双智能反射面辅助的毫米波系统和速率最大化研究

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)作为一种低成本的无源设备，它能够智能地控制无线传播环境。考虑一种双IRS辅助下行毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统，通过联合优化两个反射面的反射相移矩阵和基站预编码矩阵，最大化多用户和速率，同时满足发射功率约束以及IRS反射系数的模一约束。由于两个反射面之间存在反射链路，优化问题中的优化变量高度耦合，因此采用交替优化对原问题进行解耦，子问题中分别采用流形优化和最小均方误差方法来求解。仿真结果表明，所提方案获得了比现有块坐标下降方案以及随机相位方案更好的和速率优势。     

IRS和人工噪声辅助的MIMO-SWIPT系统安全传输方案设计

针对多天线无线携能通信系统中能量收集节点作为潜在窃听者的信息安全问题，提出了一种智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)和人工噪声辅助的物理层安全传输方案。首先考虑发射功率、能量收集门限以及IRS单位模约束，以最大化系统安全速率为优化目标，在合法用户直射链路不可用的情况下，联合设计发射端波束赋形矩阵、人工噪声协方差矩阵以及IRS相移矩阵，建模一非线性多变量耦合的非凸优化问题；接着利用均方误差准则等价转换非凸目标函数，并利用连续凸逼近方法(Successive Convex Approximation, SCA)处理非凸的能量收集约束；最后基于交替优化框架，分别用拉格朗日对偶方法和基于价格机制的优化最小化(Majorization-Minimization, MM)算法求解发射端变量和IRS端变量。仿真结果表明，与现有方案相比，所提算法能够在保障能量收集需求的同时大幅度提升系统的安全性能。     

智能反射面辅助多用户大规模MIMO系统的联合波束成形

智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）作为面向第6代通信的关键技术之一具有创新、高效、节能和成本效益高等特点,但其联合波束成形设计为非凸优化问题,仍然是具有挑战的难题。为此,提出了一种用于IRS辅助多用户大规模多输入多输出系统的联合波束成形设计方案,以实现系统数据速率最大化。该方案在基站端采用迫零波束成形以消除用户间干扰,同时在IRS端设计了近最优反射波束成形以实现系统和数据速率最大化。仿真结果表明,该方案可获得较高的系统和数据速率,也为IRS位置布局的选择提供了数据支持与参考准则。     

自持续HIRS辅助的MU-MISO系统公平性研究

针对自持续智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）存在牺牲系统性能和实施难度大等问题,提出了一种包含被动元件和主动元件的混合IRS(Hybrid IRS,HIRS)自持续辅助多用户多输入单输出（Multi-User Multiple Input Single Output, MU-MISO）系统的公平性传输方案。为了实现多用户通信的公平,联合考虑基站的主动波束成形和HIRS系数矩阵,建立了以最大化最小用户速率为目标的优化问题。然而,由于约束条件和目标问题中存在多变量耦合,导致优化问题是非凸的。因此,将原始问题分解为2个单变量的子问题,然后利用逐次凸近似和半正定松弛方法获得每个子问题的近似解,最后利用交替优化算法迭代求解每个子问题。仿真结果表明,所提优化方案可有效提高系统的最小速率。     

不准确CSI下智能反射表面辅助的多用户系统物理层安全方案设计

该文研究智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)辅助的多用户下行系统中的物理层安全的优化问题。多个用户之间的信息需要相互保密,每个时隙,非信息传输的目标用户视为窃听者,因此这是一个多窃听者的安全传输系统。由于信道的时变性,基站拥有窃听信道的信道状态信息(Channel State Information, CSI)为与真实的CSI间存在误差的过时信息。在此条件下,以系统最坏情况下的保密速率最大化为目标,对基站发射信息信号和人工噪声波束成形矢量,以及IRS的相移矩阵进行联合优化。原始优化问题为非凸半正定规划问题,利用松弛变量、惩罚函数、Charnes-Cooper变换和交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于基准方案,该文所提出的优化算法能有效提高系统的保密速率。     

基于双IRS辅助的毫米波MIMO通信信道估计

考虑到智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)可以辅助毫米波通信,为提高信道估计的准确度,引入基于双智能反射面辅助的毫米波单用户多输入多输出(Multiple?Input Multiple?Output,MIMO)无线通信新场景.因为毫米波信道具有稀疏性,首先将原始毫米波窄带信...     

智能反射表面辅助的MISO通信系统的物理层安全设计方案

智能反射表面(IRS)可通过调整反射单元的相位来提升无线通信物理层安全.针对IRS辅助的多输入单输出(MISO)通信系统,提出一种基于交替迭代的物理层安全设计方案.首先基于安全速率最大化原则,构建一个含有非凸约束的非凸目标函数;然后采用丁克尔巴赫算法和黎曼流形优化算法将非凸问题转化为一系列易于求解的子问题;最后采用交替...     

基于不完美硬件系统的双智能反射面辅助波束赋形设计

在发射端具有不完美硬件的多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）系统中，存在失真噪声和干扰噪声，这导致用户侧接收信号受损，系统频谱效率低下。为解决此问题，考虑使用双智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）辅助，联合优化基站波束赋形矩阵和两个IRS的反射相移矩阵，最大化多用户和速率。目标函数是变量高度耦合、复杂的非凸优化问题，分别使用交替优化方法、半正定松弛（Semi-Definite Relaxation,SDR）算法和奇异值分解归一化的方法求解。仿真结果表明，在发射端具有不完美硬件的MIMO系统中，与单IRS辅助和无IRS方案相比，使用双IRS辅助通信能够获得更好的系统频谱效率。     

智能反射面辅助NOMA系统上行链路速率优化算法

为了优化非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)系统上行链路速率，文中利用智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)可以改变入射信号相移的特性对NOMA系统上行传输速率进行研究。为了最大化和速率，提出联合优化用户发射功率和IRS的相位偏移的问题，首先采用低复杂度的块坐标下降(Block Coordinate Descent, BCD)算法将原始优化问题分解成两个简化的子问题，再通过交替优化算法求解简化后的两个子问题。实验仿真结果证明该优化方案可以显著提升系统和速率。     

IRS多分区辅助太赫兹多子阵列波束成形设计

在智能反射表面（IRS）辅助太赫兹（THz）通信系统中，为突破信道稀疏性对系统空间多路复用增益的限制，提出收发端采用宽间隔多子阵列混合波束成形架构，设计IRS多分区辅助THz多子阵列的传输方案。首先，基于频谱效率最大化原则，构建一个含有多变量耦合和非凸约束的非凸目标函数；然后，将优化问题解耦成2个易于求解的子问题，即IRS反射系数矩阵设计问题和收发端混合波束成形矩阵设计问题；最后，采用黎曼流形优化算法计算IRS反射系数矩阵，并通过数理推导得到混合波束成形矩阵的闭式解。仿真结果表明，与基准方案相比，所提方案可以获得更好的频谱效率。     

智能反射表面辅助的无线携能通信网络资源分配算法

为了解决终端设备能量受限、网络覆盖范围有限等问题,实现绿色万物高效互联,引入了一种新的智能反射表面技术,构建智能反射表面辅助的无线携能通信网络.为了进一步提升该网络的总吞吐量,提出了一种以速率和最大化为目标的资源分配方案.考虑基站的发射功率限制、所有物联网设备最低能量需求限制和智能反射表面的相移约束,建立联合发射波束设...     

基于IRS辅助的SWIPT物联网系统安全波束成形设计

为满足绿色万物互联的智能信号处理部署和物理层安全的新要求,针对基于智能反射面辅助的无线携能通信物联网系统中可持续能量供应紧缺问题,提出了一种安全波束成形设计方法。考虑保密速率、发射功率和IRS反射相移约束,以最大化能量采集器采集功率为目标,联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移,将优化问题建模为具有二次型约束的非凸二次型规划问题。利用松弛变量、半定松弛法、辅助变量和序列参数凸逼近法将非凸的二次型问题转化为等价的凸问题,并提出一种交替迭代优化算法获取原问题的可行解。仿真结果表明,所提算法能够快速收敛,且与基准方案相比能有效地提升性能。     

IRS辅助毫米波MIMO系统波束赋形优化的低复杂度方案

智能反射表面（intelligent reflective surface,IRS）被认为是无线通信网络的前景技术之一。然而由于IRS无源波束赋形优化受到本身所具有的非凸恒模约束,现有工作在IRS辅助的多输入多输出（multiple input multiple output,MIMO）系统中的研究只能得到次优解且具有较高的复杂度。本文考虑一个单用户IRS辅助通信的毫米波MIMO系统,为了最大化频谱效率,优化通信接入点AP（access point）端有源和IRS端无源波束赋形矩阵。首先将有源和无源波束赋形矩阵解耦,得到AP的最优有源波束赋形解,将IRS无源波束赋形设计问题推导为一个非凸二次约束二次规划（quadratically constrained quadratic programming,QCQP）问题;采用低复杂度的连续闭式解（successive closed form,SCF）算法求解IRS无源波束赋形矩阵,为了衡量SCF算法性能,分析对比了现有的最优分支界定（branch and bound,BnB）算法。仿真结果验证了SCF算法在IRS相移连续和离散时均能在较低复杂度达到较高的频谱效率性能。      

基于统计信道信息的智能反射面辅助物理层广播算法设计

智能反射面(Intelligent Reflective Surface,IRS)作为一种非常有前景的新型无线中继技术,可以改变无线传输环境,有效提升无线系统的频谱和能量效率.提出了一种基于统计信道的IRS辅助物理层广播系统的传输方案,在仅已知统计信道时,联合设计基站波束成形和IRS反射相位,最大化最小用户的各态历经容量.目标函数非连续,IRS的模一约束导致对应的优化问题非凸,对此首先得到了近似问题目标函数的闭式表达式,随后将其解耦为两个子问题:子问题1对应基站波束成形设计,可直接求得闭式解;子问题2对应IRS反射相位设计,该问题依然非凸,采用基于软件无线电的方法获得了该问题的近似最优解.仿真结果表明,基于统计信道信息的传输方案在降低系统开销和算法复杂度的同时能够有效提升IRS辅助的物理层广播系统性能.     

基于智能反射面辅助的无人机中继系统安全通信方法

为了提高无人机中继系统的安全通信性能,解决无线信道受障碍物遮挡问题,该文提出一种基于智能反射面(IRS)辅助的无人机(UAV)中继系统安全通信方法。在所提方法中,通过联合优化UAV的位置、基站波束成形和IRS相移,最大化系统的最小保密速率。为了解决这个复杂的非凸优化问题,该文将原问题分解为UAV位置优化子问题、波束成形和IRS相移优化两个子问题。使用1阶泰勒展开处理优化问题中的非凸项,然后提出一种交替优化的算法进行求解。仿真结果表明该文提出的算法能提高系统的最小保密速率,并且具有良好的收敛性。     

毫米波通信低复杂度波束选择和用户调度算法

针对毫米波混合波束成形系统中用户调度方案复杂度过高的问题,提出两种低复杂度的波束选择和用户调度联合优化算法。混合波束成形架构使得用户调度问题面临着新的挑战,变成了模拟波束选择和用户调度的联合优化问题。考虑发送端无法获得完美信道状态信息的实用场景,采用基于固定码本的波束训练方案获取等效信道状态信息,引入调用指示函数将联合优化问题建模成非凸组合优化规划,分别以粒子群优化和贪婪算法为核心,提出两种低复杂度的次优解决方法。仿真结果表明,相较穷举搜索,所提算法能在性能和复杂度之间取得很好的折中。      

Maximum throughput design for IRS aided WPCN system based on NOMA

This paper considers a wireless powered communication network (WPC network, WPCN) based on non-orthogonal multiple access (NOMA) technology aided by intelligent reflective surfaces (IRS). WPCN mainly focuses on downlink energy transfer (ET) and uplink information transmission (IT). At the ET phase, a dedicated multi-antenna power station (PS) is equipped to supply power to users with the assistance of IRS, and at the IT phase, the IRS adjusts the phase to assist the user in applying NOMA technology to transmit information to the base station (BS), thus minimizing the impact of dynamic IRS on the system. Based on the above settings, the maximization of sum-throughput of the system under this working mode is studied. Due to the non-convexity of maximization problem of the sum-throughput of this system, block coordinate descent (BCD) technology is applied for alternative optimization of each system block by semidefinite relaxation (SDR) and particle swarm optimization (PSO) respectively. The numerical results show that compared with baseline scheme, the proposed optimization scheme can provide greater sum-throughput of the system.     

智能反射面辅助及人工噪声增强的无线隐蔽通信

该文考虑一种智能反射面(IRS)辅助及人工噪声(AN)增强的无线隐蔽通信以提升隐蔽传输性能。首先，分析了Willie的探测性能并给出了总的最小探测错误概率下界表达式。 在此基础之上，构建以最大化有效吞吐量为目标函数，以隐蔽需求和最大AN发射功率为约束的优化问题。该优化问题为非凸的，通常很难直接求解。该文提出基于Dinkelbach方法的交替迭代算法联合设计IRS的反射系数和Alice的发射功率及Bob的AN发射功率。为了降低计算复杂度，进一步提出一种低复杂度算法以获取相应优化变量的解析表达式。仿真结果表明:与无IRS及无AN方案相比，所提方案可以显著提升隐蔽传输性能。