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
Exploiting Reconfigurable Intelligent Surfaces in Edge Caching: Joint Hybrid Beamforming and Content Placement Optimization
边缘缓存可以有效地减少核心网的回程负担，提高无线边缘节点的服务质量。然而，当卸载链路处于深度衰落时，边缘缓存的有益作用不能完全实现。幸运的是，无线传播环境引起的损伤可以通过可重构智能表面（RIS）来修复。本文提出了一种新的RIS辅助边缘缓存系统，其中网络成本最小化问题，制定优化内容放置在缓存单元，主动波束形成在基站和被动相移在RIS。在将内容放置子问题与混合波束形成设计解耦后，我们提出了一种交替优化算法来解决主动波束形成和被动相移问题。对于主动波束形成，我们将问题转化为半定规划（SDP），并证明了SDP的最优解总是秩1。对于被动相移，我们引入块坐标下降法交替优化辅助变量和RIS相移。在此基础上，提出了一种基于流形优化的共轭梯度算法来处理非凸单位模约束。数值结果表明，我们的RIS辅助边缘缓存设计可以有效地降低回程容量和功耗方面的网络成本。
2020-11-07 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
Fluid Reconfigurable Intelligent Surfaces: Joint On-Off Selection and Beamforming with Discrete Phase Shifts
本文提出流体可重构智能表面（FRIS）范式，通过动态选择子单元实现位置重构，联合优化单元选择与离散相移以最大化SU-SISO系统可达速率，基于CEO框架设计迭代算法，仿真显示其性能显著优于传统RIS。
2025-03-18 cs.IT math.IT
Fluid Reconfigurable Intelligent Surface with Element-Level Pattern Reconfigurability: Beamforming and Pattern Co-Design
本文提出方向图可重构流体可重构智能表面（FRIS）框架，通过球面谐波正交分解建模并联合设计波束成形与方向图，显著提升了多用户通信系统性能。
2025-08-13 cs.IT 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
Beamforming Through Reconfigurable Intelligent Surfaces in Single-User MIMO Systems: SNR Distribution and Scaling Laws in the Presence of Channel Fading and Phase Noise
我们考虑一个衰落信道中，多天线发射机与多天线接收机通过可重构智能表面（RIS），这是由$N$可重构被动散射受损的相位噪声通信。发射机处的波束形成向量、接收机处的组合向量以及$N$散射体的相移被优化，以便最大化接收机处的信噪比（SNR）。通过假设瑞利衰落（或视线传播）的发射机RIS链路和瑞利衰落的RIS接收机链路上，我们证明了SNR是一个随机变量，相当于在分布的产品的三个（或两个）独立的随机变量，其分布近似由两个（或一个）伽马随机变量和两个缩放的非中心卡方随机变量的总和。建议的分析框架，使我们能够量化的鲁棒性的RIS辅助传输衰落信道。例如，我们证明了发射机-RIS-接收机信道上经历的衰落量随$N$线性减小。这证明了大尺寸的RISs可以有效地用于使衰落不那么严重并且无线信道更可靠。
2020-05-15 cs.IT 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
Opportunistic Beamforming using an Intelligent Reflecting Surface Without Instantaneous CSI
虽然智能反射面（IRS）辅助无线通信已成为一个重要的研究范式，信道状态信息（CSI）的获取仍然是一个关键的挑战，设计的IRS相移，并产生承诺的相干波束形成增益。在本文中，我们提出了一个IRS辅助的机会波束形成（OBF）方案下的比例公平调度，它不需要瞬时CSI设计的IRS参数。在慢衰落环境中，我们表明，只有在IRS随机旋转，所提出的方案可以利用多用户（MU）分集效应，以接近相干波束形成的性能，随着用户数量的增长大。接下来，我们研究了在相关瑞利快衰落环境下的确定性波束形成方案，结果在一个相当大的和速率改善的IRS辅助OBF的和速率缩放。
2020-09-08 cs.IT 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
Overhead-Aware Design of Reconfigurable Intelligent Surfaces in Smart Radio Environments
可重构智能表面已成为未来无线网络的一项有前途的技术。考虑到通常使用大量反射元件，并且表面没有信号处理能力，主要挑战是应对估计信道状态信息和向表面报告优化相移所需的开销。这个问题还没有解决以前的作品，没有明确考虑在资源分配阶段的开销。本文的工作旨在填补这一空白，开发一个开销感知的资源分配框架的无线网络中，可重构的智能表面用于提高通信性能。一个开销模型的开发和纳入系统的速率和能源效率，然后优化相对于可重构智能表面的相移，发送和接收滤波器，以及用于通信和反馈阶段的功率和带宽的表达式。同时，还实现了速率和能量效率的双目标最大化。所提出的框架允许表征优化的无线电资源和网络中的可重构智能表面的相关开销之间的权衡。
2020-09-20 cs.IT 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
Joint Active and Passive Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided Multiuser MIMO Communications
研究了智能反射面（IRS）辅助多用户多输入多输出系统中以加权和速率最大化为目标的主被动波束联合优化问题。我们表明，这个问题可以通过矩阵加权均方误差最小化等价解决。特别地，对于无源IRS波束形成的优化，我们首先提出了一种基于流形优化的具有优良性能的迭代算法。通过使用矩阵分式规划技术，以获得一个更容易处理的目标函数，然后我们提出了一个低复杂度的优化-最小化方法的基础上。数值结果验证了我们所提出的算法的收敛性和显着的性能改善的通信场景没有IRS的援助。
2021-01-27 cs.IT math.IT
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
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
Tri-Hybrid Beamforming for Radiation-Center Reconfigurable Antenna Array: Spectral Efficiency and Energy Efficiency
本文针对辐射中心可重构天线阵列提出三混合波束成形架构，通过三环交替优化及两种分式规划方案分别最大化频谱效率与能量效率，在降低计算复杂度的同时保持性能。
2025-08-21 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
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
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
On The Optimal Number of Reflecting Elements for Reconfigurable Intelligent Surfaces
这项工作考虑了一个点到点的链接，可重新配置的智能表面协助发送器和接收器之间的通信。相对于智能表面的可单独调节的元件的数量，优化系统速率、能量效率和它们的权衡。资源分配考虑通信阶段和由于信道估计以及向智能表面报告优化的资源分配而引起的开销。数值结果证实了所提出的方法的最优性，并显示了可重构智能表面的潜在收益。
2020-07-15 cs.IT math.IT math.OC
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
Reconfigurable Intelligent Surface-Empowered MIMO Systems
本文展望了可重构智能表面（RIS）在未来MIMO系统中的应用优势，并指出了后续研究方向。
2023-04-12 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
Minimization of Secrecy Outage Probability in Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted MIMOME System
本文研究了可重构智能表面（RIS）辅助的多输入多输出多天线窃听（MIMOME）信道中的物理层安全（PLS）问题。现有的研究忽略了当窃听者的瞬时信道状态信息（CSI）未知时无法计算保密率的问题。此外，没有保密率表达式，波束形成和移相器优化PLS增强的目的是不可用的。为了解决这些问题，我们首先给出了任何波束形成向量和相移矩阵的秘密中断概率的表达式作为RIS辅助PLS度量，该度量是基于窃听者的统计CSI测量的。然后，借助该表达式，我们制定了保密中断概率的最小化问题，通过交替优化波束形成向量和相移矩阵来解决。在单天线发射机或单天线合法接收机的情况下，所提出的交替优化（AO）方案可以被简化以降低计算复杂性。最后，它表明，与目前的RIS辅助PLS系统相比，所提出的方法的保密中断概率显着降低。
2022-04-30 cs.IT math.IT
Joint Beamforming and Phase Optimization in a Multi-user Communication System Composed of Dual Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）已成为未来无线通信系统中近距离通信网络的有用工具。本文采用可重构智能表面（RIS）进行下行多用户通信，旨在提高能量收集性能，同时满足无线信息和功率传输（WIPT）。设计的系统由一个多天线辅助基站（BS）和两个相对的多天线辅助信息接收机（RIS）组成的IRS辅助系统组成，RIS作为能量接收机（ER），满足能量收集的要求。基于可重构智能表面的电磁特性，将两块可重构智能表面贴在城市建筑物上，使其像两面相对的镜子一样反射发射信号。多天线辅助基站（BS）的发射预编码和多天线辅助信息接收器（IR）的角相位转移矩阵需要一起优化，以最大化IoT设备的能量收集，从而实现IR系统的能量效率（EE），并为用户提供接收信号的效率。为了有效地解决联合优化问题，将非凸最大化问题转化为基于均方的等价形式误差方法，最后采用迭代算法进行优化。在算法上，分别采用均方误差方法、半定松弛技术对发射波束形成矩阵进行简化，并对矩阵进行相移。通过对仿真数据的观察，可以得出基于RIS的软件无线电性能优化方法是有效的。
2021-02-01 cs.IT cs.SI math.IT
Joint Beamforming Design for Multiuser MISO Downlink Aided by a Reconfigurable Intelligent Surface and a Relay
可重构智能表面（RIS）由于其可控的散射元件，能够引导电磁波到所需的方向，最近引起了相当大的关注。虽然RISs与继电器有一些相似之处，但两者有影响其性能的根本差异。为了利用中继和RIS的优点，本文提出了一种多用户通信系统，其中中继和RIS合作，以提高性能的能量效率。使用奇异值分解（SVD），半定规划（SDP），和函数逼近，我们提出了不同的解决方案，用于优化波束形成矩阵在基站（BS），中继，并在RIS的相移，以最大限度地减少总发射功率的服务质量（QoS）的约束。当继电器工作在半双工和全双工模式时，以及当反射元件具有连续和离散相移时，该问题在不同的情况下得到解决。仿真结果提供了在全双工和半双工模式下，在不同的优化方案下，系统的性能进行比较，与没有RIS或中继。结果表明，全双工中继与RIS协作的系统性能优于其他所有方案，且全双工中继的贡献高于RIS。然而，当所需的QoS高时，RIS比半双工中继执行得更好。结果还表明，增加RIS反射元件的数量在中继器存在的情况下比在没有中继器的情况下更好地提高性能。
2021-04-30 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted mmWave multi-UAV Wireless Cellular Networks
无人机（UAV）为网络部署带来了很大的灵活性。然而，无人机具有高机动性和不稳定性。为了提高无人机网络的容量和可靠性，可以在系统中使用毫米波（mmWave）和可重构智能表面（RIS）。在本文中，我们考虑了一个RIS-assisted毫米波无人机无线蜂窝网络，无人机服务于多个用户的帮助下，多个RISs。我们联合优化部署，用户调度，波束成形向量，和RIS阶段，以最大化的和速率，与最小速率，无人机的运动，模拟波束成形的约束，和RIS阶段。为了解决这个复杂的问题，我们使用迭代法，当我们优化一个变量时，我们固定其他三个变量。在优化部署时，采用球面搜索法寻找无人机的最优位置。然后，我们制定了一个混合整数非线性问题（MINLP），以找到最佳的调度。空间分支定界（SBNB）方法被用来解决MINLP。在优化波束形成矢量和RIS相位时，我们提出了一种迭代算法，该算法依赖于速率和最大化与加权均方误差和最小化之间的等价性（sum-WMMSE）。针对模拟波束形成和RIS相位的恒模约束，采用多数最小化方法进行处理。所提出的联合优化提供了显着的优势，系统没有波束成形和RIS相位优化和系统没有部署优化。此外，RIS可以补偿由于阻塞而造成的吞吐量损失，特别是在低飞行高度。
2021-08-06 cs.IT math.IT
A Primer on Near-Field Beamforming for Arrays and Reconfigurable Intelligent Surfaces
无线通信系统几乎专门在天线和天线阵列的远场中操作，其传统特征在于具有超过夫琅和费距离的传播距离。这是自然的，因为夫琅和费距离通常只有几个波长。随着物理上大的有源阵列和无源可重构智能表面（RIS）的出现，发射器或接收器位于单个阵列/表面元件的Fraunhofer距离和整个阵列的Fraunhofer距离之间是合理的。然后，RIS可以被配置为将入射波形朝向表面的辐射近场中的点反射，从而产生具有有限深度的光束，或者作为具有无限远焦点的常规角度光束，这仅导致远场中的放大。为了了解这些不同的选择是可行的，近场行为的准确表征是必要的。在本文中，我们重新审视了夫琅和费距离背后的动机和近似，并表明它不是确定近场聚焦何时可能的正确度量。我们得到的距离范围有限的深度波束成形是可能的，波束成形增益逐渐减少的距离。
2021-12-08 cs.IT eess.SP math.IT
Localization and Discrete Beamforming with a Large Reconfigurable Intelligent Surface
针对大型RIS近场定位的空间非平稳性及离散波束成形指数复杂度问题，提出分区远场协议、FPB算法和两阶段由粗到精定位算法，实现中高信噪比下厘米级定位精度。
2023-12-19 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation and Beamforming for Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文针对BD-RIS辅助多天线系统，提出基于最小二乘的信道估计策略及联合导频序列与BD-RIS设计，保证最小均方误差，并给出两种场景下的波束赋形算法，仿真验证了其有效性。
2024-06-10 cs.IT eess.SP math.IT
Bit Error Rate Analysis for Reconfigurable Intelligent Surfaces with Phase Errors
在本文中，我们分析了可重构智能表面（RIS）使能通信系统的量化信道相位补偿在瑞利衰落信道的错误概率。推导了接收信号幅度的概率密度和特征函数，并用于计算出错率的精确表达式。所得到的表达式是通用的，因为它们适用于任意数量的反射元件N和量化级别L。我们引入了一个精确的渐近分析，在高信噪比（SNR）制度，从我们证明，特别是，多样性的顺序是N/2时，L=2和N时，L >2。理论框架和研究结果进行了验证与蒙特卡洛模拟的帮助。
2021-01-08 cs.IT math.IT
Multi-Antenna Relaying and Reconfigurable Intelligent Surfaces: End-to-End SNR and Achievable Rate
在这份报告中，我们总结了端到端的信噪比和速率的半双工，全双工，放大和转发，解码和转发中继辅助通信，以及信噪比和速率的新兴技术称为可重构智能表面。
2019-08-31 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Interference Channels Assisted by Reconfigurable Intelligent Surfaces: Mutual Coupling Aware Sum-Rate Optimization Based on a Mutual Impedance Channel Model
研究了多用户多输入多输出干扰网络中存在多个可重构智能表面的问题。整个系统是通过使用一个基于电路的模型的发射机，接收机和RIS。这是通过利用互阻抗的电磁工具来获得的，互阻抗解释了信号传播和紧密间隔的散射元件之间的互耦合。提出了一种迭代的、可证明收敛的优化算法，该算法最大化RI辅助多用户干扰信道的和速率。数值结果表明，在优化阶段考虑单元间的互耦，可以提高和速率。
2021-02-14 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface based Multi-user Communications: Achievable Rates with Limited Discrete Phase Shifts
可重构智能表面（Reconfigurable intelligent surface，RIS）通过控制反射波在表面的相移来创造良好的传播条件，从而增强无线传输，近年来引起了研究界的广泛关注。在本文中，我们研究了一个下行链路多用户系统中，从一个多天线基站（BS）到各个用户的传输是通过RIS反射的入射信号的BS对用户。与大多数现有的作品，我们考虑的实际情况下，只有有限数量的离散相移可以实现的有限大小的RIS。基于基站和用户之间通过RIS的反射主导的一跳传播模型，提出了一种混合波束形成方案，并制定了和速率最大化问题。具体而言，连续数字波束形成和离散的基于RIS的模拟波束形成分别在BS和RIS，并设计了一种迭代算法来解决这个问题。理论分析和数值验证均表明，通过合理设置RIS的大小和少量的离散相移，基于RIS的系统可以获得良好的和速率性能。
2019-10-31 cs.ET cs.IT eess.SP
Design and Optimization of Reconfigurable Intelligent Surfaces Using the PEEC Method
本工作提出将PEEC方法作为RIS辅助无线链路电磁分析的强大工具，并可与优化算法集成以优化无线通信网络。
2024-04-28 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces for Energy Efficiency in D2D Communication Network
在这封信中，联合功率控制的D2D用户和被动波束成形的可重构智能表面（RIS）的RIS辅助设备到设备（D2D）通信网络的研究，以最大限度地提高能源效率。该非凸优化问题分为两个子问题，即无源波束形成和功率控制。两个子问题交替优化。首先，我们解耦的基础上的拉格朗日对偶变换的RIS的无源波束形成。这个问题是用分式规划来解决的。然后利用Dinkelbach方法对功率控制进行优化。通过迭代求解这两个子问题，我们得到了联合优化问题的一个次优解。数值实验结果验证了该算法的有效性，可以显著提高D2D网络的能量效率。
2020-06-18 cs.IT eess.SP math.IT
GMD-Based Hybrid Beamforming for Large Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Millimeter-Wave Massive MIMO
可重构智能表面（RIS）被认为是一种节能的方法来重塑无线环境，以提高吞吐量。它的无源特性大大降低了能源消耗，这使得RIS成为实现未来智慧城市的一项有前途的技术。现有的RIS波束成形设计主要集中在优化单载波系统的频谱效率。为了避免MIMO系统中不同空间域子信道上复杂的比特分配问题，本文提出了一种基于几何均值分解的波束形成算法，该算法适用于RIS辅助的毫米波（mmWave）混合MIMO系统，使得空间域中多个并行数据流可以被认为具有相同的信道增益。具体地说，通过利用毫米波大规模MIMO信道在不同子载波上的共同角域稀疏性，利用同步正交匹配追踪算法从过采样2D-DFT码本中获得最佳多波束。此外，通过仅利用与视线（LoS）信道相关联的到达角和离开角，我们进一步通过最大化LoS信道的阵列增益来设计RIS的移相器。仿真结果表明，该方案可以获得更好的BER性能比传统的方法。我们的工作是一个初步的尝试，讨论了宽带混合波束赋形的RIS辅助毫米波混合MIMO系统。
2020-01-17 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces Empowered Cooperative Rate Splitting with User Relaying
协作速率分割（CRS）是建立在速率分割多址接入（RSMA）和机会用户中继基础上的一种传输策略，可以提高多天线广播信道的用户公平性和频谱效率。为了进一步提高其性能，CRS和可重构智能表面（RIS）的相互作用进行了研究。提出了一种新的基于RIS的CRS传输框架，并研究了相应的资源分配问题，以最大化用户间的最小速率。然后，提出了一种替代的优化算法来迭代地优化发射波束成形、公共速率分配和RIS阶段。数值结果表明，所提出的RIS辅助CRS传输框架显着提高频谱效率相比，其非合作的同行和其他计划没有RIS。
2022-08-08 cs.IT math.IT
Flexible Coupler Array with Reconfigurable Pattern: Mechanical Beamforming and Digital Agent
University of Waterloo（滑铁卢大学）；Xidian University（西安电子科技大学）
本文提出了一种可重构图案的柔性耦合器阵列，结合机械波束成形和数字代理技术，通过双时间尺度优化提升通信性能和覆盖范围。
2026-02-23 cs.IT math.IT
Statistical CSI Based Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided MISO Systems with Channel Correlation
针对相关信道下 RIS 辅助 MISO 下行系统，本文基于 S-CSI 联合设计 AP 与 RIS 波束成形，提出 SVD-GD 和 FP-GD 算法以最大化和 ESE，并验证 2 比特相移量化已足够。
2023-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface With Energy Harvesting Assisted Cooperative Ambient Backscatter Communications
采用可重构智能表面（RIS）辅助后向散射发射机，可以提高协作环境后向散射通信（CABC）的性能。由于RIS功耗是一个不可忽略的问题，我们考虑一个RIS辅助CABC系统，其中RIS与能量收集电路不仅可以反射信号，而且还可以收集无线能量。我们研究的传输设计问题，以尽量减少RIS的功耗与服务质量的约束，主动和反向散射传输。该优化问题是一个混合整数非凸规划问题，是NP-困难的。针对这一问题，提出了一种基于块坐标下降、半定松弛和乘子交替方向法的算法。仿真结果验证了该算法的有效性。
2022-09-07 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Full-Duplex mmWave MIMO: Channel Estimation, Passive and Hybrid Beamforming
毫米波（mmWave）全双工（FD）是一种很有前途的技术，可以通过最大限度地利用时间和丰富的毫米波频率资源来提高容量。尽管如此，由于FD自干扰（SI）和毫米波的有限覆盖范围，它仍然受到限制。因此，本研究在可重构智能表面（RIS）的帮助下深入研究FD毫米波MIMO，以提高容量。首先，我们证明了在远场平面波前假设下，FD天线阵列的角域互易性。因此，提出了一种用于联合下行链路-上行链路（DL-UL）信道估计的策略。为了估计SI信道、直接信道和级联信道，分别提出了基于Khatri-Rao乘积的压缩感知（KR-CS）、分布式压缩感知（D-CS）和基于两阶段多测量向量的D-CS（M-D-CS）框架。此外，我们提出了一种基于角域级联通道的无源波束形成优化方案。针对混合波束形成结构，提出了一种新的混合加权最小均方误差信号干扰消除方法（H-WMMSE-SIC）。仿真已经揭示，与单独的DL/UL信道估计相比，联合DL-UL处理显著地提高了估计性能。特别是，当干扰噪声比小于35 dB时，我们提出的H-WMMSE-SIC提供了与全数字WMMSE-SIC相当的频谱效率性能。最后，分析了所提方法的计算复杂性。
2023-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Wireless Transmission for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Full Duplex Systems
这封信认为，在可重构智能表面（RIS）辅助全双工（FD）系统的安全通信。FD基站（BS）在存在窃听者的情况下在RIS的辅助下在相同的时间-频率维度上同时服务上行链路（UL）用户和下行链路（DL）用户。此外，人工噪声（AN）也被用来干扰窃听者的信道。我们的目标是通过联合优化发射波束成形，接收波束成形和AN协方差矩阵在BS，和被动波束成形在RIS的UL和DL用户的总和保密率最大化。为了处理非凸问题，我们将其分解成易于处理的子问题，并提出了一个有效的算法交替优化框架的基础上。具体地说，接收波束形成推导为一个封闭的形式的解决方案，而其他变量，通过使用半定松弛（SDR）方法和逐次凸逼近（SCA）算法获得。仿真结果表明，我们所提出的方案相比，其他基线计划的优越性能。
2022-09-25 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Analysis and Design for Wideband THz Reconfigurable Intelligent Surface Communications
本文针对宽带太赫兹RIS通信中的波束分裂问题，提出联合优化混合波束成形、时间延迟和反射系数的方案，有效缓解波束分裂并提升系统容量。
2023-06-23 cs.IT eess.SP math.IT
Phase Shift-Free Passive Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）辅助通信最近出现作为一个改变游戏规则的技术，下一代无线通信由于其前所未有的能力，以改革传播环境。使用RIS的主要方面之一是利用所谓的无源波束形成（PB），其通过调整各个RIS元件的反射系数（主要是相移）来执行。然而，实际上，这种单独的相移调整与硬件实现中的许多问题相关联，限制了RIS可实现的增益。在本文中，我们提出了一种低成本，相移免费和新的PB计划，只有优化的开/关状态的RIS元件，而固定其相移。所提出的PB计划示出实现相同的缩放定律（二次增长的RIS大小）的信号-噪声比在经典的基于相移的PB计划，然而，与空间相关性和相位误差的敏感性低得多。我们提供了一个统一的数学分析，所提出的PB计划的性能特征，并获得考虑的RIS辅助系统的中断概率。基于所提供的计算机模拟，所提出的PB计划被证明有一个明显的优越性，在不同的性能指标下的经典之一。
2022-08-20 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-User Opportunistic Beamforming using Reconfigurable Surfaces
多用户（MU）分集通过在其信道接近其峰值时调度用户进行传输来产生和速率增益。在基站（BS）处用于调度所需的唯一信息是用户的信噪比（SNR）。MU分集增益在具有视线（LoS）信道分量和/或空间相关性的环境中受到限制。为了补救这一点，以前的作品已经提出了机会波束成形（OBF），使用多个天线在BS发送相同的信号，由时变增益调制，在每个时隙的最佳用户。在本文中，我们提出了可重构表面（RS）辅助OBF增加的范围内的信道波动在单天线广播信道（BC），机会调度（OS）策略实现的总和速率容量。RS被抽象为被动反射元件的阵列，并且是哑的，在这个意义上，它只在入射电磁波上引起随机相移，而不需要任何信道状态信息。我们开发的总和速率缩放定律下瑞利，莱斯和相关瑞利衰落，并表明，RS辅助OBF只有一个单天线BS优于多天线BS辅助OBF。我们还将我们的结果扩展到OFDMA系统和多天线BC。
2019-12-15 cs.IT eess.SP math.IT
Configuring Intelligent Reflecting Surface with Performance Guarantees: Optimal Beamforming
这项工作提出了线性时间策略，以优化配置的智能反射表面（IRS）的反射元件的相移。具体来说，我们表明，二进制相位波束形成可以在线性时间内最佳地解决，以最大限度地提高接收的信噪比（SNR）。对于一般的K进制相位波束形成，我们开发了一种线性时间近似算法，该算法保证性能在全局最优值的恒定分数（1+ \cos（π/K））/2内，例如，对于K=4的正交波束形成，它可以获得85%以上的最佳性能。数值结果表明，本文提出的离散IRS波束形成近似算法在提高接收信噪比方面明显优于现有算法。
2021-12-04 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming in Integrated Sensing and Communication Systems with Reconfigurable Intelligent Surfaces
我们考虑在可重构智能表面（RIS）辅助的通感一体化（ISAC）系统中的发射波束形成和反射图案设计，以联合预编码通信符号和雷达波形。我们对待多个用户和目标的两个设置。在第一个，我们使用一个单一的RIS，以提高ISAC系统的通信性能和设计具有良好的互相关特性的波束，以匹配所需的波束图案，同时保证所需的信号与干扰加噪声比（SINR）为每个用户。在第二种设置中，我们使用两个专用的RIS来辅助ISAC系统，其中光束被设计为最大化最坏情况下的目标照明功率，同时保证每个用户的期望SINR。我们提出了基于交替优化的求解器，因为这两种情况下的设计问题都是非凸优化问题。通过大量的数值模拟，我们证明了RIS辅助ISAC系统的优势。特别是，我们表明，建议单RIS辅助ISAC系统提高了最小用户SINR，同时遭受适度的损失，雷达目标照射功率。另一方面，双RIS辅助的ISAC系统改善了最小用户SINR以及目标处的最坏情况的目标照明功率，特别是当用户和目标不直接可见时。
2022-06-15 cs.IT eess.SP math.IT
Precoding and Beamforming Design for Intelligent Reconfigurable Surface-Aided Hybrid Secure Spatial Modulation
智能反射面（IRS）是一种由大量低成本、参数可重构的无源器件组成的无线通信新兴技术，能够反射具有一定相移的信号，能够构建可编程的通信环境。为了避免空间调制（SM）中的高硬件开销和能量消耗，提出了一种基于混合预编码器的IRS辅助混合安全SM（SSM）系统。为了提高安全性能，我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高保密率（SR），通过联合优化IRS和混合预编码在发射机的波束成形。考虑到SR没有封闭形式的表达，近似SR（ASR）的表达式推导出的目标函数。为了提高超分辨率性能，提出了三种IRS波束形成方法：IRS交替方向乘法器法（IRS-ADMM）、IRS块坐标上升法（IRS-BCA）和IRS半定松弛法（IRS-SDR）。对于混合预编码设计，提出了近似保密率逐次凸近似（ASR-SCA）方法和截止率梯度上升（COR-GA）方法。仿真结果表明，所提出的IRS-SDR和IRS-ADMM波束形成器收获了实质性的SR性能增益IRS-BCA。特别是，IRS-ADMM和IRS-BCA与IRS-SDR相比，在性能损失较小的情况下，具有较低的复杂度。对于混合预编码，所提出的ASR-SCA在高发射功率区域的性能优于COR-GA。
2023-02-15 cs.IT eess.SP math.IT
On the Optimality of Reconfigurable Intelligent Surfaces (RISs): Passive Beamforming, Modulation, and Resource Allocation
可重构智能表面（RISs）是近年来兴起的一种新兴技术，通过集成大量低成本的无源反射元件，可以实现未来无线网络的高频谱效率和高能效。RIS可以操纵入射波的特性，例如频率、振幅和相位，然后将该操纵的波反射到期望的目的地，而不需要复杂的信号处理。本文分析了实际RIS环境下下行RIS系统可达速率的渐近最优性及其局限性。特别地，在有限的RIS控制链路和实际反射系数下，设计了一种通过控制入射波特性来实现渐近最优性能的无源波束形成器。为了提高系统的和速率，提出了一种在不干扰现有用户的情况下，可用于RIS系统的调制方案，并推导了该调制方案的平均误符号率。此外，一个新的资源分配算法，联合考虑用户调度和功率控制，在考虑所提出的被动波束形成和调制方案。仿真结果表明，在存在大量RIS反射单元的情况下，所提出的方案与其上界非常接近，从而验证了实际RIS中可达到的速率满足渐近最优性。
2021-02-04 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Assisted NOMA Empowered Integrated Sensing and Communication
本文利用可重构智能表面（RIS）的潜力，以提高雷达感知的非正交多址接入（NOMA）授权的综合传感和通信（NOMA-ISAC）网络。目标是通过联合优化有源波束形成、功率分配系数和无源波束形成，最大化最小雷达波束方向图增益。为了解决非凸问题，我们提出了一个有效的联合优化算法调用交替优化，连续凸近似（SCA）和顺序秩一约束松弛（SRCR）算法。数值结果表明，所提出的RIS辅助NOMA-ISAC系统，与所提出的方案的援助，优于RIS辅助ISAC系统没有NOMA。
2022-09-28 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Enhanced NOMA Assisted Backscatter Communication System
研究了一种可重构智能表面（RIS）增强型非正交多址辅助后向散射通信（RIS-NOMABC）系统。建立了功率反射系数和相移的联合优化问题。针对这一非凸问题，结合交替优化、逐次凸逼近和流形优化算法，提出了一种低复杂度的求解算法。数值结果证实了所提出的RIS-NOMABC系统的性能优于无RIS的传统非正交多址辅助后向散射通信（NOMABC）系统，证明了所提出算法的可行性和有效性。
2020-12-18 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Over-the-Air Computation
空中计算（AirComp）是一种能够在物联网（IoT）网络中实现快速数据聚合的有前途的技术。AirComp的均方误差（MSE）性能受到不利信道条件的影响。这种限制可以通过部署可重新配置的智能表面（RIS），重新配置的传播环境，以促进接收功率均衡来缓解。RIS的可实现性能依赖于准确的信道状态信息（CSI）的可用性，然而，通常很难获得。在本文中，我们考虑了一个基于RIS的AirComp物联网网络，其中接入点（AP）聚合来自分布式设备的感知数据。在不假设任何先验知识的基础上的信道分布，我们制定了一个随机优化问题，以最大限度地提高概率的MSE低于一定的阈值。制定的问题原来是非凸和高度棘手的。为此，我们提出了一种数据驱动的方法来联合优化接收波束成形矢量在AP和相位偏移矢量在RIS的基础上的历史信道实现。在采用S型函数对目标函数进行平滑处理后，提出了一种收敛速度快的交替随机方差约减梯度（SVRG）算法来求解该问题。仿真结果证明了该算法的有效性和部署RIS在降低MSE中断概率方面的重要性。
2020-09-16 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
