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
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
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
Throughput Maximization for Active Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Powered Communications
本文考虑了一种有源智能反射面（IRS）辅助的无线供电通信网络（WPCN），其中设备首先采集能量，然后将信息传输到混合接入点（HAP）。与现有的被动IRS辅助的WPCN的工作不同，这是第一次在WPCN中引入主动IRS。为了保证公平性，将该问题转化为一个放大的功率受限加权和吞吐量（WST）最大化问题，交替采用逐次凸逼近技术和分式规划求解.为了平衡性能和复杂度的折衷，在活动IRS处考虑三种波束形成设置，即用户自适应IRS波束形成、上行链路自适应IRS波束形成和静态IRS波束形成。数值结果表明，在WPCN中采用有源IRS的显着优势和动态IRS波束形成的好处。具体而言，它被发现，相比于被动IRS，有源IRS不仅大大提高了WST，而且更节能，可以显着扩大传输覆盖范围。此外，与被动IRS的对称部署策略不同，更优选的是将主动IRS部署在设备附近。
2022-01-11 cs.IT eess.SP math.IT
A New Intelligent Reflecting Surface-Aided Electromagnetic Stealth Strategy
针对传统吸波材料隐身性能受限的问题，提出一种智能反射面辅助电磁隐身系统，通过优化反射面元件反射约束下的接收信噪比最小化问题，利用KKT条件求解，仿真验证其优于多种基准方案。
2024-03-19 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Analysis of Intelligent Reflecting Surface Aided Communication Systems
这封信提出了一个详细的性能分析的智能反射面（IRS）辅助单输入单输出通信系统，考虑到发射机和接收机之间的直接链接。推导出了遍历容量的封闭形式上界，并得到了中断概率的精确近似。此外，简化的表达式中的渐近制度。数值结果验证了理论分析的正确性。研究发现，增加反射单元的数量可以显著提高系统的遍历容量和中断概率性能，并且强视距分量也是有益的。此外，期望将IRS部署在靠近发射器或接收器的位置，而不是在中间。
2020-08-01 cs.IT math.IT
Simultaneously Transmitting and Reflecting RIS-Aided Mobile Edge Computing: Computation Rate Maximization
在本文中，新的同时发射和反射（STAR）可重构智能表面（RIS），使位于表面两侧的用户的全空间覆盖，在多用户移动边缘计算（MEC）系统进行了研究。通过STAR-RIS相移、反射和传输幅度系数、接入点处的接收波束形成向量以及用于本地计算和卸载的用户能量划分策略的联合设计，来制定计算速率最大化问题。研究了STAR-RIS的两种工作方式，即能量分裂（ES）和模式切换（MS）。基于DC规划和半定松弛，提出了一种求解ES协议的非凸问题的迭代算法。此外，该算法被扩展到解决非凸，非连续的MS问题的二进制振幅系数。仿真结果表明，所得到的STAR-RIS辅助MEC系统显着提高了计算速度相比，与传统的反射/发送只RIS的基线计划。
2022-12-01 cs.IT eess.SP math.IT
Optimization on Multi-User Physical Layer Security of Intelligent Reflecting Surface-Aided VLC
这封信研究了智能反射表面（IRS）辅助可见光通信（VLC）中的物理层安全性。在点源假设下，首先建立了多个合法用户和一个窃听者的系统模型，通过目标函数近似将保密率最大化问题转化为分配问题。然后，提出了一种迭代Kuhn-Munkres算法对变换后的问题进行优化，其计算复杂性为IRS单元数和发射机数的二阶形式。此外，数值模拟进行了验证的近似性能和VLC保密率的改进IRS。
2022-01-03 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Multiple Access Over Fading Channels
研究了衰落信道下智能反射面辅助网络中的两用户下行传输问题。特别地，研究了非正交多址（NOMA）和两种正交多址（OMA）方案，即时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA）。其目标是最大化系统的平均和速率的延迟容忍传输。我们提出了两种调整方案，即动态相位调整和一次相位调整。功率预算、最小平均数据率和离散单位模反射系数被认为是约束。为了解决这个问题，提出了两种低复杂度的移相器调整算法，以获得近似最优解。在给定移相器和满足分时条件的情况下，利用拉格朗日对偶分解法得到最优资源分配。数值结果表明：在衰落信道下，IRS辅助的NOMA网络的平均和速率优于传统的NOMA网络;在衰落块内连续IRS调整，TDMA方案的性能优于FDMA方案;提高最小平均用户速率要求对IRS-NOMA系统的影响小于对IRS-OMA系统的影响。
2020-09-24 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
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
To Reflect or Not To Reflect: On-Off Control and Number Configuration for Reflecting Elements in RIS-Aided Wireless Systems
针对RIS双重衰落与高功耗问题，提出反射单元开关机制，通过交替优化算法最大化无源/有源RIS能量效率，并分析功率预算下的单元数量配置。
2023-04-26 cs.IT eess.SP math.IT
Spatial Throughput Characterization for Intelligent Reflecting Surface Aided Multiuser System
智能反射面（IRS）是近年来提出的一种提高未来无线网络频谱和能量效率的解决方案，它通过调整大量低成本的无源反射元件，从而构建良好的无线传播环境。不同于以往的作品，专注于链路级的性能优化的IRS辅助无线系统，这封信的特点是一个单小区的多用户系统的空间吞吐量的辅助下，随机部署在小区中的多个IRS。仿真结果表明，我们的分析是有效的和IRS辅助系统优于全双工中继辅助的对应系统的空间吞吐量时，IRS的数量超过一定的值。此外，它表明，不同的部署策略IRS/主动中继应采取各自的吞吐量最大化。最后，它揭示了，给定的反射元件的IRS的总数，系统的空间吞吐量增加时，较少的IRS部署每个具有更多的反射元件，但在更多的空间变化的用户速率的成本。
2020-02-26 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided LEO Satellite Communication: Cooperative Passive Beamforming and Distributed Channel Estimation
本文提出了一种新的智能反射面（IRS）辅助低轨卫星通信系统，该系统利用大规模无源反射单元的可控相移实现灵活的波束形成，有效地解决了高机动卫星（SAT）与地面节点（GN）之间时变信道的问题。特别是，我们提出了一种新的架构IRS辅助LEO卫星通信，其中IRS部署在SAT和GN的两侧，并研究其合作的无源波束形成（CPB）设计超过视线（LoS）为主的单反射和双反射信道。具体来说，我们联合优化的主动发送/接收波束成形在SAT/GN以及CPB在两侧IRS的最大化的总信道增益从SAT到每个GN。有趣的是，我们表明，在LoS信道条件下，高维SAT-GN信道可以分解为两个低维向量的外积。通过利用分解的SAT-GN信道，我们将原始波束成形优化问题解耦为两个更简单的子问题，分别对应于SAT和GN侧，这两个子问题都以封闭形式求解。此外，我们提出了一个有效的传输协议进行信道估计和波束跟踪，这只需要独立的处理的SAT和GN在一个分布式的方式，从而大大降低了实现的复杂度。仿真结果验证了与传统反射阵列和单边IRS等各种基线方案相比，所提出的具有双边协作IRS的IRS辅助低轨卫星通信系统的性能优势。
2022-01-09 cs.IT eess.SP math.IT
IRS-Aided Wireless Relaying: Optimal Deployment and Capacity Scaling
在这封信中，我们考虑一个智能反射面（IRS）辅助无线中继系统，其中解码和转发中继（R）被用来转发数据从源（S）到目的地（D），由M个被动反射元件的辅助。我们考虑两个实际的IRS部署策略，即，单IRS部署，其中所有反射元件安装在一个单一的IRS，部署在S，R，或D附近，和多IRS部署，其中反射元件被分配在三个独立的IRS，分别部署在S，R，和D附近。在视线（LoS）信道模型下，我们描述了具有不同IRS部署策略的IRS辅助中继系统的容量缩放顺序。对于单个IRS部署，我们表明，与S或D附近的IRS相比，在R附近部署IRS可实现最高容量。而对于多IRS部署，我们提出了一种实用的协作IRS无源波束成形设计，分析表明，该设计比单IRS部署实现了更大的容量缩放阶数（即，当M足够大时，R或S/D附近）。数值算例验证了理论结果。
2021-10-28 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
Bayesian Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface-Aided mmWave Massive MIMO Systems With Semi-Passive Elements
针对带半无源元素的IRS辅助毫米波大规模MIMO系统，提出基于VI-SBL的贝叶斯信道估计器，仅用上行训练信号估计所有链路，降低误差与开销，提升频谱和能量效率。
2023-05-03 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
Intelligent Reflecting Surface Aided MIMO with Cascaded LoS Links: Channel Modelling and Full Multiplexing Region
本文研究了智能反射面（IRS）辅助多输入多输出（MIMO）系统通过级联视距（LoS）链路的建模和优化。在第一部分中，我们建立了一个新的IRS辅助MIMO信道模型，命名为级联LoS MIMO信道。建议的信道模型包括一个发射机（Tx）和一个接收机（Rx）都配备了均匀的线性阵列，和一个IRS是用来使发射机和接收机之间的通信通过IRS看到的LoS链接。当对电磁波在IRS的反射进行建模时，我们考虑了不同反射元件上波前的曲率。基于所建立的模型，我们研究了级联LoS MIMO系统的空间复用能力。我们介绍了级联LoS MIMO信道的全复用区域（FMR）的概念，其中FMR是Tx-IRS和IRS-Rx距离对的联合，使全复用通信。根据一种特殊的被动波束形成策略，称为反射聚焦，我们推导出的FMR的内界，并提供相应的方向设置的天线阵列，使充分复用。基于所提出的信道模型和反射聚焦，在第二部分中讨论了互信息最大化问题。
2022-07-10 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Driven Learning for Channel Estimation in Intelligent Reflecting Surface Aided Millimeter Wave Communications
本文针对IRS辅助毫米波MISO系统上行宽带信道估计问题，提出结合模型驱动与数据驱动的混合驱动学习架构，在无源及混合有源/无源IRS系统中均显著优于现有深度学习方案，并降低约60%导频开销。
2023-05-30 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
Robust Transmission Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Secure Communication Systems with Imperfect Cascaded CSI
本文研究了智能反射面辅助无线通信系统中鲁棒安全传输的设计。特别地，多天线接入点（AP）在存在多个单天线窃听者的情况下与单天线合法接收器通信，其中人工噪声（AN）被发送以增强安全性能。此外，我们假设级联的AP-IRS-用户信道由于信道估计误差而不完美。为了最小化发射功率，在发射机处的波束成形向量、AN协方差矩阵和IRS相移在通常对信道估计误差建模的统计级联信道状态信息（CSI）误差模型下受到中断率概率约束而被联合优化。为了处理由此产生的非凸优化问题，我们首先近似的中断率概率约束，使用伯恩斯坦型不等式。然后，我们开发了一个次优算法的基础上交替优化，基于惩罚和半定松弛方法。仿真结果表明，该方案显着降低了发射功率相比，其他基准计划。
2020-12-03 cs.IT eess.SP math.IT
Capacity Characterization for Intelligent Reflecting Surface Aided MIMO Communication
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的解决方案，通过调整大量的无源反射单元来适当地改变信号传播，从而既经济又节能地提高无线通信容量。在本文中，我们的目标是表征的基本容量限制的IRS辅助点到点多输入多输出（MIMO）通信系统的多天线发射机和接收机一般，通过联合优化IRS反射系数和MIMO发射协方差矩阵。首先，我们考虑频率平坦衰落信道下的窄带传输，并开发了一种有效的交替优化算法，通过迭代优化发射协方差矩阵或反射系数之一，与其他被固定，找到一个局部最优解。接下来，我们考虑在频率选择性衰落信道下的一般MIMO正交频分复用（OFDM）系统中宽带传输的容量最大化，其中发送协方差矩阵可以针对不同的子载波进行优化，而只有一个公共的IRS反射系数集可以被设计为迎合所有子载波。为了解决这个更具挑战性的问题，我们提出了一个新的交替优化算法的基础上凸松弛找到一个高质量的次优解。数值结果表明，我们提出的算法实现了大幅增加的容量相比，传统的MIMO信道没有IRS，也优于各种基准计划。特别是，它表明，与所提出的算法，各种关键参数的IRS辅助MIMO信道，如信道总功率，秩，和条件数可以显着改善容量增强。
2019-10-03 cs.IT eess.SP math.IT
Dual-Function Radar-Communication System Aided by Intelligent Reflecting Surfaces
提出了一种基于智能反射面的双功能雷达通信系统的设计方案。我们考虑一个场景与一个目标和多个通信接收器，在那里没有视线之间的雷达和目标。雷达预编码矩阵和IRS权重被优化设计为最大化雷达接收机处的信噪比（SNR）和通信接收机处的SNR的加权和，其受到IRS权重的功率约束和恒模约束。该问题被解耦为两个子问题，即波形设计和IRS权重设计，并通过交替优化来解决。前一个子问题通过线性规划求解，后一个子问题通过四次多项式目标的流形优化求解。本文的主要贡献在于解决了基于四次目标函数优化的IRS权重设计子问题，并对IRS权重进行了单位模约束。仿真结果表明了该算法在不同系统配置下的收敛特性，以及利用IRS提高雷达和通信性能的有效性。
2022-04-10 cs.IT eess.SP math.IT
Robust and Secure Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided mmWave MISO Systems
在这封信中，我们研究了在智能反射面（IRS）辅助毫米波（mmWave）多输入单输出（MISO）系统中的鲁棒和安全波束形成（RSBF），其中多个单天线窃听器（Eves）任意分布在合法接收机附近。考虑到Eves信道的信道状态信息（CSI）在合法发射端是不完全已知的，在总发射功率和单位模约束下，给出了最大化最坏情况下可达保密率（ASR）的RSBF设计问题.由于这些问题是很难最佳解决，由于其非凸性和耦合变量，我们取代窃听信道的离散样本的加权组合，并提出了一个RSBF计划交替优化和半定松弛（SDR）技术的基础上，合谋和非合谋窃听的情况。仿真结果表明，所提出的RSBF方案可以有效地提高ASR，也优于其他基准计划。
2020-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided Radar Spoofing
针对传统有源雷达干扰成本高、易暴露的问题，提出IRS辅助雷达欺骗策略，通过优化IRS反射在遮蔽目标的同时生成欺骗性到达角信息，经仿真验证优于多种基准方案。
2024-05-11 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming and Reflecting Design in Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Multi-User Communication Systems
可重构智能表面（RIS）为未来可编程无线传输环境的构建提供了一条很有前途的途径。由于在RIS中使用大量的反射元件，发射器处的有源波束形成和RIS处的无源反射器的联合优化通常是复杂且耗时的。针对这一问题，提出了一种基于分式规划（FP）的低复杂度波束形成与反射联合算法。具体来说，我们首先考虑一个RI辅助的多用户通信系统与完善的信道状态信息（CSI），并制定一个优化问题，以最大限度地提高所有用户的总速率。由于问题是非凸的，我们将原问题分解成三个不相交的子问题。通过引入有利的辅助变量，推导出每个子问题中波束形成向量和反射矩阵的闭式表达式，从而得到一种低复杂度的波束形成和反射联合算法。然后，我们扩展我们的方法来处理的情况下，发射机-RIS和RIS-接收机的信道是不完美的，并开发相应的低复杂度的联合波束形成和反射算法与实际的信道估计。仿真结果验证了所提出的算法的有效性相比，各种基准计划。
2021-01-08 cs.IT math.IT
Artificial-Noise-Aided Secure MIMO Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surface
该文研究了一种基于人工噪声（AN）的物理层安全技术辅助的MIMO安全无线通信系统。为了进一步提高系统的安全性能，在AN辅助通信系统中，基站（BS）、合法信息接收机（IR）和窃听器（Eve）都配备了多个天线，引入了高级智能反射面（IRS）。以最大化保密率（SR）为目标，在发射功率限制和IRS相移单位模的约束下，联合优化BS的发射预编码（TPC）矩阵、AN的协方差矩阵和IRS的相移.然后，保密率最大化（SRM）问题，这是一个非凸的多耦合变量的问题。为了解决这个问题，我们建议利用块坐标下降（BCD）算法交替更新TPC矩阵，AN协方差矩阵和相移，同时保持SR不减。具体地说，最佳TPC矩阵和AN协方差矩阵的拉格朗日乘子法推导，并通过优化最小化（MM）算法获得的最佳相移。由于所有的变量都可以在封闭的形式计算，所提出的算法是非常有效的。最后，我们将SRM问题扩展到更一般的多IR场景，并提出了一个BCD算法来解决它。最后，仿真结果验证了通过IRS增强系统安全性的有效性。
2020-09-12 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Networks: From Single-Reflection to Multi-Reflection Design and Optimization
智能反射面（IRS）是无线通信网络中一种很有前途的技术。通过动态调谐大量无源元件的反射幅度/相移，IRS实现了灵活的无线信道控制和配置，从而显著提高了无线信号传输速率和可靠性。尽管有大量关于设计和优化各种IRS辅助的无线系统的文献，但现有工作主要集中在仅通过一个或多个IRS来增强具有单个信号反射的无线链路，这可能不足以在一些恶劣的传播条件（例如，具有密集堵塞物/障碍物的室内环境）。这个问题可以通过采用两个或更多个IRS来协助每个无线链路并联合利用它们的单个以及多个信号反射来解决。然而，所得到的双/多IRS辅助的无线系统面临更复杂的设计问题，以及新的实际挑战的实现相比，传统的单IRS对应，在IRS反射优化，信道获取，以及IRS部署和关联/选择。因此，一个新的范例，设计多IRS合作被动波束形成和联合主动/被动波束路由要求创新的设计方法和优化方法。在本文中，我们给出了多IRS辅助无线网络的教程概述，重点是解决由于多IRS信号反射和路由的新挑战。并指出了今后值得研究和探索的重要方向。
2022-04-25 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided Spectrum Sensing for Cognitive Radio
频谱感知是认知无线电的关键使能技术，它提供有关频谱可用性的重要信息。然而，由于严重的无线信道衰落和路径损耗，在CR或次要用户（SU）处接收的主要用户（PU）信号实际上可能太弱而不能进行可靠检测。为了解决这个问题，我们认为在这封信中一个新的智能反射表面（IRS）辅助频谱感知方案CR，通过利用大孔径和被动波束形成增益的IRS提高PU信号强度接收在SU，以促进其频谱感知。具体地，通过根据给定的码本随时间动态地改变IRS反射，其反射信号功率在SU处基本上变化，这被用于机会信号检测。此外，我们提出了一种加权的能量检测方法，通过结合不同的IRS反射的接收信号的功率值，这显着提高了检测性能。仿真结果验证了所提出的IRS辅助频谱感知方案的性能增益，与不同的基准方案相比。
2022-02-05 cs.ET cs.IT eess.SP
Delay-aware Multiple Access Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Uplink Transmission
本文针对IRS辅助上行传输网络提出一种混合多址接入协议，通过联合优化设备排序、资源分配与动态波束成形以最小化总传输时延，并证明其优于传统I-TDMA和I-NOMA协议。
2023-06-26 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
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
Intelligent Reflecting Surface-Aided Joint Processing Coordinated Multipoint Transmission
本文研究了智能反射面（IRS）辅助的多小区无线网络，在该网络中，IRS被用来辅助从多个基站（BS）到多个小区边缘用户的联合处理协作多点（JP-CoMP）传输。通过考虑小区边缘用户之间的公平性，我们的目标是最大限度地提高小区边缘用户的最小可达速率，通过联合优化在BS的发射波束成形和在IRS的相移。作为一种折衷的方法，我们将非凸最大最小问题转化为一个等价的形式的基础上的均方误差方法，这方便了一个有效的次优迭代算法的设计。此外，我们调查两种情况下，即单用户系统和多用户系统。对于前一种情况，基于对偶次梯度法得到最优发射波束形成，而基于优化-最小化法优化相移矩阵。对于后一种情况，发射波束形成矩阵和相移矩阵分别由二阶锥规划和半定松弛技术获得。数值结果表明，通过部署IRS实现了显着的性能改善。此外，所提出的JP-CoMP设计在最大-最小速率方面显著优于传统的协调调度/协调波束成形协调多点（CS/CB-CoMP）设计。
2020-11-29 cs.IT eess.SP math.IT
Degrees of Freedom of Cache-Aided Interference Channels Assisted by Active Intelligent Reflecting Surfaces
本文从信息论角度研究了存在主动智能反射表面的缓存辅助无线网络中的干扰管理，通过联合设计内容放置、传输阶段和IRS系数，提出了一种一次性可实现方案，展示了IRS在缓存辅助无线通信系统中的潜力。
2026-03-19 cs.IT 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
Fairness Optimization for Intelligent Reflecting Surface Aided Uplink Rate-Splitting Multiple Access
本文针对IRS辅助RSMA上行系统，构建最大最小公平速率优化问题，采用AO算法及GPI、SGD方法，并考虑不完美CSIT的鲁棒设计，显著提升公平性并保证可靠性。
2024-03-15 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
Broadband Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface Aided mmWave Massive MIMO Systems
针对 IRS 辅助毫米波大规模 MIMO 的高维宽带信道估计难题，提出基于压缩感知的下行导频框架，结合分布式 OMP、公共稀疏性与冗余字典降低导频开销并提升估计性能。
2023-07-13 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface (IRS)-Aided Covert Wireless Communications with Delay Constraint
这项工作探讨了在隐蔽通信中部署智能反射面（IRS）所取得的性能增益。为此，我们制定了联合设计的发射功率和IRS反射系数，考虑到全球信道状态信息（CSI）的情况下，没有一个看守的瞬时CSI的通信隐蔽性。对于全球CSI的情况下，我们首先证明，完美的隐蔽性是可以实现的IRS的帮助下，即使是单天线发射机，这是不可能的，没有IRS。然后，我们开发了一个惩罚逐次凸逼近（PSCA）算法来解决设计问题。考虑到PSCA算法的高复杂度，我们进一步提出了一种低复杂度的两阶段算法，其中发射功率和IRS的反射系数的解析表达式推导。对于没有典狱长的瞬时CSI的情况下，我们首先推导出的隐蔽性约束分析促进最佳相移设计。然后，我们考虑三个硬件相关的约束IRS的反射幅度，并确定其最佳设计连同最佳发射功率。我们的研究表明，显着的性能增益可以通过部署到隐蔽通信的IRS。
2022-01-11 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Energy and Information Transmission: An Overview
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的技术，用于实现频谱和能量高效的无线网络的成本效益。现有的IRS研究主要集中在利用IRS来提高无线通信或无线信息传输（WIT）的性能，而其提高射频（RF）无线能量传输（WET）效率的潜力仍然很大。虽然IRS辅助WET与IRS辅助WIT具有相似的特性，但它们在设计目标、接收机架构和实际约束方面有根本的不同。在本文中，我们提供了一个教程概述如何有效地设计IRS辅助WET系统，以及IRS辅助系统与WIT和WET，即IRS辅助同步无线信息和功率传输（SWIPT）和IRS辅助无线供电通信网络（WPCN），主要是从通信和信号处理的角度。特别是，我们提出了最先进的解决方案，以应对这些系统运行中的独特挑战，如IRS无源反射优化，信道估计和部署。此外，我们还提出了新的解决方案，并指出了未来的研究和调查的重要方向。
2021-06-24 cs.AR cs.IT cs.NI
Physical Layer Security Enhancement With Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Networks
可重构智能表面（RIS）辅助无线通信最近引起了极大的关注。我们研究了存在多天线窃听者的随机定位用户的下行链路RIS辅助传输框架的物理层安全性。为了展示RIS辅助网络的优势，我们考虑两种实际情况：使用RIS和不使用RIS的通信。在这两种情况下，我们应用随机几何理论推导出精确的概率密度函数（PDF）和累积分布函数（CDF）的接收信号与干扰加噪声比。此外，所获得的PDF和CDF被用来评估重要的安全性能的无线通信，包括保密中断概率，非零保密容量的概率，和平均保密率。随后进行蒙特卡罗模拟，以验证我们的分析结果的准确性。与传统的MIMO系统相比，该系统在物理层安全性方面具有更好的性能。特别地，通过增加装备在RIS中的反射元件的数量，安全性能显著提高。然而，当NLoS的路径损耗较小时，采用配备有少量反射元件的RIS不能改善系统性能。
2021-04-08 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
A Survey on Channel Estimation and Practical Passive Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communications
智能反射表面（IRS）通过实时数字控制经由大量无源反射元件的信号反射，已经成为实现用于无线通信的智能和可重构无线电环境的关键使能技术。传统的无线通信技术只能适应动态无线信道，但对动态无线信道没有或有限的控制，与之不同的是，IRS提供了一种新的和具有成本效益的手段，以主动的方式对抗无线信道损伤。然而，尽管IRS具有巨大的潜力，但在其有效集成到无线通信系统中，特别是在各种实际硬件约束下的信道估计和无源波束形成设计方面，IRS面临着新的和独特的挑战。在本文中，我们提供了一个全面的调查最新的研究在IRS辅助无线通信，重点是有前途的解决方案，以解决实际的设计问题。此外，我们讨论了新的和新兴的IRS架构和应用程序，以及他们的实际设计问题，以激励未来的研究。
2022-02-01 cs.ET cs.IT eess.SP
Intelligent Reflecting Surface Aided Multi-User Communication: Capacity Region and Deployment Strategy
智能反射面（IRS）是一种通过智能无源信号反射来重构无线传播信道的新技术。本文研究了一个接入点（AP）的两用户通信网络的容量域，在该网络中，利用$M$ IRS元件增强用户-AP信道，IRS引起的延迟可以忽略，因此通过IRS的用户-AP信道遵循经典的离散无记忆信道模型。特别是，我们考虑两个实际的IRS部署策略，导致不同的有效渠道之间的用户和AP，即，分布式部署的$M$元素形成两个IRS，每个部署在附近的一个用户，与集中式部署的所有$M$元素都部署在附近的AP。首先，我们考虑上行链路多址接入信道（MAC），并推导出不同的多址接入方案下的两种部署策略的容量/可达速率区域。结果表明，集中式部署一般优于对称信道设置下的分布式部署的可实现的用户速率。接下来，我们利用著名的上行链路-下行链路（或MAC-BC）的二元框架，扩展到下行链路广播信道（BC）的结果，并表明，优越的速率性能的集中式分布式部署也持有。数值结果验证了我们的分析，并揭示了新的和有用的见解，在无线网络中的最佳IRS部署。
2021-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
On Hybrid-ARQ-Based Intelligent Reflecting Surface-Assisted Communication System
智能反射面是一种新兴的无线覆盖技术。在这封信中，混合自动重传请求（混合ARQ）的IRS辅助系统的性能进行了分析。更具体地说，IRS辅助系统的中断性能使用的混合ARQ协议与追逐合并进行了研究。渐近分析还表明，中断性能的改善优于线性增加的IRS辅助系统的反射器的数量。仿真结果还验证了在IRS辅助系统的链路层结合ARQ方案的潜力，并表明路径损耗条件的微小变化会对性能产生很大影响。
2020-12-03 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communications: A Tutorial
University of Macau（澳门大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
智能反射面（IRS）是一种实现无线网络中无线信号传播的技术。通过大量低成本的无源反射元件巧妙地调整信号反射，IRS能够动态地改变无线信道以提高通信性能。因此，预计新的IRS辅助的混合无线网络，包括有源和无源组件将是非常有前途的，以实现可持续的容量增长的成本效益在未来。尽管IRS具有巨大的潜力，但它面临着有效集成到无线网络中的新挑战，例如反射优化，信道估计和通信设计角度的部署。在本文中，我们提供了一个教程概述IRS辅助无线通信，以解决上述问题，并阐述其反射和信道模型，硬件架构和实际的限制，以及各种吸引人的应用在无线网络中。此外，我们强调了值得在未来工作中进一步研究的重要方向。
2020-07-07 cs.IT cs.LG cs.NI
Intelligent Reflecting Surface Aided Secure UAV Communications
在这封信中，我们研究了安全通信问题的无人机（UAV）使能网络的智能反射面（IRS）从物理层安全的角度来看。具体地，IRS被部署为在存在窃听者的情况下辅助从UAV到地面用户的无线传输。这项工作的目标是通过联合优化IRS的相移以及UAV的发射功率和位置来最大化保密率。然而，由于非线性和非凸的目标函数和约束条件，制定的问题是很难直接解决。利用分式规划和逐次凸逼近技术，将原问题分解为三个子问题，再将三个子问题转化为凸问题。接下来，提出了一种低复杂度的交替算法来有效地解决具有挑战性的非凸问题，其中在每次迭代中获得发射功率和相移的封闭形式的表达式。仿真结果表明，所设计的算法在红外辅助无人机通信中可以获得比基准算法更高的保密率。
2020-11-09 cs.IT cs.NI math.IT
Manifold Optimization Based Multi-user Rate Maximization Aided by Intelligent Reflecting Surface
在这项工作中，与下行链路多用户系统相关的两个问题被认为是与智能反射面（IRS）的援助：加权和速率最大化和加权最小速率最大化。针对第一个问题，利用矩阵流形理论，分别利用复球流形和复斜流形引入波束形成矩阵和反射向量，结合了固有的几何结构和所需的约束条件，提出了一种新的双流形交替优化（DOMALO）算法。针对第二类问题，基于Dinkelbach型算法和光滑指数罚函数，提出了一种光滑双流形交替优化算法（S-DOMALO）。最后，研究了有限分辨率下IRS间可能的协作波束形成增益和IRS相移，为实际实现提供了参考。数值结果表明，我们提出的算法可以显着优于基准计划。
2022-01-22 cs.IT cs.SY eess.SP
RIS-Aided Receive Generalized Spatial Modulation Design with Reflecting Modulation
本文将广义空间调制与可重构智能表面结合，提出RIS辅助接收广义空间调制的分集与复用方案，推导理论误码率并验证其在有限天线下可提升传输速率且保持良好性能。
2024-04-15 cs.IT eess.SP math.IT
Max-Min Fair Energy-Efficient Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface-Aided SWIPT Systems with Non-linear Energy Harvesting Model
本文研究了一种智能反射面（IRS）辅助的无线信息与能量同步传输（SWIPT）网络，其中多个用户从发射机的发射信号中解码数据并获取能量。提出的设计框架利用成本效益的IRS建立良好的通信环境，以提高公平的能源效率。特别是，我们研究的最大-最小能量效率（EE）的系统，通过联合设计的发射信息和能量波束成形在基站（BS），在IRS的相移，以及功率分配（PS）比在所有用户的最小速率，最小收获的能量，和发射功率的限制。制定的问题是非凸的，因此具有挑战性的解决。我们提出了两种算法，即惩罚为基础的和内部近似（IA）为基础的处理非凸性的优化问题。因此，我们将原问题分为两个子问题，并应用交替优化（AO）算法，这两个算法迭代处理。特别地，在第一子问题的基于惩罚的算法中，利用半定松弛（SDR）技术、凸函数差分（DC）规划、优化最小化（MM）方法和分式规划理论将非凸优化问题转化为可以有效地解决的凸形式。对于第二子问题，提出了一种基于惩罚的方法来处理所提出的算法的IRS引入的相移的优化。对于基于IA的方法，我们联合优化波束形成向量和相移，而PS比在第一子问题中得到最优解。
2021-03-22 cs.IT eess.SP math.IT
Environment-Aware Beam Selection for IRS-Aided Communication with Channel Knowledge Map
智能反射面（IRS）辅助通信是一种用于超5G（B5 G）系统的有前途的技术，可以主动重新配置无线电环境。然而，在实践中，IRS辅助的通信需要有效的信道估计或被动波束训练，其开销和复杂度随着反射元件/波束方向的数量急剧增加。为了应对这一挑战，本文提出了一种新的环境感知的联合主动和被动波束选择方案的IRS辅助无线通信，信道知识地图（CKM）的新概念的基础上。具体地说，通过利用用户设备（UE）的位置信息（在当代无线系统中随时可用，准确性不断提高）和CKM提供的环境信息，所提出的方案实现了高效的波束选择，无需实时训练（无需训练的波束选择）或仅需要适度的训练开销（轻训练波束选择）。利用商业光线追踪软件对实际信道进行了数值计算，结果表明，该方法优于各种基准方法。
2021-11-22 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Location and Communication Study for Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communication System
智能反射面（IRS）是一个新兴的概念，它在增强无线通信和用户定位方面具有优势，同时保持低的硬件成本和能耗。本文建立了一种基于红外辅助的毫米波-MIMO联合定位通信系统（IMM-JLCS），并对其性能评估和优化设计进行了探讨。具体来说，首先给出了信号、信道和估计误差模型，并详细设计了IMM-JLCS的工作过程。然后，通过配置合适的IRS相移，推导出了位置/方位估计误差的Cramer-Rao下界（CRLB）和有效可达数据率（EADR）相对于波束对准和定位阶段（BALS）时间分配比的闭式表达式。随后，我们调查这两个性能指标之间的权衡，我们提出了一个联合优化算法。最后，我们进行了模拟和比较，以查看权衡和验证所提出的算法的有效性，在存在不同程度的估计不确定性和用户移动性。仿真结果表明，该算法能够找到位置/方向估计精度和EADR的联合最优解，且对微小的定位误差、信道估计误差和用户移动具有鲁棒性。
2021-03-01 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communication Systems: Joint Location and Passive Beamforming Design
本文研究IRS辅助多用户通信中联合优化IRS位置与无源波束赋形的问题，通过交替优化和连续凸近似求解非凸问题，以最大化用户最小速率并提升系统性能。
2024-05-06 cs.IT eess.SP math.IT
