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
Multiuser MISO PS-SWIPT Systems: Active or Passive RIS?
基于可重构智能表面（RIS）的通信网络有望提高信道容量和能源效率。然而，由于双重路径损耗效应，无源RISs承诺的容量增益可以忽略不计。有源RISs可以克服这个问题，因为它们具有带低成本放大器的反射器元件。本文研究了多用户系统中有源RIS辅助的同步无线信息和功率传输（SWIPT）。用户利用功率分裂（PS）解码信息和收获能量的同时，基于一个现实的分段非线性能量收获模型。目标是通过优化基站的波束形成器、PS比和RIS相移/放大因子来最小化基站的发射功率。仿真结果显示出显著的改进（例如，19%和28%），最大反射功率分别为10 mW和15 mW，相比无源RIS没有更高的计算复杂性成本。我们还展示了所提出的算法对不完美的信道状态信息的鲁棒性。
2022-06-28 cs.IT eess.SP math.IT
Joint User Scheduling and Beamforming Design for Multiuser MISO Downlink Systems
在多用户通信系统中，用户调度和波束形成（US-BF）设计是两个基本问题，通常在现有的文献中被分开研究。在这项工作中，我们专注于联合US-BF设计的目标是最大限度地提高预定用户的集合基数，这是计算上的挑战，由于非凸目标函数和离散连续变量的耦合约束。针对这些问题，首先提出了一种基于逐次凸逼近的US-BF优化算法。然后，受无线智能通信的启发，将联合US和功率分配网络模型与BF解析解相结合，提出了一种基于图神经网络的联合US-BF（J-USBF）学习算法。各种数值结果验证了SCA-USBF和J-USBF的有效性，后者具有相近的性能和更高的计算效率。此外，建议的J-USBF也享有在动态无线网络场景的通用性。
2022-07-04 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Transmit and Reflective Beamforming Design for IRS-Assisted Multiuser MISO SWIPT Systems
研究了一种智能反射面辅助的多用户多输入单输出（MISO）无线信息与能量同步传输（SWIPT）系统。在该系统中，多天线接入点（AP）使用发射波束成形将信息和能量信号发送到一组接收器，每个接收器用于信息解码（ID）或能量收集（EH），并且专用部署的IRS适当地控制其反射相移以形成无源反射波束，用于促进接收器处的ID和EH。在这种设置下，我们联合优化AP处的（有源）信息和能量发射波束成形以及IRS处的（无源）反射波束成形，以最大化在所有EH接收器处接收的最小功率，这受到ID接收器处的个体信号与干扰加噪声比（SINR）约束以及AP处的最大发射功率约束。虽然制定的SINR约束的最小能量最大化问题是高度非凸的，我们提出了一个有效的算法，通过使用交替优化和半定松弛（SDR）的技术，以获得高质量的解决方案。数值结果表明，建议的IRS辅助SWIPT系统的信息和能量信号实现了显着的性能增益比基准计划没有IRS部署和/或没有专用的能量信号使用。
2019-10-16 cs.IT eess.SP math.IT
Sum Rate Maximization for Multiuser MISO Downlink with Intelligent Reflecting Surface
智能反射面（IRS）是一种由大量可重构无源单元组成的平面阵列，通过独立控制各单元的相移，实现接收端反射信号的自对准。由于IRS可以在没有RF链的情况下实现，因此它被视为用于提高未来通信系统的频谱效率的具有成本效益的解决方案。这项工作考虑了IRS辅助的多用户多输入单输出下行链路传输，我们的目标是通过联合优化基站的发射波束形成器和IRS的相移（可以是连续的或离散的）来最大化和速率。这种和速率最大化（SRM）问题是具有挑战性的，特别是对于离散相位的情况下。为了解决这个问题，我们首先推导出一个更容易处理的等效公式的SRM问题的结构化凸约束和光滑的目标。从那里，定制派生块协调加速投影梯度算法的开发。仿真结果表明，所提出的设计优于国家的最先进的设计在和速率性能。
2020-10-21 cs.IT eess.SP 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
Robust and Secure Sum-Rate Maximization for Multiuser MISO Downlink Systems with Self-sustainable IRS
本文研究了一种可自我维持的智能反射表面（IRS），它可以同时从接收到的信号中反射和收获能量的多用户多输入单输出（MISO）下行链路通信。我们研究了联合设计的波束形成器在接入点（AP）和相移，以及能量收集时间表在IRS最大化系统和速率。该设计被制定为一个非凸优化问题，考虑到IRS元件的无线能量收集能力，安全通信，以及对信道状态信息（CSI）不完善的影响的鲁棒性。随后，我们提出了一个计算效率高的迭代算法，以获得一个次优的解决方案的设计问题。在每次迭代中，采用S-过程和逐次凸逼近来处理中间优化问题。仿真结果表明：（1）在系统总速率和IRS的自维持性之间存在一个非平凡的折衷关系：（2）所提出的方案所获得的性能增益在大量能量收集IRS元件的情况下是饱和的; 3）配备有小比特分辨率离散移相器的IRS足以实现相当大的系统总和-具有连续相移的理想情况的速率。
2021-08-04 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
Max-Min Fairness in IRS-Aided Multi-Cell MISO Systems via Joint Transmit and Reflective Beamforming
研究了一种智能反射面（IRS）辅助的多小区多输入单输出（MISO）系统，该系统由多个多天线基站（BS）组成，每个基站与一个单天线用户通信，其中专门部署了一个IRS来辅助无线传输和抑制小区间干扰。在此设置下，我们联合优化协调的发射波束形成在BS和反射波束形成在IRS，最大化的最小加权接收信号干扰加噪声比（SINR）在用户的目的，在BS和IRS的反射约束的个人最大发射功率约束。为了解决困难的非凸最小SINR最大化问题，我们提出了有效的算法交替优化的基础上，其中的发射和反射波束成形矢量的交替方式进行优化。特别是，我们使用二阶锥规划（SOCP）优化的协调发射波束形成，并开发两个有效的设计更新的反射波束形成的半定松弛（SDR）和连续凸逼近（SCA）的技术的基础上，分别。数值结果表明，使用IRS导致显着更高的SINR值比基准计划没有IRS或没有适当的反射波束成形优化，而开发的SCA为基础的解决方案优于SDR为基础的一个实现复杂度较低。
2020-02-07 cs.IT eess.SP math.IT
Machine Learning Empowered Resource Allocation in IRS Aided MISO-NOMA Networks
提出了一种新的智能反射面（IRS）辅助的多输入单输出（MISO）非正交多址接入（NOMA）网络结构，其中一个基站（BS）服务于多个簇，每个簇中的用户数不固定。该算法的目标是根据用户的速率要求，通过联合优化IRS处的无源波束形成向量、解码顺序、功率分配系数向量和簇数，最大化所有用户的速率总和。为了解决制定的问题，提出了一个三步的方法。更具体地，首先采用基于长短期记忆（LSTM）的算法来预测用户的移动性。其次，提出了一种基于K-means的高斯混合模型（K-GMM）用户聚类算法。第三，调用基于深度Q网络（DQN）的算法来联合确定相移矩阵和功率分配策略。仿真结果表明，所提算法的性能优于基准算法，而采用NOMA技术代替正交多址接入（OMA）技术，吞吐量可提高35%.
2021-11-30 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for IRS-aided Multiuser Communications with Reduced Error Propagation
智能反射面（IRS）通过对无线传播环境的智能重构，提高了无线通信系统的容量和可靠性。为了实现IRS的有希望的增益，信道状态信息（CSI）的获取是必不可少的，然而，这实际上是困难的，因为IRS通常不采用任何发射/接收射频（RF）链，并且它具有有限的信号处理能力。本文研究了IRS辅助的多用户单输入多输出（SIMO）系统上行链路信道估计问题，提出了一种新的两阶段信道估计（2 PCE）策略，该策略可以减轻现有三阶段信道估计方法中误差传播带来的负面影响，先前阶段中的信道估计误差将恶化后续阶段中的估计性能，并且以与现有方法中相同量的信道训练开销来增强信道估计性能。此外，当采用最小二乘（LS）信道估计方法时，我们分析了2 PCE策略的渐近均方误差（MSE），并表明2 PCE策略可以优于现有的方法。最后，大量的仿真结果验证了2 PCE策略的有效性。
2021-01-09 cs.IT eess.SP math.IT
A Framework for One-Bit and Constant-Envelope Precoding over Multiuser Massive MISO Channels
考虑以下问题：多天线基站（BS）通过预编码向多个单天线用户发送多个符号流。然而，与传统的多用户预编码不同，发送的信号受到二进制，单位模，甚至离散单位模约束。这种约束出现在一位和恒定包络（CE）大规模MIMO场景中，其中高分辨率数模转换器（DAC）分别被一位DAC和移相器取代，以降低硬件成本和能耗。在一比特和CE限制下的多用户预编码造成了显著的设计困难。在本文中，我们建立了一个框架，设计多用户预编码下的一位，连续CE和离散CE的情况下-所有在一个主题。首先，我们制定了一个预编码设计，侧重于最小化的符号错误概率（SEP），假设正交幅度调制（QAM）星座。然后，我们设计了一个算法，我们的SEP为基础的设计。该算法结合了i）一种新的惩罚方法，用于处理二进制，单位模量和离散单位模量约束;和ii）一阶非凸优化配方定制的设计。具体地说，后者是一种通过加速投影梯度的不精确优化最小化方法，仿真结果表明，该方法运行速度非常快，可以处理大量的决策变量。仿真结果表明，所提出的设计提供了显着更好的比特出错率性能比现有的设计。
2019-08-17 cs.IT eess.SP math.IT
Cramér-Rao Bound Minimization for IRS-Enabled Multiuser Integrated Sensing and Communication with Extended Target
研究了一种基于智能反射面（IRS）的多用户通感一体化（ISAC）系统，该系统由一个多天线基站（BS）、一个IRS、多个单天线通信用户（CU）和一个位于BS非视距（NLoS）区域的扩展目标组成。IRS被部署为不仅辅助从BS到CU的通信，而且基于来自BS-IRS-target-IRS-BS链路的回波信号来实现BS的NLoS目标感测。为了提供感测的完全自由度，我们假设BS发送与信息信号组合的附加专用感测信号。因此，我们考虑两种类型的CU接收器，即类型I和类型II接收器，其分别不具有和具有消除来自感测信号的干扰的能力。在此设置下，我们联合优化在BS的发射波束成形和在IRS的反射波束成形，以最小化用于估计相对于IRS的目标响应矩阵的Cramér-Rao界（CRB），服从CU处的最小信号与干扰加噪声比（SINR）约束和BS处的最大发射功率约束。我们提出了有效的算法来解决高度非凸的SINR约束CRB最小化问题，通过使用交替优化和半定松弛技术。数值结果表明，该方案的估计CRB比其他基准方案低，且当CU数大于1时，感知信号干扰预消除是有益的。
2022-10-29 cs.IT eess.SP math.IT
Alternating Minimization for Wideband Multiuser IRS-aided MIMO Systems under Imperfect CSI
针对非完美CSI下的宽带多用户IRS辅助MIMO系统，提出基于MMSE与BC-MAC对偶性的交替最小化联合设计方法，可显著提升系统性能。
2024-01-29 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
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
Statistical CSI-based Beamforming for RIS-Aided Multiuser MISO Systems using Deep Reinforcement Learning
针对多用户MISO无线通信中的可重构智能表面（RIS），提出了一种基于统计信道状态信息（S-CSI）的联合波束形成算法。我们使用的S-CSI，这是一个长期的平均级联通道，而不是在大多数现有的作品中使用的瞬时CSI。通过这种方法，信道估计的开销大大减少。我们提出了一个近似策略优化（PPO）算法，这是一个著名的基于行动者-评论家的强化学习（RL）算法来解决优化问题。为了测试该算法的有效性，仿真结果与评估的关键系统参数，包括莱斯因子和RIS的位置，对用户的可实现的和速率。
2022-09-03 eess.SP
Channel Estimation and Beamforming for Microwave Linear Analog Computers (MiLACs)-Aided Multiuser MISO Systems
Imperial College London（帝国理工学院）
针对微波线性模拟计算机辅助的多用户MISO系统，提出利用信道相关矩阵秩亏特性，通过模拟域压缩接收信号实现低维信道估计，并级联两个MiLAC高效实现正则化迫零波束成形，大幅降低计算复杂度。
2026-07-02 cs.IT eess.SP math.IT
Spectral Efficiency Maximization for DMA-enabled Multiuser MISO with Statistical CSI
针对仅具备统计CSI的DMA使能多用户MISO上下行系统，本文分别提出基于WMMSE和PDD的优化算法以最大化遍历和速率，数值验证其准确且优越。
2025-06-11 cs.IT eess.SP math.IT
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
Distortion-Aware Linear Precoding for Millimeter-Wave Multiuser MISO Downlink
在这项工作中，我们提出了一个迭代的计划来计算一个线性预编码器，考虑到在多用户多输入单输出下行链路的硬件损伤的影响。我们特别关注的情况下，当发射机配备了非线性功率放大器。使用Bussgang定理，我们制定了一个下限的硬件损伤的存在下，可实现的和速率，并使用投影梯度上升最大化。我们提供了数值例子，证明了所提出的失真感知方案的预编码在毫米波信道的有效性。
2019-06-27 eess.SP
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
Multiuser MISO UAV Communications in Uncertain Environments with No-fly Zones: Robust Trajectory and Resource Allocation Design
在本文中，我们研究了多用户下行链路多输入单输出（MISO）无人机（UAV）通信系统的鲁棒资源分配算法的设计，在这种系统中，我们考虑到各种不确定性是不可避免的，如果不加注意，可能会严重降低系统的性能。我们联合优化的二维（2-D）轨迹和发射波束形成矢量的无人机的总功耗最小化。该算法的设计制定为一个非凸优化问题，考虑到不完善的知识所造成的无人机抖动，用户位置的不确定性，风速的不确定性，和多边形禁飞区（NFZ）的出发角（AoD）。尽管优化问题的非凸性，我们最佳地解决它采用单调优化理论和半定规划松弛产生最佳的2-D轨迹和波束形成策略。由于开发的最优资源分配算法需要一个高的计算复杂度，我们还提出了一个次优的迭代低复杂度计划的基础上逐次凸逼近最优性和计算复杂度之间的平衡。我们的仿真结果不仅显示了显着的节能所提出的算法相比，两个基线方案，但也证实了他们的鲁棒性无人机抖动，风速的不确定性和用户位置的不确定性。此外，我们的研究结果揭示了风速不确定性和NFZ的联合存在对无人机轨迹有相当大的影响。尽管如此，通过使用所提出的鲁棒设计来抵消风速的不确定性，我们可以同时最大限度地减少UAV的总功耗，并确保不侵入任何NFZ的安全轨迹。
2019-05-28 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
Joint Constellation Rotation and Symbol-level Precoding Optimization in the Downlink of Multiuser MISO Channels
研究了无线多天线系统下行链路中多个用户间的同时干扰问题。为了利用多用户干扰并在接收机侧将其转换为有用功率，通过联合利用来自每个单独用户的数据和信道状态信息来利用符号级预编码。本文介绍了一种复杂性降低计划，利用星座的对称性，以减少可能的计算和符号级优化问题的约束条件的数量。本文还提出了一种新的传输技术，联合优化发送符号级预编码和星座旋转的数据流为每个用户。其目的是增加具有相长干涉的概率，从而提高性能。我们专注于提高能源效率，通过降低所需的功率，以满足一定的服务质量的约束，通过解决一个符号级的预编码问题，并找到每个用户星座旋转的最佳相位。该问题是非凸的，因此，我们提出了一个有效的分支定界算法结合半定松弛来解决问题，并找到一个有效的解决方案。数值结果以比较的方式示出所提出的技术的有效性，其在能量效率和功耗方面优于最先进的符号级预编码方案。
2020-11-08 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
IRS-Enhanced Wideband MU-MISO-OFDM Communication Systems
智能反射面（IRS）可以智能地改变无线环境，提高通信性能，被认为是未来无线通信系统的一项使能技术。研究了一种基于IRS增强的宽带多用户多输入单输出正交频分复用（MU-MISO-OFDM）系统。我们的目标是联合设计发射波束形成器和IRS的反射，以最大限度地提高所有子载波的平均和速率。利用和速率最大化与均方误差最小化之间的关系，提出了一种有效的波束形成器与IRS联合设计算法。仿真结果表明，该算法能显著提高平均和速率，从而验证了IRS在宽带无线通信系统中应用的有效性。
2019-09-25 eess.SP
On the Effective Capacity of IRS-assisted wireless communication
我们考虑未来的，智能反射表面（IRS）辅助的基站（BS）和用户设备（UE）之间的通信两个不同的场景：一个单输入，单输出（SISO）系统，其中BS有一个单一的天线，和一个多输入，单输出（MISO）系统，其中BS有多个天线。对于所考虑的IRS辅助下行链路，我们计算的有效容量（EC），这是一个量化的衡量统计服务质量（QoS）的通信系统经历随机衰落。对于我们的分析，我们考虑关于信道状态信息（CSI）的两个广为人知的假设--即，完美的犯罪现场调查和没有犯罪现场调查此后，我们首先推导出SISO和MISO情况下的信噪比（SNR）的分布，随后推导出封闭形式的表达式，在完美的CSI和没有CSI的情况下，对于SISO和MISO情况下的EC。此外，对于没有CSI的SISO和MISO系统，事实证明，可以通过搜索最佳传输速率$r^*$来进一步最大化EC，该最佳传输速率是通过利用迭代梯度下降法来计算的。我们提供了大量的仿真结果，研究了各种系统参数的影响，例如，QoS指数、功率预算、BS处的发射天线的数量、IRS处的反射元件的数量等，系统的EC。
2021-01-21 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 for RIS aided MISO System
本文针对RIS辅助MISO系统，比较了基于离散傅里叶变换激活模式的MVU与MMSE信道估计器，数值结果显示MMSE相比MVU有超过10dB的SNR提升。
2023-06-24 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Energy Efficiency Maximization in IRS-Assisted VLC MISO Networks with RSMA: A DS-PPO approach
本文研究了IRS辅助的VLC MISO网络在存在窃听者时的安全通信问题，提出了一种基于深度强化学习的DS-PPO方法，通过联合优化波束成形、RSMA速率等参数最大化保密能量效率，显著提升了系统性能与收敛速度。
2024-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
Anchor-Assisted Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface Aided Multiuser Communication
信道估计是智能反射面（IRS）辅助无线通信的一个实际问题。随着IRS反射元件或IRS辅助用户的数量增加，信道训练开销变得过高，这导致数据传输中的长延迟和低吞吐量。为了解决这一挑战，我们提出了一种新的锚辅助信道估计方法，其中两个锚节点，即A1和A2，部署在IRS附近，以方便其辅助基站（BS）在获取级联的BS-IRS-用户信道所需的数据传输。具体地，在第一种方案中，首先在BS处经由锚辅助训练和反馈来获得关于所有用户的公共BS-IRS链路的逐元素信道增益平方的部分信道状态信息（CSI）。然后，通过利用这样的部分CSI，在BS处利用用户的附加训练来有效地解析级联的BS-IRS用户信道。而在第二种方案中，BS-IRS-A1和A1-IRS-A2信道首先通过A1的训练来估计。然后，通过A2的额外训练，所有用户同时估计它们各自的级联A2-IRS用户信道。基于从A2和所有用户反馈的CSI，BS有效地解析级联的BS-IRS-用户信道。在这两种方案中，固定BS、IRS和两个锚点之间的准静态信道仅被离线估计，这大大减少了实时训练开销。仿真结果表明，我们提出的锚辅助信道估计方案实现优越的性能相比，现有的IRS信道估计方案，在各种实际设置。此外，当BS处的天线的数量足够大时，第一提出的方案优于第二方案，反之亦然。
2021-08-26 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
Robust Design for Intelligent Reflecting Surfaces Assisted MISO Systems
在这项工作中，我们研究了统计鲁棒波束形成设计的智能反射面（IRS）辅助多输入单输出（MISO）无线系统在不完美的信道状态信息（CSI），其中信道估计误差被假定为加性高斯。我们的目标是联合优化发射/接收波束形成器和IRS相移，以最大限度地减少用户的平均均方误差（MSE）。特别是，为了解决非凸优化问题，开发了一种有效的算法，利用交替优化和优化最小化技术。仿真结果表明，该方法在信道状态信息有误差的情况下仍具有鲁棒的均方误差性能，且性能明显优于传统的非鲁棒方法。
2020-06-12 cs.IT eess.SP math.IT
Cramér-Rao Bound Minimization for IRS-Enabled Multiuser Integrated Sensing and Communications
本文研究IRS使能的多用户ISAC系统，通过联合优化BS发送和IRS反射波束赋形最小化目标估计的Cramér-Rao下界，提出高效算法求解非凸问题，数值结果表明其优于基准方案且在多用户下感知信号干扰消除有益。
2023-06-30 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Robust Beamforming Design for IRS-Aided MISO Systems with Imperfect Channels
本文研究了信道不确定性条件下智能反射面辅助的多输入单输出大系统。为了在满足功率约束的前提下，通过联合优化基站处的有源波束形成和IRS处的无源相移，最大化系统的平均和速率，提出了一种基于罚对偶分解（PDD）算法的鲁棒波束形成设计方法。通过应用上界最大化/最小化（BSUM）方法，在算法的每次迭代中，每个变量的最优解都可以得到封闭形式的表达式。仿真结果表明，该方案具有很低的计算复杂度，实现了高性能。
2021-03-18 eess.SP
A Joint Solution for Scheduling and Precoding in Multiuser MISO Downlink Channels
与BS的发射天线相比，具有大量用户的MISO下行链路信道的长期平均性能取决于干扰管理，这需要调度和预编码的联合设计问题。与以前的作品，不提供一个真正的联合设计，本文着重于制定一个问题，适合联合更新的调度和预编码。新的优化配方进行了研究，以揭示隐藏的差异的凸/凹结构的三个经典标准（加权和速率，最大最小信干噪比，功率最小化）和相关的约束条件被认为是。此后，我们提出了一个凹凸过程框架为基础的迭代算法，调度和预编码变量在每次迭代联合更新。最后，我们通过Monte-Carlo模拟显示了联合解决方案在性能上的优越性。
2019-02-13 eess.SP
Queueing Theoretic Models for Multiuser MISO Content-Centric Networks with SDMA, NOMA, OMA and Rate-Splitting Downlink
多用户、多输入、单输出（MU-MISO）系统被证明是5G和6 G等下一代无线网络中不可或缺的。MISO系统的空间分集已经在这些无线系统中的物理层设计中被利用以提高容量。最近的几项研究利用了内容请求中的冗余以及MISO系统的空间多样性来进一步提高容量。结果表明，基于SDMA、NOMA、OMA和速率分割的MISO最大最小公平（MMF）波束形成方案可以用来提高内容传输速率。然而，在大多数这些研究的关键方面，如在下行链路和用户动态的延迟和用户动态一般被忽略。在这项工作中，我们研究了在MU-MISO内容中心网络（CCN）中，同步、波束成形和用户动态之间的相互作用如何影响下行链路的服务质量（用户体验的延迟）。我们提出了一种简单的理论模型，可以直接适用于MU-MISO CCN，以执行最佳的多组多播下行链路传输。我们表明，最近开发的简单组播队列（SISO）系统可以直接用于MU-MISO系统，它提供了优越的性能，由于其始终稳定的性质。此外，我们观察到，MMF波束成形方案加上CDMA可能对具有良好信道的用户相当不公平。因此，我们提出了一个改进的双缓存，解决了这个问题。我们还提供了理论分析的平均延迟所经历的用户在这样的MU-MISO CCN。
2022-05-08 cs.NI eess.SP
Full-Duplex Multiuser MISO Under Coarse Quantization: Per-Antenna SQNR Analysis and Beamforming Design
Korea Advanced National Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学）
本文提出了一种考虑自干扰和量化的波束成形方法，以提高全双工多用户MISO系统在粗量化下的频谱效率。
2026-01-23 cs.IT eess.SP math.IT
On the Impact of Oscillator Phase Noise in an IRS-assisted MISO TDD System
在这项工作中，我们研究了在IRS辅助系统的乘性相位噪声的影响。我们考虑了一个在基站和用户端都有乘性相位噪声的IRS辅助系统。提出了一种考虑相位噪声的信道估计算法。通过利用所提出的信道估计，我们调查的系统性能在下行链路中，更具体地说，我们推导出遍历容量的封闭形式。仿真结果验证了该闭式表达式的正确性。我们观察到，随着反射元件数量的增加，系统对相位噪声变得更加鲁棒。此外，在上行链路中的加性信道噪声的影响消失的反射元件的数量增长渐近大。
2021-10-10 eess.SP
A Robust Deep Learning-Based Beamforming Design for RIS-assisted Multiuser MISO Communications with Practical Constraints
University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Zhejiang University（浙江大学）
近年来，可重构智能表面（RIS）已成为一种很有前途的技术，以改善无线通信。它通过控制可重构的无源元件，以较少的硬件成本和较低的功耗来引导入射信号，以创造一个良好的传播环境。在本文中，我们考虑了一个RI辅助的多用户多输入单输出下行链路通信系统。我们的目标是最大化的加权和速率的所有用户通过联合优化的主动波束形成在接入点和被动波束形成向量的RIS元素。与大多数现有的作品，我们认为更实际的情况下，离散相移和不完善的信道状态信息（CSI）。具体来说，对于离散相移和理想CSI的情况下，我们首先开发了一个深度量化神经网络（DQNN），同时设计的主动和被动波束形成，而大多数报道的作品设计他们交替。然后，我们提出了一种改进的结构（I-DQNN）的基础上DQNN简化参数的决策过程时，每个RIS元素的控制位大于1位。最后，我们提出的两个DQNN为基础的算法的情况下，离散相移和不完美的CSI被认为是同时。仿真结果表明，这两种基于DQNN的算法在理想CSI情况下具有比传统算法更好的性能，在不理想CSI情况下也具有更好的鲁棒性。
2021-11-12 cs.IT cs.LG eess.SP
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
Robust Symbol-Level Precoding and Passive Beamforming for IRS-Aided Communications
研究了多用户多输入单输出（MISO）通信网络中基于智能反射面（IRS）面板的联合波束形成设计。符号级预编码（SLP）被用来提高系统性能，利用多用户干扰（MUI）与有限的信道不确定性的考虑。联合波束形成设计被配制成一个非凸的最坏情况下的鲁棒规划，以最小化发射功率的信噪比（SNR）的要求。为了解决由于恒模和波束形成器的耦合的挑战，我们首先研究了单用户的情况。具体来说，我们提出并比较两种算法的基础上半定松弛（SDR）和交替优化（AO）的方法，分别。结果表明，基于AO的算法具有低得多的计算复杂性，但具有与基于SDR的算法几乎相同的功率。然后，我们应用AO技术的多用户的情况下，从而开发了一个算法的基础上的近端梯度下降（PGD）方法。该算法可以推广到有限分辨率IRS的情况下，从发射机到用户的直接链路的场景。数值结果表明，SLP可以显着提高系统的性能。同时，3位移相器可以实现接近最佳的功率性能。
2021-08-31 cs.IT eess.SP math.IT
Legitimate against Illegitimate IRSs on MISO Wiretap Channels
在物理层安全中，将低成本的合法智能反射面（IRSs）应用于窃听信道，以提高保密率。在实践中，窃听者也可以部署IRS，即非法IRS，以降低保密率。本文研究了多输入单输出（MISO）窃听信道中发射机、合法IRS和非法IRS之间的相互作用。我们制定了一个最大最小的保密率问题，其中所有的信息是在发送器和接收器。我们的目标是设计一个有效的发射波束形成和相移策略的合法IRS，在最坏情况下的保密率的基础上优化的相移策略的非法IRS。我们提出了三种解决方法的基础上的梯度下降上升（GDA），交替优化（AO），和混合纳什均衡（NE）在战略形式的零和博弈。仿真结果表明，对于连续相移策略，AO通常不能保证收敛，虽然它可能会取得更好的性能比GDA在一些迭代。GDA通常收敛于一个稳定点。离散相移策略改善了AO和GDA的收敛性能，但存在一个具有最高保密率的混合NE。
2022-07-15 cs.ET eess.SP
RIS-assisted Multiuser MISO Transmission and the Impact of Imperfect Channel Estimation
Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC)（加泰罗尼亚理工大学）
本文研究了毫米波频段下多用户MISO系统中RIS与ZF预编码的联合设计，探讨了不完美信道估计对BER的影响，并提出鲁棒的试点传输方案以均衡多用户干扰。
2026-05-12 eess.SP
A Novel SCA-Based Method for Beamforming Optimization in IRS/RIS-Assisted MU-MISO Downlink
在这封信中，我们考虑的基本问题，联合设计的发射波束形成器和智能反射表面（IRS）/可重构智能表面（RIS）的相移，以最大限度地减少发射功率，在个人用户的服务质量的限制，在IRS辅助的多用户多输入单输出下行链路通信系统。特别是，我们提出了一种新的连续凸逼近的二阶锥规划方法，其中所有的优化变量同时更新，在每次迭代。我们提出的方案实现了卓越的性能相比，最先进的基准解决方案。此外，所提出的方案的复杂度是$O(N_{\mathrm s}^{3.5})$，而最先进的基准方案的复杂度是$O(N_{\mathrm s}^{7})$，其中$N_{\mathrm s}$表示IRS处的反射元件的数量。
2022-11-19 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
Joint Symbol-Level Precoding and Reflecting Designs for IRS-Enhanced MU-MISO Systems
智能反射表面（IRSs）通过改变传播环境以成本有效和硬件有效的方式增强无线通信，已经成为一种革命性的解决方案。此外，符号级预编码（SLP）由于其在将多用户干扰（MUI）转化为有用信号能量方面的优势，最近引起了相当大的关注。因此，研究IRS在符号级预编码系统中的应用以通过操纵多用户信道以更有效的方式利用MUI是有意义的。在本文中，我们专注于联合符号级预编码和反射设计的IRS增强的多用户多输入单输出（MU-MISO）系统。功率最小化和服务质量（QoS）的平衡问题。为了解决联合优化问题，我们开发了一种有效的迭代算法，将它们分解为单独的符号级预编码和块级反射设计问题。采用基于梯度投影的算法设计符号级预编码，采用基于黎曼共轭梯度（RCG）的算法解决反射设计问题。仿真结果表明IRS带来了显着的性能改善，并说明了我们提出的算法的有效性。
2021-03-20 eess.SP
IRS-User Association in IRS-Aided MISO Wireless Networks: Convex Optimization and Machine Learning Approaches
针对IRS辅助MISO下行网络中IRS-用户关联、反射与波束成形联合优化的非凸问题，提出凸优化交替求解法，并进一步用CO生成数据训练FNN的ML方法，在性能相当的前提下降低了计算复杂度。
2022-10-29 cs.SY eess.SP eess.SY
Joint Association, Beamforming, and Resource Allocation for Multi-IRS Enabled MU-MISO Systems With RSMA
本文研究了多IRS使能的RSMA MU-MISO系统，提出EIA与OIA两种调度方案，在交替优化框架内结合多种方法优化系统加权和能效，数值结果表明EIA方案及所提算法性能优越。
2024-06-05 eess.SP
Proximal Policy Optimization-based Transmit Beamforming and Phase-shift Design in an IRS-aided ISAC System for the THz Band
本文提出了一种工作在太赫兹（THz）波段的红外辅助集成传感和通信（ISAC）系统，以最大限度地提高系统容量。将发射波束形成和相移设计问题转化为具有遍历约束的通用优化问题。在多用户多输入单输出（MISO）场景下，采用基于梯度的原-对偶近端策略优化（PPO）实现发射波束形成和相移设计的联合优化。具体地说，演员部分产生连续的发射波束形成和批评部分负责离散相移设计。基于MISO场景，我们研究了一个分布式PPO（DPPO）框架，在多用户多输入多输出（MIMO）场景下的多线程学习的概念。仿真结果表明，原始-对偶PPO算法及其多线程版本的发射波束形成和相移设计的有效性。
2022-03-21 cs.IT eess.SP math.IT
A Framework of Robust Transmission Design for IRS-aided MISO Communications with Imperfect Cascaded Channels
智能反射面（IRS）由于其重构信号传播环境的能力，最近被认为是一种很有前途的技术，以提高无线系统的性能。然而，由于IRS处缺乏射频（RF）链，在基站（BS）处获得完美的信道状态信息（CSI）是具有挑战性的。由于现有的信道估计方法大多是针对级联BS IRS用户信道的，本文首次研究了基于发射端不理想级联BS IRS用户信道（CBIUT）的稳健波束形成。具体地说，发射功率最小化的问题，制定下的最坏情况下的有界CSI误差模型的速率约束和统计CSI误差模型下的速率中断概率约束，分别。在利用S-过程逼近最坏情况下的速率约束和利用Bernstein型不等式逼近速率中断概率约束后，重构后的问题可以有效地求解。数值结果表明，CBIUT误差对系统性能的负面影响大于CSI直接误差。
2021-08-07 eess.SP
Secure SWIPT in the Multiuser STAR-RIS Aided MISO Rate Splitting Downlink
本文提出一种基于STAR-RIS辅助的安全SWIPT下行RSMA系统，通过顺序参数凸近似的两步迭代算法优化预编码和STAR-RIS配置，最大化最坏情况总保密速率，显著提升了保密传输速率和频谱效率，且性能优于OMA和NOMA。
2024-06-02 cs.IT eess.SP math.IT
Soft Demodulator for Symbol-Level Precoding in Coded Multiuser MISO Systems
针对编码多用户MISO系统中符号级预编码信号的非高斯分布，提出改进高斯、高斯混合模型及基于Transformer的神经软解调器，显著提升吞吐量。
2023-10-16 eess.SP
