Circuit Characterization of IRS to Control Beamforming Design for Efficient Wireless Communication
智能反射面（IRS）通过有效地重新配置传播环境而成为丰富无线通信的一种变革性解决方案。在本文中，一种新的IRS电路表征模型，提出了实际的波束形成设计，结合各种电参数的元表面单元。具体而言，我们已经模拟了IRS控制参数，相移（PS）和反射幅度（RA）在通信接收器，除了电路级参数，可变的有效电容$C$的IRS单元格。我们已经得到了PS，RA和$C$的封闭形式的表达式，在IRS的信号入射的传输频率和IRS电路的各种电气参数，一个新的触摸到一个准确的分析模型，更好的波束形成设计的角度。数值结果表明，所提出的表征的功效，从而提供关键的设计见解。
2021-12-11 eess.SP
Energy Efficiency Optimization in IRS-Enhanced mmWave Systems with Lens Antenna Array
在毫米波（mmWave）系统中，先进的透镜天线阵列可以有效降低射频链的成本。然而，毫米波信号仍然容易受到阻塞障碍物的影响，并且遭受严重的路径损耗。针对这一问题，提出了一种基于透镜天线阵列的智能反射面（IRS）增强型多用户毫米波通信系统。此外，我们试图优化所提出的系统的能源效率。提出了一个能量效率最大化问题，其中联合考虑了基站的发射波束形成和IRS的反射波束形成。为了解决这个非凸问题，我们提出了一个算法的交替优化技术的基础上。在该算法中，发射波束形成采用序贯凸逼近方法，反射波束形成采用二次变换方法进行优化。我们的仿真结果表明，该算法可以实现显着的能源效率的改善在各种情况下。
2020-07-02 cs.SY eess.SP eess.SY
Intelligent Reflective Surface vs. Mobile Relay-supported NLoS Avoidance in Indoor mmWave Networks
第六代无线通信（6G）被设想为产生用于改善端到端通信性能的各种技术，其中通信被设想为利用毫米波（mmWave）频率和更高频率的无线信号。其中，这些技术包括智能反射表面（IRS）和移动中继（MR），其设想的作用包括减轻非视线（NLoS）连接的负面影响，特别是在毫米波和更高频率下。这些技术背后的核心思想是使用协作网络，其中源向中继器（在这种情况下为IRS或MR）发送信号，该信号在接收时被转发到目的地。当比较这两种技术时，重要的是要认识到IRS主要被设想为附着到环境中的各种对象（例如墙壁和家具）的静态实体。相比之下，MR将具有更高的自由度，因为它们将能够在环境中无缝定位。基于上述假设，我们推导出一种用于确定室内环境中IRS和MR的最佳位置的方法，即，最大化源和目的地之间的端到端链路质量的方法。接下来，我们捕获在室内毫米波通信中IRS和MR支持的NLoS避免的通信质量指标。我们的研究结果表明，从端到端的链路质量的角度来看，MR通常优于IRS，这表明其利用潜力的吞吐量优化的NLoS避免场景。
2022-07-14 cs.ET cs.NI eess.SP
Sum-Rate Maximization in Distributed Intelligent Reflecting Surfaces-Aided mmWave Communications
在本文中，我们专注于多用户毫米波（mmWave）系统中的分布式智能反射面（D-IRS），其中基站（BS）通过多个IRS与用户通信的和速率优化。BS发射波束成形、IRS开关矢量和IRS的相移被联合优化，以在最小用户速率、单位模数和发射功率约束下最大化和速率。为了解决由此产生的非凸优化问题，我们开发了一个有效的交替优化（AO）算法。具体地说，非凸问题转化为三个子问题，这是交替解决。采用基于连续凸近似（SCA）的算法，推导出基站发射波束形成和IRS相移的解，并提出一种贪婪算法设计IRS开关矢量。从理论上分析了该算法的复杂度。数值结果表明，D-IRSs辅助方案可以显着提高和速率和能量效率的性能。
2021-01-21 eess.SP
Beyond Codebook-Based Analog Beamforming at mmWave: Compressed Sensing and Machine Learning Methods
模拟波束成形是毫米波（mmWave）通信的主要方法，因为其对于有限资源设备具有有利的特性。在这项工作中，我们的目标是减少模拟和数字波束形成方法之间的频谱效率差距。我们提出了一种基于估计的原始信道的精细波束选择方法。利用信道的角域稀疏性，利用压缩感知（CS）方法解决了信道估计这一欠定问题。为了降低压缩感知方法的复杂度，提出了字典学习迭代软阈值算法，该算法联合学习稀疏化字典和信号重构。我们评估所提出的方法在一个现实的毫米波设置，并显示相当大的性能改善相对于基于码本的模拟波束成形方法。
2022-11-03 eess.SP
IRS-Assisted Millimeter Wave Communications: Joint Power Allocation and Beamforming Design
智能反射面（IRS）技术为毫米波（mmWave）通信系统提供了比现有技术更可行的传播路径以克服阻塞。在本文中，我们考虑了一个下行链路的无线系统与IRS和制定联合功率分配和波束成形设计问题，以最大限度地提高加权和速率，这是一个多变量优化问题。针对这一问题，提出了一种基于交替流形优化的波束形成算法。仿真结果表明，该优化算法在提高无线通信系统的加权和速率方面明显优于现有算法。
2020-12-24 eess.SP
User Tracking and Direction Estimation Codebook Design for IRS-Assisted mmWave Communication
针对IRS辅助毫米波通信中移动用户时变信道需调整IRS反射模式的问题，提出基于峰值似然方向估计的码本用户跟踪算法，设计专用优化码本，以低开销实现更低估计误差、更高SNR与有效速率，性能优于两类基准方案。
2024-09-16 eess.SP
Efficient Beamforming Designs for IRS-Aided DFRC Systems
本教程针对IRS辅助DFRC系统，提出多种波束成形设计方法，涵盖半定松弛、最小化、黎曼流形及分支定界，兼顾性能与复杂度。
2023-05-10 eess.SP
Cascaded Channel Estimation for IRS-assisted Mmwave Multi-antenna with Quantized Beamforming
在这封信中，我们优化的级联信道的信道估计器在智能反射面（IRS）辅助毫米波（mmWave）多天线系统。在该系统中，接收端采用了量化波束形成的混合结构。与传统的多输入多输出（MIMO）系统不同，由于IRS通常是一个无源阵列，信号处理能力有限，因此信道估计的设计具有挑战性。我们推导出优化的信道估计器在一个封闭的形式重新制定的级联信道估计在这个系统中的问题，利用典型的均方误差（MSE）标准。考虑到毫米波信道中可能存在的信道稀疏性，我们通过利用信道稀疏性进一步提高性能和降低计算复杂性来推广所提出的方法。仿真结果表明，所提出的估计器显着优于现有的。
2020-10-02 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid beamforming for single carrier mmWave MIMO systems
混合模拟和数字波束成形（HBF）已经被认为是一种有吸引力的技术，其为未来的宽带毫米波（mmWave）通信提供了硬件实现限制和系统性能之间的折衷。针对目前大多数基于正交频分复用的毫米波系统的HBF设计，本文研究了单载波系统的HBF设计。通过应用交替极小化方法，我们提出了一个有效的基于最小均方误差准则的HBF方案。仿真结果表明，该方案优于传统的HBF方案SC系统。
2019-02-26 eess.SP
Multi-Agent Double Deep Q-Learning for Beamforming in mmWave MIMO Networks
波束形成是毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）通信的关键技术之一。设计合适的波束形成不仅可以提高接收信号的质量和强度，而且可以帮助减少干扰，从而提高数据速率。在本文中，我们提出了一种分布式多代理双深度Q学习算法的波束形成在毫米波MIMO网络，其中多个基站（BS）可以自动和动态地调整其波束，以服务于多个高度移动的用户设备（UE）。在分析中，最大接收功率关联准则被认为是用于UE，并考虑到一个现实的信道模型。仿真结果表明，所提出的基于学习的算法可以实现相当的性能，而在穷举搜索，操作复杂度低得多。
2020-08-13 eess.SP
Robust Beamforming for IRS-assisted Wireless Communications under Channel Uncertainty
在本文中，我们考虑IRS辅助传输从多天线接入点（AP）的接收机具有不确定的信道信息。通过调整反射系数的幅度，IRS可以通过从AP的信号波束形成中收集能量来维持其操作。在考虑信道估计误差的情况下，我们利用基于范数的不确定集将AP-IRS信道和AP-IRS接收机建模为级联信道。这使我们能够制定一个强大的优化问题，以尽量减少AP的发射功率，受用户的最坏情况下的数据速率要求和IRS的最坏情况下的功率预算约束。本文首先提出了一种启发式算法来分解IRS的相移优化和AP的主动波束形成，而不是使用交替优化方法。基于半定松弛的最坏情况下的约束，我们进一步设计了一个迭代算法来优化AP的发射波束形成和IRS的反射系数的大小有效地通过求解一组半定规划。仿真结果表明，AP需要更高的发射功率来应对信道的不确定性。此外，信道不确定性的负面影响可以通过使用较大尺寸的IRS来减轻。
2020-05-14 eess.SP
Joint Active and Passive Beamforming for IRS-Assisted Radar
智能反射面（IRS）由于其控制信号传播的能力而被认为是未来无线通信的一种有前途的技术。研究了在杂波环境中部署多个红外辐射源对多个目标进行辅助监视的红外辅助雷达的主被动联合波束形成问题。具体而言，我们的目标是最大限度地提高最小目标照明功率在多个目标位置，通过联合优化的有源波束形成器在雷达发射机和被动相移矩阵在IRS，受杂波功率在每个杂波散射体的上限。由此产生的优化问题是非凸的，并与半定松弛（SDR）的顺序优化过程解决。仿真结果表明，IRS可以帮助创建有效的视线（LOS）路径，从而大大提高了雷达对目标阻塞的鲁棒性。
2021-08-09 eess.SP
Joint Microstrip Selection and Beamforming Design for MmWave Systems with Dynamic Metasurface Antennas
动态超颖表面天线（DMA）为未来无线系统实现大规模天线阵列提供了一种新的范例。在本文中，我们研究了下行毫米波（毫米波）DMA系统与有限数量的射频（RF）链。通过使用一个特定的DMA结构，一个等效的毫米波信道模型的第一个明确的特点。在此基础上，我们提出了一种有效的联合微带选择和波束成形方案，以适应有限数量的RF链。提出了一种基于通道增益的微带选择的低复杂度数字波束形成方案，而模拟波束形成器通过坐标上升法获得。数值计算表明，该方案的性能接近DMA没有RF链减少，验证了所提出的计划的有效性。
2022-10-22 eess.SP
Performance Analysis of Multi-IRS Aided Multiple Operator Systems at mmWave Frequencies
本文研究毫米波频段多运营商系统中智能反射面的性能，推导了不同合作方案下的遍历和频谱效率，证明各运营商可独立控制其IRS，跨运营商合作仅带来边际收益。
2025-07-17 eess.SP
Cooperative Rotatable IRSs for Wireless Communications: Joint Beamforming and Orientation Optimization
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；University of Macau（澳门大学）；Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学）
研究在双可旋转智能反射面辅助的无线通信系统中，联合基站发射波束成形、IRS协作无源波束成形及方向优化以最大化接收信噪比，提出基于粒子群优化等方法，验证了IRS旋转相比固定方案及双旋转优于单旋转的性能增益。
2026-07-24 eess.SP
Two Power Allocation and Beamforming Strategies for Active IRS-aided Wireless Network via Machine Learning
本文针对有源IRS辅助无线网络，提出两种基于机器学习的功率分配与波束赋形联合优化策略，以最大化用户信噪比和可达速率，仿真验证其性能优于固定功率分配、无源IRS及无IRS方案。
2024-06-09 eess.SP
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
Closed-Form Hybrid Beamforming Solution for Spectral Efficiency Upper Bound Maximization in mmWave MIMO-OFDM Systems
混合波束成形被认为是实现毫米波（mmWave）多输入多输出（MIMO）通信的关键使能器，因为其能够显著减少收发器中昂贵且耗电的射频链的数量。然而，在毫米波MIMO正交频分复用（MIMO-OFDM）系统中，混合波束成形设计是具有挑战性的，因为需要在整个所采用的带宽上共享模拟预编码器和组合器。在本文中，我们提出了封闭形式的解决方案，设计的模拟预编码器/组合器在毫米波MIMO-OFDM系统的频谱效率的上限最大化的问题。封闭式解决方案有助于模拟波束形成器的设计，同时保证最先进的性能。数值结果表明，该算法获得了略有改善的性能与低得多的计算复杂度相比，所考虑的基准。
2021-08-24 eess.SP
Heterogeneous-IRS-Assisted MIMO Systems: Channel Estimation and Beamforming
针对传统IRS功耗高的问题，本文研究异构IRS辅助的多用户MIMO系统的信道估计与波束成形，提出基于信道分解和流形优化的估计算法及离线+在线的波束成形方案，在降低功耗的同时实现了有竞争力的和速率性能。
2025-06-12 eess.SP
Joint Localization and Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided 5G mmWave Communication Systems
可重构智能表面（RIS）是提高毫米波（mmWave）通信系统传输速率的一项重要技术。以往对RIS技术的研究主要集中在提高毫米波通信系统的传输速率和保密率上。RIS技术的出现为智能无线电环境的产生创造了条件，在提高毫米波通信系统定位精度方面也具有潜在优势。部署在墙壁和物体上，RISs能够通过控制多径反射来显着改善通信和定位覆盖范围。本文研究了基于RIS的毫米波定位系统，提出了一种联合波束形成和定位问题。然而，由于目标函数取决于未知UE的位置和瞬时信道状态信息（CSI），因此这种基于RIS辅助的波束成形和定位技术具有挑战性。针对这一问题，提出了一种新的联合定位和波束形成优化算法（JLBO），并给出了算法的收敛性证明。仿真结果表明，RIS可以提高系统的用户定位精度，与传统的方案相比，该方案具有显着的性能改善。
2022-10-27 eess.SP
Exploiting Intelligent Reflecting Surfaces in NOMA Networks: Joint Beamforming Optimization
研究了一种下行链路多输入单输出智能反射面（IRS）辅助的非正交多址接入（NOMA）系统，其中基站（BS）在IRS的辅助下为多个用户提供服务。我们的目标是通过联合优化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总速率，受到连续干扰消除解码速率条件和IRS反射元件约束。根据反射振幅和相移的特性，我们考虑了理想和非理想IRS假设。为了解决非凸问题，我们提出了有效的算法，通过调用交替优化，设计的主动波束形成和被动波束形成交替。对于理想的IRS场景，这两个子问题通过调用逐次凸逼近技术来解决。对于非理想IRS情况，恒模IRS元件进一步分为连续相移和离散相移。针对连续相移无源波束形成问题，提出了一种基于序贯秩一约束松弛算法的无源波束形成算法，该算法能保证找到局部最优秩一解.然后，提出了一种基于量化的离散相移方案。最后，数值结果表明：（1）采用本文提出的算法部署IRS可以显著提高系统的和速率;（2）3位移相器能够实现与理想IRS几乎相同的性能;（3）本文提出的IRS辅助NOMA系统比IRS辅助正交多址接入系统实现更高的系统和速率。
2020-06-27 eess.SP
Secure Beamforming for Multiple Intelligent Reflecting Surfaces Aided mmWave Systems
本文研究了多智能反射面辅助毫米波系统中的安全波束形成问题。在该系统中，通过控制每个IRS的开关状态以及优化IRS的相移矩阵来最大化保密率。该问题是一个发射波束形成和IRS控制的联合优化问题，其目标是在总发射功率和单位模约束下最大化保密率。由于约束条件和耦合变量的非凸性，使得该问题难以得到最优解。为了解决这个问题，我们提出了一个交替优化（AO）的基础上连续凸近似（SCA）和流形优化（MO）技术的算法。仿真结果表明，该算法能有效提高保密率，且性能优于传统的单IRS辅助方案。
2020-12-25 eess.SP
Base Station Beamforming Design for Near-field XL-IRS Beam Training
针对远场假设导致近场BS-IRS链路波束训练性能下降的问题，提出两种优化BS波束成形的方案，基于AO的算法在训练精度和接收SNR上优于SVD和角度方法。
2023-09-12 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
Frequency-Selective Beamforming Cancellation Design for Millimeter-Wave Full-Duplex
在毫米波（mmWave）频率处提供的宽带宽使其成为未来无线通信系统的有吸引力的选择。最近的工作已经提出了波束成形策略，即使在混合波束成形的约束下，也可以在毫米波上实现带内全双工（FD）功能，从而扩展了下一代无线的令人兴奋的可能性。然而，现有的毫米波FD设计不考虑频率选择性毫米波信道。毫米波的宽带通信表明，频率选择性可能会受到关注，因为通信信道将在数百兆赫或更高的量级上。这激发了本文的工作，在本文中，我们提出了一个频率选择性波束成形设计，使实际的宽带毫米波FD应用。在我们的设计中，我们考虑了与混合模拟/数字波束成形相关的挑战，例如移相器分辨率、理想的低射频（RF）链数量以及模拟波束成形器的频率平坦特性。我们使用仿真来验证我们的工作，这表明，频谱效率增益可以实现与我们的设计，使同时发送和接收带内。
2019-10-26 eess.SP
Energy-Efficient IRS-Aided NOMA Beamforming for 6G Wireless Communications
本文提出了一种基于智能反射面（IRS）辅助的非正交多址接入波束形成（NOMA-BF）系统的节能交替优化框架，用于6 G无线通信。具体而言，这项工作提出了一个集中的IRS启用设计的NOMA-BF系统，以优化主动波束成形和功率分配系数（PAC）的用户在发射机在第一阶段和被动波束成形在IRS在第二阶段，以最大限度地提高网络的能量效率（EE）。然而，NOMA-BF系统可支持用户数的增加将导致NOMA用户干扰和簇间干扰（ICI）。为了减轻ICI的影响，首先采用迫零波束形成以及高效的用户聚类算法，然后通过提出的迭代算法有效地处理NOMA用户干扰，该算法通过简化的封闭形式的表达式计算NOMA用户的PAC在所需的系统约束下。在第二阶段中，被动波束形成的问题是通过基于凸差分（DC）规划和连续凸逼近（SCA）的技术解决。仿真结果表明，所提出的交替框架的能量有效的IRS辅助NOMA-BF系统可以实现收敛在几个迭代，并提供有效的性能方面的EE的系统具有低复杂度。
2022-03-30 eess.SP
IRS-assisted Multi-cell Multi-band Systems: Practical Reflection Model and Joint Beamforming Design
智能反射面（IRS）技术由于能够以能量/频谱/硬件高效的方式定制信号传播环境，被认为是未来无线通信系统中一项极具前景和革命性的技术。然而，大多数现有的IRS优化的研究是基于一个简单的和理想的反射模型，这是不切实际的硬件实现，从而导致严重的性能损失，在现实的宽带/多频带系统。为了解决这个问题，在本文中，我们首先提出了一个更实用，更易于处理的IRS反射模型，描述了不同频率的信号的反射响应的差异。然后，我们研究了IRS辅助的多小区多频带系统的联合发射波束形成和IRS反射波束形成设计。利用流行的二阶锥规划（SOCP），黎曼流形，最小化优化（MM），加权最小均方误差（WMMSE），和块坐标下降（BCD）的方法来解决功率最小化和总速率最大化问题。仿真结果表明，我们提出的联合发射波束成形和反射设计算法的基础上，实际的反射模型在节省功率和速率提高的性能显着改善。
2022-04-13 eess.SP
Beamforming Design for Intelligent Reffecting Surface Aided Near-Field THz Communications
针对太赫兹智能反射面近场波束分裂问题，提出双层增量延迟波束成形方案，通过元素分组与延迟模块显著减少延迟范围，实现近最优性能。
2025-05-27 cs.IT cs.NI eess.SP
Zero-Forcing Max-Power Beamforming for Hybrid mmWave Full-Duplex MIMO Systems
全双工（FD）系统由于其频谱效率翻倍的潜力而受到了极大的关注。在5G技术的背景下，在毫米波（mmWave）频率下操作的FD系统成为进一步提高频谱效率和减少延迟的最有前途的解决方案之一。然而，这样的系统是脆弱的自干扰（SI），显着降低性能。为了克服这个缺点，已经开发了仅模拟波束成形技术来减轻SI。由于巨大的功耗，在毫米波频率下操作的系统仅通过调谐移相器同时保持恒定幅度来对功率进行波束成形。这样的硬件约束（称为恒定幅度（CA）约束）严重限制了系统性能。在这项工作中，我们提出了一个数字和模拟混合波束成形设计，完全消除了SI，同时大大减少了CA约束所带来的损失。此外，我们开发了一个全数字波束成形设计，并推导出频谱效率的上限作为基准工具，以量化我们提出的混合设计的损失。
2020-12-16 eess.SP
Manifold Optimization Methods for Hybrid beamforming in mmWave Dual-Function Radar-Communication System
作为一种低成本的替代方案，模拟和数字混合波束形成结构是一种很有前途的毫米波系统方案。针对毫米波双功能雷达通信（DFRC）系统，研究了部分连接和全连接两种混合波束形成结构，其中发射端与下行用户通信，同时检测雷达目标。在恒模和功率约束下，通过最小化雷达和通信性能的加权和来表达优化问题。针对这两个结果问题所导致的非凸性，提出了有效的黎曼优化算法.针对全连通结构，提出了一种基于交替方向乘子法（ADMM）的流形算法.而对于部分连通结构，提出了一种低复杂度的黎曼积流形信赖域（RPM-TR）算法来逼近近似最优解. 数值仿真表明了本文方法的有效性.
2022-09-04 eess.SP
Latency Minimization for mmWave D2D Mobile Edge Computing Systems: Joint Task Allocation and Hybrid Beamforming Design
移动边缘计算（MEC）和毫米波（mmWave）通信能够显著降低网络延迟并增强其容量。在本文中，我们研究了毫米波和设备到设备（D2 D）辅助MEC系统，其中用户A执行一些计算任务，并与用户B共享的结果与基站（BS）的帮助。我们提出了一种新的双时标联合混合波束成形和任务分配算法，以减少系统延迟，同时减少所需的信令开销。具体地，基于信道状态信息（CSI）样本以基于帧的方式更新高维模拟波束成形矩阵，其中每个帧由多个时隙组成，而更频繁地依赖于每个时隙中的低维有效信道矩阵来优化低维数字波束成形矩阵和卸载比。提出了一种基于随机逐次凸逼近（SSCA）的算法来设计长期模拟波束形成矩阵。对于短期变量，数字波束形成矩阵的优化依赖于创新的惩罚-凹凸过程（惩罚-CCCP）处理毫米波非线性发射功率约束，卸载比可以通过导出的封闭形式的解决方案获得。通过与基准测试的比较，仿真结果验证了所提算法的有效性。
2022-07-17 eess.SP
A Survey on Millimeter-Wave Beamforming Enabled UAV Communications and Networking
无人驾驶飞行器（UAV）具有广泛的商业、民用和军事应用。无线通信一直是无人机的核心技术之一。然而，通信能力正在成为无人机支持更具挑战性的应用场景的瓶颈。严重占用的6 GHz以下频段不足以满足超高数据流量要求。利用毫米波（mmWave）频段是UAV通信的一个有前途的方向，其中大型天线阵列可以封装在UAV上的小区域中以执行三维（3D）波束成形。另一方面，作为空中接入点或中继的UAV可以显著增强地面毫米波蜂窝网络的覆盖范围和服务质量。在本文中，我们提供了一个全面的调查毫米波波束成形使无人机通信和网络。首先介绍了毫米波无人机通信的技术潜力和挑战。然后，我们提供了相关毫米波天线结构和信道建模的概述。随后，无人机连接的毫米波蜂窝网络和毫米波无人机自组织网络的技术和解决方案分别进行了审查。最后，我们提出了开放的问题和有前途的方向，为未来的研究毫米波波束赋形使无人机通信和网络。
2021-10-25 eess.SP
Joint transmit and reflective beamforming for IRS-assisted integrated sensing and communication
研究了一种智能反射面（IRS）辅助的通感一体化（ISAC）系统，该系统部署一个IRS，不仅可以辅助多天线基站（BS）与单天线通信用户（CU）之间的无线通信，还可以在LoS链路被阻断的区域建立虚拟LoS链路，用于感知目标。我们认为BS发送用于ISAC的组合信息和感测信号。在这种设置下，我们联合优化BS处的发送信息和感测波束成形以及IRS处的反射波束成形，以使IRS的最小波束图案增益朝向期望的感测角度最大化，这受到CU处的最小信噪比（SNR）要求和BS处的最大发送功率约束。虽然制定的信噪比约束的波束图增益最大化问题是非凸的，难以解决，我们提出了一个有效的算法，以获得一个高质量的解决方案，使用交替优化和半定松弛（SDR）。数值结果表明，所提出的联合波束形成设计实现了改善的感知性能，同时确保通信的要求相比，没有这样的联合优化的基准。它还表明，使用专用的传感波束是有益的，在提高性能的IRS辅助ISAC。
2022-02-13 eess.SP
Hybrid Beamforming With Sub-arrayed MIMO Radar: Enabling Joint Sensing and Communication at mmWave Band
本文提出了一种将混合波束形成技术与子阵列MIMO雷达技术相结合的毫米波（mmWave）波段双功能雷达通信（DFRC）系统波束形成设计方法。我们假设基站（BS）服务于位于非视距（NLoS）信道中的用户设备（UE），该用户设备同时主动检测位于视距（LoS）信道中的多个目标。给定最优通信波束形成器和期望的雷达波束方向图，在非凸恒模（CM）和功率约束下，设计模拟和数字波束形成器，使得通信和雷达波束形成误差的加权和最小。该优化问题可分解为三个子问题，并采用交替极小化方法求解。数值仿真验证了所提出的波束成形设计的可行性，并表明我们的方法提供了一个有利的性能之间的权衡传感和通信。
2018-10-24 eess.SP
Beam Profiling and Beamforming Modeling for mmWave NextG Networks
本文基于27 GHz和71 GHz商用mmWave测试床进行波束轮廓分析实验，开发了高精度的机器学习波束成形模型以预测接收信号功率与数据速率，为复杂mmWave网络设计优化提供数据与模型支持。
2024-08-23 eess.SP
An Overview on IRS-Enabled Sensing and Communications for 6G: Architectures, Fundamental Limits, and Joint Beamforming Designs
本文综述了IRS赋能的6G感知与通信，涵盖NLoS感知架构、ISAC联合波束成形设计及多IRS网络化ISAC，并指出了未来研究方向。
2024-11-11 eess.SP
Secure Beamforming Design for IRS-ISAC Systems with a Hardware-Efficient Hybrid Beamforming Architecture
本文提出了一种基于硬件高效混合波束成形架构的IRS-ISAC系统安全波束成形方法，通过联合优化波束成形器、IRS反射系数和雷达缩放因子，最大化通信保密间隙，提升系统性能与硬件成本的平衡。
2025-11-24 eess.SP
Performance Analysis of Digital Beamforming mmWave MIMO with Low-Resolution DACs/ADCs
TU Wien（维也纳工业大学）；Christian Doppler Laboratory for Digital Twin assisted AI for sustainable Radio Access Networks（可持续无线接入网数字孪生辅助AI克劳迪普勒实验室）；Lund University（隆德大学）
本文研究了毫米波MIMO系统中低分辨率DAC/ADC对信道估计性能和系统效率的影响，发现4位量化分辨率在能耗与数据率之间取得良好平衡。
2026-01-22 eess.SP
Energy Efficiency Maximization in mmWave Wireless Networks with 3D Beamforming
本文研究了毫米波（mmWave）无线网络中的三维波束形成问题。特别是，我们研究的影响基站（BS）天线倾角优化的能量效率（EE）的毫米波网络在两种不同的情况下：一个同构网络由多个宏基站（MBS），和一个异构网络中的多个毫微微基站的覆盖范围内添加的MBS。首先，通过采用随机几何方法，我们分析了这两种情况下，将3DBF的覆盖概率。然后，我们推导出作为MBS天线倾斜角的函数的网络的EE。接下来，制定优化问题，以最大限度地提高EE的网络，通过优化的倾斜角。由于最优解的计算复杂度很高，因此提出了近优低复杂度方法来求解优化问题。仿真结果表明，在毫米波网络中，三维波束形成技术与优化的倾斜角可以显着提高网络的EE。此外，所提出的低复杂性方法呈现接近最优解的性能，但具有显著降低的复杂性。
2018-12-04 eess.SP
Beamforming Optimization for IRS-Aided Communications with Transceiver Hardware Impairments
在本文中，我们专注于智能反射面（IRS）辅助多天线通信与收发器的硬件损伤，在实践中遇到的。特别是，我们的目标是最大限度地提高接收到的信号噪声比（SNR）考虑到硬件损伤的影响，其中源发射波束成形和IRS反射波束成形联合设计下提出的优化框架。为了规避非凸性的制定的设计问题，我们首先推导出一个封闭形式的最优解的源发射波束成形。然后，针对IRS反射波束形成的优化问题，通过求解一个凸问题，得到了最优目标值的上界。提出了一种低复杂度的最小化-最大化（MM）算法来逼近上界。仿真结果表明，与传统的SNR最大化方案相比，该波束形成方案对硬件损伤具有更强的鲁棒性。此外，与没有部署IRS的情况相比，通过合并硬件损伤带来的性能增益对于IRS辅助通信更加明显。
2020-10-21 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Location Sensing and Channel Estimation for IRS-Aided mmWave ISAC Systems
针对IRS辅助毫米波ISAC系统，提出两阶段传输方案与AS-TVBI算法，联合感知位置并估计信道，利用稀疏性提升性能，仿真验证优越性。
2023-11-14 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
Practical Modeling and Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided Wideband Systems
智能反射面（IRS）通过智能地改变传播环境来增强无线通信，已经成为一种革命性的解决方案。以前的IRS研究都是基于一个理想的反射模型，具有恒定的振幅和可变的相移。然而，在实际应用中，实现满足这种理想反射模型的IRS是困难和不现实的。在这封信中，我们的目标是调查的反射信号的相位-幅度-频率的关系，并提出了一个实用的模型的反射系数的红外辅助宽带系统。然后，基于该实用模型，针对IRS辅助的宽带正交频分复用（OFDM）系统，研究了各子载波的联合发射功率分配和IRS波束成形优化问题。仿真结果说明了实用模型在IRS设计中的重要性，验证了所提模型的有效性。
2020-06-02 eess.SP
Deep Learning-Empowered Predictive Beamforming for IRS-Assisted Multi-User Communications
实用的智能反射面（IRS）辅助多用户通信（IRS-MUC）系统的实现关键取决于正确的波束形成设计，利用准确的信道状态信息（CSI）。然而，IRS-MUC系统中的信道估计（CE）由于IRS中涉及的众多反射元件而需要显著大的训练开销。在本文中，我们采用深度学习的方法来隐式地学习历史信道特征，并直接预测下一个时隙的IRS相移，以最大化IRS-MUC系统的平均可实现的和速率，同时考虑到用户的移动性。通过这样做，仅需要低维度多输入单输出（MISO）CE用于发射波束成形设计，从而显著减少CE开销。为此，首先开发了一种位置感知卷积长短期记忆网络（LA-CLNet），以促进IRS的预测波束形成，其中卷积和递归单元被联合采用，以同时利用信道的空间和时间特征。给定预测IRS相移波束形成，瞬时CSI（ICSI）感知的全连接神经网络（IA-FNN），然后提出在接入点优化发射波束形成矩阵。仿真结果表明，所提出的方法所获得的和速率性能接近基因辅助方案与完全完美的ICSI。
2021-04-26 cs.IT eess.SP math.IT
Waveform and Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Power Transfer: Single-User and Multi-User Solutions
本文研究了智能反射面辅助无线电能传输的波形和无源波束形成设计。在发射功率约束和无源波束形成相位单位模约束条件下，基于交替优化（AO）框架，以最大化输出直流电流加权和为目标，推导了广义多用户和低复杂度单用户算法。输入信号波形和IRS无源波束形成相移被联合设计为用户的个人频率选择性信道状态信息（CSI）的函数。研究了能量采集器的非线性特性，并对频率选择性IRS（FS-IRS）和频率平坦IRS（FF-IRS）两种IRS部署方案进行了建模和分析。本文强调了这样一个事实，即IRS可以提供一个额外的无源波束成形增益输出直流功率比传统的WPT设计和显着影响的波形设计，利用无源波束成形，频率分集和能量采集器的非线性的好处。尽管FF-IRS的输出直流电流比FS-IRS低，但它仍然比传统WPT设计实现了大幅增加的直流功率。性能评估证实了联合波形和无源波束形成设计的显著优势，考虑到能量采集器的非线性，以提高单用户和多用户WPT系统的性能。
2021-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
IRS-Assisted OTFS: Beamforming Design and Signal Detection
针对IRS辅助OTFS系统，提出基于STM、分式规划与AO的RC及波束成形联合优化、ADMM检测器和并行因子张量级联信道估计方法，显著提升容量与BER性能。
2024-08-05 eess.SP
Hybrid beamforming with dynamic subarrays and low-resolution PSs for mmWave MU-MISO systems
具有大规模天线阵列的模拟/数字混合波束成形架构在毫米波（mmWave）通信系统中得到了广泛的考虑，因为与传统的全数字波束成形相比，它们可以解决性能和硬件效率之间的折衷。现有的混合波束形成研究主要集中在子阵固定的全连接结构或部分连接结构，其中模拟波束形成器通常由无限分辨率移相器（PS）实现。在本文中，我们介绍了一种新的混合波束形成结构的动态子阵列和硬件高效的低分辨率PS毫米波多用户多输入单输出（MU-MISO）系统。通过开关网络和PS将每个RF链动态连接到非重叠子阵列，我们可以利用多天线和多用户分集来减轻由于使用实际的低分辨率PS而导致的性能损失。首先提出了一种基于分式规划（FP）的迭代混合波束形成器设计算法，旨在最大化MU-MISO系统的和速率性能。为了降低复杂度，我们也提出了一个简单的启发式混合波束形成器的设计算法的动态子阵计划。大量的仿真结果表明，与现有的固定子阵方案相比，动态子阵和低分辨率PS的混合波束形成架构的优势。
2019-06-04 eess.SP
Near-Field Beamforming Design for Multi-IRS Wireless Beam Routing
Beijing University of Posts and Telecommunications（北京邮电大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）
本文针对多超大规模智能反射面辅助无线通信，提出基于交替优化的近场波束成形设计，联合优化基站与反射面波束，相比传统方法显著提升接收功率。
2026-10-08 eess.SP
Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided mmWave NOMA: Joint Power Allocation,Phase Shifts, and Hybrid Beamforming Optimization
研究了一种可重构智能表面（RIS）辅助的毫米波（mmWave）非正交多址接入（NOMA）系统。特别地，我们考虑具有混合波束成形结构的RIS辅助mmWave-NOMA下行链路系统。为了在最小速率约束和最小发射功率约束下最大化可实现的和速率，提出了一个RIS相移、混合波束赋形和功率分配的联合问题。为了解决这个非凸优化问题，我们开发了一个交替优化算法。具体地，首先，非凸问题被转化为三个子问题，即，功率分配、联合相移和模拟波束成形优化以及数字波束成形设计。然后，我们解决了固定相位偏移的RIS和混合波束形成的功率分配问题。最后，在给定功率分配矩阵的情况下，分别采用基于交替流形优化（AMO）的方法和基于逐次凸逼近（SCA）的方法设计相移、模拟波束形成和发射波束形成。数值结果表明，所提出的交替优化算法优于国家的最先进的计划在和率。此外，与没有RIS的传统mmWave-NOMA系统相比，所提出的RIS辅助mmWave-NOMA系统能够提高系统的可实现的和速率。
2020-10-18 cs.SY eess.SP eess.SY
Joint Hybrid and Passive RIS-Assisted Beamforming for MmWave MIMO Systems Relying on Dynamically Configured Subarrays
依赖于混合波束成形结构的可重构智能表面（RIS）辅助毫米波（mmWave）通信系统能够以低硬件复杂度和低功耗实现高频谱效率。在本文中，我们提出了一个RIS辅助毫米波点对点系统依赖于动态配置的子阵列连接的混合波束形成结构。更明确地说，提出了一种依赖于双分辨率移相器的节能模拟波束形成器。然后，我们设想了一个连续干扰消除（SIC）的方法，用于联合设计的混合波束形成矩阵的基站（BS）和被动波束形成矩阵的RIS。具体来说，相关的带宽效率最大化问题被转化为一系列子问题，其中移相器子阵列和RIS元件被联合优化，以最大化每个子阵列的速率。此外，提出了一种贪婪方法来确定每个子阵列的移相器配置。然后，我们建议更新的RIS元素依赖于一个复杂的圆流形（CCM）为基础的方法。所提出的动态子连接结构以及所提出的联合混合和被动波束形成方法在带宽效率和功耗之间取得了有吸引力的折衷。我们的仿真结果表明，所提出的方法相比，其传统的同行的优越性。
2022-01-12 eess.SP
Blind IRS Beamforming Using Only Received Signal Power Measurements
Songshan Laboratory（松山湖实验室）；Information Engineering University, PLA Cyberspace Force（信息工程大学，解放军网络空间部队）
本文提出一种仅利用接收信号功率样本的盲IRS波束成形方法，通过构建最小二乘问题估计信道相位差，获得最优IRS配置，在量化电平数大于2时优于CSM方法且复杂度相同。
2026-10-01 eess.SP
Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave Communications: Joint Active and Passive Precoding Design
毫米波（MmWave）通信由于其丰富的频谱资源而能够支持多千兆比特的无线接入。然而，严重的路径损耗和高方向性使其容易受到阻塞事件的影响，这在室内和密集的城市环境中可能是频繁的。为了解决这个问题，在本文中，我们引入智能反射表面（IRS）作为一种新技术，以提供有效的反射路径，以增强毫米波信号的覆盖范围。在此框架下，我们研究了联合主动和被动预编码设计的IRS辅助毫米波系统，其中多个IRS部署，以协助数据传输从基站（BS）到单天线接收机。我们的目标是最大限度地提高接收信号功率，通过联合优化发射预编码矢量在BS和所使用的IRS被动波束成形的相移参数。虽然这样的优化问题一般是非凸的，我们表明，通过利用毫米波信道的一些重要特性，可以得出一个最佳的封闭形式的解决方案，为单一的IRS的情况下，可以获得一个接近最佳的解析解的多IRS的情况下。我们的分析表明，接收信号的功率增加平方的反射元件的数量为单IRS和多IRS的情况下。仿真结果验证了我们提出的解决方案的最优性和近优性。结果还表明，IRS可以帮助创建有效的虚拟LOS路径，从而大大提高毫米波通信中对阻塞的鲁棒性。
2020-10-18 eess.SP
Max-Min Fairness in IRS-Aided Multi-Cell MISO Systems with 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进行通信，其中IRS被专门部署用于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，最大化的最小加权信号干扰噪声比（SINR）在用户的目的，在BS的个人最大发射功率和在IRS的反射约束。为了解决非凸问题，我们首先提出了一种精确交替优化设计，以交替的方式优化发射和反射波束形成向量，其中发射和反射波束形成优化子问题通过使用半定松弛（SDR）技术精确求解。然而，它具有高计算复杂度，并且由于SDR中随机化的不确定性而可能导致性能受损。为了避免这些缺点，我们进一步提出了一种不精确的交替优化设计，其中发射和反射波束形成优化子问题的不精确求解的连续凸近似（SCA）的原则的基础上。此外，为了进一步降低复杂度，我们提出了一种低复杂度的不精确交替优化设计，其中反射波束形成优化子问题的求解更加不精确。数值结果表明，所提出的三种设计方案相对于基准方案取得了显着的性能增益。此外，不精确交替优化设计优于精确交替优化的最小加权信干噪比值和计算复杂度方面。
2020-10-23 eess.SP
