Sum-Rate Maximization for IRS-Assisted UAV OFDMA Communication Systems
本文研究了智能反射面（IRS）在基于无人机（UAV）的正交频分多址（OFDMA）通信系统中的应用，利用IRS带来的显著波束形成增益和无人机的高机动性来提高系统的和速率。无人机的轨迹，IRS调度和通信资源分配的联合设计的建议系统被制定为一个非凸优化问题，以最大化系统的和速率，同时考虑到异构的服务质量（QoS）的要求，每个用户。IRS的存在在从无人机到地面用户的复合信道的衰落中引入了频率选择性和空间选择性。为了便于设计，我们首先推导出复合通道的表达式，并提出了一种参数近似方法来建立一个上限和下限的制定问题。设计了一种交替优化算法来处理下限优化问题，并将其性能与通过求解上限问题所获得的基准性能进行了比较。仿真结果揭示了开发的界限和有前途的和速率增益之间的小差距，通过部署在无人机为基础的通信系统中的IRS实现。
2020-10-11 cs.IT 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
User Scheduling and Passive Beamforming for FDMA/OFDMA in Intelligent Reflection Surface
大多数关于智能反射表面（IRS）的现有工作仅仅考虑点对点通信，包括单个用户，以便于分析。然而，实际的无线系统需要同时容纳多个用户。由于缺乏频率选择性反射，即相移的集合在频率子信道上不能不同，IRS的集成对诸如频分多址（FDMA）和被称为正交FDMA（OFDMA）的广泛采用的技术的频率复用方法提出了根本性的挑战。这促使我们研究基于（O）FDMA的多用户IRS通信，以阐明在这种非频率选择性反射环境下，哪种用户调度和被动波束形成是有利的。理论分析和数值计算表明，当用户数较少时，（O）FDMA不需要用户调度。如果用户数量变大，则用户调度和IRS反射优化都不是必需的。这些发现有助于大幅简化基于（O）FDMA的IRS通信的设计。
2023-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Multi-User Massive MIMO with Intelligent Reflecting Surface: Beam Training and Hybrid Beamforming
太赫兹（THz）通信开辟了一个新的前沿无线网络由于其显着更广泛的可用带宽相比，目前的微波和即将到来的毫米波通信。然而，由于太赫兹波的长度短，他们也遭受严重的路径衰减和衍射差。为了补偿太赫兹引起的传播损耗，本文提出结合两种有前途的技术，即，大规模多输入多输出（MIMO）和智能反射面（IRS），在太赫兹多用户通信，考虑到其显着的波束形成和孔径增益。尽管如此，信道估计和低成本波束成形是实现这种组合的两个主要障碍，这是由于IRS发送/接收导频信号的无源性以及大规模MIMO中昂贵RF链的大规模使用。针对这些局限性，本文首先提出了一种协作波束训练方案，以便于IRS信道估计。特别是，我们设计了两个不同的分层码本的建议的训练过程，这是能够对噪声的鲁棒性和搜索的复杂性之间的平衡。基于训练结果，我们进一步提出了两个成本效益的混合波束形成（HB）的设计，分别为单用户和多用户的情况下。仿真结果表明，所提出的联合波束训练和HB方案是能够实现接近的性能，即使在完美的信道状态信息（CSI）下实现的最佳全数字波束形成（FDB）。
2021-01-14 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Hardware Design and Capacity Analysis for Intelligent Reflecting Surface Enabled Terahertz MIMO Communications
太赫兹（THz）通信已经被设想为为提供用于第六代（6 G）无线网络的超高数据传输的有前景的使能器。为解决太赫兹波严重的路径衰减和衍射不良带来的阻塞脆弱性，提出了一种智能反射面（IRS），通过调整相位来智能控制入射太赫兹波。在本文中，我们首先设计了一个有效的硬件结构的石墨烯基IRS的相位响应高达306.82度。随后，为了表征IRS支持的THz多输入多输出（MIMO）系统的容量，提出了一种自适应梯度下降（A-GD）算法，该算法通过在迭代过程中动态更新步长来确定迭代步长，而步长由二阶泰勒展开公式确定。与传统的固定步长的梯度下降（C-GD）算法相比，A-GD算法明显提高了可达速率性能。然而，A-GD算法和C-GD算法都继承了不可接受的复杂度。然后提出了一种低复杂度的交替优化（AO）算法，通过逐列（CBC）算法交替优化预编码矩阵和线性搜索算法交替优化IRS的相移矩阵。最后，数值结果验证了所设计的硬件结构和所考虑的算法的有效性。
2021-10-12 cs.ET cs.IT eess.SP
Simultaneously Transmitting and Reflecting Surface (STARS) for Terahertz Communications
本文提出STARS辅助的太赫兹通信系统，构建对应功耗模型，联合优化基站与STARS波束成形以最大化频谱和能量效率，针对窄带、宽带系统分别设计算法，验证了STARS的性能优势与相关结论。
2023-04-06 cs.IT eess.SP math.IT
Aerial Intelligent Reflecting Surface Enabled Terahertz Covert Communications in Beyond-5G Internet of Things
无人驾驶飞行器（UAV）被设想广泛用于辅助物联网（IoT）应用中的无线通信。另一方面，太赫兹（THz）智能反射表面（IRS）预计将成为未来5G无线通信的核心技术之一，这些技术有望满足广泛的数据需求应用。在本文中，我们提出了一个无人机安装IRS（UIRS）通信系统在太赫兹波段的机密数据传播从接入点（AP）到多个地面用户设备（UE）在物联网网络。具体地，AP意图向调度的UE发送数据，而未调度的UE可能构成潜在的对手。为了保护信息消息和调度UE的隐私，我们的目标是设计一个节能的多无人机隐蔽通信方案，其中UIRS是可靠的数据传输，和一个额外的无人机被用作一个合作的干扰机产生的人工噪声（AN），以降低非调度UE检测。然后，我们制定了一个新的最小平均能量效率（mAEE）优化问题，目标是提高隐蔽吞吐量和减少无人机的推进能量消耗的隐蔽性要求，这是确定的解析。由于优化问题是非凸的，我们解决它通过块逐次凸近似（BSCA）的方法来迭代求解一系列近似凸子问题，设计二进制用户调度，AP的功率分配，最大AN干扰功率，IRS波束形成，和两个无人机的轨迹规划。最后，我们提出了一个低复杂度的整体算法的系统性能增强的复杂性和收敛性分析。数值结果验证了我们的分析，并证明我们的设计显着优于其他现有的基准计划。
2022-01-28 cs.ET cs.IT cs.NI
Joint Beamforming Design and Resource Allocation for IRS-Assisted Full-Duplex Terahertz Systems
针对IRS辅助全双工太赫兹系统面临的传播损耗、分子吸收及残余自干扰挑战，提出联合优化IRS相移、功率、子带分配与带宽的资源分配框架，设计两种高效算法，实现频谱效率显著提升与用户公平性保障。
2025-10-29 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface-Aided Wideband THz Communications: Modeling and Analysis
本文研究了智能反射面辅助下的宽带太赫兹（THz）通信性能。具体来说，我们首先介绍了一个广义的信道模型，适用于在近场工作的电大THz IRS。与以前的工作不同，我们的信道模型考虑了发射电磁波的球面波阵面和空间宽带效应。接下来，我们表明，传统的频率平坦的波束聚焦显着降低了功率增益，由于光束斜视，因此是非常次优的。更重要的是，当相邻反射元件之间的间距可以忽略时，即，全息反射表面。数值结果证实了我们的分析，并提供了重要的见解，未来的IRS辅助太赫兹系统的设计。
2021-10-29 cs.IT eess.SP math.IT
Beam-Based Multiple Access for IRS-Aided Millimeter-Wave and Terahertz Communications
本文提出一种基于波束的IRS辅助毫米波与太赫兹通信多址接入策略，利用混合数模阵列的多个子阵列形成独立波束以消除用户间干扰，结合正交与非正交多址优势，经仿真验证大幅提升了系统容量。
2024-01-02 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
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
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
Hybrid Spherical- and Planar-Wave Channel Modeling and Estimation for Terahertz Integrated UM-MIMO and IRS Systems
集成的超大规模多输入多输出（UM-MIMO）和智能反射表面（IRS）系统有望用于6 G和超太赫兹（0.1-10 THz）通信，以有效绕过有限覆盖和视线阻塞的障碍。然而，UM-MIMO和IRS的过大尺寸扩大了近场区域，而远场的强THz信道稀疏性不利于空间复用。此外，信道估计（CE）需要恢复严重压缩的观察，由于有限的RF链的大规模信道。为了解决这些问题，一个混合球面和平面波信道模型（HSPM）的级联通道的集成系统开发。分析了近场和远场区域下的空间复用增益，发现其受限于较低秩的分段信道。在此基础上，提出了一种基于压缩感知的信道估计框架，包括稀疏信道表示方法、分离侧估计（SSE）和字典收缩估计（DSE）算法。数值结果验证了HSPM的有效性，其容量仅为$5\times10^{-4}$ bits/s/Hz，偏离地面真实球波模型，256单元。虽然SSE比基准算法实现了CE的更高精度，但DSE在噪声环境中更具吸引力，归一化均方误差比SSE低0.8 dB。
2022-05-26 cs.IT eess.SP math.IT
Terahertz Multiple Access: A Deep Reinforcement Learning Controlled Multihop IRS Topology
我们研究了太赫兹通信上行链路多址使用级联智能反射表面（IRS）假设相关的信道。通过调整级联IRS的相位来实现两个独立的目标：1）在来自第二用户的干扰下最大化期望用户的接收速率，以及2）最大化两个用户的和速率。由此产生的优化问题是非凸的。对于第一个目标，我们设计了一个次优的分析解决方案，通过最大限度地提高所需用户的接收功率，然而，这会导致一个超定系统。尝试使用伪逆和基于块的方法的近似解。对于第二个目标，一个宽松的上限推导出一个穷举搜索的解决方案。然后，我们使用深度强化学习（DRL）来解决这两个目标。结果表明，适合DRL这样复杂的配置。对于第一个目标，基于DRL的解决方案优于次优数学方法，而对于第二个目标，它产生的和率几乎接近穷举搜索。此外，结果表明，随着相关系数的增加，DRL的总速率增加，因为它受益于信道中相关性的存在，以改善统计学习。
2023-03-16 cs.IT eess.SP math.IT
Quantum Sensing Based Joint 3D Beam Training for UAV-mounted STAR-RIS Aided TeraHertz Multi-user Massive MIMO Systems
太赫兹（THz）系统能够支持超高数据率，这要归功于大带宽，以及利用高增益波束成形来对抗高路径损耗的潜力。本文提出了一种新的量子感知（鬼成像（GI））的波束训练的同时发射和反射可重构智能表面（STAR RIS）辅助太赫兹多用户大规模MIMO系统。我们首先通过围绕5G下行信号进行GI，以获得包括用户和障碍物在内的环境的3D图像。根据这些信息，我们计算出的最佳位置的无人机安装STAR所提出的算法。因此，可以执行基于位置的波束训练。为了提高波束形成增益，我们进一步结合信道估计，提出了一种半被动结构的STAR和模糊消除方案，用于分离的信道估计。从而避免了级联信道估计中可能影响最优无源波束形成的模糊性。然后执行最佳主动和被动波束成形，并启动数据传输。联合研究了所提出的BS子阵列和子STAR空间复用架构、最佳有源和无源波束成形、数字预编码以及UAV安装的STAR的最佳位置，以最大化用户的平均可实现和速率。此外，云无线电接入网络（CRAN）结构的5G下行链路信号被提出用于具有增强分辨率的GI。仿真结果表明，该方案有效地实现了波束训练和分离信道估计，与STAR随机相位工作时相比，频谱效率显著提高。
2022-12-15 cs.IT eess.SP math.IT
Beamforming Technologies for Ultra-Massive MIMO in Terahertz Communications
具有频带$0.1-10$ THz的太赫兹（THz）通信被设想为未来高速无线通信的有前景的解决方案。虽然THz信号具有数十GHz的可用带宽，但THz信号存在严重的自由扩展损耗和分子吸收损耗，这限制了无线传输距离。为了补偿传输损耗，可以应用超大规模多输入多输出（UM-MIMO）技术通过波束形成技术来产生高增益的定向波束。本文综述了太赫兹UM-MIMO系统中的波束形成技术。具体而言，我们首先提出了太赫兹UM-MIMO系统模型，并确定其信道参数和结构类型。然后，我们说明了通过UM-MIMO波束形成的基本原理，并讨论了太赫兹UM-MIMO的远场和近场假设。此外，THz波段的一种重要波束形成策略，即，波束训练，其中概括了波束训练协议和码本设计方法。分别研究了THz UM-MIMO系统中智能反射面辅助的联合波束形成和多用户波束形成。分析了太赫兹波束形成中的空间宽带效应和频率宽带效应，并提出了相应的解决方案。此外，我们提出了相应的制造技术和照明的新兴应用受益于太赫兹波束成形。最后强调了THz UM-MIMO系统面临的挑战和未来的研究方向。
2023-03-13 cs.IT eess.SP math.IT
Sum Secrecy Rate Maximization for IRS-aided Multi-Cluster MIMO-NOMA Terahertz Systems
本文针对IRS辅助多集群MIMO-NOMA太赫兹系统的安全传输问题，通过联合优化功率分配与IRS相移最大化和保密速率，采用交替优化算法求解非凸问题，验证了算法收敛性与IRS的窃听抑制增益。
2023-06-12 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
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
Ultra Wide Band THz IRS Communications: Applications, Challenges, Key Techniques, and Research Opportunities
太赫兹（THz）通信因其超宽带的特性而成为未来无线网络中极具潜力的技术。然而，太赫兹信号遭受严重的衰减和差的衍射能力，使其容易受到阻挡障碍物。为了弥补这两个缺点，提高系统的性能，智能反射表面（IRS）可以利用改变传播方向，增强信号强度。在这篇文章中，我们调查这个有前途的超宽带（UWB）太赫兹IRS通信模式。我们首先激励我们的研究和描述几个潜在的应用场景。然后，我们确定UWB太赫兹IRS通信所面临的主要挑战。为了克服这些挑战，开发了几种有效的关键技术，即，基于时延的稀疏射频天线结构、时延混合预编码和IRS部署。仿真结果也提出了比较系统的性能，这些建议的技术，从而证明了他们的有效性。最后，我们强调了UWB太赫兹IRS通信的几个开放的问题和研究机会。
2022-02-15 cs.IT eess.SP math.IT
A Flexible Design for Beam Squint Effect Suppression in IRS-Aided THz Communications
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；Southeast University（东南大学）；ZTE Corporation（中兴通讯）
研究宽带太赫兹 MISO 系统中 BS 和 IRS 采用可移动组件抑制波束斜视效应，通过配置 MA 和 IRS 子阵列位置最大化最小接收功率，采用 MM 方法开发算法，数值结果验证算法有效性及利用可移动组件的益处。
2026-07-23 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Wireless Communications Considering Doppler Effect
在可重构智能表面（RIS）辅助的无线系统中，信道状态信息在实现RIS性能增益方面起着关键作用。由于多普勒效应，移动性使得精确的信道估计（CE）更具挑战性。在这封信中，我们提出了两个实用的宽带CE计划，将多普勒频移调整（DSA）的多径和单径传播环境，分别为无源反射元件的RIS辅助通信。对于多径场景，首先执行普通CE，假设准静态信道，然后通过联合RIS反射模式选择和频域与时域之间的变换来实现DSA。与原始CE所需的符号数量相比，所提出的CE只需要多一个符号，其产生的额外开销可以忽略不计。针对毫米波和太赫兹系统特别适用的单路情况，利用RIS处阵列因子的形式，设计了一种新的低复杂度CE方法.仿真结果表明，所提出的算法具有较高的CE准确性和可达速率，具有较低的复杂度，并优于典型的基准方案。
2021-01-29 cs.IT eess.SP math.IT
Wireless communications with user equipment mounted Reconfigurable Intelligent Surfaces
本文提出将少量RIS元件安装在用户设备上，通过联合优化相移简化信道估计，在毫米波和太赫兹频段将LOS信道转为多径丰富散射信道，显著提升MSE性能。
2024-12-20 cs.IT eess.SP math.IT
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
Wireless Information and Energy Transfer in the Era of 6G Communications
本文综述了6G网络中无线信息与能量传输（WIET）的原理、设计及候选技术，分析了性能增益与研究挑战，并通过实验验证了相关波束成形方案，展现了WIET在6G中的应用潜力。
2024-05-16 cs.IT eess.SP math.IT
