题。为了解决这个问题，我们建议利用块坐标下降（BCD）算法交替更新TPC矩阵，AN协方差矩阵和相移，同时保持SR不减。具体地说，最佳TPC矩阵和AN协方差矩阵的拉格朗日乘子法推导，并通过优化最小化（MM）算法获得的最佳相移。由于所有的变量都可以在封闭的形式计算，所提出的算法是非常有效的。最后，我们将SRM问题扩展到更一般的多IR场景，并提出了一个BCD算法来解决它。最后，仿真结果验证了通过IRS增强系统安全性的有效性。
2020-09-12 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided Multiuser Communication: Co-design of Transmit Diversity and Active/Passive Precoding
本文研究IRS辅助多用户通信系统，利用IRS公共相移实现发射分集服务高移动性用户且无需CSI，同时联合优化主动/被动预编码服务低移动性用户，以最小化基站总发射功率。
2024-09-21 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Beam Index-Modulation for Millimeter Wave Communication
毫米波通信非常适合于高速率无线系统，其可以有利地与依赖于波束折射率调制的智能反射表面（IRS）合并。解释，我们提出了三种不同的架构的基础上的IRS波束指数调制在毫米波通信，规避视线阻塞的毫米波频率。我们设想的最佳最大似然检测器和低复杂度的压缩感知检测器的建议计划。最后，设想的方案进行评估，通过广泛的模拟，这是我们的分析得到的界限相比。
2020-10-17 eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Assisted Integrated Sensing and Communications for mmWave Channels
针对毫米波ISAC系统，本文联合优化雷达协方差矩阵、通信波束成形与IRS相移，提出基于QT、AO、MM和流形优化的低复杂度算法，提升通信速率并兼顾雷达波形匹配。
2024-04-09 cs.IT eess.SP math.IT
Differential Reflecting Modulation for Reconfigurable Intelligent Surface Based Communications
基于可重构智能表面（RIS）的通信已成为一种新的通信模式。本文提出了一种用于基于RIS的通信系统的差分反射调制（DRM）方案。在DRM中，信息比特由发射信号的反射图案和相位的激活排列联合携带，导致DRM可以在发射机、RIS或接收机处不需要任何信道状态信息（CSI）的情况下工作。也就是说，DRM可以释放传输过程中复杂且耗费资源的信道估计。仿真结果表明，所提出的DRM支付一个可接受的SNR损失相比，非差分调制相干检测。
2020-11-03 eess.SP
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
Intelligent Reflecting Surface Aided Vehicular Communications
我们调查使用的智能反射表面（IRS）在毫米波（mmWave）车载通信网络。智能反射表面由无源元件组成，可以反射具有可调相移的输入信号。通过适当调整相移，我们可以提高链路性能。这被称为相位优化或无源波束成形。我们考虑在上行链路中的速率最大化的问题，它利用IRS。然而，使用IRS在信道估计方面带来更多挑战。我们提出了两种方案，以减少与利用IRS相关联的信道估计开销。一种方法使用反射元件的分组，另一种方法基于设备的位置执行被动波束成形。数值结果表明，IRS可以带来显着的改善现有的通信。此外，得到一个实际的洞察车载通信辅助IRS，我们使用商业射线跟踪工具来评估性能。
2020-11-05 eess.SP
Minimum Symbol-Error Probability Symbol-Level Precoding with Intelligent Reflecting Surface
近年来，智能反射面（IRS）的应用在无线通信中得到了广泛的关注。通过智能调整被动反射角，IRS能够辅助基站（BS）扩展覆盖范围并提高频谱效率。本文提出了一种联合符号级预编码（SLP）和IRS反射设计，以最小化IRS辅助多用户MISO下行链路中预期用户的符号错误概率（SEP）。我们制定SEP最小化问题，以追求所有用户的QAM和PSK星座的一致良好的性能。由此产生的问题是非凸的，我们采取交替最小化，以获得一个固定的解决方案。仿真结果表明，在IRS的帮助下，我们提出的设计确实提高了误比特率性能。特别是，当IRS元素的数量很大时，性能改善是显著的。
2020-05-30 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Anti-Jamming Communications Based on Reinforcement Learning
由智能干扰器发起的恶意干扰攻击合法传输已被视为无线通信的关键安全挑战之一。因此，本文利用智能反射面（IRS）来提高抗干扰通信性能，通过调整IRS处的表面反射元件来减轻干扰。为了提高抗智能干扰的通信性能，提出了一种联合优化基站功率分配和IRS反射波束形成的优化问题。针对干扰模型和干扰行为的动态性和未知性，提出了一种在不知道干扰模型的情况下联合优化抗干扰功率分配和反射波束形成策略的WoLF-PHC学习方法。仿真结果表明，与现有的抗干扰方法相比，该方法能有效提高IRS辅助系统的传输速率和传输保护水平。
2020-12-23 eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Assisted Secrecy Communication: Is Artificial Noise Helpful or Not?
在这封信中，我们调查是否使用人工噪声（AN）是有助于提高保密率的智能反射面（IRS）辅助无线通信系统。具体地说，在存在多个单天线窃听者的情况下，在单天线接收器附近部署IRS，以帮助从多天线发射器进行传输。以最大化可实现的保密率为目标，提出了一种联合优化发射波束形成和干扰波束形成以及IRS反射波束形成的设计问题，但由于其非凸性和耦合变量，该问题很难求解。因此，我们提出了一个有效的算法交替优化的基础上解决问题的次优。仿真结果表明，在IRS反射波束成形的新设置下，将AN并入发射波束成形是有益的。特别是，它揭示了IRS辅助设计没有AN甚至比AN辅助设计没有IRS附近的窃听器的数量的增加表现得更差。
2019-12-14 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Intelligent Reflecting Surface Aided Integrated Sensing and Communication
在本文中，一个智能反射面（IRS）的杠杆作用，以提高物理层的综合传感和通信（ISAC）系统中，IRS部署，不仅有助于多个用户的下行链路通信，但也创建一个虚拟的视线（LoS）的目标感测链路的安全性。特别是，我们考虑一个具有挑战性的情况下，目标可能是一个可疑的窃听者，可能会拦截的通信用户的信息发送的基站（BS）。我们调查的联合设计的相位移在IRS和通信，以及在BS的雷达波束形成器，以最大限度地提高对目标的感测波束方向图增益，受到最大的信息泄漏到窃听目标和最小的信号干扰噪声比（SINR）所需的用户。基于所有用户链路的完整信道状态信息（CSI）的可用性和基站处的准确目标位置，考虑了两种情况，提出了两种不同的优化算法。对于理想的情况下，用户链路的CSI和目标位置是完全已知的BS，提出了一种基于惩罚的算法，以获得高质量的解决方案。特别是，波束形成器获得了半封闭形式的解决方案，使用拉格朗日对偶和IRS相移解决封闭形式，通过应用优化最小化（MM）方法。另一方面，对于更实际的情况下，CSI是不完善的和目标位置是不确定的，一个强大的算法的基础上的$\cal S$ -过程和符号确定性的方法提出。仿真结果表明，该方案在实现通信质量和感知质量之间的权衡的有效性。
2022-07-19 cs.IT eess.SP math.IT
Integrated Sensing and Communication with Reconfigurable Distributed Antenna and Reflecting Surface: Joint Beamforming and Mode Selection
本文提出一种基于可重构分布式天线和反射面（RDARS）的通信感知一体化框架，通过联合优化波束成形与模式选择，有效降低了系统成本与能耗，并显著提升了雷达输出信噪比。
2024-01-10 cs.IT eess.SP math.IT
Opportunities for Intelligent Reflecting Surfaces in 6G-Empowered V2X Communications
本文首先介绍了6G授权的V2X通信和IRS技术。然后，它讨论了支持IRS的V2X通信的不同用例场景，并报告了现有文献中的最新进展。接下来，我们将注意力集中在涉及IRS启用无人机通信的车辆边缘计算场景上，以便通过最佳的计算和通信资源分配来减少车辆计算时间。最后，本文强调了当前的挑战，并讨论了IRS支持V2X通信的未来前景，以改进当前的工作并激发新的想法。
2022-10-02 eess.SP
Chernoff Bounds and Saddlepoint Approximations for the Outage Probability in Intelligent Reflecting Surface Assisted Communication Systems
分析了智能反射面辅助通信网络的中断概率。基于Dalloff不等式，给出了系统中断概率的一个严格上界。此外，通过一个精确的渐近（大量的反射元素）分析的基础上鞍点近似，我们推导出封闭形式的表达式的中断概率的系统有和没有一个直接的链接，并获得相应的分集阶。仿真结果证实了我们的理论分析，并显示使用中心极限定理（CLT）来分析系统性能固有的不准确性。我们的分析是准确的，即使是少量的IRS元素在高信噪比（SNR）制度。
2020-08-12 eess.SP
Sum Rate Optimization for Two Way Communications with Intelligent Reflecting Surface
本文研究了一种智能反射面增强型全双工MIMO双向通信系统。通过联合优化信源预编码器和IRS相移矩阵，使系统和速率最大化。采用Arimoto-Blahut算法的思想，将非凸优化问题解耦为三个子问题交替求解。所有的子问题可以有效地解决封闭形式的解决方案。此外，实际IRS假设，例如，离散相移电平也被考虑。数值结果验证了该格式的收敛性和性能。
2020-03-02 eess.SP
Massive MIMO Communication with Intelligent Reflecting Surface
研究了在大规模MIMO（multiple-input multiple-output）系统中部署智能反射面（IRSs）以改善用户在服务盲区的性能的可行性。为了减少信道训练开销，我们提出了一种新的协议，用于在IRS辅助的大规模MIMO系统的上行链路通信。在该协议下，基于信道协方差矩阵优化IRS反射系数，以提高长期性能，其中信道协方差矩阵对于许多相干块通常是固定的。然后，在给定IRS反射系数的情况下，基于每个用户的有效信道（即其直接信道和反射信道的叠加），在每个相干块中设计BS波束形成向量，以提高系统的瞬时性能。由于在每个相干块中仅估计用户有效信道，因此该协议的训练开销与没有IRS的传统无线系统相同。此外，在渐近制度，IRS元素和BS天线的数量都去无穷大与一个固定的比例，我们设法首先描述的最小均方误差（MMSE）估计的用户有效信道，然后量化的封闭形式的用户可达速率作为信道协方差矩阵的函数与信道训练开销和估计误差考虑。有趣的是，它表明，信道硬化和有利的传播的属性仍然适用于用户有效信道，因此即使简单的BS波束成形解决方案，例如，最大比率组合。最后，由于速率特性，我们设计了一个低复杂度的算法来优化IRS反射系数的信道协方差矩阵的基础上。
2022-01-12 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Anti-Jamming Communications: A Fast Reinforcement Learning Approach
智能干扰机发起的恶意干扰可以攻击合法传输，这已被视为无线通信的关键安全挑战之一。基于此，本文研究了利用智能反射面（IRS）来提高通信抗干扰性能，通过调整IRS处的反射面元来减轻干扰。为了提高智能干扰下的通信性能，在考虑合法用户服务质量（QoS）要求的同时，提出了一种联合优化基站（BS）功率分配和IRS反射波束形成的优化问题。针对干扰模型和干扰行为的动态性和未知性，提出了一种模糊赢或学快速策略爬山（WoLFPHC）学习方法来联合优化抗干扰功率分配和反射波束形成策略，其中WoLFPHC能够在不知道干扰模型的情况下快速获得最优策略，而模糊状态聚合能够将不确定的环境状态表示为聚合状态。仿真结果表明，与现有的抗干扰方法相比，本文提出的基于抗干扰学习的方法能够有效地提高IRS辅助系统的速率和传输保护水平。
2020-04-27 eess.SP
Anchor-Assisted Intelligent Reflecting Surface Channel Estimation for Multiuser Communications
由于智能反射面（IRS）的无源特性，信道估计是IRS辅助无线网络中的一个基本挑战。特别地，随着IRS反射元件的数量和/或IRS服务用户的数量的增加，信道训练开销变得过高。为了解决这一问题，本文提出了一种新的锚辅助两阶段信道估计方案，其中两个锚节点，即A1和A2，部署在IRS附近，以帮助基站（BS）获取级联的BS-IRS-用户信道。具体地，在第一阶段中，部分信道状态信息（CSI），即，通过分别估计BS-IRS-A1/A2信道和A1-IRS-A2信道来获得BS-IRS链路的逐单元信道增益平方。然后，在第二阶段中，通过利用对所有用户共同的BS-IRS信道的这种部分知识，有效地估计各个级联的BS-IRS用户信道。仿真结果表明，所提出的锚辅助信道估计方案是能够实现可比的均方误差（MSE）的性能相比，传统的计划，但与显着减少的信道训练时间。
2020-08-03 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Multi-User Communication: Capacity Region and Deployment Strategy
智能反射面（IRS）是一种通过智能无源信号反射来重构无线传播信道的新技术。本文研究了一个接入点（AP）的两用户通信网络的容量域，在该网络中，利用$M$ IRS元件增强用户-AP信道，IRS引起的延迟可以忽略，因此通过IRS的用户-AP信道遵循经典的离散无记忆信道模型。特别是，我们考虑两个实际的IRS部署策略，导致不同的有效渠道之间的用户和AP，即，分布式部署的$M$元素形成两个IRS，每个部署在附近的一个用户，与集中式部署的所有$M$元素都部署在附近的AP。首先，我们考虑上行链路多址接入信道（MAC），并推导出不同的多址接入方案下的两种部署策略的容量/可达速率区域。结果表明，集中式部署一般优于对称信道设置下的分布式部署的可实现的用户速率。接下来，我们利用著名的上行链路-下行链路（或MAC-BC）的二元框架，扩展到下行链路广播信道（BC）的结果，并表明，优越的速率性能的集中式分布式部署也持有。数值结果验证了我们的分析，并揭示了新的和有用的见解，在无线网络中的最佳IRS部署。
2021-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communication Systems: Joint Location and Passive Beamforming Design
本文研究IRS辅助多用户通信中联合优化IRS位置与无源波束赋形的问题，通过交替优化和连续凸近似求解非凸问题，以最大化用户最小速率并提升系统性能。
2024-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-assisted Free-space Optical Communications
自由空间光（FSO）系统能够提供5G和6G通信网络的无线前向和回程等应用所需的高数据速率、安全且具有成本效益的通信链路。尽管在过去的几十年里，FSO系统取得了长足的进步，但发射机和接收机之间的视线连接要求仍然是其部署的关键限制因素。在本文中，我们讨论了智能反射表面（IRSs）作为一种解决方案，以放松这一要求的潜在作用。我们提出了现有的光学IRS技术的概述，比较光IRS与射频IRS和光中继，并确定各种开放的问题，为未来的研究IRS辅助FSO通信。
2021-05-13 cs.ET eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Aided Multi-User Millimeter-Wave Communications for Coverage Enhancement
智能反射表面（IRS）被认为是未来无线系统中控制无线电传播环境的一种有前途的解决方案。在本文中，我们提出了一种分布式智能反射面（IRS）辅助多用户毫米波（mmWave）系统，其中IRS被利用来增强毫米波信号的覆盖范围时，基站和用户之间的直接链路不可用。首先，建立了一个主被动联合波束形成问题的加权和速率最大化。然后，提出了一种具有封闭形式表达式的交替迭代算法来解决具有挑战性的非凸问题，从而解耦有源和无源波束形成变量。此外，我们设计了一个约束松弛技术，以解决单位模量的限制有关的IRS。数值结果表明，分布式IRS可以潜在地提高现有无线系统的通信性能。
2020-10-30 eess.SP
A Novel Wireless Communication Paradigm for Intelligent Reflecting Surface Based Symbiotic Radio Systems
研究了一种新型的基于智能反射面（IRS）的共生无线电（SR）系统结构，该系统由发射机、IRS和信息接收机（IR）组成。主发射机与IR通信，并在同一时间协助IRS在转发信息的IR。基于IRS的符号周期，我们区分两种情况下，即，寄生SR（CSR）和寄生SR（PSR），其中两种不同的技术用于解码IRS信号在IR。我们制定的比特出错率（BER）最小化问题，这两种情况下，通过联合优化在基站和IRS的相移的有源波束形成器，受到最低的主要速率要求。具体而言，对于CSR场景，提出了一种基于惩罚的算法来获得高质量的解决方案，其中分别基于拉格朗日对偶和优化最小化方法推导出有源波束形成器和IRS相移的半封闭形式的解决方案。对于PSR的情况下，我们应用二分法搜索为基础的方法，连续凸逼近，和凸规划的差异，开发一个计算效率高的算法，收敛到局部最优解。仿真结果表明，所提出的算法的有效性，并表明所提出的SR技术是能够实现比基准方案更低的BER。
2021-04-19 cs.IT eess.SP math.IT
Beyond Diagonal Intelligent Reflecting Surface Aided Integrated Sensing and Communication
本文研究BD-IRS辅助上行ISAC系统，提出优化反射矩阵以最大化最小用户速率并满足感知精度约束，采用PDD算法求解，并验证TDMA方案消除干扰的有效性。
2025-06-24 cs.IT eess.SP math.IT
Random Shifting Intelligent Reflecting Surface for OTP Encrypted Data Transmission
在本文中，我们提出了一种新的加密数据传输方案，使用智能反射表面（IRS）产生的密钥在无线通信网络中。我们表明，完全安全的一次一密（OTP）通信可以建立通过使用一个简单的随机相移的IRS元素。为了最大限度地提高安全传输速率，我们设计了一个最佳的时隙分配算法的IRS秘密密钥的产生和加密的数据传输阶段。此外，推导了一个理论表达式的密钥生成速率的泊松点过程（PPP）的实际情况下，窃听者的信道状态信息（CSI）是不可用的。仿真结果表明，采用我们的基于IRS的方案可以显着提高加密数据传输性能的无线信道增益和系统参数的范围很广。
2021-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Secret Key Generation for Intelligent Reflecting Surface Assisted Wireless Communication Networks
我们提出并分析了使用智能反射面（IRS）辅助无线通信网络的密钥生成。为此，我们首先制定的IRS作为一个被动波束形成器在存在多个窃听者的最小可实现的密钥容量。接下来，我们开发了一个优化框架的IRS反射系数的基础上的秘密密钥容量下限。为了得到一个易于处理和有效的解决方案，我们设计和分析了半定松弛（SDR）和逐次凸逼近（SCA）为基础的算法所提出的优化。仿真结果表明，采用我们的基于IRS的算法可以显着提高密钥生成能力的无线信道参数范围很广。
2021-03-09 eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Aided Multigroup Multicast MISO Communication Systems
智能反射表面（IRS）最近被设想通过部署大规模和低成本的无源反射元件来提供前所未有的大规模多输入多输出（MIMO）样增益。通过调整反射系数，IRS可以改变入射电磁波上的相移，使得它可以智能地重新配置信号传播环境，并增强所需接收信号的功率或抑制干扰信号。在本文中，我们考虑下行链路多组多播通信系统的IRS辅助。我们的目标是最大化的总和速率的所有多播组的联合优化的预编码矩阵在基站（BS）和反射系数在IRS下的功率和单位模约束。为了解决这个非凸问题，我们提出了两个有效的算法下的优化-最小化（MM）算法框架。具体地说，每个用户的速率的凹下界代理目标函数已被推导出，在此基础上，两组变量可以通过解决两个相应的二阶锥规划（SOCP）问题交替更新。然后，为了降低计算复杂度，我们推导出每次迭代时各组变量对各组变量的速率的另一个凹下界函数，并获得这些松散替代目标函数下的封闭形式解。最后，仿真结果表明，在频谱和能量效率的引入IRS和我们提出的算法的收敛性和复杂性的有效性方面的好处。
2020-05-13 cs.IT eess.SP math.IT
