Vertical Beamforming in Reconfigurable Intelligent Surface-aided Cognitive Radio Networks
在这封信中，我们研究联合应用可重构智能表面（RIS）和垂直波束形成的认知无线电网络（CRN）。在对网络进行适当建模之后，形成优化问题以联合设计次级基站（BS）处的波束成形向量和倾斜角以及RIS处的相移，目标是最大化次级网络的频谱效率。该优化问题是非凸的，因此我们提出了一种有效的求解方法，数值结果表明，增加RIS和优化辐射方向，可以显著提高CRN的性能。
2021-03-16 cs.IT eess.SP 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
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
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
Passive Beamforming and Information Transfer via Large Intelligent Surface
大型智能表面（LIS）已成为一个有前途的新的解决方案，以提高无线网络的能量和频谱效率。LIS由大量低成本和高能效的可重构无源反射元件组成，通过反射撞击的电磁波来增强无线通信。在本文中，我们提出了一种新的被动波束形成和信息传输（PBIT）技术，其中LIS同时增强主通信和发送信息到接收器。我们开发了一种无源波束形成方法来提高平均接收信噪比（SNR）。我们还在接收机处建立了一种两步方法来检索来自发射机和LIS的信息。数值结果表明，所提出的PBIT系统，特别是与优化的被动波束形成，显着优于系统没有LIS增强。此外，被动波束形成增益和LIS的信息速率之间的权衡已被证明。
2019-08-08 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
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
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 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
Stacked Intelligent Metasurfaces for Multiuser Beamforming in the Wave Domain
可重构智能表面最近出现了一个有前途的技术，塑造无线环境，利用大量的低成本可重构元件。现有的工作主要集中在一个单层的元表面，缺乏抑制多用户干扰的能力。相比之下，我们提出了一个堆叠的智能元表面（SIM）启用收发器设计多用户多输入单输出下行链路通信。具体地，SIM被赋予多层结构并且被部署在基站处以直接在电磁波域中执行发射波束成形。因此，启用SIM的收发器克服了对数字波束成形的需要，并且使用低分辨率数模转换器和中等数量的射频链进行操作，这显著降低了硬件成本和能耗，同时大大减少了受益于在波域中执行的处理的预编码延迟。为了利用SIM使能收发器的好处，我们制定了一个优化问题，通过联合设计分配给他们的发射功率和波域中的模拟波束成形，最大限度地提高所有用户的总速率。基于定制的交替优化算法的数值结果证实了所提出的SIM使能的模拟波束形成设计的有效性相比，各种基准计划。最值得注意的是，所提出的模拟波束成形方案是能够大大减少预编码延迟相比，其数字对应。
2023-02-14 cs.IT eess.SP math.IT
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
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Hybrid Beamforming: Optimal Placement and Beamforming Design
我们考虑可重构智能表面（RIS）辅助第六代（6 G）太赫兹（THz）通信的室内环境中，一个基站（BS）希望发送独立的消息，它的服务用户的帮助下，多个RIS。对于室内环境，诸如柱子、墙壁和其他物体之类的各种障碍物可能导致BS与用户之间没有视线信号路径，这可能显著降低性能。为了克服室内太赫兹通信的这种局限性，我们首先优化RIS的位置，以最大限度地扩大覆盖范围。在优化的RIS布局下，我们提出了BS处的3D混合波束形成和RIS处的相位调整，它们通过基于码本的3D波束扫描以低复杂度在BS和RIS处联合执行。数值模拟表明，该方案显着提高了平均和率相比，没有RIS和随机部署的RIS。它进一步表明，所提出的基于码本的3D波束扫描有效地对准BS-用户链路或BS-RIS-用户链路之间的模拟波束，因此，实现了接近于需要全局信道状态信息的相干波束对准的平均和速率。
2023-03-21 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
Statistical CSI based Design for Intelligent Reflecting Surface Assisted MISO Systems
研究了一种智能反射面（IRS）辅助的多输入单输出通信系统，利用统计信道状态信息（CSI）进行发射波束形成和IRS波束形成。推导出系统遍历容量的严格上界。在此基础上，研究了发射波束和IRS波束的联合优化问题。根据接入点和用户之间是否存在视距路径，两种不同的情况下，即，莱斯衰落和瑞利衰落，分别处理。具体地说，对于莱斯衰落的情况下，提出了一种迭代算法，这是保证收敛。对于瑞利衰落的情况下，封闭形式的设计得到的发射波束和IRS波束。仿真结果表明，所提出的波束形成方案取得了类似的性能要求瞬时CSI的基准算法。
2020-08-19 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
Discrete RIS Enhanced Space Shift Keying MIMO System via Reflecting Beamforming Optimization
针对存在直接链路的离散RIS辅助SSK-MIMO系统，提出基于SCA和惩罚交替优化的RIS相移优化方法以最大化最小星座欧氏距离、降低误比特率，仿真验证了方案优越性及各参数对可靠性的影响。
2024-11-01 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Impact of Channel Aging and Phase Noise on Intelligent Reflecting Surface
这封信的目的是澄清信道老化和相位噪声对智能反射表面辅助无线系统性能的影响。我们首先数学模型过时的信道状态信息（CSI）由于多普勒频移和相位噪声来自硬件损伤。然后，从理论上推导出在噪声和老化CSI下可实现的频谱效率的封闭形式的表达式。一些典型的模拟结果，以数字证明性能的影响。
2022-09-21 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Transmission for Intelligent Reflecting Surface-Assisted mmWave and Terahertz Systems
这封信的重点是智能反射面（IRS）辅助毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）系统的安全传输，其中基站（BS）通过IRS与其目的地通信，存在被动窃听者。为了最大化系统的保密率，在发射功率和离散相移的约束下，在BS的发射波束形成和在IRS的反射矩阵联合优化。首先证明了在秩一信道假设下波束形成设计与相移设计无关。然后，制定的非凸问题转化为两个子问题，这是解决交替。推导了基站发射波束形成的封闭解，提出了基于半定规划（SDP）和基于逐元素块坐标下降（BCD）的反射矩阵设计方法。我们提出的方法的复杂性进行了理论分析。仿真结果表明，所提出的IRS辅助安全策略可以显着提高保密率性能，无论窃听者的位置（附近或阻挡机密波束）。
2020-05-27 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Design for Simultaneously Transmitting And Reflecting (STAR) RIS Assisted NOMA Systems
与传统的反射型可重构智能表面（RISs）不同，同时发射和反射型可重构智能表面（STAR-RISs）是一种新型的可重构智能表面技术，它通过同时发射和反射入射信号，将半空间覆盖扩展到全空间覆盖。STAR-RIS为操纵信号传播提供了新的自由度（DoF）。基于上述思想，本文提出了一种新的STAR-RIS辅助非正交多址接入系统（STAR-RIS-NOMA）。我们的目标是通过联合优化解码顺序，功率分配系数，主动波束成形，传输和反射波束成形，以最大限度地提高可实现的总速率。然而，制定的问题是非凸与错综复杂的耦合变量。为了解决这个问题，提出了一种次优的两层迭代算法。具体地，在内层迭代中，对于给定的解码顺序，交替地优化功率分配系数、主动波束成形、发射波束成形和反射波束成形。对于外层迭代，每个簇中NOMA用户的解码顺序用内层迭代得到的解更新。此外，提出了一种有效的解码顺序确定方案的基础上的等效组合的信道增益。仿真结果表明，建议的STAR-RIS-NOMA系统，我们提出的算法的辅助下，优于传统的RIS-NOMA和RIS辅助正交多址（RIS-OMA）系统。
2022-09-17 cs.IT eess.SP math.IT
3D Beamforming in Reconfigurable Intelligent Surfaces-assisted Wireless Communication Networks
可重构智能表面（RIS）或智能反射表面（IRS）是可以部署在无线环境中的各个地方以使这些环境可控和可重构的元表面。在本文中，我们调查的问题，使用3D波束赋形的RIS授权的无线网络，并提出了一个新的方案，提供更多的自由度在设计和部署基于RIS的网络。在所提出的方案中，一个基站（BS）配备了一个全维阵列的天线优化其在三维空间中的辐射模式，以最大限度地提高接收信号的信噪比在一个目标用户。我们还研究了RIS接收信号的入射角对其反射特性的影响，并找到了这个角度与BS天线阵列的倾斜角和仰角之间的关系。用户从RIS的反射路径以及从BS的直接路径接收信号，这两者都取决于BS天线阵列的倾斜角和仰角。这些角度以及RIS元件的相移被联合地数值优化。我们的仿真结果表明，使用具有优化相移和辐射角的RIS辅助3D波束成形可以显着提高无线网络的性能。
2020-01-18 cs.IT eess.SP math.IT
Adaptive Blind Beamforming for Intelligent Surface
本文提出一种基于反射元件分组的自适应盲波束成形算法，通过提取无线环境统计特征协调相移，解决了RFocus和CSM在非视距信道下失效的问题，并在3.5 GHz真实网络中验证了其优势。
2024-09-24 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Multi-Cluster AirComp via Dynamic Beamforming
针对 IRS 辅助的多集群 AirComp，本文提出集群自适应与动态 BF 方案，并联合优化模式、时间和功率，证明半数 BF 模式即可获得近优性能。
2023-07-15 cs.IT eess.SP math.IT
Over-the-Air Beamforming with Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）授权通信是一项革命性的技术，它能够通过智能可控的低成本反射表面来操纵无线传播环境。然而，为了优于传统的通信系统，仅具有被动反射的RIS辅助系统需要非常大的表面。为了应对这一挑战，最近引入了有源RIS的概念，其以额外的功耗为代价对入射信号同时进行放大和反射。在本文中，部署一个积极的RIS，我们提出了一种新的波束形成的概念，在空中波束形成，RIS辅助多用户多输入单输出（MISO）传输方案，而不需要任何前/后信号处理的硬件设计在发送器和接收器侧。在所提出的基于空中波束成形的传输方案中，有源RIS元件的反射系数被定制以最大化和速率增益。为了解决这个问题，首先，一个非凸二次约束二次规划（QCQP）问题制定。然后，使用半定松弛（SDR）的方法，这个优化问题被转换为一个凸可行性问题，这是有效地解决使用CVX优化工具箱。此外，从这种波束形成技术的灵感，一种新的高速率接收索引调制（IM）方案与低复杂度的次优检测器的开发。通过综合的仿真结果，和速率和比特出错率（BER）的性能所提出的设计进行了研究。
2022-12-11 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Enhanced Millimeter-Wave NOMA Systems
本文研究了一种下行链路智能反射面增强毫米波非正交多址接入系统。提出了一种主动波束形成、被动波束形成和功率分配的联合优化问题。由于高度耦合的变量，制定的优化问题是非凸的。针对这一问题，提出了一种基于交替优化和逐次凸逼近的迭代算法。数值结果表明：1）该方案提供了显著的和速率增益，这证实了在mmWave-NOMA系统中引入IRS的有效性; 2）所提出的离散相移算法可以获得与连续相移算法接近的性能。
2020-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Enabled Sensing: Cramér-Rao Lower Bound Optimization
本文研究了智能反射面（IRS）使能的非视距（NLoS）无线传感，其中IRS被部署来协助接入点（AP）感测其NLoS区域中的目标。假设AP配备有多个天线，IRS配备有均匀的线性阵列。AP旨在基于来自AP-IRS-target-IRS-AP链路的回波信号来估计目标相对于IRS的到达方向（DoA）。在此设置下，我们联合设计在AP的发射波束成形和在IRS的反射波束成形，以最小化估计误差的Cramér-Rao下限（CRLB）。为此，我们首先获得CRLB表达式估计的DoA在封闭的形式。接下来，我们通过交替优化，半定松弛和逐次凸逼近来优化联合波束形成设计以最小化CRLB。数值结果表明，与传统的信噪比最大化和单独波束形成方案相比，基于CRLB最小化的设计方案在均方误差方面具有更好的检测性能。
2022-10-13 cs.IT eess.SP math.IT
Double-Sided Beamforming in OWC Systems Using Omni-Digital Reconfigurable Intelligent Surfaces
在本文中，我们介绍了一种变体的可重构智能表面（RISs）称为全数字RISs（DRISs），它允许多个物理过程，应用到光无线通信系统。建议的全向DRIS包含反射器和折射元件，以及同时执行两者的元件。我们描述并解释了全DRIS的概念，建议并分析了全DRIS编码结构，讨论了要使用的超材料，并提供了一个设计实例。此外，我们证明了一个全向DRIS系统的可实现的速率取决于全向DRIS元素的数量，每相移位数，和未使用的元素的数量。此外，我们表明，可实现的速率上限有关的全向DRIS元素的数量，并得出结论，讨论未来的研究方向。
2022-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Full-Duplex Communication: Passive Beamforming and Deployment Design
研究了智能反射面（IRS）辅助全双工（FD）无线系统的无源波束形成和部署设计，其中FD接入点（AP）在IRS的帮助下在相同的时频维度上同时与上行（UL）用户和下行（DL）用户通信。在这种设置下，我们考虑三种部署情况：1）分别放置在UL用户和DL用户附近的两个分布式IRS; 2）放置在DL用户附近的一个集中式IRS; 3）放置在UL用户附近的一个集中式IRS。在每种情况下，我们的目标是通过联合优化AP和UL用户的发射功率和IRS（或IRS）处的无源反射系数来最小化AP和UL用户的加权和发射功率消耗，这受到UL和DL用户的速率约束和IRS反射系数的单模约束。首先，我们分析了在每个部署方案下的IRS辅助FD系统所需的最小发射功率，并将其与相应的半双工（HD）系统进行比较。我们发现，FD系统优于其HD对应的所有IRS部署方案，而分布式部署进一步优于其他两个集中式部署方案。接下来，我们将具有挑战性的功率最小化问题转换为等效但更易于处理的形式，并提出了一种基于块坐标下降（BCD）方法的高效算法来解决它。最后，数值结果验证了我们的分析以及所提出的被动波束形成设计的有效性。
2020-12-14 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneously Transmitting and Reflecting Surface (STARS) for Terahertz Communications
本文提出STARS辅助的太赫兹通信系统，构建对应功耗模型，联合优化基站与STARS波束成形以最大化频谱和能量效率，针对窄带、宽带系统分别设计算法，验证了STARS的性能优势与相关结论。
2023-04-06 cs.IT eess.SP math.IT
A Single-RF Architecture for Multiuser Massive MIMO via Reflecting Surfaces
在这项工作中，我们提出了一种新的单射频MIMO架构，具有高的可扩展性和能源效率。该方案中的发射器由一个向反射面辐射的射频照明器组成。反射表面上的每个元件在施加相移之后重新发送其接收的信号，使得获得期望的波束成形图案。对于这种架构，波束形成的问题被解释为线性回归和解决方案是通过最小二乘法推导。利用这个公式，一个快速迭代算法的反射面的调整。数值结果表明，所提出的架构是完全兼容的反射面与当前的设计。
2020-03-17 cs.IT eess.SP math.IT
Wideband Modeling and Beamforming for Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文提出一种简洁的 BD-RIS 宽带模型，并基于该模型设计 OFDM 系统下的波束成形算法以最大化平均速率，仿真验证了宽带建模的重要性。
2024-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface for Massive Device Connectivity: Joint Activity Detection and Channel Estimation
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的解决方案，以提高无线网络的频谱效率和能源效率。本文考虑了一种IRS辅助的物联网网络，用于大规模连接。本文的目标是解决与IRS相关的活动检测和信道估计问题。本文将IRS相关的活动检测和信道估计问题表示为稀疏矩阵分解、矩阵完备和多测量向量问题，并提出了一种基于近似消息传递的三阶段框架。仿真结果验证了该算法的有效性。
2019-11-12 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 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
Experimental Demonstration of 3D Reflected Beamforming at sub6GHz thanks to Varactor Based Reconfigurable Intelligent Surface
本文通过含 984 个单元、可独立变压控制的变容二极管 RIS 原型，首次实验验证 sub-6GHz 三维反射波束成形，室内获得 10 dB 增益，并证明翻新反射阵列可低能耗实现 RIS。
2023-07-13 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Sum-Capacity Maximization for Intelligent Reflecting Surface-Aided MIMO Systems
降低计算复杂性在优化智能反射表面（IRS）系统的相移中是至关重要的，因为IRS辅助的通信系统通常部署有大量的反射元件（RE）。这封信提出了一种低复杂度算法，称为维度正弦最大化（DSM），以获得最佳IRS相移，从而最大化MIMO网络的总容量。该算法利用的事实，优化问题的目标函数是正弦w.r.t.每个RE的相移。数值结果表明，DSM获得了接近最大的和率和更快的收敛速度比其他两个基准方法。
2022-04-11 cs.IT eess.SP 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
User Scheduling and Passive Beamforming for FDMA/OFDMA in Intelligent Reflection Surface
大多数关于智能反射表面（IRS）的现有工作仅仅考虑点对点通信，包括单个用户，以便于分析。然而，实际的无线系统需要同时容纳多个用户。由于缺乏频率选择性反射，即相移的集合在频率子信道上不能不同，IRS的集成对诸如频分多址（FDMA）和被称为正交FDMA（OFDMA）的广泛采用的技术的频率复用方法提出了根本性的挑战。这促使我们研究基于（O）FDMA的多用户IRS通信，以阐明在这种非频率选择性反射环境下，哪种用户调度和被动波束形成是有利的。理论分析和数值计算表明，当用户数较少时，（O）FDMA不需要用户调度。如果用户数量变大，则用户调度和IRS反射优化都不是必需的。这些发现有助于大幅简化基于（O）FDMA的IRS通信的设计。
2023-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
How Practical Phase-shift Errors Affect Beamforming of Reconfigurable Intelligent Surface?
本文提出含相移误差的RIS反射模型，将误差分为三类，分析频率失配、PIN二极管故障和面板变形等硬件损伤对波束成形的影响，并给出实际系统设计与部署指导。
2023-04-13 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
Max-Min Fair Energy-Efficient Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface-Aided SWIPT Systems with Non-linear Energy Harvesting Model
本文研究了一种智能反射面（IRS）辅助的无线信息与能量同步传输（SWIPT）网络，其中多个用户从发射机的发射信号中解码数据并获取能量。提出的设计框架利用成本效益的IRS建立良好的通信环境，以提高公平的能源效率。特别是，我们研究的最大-最小能量效率（EE）的系统，通过联合设计的发射信息和能量波束成形在基站（BS），在IRS的相移，以及功率分配（PS）比在所有用户的最小速率，最小收获的能量，和发射功率的限制。制定的问题是非凸的，因此具有挑战性的解决。我们提出了两种算法，即惩罚为基础的和内部近似（IA）为基础的处理非凸性的优化问题。因此，我们将原问题分为两个子问题，并应用交替优化（AO）算法，这两个算法迭代处理。特别地，在第一子问题的基于惩罚的算法中，利用半定松弛（SDR）技术、凸函数差分（DC）规划、优化最小化（MM）方法和分式规划理论将非凸优化问题转化为可以有效地解决的凸形式。对于第二子问题，提出了一种基于惩罚的方法来处理所提出的算法的IRS引入的相移的优化。对于基于IA的方法，我们联合优化波束形成向量和相移，而PS比在第一子问题中得到最优解。
2021-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Two-timescale Beamforming Optimization for Intelligent Reflecting Surface Aided Multiuser Communication with QoS Constraints
智能反射表面（IRS）是一种新兴技术，能够通过可调无源信号反射重新配置无线信道，从而经济高效地提高无线网络的频谱和能量效率。本文研究了一种IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）无线系统，与现有的基于瞬时信道状态信息（I-CSI）的方案相比，采用双时间尺度（TTS）传输来降低信号处理复杂度和信道训练开销，同时在传输调度中利用多用户信道分集。具体而言，长期被动波束形成是基于所有链路的统计CSI（S-CSI）设计的，而短期主动波束形成被设计成以优化的IRS相移来迎合所有用户的重新配置的信道的I-CSI。我们的目标是最大限度地减少在接入点（AP）的平均发射功率，受到用户的个人服务质量（QoS）的约束。由于长期和短期设计变量在QoS约束下的复杂耦合，所提出的随机优化问题是非凸的，难以求解。针对这一问题，提出了一种基于原-对偶分解的TTS联合主被动波束形成算法（PDD-TJAPB）。该算法将原问题分解为长期问题和短期问题，并利用深度展开技术提取短期问题的梯度信息，为长期问题构造凸代理问题。该算法被证明几乎必然收敛到原问题的平稳解。仿真结果表明，该算法的优点和有效性相比，基准计划。
2021-04-01 cs.IT eess.SP math.IT
Coordinating Multiple Intelligent Reflecting Surfaces without Channel Information
针对多智能反射表面信道获取成本呈指数增长的问题，提出无需信道状态信息的盲波束成形策略，通过统计手段协调多个IRS，在双IRS及通用L-IRS系统中实现显著信噪比提升，并经仿真与2.6 GHz现场测试验证了高达17 dB的增益。
2024-01-09 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
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
Rate-Splitting Multiple Access and its Interplay with Intelligent Reflecting Surfaces
速率分裂多址接入（RSMA）最近已经作为用于改善多输入多输出（MIMO）系统的下行链路性能的强大技术出现。通过灵活地管理干扰，RSMA可以提供高频谱和能量效率，以及对不完美的信道状态信息（CSI）的鲁棒性。在另一个发展中，智能反射表面（IRS）已经作为一种通过软件可配置的、近无源的、亚波长反射元件来控制无线环境的方法而出现。本文介绍了IRS和RSMA之间的协同作用的潜力。IRS-RSMA方案可实现的三项重要改进得到了深入的数值示例的支持，并映射到5G之后的用例以及未来的研究方向。
2022-05-24 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces with Reflection Pattern Modulation: Beamforming Design and Performance Analysis
可重构智能表面（RISs）的最新研究假设RISs可以通过反射传递信息，而不需要发射射频链，然而，这是一项具有挑战性的任务。在本文中，我们提出了一种具有反射模式调制的RIS增强型多输入单输出系统，其中RIS可以配置其反射状态，以通过无源波束形成来提高接收信号功率，同时通过反射来传递自己的信息。我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高平均接收信号功率，通过联合优化在接入点（AP）的主动波束成形和被动波束成形在RIS的情况下，RIS的状态信息是统计已知的AP，并提出了一个高质量的次优解决方案的交替优化技术的基础上。我们分析了该方案在瑞利衰落信道下的渐近中断概率，推导出一个封闭形式的表达式。所提出的方案的可实现的速率也调查的情况下，发送的符号是从一个有限的星座。仿真结果验证了该方案的有效性，并揭示了各种系统参数对可达速率性能的影响。结果表明，该方案优于传统的RIS辅助系统，没有信息传输方面的可实现的速率性能。
2020-08-06 cs.IT eess.SP math.IT
