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
Secure Two-Way Communications via Intelligent Reflecting Surfaces
在这封信中，我们建议利用智能反射表面（IRS），以确保多用户双向通信。具体地，两个终端用户同时发送他们的信号，其中一个用户的信号被利用为信息干扰，以在窃听者处破坏另一用户的信号的接收。为了提高保密率，提出了一种简单的用户调度方案。分析结果的平均保密率的下限和它的缩放定律推导出评估的保密性能，并获得有价值的设计见解。仿真结果证实了理论分析的正确性，并验证了所提出的方案比其他基线方案的保密性改善。
2020-11-02 cs.IT math.IT
Secrecy Rate Maximization for Intelligent Reflecting Surface Assisted Multi-Antenna Communications
从物理层安全的角度研究了智能反射面（IRS）辅助多天线系统的传输优化。设计目标是在信源发射功率约束和IRS相移单位模约束条件下，最大化系统保密率。为了解决这个复杂的非凸问题，我们开发了一个有效的交替算法，源的传输协方差和IRS的相移矩阵的解决方案，分别以封闭形式和半封闭形式实现。理论上保证了算法的收敛性。仿真结果验证了所提出的优化设计的性能优势。
2019-05-24 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
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
Coverage Probability and Ergodic Capacity of Intelligent Reflecting Surface-Enhanced Communication Systems
本文研究了瑞利衰落信道下智能反射面（IRS）增强的单输入单输出（SISO）系统的性能。从瞬时信道容量，我们计算的覆盖概率的封闭形式的表达式作为统计信道信息的函数。进一步得到了覆盖概率与相移数的缩放定律。推导了遍历容量的概念，给出了一个简单的上界，简化了符号函数的使用，并能在较长时间内应用。数值结果表明，我们的封闭形式的表达式相比，Monte-Carlo模拟的紧密性和有效性。
2020-09-15 cs.IT 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
Secure MIMO Transmission via Intelligent Reflecting Surface
在这封信中，我们考虑了一个智能反射面（IRS）辅助高斯多输入多输出（MIMO）窃听信道中，多天线发射机与多天线接收机在存在多天线窃听通信。为了最大化该信道的保密率，提出了一种交替优化（AO）算法，通过将发射端的发射协方差R和IRS端的相移系数Q固定为常数，联合优化发射端的发射协方差R和IRS端的相移系数Q。当Q一定时，利用已有的数值算法搜索全局最优解R。当R一定时，采用三次逐次逼近目标函数的方法来代替下界，并提出了最小化-最大化（MM）算法来优化局部最优Q。仿真结果验证了所提出的自适应算法的收敛性和性能。
2020-02-03 cs.IT math.IT
Secrecy Outage Probability Fairness for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Uplink Channel
本文研究了智能反射面（IRS）辅助的多用户上行链路信道中的物理层安全（PLS）问题。由于瞬时窃听者的信道状态信息（CSI）不可用，保密率无法测量。在这种情况下，现有的研究通常集中在最大化的最小值（最大-最小）的信号与干扰加噪声功率比（SINR）的多个用户之间，并没有考虑由窃听者造成的保密中断概率。在本文中，我们首先制定的最大（最小-最大）秘密中断概率多个用户之间的最小化。该算法通过交替优化接收矩阵和相移矩阵来求解。仿真结果表明，与max-min SINR策略相比，该算法的最大秘密中断概率显著降低，具有更高的安全性能。
2022-05-22 cs.IT math.IT
Performance Impact of Channel Aging and Phase Noise on Intelligent Reflecting Surface
这封信的目的是澄清信道老化和相位噪声对智能反射表面辅助无线系统性能的影响。我们首先数学模型过时的信道状态信息（CSI）由于多普勒频移和相位噪声来自硬件损伤。然后，从理论上推导出在噪声和老化CSI下可实现的频谱效率的封闭形式的表达式。一些典型的模拟结果，以数字证明性能的影响。
2022-09-21 cs.IT eess.SP math.IT
Training Signal Design for Sparse Channel Estimation in Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter-Wave Communication
研究了稀疏信道模型下智能反射面辅助毫米波通信中的训练信号设计问题。基于信道估计均方误差（MSE）的Cram $\acute{\text{e}}$ r-Rao下界（CRB）来解决该问题。通过利用毫米波信道的稀疏结构，CRB的路径增益和路径角组成的信道参数推导出在贝叶斯和混合参数假设下的封闭形式。在此基础上，提出了一种在反射系数为常数模约束条件下，以CRB为设计变量的函数的IRS反射方向图设计方法。数值结果验证了所提出的稀疏毫米波信道估计设计方法的有效性。
2020-12-28 cs.IT math.IT
Opportunistic Beamforming using an Intelligent Reflecting Surface Without Instantaneous CSI
虽然智能反射面（IRS）辅助无线通信已成为一个重要的研究范式，信道状态信息（CSI）的获取仍然是一个关键的挑战，设计的IRS相移，并产生承诺的相干波束形成增益。在本文中，我们提出了一个IRS辅助的机会波束形成（OBF）方案下的比例公平调度，它不需要瞬时CSI设计的IRS参数。在慢衰落环境中，我们表明，只有在IRS随机旋转，所提出的方案可以利用多用户（MU）分集效应，以接近相干波束形成的性能，随着用户数量的增长大。接下来，我们研究了在相关瑞利快衰落环境下的确定性波束形成方案，结果在一个相当大的和速率改善的IRS辅助OBF的和速率缩放。
2020-09-08 cs.IT math.IT
Sum Rate Maximization for Intelligent Reflecting Surface Assisted Terahertz Communications
本文提出了一种智能反射面（IRS）辅助太赫兹（THz）通信的方法。分子吸收导致路径损耗峰出现在THz频段，衰落峰受传输距离的影响很大。在本文中，我们的目标是最大化的总和速率与个人的速率约束，其中IRS的位置，IRS相移，太赫兹频谱的子带的分配，和UE的功率控制进行联合优化。对于具有单个子带的单个用户设备（UE）的特殊情况，提供了全局最优解。对于多个UE的一般情况，提出了基于块坐标搜索（BCS）的算法来解决非凸问题。仿真结果表明，该方案可以显着提高系统性能。
2020-08-27 cs.IT math.IT
On The Optimal Number of Reflecting Elements for Reconfigurable Intelligent Surfaces
这项工作考虑了一个点到点的链接，可重新配置的智能表面协助发送器和接收器之间的通信。相对于智能表面的可单独调节的元件的数量，优化系统速率、能量效率和它们的权衡。资源分配考虑通信阶段和由于信道估计以及向智能表面报告优化的资源分配而引起的开销。数值结果证实了所提出的方法的最优性，并显示了可重构智能表面的潜在收益。
2020-07-15 cs.IT math.IT math.OC
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
Secure Wireless Communication via Intelligent Reflecting Surface
智能反射面（IRS）可以自适应地调整其反射单元的相移，以增强期望信号和/或抑制不期望信号。在这封信中，我们研究了一个IRS辅助安全的无线通信系统中，多天线接入点（AP）发送机密消息给一个单天线用户在一个单天线窃听者的存在。特别是，我们考虑具有挑战性的情况下，窃听信道比合法的通信信道更强，它们在空间上也高度相关。我们通过联合设计AP的发射波束成形和IRS的反射波束成形来最大化合法通信链路的保密率。而由此产生的优化问题是很难解决的，我们提出了一个有效的算法，以获得高质量的次优解，它通过应用交替优化和半定松弛方法。仿真结果表明，所提出的设计显着提高了保密通信速率的情况下，考虑不使用IRS的设置，并优于启发式方案。
2019-05-26 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Terahertz Communications toward 6G
太赫兹（THz）通信已经成为支持未来6 G无线网络中的繁重数据流量和爆炸式网络容量的有希望的候选者。然而，太赫兹通信在实际应用中面临着许多挑战，如传播损耗、信号阻塞和硬件成本。本文分析了一种新兴的智能反射面（IRS）辅助THz通信模式，通过利用联合主动和被动波束形成来提高通信质量并降低开销，以解决上述问题。从实际应用的角度出发，综述了目前在发射端和红外接收端实现THz主/被动波束控制的方法。基于这些方法，波束训练策略建立联合波束形成太赫兹通信，然后研究。此外，设想了将IRS集成到THz通信中的各种新兴和有吸引力的6 G场景。开放的挑战和未来的研究方向，这一新的范式最后强调。
2021-08-23 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Secure Transmission Without Eavesdropper's CSI
本文研究了智能反射面（IRS）辅助多输入单输出（MISO）通信系统的安全性问题。不同于现有文献中的理想假设，即完整的窃听者（Eve）的信道状态信息（CSI）是可用的，我们考虑了一个更实际的情况下，没有Eve的CSI。为了提高系统的安全性，在发射端总发射功率（Alice）不变的情况下，提出了一种联合波束形成和干扰的方法，首先在Alice处优化最小发射功率，以满足合法用户（Bob）处的服务质量（QoS），然后利用Alice处的剩余功率发射人工噪声（AN）干扰窃听者。两个有效的算法利用斜流形（OM）和minorizationmaximization（MM）算法，分别开发解决由此产生的非凸优化问题。仿真结果验证了算法的性能和收敛性。
2020-07-21 cs.IT math.IT
Resource Allocation for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Cognitive Radio Networks
本文研究了智能反射面（IRS）辅助的多用户认知无线电（CR）系统的资源分配算法设计。特别地，部署IRS以减轻次级网络对主用户造成的干扰。在基站（BS）的波束成形向量和在IRS的相移矩阵联合优化的最大化的二次系统的和速率。算法设计被公式化为考虑主用户的最大干扰容限的非凸优化问题。为了解决由此产生的非凸优化问题，我们提出了一个基于交替优化的次优算法，利用半定松弛，惩罚方法，和逐次凸逼近。我们的仿真结果表明，系统的和速率显着提高我们提出的方案相比，两个基线计划。此外，我们的研究结果也说明了在CR网络中部署IRS的好处。
2020-03-01 cs.IT math.IT
Secure Visible Light Communications via Intelligent Reflecting Surfaces
智能反射表面（IRS）可以通过提供可控的无线环境来提高物理层安全性（PLS）。在本文中，我们提出了一种新的PLS技术的帮助下，IRS实现的智能镜阵列的可见光通信（VLC）系统。首先，对于包含接入点、合法用户和窃听者的IRS辅助VLC系统，推导了IRS信道增益和可达保密率的下界。此外，为了提高IRS信道增益的合法用户，同时限制IRS信道增益的窃听者，我们制定了一个可实现的保密率最大化的问题，建议IRS辅助PLS技术找到最佳的方向的镜子。由于反射镜方位对IRS通道增益的敏感性使得优化问题难以求解，因此将原问题转化为反射光斑位置优化问题，并采用粒子群优化算法（PSO）求解。我们的模拟结果表明，在VLC系统中加入IRS可以显着提高保密性能。
2021-01-29 cs.IT math.IT
Enabling Secure Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surfaces
在本文中，我们提出利用智能反射表面（IRSs），以提高无线通信系统的物理层安全性。特别是，被认为是一个IRS辅助安全的无线系统，其中一个多天线发射机与一个单天线接收机在窃听者的存在进行通信。为了最大限度地提高保密率，波束形成器在发射机和IRS相移联合优化。基于块坐标下降（BCD）和最小化最大化（MM）技术，两个有效的算法来解决由此产生的非凸优化问题的小规模和大规模的IRS，分别。仿真结果表明，IRS可以显着提高物理层的安全性，如果采用所提出的算法。此外，我们发现，部署大规模的IRS是更有效的比扩大发射机的天线阵列的大小，以提高保密率和提高能源效率。
2020-02-25 cs.IT math.IT
Configuring Intelligent Reflecting Surface with Performance Guarantees: Blind Beamforming
本文提出了一种智能反射面（IRS）盲波束形成策略，在信道信息缺失的情况下，通过协调反射面之间的相移来提高接收信噪比。虽然IRS波束成形的现有方法通常首先估计信道，然后优化相移，我们提出了一种基于条件样本均值的统计方法，该方法通过随机采样来探索无线环境，而不执行任何信道估计。值得注意的是，新方法只需要多项式数量的随机样本来产生反射元件数量的二次SNR提升，而标准的随机最大采样算法在相同条件下只能实现线性提升。此外，我们通过将其解释为最小二乘问题来获得对盲波束形成的额外见解。现场测试表明，所提出的盲波束形成算法在增强无线传输方面优于基准算法。
2022-11-03 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface Assisted Wireless Communications
研究了智能反射面（IRS）辅助无线通信系统中的最小均方误差（MMSE）信道估计问题。在所考虑的设置中，从基站（BS）到用户的等效信道矩阵的每个行向量被示出为贝塞尔$K$分布，并且所有这些行向量彼此独立。通过引入高斯尺度混合模型，我们得到了一个封闭形式的等效信道的MMSE估计的表达式，并确定分析上界和下界的均方误差。利用中心极限定理，我们对MMSE估计进行了渐近分析，并证明了当IRS的反射单元数趋于无穷大时，MMSE估计的均方误差的上界等于MMSE估计的渐近均方误差.数值模拟表明，在中等信噪比和中等单元数下，上、下界之间的距离很小，且几乎重合.
2021-04-02 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
Intelligent Reflecting Surface for Massive Device Connectivity: Joint Activity Detection and Channel Estimation
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的解决方案，以提高无线网络的频谱效率和能源效率。本文考虑了一种IRS辅助的物联网网络，用于大规模连接。本文的目标是解决与IRS相关的活动检测和信道估计问题。本文将IRS相关的活动检测和信道估计问题表示为稀疏矩阵分解、矩阵完备和多测量向量问题，并提出了一种基于近似消息传递的三阶段框架。仿真结果验证了该算法的有效性。
2019-11-12 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces for the Enhancement of 6G Internet of Things
随着多年来传感技术的进步，确保物联网（IoT）小工具的无缝连接变得至关重要。随着通信技术的进步，蜂窝网络越来越多地被用于连接物联网系统。IRS是由大量反射组件组成的矩形超表面，其最近由于其通过修改无线传输环境来显著提高通信网络的能量和频谱效率的能力而获得了研究关注。
2022-07-16 cs.IT eess.SP math.IT
Low-Complexity Sum-Capacity Maximization for Intelligent Reflecting Surface-Aided MIMO Systems
降低计算复杂性在优化智能反射表面（IRS）系统的相移中是至关重要的，因为IRS辅助的通信系统通常部署有大量的反射元件（RE）。这封信提出了一种低复杂度算法，称为维度正弦最大化（DSM），以获得最佳IRS相移，从而最大化MIMO网络的总容量。该算法利用的事实，优化问题的目标函数是正弦w.r.t.每个RE的相移。数值结果表明，DSM获得了接近最大的和率和更快的收敛速度比其他两个基准方法。
2022-04-11 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 Surfaces: Sum-Rate Optimization Based on Statistical CSI
在本文中，我们考虑了多用户多输入多输出（MIMO）系统的多个智能反射面（IRS）的部署，以增加覆盖范围，并可能，秩的信道。我们提出了一种优化算法来配置IRS，其目的是通过只利用环境的统计特性，例如用户的位置分布和多径信道的分布，来最大化网络和速率。因此，所提出的方法不需要估计的瞬时信道状态信息（CSI）的系统优化，从而显着放宽（甚至避免）需要频繁重新配置的IRS，这构成了一个最关键的问题，在IRS辅助系统。数值结果证实了所提出的方法的有效性。它示出，特别是，基于统计CSI优化的IRS辅助的无线系统仍然提供大的性能增益相比，没有IRS部署的基线场景。
2020-12-19 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
Intelligent Reflecting Surface Enhanced Millimeter-Wave NOMA Systems
本文研究了一种下行链路智能反射面增强毫米波非正交多址接入系统。提出了一种主动波束形成、被动波束形成和功率分配的联合优化问题。由于高度耦合的变量，制定的优化问题是非凸的。针对这一问题，提出了一种基于交替优化和逐次凸逼近的迭代算法。数值结果表明：1）该方案提供了显著的和速率增益，这证实了在mmWave-NOMA系统中引入IRS的有效性; 2）所提出的离散相移算法可以获得与连续相移算法接近的性能。
2020-05-04 cs.IT eess.SP math.IT
Demystifying the Power Scaling Law of Intelligent Reflecting Surfaces and Metasurfaces
智能反射面作为控制无线传播信道的一种手段，近年来引起了通信理论界的广泛关注。已经表明，单用户IRS辅助传输的信噪比（SNR）随着$N^2$而增加，其中$N$是IRS中无源反射元件的数量。这已经被解释为使用IRS而不是常规大规模MIMO（mMIMO）的主要潜在优点，常规大规模MIMO（mMIMO）的SNR在$N$中仅线性缩放。本文指出这种解释是不正确的。我们首先分析证明，mMIMO总是提供更高的信噪比，然后数值显示的差距是巨大的，一个非常大的反射元件的IRS需要获得信噪比可比mMIMO。
2019-11-11 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access and its Interplay with Intelligent Reflecting Surfaces
速率分裂多址接入（RSMA）最近已经作为用于改善多输入多输出（MIMO）系统的下行链路性能的强大技术出现。通过灵活地管理干扰，RSMA可以提供高频谱和能量效率，以及对不完美的信道状态信息（CSI）的鲁棒性。在另一个发展中，智能反射表面（IRS）已经作为一种通过软件可配置的、近无源的、亚波长反射元件来控制无线环境的方法而出现。本文介绍了IRS和RSMA之间的协同作用的潜力。IRS-RSMA方案可实现的三项重要改进得到了深入的数值示例的支持，并映射到5G之后的用例以及未来的研究方向。
2022-05-24 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 Surfaces for Free Space Optical Communications
在本文中，我们研究了智能反射表面（IRSs）的使用（即，智能反射镜），以放宽自由空间光学（FSO）系统的视线要求。我们表征的IRS的物理参数，如其大小，位置和方向，对端到端的FSO信道的质量的影响。此外，我们开发了一个统计信道模型的几何和失调损失，占IRS，发射机和接收机的随机运动，由于建筑物的摇摆。该模型可用于基于IRS的FSO系统的性能分析。我们的分析结果表明，取决于波束方向和IRS平面之间的角度，IRS的建筑物摇摆对端到端FSO信道的质量的影响比发射机和接收机的建筑物摇摆更小或更大。此外，我们的仿真结果验证了所开发的信道模型的准确性，并为系统设计提供了见解。
2019-05-03 cs.IT math.IT
Stable Matching for Selection of Intelligent Reflecting Surfaces in Multiuser MISO Systems
在这封信中，我们提出了一个智能反射面（IRS）选择策略多IRS辅助多用户多输入单输出（MISO）系统。特别是，我们提出的IRS选择问题作为一个稳定的匹配问题。提出了一种两阶段的用户-IRS分配算法，其主要目标是实现稳定的用户-IRS匹配，从而提高系统的和速率。该算法的第一阶段采用了著名的盖尔Shapley匹配设计的稳定的婚姻问题。然而，由于多用户系统中的干扰，在第一阶段之后获得的匹配可能不稳定。为了克服这个问题，片面（即，在所提出的算法的第二阶段中，仅识别IRS阻塞对（BP），其中BP是在交换它们的伙伴之后更好的IRS对。因此，第二阶段验证所提出的算法中的稳定匹配。数值结果表明，该分配实现了更好的和率性能相比，基于距离和随机匹配算法。
2021-01-16 cs.IT math.IT
Energy Efficiency Analysis of Intelligent Reflecting Surface System with Hardware Impairments
近年来，随着移动数据业务的爆炸式增长，无线通信系统的性能需要在未来得到显著提高。智能反射面（IRS）可以作为一种有前途的方法来提高无线通信的能量效率，以较低的复杂度和硬件成本。现有的研究大多考虑理想硬件的情况下，然而，物理收发器和IRS遭受不可忽略的硬件损伤，这可能会大大降低系统的性能。在本文中，考虑到硬件损伤，我们专注于IRS系统的能量效率分析。我们的第一个贡献是获得最佳的接收合并和发送波束成形向量。在此基础上，我们描述了渐近信道容量。利用推导出的渐近信道容量和功耗模型，给出了能量效率的解析上界和下界。我们的研究结果表明，IRS系统可以实现高频谱效率和高能量效率与适度的天线数量。这一观察结果是令人鼓舞的，因为不需要在昂贵的高质量天线上花费很多，这对应于新的通信范例的要求。
2020-04-21 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Operation under Predictable Receiver Mobility: A Continuous Time Propagation Model
研究了智能反射面（IRS）在可预测接收机迁移率下的工作情况。我们开发了一个连续时间系统模型的多径信道和讨论的最佳IRS配置接收功率，多普勒扩展，和延迟扩展。结果表明，接收功率可以最大化，而不增加多普勒扩展的系统。在一个数值的案例研究中，我们表明，一个IRS的大小只有两个大的广告牌，可以提高地面低地球轨道（LEO）卫星链路的链路预算高达6分贝。它还增加了第二条几乎同等强度的通信路径，提高了链路的可靠性。
2020-08-21 cs.IT eess.SP math.IT
Backscatter-Assisted Wireless Powered Communication Networks Empowered by Intelligent Reflecting Surface
智能反射面（IRS）是近年来出现的一种通过大量无源反射元件重构传播环境来提高无线网络性能的有效方法。这种改变游戏规则的技术对于进入万物互联（IoE）时代尤其重要，在这个时代，可用资源非常有限，但需要高性能。在本文中，我们研究了一个后向散射辅助的无线供电通信网络（BS-WPCN），在该网络中，一些能量受限的用户，由一个发电站（PS）供电，通过后向散射和主动无线信息传输向一个接入点（AP）发送信息，与他们的通信是由IRS的帮助。使用一个实用的能量收集（EH）模型，这是能够捕捉到现实的能量收集器的特性，我们研究了最大化的总网络吞吐量。具体而言，IRS反射系数，PS发送和AP接收波束成形向量，功率和时间分配设计通过两阶段的算法，假设在AP的最小均方误差（MMSE）接收机。通过大量的数值仿真验证了该算法的有效性。我们还表明，我们提出的计划是很容易适用于实际的IRS辅助网络的离散相移值。
2021-10-05 cs.IT math.IT
Secure Transmission Strategy for Intelligent Reflecting Surface Enhanced Wireless System
在本文中，我们研究的安全传输框架的设计与智能反射表面（IRS）。我们的设计旨在最大限度地减少系统的能量消耗的情况下，秩一和全秩接入点（AP）-IRS链接。为了便于设计，将问题分为两部分：AP处波束形成矢量的设计和IRS处的相移。在秩一信道模型中，波束形成矢量设计和相移设计是独立的。推导了波束形成矢量的闭合表达式。同时，针对瞬时信道情况下的相移问题，采用半定松弛算法和投影梯度算法进行了求解，并在统计信道模型下分析了相移对整个系统的影响。然而，由于波束形成和相移在满秩模型中相互依赖，我们参考传统的窃听模型，并利用基于特征值的算法来获得波束形成向量，同时也应用了上述两种相位优化方案。仿真结果表明，IRS增强系统的设想，以提高物理层的安全。
2019-09-02 cs.IT math.IT
Robust Design for Intelligent Reflecting Surfaces Assisted MISO Systems
在这项工作中，我们研究了统计鲁棒波束形成设计的智能反射面（IRS）辅助多输入单输出（MISO）无线系统在不完美的信道状态信息（CSI），其中信道估计误差被假定为加性高斯。我们的目标是联合优化发射/接收波束形成器和IRS相移，以最大限度地减少用户的平均均方误差（MSE）。特别是，为了解决非凸优化问题，开发了一种有效的算法，利用交替优化和优化最小化技术。仿真结果表明，该方法在信道状态信息有误差的情况下仍具有鲁棒的均方误差性能，且性能明显优于传统的非鲁棒方法。
2020-06-12 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided Multiple Access: Capacity Region and Deployment Strategy
智能反射面是一种通过智能可控的信号反射来控制无线传播信道的新技术。在本文中，我们研究了多址接入信道（MAC）的容量区域，两个用户发送独立的消息到一个接入点（AP），辅助$M$ IRS反射元素。我们考虑两个实际的IRS部署策略，导致不同的用户AP有效的信道，即，分布式部署的$M$反射元素形成两个IRS，每个部署在一个用户附近，与集中式部署的所有$M$反射元素部署在AP附近。对于分布式部署，我们推导出封闭形式的容量区域;而对于集中式部署，我们推导出一个容量区域的外边界，并提出了一个有效的速率配置文件为基础的方法来表征可实现的速率区域（或容量区域内边界）。此外，我们比较了两种情况下的容量区域，并得出有益的见解IRS在实际系统中的最佳部署。
2020-02-17 cs.IT eess.SP math.IT
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
Configuring Intelligent Reflecting Surface with Performance Guarantees: Optimal Beamforming
这项工作提出了线性时间策略，以优化配置的智能反射表面（IRS）的反射元件的相移。具体来说，我们表明，二进制相位波束形成可以在线性时间内最佳地解决，以最大限度地提高接收的信噪比（SNR）。对于一般的K进制相位波束形成，我们开发了一种线性时间近似算法，该算法保证性能在全局最优值的恒定分数（1+ \cos（π/K））/2内，例如，对于K=4的正交波束形成，它可以获得85%以上的最佳性能。数值结果表明，本文提出的离散IRS波束形成近似算法在提高接收信噪比方面明显优于现有算法。
2021-12-04 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface Enhanced D2D Cooperative Computing
本文研究了一种设备到设备（D2D）协同计算系统，在该系统中，用户可以借助智能反射表面（IRS）将其部分计算任务卸载给附近的空闲用户。我们建议通过联合优化IRS的计算任务分配、发射功率、带宽分配和相位波束形成来最小化总计算延迟。为了解决这个问题，我们设计了一个交替优化算法，保证收敛。特别是，任务分配策略推导出封闭形式的表达，而相位波束形成优化，利用半定松弛（SDR）方法。数值结果表明，IRS增强的D2D协同计算方案可以实现更低的计算延迟相比，传统的D2D协同计算策略。
2021-03-23 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces for Enhanced NOMA-based Visible Light Communications
University of Strathclyde（思克莱德大学）；Ericsson AB（爱立信公司）；Ericsson Silicon Valley（爱立信硅谷）
新兴的智能反射表面（IRS）技术在可见光通信（VLC）系统中引入了受控光传播的潜力。这一概念为新的应用打开了大门，在这些应用中，通道本身可以被改变以实现特定的关键性能指标。在本文中，第一次在公开文献中，我们调查的作用，IRS可以发挥在VLC系统采用非正交多址（NOMA）的链路可靠性提高。我们提出了一个框架的NOMA和IRS参数的联合优化，并表明它提供了显着的增强链路的可靠性。当VLC通道受到阻塞和随机器件取向的影响时，这种增强甚至更加明显。
2021-11-08 cs.AI cs.IT 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
Low-Latency and Secure Computation Offloading Assisted by Hybrid Relay-Reflecting Intelligent Surface
最近，混合中继反射智能表面（HRRIS）已被引入作为频谱和能量有效的架构，以协助无线通信系统。在HRRIS中，单个或几个有源中继元件与大量无源反射元件一起部署，使其不仅反射而且放大入射信号。在这项工作中，我们研究了HRRIS在单用户移动边缘计算系统中帮助计算卸载的潜力。目标是最小化卸载延迟，同时确保用户数据的保密性以防止恶意窃听者。我们开发有效的解决方案，这个延迟最小化问题的基础上交替优化。通过数值计算结果，我们表明，部署的HRRIS可以导致在相当大的减少延迟。此外，HRRIS提供的延迟减少增益比传统的可重构智能表面（RIS）更显着。
2021-09-03 cs.IT eess.SP math.IT
Fairness Optimization of RSMA for Uplink Communication based on Intelligent Reflecting Surface
本文提出一种IRS辅助上行RSMA方案，通过最大最小公平性优化及连续组解码算法，提升上行通信的公平性。
2023-09-06 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces for Enhanced Physical Layer Security in NOMA VLC Systems
智能反射表面（IRSs）的兴起为可见光通信（VLC）系统的前所未有的功能打开了大门。通过控制室内环境中的光传播，可以操纵信道条件以实现特定的关键性能指标。在本文中，我们调查的作用，IRS可以发挥在提高保密能力的非正交多址（NOMA）VLC系统。更具体地说，我们提出了一个基于IRS的物理层安全（PLS）机制，减轻了NOMA固有的信息泄漏风险。我们的研究结果表明，实现的保密能力可以提高高达105%的80 IRS元素的数量。据我们所知，这是第一篇研究基于NOMA的IRS辅助VLC系统的PLS的论文。
2022-11-17 cs.IT cs.NI math.IT
Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave MIMO Systems
智能反射表面（IRSs）被认为是未来毫米波（mmWave）无线通信的有前途的使能者，因为它们能够创建有利的视线（LoS）传播环境。在本文中，我们研究了在下行链路IRS辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统的信道估计。通过利用毫米波信道的稀疏性，我们将信道估计问题表示为固定秩约束的非凸优化问题。为了解决非凸性，提出了一种有效的算法，利用交替极小化和流形优化（MO），它产生一个局部最优解。仿真结果表明，所提出的基于MO的估计（MO-EST）算法显着优于两个基准计划，并证明了MO-EST算法的鲁棒性方面的不完善的知识的稀疏水平的信道在实际实现中。
2020-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Vehicle Surface: A Novel IRS Paradigm for Moving Vehicular Networks
智能反射表面（IRS）由于其具有高光谱和高功率效率的潜力，近年来受到研究界的广泛关注。除了传统的蜂窝网络之外，还考虑了IRS在车辆网络中的使用。以前的IRS辅助车辆到一切通信的工作集中在沿道路的建筑物的立面上部署反射表面，以增强侧链路性能。本文超越了现有的技术水平，提出了一种新的范例创造的智能反射车辆表面（IRVS）。它在车辆表面嵌入大量反射元件，以帮助军事和紧急通信中的移动车辆网络。我们提出了一种替代的优化方法，以优化联合主动波束形成在基站和被动反射在多个随机分布的车辆表面。根据连续、离散和随机相移下的和频谱效率进行了性能评估。数值结果表明，IRVS可以大大提高移动车辆网络的容量。
2023-03-15 cs.IT eess.SP math.IT
Exploiting Movable Elements of Intelligent Reflecting Surface for Enhancement of Integrated Sensing and Communication
本研究提出利用智能反射面（IRS）可移动单元增强集成感知与通信（ISAC）系统性能，针对单/多用户场景分别设计单元位置优化方案，仿真验证其可提升通信速率、感知精度并拓宽覆盖范围。
2025-07-31 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Reinforcement Learning for Intelligent Reflecting Surfaces: Towards Standalone Operation
智能反射表面（IRSs）具有良好的覆盖范围和光谱效率增益，正引起越来越多的关注。然而，为了在实践中实现这些表面，需要解决几个挑战。这些主要挑战之一是如何在这些无源表面上配置反射系数，而不需要大量的信道估计或波束训练开销。早期的工作建议利用监督学习工具来设计IRS反射矩阵。虽然这种方法具有减少波束训练开销的潜力，但它需要收集用于训练神经网络模型的大型数据集。在本文中，我们提出了一种新的深度强化学习框架，用于以最小的训练开销预测IRS反射矩阵。仿真结果表明，所提出的在线学习框架可以收敛到最佳速率，假设完善的信道知识。这代表了实现独立IRS操作的重要一步，其中表面在没有基础设施的任何控制的情况下自行配置。
2020-02-25 cs.IT eess.SP math.IT
