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
Intelligent Reflective Surface Deployment in 6G: A Comprehensive Survey
智能反射表面（IRSs）被认为是一种很有前途的技术，可以智能地重新配置无线环境，以提高未来无线网络的性能。然而，由于高度动态和移动的无人机（UAV）使无线环境能够实现更高的容量，IRS的部署仍然面临挑战。本文揭示了不同的部署策略的IRS在未来的陆地和非陆地网络。具体来说，在本文中，我们介绍了关键的理论概念的IRS范式，并讨论了设计方面的IRS在6G网络中的部署。我们还探讨了基于优化的IRS部署技术，以提高系统性能的地面和空中IRS。此外，我们调查无模型强化学习（RL）技术从部署方面，以解决复杂和移动IRS辅助无人机无线系统实现更高容量的挑战。最后，我们强调了IRS部署方面的挑战和未来的研究方向，以提高未来6G网络的系统性能。
2022-11-06 cs.NI eess.SP
Empowering Base Stations with Co-Site Intelligent Reflecting Surfaces: User Association, Channel Estimation and Reflection Optimization
智能反射面（IRS）是一种有效提高无线通信性能的技术。现有的文献主要考虑IRS被部署在用户终端附近，以提高其性能。然而，如果IRS需要密集地部署在网络中以迎合随机用户位置，则这种方法可能会产生高成本。为了避免这样高的部署成本，在本文中，我们考虑了一种新的IRS辅助无线网络架构，IRS部署在每个基站（BS）附近，以协助其与分布式用户的通信，无论他们的位置。除了显著增强IRS的信号覆盖之外，与传统的用户侧IRS相比，该方案通过利用短距离上的几乎静态的BS-IRS信道来帮助减少IRS关联的信道估计开销。针对该方案，我们提出了一种新的两阶段传输协议，以实现IRS信道估计和反射优化的上行链路数据传输效率。此外，我们提出了有效的方法来解决用户IRS关联问题的基础上长期的信道知识和选定的用户IRS BS级联信道估计问题。最后，所有IRS的无源反射与BS的多天线接收组合联合优化，以最大化所有用户之间的数据传输的最小可实现速率。数值结果表明，所提出的共站IRS授权BS方案可以实现显着的性能增益比传统的BS没有共站IRS和现有的IRS信道估计和反射优化方案，从而使一个有吸引力的低成本和高性能的BS设计，为未来的无线网络。
2022-05-26 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
Robust Joint Design for Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Cell-Free Networks
智能反射表面（IRSs）已经成为实现无细胞网络的一种有前途的经济解决方案。然而，IRS实现的性能增益关键取决于基于准确的信道状态信息（CSI）知识可用的假设的智能调谐的无源波束形成，这实际上是不可能的。因此，在本文中，我们调查的CSI的不确定性的影响IRS辅助无细胞网络。我们采用了随机规划方法来应对CSI的不确定性，通过最大化的期望和速率，这保证了鲁棒性能的平均。因此，平均和速率最大化问题，这是非凸的，很难获得其最优解，由于耦合变量和期望操作的CSI不确定性。作为一种折衷的方法，我们开发了一个有效的鲁棒联合设计算法，具有低复杂度。特别地，原问题被等价地转化为一个易于处理的形式，然后，局部最优解可以通过采用块坐标下降法获得。我们进一步证明了CSI不确定性影响AP的主动发射波束成形的设计，但令人惊讶的是并不直接影响IRS的被动反射波束成形的设计。值得注意的是，所研究的场景是灵活的和一般的，因此所提出的算法可以作为一个通用的框架来解决各种和速率最大化问题。仿真结果表明，与传统的无信元网络相比，IRS能够显著提高数据率，并证实了该算法对CSI不确定性的适应能力。
2022-02-20 cs.IT eess.SP math.IT
Demystifying the Power Scaling Law of Intelligent Reflecting Surfaces and Metasurfaces
智能反射面作为控制无线传播信道的一种手段，近年来引起了通信理论界的广泛关注。已经表明，单用户IRS辅助传输的信噪比（SNR）随着$N^2$而增加，其中$N$是IRS中无源反射元件的数量。这已经被解释为使用IRS而不是常规大规模MIMO（mMIMO）的主要潜在优点，常规大规模MIMO（mMIMO）的SNR在$N$中仅线性缩放。本文指出这种解释是不正确的。我们首先分析证明，mMIMO总是提供更高的信噪比，然后数值显示的差距是巨大的，一个非常大的反射元件的IRS需要获得信噪比可比mMIMO。
2019-11-11 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Distributed Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Multi-User MISO Systems
智能反射面（IRSs）辅助的无线通信有望改善系统性能，但由于反射元件的无源性质，对信道估计（CE）提出了新的挑战。虽然已经出现了一些用于IRS辅助的多输入单输出（MISO）系统的CE协议，但它们要么需要长的信道训练时间，要么是在信道稀疏性假设下开发的。此外，现有的作品集中在一个单一的IRS，而在实践中，多个这样的表面应安装真正受益于重新配置传播环境的概念。鉴于这些挑战，本文解决了分布式IRS辅助多用户MISO系统的CE问题。一个最佳的CE协议，需要相对较低的训练开销，开发使用贝叶斯技术的实际假设下，BS-IRS信道是由视线（LoS）组件占主导地位。在CE期间在所有IRS所需的相移矢量的最优解的确定和最小均方误差（MMSE）估计的BS用户直接信道和IRS用户信道的推导。仿真结果证实了归一化MSE（NMSE）的分析，并建立所提出的协议相比，基准计划的训练开销方面的优势。
2020-09-23 eess.SP
Multiple Intelligent Reflecting Surfaces Collaborative Wireless Localization System
针对多IRS协同到达时间定位问题，推导目标位置估计CRB，并提出联合主动/被动波束赋形与IRS选择的两阶段优化框架，显著提升单/多目标定位性能。
2024-06-17 cs.IT eess.SP math.IT
Min-Max Latency Optimization for IRS-aided Cell-Free Mobile Edge Computing Systems
移动边缘计算（MEC）有望为无线设备（WD）提供低延迟计算服务。然而，当WD位于小区边缘或基站（BS）和WD之间的通信链路被阻塞时，卸载延迟将很大。为了解决这个问题，我们提出了一个智能反射面（IRS）辅助细胞的MEC系统，由多个BS和IRS，以改善传输环境。因此，我们制定了一个最小-最大延迟优化问题，通过联合设计多用户检测（MUD）矩阵，IRS的反射波束形成向量，WD的发射功率和边缘计算资源，受到边缘计算能力和IRS相移的约束。为此，提出了一种基于块坐标下降（BCD）技术的交替优化算法，将原非凸问题解耦为两个子问题，交替优化计算参数和通信参数。特别地，我们基于二阶锥规划（SOCP）技术优化MUD矩阵，然后分别基于半定松弛（SDR）和逐次凸逼近（SCA）技术开发了两种有效的算法来优化IRS的反射向量。数值结果表明，采用IRS的无细胞MEC系统优于传统的MEC系统，导致高达约60%的延迟减少可以达到。此外，数值结果证实，我们提出的算法享有快速收敛，这是有益的实际实现。
2022-06-09 cs.IT eess.SP math.IT
Optical Wireless Communications Using Intelligent Walls
本章探讨了将智能反射表面（IRS）或智能墙集成到光无线通信（OWC）系统中，通过改变IRS的电磁响应来控制光信号传播并实现关键性能指标，并展示了IRS辅助的室内LiFi系统案例及未来研究方向。
2023-04-08 cs.ET cs.IT eess.SP
Multi-IRS Aided ISAC System: Multi-Path Exploitation Versus Reduction
本文研究多智能反射面辅助的ISAC系统，提出混合多IRS架构，揭示了增加IRS数量在提升通信空间复用自由度与增加目标估计CRB之间的基本权衡，并通过优化设计验证了其优越性。
2025-06-27 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis under IRS-User Association for Distributed IRSs Assisted MISO Systems
在多用户无线通信系统中部署分布式智能反射面（IRSs），有望提高系统性能。然而，在这样的系统中的信号与干扰加噪声比（SINR）的分析和IRS优化变得具有挑战性，由于大量的涉及的参数。如果用户与IRS相关联，则可以简化系统优化，IRS转而关注于服务相关联的用户。我们提供了一个实用的理论框架的平均SINR分析的分布式IRSs辅助多用户MISO系统，其中IRSs进行了优化，以服务于其相关的用户。特别地，我们推导出在BS处的最大比传输（MRT）预编码和在IRS处的优化反射波束成形配置下的平均SINR表达式。一个连续的细化（SR）的方法，然后概述了优化IRS用户关联参数的制定最大最小SINR的问题，激励用户公平性。仿真验证了平均信干噪比分析，同时确认了分布式IRS系统优于集中式IRS系统，以及与随机关联相比，优化IRS-用户关联的增益。
2021-11-03 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave Communications
毫米波（mmWave）通信正在发展为满足不断增长的数据速率要求的有前景的技术。然而，高方向性和严重的路径损耗使其容易受到阻塞，这在室内或城市环境中可能是频繁的。为了解决这个问题，智能反射表面（IRS）被引入，以提供额外的可调反射路径。以往的研究大多假设红外光谱系统的单元具有无限的相位分辨率，这在实际系统中是很难实现的。在本文中，IRS与低分辨率移相器被认为是。我们的目标是最大限度地提高接收信号功率在用户通过联合优化离散相移的IRS和发射波束成形矢量在基站毫米波下行链路系统。利用毫米波信道的一些重要特性，开发了一种解析的近最优解。我们的理论分析表明，低分辨率移相器仍然可以实现接收信号的功率增加的反射元件的数量的平方。仿真结果证实了我们的分析，并表明所提出的解决方案的有效性。
2019-10-18 eess.SP
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
Joint Active and Passive Beamforming Optimization for Intelligent Reflecting Surface Assisted SWIPT under QoS Constraints
智能反射表面（IRS）是一种全新的革命性技术，用于实现频谱和能源高效的无线网络。通过利用能够反射具有可调相移的射频（RF）信号的大规模低成本无源元件，IRS可以实现高无源波束成形增益，这对于提高基于RF的无线功率传输的效率特别有吸引力。基于上述考虑，本文研究了一种基于IRS的无线信息与能量同步传输（SWIPT）系统。具体地，部署一组IRS以分别辅助从多天线接入点（AP）到多个单天线信息用户（IU）和能量用户（EU）的信息/功率传输。我们的目标是通过联合优化其发射预编码器和反射相移在所有IRS，在所有用户的服务质量（QoS）的约束下，即，在IU和能量收集约束的个人信号干扰噪声比（SINR）的约束，在AP的发射功率最小化。然而，这个优化问题是非凸的复杂耦合的变量，现有的交替优化方法被证明是低效的QoS约束的数量增加。为了解决这个问题，我们首先应用适当的变换的QoS约束，然后提出了一个有效的迭代算法，通过应用基于惩罚的方法。此外，通过利用IRS的短距离覆盖，我们进一步提出了一个低复杂度的算法，通过优化的相移的所有IRS并行。
2019-11-09 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Hierarchical DRL Enabled Resource Allocation for Secure Transmission in Multi-IRS-Assisted Sensing-Enhanced Spectrum Sharing Networks
本文研究多IRS辅助感知增强频谱共享网络的安全传输问题，提出基于D3QN和SAC的分层深度强化学习资源分配方案，联合优化IRS配对、子信道、波束成形、反射系数和感知时间，以最大化次级网络安全速率并提升频谱利用率。
2023-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Active and Passive Beamforming for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Massive MIMO Systems
研究了智能反射面（IRS）辅助的大规模MIMO系统的主被动联合波束赋形问题。在该系统中，部署多个IRS，并配置大量无源单元，以辅助基站（BS）在相同的时频资源上同时为少量单天线用户提供服务。我们的目标是最大限度地提高最小信号干扰加噪声（SINR）在用户通过联合优化在BS和IRS相移参数的发射预编码向量。我们表明，一个有趣的自动干扰消除（AIC）的属性渐近地保持无源元件的数量接近无穷大，即，当IRS被最佳地调谐以服务于某个用户时，该IRS将变得对其他用户无干扰。通过利用这个属性，最大-最小问题可以转换为IRS-用户关联问题，其中的目标是确定哪些IRS被分配给每个用户。提出了一种穷举搜索方案和一种贪婪搜索方案来解决IRS-用户关联问题。我们的理论分析表明，我们提出的解决方案达到的SINR的规模与反射元件的数量平方。此外，我们的理论结果表明，即使在BS处具有中等数量的有源天线，也可以通过增加无源反射元件的数量来实现大规模的MIMO类增益，从而显著降低BS处的能量消耗。仿真结果证实了我们的理论结果，并说明我们提出的解决方案的有效性。
2019-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
The Impact of 5G Channel Models on the Performance of Intelligent Reflecting Surfaces and Decode-and-Forward Relaying
智能反射面（IRS）是一种具有可配置散射特性的离散单元阵列。它能够将到达的无线电波波束成形到预期的接收器，使其成为第五代（5G）通信的有吸引力的候选技术。最近的一项研究揭穿了IRS可以取代中继的概念，因为即使要接近简单的单天线解码转发（DF）中继的性能，也需要大量的IRS元件。本文将4G信道模型引入到理论框架中，得到仿真结果，并在此基础上对两种方案进行了比较。在本文中，我们考虑了5G信道模型，反思了修改后的结果，并认为IRS和DF中继可以互补优势，并且可以在5G和5G之外的架构中占有一席之地。
2020-07-06 cs.IT eess.SP math.IT
Visible Light Positioning with Intelligent Reflecting Surfaces under Mismatched Orientations
针对可见光定位中智能反射面（IRS）方向失配问题，推导失配场景下的MCRB下界与MML估计器，对比无失配情况量化失配影响，发现高信噪比下方向失配会显著降低定位精度。
2024-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing Over-the-Air Computation in IRS-Aided C-RAN Systems
空中计算（AirComp）是一种有效的解决方案，可以在无线信道上实现联合学习。AirComp假设可以控制来自不同设备的无线信道，例如，经由发射机侧相位补偿，以确保相干空中组合。智能反射表面（IRS）可以提供控制信道传播条件的替代或附加手段。本文研究了在大规模云无线接入网（C-RAN）中为AirComp系统部署IRS的优势。在该系统中，工作者设备通过在有限容量前传链路上与参数服务器（PS）通信的分布式接入点（AP）将本地更新的模型上传到PS。联合优化的IRS的反射相位和一个线性检测器在PS的问题解决的目标是最小化的均方误差（MSE）的参数估计在PS。数值结果验证了在C-RAN系统中采用优化相位部署IRS的优势。
2020-04-20 cs.IT eess.SP math.IT
Physics-based Modeling and Scalable Optimization of Large Intelligent Reflecting Surfaces
智能反射表面（IRSs）具有将无线通信信道转变为智能可重构传播环境的潜力。为了实现这种新的范例，无源IRS必须是大的，特别是对于远场场景中的通信，使得它们可以补偿由发射器到IRS和IRS到接收器信道的单独路径损耗的乘积引起的大的端到端路径损耗。然而，优化大量的亚波长IRS元件对在线传输提出了重大挑战。为了解决这个问题，在本文中，我们开发了一个基于物理的模型和一个可扩展的优化框架的大型IRS。基本思想是将IRS单位单元划分成若干子集，称为瓦片，对每个瓦片对无线信道的影响进行建模，然后在两个阶段中优化每个瓦片，即离线设计阶段和在线优化阶段。对于基于物理的建模，我们借用雷达文献中的概念，将每个瓦片建模为异常反射器，并通过求解相应的电磁矢量场积分方程来推导其对给定相移的无线信道的影响。在离线设计阶段，每个瓦片的IRS单位单元被联合设计用于支持不同的传输模式，其中每个传输模式有效地对应于瓦片的单位单元施加到撞击电磁波的相移的给定配置。在在线优化阶段，选择每个瓦片的最佳传输模式，使得期望的服务质量（QoS）标准最大化。我们表明，所提出的建模和优化框架可以用来有效地优化大型IRS包括数千个单元格。
2020-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
6G Communication New Paradigm: The Integration of Unmanned Aerial Vehicles and Intelligent Reflecting Surfaces
本文综述面向6G的IRS辅助无人机通信，梳理应用、关键问题、原型、核心技术与现有方案，并指出未来研究挑战。
2025-01-11 cs.NI eess.SP
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
Location Information Aided Multiple Intelligent Reflecting Surface Systems
提出了一种新的位置信息辅助的多智能反射面（IRS）系统。在假设用户位置信息不完全的情况下，估计出IRS到用户的有效角度，然后利用该角度设计发射波束和IRS波束。此外，可实现的速率的封闭形式的表达式推导。分析结果表明，可以通过增加基站（BS）天线或反射元件的数量来提高可实现的速率。具体地，实现了$N M^2$阶的功率增益，其中$N$是天线数量，而$M$是反射元件的数量。此外，在大量反射元件的情况下，单独的信号与干扰加噪声比（SINR）与$M$成比例，而当非视线（NLOS）路径消失时，则变为与$M^2$成比例。此外，它已被证明，高位置的不确定性将显着降低可实现的速率。此外，IRS应部署在不同的方向（相对于BS），并远离彼此，以减少来自多个IRS的干扰。最后，提出了一种优化的功率分配方案，以提高系统的性能。
2020-08-21 cs.IT eess.SP math.IT
Power-Efficient Resource Allocation for Multiuser MISO Systems via Intelligent Reflecting Surfaces
智能反射表面（IRSs）被认为是下一代无线通信的关键使能器，由于它们的定制无线传播环境的能力。在本文中，我们研究了功率有效的资源分配IRS辅助多用户多输入单输出（MISO）系统。为了使发射功率最小化，在接入点（AP）处的波束成形向量和IRS处的相移两者被联合优化，同时考虑用户的最低所需服务质量（QoS）。为了解决非凸性的制定优化问题，内部近似（IA）算法的开发。与现有的设计，不能保证局部最优性，该算法是保证收敛到Karush-Kuhn-Tucker（KKT）的解决方案。我们的仿真结果表明，该算法的有效性相比，基线计划，并揭示部署IRS是更有前途的比利用多个天线在AP的能源效率。
2020-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
Sum-Rate Maximization in Distributed Intelligent Reflecting Surfaces-Aided mmWave Communications
在本文中，我们专注于多用户毫米波（mmWave）系统中的分布式智能反射面（D-IRS），其中基站（BS）通过多个IRS与用户通信的和速率优化。BS发射波束成形、IRS开关矢量和IRS的相移被联合优化，以在最小用户速率、单位模数和发射功率约束下最大化和速率。为了解决由此产生的非凸优化问题，我们开发了一个有效的交替优化（AO）算法。具体地说，非凸问题转化为三个子问题，这是交替解决。采用基于连续凸近似（SCA）的算法，推导出基站发射波束形成和IRS相移的解，并提出一种贪婪算法设计IRS开关矢量。从理论上分析了该算法的复杂度。数值结果表明，D-IRSs辅助方案可以显着提高和速率和能量效率的性能。
2021-01-21 eess.SP
Reconfigurable Airspace: Synergizing Movable Antenna and Intelligent Surface for Low-Altitude ISAC Networks
本文提出利用可移动天线与智能反射表面协同重构空域，以解决低空无人机ISAC网络中的机动性、传播复杂性和感知通信权衡问题，并分析了两种部署场景下的关键挑战与研究方向。
2025-11-13 cs.IT eess.SP math.IT
Distributed IRSs Always Benefit Every Mobile Operator
该研究针对分布式智能反射面（IRS）对共存带外移动运营商（MO）的性能影响展开理论分析，证明分布式IRS总能提升所有MO的频谱效率、降低用户中断概率，且控制IRS的MO获益最多。
2024-07-13 cs.IT eess.SP math.IT
Weighted Sum-Rate Maximization for Multi-IRS Aided Cooperative Transmission
研究了多智能反射面（IRSs）辅助无线网络，在多天线基站（BS）和多个单天线小区边缘用户之间部署IRSs协同辅助通信。我们的目标是通过联合优化BS的发射波束成形和IRS的相移，最大限度地提高所有小区边缘用户的加权和速率。特别地，波束形成采用拉格朗日方法进行优化求解，相位偏移采用黎曼流形共轭梯度（RMCG）方法进行求解。数值结果表明，一个显着的吞吐量提高了多个IRS的援助。
2020-02-12 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Consumption in Wireless Systems Equipped with RES, UAVs, and IRSs
本文研究配备可再生能源、无人机和智能反射面的移动基站的能耗特性，分析多旋翼与固定翼无人机的能源预算，突出其能源使用中的益处与挑战。
2024-03-18 cs.NI eess.SP
Cooperative Double-IRS Aided Communication: Beamforming Design and Power Scaling
智能反射面（IRS）技术是支持高性能无线通信的一种很有前途的技术。通过自适应地配置其上的每个无源反射元件的反射幅度和/或相位，IRS可以重塑有利于信号传输的电磁环境。本文在现有研究的基础上，提出并分析了一种双IRS辅助的无线通信系统。在从IRS 1到IRS 2的反射信道具有秩1（例如，的视线信道），我们提出了一种联合被动波束形成设计的两个IRS。在此基础上，我们表明，部署两个合作的IRS与总共K个元素可以产生一个O（K^4）阶的功率增益，这大大优于部署一个传统的IRS与O（K^2）阶的功率增益的情况下。我们的仿真结果验证了部署两个合作的IRS的性能显着优于部署一个IRS给出了足够的IRS元素的总数。我们还扩展了我们的视线信道模型，以显示不同的信道模型如何影响双IRS辅助无线通信系统的性能。
2020-04-04 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Learning-based Phase Reconfiguration for Intelligent Reflecting Surfaces
Linköping University（林雪平大学）
由可重构超材料组成的智能反射表面（IRSs）作为一种具有良好性价比的技术，为无线通信带来了新的特性，近年来引起了人们的广泛关注。这些表面可以用于部分地控制传播环境，并且当以适当的方式配置时，可以潜在地提供与IRS元件的数量的平方成比例的功率增益。然而，在IRS处的局部相位矩阵的配置可能是相当具有挑战性的任务，因为它们被故意设计为不具有任何有源组件，因此，它们不能处理任何导频信号。此外，IRS的大量元素可能会产生巨大的培训开销。在本文中，我们提出了一种用于IRS相位重新配置的深度学习（DL）方法，以学习和利用本地传播环境。所提出的方法使用通过IRS反射的接收到的导频信号来训练深度前馈网络。所提出的方法的性能进行评估和数值结果。
2020-09-29 cs.IT cs.LG eess.SP
Power Scaling Law for Optical IRSs and Comparison with Optical Relays
采用光中继和光学智能反射面可以降低自由空间光学系统的视距要求。与通常表现出二次功率缩放定律的射频（RF）IRS不同，从FSO IRS反射并在接收器透镜处收集的功率可以与IRS大小成二次或线性缩放，或者甚至可以在恒定值处饱和。我们分析了光IRS的功率标度律，并揭示了它对波长、发射器（Tx）到IRS和IRS到接收器（Rx）距离、束腰和透镜尺寸的依赖性。我们比较了光IRS在不同的功率缩放制度与光中继的中断概率，多样性和编码增益，和最佳位置。我们的研究结果表明，在较高的硬件复杂性为代价，中继辅助FSO链路产生更好的中断性能在高信噪比（SNR），但光IRS可以实现更高的性能在低信噪比。此外，虽然将中继与Tx和Rx等距放置是最佳的，但是IRS的最佳位置取决于它们操作的功率缩放机制。
2022-05-05 eess.SP
Intelligent Reflecting Surface for Multi-Path Beam Routing with Active/Passive Beam Splitting and Combining
智能反射面（IRS）可以密集地部署在无线网络中，以显著增强通信信道。在这封信中，我们考虑从一个多天线基站（BS）到一个单天线用户的下行链路传输，利用合作的无源波束形成（CPB）和视线（LoS）的多IRS信号反射的路径分集增益。不同于现有的作品，只有一个单一的多IRS反射路径从BS到用户被选中，我们提出了一个新的和更一般的多径波束路由方案。具体地，BS经由指向不同IRS的多个正交有源波束（称为有源波束分裂）发送用户的信息信号。然后，这些波束信号随后由所选择的IRS经由其CPB在不同路径中反射，并且最终在用户的接收机（因此命名为{ \it \textbf{passive beam combining} }）处相干地组合。对于这个方案，我们制定了一个新的多径波束路由设计问题，以联合优化IRS反射路径的数量，为每个反射路径选择的IRS，在BS/每个选定的IRS的有源/无源波束形成，以及BS的功率分配在不同的有源波束，以最大限度地提高在用户的接收信号功率。为了解决这个具有挑战性的问题，我们首先推导出最佳的BS/IRS波束成形和BS功率分配为一组给定的反射路径。基于图论的方法，然后有效地解决剩余的多路径选择问题。仿真结果表明，我们提出的多径波束路由方案显着优于其传统的单径波束路由特殊情况。
2022-02-15 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces for Wireless Networks: Deployment Architectures, Key Solutions, and Field Trials
本文全面研究了无线网络中智能反射面（IRSs）的部署与协调，探讨单/多反射架构在多种场景下的策略与权衡，并通过数值结果与外场试验验证了其在提升覆盖与容量方面的有效性，指出了未来研究方向。
2025-03-05 eess.SP
Secrecy Rate Maximization in Multi-IRS Millimeter Wave Networks
本文研究了在毫米波（mmWave）网络的物理层配备多个智能反射面（IRS）的安全性增加的问题。在该网络中，多个IRS帮助基站（BS）将信号到达期望的用户，并且同时维护网络的安全性，即保护信号不被不允许的窃听者接收。该方案的目标是通过联合优化BS处的主动波束形成和IRS处的被动波束形成来最大化保密率。这导致了一个非凸优化问题，我们解决分解成两个子问题。这些子问题交替使用半定松弛（SDR）技术解决有源和无源波束形成设计问题。最后，通过仿真对算法的性能进行了评估.这些结果表明，在毫米波频段工作的无线网络中，使用多个IRS在提高保密率方面具有优越性。
2021-05-21 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Transmit and Reflective Beamforming for Multi-Active-IRS-Assisted Cooperative Sensing
针对多主动IRS协作感知中目标位于非视距区域的问题，联合优化基站发射与IRS反射波束赋形以最小化最大CRB，提出基于交替优化、连续凸逼近和半定松弛的高效算法，数值验证其优于被动IRS方案。
2024-04-21 cs.IT eess.SP math.IT
Resource Allocation for Active IRS-Assisted Multiuser Communication Systems
智能反射表面（IRSs）由于其定制有利的无线电传播环境的能力而成为下一代无线通信系统的有前途的使能者。然而，在传统的无源结构中，IRS只能调整入射信号的相位，限制了可实现的波束形成增益。为了充分释放IRS的潜力，在本文中，我们考虑了一个更通用的IRS架构，即，有源IRS，其可以在附加电源的支持下同时调整反射入射信号的相位并放大反射入射信号的幅度。为了在主动IRS辅助的多用户系统中实现绿色通信，以基站发射功率最小为目标，联合优化IRS处的反射矩阵和基站处的波束形成向量。资源分配算法设计被公式化为考虑到活动IRS的最大功率预算和用户的服务质量（QoS）要求的优化问题。为了处理非凸设计问题，我们开发了一种新的和计算效率高的算法的基础上的双线性变换和内部逼近方法。所提出的算法是保证收敛到所考虑的问题的局部最优解。仿真结果表明了该方案的有效性相比，两个基线计划。此外，结果揭示，部署主动IRS是一种很有前途的方法，以提高系统性能相比，传统的被动IRS，特别是当强直接链路存在。
2021-11-23 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Assisted Networks Relying on Intelligent Reflective Surfaces
智能反射表面（IRS）被用来提高频谱效率（SE）和能量效率（EE）。具体而言，IRS辅助的多输入多输出网络被认为是随机漫游用户的性能进行了分析，利用随机几何工具。因此，为了区分每个用户处的叠加信号，IRS处的被动波束形成权重和用户处的检测权重向量被联合设计。作为益处，通过采用基于迫零的设计，可以抑制由IRS施加的小区内干扰。为了评估所提出的网络的性能，我们首先推导出近似的信道统计在高信噪比（SNR）制度。然后，我们推导出封闭形式的表达式的中断概率和遍历率的用户。推导了各态历经速率的高信噪比斜率和中断概率的分集阶数。网络的SE和EE也得到了。我们的数值结果证实：i）所提出的网络的高信噪比斜率是一个; ii）SE和EE可以显着提高通过增加IRS元素的数量。
2021-02-24 cs.IT eess.SP math.IT
Cooperative Cellular Localization with Intelligent Reflecting Surface: Design, Analysis and Optimization
针对蜂窝网络多目标定位中回波微弱和测量关联复杂的问题，提出利用智能反射面（IRS）辅助定位，通过联合优化目标关联、IRS相移和驻留时间来最小化最大CRLB，并推导了单目标定位的闭式解与性能下界。
2024-01-05 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Active-IRS-Assisted Cooperative Sensing: Cramér-Rao Bound and Joint Beamforming Design
本研究提出多主动IRS辅助协作感知框架，推导目标到达方向估计的闭式CRB，并通过联合优化BS发射与IRS反射波束成形最小化最大CRB，以克服NLoS感知路径损耗。
2024-07-18 cs.IT eess.SP math.IT
IRS-Aided Energy Efficient UAV Communication
无人机（UAV）已经逐渐获得关注，以克服毫米波通信的恶劣传播损耗和阻塞问题。然而，无人机通信系统受到能量消耗的影响，这限制了无人机的飞行时间。在本文中，我们提出了几个无人机能源消耗最小化技术，通过多个智能反射面（IRSs）的援助。具体而言，我们引入了一个易于处理的模型，以有效地捕捉多个IRS和多个用户设备（UE）的特性。然后，我们推导出一个封闭形式的表达UE可实现的速率，从而在易处理的优化问题。相应地，我们采用逐次凸逼近技术有效地解决了优化问题。为了弥补优化问题的高复杂性，我们提出了一个低复杂度的算法，有边际性能损失。在数值计算结果中，我们表明，所提出的算法可以节省无人机的能源消耗显着相比，基准没有IRS，证明利用IRS确实是有利于无人机的能源消耗最小化。
2023-01-02 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided Wideband THz Communications: Modeling and Analysis
本文研究了智能反射面辅助下的宽带太赫兹（THz）通信性能。具体来说，我们首先介绍了一个广义的信道模型，适用于在近场工作的电大THz IRS。与以前的工作不同，我们的信道模型考虑了发射电磁波的球面波阵面和空间宽带效应。接下来，我们表明，传统的频率平坦的波束聚焦显着降低了功率增益，由于光束斜视，因此是非常次优的。更重要的是，当相邻反射元件之间的间距可以忽略时，即，全息反射表面。数值结果证实了我们的分析，并提供了重要的见解，未来的IRS辅助太赫兹系统的设计。
2021-10-29 cs.IT eess.SP math.IT
Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) With Multiple Intelligent Reflecting Surfaces
研究了多个具有离散相移的智能反射面（IRS）辅助的非正交多址接入（NOMA）网络，其中每个用户设备（UD）由一个IRS提供服务以改善接收信号的质量。根据基站（BS）和每个UD之间是否存在直接链路，考虑了两种情况，并对每种情况下的中断性能进行了分析。具体地说，在高信噪比（SNR）制度的中断概率的上限和下限的渐近表达式推导。在此基础上，得到了分集阶数。结果表明，离散相移的使用不会降低分集阶数。更重要的是，仿真结果表明，离散相移的3位分辨率足以实现接近最佳的中断性能。仿真结果也暗示了IRS优于全双工解码转发中继。
2021-05-25 eess.SP
Secure Beamforming for Multiple Intelligent Reflecting Surfaces Aided mmWave Systems
本文研究了多智能反射面辅助毫米波系统中的安全波束形成问题。在该系统中，通过控制每个IRS的开关状态以及优化IRS的相移矩阵来最大化保密率。该问题是一个发射波束形成和IRS控制的联合优化问题，其目标是在总发射功率和单位模约束下最大化保密率。由于约束条件和耦合变量的非凸性，使得该问题难以得到最优解。为了解决这个问题，我们提出了一个交替优化（AO）的基础上连续凸近似（SCA）和流形优化（MO）技术的算法。仿真结果表明，该算法能有效提高保密率，且性能优于传统的单IRS辅助方案。
2020-12-25 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 Aided Wireless Networks: From Single-Reflection to Multi-Reflection Design and Optimization
智能反射面（IRS）是无线通信网络中一种很有前途的技术。通过动态调谐大量无源元件的反射幅度/相移，IRS实现了灵活的无线信道控制和配置，从而显著提高了无线信号传输速率和可靠性。尽管有大量关于设计和优化各种IRS辅助的无线系统的文献，但现有工作主要集中在仅通过一个或多个IRS来增强具有单个信号反射的无线链路，这可能不足以在一些恶劣的传播条件（例如，具有密集堵塞物/障碍物的室内环境）。这个问题可以通过采用两个或更多个IRS来协助每个无线链路并联合利用它们的单个以及多个信号反射来解决。然而，所得到的双/多IRS辅助的无线系统面临更复杂的设计问题，以及新的实际挑战的实现相比，传统的单IRS对应，在IRS反射优化，信道获取，以及IRS部署和关联/选择。因此，一个新的范例，设计多IRS合作被动波束形成和联合主动/被动波束路由要求创新的设计方法和优化方法。在本文中，我们给出了多IRS辅助无线网络的教程概述，重点是解决由于多IRS信号反射和路由的新挑战。并指出了今后值得研究和探索的重要方向。
2022-04-25 cs.IT eess.SP math.IT
Cooperative Rotatable IRSs for Wireless Communications: Joint Beamforming and Orientation Optimization
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Macau（澳门大学）；Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学）
研究在双可旋转智能反射面辅助的无线通信系统中，联合基站发射波束成形、IRS协作无源波束成形及方向优化以最大化接收信噪比，提出基于粒子群优化等方法，验证了IRS旋转相比固定方案及双旋转优于单旋转的性能增益。
2026-07-24 eess.SP
Integrating Movable Antennas and Intelligent Reflecting Surfaces (MA-IRS): Fundamentals, Practical Solutions, and ISAC
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）
本文提出整合可移动天线与智能反射面以提升无线网络性能，并探讨其在集成感知与通信中的应用。
2026-01-04 eess.SP
Secure Beamforming in Multi-User Multi-IRS Millimeter Wave Systems
针对多用户多IRS毫米波网络的保密速率最大化公平性问题，提出结合惩罚法、块坐标下降与SCA的优化算法及低复杂度相移映射方案，仿真验证其在收敛性和保密速率上优于传统SDP等基准方案。
2025-09-29 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave Communications: Joint Active and Passive Precoding Design
毫米波（MmWave）通信由于其丰富的频谱资源而能够支持多千兆比特的无线接入。然而，严重的路径损耗和高方向性使其容易受到阻塞事件的影响，这在室内和密集的城市环境中可能是频繁的。为了解决这个问题，在本文中，我们引入智能反射表面（IRS）作为一种新技术，以提供有效的反射路径，以增强毫米波信号的覆盖范围。在此框架下，我们研究了联合主动和被动预编码设计的IRS辅助毫米波系统，其中多个IRS部署，以协助数据传输从基站（BS）到单天线接收机。我们的目标是最大限度地提高接收信号功率，通过联合优化发射预编码矢量在BS和所使用的IRS被动波束成形的相移参数。虽然这样的优化问题一般是非凸的，我们表明，通过利用毫米波信道的一些重要特性，可以得出一个最佳的封闭形式的解决方案，为单一的IRS的情况下，可以获得一个接近最佳的解析解的多IRS的情况下。我们的分析表明，接收信号的功率增加平方的反射元件的数量为单IRS和多IRS的情况下。仿真结果验证了我们提出的解决方案的最优性和近优性。结果还表明，IRS可以帮助创建有效的虚拟LOS路径，从而大大提高毫米波通信中对阻塞的鲁棒性。
2020-10-18 eess.SP
Exploiting Intelligent Reflecting Surfaces for Interference Channels with SWIPT
针对带SWIPT的多用户MISO干扰信道，本文联合优化发射协方差矩阵、IRS相移与资源分配，提出三种IRS辅助传输方案及高效次优算法，仿真验证其性能显著优于无IRS方案，混合TS-PS方案性能最优。
2023-10-05 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Trajectory and Passive Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface-Aided UAV Communications: A Deep Reinforcement Learning Approach
研究了智能反射面（IRS）辅助无人机（UAV）通信系统，通过在多个建筑物上安装多个IRS，部署UAV为用户设备（UE）提供服务，以提高UAV与UE之间的通信质量。当UE移动时，通过联合优化无人机的轨迹和IRS反射元件的相移，最大化系统的能量效率，包括UE的数据速率和UAV的能量消耗，并考虑IRS的选择以达到节能的目的。由于系统是复杂的，环境是动态的，这是具有挑战性的低复杂度的算法，通过使用传统的优化方法。为了解决这个问题，我们首先通过离散化轨迹提出了一种基于深度Q网络（DQN）的算法，该算法具有训练时间的优势。此外，我们提出了一种基于深度确定性策略梯度（DDPG）的算法来处理连续轨迹的情况，以获得更好的性能。实验结果表明，该算法实现了相当的性能相比，其他传统的解决方案。
2022-08-30 eess.SP
Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Millimeter Wave MIMO Full Duplex Systems
针对毫米波全双工系统自干扰抑制的硬件成本与功耗问题，提出用近场IRS替代模拟/混合波束成形，联合主被动波束成形实现加权和速率最大化，性能显著优于传统方案。
2023-06-14 cs.IT eess.SP math.IT
