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
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
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 Operation under Predictable Receiver Mobility: A Continuous Time Propagation Model
研究了智能反射面（IRS）在可预测接收机迁移率下的工作情况。我们开发了一个连续时间系统模型的多径信道和讨论的最佳IRS配置接收功率，多普勒扩展，和延迟扩展。结果表明，接收功率可以最大化，而不增加多普勒扩展的系统。在一个数值的案例研究中，我们表明，一个IRS的大小只有两个大的广告牌，可以提高地面低地球轨道（LEO）卫星链路的链路预算高达6分贝。它还增加了第二条几乎同等强度的通信路径，提高了链路的可靠性。
2020-08-21 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
Intelligent Reflecting Surface Aided Multiple Access: Capacity Region and Deployment Strategy
智能反射面是一种通过智能可控的信号反射来控制无线传播信道的新技术。在本文中，我们研究了多址接入信道（MAC）的容量区域，两个用户发送独立的消息到一个接入点（AP），辅助$M$ IRS反射元素。我们考虑两个实际的IRS部署策略，导致不同的用户AP有效的信道，即，分布式部署的$M$反射元素形成两个IRS，每个部署在一个用户附近，与集中式部署的所有$M$反射元素部署在AP附近。对于分布式部署，我们推导出封闭形式的容量区域;而对于集中式部署，我们推导出一个容量区域的外边界，并提出了一个有效的速率配置文件为基础的方法来表征可实现的速率区域（或容量区域内边界）。此外，我们比较了两种情况下的容量区域，并得出有益的见解IRS在实际系统中的最佳部署。
2020-02-17 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
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
Intelligent Reflecting Surface Enhanced D2D Cooperative Computing
本文研究了一种设备到设备（D2D）协同计算系统，在该系统中，用户可以借助智能反射表面（IRS）将其部分计算任务卸载给附近的空闲用户。我们建议通过联合优化IRS的计算任务分配、发射功率、带宽分配和相位波束形成来最小化总计算延迟。为了解决这个问题，我们设计了一个交替优化算法，保证收敛。特别是，任务分配策略推导出封闭形式的表达，而相位波束形成优化，利用半定松弛（SDR）方法。数值结果表明，IRS增强的D2D协同计算方案可以实现更低的计算延迟相比，传统的D2D协同计算策略。
2021-03-23 cs.IT eess.SP math.IT
Still Waters Run Deep: Extend THz Coverage with Non-Intelligent Reflecting Surface
本文提出利用低成本、易部署的非智能反射面（NIRS）通过丰富的反射和散射来增强太赫兹非视距区域的覆盖能力，并与智能反射面（IRS）进行系统比较，结合实验结果验证其有效性，同时展望了未来研究方向。
2023-07-11 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Latency and Secure Computation Offloading Assisted by Hybrid Relay-Reflecting Intelligent Surface
最近，混合中继反射智能表面（HRRIS）已被引入作为频谱和能量有效的架构，以协助无线通信系统。在HRRIS中，单个或几个有源中继元件与大量无源反射元件一起部署，使其不仅反射而且放大入射信号。在这项工作中，我们研究了HRRIS在单用户移动边缘计算系统中帮助计算卸载的潜力。目标是最小化卸载延迟，同时确保用户数据的保密性以防止恶意窃听者。我们开发有效的解决方案，这个延迟最小化问题的基础上交替优化。通过数值计算结果，我们表明，部署的HRRIS可以导致在相当大的减少延迟。此外，HRRIS提供的延迟减少增益比传统的可重构智能表面（RIS）更显着。
2021-09-03 cs.IT eess.SP math.IT
Fairness Optimization of RSMA for Uplink Communication based on Intelligent Reflecting Surface
本文提出一种IRS辅助上行RSMA方案，通过最大最小公平性优化及连续组解码算法，提升上行通信的公平性。
2023-09-06 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave MIMO Systems
智能反射表面（IRSs）被认为是未来毫米波（mmWave）无线通信的有前途的使能者，因为它们能够创建有利的视线（LoS）传播环境。在本文中，我们研究了在下行链路IRS辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统的信道估计。通过利用毫米波信道的稀疏性，我们将信道估计问题表示为固定秩约束的非凸优化问题。为了解决非凸性，提出了一种有效的算法，利用交替极小化和流形优化（MO），它产生一个局部最优解。仿真结果表明，所提出的基于MO的估计（MO-EST）算法显着优于两个基准计划，并证明了MO-EST算法的鲁棒性方面的不完善的知识的稀疏水平的信道在实际实现中。
2020-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Vehicle Surface: A Novel IRS Paradigm for Moving Vehicular Networks
智能反射表面（IRS）由于其具有高光谱和高功率效率的潜力，近年来受到研究界的广泛关注。除了传统的蜂窝网络之外，还考虑了IRS在车辆网络中的使用。以前的IRS辅助车辆到一切通信的工作集中在沿道路的建筑物的立面上部署反射表面，以增强侧链路性能。本文超越了现有的技术水平，提出了一种新的范例创造的智能反射车辆表面（IRVS）。它在车辆表面嵌入大量反射元件，以帮助军事和紧急通信中的移动车辆网络。我们提出了一种替代的优化方法，以优化联合主动波束形成在基站和被动反射在多个随机分布的车辆表面。根据连续、离散和随机相移下的和频谱效率进行了性能评估。数值结果表明，IRVS可以大大提高移动车辆网络的容量。
2023-03-15 cs.IT eess.SP math.IT
Exploiting Movable Elements of Intelligent Reflecting Surface for Enhancement of Integrated Sensing and Communication
本研究提出利用智能反射面（IRS）可移动单元增强集成感知与通信（ISAC）系统性能，针对单/多用户场景分别设计单元位置优化方案，仿真验证其可提升通信速率、感知精度并拓宽覆盖范围。
2025-07-31 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Reinforcement Learning for Intelligent Reflecting Surfaces: Towards Standalone Operation
智能反射表面（IRSs）具有良好的覆盖范围和光谱效率增益，正引起越来越多的关注。然而，为了在实践中实现这些表面，需要解决几个挑战。这些主要挑战之一是如何在这些无源表面上配置反射系数，而不需要大量的信道估计或波束训练开销。早期的工作建议利用监督学习工具来设计IRS反射矩阵。虽然这种方法具有减少波束训练开销的潜力，但它需要收集用于训练神经网络模型的大型数据集。在本文中，我们提出了一种新的深度强化学习框架，用于以最小的训练开销预测IRS反射矩阵。仿真结果表明，所提出的在线学习框架可以收敛到最佳速率，假设完善的信道知识。这代表了实现独立IRS操作的重要一步，其中表面在没有基础设施的任何控制的情况下自行配置。
2020-02-25 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
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
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
Electromagnetic Modeling of Holographic Intelligent Reflecting Surfaces at Terahertz Bands
智能反射面（IRS）辅助的无线通信被广泛认为是6G系统的关键技术。然而，部署IRS辅助太赫兹（THz）链路的主要挑战是高频带的严重传播损耗。因此，THz IRS预计将由大量反射元件组成，以补偿这些损失。然而，随着IRS尺寸的增长，传统的远场假设开始变得无效，并且必须考虑辐射波的球面波前。在这项工作中，我们专注于近场和解析确定IRS响应的菲涅尔区利用电磁理论。具体来说，我们推导出一个新的表达式的路径损耗和光束模式的全息IRS，然后使用它来模拟其离散对应。我们的分析揭示了太赫兹红外光谱的建模方面和光束聚焦能力。
2021-08-18 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Reinforcement Learning Based Intelligent Reflecting Surface Optimization for TDD MultiUser MIMO Systems
本文研究TDD多用户MIMO系统中IRS的离散相移设计，通过改进PPO算法并集成GRU，在无需子信道CSI的情况下最大化平均下行传输速率，仿真表明其性能、收敛速度和稳定性均优于基准。
2023-07-28 cs.IT eess.SP math.IT
SWIPT with Intelligent Reflecting Surfaces under Spatial Correlation
智能反射表面（IRSs）由于其多个元件实现的增益，可以有益于信息和能量的传递。在这项工作中，我们处理的IRS元素之间的空间相关性的影响，同时无线信息和功率传输的背景下。的性能进行评估的平均收获的能量和中断概率随机和相等的相移。空间相关性下的两个指标的封闭形式的解析表达式。此外，最佳的情况下，被认为是当元素是不相关和完全相关。在不相关的情况下，随机和相等的相移提供相同的性能。然而，当存在相等的相移时，相关元件的性能获得显著的增益。最后，我们表明，相关性总是有利于能量传递，而它是一个退化的因素，在随机和最佳配置下的信息传递。
2021-06-09 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
Alternating Beamforming with Intelligent Reflecting Surface Element Allocation
智能反射面（IRS）已成为下一代无线通信系统的一项重要技术。在本文中，我们开发了一种交替波束形成技术与IRS元素分配的新概念，多输入多输出系统时，基站支持多个单天线用户与一个单一的IRS辅助。具体地，我们将每个IRS元件分别分配给每个用户，因此，在波束成形阶段，允许IRS元件一次只考虑单个用户。由于这种分离，复杂性大大降低。所提出的波束形成技术试图以最小的复杂度最大化所有用户的最小速率。在数值结果中，我们表明，所提出的技术是可比的凸优化为基础的基准具有足够低的复杂性。
2021-04-13 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
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
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
Coordinated Passive Beamforming for Distributed Intelligent Reflecting Surfaces Network
智能反射面（IRS）是6 G中的一项新兴技术，通过使用大量无源反射元件来智能地重新配置传播环境，从而提高无线网络的性能。然而，目前的工作主要集中在单一的IRS授权的无线网络，其中的信道秩不足的问题已经出现。在本文中，我们提出了一个分布式IRS授权的通信网络架构，其中多个源-目的地对通过多个分布式IRS进行通信。我们进一步有助于最大限度地提高可实现的总和率在这个网络中，通过联合优化的源和相移矩阵与被动波束成形在所有分布式IRS的发射功率矢量。不幸的是，这个问题原来是非凸的和高度棘手的，其中一个交替的方法是通过交替解决所产生的分式规划问题。特别地，给出了红外辐射源协同无源波束形成的闭合表达式。数值结果将证明算法的优势和理想的性能的分布式IRS授权的通信网络。
2020-02-14 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
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
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
Over-the-Air Computation via Intelligent Reflecting Surfaces
空中计算（Over-the-Air Computation，AirComp）利用多址信道的叠加特性，成为一种快速无线数据聚合的有效方法。为了进一步克服不利的信号传播条件的AirComp，在本文中，我们提出了一种智能反射表面（IRS）辅助AirComp系统，以建立可控的无线环境，从而提高接收信号的功率显着。这是通过巧妙地调整IRS处入射电磁波的相移来实现的，从而实现可重构的信号传播。不幸的是，事实证明，AirComp收发器和IRS相移的联合设计问题成为一个非常棘手的非凸双二次规划问题，为此开发了一种新的交替凸差分（DC）规划算法。这是通过提供一个新的DC函数表示的秩一约束的低秩矩阵优化问题，通过矩阵提升。仿真结果表明，所提出的方法与最先进的解决方案相比，算法的优势和令人钦佩的性能。
2019-04-30 cs.IT eess.SP math.IT
Active Intelligent Reflecting Surface Assisted Secure Air-to-Ground Communication with UAV Jittering
无人机（UAV）支持的通信是安全空对地（A2 G）网络的有前途的解决方案，因为移动性提供了额外的安全自由度。然而，随机气流和无人机本身的机体振动所引起的抖动特性对无人机通信性能有着不可忽视的影响。考虑到无人机抖动的影响，提出了一种基于新型主动智能反射面（IRS）的鲁棒安全传输设计方案，IRS中的反射元件不仅可以调节信号的相移，还可以放大信号的幅度。具体而言，在最坏情况下的保密率约束下，我们的目标是最小化的发射功率的鲁棒性联合设计的有源IRS的反射系数和波束形成在无人机载基站（UBS）。然而，由于联合优化问题的非凸性，其求解具有挑战性。为了解决这个问题，非凸的问题是重新制定与线性近似的信道变化和线性矩阵不等式转化的S-过程和舒尔补。然后，将该问题分解为无源波束形成和有源IRS反射系数优化两个子问题，并采用交替优化算法进行求解。最后，数值计算结果表明，在安全传输约束和无人机抖动的影响下，有源IRS的节能潜力。
2022-03-23 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
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
Rate-Splitting Multiple Access for Intelligent Reflecting Surface-Aided Secure Transmission
在这封信中，我们研究了一种基于速率分裂多址接入（RSMA）的智能反射面（IRS）辅助的多用户多输入单输出（MISO）安全通信系统与潜在的窃听者（Eve）。以最大化所有合法用户（LU）的最小保密率（SR）为目标，提出了一种基于人工噪声（AN）的发射波束形成、IRS波束形成和保密公共速率分配的联合优化设计问题.由于设计问题是高度非凸耦合优化变量，我们开发了一个计算效率高的算法的基础上交替优化（AO）技术来解决它次优。数值结果表明，所提出的设计可以显着提高最大-最小SR的基准计划没有IRS或采用其他多址技术。特别是，采用RSMA策略可以大大减少所需的IRS元素的数量，以实现目标水平的保密性能相比，基准计划。
2022-11-22 cs.IT eess.SP math.IT
Cell-Free MIMO Systems Powered by Intelligent Reflecting Surfaces
无蜂窝大规模多输入多输出（MIMO）和智能反射面（IRS）被认为是未来5G网络的多天线技术。由IRS供电的无小区MIMO系统结合了这两种技术，可以以低成本和低能耗进一步提高无小区MIMO系统的性能。先前的工作集中于瞬时性能度量并且依赖于交替优化算法，这强加了巨大的计算复杂性和信令开销。为了解决这些挑战，我们提出了一种新的两步算法，提供了长期的被动波束形成器在IRS使用统计信道状态信息（S-CSI）和短期的主动预编码器和长期的功率分配在接入点（AP），以最大限度地提高最低可实现的速率。仿真结果表明，该方案的性能优于基准方案，并带来了显着的性能增益的无小区MIMO系统由IRS供电。
2022-02-16 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
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
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Sensing: Applications and Design Issues
智能反射面（IRS）是一种新兴技术，它通过巧妙地调节大量无源反射元件的信号反射，能够显著提高无线通信的性能。另一方面，随着无处不在的无线设备和周围的射频信号，无线传感已成为下一代/6 G无线网络的一个有前途的新应用。通过协同低成本的IRS和肥沃的无线传感应用，本文提出了一种新的IRS辅助传感模式，以提高无线传感的性能成本效益。首先，我们提供了一个无线传感应用的概述和利用IRS克服其在实际情况下的性能限制的新机会。接下来，我们讨论了基于三种方法的IRS辅助传感方案，即被动传感、半被动传感和主动传感。我们比较了它们在性能、硬件成本和实现复杂性方面的优缺点，并概述了它们的主要设计问题，包括IRS部署、信道捕获和反射设计以及传感算法。最后，数值结果表明IRS的巨大潜力，提高无线传感精度和优越的性能相比，其他计划的IRS主动传感。
2023-02-12 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
Achievable Rate Maximization for Underlay Spectrum Sharing MIMO System with Intelligent Reflecting Surface
在这封信中，可实现的速率最大化问题被认为是智能反射面（IRS）辅助多输入多输出（MIMO）系统中的频谱共享的情况下，在主用户的干扰功率约束。非凸优化问题是具有挑战性的解决，由于其非凸性以及耦合的设计变量的约束。与现有的基于交替优化的算法不同，本文提出了一种基于惩罚对偶分解的梯度投影算法（PDDGP）。我们还提供了一个收敛性证明和所提出的算法的复杂性分析。我们基准的算法对两个已知的解决方案，即最小均方误差为基础的AO算法和块坐标下降的内部近似方法。具体而言，所提出的算法的复杂度线性增长的反射元件的数量在IRS，而这两个基准方法的IRS元件的数量的三次方增长。此外，数值结果表明，所提出的PDDGP算法产生相当高的可达速率比基准解决方案。
2022-06-09 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Multi-Cell NOMA Networks
提出了一种新的智能反射面（IRS）辅助的多小区非正交多址接入（NOMA）网络资源分配框架，并将其归结为速率和最大化问题。为了解决这个具有挑战性的混合整数非线性问题，我们将其分解为连续变量的优化问题（P1）和整数变量的匹配问题（P2）。对于非凸优化问题（P1），利用凸上界替换、逐次凸逼近和半定松弛等松弛方法，提出了发射功率分配、反射矩阵设计和译码顺序确定的迭代算法。对于组合问题（P2），提出了基于交换匹配的算法，以实现用户、基站和子信道之间的双边交换稳定状态。数值结果表明，NOMA网络的和速率是能够提高与IRS的援助。
2020-12-07 cs.IT eess.SP math.IT
Practical Channel Estimation and Phase Shift Design for Intelligent Reflecting Surface Empowered MIMO Systems
本文提出了智能反射面（IRS）授权的单用户多输入多输出（SU-MIMO）系统的信道估计技术和相移设计。在本文提出的四种信道估计技术中，单径近似信道（SPAC）和秩一矩阵选择性增强（SEROM）两种新的信道估计技术具有较低的训练开销，能够实现实用的IRS授权SU-MIMO系统。SPAC主要基于参数估计，通过将IRS相关信道近似为占主导地位的单路径信道。SEROM利用IRS相移以及训练信号进行信道估计，并且容易调整其训练开销。IRS相移设计的封闭形式的解决方案也被开发，以最大限度地提高频谱效率的解决方案只需要基本的线性运算。数值结果表明，SPAC和SEROM相结合的IRS相移设计实现了高的频谱效率，即使与现有的方法相比，低的训练开销。
2021-04-29 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
A Review of Multiple Access Techniques for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Systems
本文针对智能反射面（IRS）辅助系统中传统多址接入技术适配难的问题，综述各类多址技术在IRS场景下的功能，梳理挑战与现有方案，为高效多址设计提供参考。
2024-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
Designing Wireless Powered Networks assisted by Intelligent Reflecting Surfaces with Mechanical Tilt
在本文中，我们提出了一个公平意识的速率最大化方案的无线供电通信网络（WPCN）的智能反射表面（IRS）的协助下。该方案结合了基于时分多址（TDMA）和（机械）角位移的IRS的用户调度。每个能量收集用户（EHU）具有用于能量收集和信息传输的具有优化持续时间的专用时隙，而IRS的相位矩阵被调整以将其波束聚焦到特定EHU。该方案利用IRS信道路径损耗对IRS和节点视线之间的角度的基本依赖性，这在文献中经常被忽视。此外，网络设计可以针对大量IRS单位单元进行优化，这不是计算密集型最先进方案的情况。事实上，只有当IRS单元小区的数量至少为几千时，EHU才能在距基站（BS）几十米的实际距离处实现显著的速率。
2021-08-25 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
Learning to Reflect and to Beamform for Intelligent Reflecting Surface with Implicit Channel Estimation
智能反射面（IRS）由大量可调谐反射元件组成，能够智能地将来自基站（BS）的电磁波反射到用户，从而改善蜂窝网络中的无线传播环境。然而，IRS处的移相器的最佳调谐是一个具有挑战性的问题，因为由于反射元件的无源性质，难以直接测量IRS、BS和用户之间的信道。而不是按照传统的范例，首先估计的信道，然后优化系统参数，本文主张一种机器学习的方法，能够直接优化波束形成器在BS和在IRS的反射系数的基础上的系统目标。这是通过使用深度神经网络来参数化从接收到的导频（加上任何附加信息，例如用户位置）到优化的系统配置的映射，以及通过采用置换不变/等变图神经网络（GNN）架构来捕获蜂窝网络中不同用户之间的交互来实现的。仿真结果表明，与传统的基于显式信道估计的方法相比，所提出的基于隐式信道估计的方法具有可推广性、可解释性，并且可以有效地从更少的导频中学习最大化和速率或最小速率目标。
2021-06-09 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
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 Network: Power Control for Physical-Layer Broadcasting
作为最近提出的用于未来无线系统的想法，智能反射表面（IRS）可以辅助在没有高质量直接信道的实体之间的通信。具体地，IRS包括许多低成本无源元件，每个无源元件通过引起相位变化来反射入射信号，使得反射信号在接收器处相干地相加。在本文中，对于IRS辅助的无线网络，我们研究了在基站（BS）的物理层广播的服务质量（QoS）的约束下，在移动用户的功率控制问题，通过联合设计在BS的发射波束成形和IRS单元的相移。此外，我们推导出在BS的最小发射功率的下限，以呈现优化方法的性能界限。仿真结果表明，随着IRS单元数目的增加，基站的发射功率接近下限，且远低于无IRS的通信系统。
2020-01-28 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
