Energy-Efficient Resource Allocation for IRS-Assisted Multi-Antenna Uplink Systems
在本文中，我们研究的资源分配的智能反射面（IRS）辅助上行链路系统中，基站配备了多个天线。我们建议联合优化用户的发射功率，在基站的主动波束成形，和在IRS的被动波束成形，以最大限度地提高整个系统的能源效率，同时保持用户的最小速率约束。该问题属于一个非常棘手的非凸双二次规划问题，提出了一种基于块坐标下降的迭代求解方法。进行了大量的模拟，以证明所提出的计划的有效性和在IRS有更多的元素的好处。
2020-07-20 cs.IT math.IT
Secure Transmission in IRS-Assisted MIMO Systems with Active Eavesdroppers
本文研究了当网络中存在主动窃听者时，智能反射面（IRS）辅助MIMO系统的安全传输问题。我们考虑的情况下，窃听者执行一个积极的导频攻击污染的信道估计在基站。在安全的正则化迫零方法的基础上，我们开发了一种算法，该算法设计了波束形成向量，以及IRS处的相移，使得主动攻击者被蒙蔽。我们的数值研究证实，该算法可以有效地抑制主动窃听，只要合法和恶意终端是统计上可区分的。
2020-10-15 cs.IT math.IT
Power Efficiency, Overhead, and Complexity Tradeoff in IRS-Assisted Communications -- Quadratic Phase-Shift Design
在本文中，我们专注于大型智能反射表面（IRS），并提出了一种新的码本构造方法，以获得一组预先设计的相移配置的IRS单元格。由于信道估计的开销和IRS辅助通信的在线优化的复杂性与相移码本的大小成比例，因此小码本的设计是非常重要的。我们发现，存在一个基本的功率效率和码本的大小之间的权衡。我们首先分析这种权衡基线设计，采用线性相移整个IRS。随后，我们表明，一个有效的设计小码本的任务更高阶相移变化的IRS。因此，我们提出了一个二次相移设计，推导出其系数作为码本大小的函数，并分析其性能。我们的仿真结果表明，所提出的设计产生了更高的功率效率为小码本比线性基线设计。
2020-09-13 cs.IT math.IT
Analysis and Optimization of Outage Probability in Multi-Intelligent Reflecting Surface-Assisted Systems
智能反射表面（IRS）被认为是设计频谱和能量高效的无线系统的一个有前途的解决方案。在这封信中，我们研究了莱斯衰落下的多IRS辅助系统，其中相移只适应视线（LoS）组件。首先，我们分析和优化的中断概率的多IRS辅助系统在慢衰落的情况下的非LoS（NLoS）组件。我们还表明，最佳中断概率的IRS和每个IRS的元素的数量时，LoS组件比NLoS的强。然后，我们描述了渐近最优中断概率在高信噪比（SNR）制度，并表明它与功率的LoS组件。据我们所知，这是第一个工作，研究中断概率在多IRS辅助系统。
2019-09-15 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Large IRS-Assisted SWIPT Systems with Non-linear Energy Harvesting Model
在本文中，我们研究资源分配算法设计的大型智能反射面（IRS）辅助的同时无线信息和功率传输（SWIPT）系统。为此，我们采用了基于物理的IRS模型，与传统的IRS模型不同，它考虑了入射电磁波的入射角和反射角对反射信号的影响。为了便于高效的资源分配设计大型IRS，我们采用了一个可扩展的优化框架，IRS被划分为几个瓦片和相移元素的每个瓦片联合设计，以实现不同的传输模式。然后，考虑到非线性能量收集接收器和信息解码接收器两者的服务质量要求，联合优化基站（BS）处的波束成形向量和IRS的瓦片的传输模式选择以最小化BS发射功率。为了处理由此产生的非凸优化问题，我们采用惩罚为基础的方法，逐次凸逼近，和半定松弛开发一个计算效率高的算法，渐近收敛到所考虑的问题的局部最优解。我们的仿真结果表明，该方案相比，两个基线方案，使相当大的功率节省。此外，我们的研究结果也表明，所提倡的基于物理的模型和可扩展的优化框架，大型IRS，使我们能够达到系统性能和计算复杂性之间的平衡，这是实现大型IRS辅助通信系统的关键。
2020-10-02 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Secure IRS-assisted Multiuser MISO Systems
本文研究了智能反射面（IRS）辅助的多用户多输入单输出（MISO）通信系统中安全通信的资源分配设计。为了增强物理层安全性，从基站（BS）发送人工噪声（AN）以故意损害窃听者的信道。特别是，我们联合优化的相位偏移矩阵在IRS和波束形成向量和AN协方差矩阵在BS的系统和保密率的最大化。为了处理由此产生的非凸优化问题，我们开发了一个有效的次优算法的基础上交替优化，逐次凸逼近，半定松弛，流形优化。我们的仿真结果表明，所提出的方案大大提高了系统和保密率相比，两个基线方案。
2019-10-28 cs.IT 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-Assisted Secret Key Generation In Multi-antenna Network
物理层密钥生成（PKG）可以根据通信双方的上下行信道的相互关系，在通信双方之间生成对称的密钥。智能反射面（IRS）通过巧妙地重构无线电信号的传播路径，可以提高PKG的秘密密钥速率。然而，现有的工作涉及IRS辅助PKG集中在单天线无线网络。因此本文研究了IRS辅助的多输入单输出（MISO）系统中的PKG问题，通过优化设计IRS无源波束形成，以最大化秘密密钥速率为目标。首先，分析了窃听者与合法端的信道状态信息（CSI）之间的相关性，推导了被动窃听攻击下秘密密钥速率上界的表达式。在此基础上，以秘密密钥速率最大为目标，提出了一种基于半定松弛和泰勒展开的IRS反射系数优化设计算法。数值结果表明，我们的最优IRS辅助PKG方案可以实现更高的秘密密钥率时，与两个基准方案相比。
2021-05-02 cs.IT math.IT
Mobile-IRS Assisted Next Generation UAV Communication Networks
关于智能反射表面（IRS）辅助无人机（UAV）通信的先前研究集中于IRS的固定位置或安装在UAV上。IRS位于固定位置的假设将阻止移动用户最大化许多无线网络益处，诸如数据率和覆盖。此外，由于各种原因，假设IRS放置在UAV上是不切实际的，包括IRS的重量和尺寸以及恶劣天气下的风速。与以往的研究不同，本研究假设将一架无人机和一个安装在移动地面车辆（M-IRS）上的IRS部署在物联网（IoT）6 G无线网络中，以最大限度地提高平均数据率。这种使用M-IRS辅助UAV系统提供无线覆盖的方法有望在智慧城市中实现。在本文中，我们制定了一个优化问题，找到一个有效的无人机轨迹，一个有效的路径M-IRS，和用户的功率分配系数，最大化的平均数据率的移动地面用户。由于其棘手性，我们提出了有效的技术，可以帮助找到解决方案的优化问题。首先，我们表明，我们的动态功率分配技术优于固定功率分配技术的网络平均和速率。然后，我们采用个人的运动模型（随机路点模型），以表示用户的运动范围内的覆盖区域。最后，我们提出了一种有效的方法，使用遗传算法（GA）找到一个有效的轨迹为无人机，和一个有效的路径M-IRS提供无线连接的移动用户在他们的运动。仿真结果表明，与静态IRS系统相比，该方法可以使平均数据率提高15%，与无IRS系统相比，该方法可以使平均数据率提高25%.
2022-07-08 cs.IT math.IT
Outage Probability Expressions for an IRS-Assisted System with and without Source-Destination Link for the Case of Quantized Phase Shifts in $κ-μ$ fading
在这项工作中，我们研究了中断概率（OP）在目的地的智能反射表面（IRS）辅助通信系统在$κ-μ$衰落环境中。一个实际的系统模型，考虑到相位误差的存在，由于量化在IRS时，a）源-目的地（SD）链路存在和b）SD链路不存在。首先，推导出一个精确的表达式，然后我们使用以下方法推导出OP的三个简单近似：（i）单变量降维，（ii）矩匹配和（iii）Kullback-Leibler发散最小化。由此产生的表达式OP是简单的评估和相当紧，即使在尾部区域。这些近似的有效性证明使用广泛的Monte Carlo模拟。我们还研究了可用于量化的比特数，IRS相对于源和目的地的位置以及IRS元素的数量对具有和不具有SD链路的系统的OP的影响。
2021-07-31 cs.IT math.IT
Physically Consistent Models for Intelligent Reflective Surface-assisted Communications under Mutual Coupling and Element Size Constraint
我们研究了智能可重构表面（IRS）的无源元件之间的互耦效应对最大化下行链路物联网（IoT）网络的可实现速率的好处。在本文中，我们提出了一个电磁（EM）耦合模型的IRS的元素连接的最小散射天线（即，偶极子）。利用Chu的理论，我们将有限的天线尺寸约束的IRS的每个元素，以获得IRS互阻抗矩阵。通过使用梯度上升过程最大化IRS相移器，我们的数值计算结果表明，互耦合确实是至关重要的，以避免可实现的速率退化时，IRS元件之间的间距是下降到波长的一小部分。
2023-02-22 cs.IT math.IT
Capacity and Optimal Resource Allocation for IRS-assisted Multi-user Communication Systems
研究了智能反射面（IRS）辅助多用户无线通信系统的基本容量限制。具体地，容量和速率区域的容量实现非正交多址接入（NOMA）和正交多址接入（OMA）传输方案的特点下的IRS重新配置次数的最大数量的约束。对于NOMA，考虑了IRS重构次数渐近多的理想情况，采用拉格朗日对偶方法得到了最优解。受此结果的启发，推导出有限数量的IRS重构次数的一般情况下的容量区域的内界。对于OMA，理想情况下的最佳传输策略是交替地为每个单独的用户提供服务，使其有效信道功率增益最大化。在此基础上，导出了一般情况下的速率区域内界。最后，数值结果表明：i）一个显着的容量和速率区域的改善可以通过使用IRS实现; ii）容量增益可以进一步提高通过动态配置IRS反射矩阵。
2021-08-02 cs.IT math.IT
Performance Analysis of Intelligent Reflecting Surface Assisted NOMA Networks
智能反射面（IRS）是一种很有前途的技术，以提高无线网络的覆盖范围和性能。我们认为IRS的应用程序，非正交多址（NOMA），其中一个基站发送叠加信号的IRS凭借多个用户。通过引入1比特编码方案，研究了具有不完全连续干扰消除（ipSIC）和完全连续干扰消除（pSIC）的IRS辅助NOMA网络的性能。特别是，我们推导出新的精确和渐近表达式的中断概率和遍历率的第m个用户与ipSIC/pSIC。基于分析结果，第m个用户的分集阶数与pSIC的反射元件的数量和信道排序有关。得到了第$m$用户的各态历经速率的高信噪比斜率。讨论了IRS-NOMA在时延受限和时延容忍传输模式下的吞吐量和能量效率。此外，我们推导出新的精确表达式中断概率和遍历率的IRS辅助正交多址（IRS-OMA）。数值结果证实了我们的分析和表明：i）IRS-NOMA的中断行为优于IRS-OMA和中继方案; ii）随着反射元件的数量的增加，IRS-NOMA能够实现增强的中断性能; iii）第M个用户具有更大的遍历率相比，IRS-OMA和基准。然而，遍历性能的$m$ -th用户超过中继方案在低SNR制度。
2021-01-28 cs.IT math.IT
Asymptotic Analysis of Max-Min Weighted SINR for IRS-Assisted MISO Systems with Hardware Impairments
我们专注于现实的最大化的上行链路的最小信号与干扰加噪声比（SINR）的一般多输入单输出（MISO）系统的智能反射表面（IRS）的协助下，在大系统的限制占HI。特别是，我们在IRS（IRS-HI）和收发器HI（AT-HI）引入HI，尽管它们不可避免的影响，但通常被忽视。具体地，确定性等效分析使得能够通过联合优化HI感知接收器、发射功率和反射波束成形矩阵（RBM）来导出具有HI的渐近加权最大-最小SINR。值得注意的是，我们获得了最佳的功率分配和反射波束形成矩阵，而不是在传统的MIMO系统的基础上的瞬时信道信息的频繁必要的计算与低开销。蒙特卡罗模拟验证了分析结果，显示了深刻的关键参数之间的相互作用和性能退化，由于HI。
2021-07-06 cs.IT math.IT
Performance Analysis under IRS-User Association for Distributed IRSs Assisted MISO Systems
在多用户无线通信系统中部署分布式智能反射面（IRSs），有望提高系统性能。然而，在这样的系统中的信号与干扰加噪声比（SINR）的分析和IRS优化变得具有挑战性，由于大量的涉及的参数。如果用户与IRS相关联，则可以简化系统优化，IRS转而关注于服务相关联的用户。我们提供了一个实用的理论框架的平均SINR分析的分布式IRSs辅助多用户MISO系统，其中IRSs进行了优化，以服务于其相关的用户。特别地，我们推导出在BS处的最大比传输（MRT）预编码和在IRS处的优化反射波束成形配置下的平均SINR表达式。一个连续的细化（SR）的方法，然后概述了优化IRS用户关联参数的制定最大最小SINR的问题，激励用户公平性。仿真验证了平均信干噪比分析，同时确认了分布式IRS系统优于集中式IRS系统，以及与随机关联相比，优化IRS-用户关联的增益。
2021-11-03 cs.IT eess.SP math.IT
Fast Channel Estimation for IRS-Assisted OFDM
在这封信中，我们研究了有效的信道估计的智能反射面（IRS）辅助正交频分复用（OFDM）系统，以实现最小的训练时间。首先，针对任意频率选择性衰落信道，提出了一种缩短OFDM符号长度的快速信道估计方法。其次，在IRS用户信道为视距信道的典型情况下，提出了一种基于采样IRS反射变化的快速信道估计方法。此外，导频信号和IRS训练反射模式联合优化两种方案。最后，所提出的计划进行了比较，通过模拟的训练时间和信道估计性能，以及对基准计划。
2020-08-11 cs.IT eess.SP math.IT
On the Impact of Phase Shifting Designs on IRS-NOMA
研究了随机相移和相干相移两种相移设计对智能反射面（IRS）辅助非正交多址（NOMA）系统性能的影响。分析结果表明，这两种设计实现了不同的可靠性和复杂性之间的权衡。仿真结果提供比较IRS-NOMA传统的中继和IRS辅助正交多址，也验证了所获得的分析结果的准确性。
2020-01-29 cs.IT math.IT
Outage Probability Analysis of IRS-Assisted Systems Under Spatially Correlated Channels
研究了空间信道相关性对智能反射面辅助单输入单输出通信系统中断概率的影响。特别是，我们推导出一种新的封闭形式的表达中断概率为任意相移和相关矩阵的间接信道。为了阐明空间相关性的影响，我们进一步获得了文献中遇到的两种常见情况下的封闭形式的表达式时，大尺度衰落系数表示的传播距离上的损失。数值结果验证了封闭表达式的严密性和有效性。此外，空间相关性提供了显着降低中断概率的直接信道被阻塞。
2021-04-22 cs.IT math.IT
Max-Min Fairness for IRS-Assisted Secure Two-Way Communications
本文研究IRS辅助安全双向通信，通过交替优化发射功率和IRS相移实现最大最小公平性，在恶意用户存在时提升最小保密速率，数值结果显示相比基线方案可达3.6倍增益。
2025-01-24 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity of IRS-Assisted MIMO Systems with Correlation and Practical Phase-Shift Modeling
我们专注于精确遍历容量（EC）的点到点多输入多输出（MIMO）系统的智能反射面（IRS）的辅助下的最大化。此外，我们还考虑了相关Rayleigh衰落的影响以及每个IRS元件反射系数的幅度和相移之间的交织，尽管它们在实践中存在，但通常都被忽视。随机矩阵理论工具允许推导出封闭形式的级联通道的概率密度函数（PDF），并且随后推导出EC，其仅取决于大规模统计和相移。值得注意的是，我们以低开销相对于相移优化EC，即，而不是依赖于瞬时信道信息的表达式所需的频繁必要优化的负担。蒙特卡罗（MC）模拟验证了分析结果，并展示了深刻的关键参数之间的相互作用和它们对EC的影响。
2021-12-04 cs.IT math.IT
Analysis of IRS-Assisted NOMA for 6G Wireless Communications
非正交多址接入（NOMA）方案使得能够通过复用用户的信号来为具有相同资源块（即，频率或时间）的用户提供服务。智能反射表面（IRS）或可重构智能表面（RIS）是通过调整典型的无源反射组件来修改信号传播以提高传输效率的潜在方法。IRS以这种方式重新配置无线网络以提高系统性能。该研究考虑了IRS辅助下行NOMA系统。这项工作修改的参考模型，采用IRS特定的频率距离相关的路径损耗模型的IRS-NOMA下行链路接收功率和信号与干扰加噪声比（SINR）的测量，而不是一个典型的或传统的距离相关的路径损耗模型。与传统的路径损耗模型相比，结合IRS特定的路径损耗模型提供了更方便和更好的测量。此外，这项工作的数字参考模型的改进范围。
2022-11-12 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Secure Wireless Communications with Multiple-Transmit and Multiple-Receive Antennas
在本文中，我们提出了智能反射面（IRS）辅助安全无线通信与多输入多输出天线（IRS-MIMOME）。所考虑的场景是配备有多个天线的接入点（AP）在配置有多个天线的窃听者存在的情况下在下行链路中与启用多天线的合法用户通信。特别地，研究了在IRS处的相移能力具有两种不同假设的情况下，AP处的发送协方差矩阵和IRS处的反射系数的联合优化以最大化IRS-MIMOME系统的保密率，即，IRS具有连续的反射系数，IRS具有离散的反射系数。对于前一种情况，由于公式化问题的非凸性，提出了基于交替优化（AO）的算法，即，对于给定的IRS处的反射系数，使用基于连续凸近似（SCA）的算法来求解发射协方差矩阵优化，而对于给定的AP处的发射协方差矩阵，再次使用替代优化来单独地优化IRS处的每个反射系数与其他固定反射系数。对于单个反射系数的优化，给出了最优解的封闭形式或区间。然后，将该算法推广到IRS的离散反射系数模型。最后，通过数值仿真验证了该算法的性能优于其他基准算法。
2020-01-24 cs.IT math.IT
IRS-Assisted Ambient Backscatter Communications Utilizing Deep Reinforcement Learning
我们考虑一个环境后向散射通信（AmBC）系统的智能反射表面（IRS）的帮助下。当没有先前的信道知识时，IRS的优化以辅助AmBC是极其困难的，目前没有可用的设计解决方案。我们利用基于深度强化学习的框架来联合优化IRS和读取器波束成形，而无需了解通道或环境信号。我们表明，所提出的框架可以促进有效的AmBC通信的检测性能与几个基准下的全信道知识。
2021-07-26 cs.IT eess.SP math.IT
Joint Beamforming Design and Power Splitting Optimization in IRS-Assisted SWIPT NOMA Networks
提出了一种新的智能反射面（IRS）辅助的同时无线信息和功率传输（SWIPT）非正交多址（NOMA）网络框架，其中IRS用于增强SWIPT的NOMA性能和无线功率传输（WPT）效率。我们制定了一个问题，通过联合优化连续干扰消除（SIC）解码顺序，BS发射波束成形矢量，功率分配（PS）比和IRS相移，同时考虑到服务质量（QoS）的要求和能量收获阈值的每个用户的最小化基站（BS）的发射功率。该问题是一个非凸优化问题，很难直接求解。因此，提出了一个两阶段算法来解决上述问题，通过应用半定松弛（SDR），高斯随机化和逐次凸逼近（SCA）。具体地，在通过在第一阶段中设计IRS相移来确定SIC解码顺序之后，我们交替地优化BS发射波束成形向量、PS比和IRS相移以最小化BS发射功率。数值结果验证了我们提出的优化算法在降低基站发射功率的有效性相比，其他基线算法。同时，与非IRS辅助的网络相比，IRS辅助的SWIPT NOMA网络可以使基站的发射功率降低51.13%。
2021-05-14 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted MISO Downlink: Channel Estimation and Asymptotic Analysis
本文对非理想信道状态信息下多用户智能反射面辅助多输入单输出下行链路系统的渐近性能进行了初步研究。我们首先扩展现有的最小二乘（LS）ON/OFF信道估计协议的多用户系统，在那里我们得到的最小均方误差（MMSE）估计的所有IRS辅助信道在多个子阶段。我们还考虑了一个低复杂度的直接估计（DE）计划，其中BS获得的MMSE估计的整体信道在一个单一的子阶段。在这两种协议下，BS实现最大比传输（MRT）预编码，而IRS的设计研究在大系统的限制，在那里我们得到确定性的等效信号干扰噪声比（SINR）和总和速率。推导出的渐近表达式，这只取决于信道统计，揭示了瑞利衰落IRS到用户信道下，IRS相移值不发挥显着的作用，在提高和速率，但IRS仍然提供了阵列增益。仿真结果证实了所推导的确定性等价物的准确性，并表明在瑞利衰落下，IRS增益在噪声受限的情况下更显着。我们还得出结论，当考虑大型系统时，整个通道的DE产生更好的性能。
2020-08-18 cs.IT math.IT
Semi-Blind Joint Channel and Symbol Estimation in IRS-Assisted Multi-User MIMO Networks
智能反射面（IRS）是未来第五代无线通信的一项重要技术。在完全被动的IRS辅助系统中，信道估计是具有挑战性的，并且应当仅在基站处或在终端处执行，因为IRS的元件不能处理信号。在这封信中，我们制定了一个基于张量的半盲接收机，解决了联合信道和符号估计问题的IRS辅助多用户多输入多输出系统。所提出的方法依赖于广义PARATUCK张量模型的IRS反射的信号，基于一个两阶段的封闭形式的半盲接收机使用Khatri-Rao和Kronecker分解。仿真结果表明，所提出的半盲接收机的优良性能，在归一化均方误差和符号出错率，以及较低的计算复杂性，最近提出的并行因子分析为基础的接收机相比。
2022-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
Resource Allocation in Intelligent Reflecting Surface Assisted NOMA Systems
研究了智能反射面（IRS）辅助非正交多址（NOMA）系统的下行链路通信。为了最大限度地提高系统的吞吐量，我们制定了一个联合优化问题的信道分配，解码顺序的NOMA用户，功率分配，和反射系数。该问题被证明是NP难的。针对这一问题，提出了一种新的三步资源分配算法。首先，通过多对一匹配算法解决信道分配问题。其次，考虑到IRS反射系数的设计，提出了一种低复杂度的译码顺序优化算法。第三，在给定信道分配和译码顺序的情况下，提出了一种联合优化算法来求解联合功率分配和反射系数设计问题。数值结果表明：i）在IRS的辅助下，所提出的IRS-NOMA系统在系统吞吐量方面优于没有IRS的传统NOMA系统; ii）所提出的IRS-NOMA系统实现了比IRS辅助的正交多址（IRS-OMA）系统更高的系统吞吐量; iii）仿真结果表明，通过仔细选择IRS的位置，可以提高IRS-NOMA和IRS-OMA系统的性能增益。
2020-02-05 cs.IT eess.SP math.IT
Instantaneous Channel Oblivious Phase Shift Design for an IRS-Assisted SIMO System with Quantized Phase Shift
我们设计了智能反射面（IRS）辅助的单输入多输出通信系统的相移，以最小化中断概率（OP）和最大化遍历率。我们的相移设计只使用统计信道状态信息，因为这些信息只依赖于大规模的衰落系数;所获得的相移设计在更长的时间帧内仍然有效。我们进一步假设，只能访问量化的相位值。推导出所考虑的系统的OP和遍历率的封闭形式的表达式。接下来，两个优化问题被制定为选择IRS的相移，使得（i）OP最小化和（ii）遍历速率最大化。我们使用多值粒子群优化（MPSO）和粒子群优化（PSO）算法来解决优化问题。数值模拟进行研究的OP和遍历率的各种参数的影响。我们还讨论了BS和IRS控制器之间的信令开销。它示出的开销可以减少到$99.69 \%$通过使用统计CSI的相移设计和$5$位来表示的相移，而不显着损害的性能。
2022-11-07 cs.IT 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
Joint Power Allocation and Passive Beamforming Design for IRS-Assisted Physical-Layer Service Integration
智能反射面（IRS）是一种通过重构无线传播环境来提高无线通信性能的解决方案。在本文中，我们提出将IRS应用于物理层服务集成（PHY-SI）系统，其中单天线接入点（AP）集成两种服务消息，即，多播消息和保密消息，通过叠加编码为多个单天线用户服务。我们的目标是优化功率分配（用于发送不同的消息）在AP和被动波束形成在IRS最大限度地提高可实现的保密率区域。为此，我们制定了这个问题作为一个双目标优化问题，这是相当于一个保密率最大化问题的组播服务质量的约束。由于这个问题的非凸性，我们提出了两个定制的算法，以获得其高质量的次优解，从而近似表征保密率区域。分析了与全局最优解的性能差距。此外，我们提供了理论分析，揭示了IRS波束形成的影响的PHY-SI的性能。数值结果表明，利用IRS在提高PHY-SI的性能的优势，也验证了我们的理论分析。
2020-11-16 cs.IT math.IT
On the Achievable Rate of IRS-Assisted Multigroup Multicast Systems
智能反射表面（IRSs）在许多潜在的用例中显示出巨大的优势，因此被认为是下一代无线系统的有前途的候选者。在本文中，我们考虑了一个IRS辅助的多组组播（IRS-MGMC）系统在多输入单输出（MISO）的情况下，其中相关的现有文献是相当有限的。特别是，我们的目标是联合设计的发射波束形成器和IRS相移，以最大限度地提高系统的总速率。为了获得一个数值有效的解决方案，制定非凸优化问题，我们提出了一个交替投影梯度（APG）方法，其中每次迭代承认一个封闭的形式，并被证明是优于一个已知的解决方案，这是来自优化最小化（MM）方法在可实现的和率和所需的复杂性，即，运行时间。特别是，我们表明，所提出的APG方法的复杂性与IRS瓷砖的数量呈线性增长，而已知的解决方案相比，增长与IRS瓷砖的数量的三次方。本文报道的数值结果扩展了我们对大规模IRS辅助多组组播系统的可实现速率的理解。
2022-08-15 cs.IT eess.SP math.IT
Fast Beam Training for IRS-Assisted Multiuser Communications
在这封信中，我们考虑一个智能反射面（IRS）辅助多用户通信系统，其中IRS被部署到一个接入点（AP）和多个用户之间提供虚拟的视线（LoS）链接。本文研究了基于码本的IRS无源波束形成问题，并针对IRS反射单元数目多的特点，研究了IRS反射波束训练的有效设计方法。与传统的单波束训练方法相比，本文提出了一种新的多波束训练方法，该方法将IRS反射单元划分为多个子阵，并设计了多个子阵的同时多波束转向。通过简单地比较随时间的接收信号功率，每个用户可以以高概率检测其最佳IRS波束方向，即使不像单波束训练那样搜索所有可能的波束方向。仿真结果表明，我们提出的多波束训练显着减少了传统的单波束训练的训练时间，但仍达到可比的IRS被动波束形成性能的数据传输。
2020-06-27 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Resource Allocation Design for Large IRS-Assisted SWIPT Systems: A Scalable Optimization Framework
本文研究了大型智能反射面（IRS）辅助的无线信息与能量同步传输（SWIPT）系统的最优资源分配算法设计。为了促进大型IRS的有效系统设计，而不是联合优化所有的IRS元素，我们将IRS划分为几个瓦片，并采用可扩展的优化框架，包括离线设计阶段和在线优化阶段。在离线阶段，每个瓦片的IRS元件被联合设计为支持一组不同的相移配置，称为传输模式，而最佳传输模式是从在线阶段的每个瓦片的组中选择的。给定一个传输模式集，我们的目标是通过联合优化波束成形和传输模式选择策略，同时考虑到信息解码和非线性能量收集接收器的服务质量要求，分别最大限度地减少总基站（BS）的发射功率。虽然资源分配算法设计是制定为一个非凸的组合优化问题，我们最佳地解决它通过应用分支定界（BNB）的方法，这需要一个高的计算复杂性。为了在最优性和计算复杂性之间取得平衡，我们还开发了一个有效的次优算法，利用惩罚方法和逐次凸逼近。我们的仿真结果表明，所提出的设计，使相当大的功率节省相比，几个基线方案。此外，我们的研究结果表明，通过适当地调整瓦片的数量和传输模式，所提出的可扩展的优化框架确实有利于大型IRS的在线设计。
2021-04-07 cs.IT math.IT
IRS-Assisted Millimeter-wave Massive MIMO with Transmit Antenna Selection for IoT Networks
提出了一种基于智能反射面（IRS）辅助的毫米波（mmWave）大规模多输入多输出（MIMO）系统，该系统采用正交空时分组码（OSTBC）进行发射天线选择（TAS）。该系统将TAS和IRS与用于60 GHz毫米波通信的混合模拟-数字波束成形（HBF）相结合，以利用TAS、OSTBC、模拟波束成形（ABF）和发射数字预编码技术的优点。然而，所提出的系统，受益于OSTBC方案的发射分集增益以及波束形成器和IRS技术的信噪比（SNR）增益。仿真结果表明，采用迫零预编码技术的TAS-OSTBC系统性能优于采用OSTBC方案的TAS系统。此外，由于提供了波束成形增益，随着天线阵元数量的增加，比特出错率（BER）性能显著改善。此外，增加反射元件的数量进一步增强了误差性能。仿真结果还表明，采用混合预编码的TAS-OSTBC系统比采用ABF的TAS-OSTBC系统具有更好的误码率性能，而采用IRS辅助的系统性能明显优于不采用IRS技术的传统系统。这使得所提出的IRS辅助系统成为物联网（IoT）网络的有吸引力的解决方案。
2022-12-12 cs.IT eess.SP math.IT
Secrecy Sum-Rate Maximization for Active IRS-Assisted MIMO-OFDM SWIPT System
本文研究有源IRS辅助的MIMO-OFDM SWIPT系统中的保密和速率最大化问题，提出基于BCD和迫零预编码的算法，证明有源IRS在低发射功率或直连链路受阻时能显著提升保密和速率。
2024-10-17 cs.IT math.IT
Deep Learning Based Joint Beamforming Design in IRS-Assisted Secure Communications
本文针对无窃听者瞬时CSI的IRS辅助MIMOME系统，提出一种基于深度学习的低复杂度联合波束成形设计方法，通过优化预编码向量与相移矩阵最小化安全中断概率，在保持与传统AO算法相似性能的同时显著降低了计算复杂度。
2023-04-04 cs.IT eess.SP math.IT
A Low-Complexity Algorithmic Framework for Large-Scale IRS-Assisted Wireless Systems
智能反射面（IRSs）是下一代无线通信网络的革命性推动者，具有自定义无线电传播环境的能力。为了充分利用IRS辅助的无线系统的潜力，反射元件必须与传统的通信技术联合优化。然而，由此产生的优化问题提出了重大的算法挑战，主要是由于大规模的非凸约束引起的被动硬件实现。在本文中，我们提出了一个低复杂度的算法框架，结合交替优化和基于梯度的方法，大规模的IRS辅助无线系统。该算法可证明收敛到一个稳定点的优化问题。大量的仿真结果表明，该框架提供了显着的加速比与现有的算法相比，同时实现了可比的或更好的性能。
2020-10-09 cs.IT eess.SP math.IT
Sum Rate Maximization for IRS-assisted Uplink NOMA
智能反射面（IRS）由大量低成本的反射元件组成，通过被动波束形成来协同引导入射信号。通过这种方式，IRS重新配置无线环境以提高系统性能。在本文中，我们考虑了一个IRS辅助的上行链路非正交多址（NOMA）系统。目标是在单个功率约束下最大化所有用户的总速率。所考虑的问题需要在用户和IRS的波束成形设计的联合功率控制，并且是非凸的。为了处理它，半定松弛，这提供了一个接近最优的解决方案。数值结果表明，建议的NOMA为基础的计划实现了更大的和速率比正交多址（OMA）为基础的。此外，还揭示了反射单元数目对和率的影响。
2020-04-22 cs.IT eess.SP math.IT
Spectral and Energy Efficiency of IRS-Assisted MISO Communication with Hardware Impairments
在这封信中，我们分析了智能反射面（IRS）辅助的多输入单输出（MISO）下行链路系统的频谱和能量效率与硬件损伤。扩展的误差矢量幅度（EEVM）模型被用来表征在接入点（AP）和相位噪声的射频（RF）损伤的影响被认为是不完美的IRS。我们表明，频谱效率是有限的，由于硬件损伤，即使当AP天线和IRS元素的数量增长无限大，这是在与传统的情况下，与理想的硬件。此外，在高SNR的性能下降，主要是由AP的硬件损伤，而不是IRS的相位噪声的影响。我们进一步获得了最佳发射功率的能量效率最大化的封闭形式。仿真结果验证了这些结果。
2020-04-21 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Reinforcement Learning Powered IRS-Assisted Downlink NOMA
Qatar University（卡塔尔大学）；Hamad Bin Khalifa University（哈马德·本·哈利法大学）；Politecnico di Torino（都灵理工大学）
在这项工作中，我们研究了一个智能反射面（IRS）辅助下行链路非正交多址接入（NOMA）的情况下，以最大限度地提高用户的总速率。IRS的优化问题是相当复杂的，并且是非凸的，因为它需要相移反射矩阵的调谐。由于能够解决非凸优化问题的深度强化学习（DRL）技术的不断部署，我们采用DRL来预测和优化IRS相移矩阵。仿真结果表明，IRS辅助NOMA的基础上，我们利用的DRL方案实现了较高的和速率相比，基于OMA的，随着发射功率的增加，服务更多的用户的能力增加。此外，结果表明，不完美的连续干扰消除（SIC）对执行SIC的用户的数据率具有有害影响。当缺陷增加10倍时，比率降低10%以上。
2021-04-03 cs.IT cs.LG math.IT
Analysis and Optimization of A Double-IRS Cooperatively Assisted System with A Quasi-Static Phase Shift Design
单智能反射面（IRS）辅助系统的分析和优化已经得到了广泛的研究，而对多IRS辅助系统知之甚少。本文研究了一种双IRS协作辅助下行链路系统的分析和优化，其中多天线基站（BS）通过IRS间信道连接的两个多单元IRS为单天线用户提供服务。任何两个节点之间的信道建模与莱斯衰落。基站采用瞬时CSI自适应最大比传输（MRT）波束形成器，两个IRS采用协作准静态相移设计。目标是以低的相位调整成本和计算复杂性最大化平均可达速率，该平均可达速率可以由BS和用户之间的等效信道的平均信道功率来反映。首先，我们得到易于处理的表达式的平均信道功率的等效信道中的一般莱斯因子，纯视线（LoS），和纯非视线（NLoS）制度，分别。然后，我们共同优化的两个IRS的相移，以最大限度地提高这些制度的等效信道的平均信道功率。优化问题是具有挑战性的非凸问题。我们获得了全局最优的封闭形式的解决方案的某些情况下，并提出计算效率高的迭代算法，以获得其他情况下的稳定点。接下来，我们比较了计算复杂性优化的相移和最佳平均信道功率的双IRS合作辅助系统与对应的单IRS辅助系统在大量的反射元件在三个制度。最后，我们在数值上证明了显着的收益，在不同的系统参数的现有解决方案的建议的解决方案。
2022-06-05 cs.IT eess.SP math.IT
Uplink Channel Estimation for Double-IRS Assisted Multi-User MIMO
为了在双智能反射面（IRS）辅助系统中实现比传统单IRS系统更有前途的无源波束形成增益，信道估计实际上是不可或缺的，但也是一个更具挑战性的问题，因为不仅存在复杂耦合的单反射链路，而且存在双反射链路。针对双IRS辅助的上行多输入多输出（MIMO）通信系统，提出了一种新的高效信道估计方法，以解决其单反射链路和双反射链路的级联信道状态信息（CSI）。首先，对于单用户的情况下，高维度的双反射信道有效地估计在多天线基站（BS）与低的训练开销，通过利用的事实，即其级联的信道系数的缩放版本的低维度的单反射信道。然后，所提出的信道估计方案被扩展到多用户的情况下，其中给定任意用户的级联信道估计在单用户的情况下，其他用户的级联信道的缩放版本，因此可以估计与减少的训练开销。仿真结果验证了所提出的信道估计方案的有效性相比，基准计划。
2020-10-13 cs.IT math.IT
Outage Probability of Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Full Duplex Two-way Communications
本文研究了智能反射面（IRS）辅助全双工双向通信系统的中断概率，它表征了系统克服长深度衰落造成的传输数据丢失的性能。为此，我们首先推导出一个任意给定的IRS波束形成器的级联端到端等效信道的概率分布。我们的分析表明，在所考虑的情况下，推导出这样的概率分布比相位匹配IRS波束形成器的情况更具挑战性。在此基础上，利用推导出的等效信道的概率分布，得到了中断概率性能的封闭表达式。理论分析表明，反射单元数对提高系统可靠性有显著影响。大量的数值结果验证了推导结果的正确性，并确认所考虑的IRS辅助双向通信系统相比，单向对应的优越性。
2021-08-06 cs.IT math.IT
The Deployment of IRS in UAV-Empowered 6G Networks
具有实时重新配置固有电磁反射和吸收特性的智能反射表面（IRSs）为改善恶劣环境下的无线连接提供了无与伦比的前景。无人机（UAV）辅助的无线网络被演进为对抗非视距（NLoS）场景的可靠解决方案。因此，IRS授权的无人机辅助蜂窝网络将成为改善覆盖和用户体验的重要角色。研究了IRS-UAV辅助网络中路径损耗最小化和数据传输速率最大化问题。在此背景下，工作分析了路径损耗和可实现的速率利用毫米波（毫米波）载波考虑传统的无人机模型和IRS授权的无人机通信模型。研究表明，与传统的无人机辅助通信模型相比，IRSempowered无人机通信模型能够显著降低路径损耗，提高可达数据速率。
2022-05-07 cs.IT eess.SP math.IT
Analysis of Uplink IRS-Assisted NOMA under Nakagami-m Fading via Moments Matching
这封信研究了智能反射面（IRS）辅助的非正交多址（NOMA）的上行中断性能。我们考虑的一般情况下，所有用户都有直接和反射的链接，所有的链接进行Nakagami-m衰落。我们近似的接收功率的NOMA用户作为伽马随机变量通过矩匹配。这允许在干扰消除（IC）下的中断的易处理的表达式，同时在建模各种传播环境中是灵活的。我们的分析表明，在某些条件下，IRS的存在可能会降低性能的用户有主导线的视线（LOS）的基站（BS），而用户主导的非视线（NLOS）将始终受益于它。
2020-10-28 cs.IT eess.SP math.IT
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
Joint Power Control and Passive Beamforming in IRS-Assisted Spectrum Sharing
在认知无线电（CR）通信系统中，在与主用户（PU）存在强交叉链路干扰的情况下实现高次用户（SU）速率是具有挑战性的。在这封信中，我们利用新兴的智能反射表面（IRS）技术来解决这个问题。具体来说，我们调查的IRS辅助CR通信系统中，IRS被部署，以协助在PU链路和SU链路之间的频谱共享。我们的目标是最大限度地提高可实现的SU率受到一个给定的信号干扰加噪声比的PU链路的目标，通过联合优化SU发射功率和IRS反射波束成形。由于制定的问题是很难解决，由于其非凸性和耦合变量，我们提出了一个有效的算法交替优化和逐次凸逼近技术的基础上解决它的次优，以及一些启发式设计，以降低复杂性。仿真结果表明，IRS是能够显着提高SU率，即使是在传统的CR系统中不使用IRS被认为是最具挑战性的情况下。
2020-03-09 cs.IT eess.SP math.IT
Optimized Design for IRS-Assisted Integrated Sensing and Communication Systems in Clutter Environments
在本文中，我们研究了智能反射面（IRS）辅助的综合传感和通信（ISAC）系统的设计在杂波环境中。多天线基站（BS）在均匀线阵IRS的辅助下，实现与多个通信用户（CU）的通信，同时感知多个目标。我们考虑在具有类型I或类型II CU的情况下的IRS辅助的ISAC设计，其中每个类型I和类型II CU可以和不能分别消除来自感测信号的干扰。特别是，我们的目标是最大限度地提高多个目标之间的最小感测波束方向图增益，通过联合优化BS发射波束形成向量和IRS相移矩阵，受到信号与干扰加噪声比（SINR）的约束为每个类型I/类型II CU，每个杂波的干扰功率约束，在BS的传输功率约束，和互相关图案约束。由于BS的发射设计变量和IRS的相移矩阵的耦合，在具有类型I/类型II CU的情况下，所制定的最大-最小IRS辅助ISAC设计问题是高度非凸的。因此，我们提出了一个有效的算法的基础上交替优化和半定松弛（SDR）技术。在I型CU的情况下，我们表明BS处的专用感测信号总是有益于提高感测性能。相比之下，在具有类型II CU的情况下不需要BS处的专用感测信号。数值结果表明，建议的IRS辅助ISAC设计方案实现了显着的增益比现有的基准计划。
2022-08-08 cs.IT eess.SP math.IT
The Optimal Pilot Power Allocation Strategy for Multi-IRS Assisted Communication Systems
智能反射面（IRS）是一种很有前途的技术，可以精确控制未来无线通信网络中的电磁环境。为了有效地利用IRS，信道状态信息（CSI）的获取是IRS辅助通信系统中的关键，然而，这是具有挑战性的。在本文中，我们提出了最佳导频功率分配策略的IRS辅助通信系统的信道估计，这是能够进一步提高可达到的速率性能与不完美的CSI。更具体地说，首先，我们介绍了一个多IRS辅助的通信系统，在面对实际的信道估计误差。在单输入单输出（SISO）条件下，得到了不完全CSI下的遍历容量的显式表达式。其次，我们制定了最大化的遍历容量与不完美的CSI的优化问题，受平均上行链路导频功率的约束。再次，利用拉格朗日乘子法求解遍历速率最大化问题，得到最优导频功率分配策略。所得到的导频功率分配解决方案建议分配更多的功率量的导频估计弱反射信道。此外，我们还详细分析了所提出的导频功率分配策略的峰值平均功率比（PAPR）的增加定量的代价。最后，大量的仿真结果验证了我们的分析，并揭示了一些有趣的结果。例如，对于大IRS附近的用户，建议关闭其他IRS，只开启离用户最近的IRS;对于小IRS附近的用户，最好开启所有IRS，并进行最优导频功率分配，以提高可达速率性能。
2021-10-22 cs.IT eess.SP math.IT
An Efficient CSI Acquisition Method for Intelligent Reflecting Surface-assisted mmWave Networks
毫米波（mmWave）通信是第五代蜂窝网络（5G）的关键推动因素之一。然而，毫米波通信的基本挑战之一是对阻塞效应的敏感性。减轻这种影响的一种方法是使用智能反射表面（IRS）。然而，由于IRS上反射元件的数量庞大，信道估计成为一个具有挑战性的问题。针对红外辅助毫米波通信系统，提出了一种低复杂度的信道信息获取方法。我们的想法包括利用毫米波信道的稀疏性和IRS本身的拓扑结构。与现有的方法相比，本文提出的方法在获取信道信息时所需的时频资源要少得多。仿真结果证实了该方法的有效性。
2019-12-27 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Multi-User MISO Communication: Channel Estimation and Beamforming Design
最近出现了使用智能反射表面（IRS）重新配置无线传播环境的概念，其中IRS包括大量的无源反射元件，其可以智能地反射撞击的电磁波以增强性能。以前的工作已经显示出有前途的增益假设在基站（BS）和IRS，这是不切实际的，由于反射元件的无源性质的完美的信道状态信息（CSI）的可用性。本文的初步贡献之一，研究了IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）通信系统下不完美的CSI。不同于最近的几个作品，开发最小二乘（LS）估计的IRS辅助信道矢量，我们利用先验知识的大规模衰落统计在BS推导出贝叶斯最小均方误差（MMSE）信道估计的协议下，IRS适用于一组最佳的相移矢量在多个信道估计子阶段。由此产生的均方误差（MSE）的分析和数值显示是低于实现的LS估计。联合设计的预编码和功率分配在BS和反射波束成形在IRS提出了最大化的最小用户信号干扰噪声比（SINR）的发射功率约束。性能评估的结果说明了所提出的系统的效率，并研究其对信道估计误差的敏感性。
2020-05-04 cs.IT math.IT
Double-IRS Assisted Multi-User MIMO: Cooperative Passive Beamforming Design
智能反射表面（IRS）已经成为一种使能技术，以实现智能和可重构的无线通信环境的成本效益。IRS的现有工作主要考虑其无源波束形成设计和性能优化，而没有IRS间信号反射，因此没有揭示多IRS辅助无线网络的全部潜力。在本文中，我们研究了一个双IRS辅助多用户通信系统与\emph{cooperative}被动波束形成的设计，捕捉乘波束形成增益从IRS间信道。在双反射链路和单反射链路共存的一般信道设置下，联合优化基站（BS）的（主动）接收波束形成和两个分布式IRS（分别部署在BS和用户附近）的协作（被动）反射波束形成，以最大化所有用户的最小信干噪比（SINR）。此外，对于单用户和多用户的设置，我们分析表明，优于传统的单IRS系统的最大信噪比（SNR）和多用户的有效信道秩，分别双IRS合作系统的性能。仿真结果验证了我们的分析结果，并显示所提出的双IRS系统与合作的被动波束形成设计的实际优势。
2021-03-11 cs.ET cs.IT math.IT
Power-Measurement-Based Channel Autocorrelation Estimation for IRS-Assisted Wideband Communications
针对宽带OFDM系统中IRS信道估计的挑战，提出一种仅基于用户RSRP测量的NN辅助框架，通过渐进式训练恢复信道自相关矩阵并优化反射，性能优于现有方法。
2025-02-17 cs.IT math.IT
Hybrid Active-Passive IRS Assisted Energy-Efficient Wireless Communication
本文研究混合主动-被动智能反射面辅助无线通信系统，通过优化主动和被动反射元件数量最大化能效，并推导了多种信道下的最优或次优解，仿真验证了其有效性。
2023-06-30 cs.IT eess.SP math.IT
