Throughput Maximization for Full-Duplex UAV Aided Small Cell Wireless Systems
研究了全双工无人机辅助的小小区无线系统，其中无人机作为基站同时向下行用户发送数据和从上行用户接收数据。为了最大化包括上行链路和下行链路容量的总系统容量，交替地优化UAV轨迹、下行链路/上行链路用户调度和上行链路用户发射功率。由此产生的优化问题是混合整数和非凸的，这是具有挑战性的解决。为了解决这个问题，利用块坐标下降法和逐次凸逼近技术。仿真结果表明，与其他设计相比，我们的设计可以实现显着的容量增益。
2019-12-10 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 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
Buffer-Aided Relay Selection Algorithms for Physical-Layer Security in Wireless Networks
在这项工作中，我们考虑使用缓冲器辅助中继，线性预编码技术和多个天线的物理层安全在无线网络中。本文研究了协作多用户多天线无线网络中的中继选择算法。特别是，我们提出了一种新的有限的缓冲区辅助中继选择算法，采用最大似然（ML）标准选择集的中继，充分利用中继节点配备缓冲区提供的灵活性。数值结果显示了与现有技术相比所提出的技术的益处。
2015-05-12 cs.IT 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
Active-IRS-Aided Wireless Communication: Fundamentals, Designs and Open Issues
本文概述了新型有源智能反射面（IRS）的基础架构与设计，探讨其反射优化、信道估计等开放问题，并证明其相较无源IRS和传统有源中继的性能增益。
2023-06-25 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Efficiency in RIS-Aided Wireless Networks: Active or Passive RIS?
这项工作解决了无线网络中的主动和被动RISs之间的比较，参考系统的能源效率（EE）。为了证明收敛和计算友好的EE最大化算法的开发，优化反射系数的RIS，发射功率，和线性接收滤波器。数值结果表明，所提出的方法的性能和讨论的工作点，其中主动或被动RISs应首选从节能的角度来看。
2023-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
Capacity of Two-User Wireless Systems Aided by Movable Signals
Imperial College London（伦敦帝国理工学院）
本文研究了由可移动信号辅助的双用户无线系统，通过动态调整频率正交化用户信道，从而显著提升容量区域，并在有限频率范围内实现高达45%的总速率增益。
2026-07-24 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
Power Allocation for IRS-aided Two-way Decode-and-Forward Relay Wireless Network
本文研究了一种智能反射面（IRS）辅助的双向解码转发（DF）中继无线网络，其中两个用户通过IRS和DF中继进行信息交换。为了提高和速率性能，提出了三种功率分配（PA）策略。首先，提出了一种最大化和速率（Max-SR）的方法来联合优化用户U1、用户U2和中继站（RS）的PA因子。为了进一步提高和速率性能，提出了两种高性能的方案：最大化最小和速率方案（Max-Min-SR）和带速率约束的最大化和速率方案（Max-SR-RC）。仿真结果表明，所提出的三种方法优于等功率分配（EPA）方法的和速率性能。特别是，Max-SR-RC方法实现的最高性能增益比EPA高达45.2%。此外，还验证了总功率和随机阴影变量Xσ对和速率性能的影响。
2022-03-26 cs.IT eess.SP math.IT
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
Cache Aided Wireless Networks: Tradeoffs between Storage and Latency
我们调查的基本信息理论的限制，高速缓存辅助的无线网络，其中边缘节点（或发射机）被赋予高速缓存，可以存储流行的内容，如多媒体文件。这种架构旨在通过主动将流行的多媒体内容推到更靠近无线网络边缘的位置来本地化流行的多媒体内容，从而减轻回程负载。这种网络的信息理论模型，其中包括引入一个新的度量，即归一化的交付时间（NDT），它捕获的最坏情况下的时间提供任何请求的内容给用户。我们提出了新的结果之间的权衡延迟，通过NDT测量，和边缘节点的缓存存储容量。特别是，提出了一种新的信息理论的无损检测下限缓存辅助网络。这个界的最优性示出了几个系统参数。
2015-12-24 cs.IT math.IT
Massive Data Generation for Deep Learning-aided Wireless Systems Using Meta Learning and Generative Adversarial Network
针对DL辅助无线系统真实训练样本采集开销大的问题，提出结合元学习训练GAN以生成逼近真实样本的数据采集框架，使生成样本训练的模型性能接近真实样本训练结果。
2022-08-25 cs.IT math.IT
A SIMO Fiber Aided Wireless Network Architecture
光纤辅助无线网络架构（FAWNA）的概念在[Ray等人，Allerton Conference 2005]，它通过利用光网络的速度来实现高速移动连接。在本文中，我们考虑一个单输入，多输出（SIMO）FAWNA，它由一个SIMO无线信道和一个光纤信道，通过无线光接口连接。我们提出了一个方案，在每个接口接收到的无线信号进行量化，并通过光纤发送。虽然我们的结构类似于经典的CEO问题，但我们的问题与之不同，我们证明了我们的方案的容量接近于结构的容量，与光纤容量呈指数关系。我们还表明，对于一个给定的光纤容量，有一个最佳的操作无线带宽和最佳数量的无线光接口。我们的方案的无线光接口具有低复杂度，不需要发射机码本的知识。它们还可扩展到具有大量发射机和接口的FAWNA，并提供对可变速率、变化的信道条件和节点位置的适应性。
2006-03-25 cs.IT math.IT
ViWi: A Deep Learning Dataset Framework for Vision-Aided Wireless Communications
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
人工智能，特别是机器学习在塑造无线通信的未来方面发挥着越来越大的作用，开辟了许多新的有趣的研究方向。本文激发了\textit{vision-aided wireless communications}的新方向的研究，其目的是利用视觉感官信息来解决无线通信问题。与任何由机器学习驱动的新研究方向一样，获得开发数据集是视觉辅助无线通信面临的第一个也是最重要的挑战。本文通过介绍Vision-Wireless（ViWi）数据集框架来解决这个问题。它是一个参数化、系统化和可扩展的数据生成框架。它利用先进的3D建模和光线跟踪软件为相同的场景生成高保真合成无线和视觉数据样本。其结果是一个框架，不仅提供了一种生成训练和测试数据集的方法，而且有助于提供一个共同的基础，可以在此基础上评估不同机器学习解决方案的质量。
2020-04-22 cs.IT cs.LG eess.SP
Multi-Active Multi-Passive (MAMP)-IRS Aided Wireless Communication: A Multi-Hop Beam Routing Design
智能反射面（IRS）的研究主要集中在单个无源IRS辅助下的无线通信系统，但其对无线传播环境的控制能力有限，且存在严重的乘积距离路径损耗。为了解决这些问题，我们在本文中提出了一种新的多有源多无源（MAMP）-IRS辅助无线通信系统，其中部署了一些主动和被动的IRS，以协助在复杂环境中的下行链路通信，通过建立一个多跳反射路径跨越主动和被动IRS。一个优化问题，制定一个典型的用户通过设计的主动和被动IRS路由路径，以及联合波束形成的BS和选定的主动/被动IRS的可达到的速率最大化。为了得出有用的见解的最优设计，我们首先考虑一个特殊的情况下，单有源多无源（SAMP）-IRS辅助系统。对于这种情况下，我们提出了一种有效的算法，以获得其最佳的解决方案，首先优化联合波束赋形给定的任何SAMP-IRS路由路径，然后优化路由路径，通过使用一种新的路径分解方法和图论。接下来，对于一般的MAMP-IRS辅助系统，我们证明了其具有挑战性的波束路由优化问题可以有效地解决一个新的两阶段的方法。其核心思想是首先优化每两个有源IRS之间的内部无源IRS波束路由，以最大化有效信道功率增益，然后优化外部有源IRS波束路由，以最大化速率。最后，数值结果证明了所提出的MAMP-IRS波束路由方案的有效性。
2023-01-06 cs.IT eess.SP math.IT
Study of Buffer-Aided Distributed Space-Time Coding for Cooperative Wireless Networks
本文提出了一种自适应缓冲辅助分布式空时编码方案，并针对具有缓冲辅助中继的无线网络提出了反馈算法。所提出的方案采用最大似然接收机在目的和可调码受功率约束的放大转发合作策略在中继。每个中继器配备有缓冲器，并且能够存储接收到的符号块，并且如果选择则将数据转发到目的地。不同的天线配置和无线信道，如静态块衰落信道，被认为是。使用缓冲器辅助中继，以改善出错率（BER）性能的效果进行了研究。开发了可调节的中继选择和优化算法，利用配备缓冲器的中继的额外自由度来提高BER性能。我们还分析了在协作网络中使用所提出的方案和算法时系统的成对错误概率和多样性。仿真结果表明，所提出的方案和算法获得的性能增益比以前报道的技术。
2016-09-17 cs.IT math.IT
Deep-Learning-Aided Distributed Clock Synchronization for Wireless Networks
在过去几十年中，无线通信网络的激增与无线频谱的稀缺相结合，已经促使人们做出了显著的努力来增加无线网络的吞吐量。限制无线通信网络中的吞吐量的主要因素之一是网络中节点之间的时间同步的精度，因为更高的吞吐量需要更高的同步精度。现有的时间同步方案，特别是基于脉冲耦合振荡器（PCO）的方法，是当前工作的焦点，具有实现简单的优点，并且当节点位置接近时实现高精度，但是对于距离远的节点往往实现差的同步性能。在这项研究中，我们提出了一个强大的基于PCO的时间同步算法，它保留了现有方法的简单结构，同时运行可靠，收敛速度快，距离远，位置近的节点。这是通过用可以分布式方式训练的深度学习工具增强基于PCO的同步来实现的，从而允许节点训练它们的同步算法的神经网络组件，而不需要额外的信息交换或中央协调。数值结果表明，我们提出的深度学习辅助方案对大面积部署造成的传播延迟以及相对时钟频率偏移具有显著的鲁棒性。还示出了所提出的方法快速达到完全（即，时钟频率和相位）同步，而经典的基于模型的实现方式则不能。
2022-06-24 cs.IT eess.SP math.IT
ViWi Vision-Aided mmWave Beam Tracking: Dataset, Task, and Baseline Solutions
视觉辅助无线通信受到深度学习和计算机视觉的最新进展以及对毫米波（mmWave）和太赫兹系统中视线链路的日益依赖的推动。通过利用视觉，这一新的研究方向实现了一系列有趣的新功能，例如视觉辅助毫米波波束和阻塞预测、主动切换和资源分配等。这些功能有可能可靠地支持高度移动的应用，例如车辆/无人机通信以及毫米波和太赫兹系统中的无线虚拟/增强现实。然而，研究这些有趣的应用程序需要开发特殊的数据集和机器学习任务。基于Vision-Wireless（ViWi）数据集生成框架[1]，本文开发了一个先进而现实的场景/数据集，具有多个基站，移动用户和丰富的动态。在此数据集的支持下，本文定义了视觉无线毫米波波束跟踪任务（ViWi-BT），并提出了一个基线解决方案，可以为未来的ViWi-BT算法提供初始基准。
2020-02-13 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Antenna Relay Aided Wireless Physical Layer Security
随着移动互联网的日益普及，提供安全的无线服务已经成为一个关键问题。物理层安全性（PHY-安全性）已经被认为是通过利用无线介质特性来增强无线安全性的有效手段，衰落、噪声和干扰。一个特别有趣的物理安全技术是协作中继，因为它有助于提供分布式分集和缩短接入距离。本文提供了各种多天线中继技术的教程，以提高物理层的安全性。介绍了多天线中继辅助物理层安全的最新研究成果以及一些保密性能优化方案。特别是，我们专注于大规模MIMO（LS-MIMO）中继技术，这是有效的，以解决各种具有挑战性的问题，实现无线物理安全，如短距离拦截没有窃听信道状态信息（CSI）和不完善的合法CSI。此外，未来的方向确定进一步提高保密性能。
2015-04-12 cs.IT math.IT
Model-Aided Wireless Artificial Intelligence: Embedding Expert Knowledge in Deep Neural Networks Towards Wireless Systems Optimization
基于人工神经网络的深度学习是一种强大的机器学习方法，在过去几年中，该方法已成功用于实现任务，例如，图像分类、语音识别、语言翻译等，这些通常很容易由人类执行，但很难由机器执行。这就是为什么深度学习被认为是实现人工智能概念的主要推动力之一的原因之一。为了识别允许拟合输入-输出数据对的人工神经网络的最佳架构，深度学习方法中的当前方法包括采用数据驱动的方法。一旦人工神经网络被训练，它就能够通过基于过去获得的知识提供最佳输出来响应从未观察到的输入。在这种背景下，深度学习社区的最新趋势是用基于专家知识的先验信息来补充纯数据驱动的方法。在这项工作中，我们描述了两种方法，实现这一战略，旨在优化无线通信网络。此外，我们说明数值结果，以评估所提出的方法相比，纯数据驱动的实现的性能。
2019-06-15 cs.IT eess.SP math.IT
Double-Active-IRS Aided Wireless Communication: Deployment Optimization and Capacity Scaling
该研究针对双有源IRS辅助无线通信系统，通过交替优化方法联合优化IRS反射、波束成形、单元分配与部署位置以最大化速率，推导了SNR缩放规律并验证了方案的性能优势。
2023-07-23 cs.IT eess.SP math.IT
Transmission Design for Active RIS-Aided Simultaneous Wireless Information and Power Transfer
可重构智能表面（RIS）是一种革命性的技术，可以提高无线通信系统的频谱效率和能量效率。然而，现有的研究成果主要集中在被动型RIS的研究上，它具有“双重衰落”效应。另一方面，配备放大器的有源RIS可以有效地解决这个问题。在本文中，我们提出了一个积极的RIS辅助同步无线信息和电力传输（SWIPT）系统。具体地说，我们最大化的信息接收器的加权和速率，在所有的能量接收器，在活跃的RIS的放大功率约束，并在基站（BS）的最大发射功率约束的最小功率接收。采用交替优化框架，得到次优解。仿真结果表明，在相同的功率预算下，有源RIS辅助的SWIPT系统具有更高的性能增益。
2023-01-10 cs.IT math.IT
Active-RIS-Aided Covert Communications in NOMA-Inspired ISAC Wireless Systems
本文研究主动RIS辅助的NOMA-ISAC系统隐蔽通信，通过联合波束赋形优化最大化隐蔽速率，并证明主动RIS及无专用感知信号方案在速率和感知权衡上更具优势。
2024-06-30 cs.IT eess.SP math.IT
A Survey on Channel Estimation and Practical Passive Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Communications
智能反射表面（IRS）通过实时数字控制经由大量无源反射元件的信号反射，已经成为实现用于无线通信的智能和可重构无线电环境的关键使能技术。传统的无线通信技术只能适应动态无线信道，但对动态无线信道没有或有限的控制，与之不同的是，IRS提供了一种新的和具有成本效益的手段，以主动的方式对抗无线信道损伤。然而，尽管IRS具有巨大的潜力，但在其有效集成到无线通信系统中，特别是在各种实际硬件约束下的信道估计和无源波束形成设计方面，IRS面临着新的和独特的挑战。在本文中，我们提供了一个全面的调查最新的研究在IRS辅助无线通信，重点是有前途的解决方案，以解决实际的设计问题。此外，我们讨论了新的和新兴的IRS架构和应用程序，以及他们的实际设计问题，以激励未来的研究。
2022-02-01 cs.ET cs.IT eess.SP
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
Passive Beamforming for IRS Aided Wireless Networks
在这封信中，我们设计了被动波束形成在智能反射面（IRS）辅助多用户无线网络。两种不同的情况被认为是，即，多播和多用户下行链路传输。我们优化的被动波束形成向量的IRS最大化的最小信噪比的用户在这两种情况下。基于乘子算法的交替方向法，设计了一种低复杂度的迭代求解方法。该方法在每次迭代过程中，解都是封闭的，计算复杂度低。数值结果表明，所提出的方法的有效性。
2020-07-21 cs.IT math.IT
Wireless Power Transfer in Massive MIMO Aided HetNets with User Association
本文探讨了大规模多输入多输出（MIMO）辅助异构网络（HetNets）中的无线功率传输（WPT）的潜力。在HetNets中，大规模MIMO应用于宏小区，用户的目标是收集尽可能多的能量并减少上行链路路径损耗以增强其信息传输。通过解决大规模MIMO对用户关联的影响，我们比较和分析了两个用户关联方案。我们采用线性最大比传输波束成形的大规模MIMO功率传输充电用户。通过推导新的统计性质，我们得到了平均收获能量的精确和渐近表达式。然后，我们推导出平均上行链路可达速率下收获的能量约束。
2016-07-11 cs.IT 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
Secure Wireless Communication in RIS-Aided MISO Systems with Hardware Impairments
在实际应用中，收发器硬件的残余损伤不可避免地导致失真噪声，从而导致性能损失。在本文中，我们研究了鲁棒传输设计的可重构智能表面（RIS）辅助安全通信系统中存在的收发器硬件损伤。我们的目标是最大限度地提高保密率，同时确保发射功率约束的主动波束形成在基站和单位模约束的被动波束形成在RIS。为了解决这个问题，我们采用交替优化方法迭代优化一组变量，同时保持另一组固定。其中，主动波束形成优化子问题采用逐次凸逼近（SCA）方法求解，被动波束形成优化子问题采用半定规划（SDP）方法求解。数值结果表明，所提出的传输设计方案是更强大的硬件损伤比传统的非鲁棒方案，忽略了硬件损伤的影响。
2021-03-08 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-RIS-aided Wireless Systems: Statistical Characterization and Performance Analysis
在本文中，我们研究了分布式多可重构智能表面（RIS）辅助无线系统的统计特性和建模。具体来说，我们考虑一个实际的系统模型，其中具有不同几何尺寸的RISs分布部署，并假设与不同RISs相关联的无线信道是独立的，但不相同的分布（i.n.i.d.）。我们提出了两个面向目的的多RIS辅助计划，即详尽的RIS辅助（ERA）和机会主义的RIS辅助（ORA）计划。一个数学框架，它依赖于矩的方法，提出了统计特征的端到端（E2E）的这些计划的信道。结果表明，无论是伽马分布或对数正态分布可以用来近似的E2E信道系数的大小分布在这两个方案。有了这些发现，我们评估的性能的中断概率（OP）和遍历容量（EC），其中紧近似封闭形式的表达式OP和EC的推导。代表性的结果表明，ERA计划优于ORA计划的OP和EC。此外，根据i.n.i.d.衰落信道、反射元件设置和RIS的位置设置对ERA或ORA方案的系统性能具有显著影响。
2021-09-30 cs.IT math.IT
On the Robustness of Deep Reinforcement Learning in IRS-Aided Wireless Communications Systems
University of Manitoba（曼尼托巴大学）
我们考虑一个智能反射面（IRS）辅助多输入单输出（MISO）系统的下行链路传输。我们比较了深度强化学习（DRL）和传统优化方法在寻找IRS元素的最佳相移以最大化用户信噪比（SNR）方面的性能。此外，我们评估这些方法的鲁棒性，以信道损伤和系统中的变化。我们证明数字DRL解决方案显示出更强的鲁棒性，噪声信道和用户的移动性。
2021-07-26 cs.IT cs.LG math.IT
Quantum Annealing-Based Sum Rate Maximization for Multi-UAV-Aided Wireless Networks
针对多无人机辅助无线网络，提出基于量子退火的联合聚类、子信道与功率分配算法，以最大化总速率，仿真验证其有效性与运行时间优势。
2025-02-25 cs.IT eess.SP math.IT
Study of Buffer-Aided Space-Time Coding for Multiple-Antenna Cooperative Wireless Networks
在这项工作中，我们提出了一个自适应缓冲区辅助空时编码方案的合作无线网络。最大似然接收机和可调码向量被认为是受功率约束的放大和转发合作策略。每个多天线中继器配备有缓冲器，并且能够在将接收到的符号转发到目的地之前存储它们。我们还提出了一种自适应中继选择和优化算法，在每个链路的瞬时信噪比计算和比较在目的地。在每个中继的反馈信道获得的可调码矢量被用来形成空时编码矢量，实现比标准方案更高的编码增益。提出了一种随机梯度算法来计算可调码矢量的参数，降低了计算复杂性。仿真结果表明，所提出的缓冲区辅助方案和算法获得的性能增益比现有的方案。
2015-07-04 cs.IT math.IT
Downlink Power Minimization in Intelligent Reconfigurable Surface-Aided Security Classification Wireless Communications System
用户隐私保护被认为是无线网络中的一个关键问题，这推动了对各种安全信息交互技术的需求。本文介绍了一种智能反射面（IRS）辅助的安全分级无线通信系统，该系统通过对具有不同安全要求的用户进行分级，降低了基站的发射功率。具体来说，我们将用户分为保密用户的安全通信需求和一般通信用户的简单通信需求。在通信期间，我们在保证一般通信用户的服务质量的同时，保证保密用户的保密速率，从而降低基站的发射功率。为了实现这种安全和绿色的信息传输，BS对叠加有人工噪声（AN）的传输信号实施波束成形设计，然后在IRS反射的帮助下将其广播给用户。我们开发了一个交替的优化框架，以最大限度地减少BS下行链路功率相对于BS的主动波束形成器，在BS的AN矢量，和IRS的反射相移。提出了一种逐次凸逼近（SCA）方法，将非凸波束形成问题转化为凸形式。仿真结果表明，该算法具有较好的收敛性，与最佳基准方案相比，发射功率可降低20%.
2022-06-11 cs.IT eess.SP math.IT
Millimeter Wave Drones with Cameras: Computer Vision Aided Wireless Beam Prediction
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）无人机有可能实现几个未来的应用，如覆盖范围扩展，增强安全监控和灾难管理。然而，这些无人机需要部署大型天线阵列并使用窄方向性波束来维持足够的链路预算。与这些阵列相关的大波束训练开销使得调整这些窄波束对于高度移动的无人机来说具有挑战性。为了应对这些挑战，本文提出了一种基于视觉辅助机器学习的方法，该方法利用从安装在无人机上的摄像头收集的视觉数据来实现快速准确的光束预测。此外，为了便于评估所提出的解决方案，我们构建了一个由共存的无线和视觉数据组成的合成无人机通信数据集。所提出的视觉辅助解决方案实现了$\approx 91\%$的顶级$1$波束预测精度，并且接近于$100\%$的顶级$3$精度。这些结果突出了所提出的解决方案在实现高度移动的毫米波/太赫兹无人机通信方面的功效。
2022-11-14 cs.CV cs.IT eess.SP
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
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
RIS-Aided Wireless Communications: Prototyping, Adaptive Beamforming, and Indoor/Outdoor Field Trials
本文介绍了一个工作在5.8 GHz频段、含1100个可控单元的RIS原型，提出基于几何阵列特性和接收机反馈的自适应波束成形算法，并通过室内外试验验证其提供26-27 dB功率增益、支持500米32 Mbps传输和1080p视频流畅播放，证明RIS在未来无线通信中的巨大潜力。
2021-07-31 cs.IT eess.SP math.IT
Waveform and Beamforming Design for Intelligent Reflecting Surface Aided Wireless Power Transfer: Single-User and Multi-User Solutions
本文研究了智能反射面辅助无线电能传输的波形和无源波束形成设计。在发射功率约束和无源波束形成相位单位模约束条件下，基于交替优化（AO）框架，以最大化输出直流电流加权和为目标，推导了广义多用户和低复杂度单用户算法。输入信号波形和IRS无源波束形成相移被联合设计为用户的个人频率选择性信道状态信息（CSI）的函数。研究了能量采集器的非线性特性，并对频率选择性IRS（FS-IRS）和频率平坦IRS（FF-IRS）两种IRS部署方案进行了建模和分析。本文强调了这样一个事实，即IRS可以提供一个额外的无源波束成形增益输出直流功率比传统的WPT设计和显着影响的波形设计，利用无源波束成形，频率分集和能量采集器的非线性的好处。尽管FF-IRS的输出直流电流比FS-IRS低，但它仍然比传统WPT设计实现了大幅增加的直流功率。性能评估证实了联合波形和无源波束形成设计的显著优势，考虑到能量采集器的非线性，以提高单用户和多用户WPT系统的性能。
2021-07-09 cs.IT eess.SP math.IT
Channel Estimation for STAR-RIS-aided Wireless Communication
在这封信中，我们研究了高效的上行链路信道估计设计的同时发送和反射可重构智能表面（STAR-RIS）辅助两个用户通信系统。我们首先考虑STAR-RIS的时间切换（TS）协议，并提出了一个有效的方案，分别估计两个用户的信道与优化的训练（传输/反射）模式。接下来，我们考虑的能量分裂（ES）协议STAR-RIS下的实际耦合相移模型，并设计一个定制的计划，同时估计两个用户的信道。虽然ES协议的信道估计误差最小化的问题是很难解决的，我们提出了一个有效的算法来获得一个高质量的解决方案，通过联合设计的导频序列，功率分配比，和训练模式。数值结果表明，所提出的信道估计设计的有效性，并揭示了TS协议下的STAR-RIS实现了更小的信道估计误差比ES的情况下。
2021-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
Fundamental Limits of Cache-Aided Wireless BC: Interplay of Coded-Caching and CSIT Feedback
基于Maddah-Ali和Niesen最近在编码缓存方面的突破，本文研究了具有随机衰落和不完全反馈的$K$ -用户缓存辅助无线多天线（MISO）对称广播信道（BC），分析了反馈统计量和缓存大小对吞吐量性能的影响。在这种情况下，我们的工作确定了最佳的高速缓存辅助度的自由度（DoF）的一个因素4内，通过确定接近最佳的方案，利用编码缓存和延迟CSIT之间的新的协同作用，以及通过利用高速缓存和反馈质量之间的未开发的相互作用。导出的限制有趣地揭示了不完美质量的当前CSIT、延迟CSIT和编码缓存的组合保证了DoF增益具有由当前CSIT的质量定义的初始偏移，然后归因于编码缓存的附加增益是指数的，在这个意义上，所需DoF性能的任何线性降低，允许所需高速缓存大小的指数级减小。
2016-04-25 cs.IT math.IT
Relay-aided Slotted Aloha for Optical Wireless Communications
我们考虑一种中继辅助时隙ALOHA解决方案，用于基于光无线通信（OWC）的物联网（IoT）的上行链路随机接入。上行链路的第一阶段，即物联网设备和中继之间的上行链路，是使用室内OWC实现的，而中继和基站之间的第二阶段，代表基于低功率广域网（如LoRaWAN）的远程RF传输，并发生在室外。吞吐量性能依赖于OWC和RF信道条件进行观察。由于添加中继的性能增益的行为突出和调查在不同的信道和业务条件下。
2022-09-22 cs.IT cs.NI math.IT
On Performance of FAS-aided Wireless Powered NOMA Communication Systems
本文研究FAS辅助的无线供电NOMA系统，推导了瑞利衰落下的中断概率解析表达式及高信噪比渐近结果，证明仅激活一个FAS端口即可显著优于传统天线系统。
2024-08-08 cs.IT eess.SP math.IT
Bi-objective Optimization of Information Rate and Harvested Power in RIS-aided SWIPT Systems
研究了可重构智能表面（RIS）辅助的多输入单输出下行无线网络（SWIPT）中同时优化信息速率和功率的问题。波束成形向量、RIS反射系数和功率分配比在最大功率约束、最小收获功率约束和RIS反射系数的实际约束下联合优化。一个实用的算法是通过交替优化，顺序优化和定价为基础的方法的相互作用。数值结果表明，部署RIS可以显着提高信息率和收获的功率量。
2022-04-24 cs.IT eess.SP math.IT
Multi-Hop Beam Routing for Hybrid Active/Passive IRS Aided Wireless Communications
智能反射面（IRS）的研究主要集中在单个无源IRS辅助下的无线通信系统中，但其对无线传播环境的控制能力有限，且存在乘积距离路径损耗。为了解决这些问题，我们在本文中提出了一种新的混合主动/被动IRS辅助无线通信系统，其中一个主动IRS和多个被动IRS部署，以协助基站（BS）和远程用户之间的通信在复杂的环境中，通过建立跨主动/被动IRS的多跳反射路径。特别地，有源IRS使信号反射具有功率放大，从而有效地补偿了多反射路径中的严重路径损耗。（有源/无源）IRS用于给定的多反射路径，然后利用路径分解方法和图论提出了一种有效的多反射路径优化算法。我们表明，当有源IRS的放大功率和/或有源反射元件的数量足够大时，应选择有源IRS来建立光束路由路径。最后，数值结果表明，所提出的混合主动/被动IRS波束路由设计的有效性相比，基准计划与被动IRS。
2022-08-25 cs.IT 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
Elements Allocation for Joint Active and Passive IRS Aided Wireless Communications: A Rate-Maximization Perspective
本文针对联合有源与无源IRS辅助的无线通信系统，从速率最大化视角优化两种IRS的单元分配与波束成形，推导闭式表达式并验证了PIRS需分配更多单元、接收SNR随单元数三次方增长等结论，两种部署方案均优于基准。
2025-01-19 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
Optimal Throughput-Outage Analysis of Cache-Aided Wireless Multi-Hop D2D Networks -- Derivations of Scaling Laws
与传统分发方法相比，高速缓存辅助的无线设备到设备（D2 D）网络已经展示了用于视频分发的有前景的性能改进。因此，理解这种网络的基本标度行为至关重要。然而，现有的多跳网络的缩放定律还没有被发现是最佳的，即使是Zipf流行度分布的情况下（上限和下限之间的差距不是常数）;此外，有没有缩放定律的结果，这样的网络更实际的情况下的Mandelbrot-Zipf（MZipf）流行度分布。因此，在这项工作中，我们研究了采用多跳通信的高速缓存辅助无线D2 D网络的吞吐量中断性能，根据泊松点过程分布的文件请求和用户的MZipf流行度分布。我们提出了一个可实现的内容缓存和交付方案，并分析其性能。通过证明可达到的性能是紧的建议的外边界，最佳的缩放定律得到。此外，由于Zipf分布是MZipf分布的一个特例，本文还得到了考虑Zipf流行度分布的网络的最优缩放定律，填补了文献中的空白.
2020-10-09 cs.IT 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
Gain without Pain: Recycling Reflected Energy from Wireless Powered RIS-aided Communications
在本文中，我们调查和分析的可重构智能表面（RIS）辅助无线供电的通信网络的能量回收。与物联网（IoT）设备收集的能量仅来自发电站的现有工作相反，IoT设备还可以回收来自其他IoT设备的能量。特别是，我们提出了组切换和用户切换为基础的协议与时分多址接入系统性能的能量回收的影响进行评估。通过联合优化能量波束形成向量、发射功率、传输时间、接收波束形成向量、分组因子和相移矩阵，分别建立了两个不同的优化问题，以最大化总吞吐量，其中最小吞吐量、收获能量、最大发射功率、相移、分组并考虑时间分配。针对上述问题的难解性，结合逐次凸逼近法和罚函数法，分别提出了两种交替优化迭代算法，得到了相应的次优解.仿真结果验证了基于能量回收的机制可以帮助提高物联网设备在能量收集和信息传输方面的性能。此外，我们还验证了基于组切换的算法可以提高更多的物联网设备的总吞吐量，基于用户切换的算法可以收获更多的能量。
2022-09-27 cs.IT eess.SP math.IT
Tight Bounds on the Optimal UL Sum-Rate of MU RIS-aided Wireless Systems
本文的目的是开发简单的技术来限制多用户RI辅助无线系统的最佳上行链路和速率。具体来说，我们开发了一种新的技术称为\textit{channel separation}，它提供了一个新的理解，如何RIS阶段影响的总和率。利用信道分离，我们推导出最佳和率的上界和下界。此外，我们提出了一个低复杂度的交替优化算法，以获得接近最优的总和率的结果。数值结果表明的界限的紧密性，并表明交替优化方法提供的总和率值类似于一个完整的数值优化过程的结果。此外，在硬件限制导致RIS相位被量化的实际场景中，我们的下限仍然可以被应用，并且表明即使在低分辨率的情况下，和速率对量化也是鲁棒的。
2021-10-06 cs.IT math.IT
Capacity Enhancement for Reconfigurable Intelligent Surface-Aided Wireless Network: from Regular Array to Irregular Array
可重构智能表面（RIS）是未来6G无线通信的一个发展方向。然而，RIS元件数量的增加导致信道获取的高开销和不可忽略的功耗。因此，如何在RIS要素有限的情况下提高系统容量至关重要。与传统的规则RIS的元素被安排在一个规则的网格，在本文中，我们提出了一个不规则的RIS结构，以提高系统的容量。其关键思想是在一个扩大的表面上不规则地配置给定数量的RIS单元，与常规RIS相比，这提供了额外的空间自由度。这样，可以提高接收信号功率，从而可以提高系统容量。然后，我们制定了一个联合的拓扑结构和预编码优化问题，以最大限度地提高不规则的RIS辅助通信系统的容量。在此基础上，提出了一种低复杂度的RIS拓扑和预编码交替优化算法。特别地，使用基于禁忌搜索的方法来设计不规则RIS拓扑，并引入基于邻居提取的交叉熵方法来优化预编码设计。仿真结果表明，在受限于RIS单元数的情况下，所提出的非规则RIS能显著提高系统容量。
2023-01-13 cs.IT eess.SP math.IT
