Wireless Communication Aided by Intelligent Reflecting Surface: Active or Passive?
在这封信中，我们认为一个智能反射面（IRS）辅助无线通信系统，其中一个有源或无源IRS是用来协助接入点和用户之间的通信。首先，我们分别考虑下行链路/上行链路通信，并优化IRS的位置，以实现有源或无源IRS的速率最大化。我们发现，主动IRS应部署在更接近接收器与IRS的放大功率下降，而相反，被动IRS应部署在发射器或接收器附近。此外，与优化的IRS的位置，被动IRS示出优于其主动对应时，反射元件的数量是足够大的和/或主动IRS放大功率太小。接下来，我们优化的IRS放置的有源和无源IRS，以最大限度地提高上行链路和下行链路通信的加权和速率。我们表明，在这种情况下，被动IRS更有可能实现卓越的速率性能。这是因为最佳有源IRS放置需要平衡上行链路和下行链路中的速率性能，而在发射机或接收机附近部署无源IRS是最佳的，而不管上行链路或下行链路。
2021-09-10 cs.IT cs.NI math.IT
Optimizing Intelligent Reflecting Surface-Base Station Association for Mobile Networks
本文研究了一个由多个基站组成的多智能反射面（IRSs）辅助的无线网络，该网络服务于一组移动用户。我们专注于IRS-BS关联问题，其中多个BS相互竞争，以控制有限数量的IRS的相移，以最大限度地提高长期下行链路数据率的相关用户。我们提出了MDLBI，一种基于多智能体深度强化学习的BS-IRS关联方案，该方案优化了BS-IRS关联以及每个IRS与不同BS关联时的相移。MDLBI不需要在BS之间交换信息。仿真结果表明，MDLBI实现了显着的性能改善，是可扩展的大型网络系统。
2021-04-21 cs.NI cs.SY eess.SY
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Energy and Information Transmission: An Overview
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的技术，用于实现频谱和能量高效的无线网络的成本效益。现有的IRS研究主要集中在利用IRS来提高无线通信或无线信息传输（WIT）的性能，而其提高射频（RF）无线能量传输（WET）效率的潜力仍然很大。虽然IRS辅助WET与IRS辅助WIT具有相似的特性，但它们在设计目标、接收机架构和实际约束方面有根本的不同。在本文中，我们提供了一个教程概述如何有效地设计IRS辅助WET系统，以及IRS辅助系统与WIT和WET，即IRS辅助同步无线信息和功率传输（SWIPT）和IRS辅助无线供电通信网络（WPCN），主要是从通信和信号处理的角度。特别是，我们提出了最先进的解决方案，以应对这些系统运行中的独特挑战，如IRS无源反射优化，信道估计和部署。此外，我们还提出了新的解决方案，并指出了未来的研究和调查的重要方向。
2021-06-24 cs.AR cs.IT cs.NI
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
Placement Optimization and Power Control in Intelligent Reflecting Surface Aided Multiuser System
智能反射表面（IRS）是一项革命性的新技术，能够通过控制其大量低成本无源反射元件来重新配置无线传播环境。不同于以往的作品，专注于优化IRS反射系数或单IRS布局，我们的目标是最大限度地提高最小吞吐量的单小区多用户系统的辅助下，通过联合多IRS布局和功率控制在接入点（AP），这是一个混合整数非凸问题，急剧增加的复杂性与IRS/用户的数量。为了解决这一问题，提出了一种基于环的IRS布局方案以及一种均衡用户非中断概率的功率控制策略。进一步提出了一种有效的搜索算法，以获得一个接近最优的解决方案，为任意数量的IRS/环。数值结果验证了我们的分析，并表明我们提出的方案显着优于基准计划没有IRS和/或与其他功率控制策略。此外，它示出的IRS优选地部署在AP附近的覆盖范围扩展，而随着更多的IRS，它们往往会分散在小区上，以覆盖更多，更接近目标用户。
2021-11-04 cs.IT cs.NI math.IT
Intelligent reflecting surface aided wireless networks-Harris Hawks optimization for beamforming design
智能反射表面（IRS）被认为是一种有前途的绿色和具有成本效益的解决方案，以提高无线网络的性能，通过智能地重新配置信号传播。在本文中，我们研究了一个IRS辅助的多输入单输出无线网络，其中多天线接入点（AP）服务的IRS辅助下的单天线用户。目标是通过联合优化AP处的发射波束成形和IRS处的反射系数来最大化接收信号功率。制定的优化问题是非凸的，并受到约束。我们采用了一种新的自然启发的优化技术命名为哈里斯霍克斯优化（HHO）来解决这个问题。利用罚函数法将约束问题转化为无约束问题，然后利用HHO算法对该问题进行优化。据我们所知，这是第一次使用元启发式算法来解决IRS辅助网络优化问题。仿真结果验证了该方案的可行性。结果表明，与其他优化算法相比，基于HHO的方案可以提供相似甚至更好的优化结果。
2020-12-24 cs.NI
How to Deploy Intelligent Reflecting Surfaces in Wireless Network: BS-side, User-side, or Both Sides?
无线信道的随机性和不可控性从根本上制约了无线通信系统的性能。通过利用数字控制元表面的最新进展，智能反射表面（IRS）已经成为一个有前途的解决方案，以提高无线网络的性能，通过巧妙地重新配置无线电传播环境。尽管对IRS辅助通信进行了大量研究，但本文讨论了如何在无线网络中部署IRS以实现其最佳性能的重要问题。本文首先从通信性能指标的角度比较了在基站侧或分布式用户侧部署IRS的两种传统策略，然后结合两者的优势互补，提出了一种新的混合IRS部署策略。此外，在优化IRS部署的主要挑战，以及他们有前途的解决方案进行了讨论。最后，本文以案例分析的方式，比较不同IRS部署策略的效能，并为实际设计提供参考。
2022-04-05 cs.IT cs.NI math.IT
Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface Assisted Backscatter Communication
智能反射面（IRS）技术通过对多反射信道的智能重构来提高后向散射通信系统的性能。为了充分利用IRS在反向散射通信中的被动波束形成增益，信道状态信息（CSI）是必不可少的，但比传统的IRS辅助系统更具有实际挑战性，因为IRS被动地反射读取器和标签之间的前向和后向（反向散射）链路上的信号。为了解决这个问题，我们在这封信中提出了一种新的和有效的信道估计方案的IRS辅助后向散射通信系统。为了最小化信道估计的均方误差（MSE），在单位模元素和满秩的约束下，通过设计用于信道估计的IRS训练反射矩阵，建立并求解了一个优化问题。仿真结果验证了所提出的信道估计方案的有效性相比，其他基线方案。
2021-03-16 cs.IT cs.NI math.IT
Active-IRS Aided Wireless Network: System Modeling and Performance Analysis
有源智能反射面（IRS）利用\emph{power amplification}实现了灵活的信号反射控制，有效地补偿了传统无源IRS辅助系统中的积距离路径损耗。在这封信中，我们描述了一个积极的IRS辅助单细胞无线网络的通信性能。为此，我们首先提出了一种\emph{customized} IRS部署策略，其中主动IRS均匀地部署在与小区同心的环内，以服务于远离基站的用户。接下来，给定$m$衰落信道，我们通过使用\emph{mixture Gamma distribution}近似来表征级联的有源IRS信道，并推导出在信道衰落上平均的用户处的平均信噪比（SNR）的封闭形式的表达式。此外，我们数值计算表明，为了最大限度地提高系统性能，有必要选择一个适当的主动IRS密度给定一个固定数量的总反射元件，这显着不同于被动IRS的情况下，集中式IRS部署方案是更好的。此外，当反射元件的总数小时，有源IRS辅助的无线网络比无源IRS对应物实现更高的空间吞吐量。
2022-11-08 cs.IT cs.NI math.IT
Channel Estimation and Passive Beamforming for Intelligent Reflecting Surface: Discrete Phase Shift and Progressive Refinement
智能反射面（Intelligent Reflecting Surface，IRS）的研究大多假设信道状态信息（CSI）可用于设计IRS无源波束形成，且每个反射单元的相移连续可调，但这简化了IRS在实际应用中的两个挑战性问题，即信道估计和无源波束形成设计都是在离散相移约束下进行的。为了解决这些问题，我们考虑在本文中的IRS辅助单用户通信系统与离散相移和设计IRS训练反射矩阵的信道估计以及数据传输的被动波束形成，都受到离散相移的约束。我们表明，离散相移的训练反射矩阵的设计有很大的不同，从连续相移，因此相应的被动波束形成应考虑到由于离散相移的相关信道估计误差进行优化。具体来说，我们考虑一个实际的基于块的传输，其中每个块具有有限（不足）数量的训练符号用于信道估计。提出了一种新的分层训练反射设计，利用IRS单元分组和划分，在多个块上逐步估计IRS单元的信道。基于每个块中解析的IRS信道，我们进一步设计了具有离散相移的IRS处的渐进无源波束形成，以提高块上数据传输的可达速率。
2020-03-24 cs.IT cs.NI 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
Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communications: A Tutorial
University of Macau（澳门大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
智能反射面（IRS）是一种实现无线网络中无线信号传播的技术。通过大量低成本的无源反射元件巧妙地调整信号反射，IRS能够动态地改变无线信道以提高通信性能。因此，预计新的IRS辅助的混合无线网络，包括有源和无源组件将是非常有前途的，以实现可持续的容量增长的成本效益在未来。尽管IRS具有巨大的潜力，但它面临着有效集成到无线网络中的新挑战，例如反射优化，信道估计和通信设计角度的部署。在本文中，我们提供了一个教程概述IRS辅助无线通信，以解决上述问题，并阐述其反射和信道模型，硬件架构和实际的限制，以及各种吸引人的应用在无线网络中。此外，我们强调了值得在未来工作中进一步研究的重要方向。
2020-07-07 cs.IT cs.LG cs.NI
Hybrid Active/Passive Wireless Network Aided by Intelligent Reflecting Surface: System Modeling and Performance Analysis
智能反射面（IRS）是一种新的、有前途的范例，通过调谐大量低成本的无源反射元件来构建有利的通信信道，从而大幅提高无线网络的频谱和能量效率。尽管最近在各种IRS辅助的无线系统的链路级性能优化方面取得了进展，但在无线网络中大规模部署IRS是否可以成为未来实现其可持续容量增长的经济有效的解决方案仍然是一个悬而未决的问题。为了解决这个问题，我们在本文中研究了一种新的混合无线网络，包括主动基站（BS）和被动IRS，并表征其可实现的空间吞吐量在下行链路以及其他相关的关键性能指标平均在信道衰落和随机位置的基础上部署的BS/IRS在随机几何。相比以前的工作，仅与活跃的BS的无线网络的性能特征，我们的分析需要推导出的信号和干扰的功率分布的分布式IRS在网络中的空间相关的信道下，表现出信道硬化效应时，IRS元素的数量变得很大。大量的数值结果验证了我们的分析，并证明了部署分布式IRS的有效性，在提高混合网络的吞吐量对传统的网络没有IRS，这显着提高了信号功率，但结果在网络中的干扰只略有增加。此外，它揭示了存在一个最佳的IRS/BS密度比，最大化的混合网络的吞吐量受到总部署成本给定的个人成本，而传统的网络没有IRS一般是次优的吞吐量每单位成本。
2021-05-15 cs.IT cs.NI math.IT
