Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Sensing: Applications and Design Issues
智能反射面（IRS）是一种新兴技术，它通过巧妙地调节大量无源反射元件的信号反射，能够显著提高无线通信的性能。另一方面，随着无处不在的无线设备和周围的射频信号，无线传感已成为下一代/6 G无线网络的一个有前途的新应用。通过协同低成本的IRS和肥沃的无线传感应用，本文提出了一种新的IRS辅助传感模式，以提高无线传感的性能成本效益。首先，我们提供了一个无线传感应用的概述和利用IRS克服其在实际情况下的性能限制的新机会。接下来，我们讨论了基于三种方法的IRS辅助传感方案，即被动传感、半被动传感和主动传感。我们比较了它们在性能、硬件成本和实现复杂性方面的优缺点，并概述了它们的主要设计问题，包括IRS部署、信道捕获和反射设计以及传感算法。最后，数值结果表明IRS的巨大潜力，提高无线传感精度和优越的性能相比，其他计划的IRS主动传感。
2023-02-12 cs.IT eess.SP math.IT
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
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
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
Relay Aided Intelligent Reconfigurable Surfaces: Achieving the Potential Without So Many Antennas
本文提出了一种新的中继辅助智能可重构表面（IRS）架构，为未来的无线通信系统。所提出的架构，它包括两个并排的智能表面连接通过全双工继电器，有潜力实现有前途的收益的智能表面，同时需要更少的反射元件。因此，所提出的IRS架构需要显著更少的信道估计和波束训练开销，并且与经典IRS方法相比提供更高的鲁棒性。此外，由于在两个表面上划分IRS反射过程，这些表面的位置和取向可以被优化以扩展无线通信覆盖并增强系统性能。在本文中，可实现的速率和所需的元件数量，使用建议的继电器辅助IRS架构的第一个解析的特点，然后使用数值模拟进行评估。结果表明，所提出的架构可以实现数据率的目标，与典型的IRS解决方案相比，更少的元素，这突出了这些智能表面的实际部署的一个有前途的路径。
2020-06-11 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
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Wireless Sensing for Scene Depth Estimation
当前的场景深度估计方法主要依赖于光学感测，其带有隐私问题并且遭受对于遥远的、有光泽的和透明的表面/对象的估计模糊性。可重构智能表面（RISs）提供了一种使用低成本和高能效架构来采用大量天线的途径。这具有实现具有高空间分辨率的RIS辅助无线传感的潜力。在本文中，我们建议采用RIS辅助无线传感系统的场景深度估计。我们开发了一个全面的框架，用于使用RIS辅助毫米波传感系统构建准确的深度图。在这个框架中，我们提出了一个新的RIS交互码本能够创建一个感测网格的反射光束，满足高效的场景深度图建设的理想特性。使用所设计的码本，对接收到的信号进行处理以构建高分辨率深度图。仿真结果将所提出的解决方案与基于RGB的方法进行了比较，并突出了在场景深度感知中采用RIS辅助毫米波传感的前景。
2022-11-15 cs.IT eess.SP math.IT
Downlink Analysis for Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided NOMA Networks
通过激活阻塞用户和改变连续干扰消除（SIC）序列，可重构智能表面（RISs）成为增强非正交多址（NOMA）系统的希望。本文通过随机几何分析研究了RIS辅助NOMA网络的下行链路性能。首先介绍了RIS反射信道的独特路径损耗模型。然后，我们评估的角度分布的基础上的泊松聚类过程（PCP）的框架，从理论上证明，入射角和反射角均匀分布。最后，我们推导出封闭形式的表达式为成对的NOMA用户的覆盖概率。我们的结果表明：1）RIS辅助的NOMA网络比传统的NOMA网络性能更好; 2）由于RIS能够改变NOMA用户的信道增益，因此NOMA系统中的SIC顺序可以改变。
2020-06-23 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
Multi-User Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Communications Under Discrete Phase Shifts
本文主要研究智能反射面辅助系统中的正交和非正交多址接入技术。与大多数先前的作品假设连续相移，我们采用的实际设置，只有有限数量的离散相移。为了最大化和速率，需要联合优化主动波束形成和离散反射。因此，我们提出了一种替代的优化方法，以获得最佳的连续相移迭代，然后将每个相移到其最近的离散值。理论分析和数值计算了不同相位控制比特数下不同方案的和速率最大化。
2023-03-15 cs.IT eess.SP 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
Resource allocation for reconfigurable intelligent surface aided broadcast channels
考虑了一个由可重构智能表面辅助的两用户下行链路网络。提出了加权和信干噪比最大化模型和和速率最大化模型，其中预编码向量和RIS矩阵是联合优化的。由于优化问题的非凸性和困难性，提出了新的近似模型。相应的目标函数的上界推导和最大化。提出了两种基于乘子交替方向法的新算法。证明了只要迭代点收敛，所提算法收敛于逼近模型的KKT点。仿真结果表明，所提出的模型相比，最先进的算法具有良好的性能。
2022-02-14 cs.IT eess.SP math.IT
Statistical CSI-Based Transmission Design for Reconfigurable Intelligent Surface-aided Massive MIMO Systems with Hardware Impairments
本文研究了一种可重构智能表面（RIS）辅助的大规模多用户多输入多输出（MIMO）通信系统，该系统具有收发器硬件损伤（HWI）和RIS相位噪声。与现有的研究成果不同，RIS的相移设计是基于长期的角度信息。首先推导了上行链路可达速率的近似解析表达式。然后，我们使用遗传算法（GA），以最大化和率和最小数据率。最后，我们表明，它是至关重要的，以考虑HWI时，设计的RIS相移。
2021-10-13 cs.IT eess.SP math.IT
Statistical CSI-based Design for Reconfigurable Intelligent Surface-aided Massive MIMO Systems with Direct Links
研究了可重构智能表面（RIS）辅助的大规模多输入多输出（MIMO）直联系统的性能，并基于统计信道状态信息（CSI）设计了RIS的相移。我们首先推导出上行链路各态历经数据率的封闭形式表达式。然后，基于推导的表达式，我们使用遗传算法（GA）来解决和数据率最大化问题。通过低复杂度的最大比合并（MRC）和低开销的基于统计CSI的方案，验证了RIS仍然可以给传统的大规模MIMO系统带来显著的性能提升。
2021-02-15 cs.IT eess.SP math.IT
Optimization Techniques in Reconfigurable Intelligent Surface Aided Networks
为了提高系统的性能，研究了可重构智能表面（RIS）辅助网络。然而，引入的单位模相移和耦合特性，在RIS辅助网络的优化带来了巨大的挑战。已经做出了许多努力来联合优化相移矢量和其他参数。本文综述了近年来在RIS辅助网络优化方面的最新研究成果。根据优化类型、相移形式和解耦方法对现有文献进行了分类。在交替优化框架下，详细介绍了如何灵活地利用上述技术.众所周知，大多数作品不能保证一个稳定点。为了克服这个问题，我们提出了一个统一的框架的优化问题的RIS辅助网络连续相移找到一个稳定点。最后，主要挑战概述领域的研究人员和设计人员探索更有效的优化框架提供指导方针，然后开放的问题进行了讨论。
2021-08-18 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
Vertical Beamforming in Reconfigurable Intelligent Surface-aided Cognitive Radio Networks
在这封信中，我们研究联合应用可重构智能表面（RIS）和垂直波束形成的认知无线电网络（CRN）。在对网络进行适当建模之后，形成优化问题以联合设计次级基站（BS）处的波束成形向量和倾斜角以及RIS处的相移，目标是最大化次级网络的频谱效率。该优化问题是非凸的，因此我们提出了一种有效的求解方法，数值结果表明，增加RIS和优化辐射方向，可以显著提高CRN的性能。
2021-03-16 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
On the Channel Correlation in Reconfigurable Intelligent Surface-Aided System
本研究针对RIS辅助通信系统中多接收机共享链路导致级联信道相关衰落影响性能的问题，推导了级联信道相关性的闭式近似与无穷元件下的收敛结果，仿真验证了分析准确性，为该类信道相关特性研究提供参考。
2023-05-03 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
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
Aerial Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Wireless Communication Systems
在本文中，我们提出并研究了一个空中可重构智能表面（aerial-RIS）辅助无线通信系统。具体而言，考虑到实际的复合衰落信道，我们的特点是空到地（A2 G）的Namkagami-m小尺度衰落和逆伽马大尺度阴影的链接。为了研究所提出的系统的延迟限制性能，我们推导出一个紧密的近似封闭形式的表达式的端到端中断概率（OP）。接下来，考虑到移动环境中，性能分析是棘手的，我们依靠机器学习为基础的性能预测来评估的移动空中RIS辅助系统的性能。具体来说，考虑到空中RIS的三维（3D）空间运动，我们建立了一个深度神经网络（DNN）来准确预测OP。（i）衰落和遮蔽条件对OP具有强烈影响，（ii）随着反射元件的数量增加，空中RIS实现更高的能量效率（EE），以及（iii）空中RIS辅助系统优于传统中继系统。
2021-06-09 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
Rate Maximizations for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Wireless Networks: A Unified Framework via Block Minorization-Maximization
可重构智能表面（RIS）由于其在5G及以后无线网络中的应用前景，近年来引起了人们的研究兴趣。在RIS的帮助下，无线传播环境不再是静态的，可以定制以支持不同的服务需求。在本文中，我们将探讨速率最大化的问题，在RI辅助无线网络中，考虑波束成形和反射设计联合。三个代表性的设计问题，从不同的系统设置的基础上提出了统一的算法框架，通过块最小化最大化（BMM）方法。在处理其他一些相关问题的建议框架的扩展和推广。所提出的算法的优点是通过数值模拟与国家的最先进的方法进行比较。
2021-12-26 cs.IT eess.SP math.IT
Radar Target Detection aided by Reconfigurable Intelligent Surfaces
在这项工作中，我们考虑的目标检测问题，在传感架构中，雷达是由一个可重构智能表面（RIS）的帮助下，可以建模为一个阵列的子波长小反射元件能够施加一个可调的相移的冲击波，并最终提供一个额外的目标回波的雷达。理论分析进行了密切和广泛的间隔（相对于目标）雷达和RIS和不同的波束配置，并提供了一些例子来表明，大的增益可以实现所考虑的检测架构。
2021-06-09 cs.IT eess.SP math.IT
On the Ergodic Secrecy Capacity of Reconfigurable Intelligent Surface Aided Wireless Systems Under Mixture Gamma Fading
本文提出了一种量化评估的物理层安全能力的可重构智能表面（RIS）辅助无线系统下窃听。具体来说，我们推导出一个封闭形式的表达式遍历保密容量（ESC），是适应不同类型的衰落和RIS大小。假设发射机（TX）和RIS，RIS和合法接收机以及TX和窃听者之间的信道遵循独立的混合伽马（MG）分布。请注意，MG能够建模各种各样的众所周知的分布，包括高斯分布，瑞利分布，Nakagami-m分布，莱斯分布等。结果表明，随着RIS规模的增加，虽然合法链路的分集阶数增加，ESC增益下降。
2023-01-19 cs.IT eess.SP 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
Ergodic Rate Analysis of Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Massive MIMO Systems with ZF Detectors
这封信研究了可重构智能表面（RIS）辅助大规模多输入多输出（MIMO）系统的两个时标设计。首先，迫零（ZF）检测器应用在基站（BS）基于瞬时聚合CSI，这是直接信道和级联的用户-RIS-BS信道的叠加。然后，通过利用信道的统计特性，我们推导出封闭形式的遍历可达速率表达式。利用梯度上升法，设计了仅依赖于长期统计CSI的RIS无源波束形成。我们证明了遍历速率可以获得$\mathcal{O}\left(\log_{2}\left(MN\right)\right)$数量级的增益，其中$M$和$N$分别表示BS天线和RIS单元的数量。我们还证明了显着的优越性所考虑的RIS辅助系统与ZF检测器的RIS免费系统和RIS辅助系统与最大比合并（MRC）。
2021-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Near-field Communications for 6G: Opportunities and Challenges
本文研究RIS辅助6G近场通信，分析两类RIS的信道模型、功率缩放律与有效自由度，并提出两阶段分层波束训练及低复杂度逐元素波束赋形方案。
2024-03-04 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
On the Ergodic Capacity of Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)-Aided MIMO Channels
可重构智能表面（RISs）已成为一种很有前途的技术，以提高系统的频谱效率。本文研究了在发射机-接收机、发射机-接收机和发射机-接收机信道中含有确定性视距路径的假设下，基于RIS的多输入多输出信道的各态历经信道容量（ECC）。新的表达式推导出的ECC的上限和下限的特征。为了揭示更多的系统见解，渐近分析的系统ECC在大的信噪比（SNR）和反射元件（RE）的数量的限制。理论分析表明，RIS的部署可以通过影响其高信噪比功率偏移来塑造ECC曲线，并且可以通过增加RE的数量来改善ECC。
2022-08-18 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
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
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
