Joint mode switching and resource allocation in wireless-powered RIS-aided multiuser communication systems
本文研究无线供电混合RIS辅助多用户通信系统，提出基于深度强化学习的分层优化方法联合优化反射元件模式、放大因子及资源分配，使用户最大能耗降低70%。
2024-02-19 eess.SP
Rate-Splitting for Intelligent Reflecting Surface-Aided Multiuser VR Streaming
虚拟现实（VR）应用需求的不断增长要求无线系统提供高传输速率，以支持同时向多个用户传输360度视频流。在本文中，我们提出了一个智能反射表面（IRS）辅助率分裂（RS）VR流系统。在所提出的系统中，RS有助于利用VR流媒体中用户的共同兴趣，IRS创建额外的传播通道以支持高分辨率360度视频的传输。IRS还增强了缓解由所有RS用户必须能够解码公共消息的要求所引起的性能瓶颈的能力。我们制定了一个优化问题的最大化的可实现的比特率的360度视频的用户的服务质量（QoS）的约束。我们提出了一种具有模仿学习的深度确定性策略梯度（Deep-GRAIL）算法，其中我们利用深度强化学习（DRL）和公式化问题的隐藏凸性来优化360度视频瓦片的IRS相移，RS参数，波束成形向量和比特率选择。我们还提出了RavNet，这是一个为我们的Deep-GRAIL算法中的策略学习定制的深度神经网络。基于真实世界的VR流媒体数据集的性能评估表明，所提出的IRS辅助RS VR流媒体系统在系统总速率、360度视频的可实现比特率和在线执行运行时间方面优于几个基线方案。我们的研究结果还揭示了从RS和IRS获得的相应的性能增益，以提高多用户VR流媒体系统的QoS。
2022-11-03 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
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
Deep-Unfolding Beamforming for Intelligent Reflecting Surface assisted Full-Duplex Systems
本文研究了一种智能反射面辅助的多用户多输入多输出（MIMO）全双工（FD）系统。我们联合优化的接入点（AP）和上行链路用户的主动波束形成矩阵，和被动波束形成矩阵在IRS最大化系统的加权和速率。由于它是实际上很难获得的信道状态信息（CSI）的IRS相关的链路，由于其被动的操作和大量的元素，我们设想了一个混合的时标波束形成方案。具体地，基于信道统计来更新IRS处的高维被动波束成形矩阵，而依赖于每个时隙处的低维实时有效CSI来优化主动波束成形矩阵。我们提出了一种有效的随机逐次凸逼近（SSCA）为基础的算法，联合设计的有源和无源波束形成矩阵。此外，由于基于SSCA的优化算法中的矩阵求逆计算导致的高计算复杂度，我们进一步开发了一种深度展开神经网络（NN）来解决这个问题。所提出的深度展开神经网络保持了基于SSCA的算法的结构，但引入了一种新的非线性激活函数和一些由一阶泰勒展开引起的可学习参数来近似矩阵求逆。此外，我们开发了一个黑盒神经网络作为基准。仿真结果表明，提出的混合时标算法优于现有的单时标算法，提出的深度展开神经网络在线部署时，计算复杂度大大降低，性能接近基于SSCA的算法。
2021-12-04 eess.SP
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
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
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
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
Beamformer Design and Optimization for Full-Duplex Joint Communication and Sensing at mm-Waves
在这篇文章中，我们研究了毫米波（mm波）移动通信网络的背景下，联合通信和传感（JCAS）的范式。我们专门解决了JCAS的挑战，来自全双工操作和共存的多个同步光束的通信和传感目的。为此，我们首先制定和解决基于混合波束形成的多用户多输入多输出JCAS系统的波束形成优化问题。要最大化的代价函数是感测方向上的波束成形功率，同时约束通信方向上的波束成形功率，从而抑制用户间干扰并消除与自干扰（SI）相关的全干扰。然后，我们还提出了新的发射机和接收机波束成形的解决方案，用于纯模拟波束成形的JCAS系统，最大化的波束成形增益在感测方向，同时控制波束成形的功率在通信方向（S），消除SI以及消除潜在的反射从通信方向和优化组合雷达模式（CRP）。提供了基于封闭形式和数值优化的制剂。我们分析和评估的性能，通过广泛的模拟，并表明，大量的收益和好处，在雷达发射增益，CRP，和SI抑制可以实现与建议的波束形成方法。
2021-09-13 eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Empowered Self-Interference Cancellation in Full-Duplex Systems
本文研究在全双工基站附近部署智能反射表面（IRS）以抑制自干扰，通过联合优化IRS相移、基站波束成形器和上行功率最大化系统加权和速率，并提出了低复杂度算法，显著提升了系统增益。
2023-06-25 cs.IT eess.SP math.IT
Simultaneous Transmission and Reflection Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Full-Duplex Communications
本工作证明了一种新型的同时传输和反射的可重构智能表面（STAR-RIS）在全双工（FD）辅助通信系统中的有效性。目标是通过联合设计STAR-RIS的发射功率和发射反射（T&R）系数来最小化总发射功率。为了解决非凸问题，提出了一种有效的算法，利用交替优化框架迭代优化变量。具体而言，在每次迭代中，我们驱动最佳功率设计的封闭形式表达式。采用逐次凸逼近（SCA）方法和半定规划（SDP）方法求解无源波束形成优化问题。数值结果验证了该算法的收敛性和有效性，并进一步揭示了STAR-RIS辅助FD通信在哪些场景下优于Half-Duplex和常规RIS。
2022-03-12 eess.SP
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
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
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
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
Sum Rate Maximization in STAR-RIS Assisted Full-Duplex Communication Systems
研究了同时发射和反射可重构智能表面（STAR-RIS）辅助全双工（FD）通信系统的和速率性能。STAR-RIS元件的反射和透射系数针对能量分裂和模式切换协议进行优化，以最大化系统的加权和速率。基本的优化问题是非凸的，因此，连续凸逼近技术已被用来开发有效的算法，以获得次优解。因此，在STAR-RIS处的最大平均加权和速率和对应的系数受到预定义的阈值速率和单位模约束被量化。所提出的系统设计的性能进行了比较，与传统的反射/传输只有RIS和半双工的同行通过模拟，它被观察到，STAR-RIS可以提高FD系统的性能。
2022-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
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
Sum Rate Optimization for Two Way Communications with Intelligent Reflecting Surface
本文研究了一种智能反射面增强型全双工MIMO双向通信系统。通过联合优化信源预编码器和IRS相移矩阵，使系统和速率最大化。采用Arimoto-Blahut算法的思想，将非凸优化问题解耦为三个子问题交替求解。所有的子问题可以有效地解决封闭形式的解决方案。此外，实际IRS假设，例如，离散相移电平也被考虑。数值结果验证了该格式的收敛性和性能。
2020-03-02 eess.SP
STAR-RIS-Enabled Full-Duplex Integrated Sensing and Communication System
针对全双工ISAC自干扰问题，提出STAR-RIS辅助的新系统，并通过交替优化、SDR与SCA联合设计波束成形及反射折射系数，性能优于传统SIC基准。
2024-10-24 eess.SP
Joint IRS Location and Size Optimization in Multi-IRS Aided Two-Way Full-Duplex Communication Systems
智能反射表面（IRSs）已经成为一种有前途的无线技术，用于电磁波的动态配置和控制，从而创建一个智能（可编程）无线电环境。在这种情况下，我们研究了多IRS辅助的双向通信系统，包括两个用户，采用全双工（FD）技术。更具体地说，我们处理联合IRS的位置和大小（即，反射元件的数量）优化，以便在各种约束条件下最小化系统中断概率的上限：每个IRS的反射元件的最小和最大数量、安装的IRS的最大数量、反射元件的最大总数（信令开销的隐含界限）以及最大总IRS安装成本。首先，该问题被制定为一个离散优化问题，然后，它的NP-硬度的理论证明。此外，我们通过求解线性规划松弛（LPR）问题提供了一个最优值的下界。随后，我们设计了两个多项式时间算法，确定性贪心算法和随机近似算法，基于LPR的解决方案。前者是一种探试法，总是计算一个可行的解决方案，（后验）性能保证可以提供。后者实现了一个近似的解决方案，使用随机舍入，与可证明的（先验）概率的性能保证。此外，大量的数值模拟表明，所提出的算法相比基线计划的优越性。最后，有用的结论FD和传统的半双工（HD）系统之间的比较也得出。
2023-02-08 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
Joint Antenna Array Mode Selection and User Assignment for Full-Duplex MU-MISO Systems
该文研究了一种全双工（FD）多用户多输入单输出系统，其中基站在同一时频资源上同时为上行链路（UL）和下行链路（DL）用户提供服务。实现FD系统的关键障碍在于残余自干扰和共信道干扰。为了加速FD无线电在未来无线网络中的使用，我们的目标是通过联合设计在BS与时间相位和用户分配的半阵列天线模式（在发送或接收模式）的选择，更有效地管理网络干扰。感兴趣的第一个问题是最大限度地提高整体总和率的服务质量的要求，这是制定为一个高度非凹的效用函数，其次是非凸约束。为了解决设计问题，我们提出了一个迭代的低复杂度算法，通过开发新的内部近似，并保证其收敛到一个稳定点。为了提供对所提出的设计的解决方案的更多了解，进一步考虑了一般的最大-最小速率优化以最大化最小每用户速率，同时满足UL和DL速率之间的给定比率。此外，设计了一个鲁棒的算法来验证所提出的方案在信道不确定性下工作良好。仿真结果表明，所提出的算法具有快速收敛性和显着优于现有的计划。
2019-03-15 eess.SP
Movable-Antenna Relay Enhanced Multiuser Communications: Reinforcement Learning-Based Antenna Positioning and Power Allocation
School of Electronics and Information Engineering, Beihang University（北京航空航天大学电子信息工程学院）；School of Interdisciplinary Science, Beijing Institute of Technology（北京理工大学交叉科学研究院）
本文提出一种基于强化学习（RL）的算法，优化可移动天线（MA）中继增强型多用户通信系统的天线位置与功率分配，其性能优于传统固定位置天线（FPA）中继系统及其他MA基准方案。
2026-10-15 eess.SP
Robust Beamforming for IRS Aided MIMO Full Duplex Systems
针对IRS辅助MIMO全双工系统中的非完美CSI问题，提出基于期望WMMSE的统计鲁棒波束成形方法，以最大化遍历WSR并推导其上下界，仿真显示性能显著优于基线和鲁棒HD系统。
2023-08-15 eess.SP
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
Joint Reflecting and Precoding Designs for SER Minimization in Reconfigurable Intelligent Surfaces Assisted MIMO Systems
本文研究了使用可重构智能表面（RIS）来辅助点到点多数据流多输入多输出（MIMO）无线通信。在实际有限字母输入的情况下，RIS处的反射元件和发射机处的预编码器交替地被优化以最小化符号错误率（MSER）。在采用固定预编码器的反射优化中，提出了两种反射设计方法：eMSER反射法和vMSER反射法。在固定反射方向图的预编码矩阵优化问题中，将矩阵优化问题转化为向量优化问题，提出了两种求解方法：MSER预编码和MMED预编码。所提出的设计的优越性进行了研究，通过仿真。仿真结果表明，所提出的反射和预编码设计可以提供比现有的设计与复高斯输入的假设下，一个更低的SER。此外，我们比较了RIS与全双工放大转发（AF）中继系统的SER显示RIS的优势。
2020-05-20 eess.SP
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
Rank-Aware Element Grouping for Power-Efficient Multiuser ISAC With an Extremely Large-Scale IRS
Southeast University（东南大学）；Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；China Mobile Group Design Institute Co., Ltd.（中国移动集团设计院有限公司）；Imperial College London（帝国理工学院）
本文针对EG-XL-IRS辅助的多用户ISAC，提出秩感知单元分组策略，平衡增益-秩权衡，联合优化发射协方差与反射相位，可大幅降低发射功率。
2026-08-19 eess.SP
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
Passive Six-Dimensional Movable Antenna (6DMA)-Assisted Multiuser Communication
针对多用户上行通信，提出由可三维移动与旋转的分布式无源IRS构成的无源6DMA系统，并通过AO联合优化位姿、反射系数和接收波束赋形以提升和速率。
2024-12-06 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
Weighted Sum-Rate Optimization for Intelligent Reflecting Surface Enhanced Wireless Networks
智能反射面（IRS）是为未来通信系统构建可编程无线环境的一种很有前途的解决方案。在实践中，IRS由大量低成本元件组成，这些元件可以通过无源波束形成以完全可定制的方式引导入射信号。在本文中，我们考虑了一个IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）下行通信系统。特别地，通过联合优化基站（BS）处的主动波束形成和IRS处的被动波束形成来最大化所有用户的加权和速率。此外，我们考虑了一个实际的IRS假设，其中的无源元件只能将入射信号转移到离散的相位水平。首先通过拉格朗日对偶变换对该非凸问题进行解耦，然后对主、被动波束形成进行交替优化。基于分数规划方法对基站处的有源波束形成进行了优化。在此基础上，提出了三种适用于IRS无源波束形成的高效算法，并给出了算法的解析表达式。仿真结果验证了所提出的算法的有效性相比，不同的基准计划。
2019-05-30 eess.SP
Channel Estimation for RIS-Aided Multiuser Millimeter-Wave Systems
由于RIS的无源特性和大量的反射元件会导致高的信道估计开销，所以在RIS辅助的大规模多用户多输入单输出（MU-MISO）无线通信系统中，信道估计是一个具有挑战性的问题。为了解决这个问题，我们提出了一种新的级联信道估计策略，利用毫米波大规模MISO系统中多用户级联信道的稀疏性和相关性，具有低导频开销。基于BS、RIS和用户的物理位置在几个甚至几十个连续的信道相干块中可能不变的事实，我们首先估计包括第一个相干块中的所有角度和增益信息的完整的信道状态信息（CSI），然后仅重新估计剩余相干块中的信道增益，并且具有少得多的导频开销。在第一个相干块中，我们提出了一种两阶段的信道估计方法，在第一阶段中，基于级联路径之间的线性相关性来估计一个典型用户的级联信道，而在第二阶段中，利用在第一阶段中获得的公共基站（BS）-RIS信道的部分CSI来估计其他用户的级联信道。第一相干块中的总的理论最小导频开销是$8J-2+(K-1)\left\lceil (8J-2)/L\right\rceil $，其中$K$、$L$和$J$分别表示用户、BS-RIS信道中的路径和RIS用户信道中的路径的数量。在每个剩余的相干块中，最小导频开销是$JK$。此外，在RIS的训练相移矩阵进行了优化，以提高估计性能。
2021-07-09 eess.SP
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
Resource Allocation for IRS-Enabled Secure Multiuser Multi-Carrier Downlink URLLC Systems
安全的超可靠低延迟通信（URLLC）最近已经研究了有限块长度（FBL）制度的基本限制。分析表明，当窃听者超过BS天线或享有更有利的信道条件相比，合法用户，基站（BS）的发射功率应过度增加，以满足服务质量（QoS）的约束。阴影和/或阻塞等由电子束引起的损伤也构成了类似的挑战。这些实际考虑可能会极大地限制FBL机制中的安全URLLC性能。智能反射表面（IRS）的部署可以赋予这种系统急需的弹性和鲁棒性，以满足严格的延迟、可用性和可靠性要求。针对这一问题，提出了IRS平台与安全URLLC网络的联合设计方案。我们通过同时设计波束形成器和人工噪声在BS和在IRS的相移，同时保证所需的安全传输位数与所需的数据包错误概率，信息泄漏，和最大的负担得起的延迟，最大限度地减少总BS的发射功率。所提出的优化问题是非凸的，我们采用块坐标下降和逐次凸逼近迭代求解一系列凸子问题。所提出的算法收敛到一个次优的解决方案，在几次迭代，并实现了大量的节能和鲁棒性相比，基线计划。
2021-11-27 eess.SP
Beamforming Design with Fast Convergence for IRS-Aided Full-Duplex Communication
本文研究了智能反射面（IRS）辅助全双工（FD）通信系统的波束形成优化问题。具体来说，我们最大限度地提高双向传输的总速率，通过联合优化发射波束成形和IRS反射的波束成形。提出了一种快速收敛的交替算法来解决该问题。在该算法的每次迭代中，发射波束形成和IRS反射波束形成的解分别以半封闭形式和封闭形式获得。与现有的基于Arimoto-Blahut算法的方法相比，该方法具有更快的收敛速度和更低的计算复杂性，但性能几乎相同。
2020-08-02 cs.IT eess.SP math.IT
One-Bit Symbol-Level Precoding for MU-MISO Downlink with Intelligent Reflecting Surface
研究了基于智能反射面的多用户多输入单输出（MISO）下行链路符号级预编码（SLP）。具体地说，通过假设在基站（BS），这是由于使用低分辨率DAC在大规模发射天线的制度，在BS和在IRS的相移的一位SLP的联合设计，提出了一个目标，最大限度地减少最坏情况下的符号错误概率（SEP）的用户在PSK调制。该联合设计问题本质上是一个混合整数非线性规划问题。为了解决这个问题，我们交替优化一位信号和相移。对于前者，松弛的一位SLP问题的一个对偶的解决镜像下降（MD）方法与最大块改进（MBI）算法。对于后者，采用加速投影梯度（APG）方法来优化相位。数值结果表明，所提出的联合设计可以获得更好的SEP性能比传统的线性预编码和一位SLP。
2020-09-29 eess.SP
Deep Learning for Distributed Channel Feedback and Multiuser Precoding in FDD Massive MIMO
本文表明，深度神经网络（DNN）可用于有效的和分布式的信道估计，量化，反馈，和下行链路多用户预编码的频分双工大规模多输入多输出系统中，基站（BS）服务于多个移动用户，但从用户到BS的速率受限的反馈。一个关键的观察是，多用户信道估计和反馈问题可以被认为是一个分布式信源编码问题。在传统的方法中，信道状态信息（CSI）的估计和量化在每个用户独立的，本文表明，联合设计的导频和一个新的DNN架构，直接映射到反馈比特在用户侧的接收导频，然后从所有用户的反馈比特直接映射到预编码矩阵在BS，可以显着提高整体性能。本文进一步提出了鲁棒的设计策略，相对于信道参数，也是一个可推广的DNN架构的不同数量的用户和反馈比特数。数值结果表明，基于DNN的方法具有短导频序列和非常有限的反馈开销，已经可以接近传统的线性预编码方案的性能与完整的CSI。
2021-01-26 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink and Uplink Intelligent Reflecting Surface Aided Networks: NOMA and OMA
智能反射面（IRS）被设想为未来通信网络提供可重构的无线环境。在本文中，下行链路和上行链路IRS辅助非正交多址接入（NOMA）和正交多址接入（OMA）网络进行了研究，其中IRS部署通过协助小区边缘用户设备（UD）与基站（BS）进行通信来增强覆盖。为了表征系统性能，研究了具有Nakagami- $m$衰落的BS-IRS-UD链路的新的信道统计。对于每种情况下，中断概率和遍历率的封闭形式的表达式推导。为了获得进一步的了解，分集阶数和高信噪比（SNR）的斜率为每种情况下获得根据渐近近似在高SNR政权。结果表明，分集阶数受IRS反射单元数和Nakagami衰落参数的影响，但高信噪比斜率与这些参数无关。仿真结果验证了我们的分析，并揭示了优越性的IRS全双工解码和转发中继。
2021-02-04 eess.SP
Joint Training of the Superimposed Direct and Reflected Links in Reconfigurable Intelligent Surface Assisted Multiuser Communications
在可重构智能表面（RIS）辅助系统中，CSI的获取和反射系数的优化是一对突出的设计问题。在本文中，提出了一种新的信道训练协议，这是能够实现灵活的性能与信令和导频开销以及实现复杂度的权衡。更具体地说，首先，我们构思了一个整体的信道估计协议，它集成了现有的信道估计技术和被动波束形成设计。其次，我们提出了一个新的渠道培训框架。与传统的信道估计安排相比，我们的新框架将训练阶段划分为几个时段，其中估计叠加的端到端信道，而不是分别估计直接BS用户信道和级联的反射BS-RIS用户信道。结果，通过比较多个训练周期上的目标函数值来优化RIS的反射系数。此外，我们的信道训练协议的理论性能进行了分析和比较下的最佳反射系数。此外，我们的信道训练协议在降低复杂度，导频开销以及信令开销的潜在好处也详细。第三，我们推导出的理论性能的信道估计协议和我们的信道训练协议中存在的噪声的SISO的情况下，这提供了有用的见解噪声对整体RIS性能的影响。最后，我们的数值模拟所提出的协议的性能和验证我们的理论分析。特别是，仿真结果表明，我们的信道训练协议是更有竞争力的信道估计协议在低信噪比。
2021-05-30 cs.IT eess.SP math.IT
Robust Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Aided MISO Communication Systems
由于智能反射面（IRS）的信号处理能力有限，要获得理想的信道状态信息（CSI）具有挑战性。在本文中，我们研究了最坏情况下的鲁棒波束形成设计的IRS辅助多用户多输入单输出（MU-MISO）系统的假设下，不完美的CSI。我们的目标是最大限度地减少发射功率，同时确保每个用户的可达速率满足所有可能的信道错误实现的服务质量（QoS）的要求。在单位模和速率约束下，该问题是非凸的。CSI的不完善进一步增加了解决这个问题的难度。通过使用近似和转换技术，我们将这个问题转化为一个序列的半定规划（SDP）的子问题，可以有效地解决。数值结果表明，所提出的鲁棒波束形成设计可以保证所需的QoS目标的所有用户。
2020-06-01 eess.SP
Achieving Multi-beam Gain in Intelligent Reflecting Surface Assisted Wireless Energy Transfer
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的技术，以提高无线能量传输（WET）系统的效率。然而，对于多用户WET系统，通常需要同时的多波束能量传输以实现最大性能，这可能无法通过使用仅具有单个系数集合的IRS来实现。因此，仍然不知道如何利用IRS来接近这样的性能上限。为了回答这个问题，我们的目标是最大化的总收获的能量的多用户WET系统的用户公平性约束和非线性能量收集模型。我们首先考虑静态IRS波束形成方案，这表明通过应用半定松弛获得的最佳IRS反射矩阵确实是高秩的一般能量接收器（ER）的数量增加，由于所得到的秩一的解决方案，通过应用高斯随机化可能会导致显着的损失。为了实现多波束增益，我们提出了一个通用的时分为基础的新框架，利用IRS的动态被动波束形成。此外，它是能够实现一个很好的平衡之间的系统性能和复杂性，通过控制的IRS移位模式的数量。最后，我们也提出了一个时分多址（TDMA）为基础的被动波束形成设计的性能比较。仿真结果表明了多波束传输的必要性和所提出的动态IRS波束形成方案优于现有的方案。
2022-05-18 cs.IT eess.SP math.IT
IRS Assisted MIMO Full Duplex: Rate Analysis and Beamforming Under Imperfect CSI
针对非完美CSI下的IRS辅助MIMO全双工系统，提出基于EWMMSE的鲁棒主动/被动波束成形联合优化方法，并给出WSR上下界，显著提升遍历加权和速率。
2023-08-16 eess.SP
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
Toward Energy Efficient Multiuser IRS-Assisted URLLC Systems: A Novel Rank Relaxation Method
针对 IRS 辅助多用户短分组 URLLC 网络，提出结合 AO、SCA、新型迭代秩松弛、Dinkelbach 与 SDP 惩罚方法的资源分配算法，以最大化系统能效。
2023-09-26 eess.SP
Resource Allocation of STAR-RIS Assisted Full-Duplex Systems
设计良好的同时发射和反射RIS（STAR-RIS）将半空间覆盖扩展到全空间覆盖，使无线通信环境具有智能性和可重构性。在本文中，我们调查如何STAR-RIS影响全双工通信系统的性能与全双工用户的存在，其中基站（BS）和上行链路用户受到最大发射功率约束。首先，加权和速率（WSR）推导出作为一个系统的性能指标。然后，我们制定的资源分配设计成一个等效的加权最小均方误差的形式，然后将其转化为几个凸子问题，以最大化WSR作为一个优化问题，联合优化波束成形和合并向量在BS，上行链路用户的发射功率，和STAR-RIS的相移。虽然WSR优化是非凸的，提出了一个有效的迭代交替过程，以实现优化问题的次优解。其次，利用逐次凸逼近技术对STAR-RIS的相移进行了优化。最后，提供了数值结果来解释如何STAR-RIS提高性能指标与全双工用户的存在。
2022-10-16 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 enhanced wideband MIMO-OFDM communications: From practical model to reflection optimization
智能反射面（IRS）可以智能地改变无线电环境，并将其集成到无线通信优化中，被认为是未来无线通信系统的革命性技术。然而，大多数现有的工作采用了理想的IRS反射模型，这是不切实际的，并可能导致显着的性能下降，在现实的宽带系统。为了解决这个问题，我们首先研究了反射信号的双相位和幅度斜斜效应，并提出了一个简化的实用宽带信号IRS反射模型。然后，研究了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的发射波束形成器和IRS反射的情况下，使用连续和离散移相器，以最大限度地提高所有子载波的平均和速率。通过利用和速率最大化和均方误差最小化之间的关系，将原问题等价地转化为多块/变量问题，并利用块坐标下降法（BCD）进行求解.对这两种情况的复杂性和收敛性进行了分析和说明。仿真结果表明，与理想IRS反射模型相比，该算法能显著提高系统的平均和速率，从而验证了实用模型在宽带系统设计中的重要性。
2021-01-03 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
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
Robust Transmission Design for RIS-assisted Secure Multiuser Communication Systems in the Presence of Hardware Impairments
研究了可重构智能表面辅助的硬件损伤下的安全多用户通信系统。我们共同优化的波束形成向量在基站（BS）和反射元件在RIS的相移，以最大限度地提高加权最小保密率（WMSR），在BS和单位模数约束在RIS的传输功率约束。为了解决公式化的优化问题，我们首先将其解耦为两个易于处理的子问题，然后使用块坐标下降（BCD）方法交替优化子问题。提出了两种不同的方法来解决这两个子问题。第一种方法将每个子问题转化为二阶锥规划（SOCP）问题，可以直接使用CVX求解。第二种方法利用Minorization-Maximization（MM）算法。具体地说，我们首先推导出一个凹逼近函数，这是一个下界的原始目标函数，然后两个子问题转化为两个简单的代理问题的封闭形式的解决方案。仿真结果验证了所提出的鲁棒传输方法的性能增益比现有的非鲁棒设计。此外，MM算法具有更低的复杂度比基于SOCP的算法。
2022-10-11 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
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
