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
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
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
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
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
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
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
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
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
Deep Multi-Stage CSI Acquisition for Reconfigurable Intelligent Surface Aided MIMO Systems
针对可重构智能表面（RIS）中继无线信道估计中导频开销过大的问题，提出了一种基于导频的RIS中继无线信道估计方法。受深度学习在解决非线性映射问题方面的令人信服的把握的启发，所提出的方法仅激活RIS元素的一部分，并利用相应的级联信道估计来预测另一部分。通过合成深度神经网络（DNN），首先依次估计直接信道和活动级联信道，然后对非活动RIS元件进行信道预测。一个三阶段的训练策略，开发了这种合成DNN。从仿真结果来看，所提出的基于深度学习的方法在减少导频开销和保证可靠的估计精度方面是有效的。
2021-04-23 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
Reconfigurable Intelligent Surface aided Massive MIMO Systems with Low-Resolution DACs
我们研究了一种可重构智能表面（RIS）辅助多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统，其中低分辨率数模转换器（DAC）配置在基站（BS），以降低成本和功耗。基于最大比传输（MRT）和加性量化噪声模型（AQNM）推导了下行链路可达速率的近似解析表达式，并采用粒子群优化（PSO）算法求解了RIS处连续相移（CPS）和离散相移（DPS）下的速率最大化问题。仿真结果表明，随着DAC量化位数的增加，下行链路总可达速率趋于一个常数，四个量化位数就足以捕获理想理想DAC情况下的大部分性能。
2021-08-23 cs.IT eess.SP math.IT
Securing Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Cell-Free Networks
在本文中，我们研究的物理层安全性的可重构智能表面（RIS）辅助无细胞网络。通过联合优化基站处的主动波束形成（BF）和RISs处的被动波束形成，形成了最大加权和保密率问题。为了处理这个非平凡的问题，我们采用交替优化解耦原问题成两个子问题，这是解决使用半定松弛和连续凸逼近理论。为了降低获得整体信道状态信息（CSI）的复杂度，我们将所提出的框架扩展到只需要RIS的CSI的一部分的情况。这是通过故意丢弃对用户的保密率有小贡献的RIS来实现的。在此基础上，我们建立了一个混合整数非线性规划问题，并利用线性二次曲线松弛法求解。仿真结果表明，所提出的方案可以获得比现有方案更高的保密率。
2022-02-15 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface (RIS) Aided Multi-User Networks: Interplay Between NOMA and RIS
本文重点研究了在采用正交多址（OMA）和非正交多址（NOMA）的多用户网络中可重构智能表面（RIS）的开发，重点研究了NOMA和RIS之间的相互作用。根据RIS反射系数在一次传输期间是否可以仅调整一次或多次，我们区分静态和动态RIS配置。特别地，RIS辅助单天线NOMA网络的容量区域的特征在于，并从信息理论的角度与OMA速率区域进行比较，揭示了动态RIS配置是实现容量的。然后，研究了RIS部署位置对不同多址接入方案性能的影响，发现非对称和对称部署策略分别适用于NOMA和OMA。此外，对于RIS辅助的多天线NOMA网络，基于波束形成器和基于簇的策略，提出了三种新的联合有源和无源波束形成器设计。最后，突出了RIS-NOMA网络的开放研究问题。
2021-10-05 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Wireless Transmission for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Full Duplex Systems
这封信认为，在可重构智能表面（RIS）辅助全双工（FD）系统的安全通信。FD基站（BS）在存在窃听者的情况下在RIS的辅助下在相同的时间-频率维度上同时服务上行链路（UL）用户和下行链路（DL）用户。此外，人工噪声（AN）也被用来干扰窃听者的信道。我们的目标是通过联合优化发射波束成形，接收波束成形和AN协方差矩阵在BS，和被动波束成形在RIS的UL和DL用户的总和保密率最大化。为了处理非凸问题，我们将其分解成易于处理的子问题，并提出了一个有效的算法交替优化框架的基础上。具体地说，接收波束形成推导为一个封闭的形式的解决方案，而其他变量，通过使用半定松弛（SDR）方法和逐次凸逼近（SCA）算法获得。仿真结果表明，我们所提出的方案相比，其他基线计划的优越性能。
2022-09-25 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided NOMA with Limited Feedback
在频分双工（FDD）系统中，反馈信道的设计是一个主要的挑战，因为有限的可用反馈比特。我们认为非正交多址（NOMA）系统，将可重构智能表面（RISs）。在有限反馈RIS辅助的NOMA系统中，RIS辅助的信道和直接信道增益应该被量化并反馈到发射机。本文研究了量化误差对整个RIS辅助NOMA系统的速率损失。我们首先考虑随机矢量量化的整体RIS辅助通道和相同的均匀量化器的直接通道增益。然后，我们得到一个上限的速率损失，由于量化误差，作为反馈位的数量和RIS的大小的函数。数值结果表明，随着反馈比特数的增加，有限反馈系统的和速率性能接近全CSI系统的和速率性能。
2023-01-30 cs.IT math.IT
Camera Aided Reconfigurable Intelligent Surfaces: Computer Vision Based Fast Beam Selection
可重构智能表面（RISs）由于其能够改善毫米波（mmWave）通信系统的覆盖范围、可靠性和能量效率而引起了越来越多的关注。然而，设计RIS波束成形通常需要大的信道估计或波束训练开销，这降低了这些系统的效率。在本文中，我们建议配备的RIS表面的视觉传感器（摄像头），获得有关周围环境和用户/基站位置的传感信息，指导RIS波束选择，并减少波束训练开销。我们开发了一个机器学习（ML）框架，利用这种视觉传感信息来有效地选择最佳的RIS反射波束，反射基站和移动用户之间的信号。为了评估开发的方法，我们建立了一个高保真的合成数据集，其中包括共存的无线和视觉数据。基于该数据集，结果表明，提出的视觉辅助机器学习解决方案可以准确预测RIS波束并实现接近最佳的可达速率，同时显着降低波束训练开销。
2022-11-14 cs.IT eess.SP math.IT
Rate-Splitting Multiple Access for 6G -- Part III: Interplay with Reconfigurable Intelligent Surfaces
这封信是由三部分组成的教程的第三部分，该教程重点介绍6 G的速率拆分多址接入（RSMA）。作为教程的第三部分，这封信提供了集成RSMA和可重构智能表面（RIS）的概述。我们首先介绍两种潜在的PHY层技术，即RSMA和RIS，包括将RSMA与RIS集成的必要性以及它们如何相互帮助。接下来，我们提供了一个通用的模型的RIS辅助RSMA系统，并总结了一些关键的性能指标。然后，我们讨论了RSMA网络的主要优点，并说明了RSMA网络的速率区域的理想和不理想的信道条件。最后，我们总结了研究的挑战和开放的问题，RIS辅助RSMA系统。总之，RSMA是下一代多址接入（NGMA）和未来网络（例如6 G及更高）的有前途的技术。
2022-08-05 cs.IT eess.SP math.IT
Beyond Cell-free MIMO: Energy Efficient Reconfigurable Intelligent Surface Aided Cell-free MIMO Communications
无小区系统可以通过使多个基站（BS）能够以由于BS的大规模部署而导致的高硬件和电源成本为代价来协作地为没有小区边界的用户服务，从而有效地消除小区间干扰。为了解决这个问题，低成本的可重构智能表面（RIS）可以作为一个有前途的技术，以提高能源效率的无细胞系统。在本文中，我们考虑了一个RIS辅助无小区MIMO系统，其中多个RIS部署在BS和用户周围，以低成本的方式通过可重构反射来创建有利的传播条件，从而增强无小区MIMO通信。为了最大限度地提高能量效率，提出了一种混合波束形成（HBF）方案，该方案由基站处的数字波束形成和基于RIS的模拟波束形成组成。建立了能源效率最大化问题的数学模型，并设计了求解该问题的迭代算法。研究了发射功率、RIS数目和RIS大小对能量效率的影响。理论分析和仿真结果表明，最优能量效率取决于RIS的数量和RIS的大小。数值计算也表明，该系统可以实现更高的能量效率比传统的。
2020-11-17 cs.IT eess.SP math.IT
Hierarchical Passive Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Communications
在可重构智能表面（RISs）辅助通信中，现有的无源波束形成（PB）设计涉及反射元件数量的多项式复杂性，因此由于反射元件数量庞大而难以实现。为了克服这一困难，我们提出了一个基于反射角的级联信道模型，采用广义斯涅耳定律，其中涉及优化的变量空间的维数显着减少，从而简化了分层无源波束形成（HPB）设计。我们开发了一个有效的两阶段HPB算法，它利用信道的角域属性，以最大限度地提高目标用户的可达速率。仿真结果表明，所提出的HPB设计的吸引人的性能和低复杂度。
2021-04-17 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Multiuser Communication Systems Exploiting Statistical CSI of Correlated RIS-User Channels
针对RIS辅助多用户MISO系统导频开销过高的问题，本文建立波束域相关信道模型，采用导频复用并提出EP算法，以更低开销实现精确信道估计。
2023-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided Communication: Capacity and Performance Analysis Over Rician Fading Channel
在这项工作中，我们考虑一个单输入单输出（SISO）系统的可重构智能表面（RIS）辅助毫米波通信。我们考虑用户节点到RIS和RIS到接入点（AP）的Rician信道模型。我们得到封闭形式的表达能力与信道状态信息（CSI）和没有CSI在发射机。新导出的容量表达式是非常紧凑形式的封闭形式表达式。我们还简化了平均符号错误概率的封闭形式的表达式。我们还描述了关键参数Rician因子K和IRS上的元素数对发送端有CSI和没有CSI的遍历容量的影响。
2021-07-22 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Amplitude- and Phase-Modulated Downlink Transmission
新的可重构智能表面（RIS）的幅度和相位调制方案提出了一个演变的只有相位调制方案在文献中。解释性地，幅相相移键控（A-PSK）和正交幅相相移键控（QA-PSK）都被设想，其中RIS被假设为发射机的一部分以向多天线辅助下行链路接收机传递信息。在所提出的设计中，RIS被划分为多个块，并且通过控制每个块中RIS元件的ON-OFF状态和相移来传送信息比特。由于从每个RIS块到接收器的传播路径可以相干地组合，作为适当地配置RIS元件的相位的益处，所以可以通过控制RIS块的ON-OFF模式以及RIS元件的相移来设计接收信号星座。理论分析和仿真结果都表明，在考虑实际有限分辨率RIS相移的情况下，我们提出的基于RIS辅助的调制方案在离散输入连续输出无记忆信道（DCMC）容量和误符号概率方面都优于现有的基于RIS的PSK调制，特别是在高信噪比（SNR）区域。
2023-01-23 cs.IT eess.SP math.IT
Probability of Error for Optimal Codes in a Reconfigurable Intelligent Surface Aided URLLC System
研究 RIS 辅助的 URLLC 系统在短码块体制下的最优码解码错误概率下界，利用球填充技术结合 Wald 序贯 t 检验引理和 Gauss-Chebyshev 求积推导出闭式表达式，数值结果验证了其与 PPV 界相比的紧致性。
2023-06-27 cs.IT eess.SP math.IT
LUNA: Luneburg-Lens-Aided Reconfigurable Array for 6G-and-Advanced Wireless Networks
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Queen’s University Belfast（贝尔法斯特女王大学）；Tsinghua University（清华大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文提出LUNA天线架构，利用龙勃透镜统一MIMO与NCR功能，实现低复杂度波束切换，提升频谱、能量效率及定位性能，面向6G网络。
2026-10-08 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Hybrid Beamforming: Optimal Placement and Beamforming Design
我们考虑可重构智能表面（RIS）辅助第六代（6 G）太赫兹（THz）通信的室内环境中，一个基站（BS）希望发送独立的消息，它的服务用户的帮助下，多个RIS。对于室内环境，诸如柱子、墙壁和其他物体之类的各种障碍物可能导致BS与用户之间没有视线信号路径，这可能显著降低性能。为了克服室内太赫兹通信的这种局限性，我们首先优化RIS的位置，以最大限度地扩大覆盖范围。在优化的RIS布局下，我们提出了BS处的3D混合波束形成和RIS处的相位调整，它们通过基于码本的3D波束扫描以低复杂度在BS和RIS处联合执行。数值模拟表明，该方案显着提高了平均和率相比，没有RIS和随机部署的RIS。它进一步表明，所提出的基于码本的3D波束扫描有效地对准BS-用户链路或BS-RIS-用户链路之间的模拟波束，因此，实现了接近于需要全局信道状态信息的相干波束对准的平均和速率。
2023-03-21 cs.IT eess.SP math.IT
Fully Connected Reconfigurable Intelligent Surface Aided Rate-Splitting Multiple Access for Multi-User Multi-Antenna Transmission
速率分割多址接入（RSMA）是一种非常有前途的多址接入方案，也是6G的非正交传输框架和干扰管理策略。受多用户多天线传输中RSMA比传统MA方案获得的吸引人的频谱效率增益的启发，本文将RSMA引入到可重构智能表面（RIS）辅助的多输入单输出（MISO）广播信道（BC）中。为了进一步提高频谱效率，一个更广义的RIS架构称为全连接RIS被认为是。通过联合优化散射矩阵的全连接RIS和发射波束形成器，以最大化的和速率，我们表明，建议的全连接RIS辅助RSMA传输方案显着提高了频谱效率相比，传统的单连接RIS计划和计划没有RIS。它是线性预编码多用户多天线网络的新基准。
2022-03-10 cs.IT math.IT
Two-Timescale Channel Estimation for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Wireless Communications
信道估计是可重构智能表面（RIS）辅助无线通信的一个挑战。由于基站（BS）、RIS和用户设备（UE）之间的级联信道的系数的数量是BS天线的数量、RIS元件的数量和UE的数量的乘积，因此导频开销可能非常高。在本文中，我们提出了一个两个时间尺度的信道估计框架，利用的属性，BS-RIS信道是高维的，但准静态的，而RIS-UE信道是移动的，但低维的。具体来说，为了估计准静态BS-RIS信道，我们提出了一种双链路导频传输方案，其中BS发送下行链路导频并接收RIS反射的上行链路导频。然后，我们提出了一种基于坐标下降的算法来恢复BS-RIS信道。由于估计准静态BS-RIS信道的频率低于估计移动信道的频率，因此从长期的角度来看，可以减少平均导频开销。虽然移动RIS-UE信道必须在小的时间尺度内频繁地估计，但是由于其低维度，相关联的导频开销很低。仿真结果表明，提出的双时标信道估计框架可以实现准确的信道估计与低导频开销。
2020-05-18 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided MISO Systems with Statistical CSI: Channel Estimation, Analysis and Optimization
研究了具有不完全信道状态信息（CSI）的可重构反射面（RIS）辅助多输入单输出（MISO）系统，其中RIS相关信道采用Rician衰落模型。考虑到实际系统的开销和复杂度，在基站采用低复杂度的最大比合并（MRC）波束形成，并根据长期统计CSI配置RIS的相移。具体来说，我们首先估计的线性最小均方误差（LMMSE）估计器的基础上的整体信道矩阵，并评估MSE和归一化MSE（NMSE）的性能。然后，与估计的信道，我们推导出的遍历速率的封闭形式的表达式。推导的表达式表明，与Rician RIS相关的信道，速率可以保持在一个非零值时，发射功率按比例降低到$1/M$或$1/N^2$，其中$M$和$N$是天线和反射元件的数量，分别。然而，如果所有的RI相关信道都是完全瑞利的，则每个用户的发射功率只能按比例缩小到$1/\sqrt{M}$或$1/N$。最后，数值结果验证了有前途的好处，从RIS到传统的MISO系统。
2021-07-12 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-cell NOMA: Coherent Reconfigurable Intelligent Surfaces Model With Stochastic Geometry
可重构智能表面（RISs）对于增强非正交多址（NOMA）系统，即，增强信道质量并改变SIC阶数。利用随机几何方法，研究了RIS辅助下的多小区NOMA网络的下行覆盖性能。我们首先推导出的RIS辅助信道模型，包括直接和反射链路。分析结果表明，RI辅助信道模型可以近似地建模为Gamma分布。此外，还分析了来自其他小区的干扰。最后，我们推导出封闭形式的覆盖概率表达式的配对NOMA用户。数值结果表明：1）尽管RI增强了来自其它小区的干扰，但RI辅助用户的性能仍然得到了提高，因为信道质量得到了更明显的增强; 2）使用RI可以改变SIC的阶数，因为RI改善了辅助用户的信道质量。
2021-03-03 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Aided NOMA Networks
本文提出一种通过设计RIS被动波束成形权重服务成对功率域NOMA用户的系统，推导了中断概率和遍历速率的闭式表达式，并证实RIS辅助NOMA网络性能优于正交方案。
2019-12-20 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Spectrum Sharing Coexisting with Multiple Primary Networks
考虑到频谱共享系统（SSS）与多个主网络共存的情况，我们采用了一种设计良好的可重构智能表面（RIS）来控制无线信道的无线电环境，缓解频谱资源的稀缺。具体地说，在所考虑的SSS中的次用户的频谱效率的提高被分解为两个子问题，这是一个二阶锥规划（SOCP）和凸二次型的分式规划（CQFP），分别交替优化的波束形成矢量在辅助接入点（S-AP）和反射系数在RIS。SOCP子问题是一个凹问题，可以使用标准的凸优化工具来最佳地解决。CQFP子问题可以通过基于梯度的线性化域（GLD）的低复杂度方法来解决，为快速部署提供了次优解决方案。考虑到RIS的离散相位控制，提出了一种惩罚最近点搜索法（NPSP），实现了RIS相移的离散化。仿真结果表明，GLD和NPSP都能达到很好的性能。
2022-11-04 cs.IT eess.SP math.IT
Performance and Optimization of Reconfigurable Intelligent Surface Aided THz Communications
太赫兹（TeraHertz，THz）通信可以满足大带宽的高数据率需求。然而，严重的路径衰减和硬件缺陷大大降低了它的性能。因此，我们利用可重构智能表面（RIS）技术并研究RIS辅助的太赫兹通信。我们首先证明了太赫兹信号的小尺度幅度衰落可以准确地建模的波动的双射线分布的基础上进行的两个太赫兹信号测量实验在各种不同的情况下。为了优化RIS元件的相移，我们提出了一种新的基于群体智能的方法，不需要完整的信道估计。然后，我们推导出端到端的信号噪声加失真比（SNDR）和信号噪声比（SNR）的精确统计特性。此外，我们提出了渐近分析，以获得更多的见解时，SNDR或RIS的元素的数量是高的。最后，我们推导出中断概率和遍历容量的解析表达式。得到了理想和非理想射频链的遍历容量的紧上界。有趣的是，发现增加RIS的元件的数量可以显着提高太赫兹通信系统的性能。例如，遍历容量可以增加高达25%，当元素的数量从40增加到80，这只会导致微不足道的成本系统。
2022-03-20 cs.IT eess.SP math.IT
Performance Evaluation for Subarray-based Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Wireless Communication Systems
本文研究子阵列方案对RIS辅助无线通信系统频谱效率和能量效率的影响，推导遍历频谱效率上界并提出最优相移设计，解析评估其对能量效率的作用。
2023-09-22 cs.IT eess.SP math.IT
Stochastic Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Over-the-Air Computation
空中计算（AirComp）是一种能够在物联网（IoT）网络中实现快速数据聚合的有前途的技术。AirComp的均方误差（MSE）性能受到不利信道条件的影响。这种限制可以通过部署可重新配置的智能表面（RIS），重新配置的传播环境，以促进接收功率均衡来缓解。RIS的可实现性能依赖于准确的信道状态信息（CSI）的可用性，然而，通常很难获得。在本文中，我们考虑了一个基于RIS的AirComp物联网网络，其中接入点（AP）聚合来自分布式设备的感知数据。在不假设任何先验知识的基础上的信道分布，我们制定了一个随机优化问题，以最大限度地提高概率的MSE低于一定的阈值。制定的问题原来是非凸和高度棘手的。为此，我们提出了一种数据驱动的方法来联合优化接收波束成形矢量在AP和相位偏移矢量在RIS的基础上的历史信道实现。在采用S型函数对目标函数进行平滑处理后，提出了一种收敛速度快的交替随机方差约减梯度（SVRG）算法来求解该问题。仿真结果证明了该算法的有效性和部署RIS在降低MSE中断概率方面的重要性。
2020-09-16 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Integrated Communication and Localization with a Single Access Point
针对单接入点室内定位难题，本文提出一种多RIS辅助的两阶段信道估计与定位方法，利用牛顿化正交匹配追踪和角度伪谱估计到达角，实现厘米级定位精度。
2025-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
A Simple Multiple-Access Design for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Systems
针对RIS辅助无线系统中现有传输方法复杂或低效的问题，提出一种基于机会反射和非正交传输的简单高效多址接入设计，通过仅优化最佳用户反射并叠加次用户信号，在降低复杂度与信道估计开销的同时提升了系统容量与用户公平性。
2023-09-12 cs.IT eess.SP math.IT
Improving Physical Layer Security for Reconfigurable Intelligent Surface aided NOMA 6G Networks
非正交多址接入（NOMA）和可重构智能表面（RIS）技术的内在集成被认为是一种有前途的方法，可以显著提高未来无线通信网络的频谱效率和能量效率。本文研究了一种基于RIS的NOMA 6G网络的物理层安全问题，在该网络中部署RIS来协助两个“死区”NOMA用户，同时考虑了内部和外部窃听。对于只有内部窃听的情况，我们考虑了最坏的情况，近端用户是不可信的，可能会试图拦截远端用户的信息。提出了一种联合波束赋形和功率分配的次优方案来改进PLS系统。然后，我们将我们的工作扩展到内部和外部窃听的情况。在该场景中考虑了两个子场景：一个是没有窃听者的信道状态信息（CSI）的子场景，另一个是窃听者的CSI可用的子场景。针对这两种情况，引入了噪声波束形成方案来对抗外部窃听者。针对第二子场景，提出了一种最优功率分配方案，以进一步提高系统的物理安全性。仿真结果表明，所提出的方案的优越性能。此外，还表明，增加反射元件的数量可以带来比发射天线更多的保密性能增益。
2021-01-18 cs.IT eess.SP math.IT
Asymptotic Achievability of the Cramér-Rao Lower Bound of Channel Estimation for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Communication Systems
在可重构智能表面辅助毫米波系统中，为了实现主被动联合波束形成增益，需要对反射级联信道进行精确估计。在文献中已经提出了许多策略来解决这个问题。然而，这种估计的Cramér-Rao下限（CRLB）是否可以实现仍然是不确定的。为了填补这一空白，我们首先利用离散傅立叶变换矩阵和克罗内克积的性质，将信道估计问题转化为稀疏信号恢复问题。然后，一个联合的典型性为基础的估计器被用来执行的信号恢复任务。我们表明，通过数学证明和数值模拟，在这封信中提出的解决方案实际上可以渐近实现CRLB。
2021-09-21 cs.IT math.IT
Foundations of MIMO Radar Detection Aided by Reconfigurable Intelligent Surfaces
可重构智能表面（RIS）是由廉价元件制成的近无源平坦层，其可以向撞击电磁波添加可调相移，并且由低功率电子电路控制。研究了雷达回波信号增强（RI）辅助下的多输入多输出（MIMO）雷达目标检测的基本问题。首先，介绍了一个通用的信号模型，其中包括使用多达两个RISs（一个靠近雷达发射机，一个靠近雷达接收机）的可能性，并包括一个单基地和一个双基地雷达配置，或没有一个视线的前景目标。在诉诸广义似然比检验（GLRT），设计的相位偏移引入RIS元素制定为最大化的检测概率在一个固定的虚警概率的位置下检查，并提出了合适的优化算法。性能分析显示了RIS的存在所带来的好处，并阐明了关键系统参数之间的相互作用，如雷达RIS距离，RIS大小和预期目标的位置。一个主要发现是，RIS应该更好地部署在发射侧和接收侧雷达阵列的近场。本文的结论是讨论一些开放的问题和预期的应用。
2021-11-26 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Power Control and Beamforming for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Uplink IoT Networks
最近，可重构智能表面（RIS），由大量的低成本反射元件的平面元表面，由于其能够通过重新配置无线传播环境，以提高频谱和能量效率的能力，受到了广泛的关注。在本文中，我们提出了一种RIS相移和BS波束成形优化技术，该技术可最大限度地降低RIS辅助物联网网络的上行链路发射功率。提出的方案，称为黎曼共轭梯度为基础的联合优化（RCG-JO）的关键思想，是联合优化的RIS相移和BS波束形成矢量使用黎曼共轭梯度技术。通过利用单位模相移集和单位范数波束形成向量集的乘积黎曼流形结构，将非凸上行链路功率最小化问题转化为无约束问题，并在乘积黎曼流形上求出最优解.从性能分析和数值评估，我们表明，建议RCG-JO技术实现了$94\%$减少上行链路发射功率比传统的计划，没有RIS。
2022-03-17 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Space Shift Keying With Imperfect CSI
研究不完美CSI下RIS辅助SSK系统的平均误比特率，推导智能与盲反射模式的闭式及渐近表达式，并用高斯-切比雪夫求积和蒙特卡洛仿真验证，揭示离散相移影响。
2023-10-16 cs.IT eess.SP math.IT
Precoding and Beamforming Design for Intelligent Reconfigurable Surface-Aided Hybrid Secure Spatial Modulation
智能反射面（IRS）是一种由大量低成本、参数可重构的无源器件组成的无线通信新兴技术，能够反射具有一定相移的信号，能够构建可编程的通信环境。为了避免空间调制（SM）中的高硬件开销和能量消耗，提出了一种基于混合预编码器的IRS辅助混合安全SM（SSM）系统。为了提高安全性能，我们制定了一个优化问题，以最大限度地提高保密率（SR），通过联合优化IRS和混合预编码在发射机的波束成形。考虑到SR没有封闭形式的表达，近似SR（ASR）的表达式推导出的目标函数。为了提高超分辨率性能，提出了三种IRS波束形成方法：IRS交替方向乘法器法（IRS-ADMM）、IRS块坐标上升法（IRS-BCA）和IRS半定松弛法（IRS-SDR）。对于混合预编码设计，提出了近似保密率逐次凸近似（ASR-SCA）方法和截止率梯度上升（COR-GA）方法。仿真结果表明，所提出的IRS-SDR和IRS-ADMM波束形成器收获了实质性的SR性能增益IRS-BCA。特别是，IRS-ADMM和IRS-BCA与IRS-SDR相比，在性能损失较小的情况下，具有较低的复杂度。对于混合预编码，所提出的ASR-SCA在高发射功率区域的性能优于COR-GA。
2023-02-15 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided Multi-Cell NOMA Networks: A Stochastic Geometry Model
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。利用随机几何方法研究了下行链路RIS辅助NOMA网络。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簇过程（PCP）模型，从理论上证明了入射角和反射角是均匀分布的。此外，我们推导出封闭形式的分析和渐近表达式的覆盖概率的配对NOMA用户。最后，我们推导了两个配对NOMA用户的遍历速率的解析表达式，并计算了典型用户的渐近表达式。分析结果表明：（1）当RIS长度增加时，可达速率达到一个上限;（2）利用RIS可以在不影响带宽的情况下提高路径损耗截距，从而提高系统性能。我们的研究结果表明：1）RIS辅助NOMA网络具有优于传统的NOMA网络的性能，2）在NOMA系统中的SIC顺序可以改变，因为RIS能够改变NOMA用户的信道质量。
2020-08-17 cs.IT math.IT
Sensing Aided Reconfigurable Intelligent Surfaces for 3GPP 5G Transparent Operation
可重构智能表面（RIS）能否以独立模式运行，对3GPP 5G初始接入过程完全透明？认识到这一点可以大大简化这些表面的部署和操作，并减少基础设施控制开销。本文研究了构建独立/透明RIS系统的可行性，并表明一个关键挑战在于确定用户设备（UE）侧RIS波束反射方向。为了应对这一挑战，我们建议为RIS配备多模态传感能力（例如，使用无线和视觉传感器），这使得它们能够发展对周围环境和移动用户的某种感知。在此基础上，我们开发了一个机器学习框架，该框架利用RIS的无线和视觉传感器来选择基站（BS）和用户之间的最佳波束，并实现5G独立/透明RIS操作。使用高保真度的合成数据集与共存的无线和视觉数据，我们广泛地评估所提出的框架的性能。实验结果表明，所提出的方法可以准确地预测BS和UE侧候选波束，并且独立RIS波束选择解决方案能够实现接近最优的可实现速率，同时显著降低波束训练开销。
2022-11-24 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface Aided Wireless Localization
毫米波和大型天线阵列技术在精确无线定位方面的优势近年来受到广泛关注。然而，如何进一步提高无线定位的准确性，即使在视线受阻的情况下，在很大程度上是未被发现的。本文将可重构智能曲面（RIS）引入到系统中，使定位更加精确。首先，我们建立了三维RIS辅助无线定位信道模型。在此之后，我们推导出Fisher信息矩阵和Cramer-Rao下界评估的绝对移动台位置的估计。最后，我们提出了一种替代的优化方法和梯度下降的方法来优化反射波束形成，其目的是最小化的Cramer-Rao下限，以获得更准确的估计。结果表明，本文提出的方法显著提高了定位精度，利用大量反射单元的RIS可以实现分米级甚至厘米级的定位。
2020-09-16 cs.IT math.IT
Optimizing Rate-CRB Performance for Beyond Diagonal Reconfigurable Intelligent Surface Enabled ISAC
本文研究BD-RIS辅助的ISAC系统，通过设计基站波束成形和RIS散射矩阵最大化用户总速率并满足定位CRB约束，提出基于对数障碍的黎曼最速上升法求解，验证了其性能优势。
2025-08-15 cs.IT eess.SP math.IT
Double Self-Sustainable Reconfigurable Intelligent Surfaces Aided Wireless Communications
本文研究双自持续可重构智能表面辅助的多用户MIMO系统，通过能量收集实现RIS自持续，并利用基于惩罚和逐次凸逼近的块坐标下降算法联合优化波束成形与RIS参数，显著降低基站发射功率。
2024-05-07 cs.IT math.IT
Beam-Squint Mitigating for Reconfigurable Intelligent Surface Aided Wideband MmWave Communications
在本文中，我们专注于减轻波束斜视的可重构智能表面（RIS）辅助宽带毫米波（mmWave）通信。由于固有的无源特性，RIS中所有元件的相移对于所有频率都应该相同。然而，在宽带场景中，波束偏斜引起的不同路径相位需要针对不同频率设计不同的相移。考虑到RIS通常由巨大的元件组成，并且宽带毫米波通信的带宽可能高达几GHz，上述不可调和的矛盾将显著影响系统性能。因此，我们提出了一些新的相移设计方案，以减轻光束斜视的影响，为视线（LoS）和非视线（NLoS）的情况。具体而言，对于LoS场景，我们首先推导出每个频率的最佳相移，并通过最大化可实现速率的上限来获得公共相移。然后，对于NLoS场景，提出了一种基于平均信道协方差矩阵（MCCM）的方案，通过充分利用路径和子载波之间的相关性。我们广泛的数值实验证实了所提出的相移设计方案的有效性。
2021-03-20 cs.IT math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface aided Integrated-Navigation-and-Communication in Urban Canyons: A Satellite Selection Approach
Beijing Jiaotong University（北京交通大学）；Queen Mary University of London（伦敦大学皇家玛丽学院）；Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Lancaster University（兰卡斯特大学）
本研究提出利用同时发射和反射可重构智能表面（STAR-RIS）辅助的中地球轨道（MEO）卫星网络，在城市峡谷中提供全球定位和通信服务，并通过卫星选择算法优化导航或通信性能。
2025-07-02 cs.IT eess.SP math.IT
Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Full-Duplex mmWave MIMO: Channel Estimation, Passive and Hybrid Beamforming
毫米波（mmWave）全双工（FD）是一种很有前途的技术，可以通过最大限度地利用时间和丰富的毫米波频率资源来提高容量。尽管如此，由于FD自干扰（SI）和毫米波的有限覆盖范围，它仍然受到限制。因此，本研究在可重构智能表面（RIS）的帮助下深入研究FD毫米波MIMO，以提高容量。首先，我们证明了在远场平面波前假设下，FD天线阵列的角域互易性。因此，提出了一种用于联合下行链路-上行链路（DL-UL）信道估计的策略。为了估计SI信道、直接信道和级联信道，分别提出了基于Khatri-Rao乘积的压缩感知（KR-CS）、分布式压缩感知（D-CS）和基于两阶段多测量向量的D-CS（M-D-CS）框架。此外，我们提出了一种基于角域级联通道的无源波束形成优化方案。针对混合波束形成结构，提出了一种新的混合加权最小均方误差信号干扰消除方法（H-WMMSE-SIC）。仿真已经揭示，与单独的DL/UL信道估计相比，联合DL-UL处理显著地提高了估计性能。特别是，当干扰噪声比小于35 dB时，我们提出的H-WMMSE-SIC提供了与全数字WMMSE-SIC相当的频谱效率性能。最后，分析了所提方法的计算复杂性。
2023-03-25 cs.IT eess.SP math.IT
Integrated Sensing and Communication with Reconfigurable Distributed Antenna and Reflecting Surface: Joint Beamforming and Mode Selection
本文提出一种基于可重构分布式天线和反射面（RDARS）的通信感知一体化框架，通过联合优化波束成形与模式选择，有效降低了系统成本与能耗，并显著提升了雷达输出信噪比。
2024-01-10 cs.IT eess.SP math.IT
