分布式IRS辅助毫米波MU-MISO系统联合波束成形设计

为解决非视距场景下毫米波多用户多输入单输出(MU-MISO)系统下行链路的可靠性通信问题,提出一种分布式智能反射表面(IRS)辅助多用户通信的联合波束成形设计方案.考虑功率和恒模约束,以用户加权和速率最大为目标,将基站有源波束成形和多个IRS无源波束成形联合建模为非凸优化问题.利用闭式分式规划技术解耦该联合优化问题为易...     

可重构智能表面辅助双功能雷达通信系统的联合波束优化

双功能雷达通信系统(DFRC)是有效解决未来网络频谱资源拥挤问题的理想技术之一,该文引入了可重构智能表面(RIS)技术,旨在提升用户的加权和速率和系统的探测性能。首先在雷达功率约束和可重构智能表面的恒定模约束以及通信的整体功率预算下,构建了通信用户的加权和速率和系统探测性能最大化的优化模型。通过联合优化基站的主动波束和可重构智能表面的无源被动波束形成,该文设计了一种有效的基于加权最小均方误差、分式规划和流形优化的交替优化算法,将非凸优化问题转化为两个子问题并利用迭代进行求解。仿真结果表明,所提方案对解决该问题的有效性和对用户加权和速率在较低迭代次数下达到收敛,并且可使用户的加权和速率上限提升0.86 bit/(s·Hz)和使系统探测更具方向性。     

基于智能反射面的无线抗干扰通信方法

由于无线信道的开放性,当前无线通信系统愈发受到恶意干扰攻击. 为了提高无线通信干扰能力,提出了一种基于智能反射面（intelligent reflecting surface, IRS）的抗干扰通信方法. 针对IRS辅助的通信抗干扰系统,考虑在用户接收信干噪比约束和连续相移约束下,建立非线性、多变量耦合的功率最小化资源分配模型,以实现频谱和能量性能的双向提升. 利用交替优化和半正定松弛求解原变量耦合的非凸优化问题,以得到最优发射波束和IRS相移. 此外,针对模型求解复杂度高的问题,还提出了一种低复杂度算法以得到发射波束的低复杂度闭式解. 同时,进一步提出了一种实用且快速响应的经验算法,以应对时变高动态干扰. 仿真结果表明,与现有未引入IRS方案相比,所提算法在各种情况下收敛迅速,并且功率消耗和干扰容限都有约30 dB的性能提升.     

IRS辅助的安全通信系统波束成形嵌套优化算法

智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）是一种通过重新配置无线传播环境,提高无线通信网络安全性的绿色通信新技术。该文针对IRS辅助的多输入单输出安全通信系统,考虑在合法用户保密率约束下,联合优化基站处的发射波束成形和IRS处无源移相器的反射波束成形,使基站的发射功率最小。为了求解多变量耦合的非凸优化问题,我们提出了拉格朗日函数和粒子群嵌套优化算法,使用粒子群算法搜索IRS的反射波束成形,拉格朗日函数求解对应的发射波束成形,获得非凸优化问题的次优解。论文仿真比较了不同算法下基站所需的发射功率,结果表明所提算法基站所需发射功率更低。     

非理想信道状态信息下RIS辅助的安全通信

利用可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助无线发射机,可提高多用户无线网络的安全传输能力。在非理想信道状态信息(Channel State Information, CSI)下提出了鲁棒波束形成优化方法来提高系统对抗干扰和窃听攻击的能力。具体地,使用RIS辅助发射机,对RIS的相位波束形成和基站的传输功率进行联合优化,在分别满足有界CSI的最坏情况速率约束和统计CSI的速率中断概率约束来最小化系统的总传输功率。由于存在CSI误差,针对有界CSI和统计CSI误差约束,分别利用S-procedure来松弛保密速率约束和大偏差不等式(Large Deviation Inequality, LDI)来松弛保密速率中断概率约束。仿真结果表明,相比于无源反射法和传统波束形成方案,该方法可分别降低约88%和93%总传输功率,同时提高约15 dBm和12 dBm的干扰容限。     

STAR-RIS辅助的安全通信系统的波束形成设计

传统的可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）仅服务与信源在同一侧的用户。与传统RIS不同,同时透射和反射的可重构智能表面（Simultaneously Transmitting and Reflecting RIS, STAR-RIS）可以在全空间内为用户提供服务,在无线通信领域有着广阔的应用前景。文中研究了STAR-RIS辅助安全通信系统的波束形成方案,针对STARRIS的时间切换协议,建立了STAR-RIS辅助安全通信系统中功率最小化的优化问题。该优化问题通过交替优化的方法,将其解耦为三个子问题,然后再分别对基站的发射波束形成矢量、STAR-RIS的反/透射相移矩阵和时间切换系数进行设计,从而使基站的发射功率最小。仿真结果表明,所提方案的性能优于现有方案。     

面向抗干扰通信的智能反射面被动波束赋形设计

在激烈对抗的战场环境中，传统抗干扰方案（如跳频、扩频等）面临敌方大功率、宽频段干扰压制时显得难以为继。故提出利用智能反射面为我方发送信号和敌方干扰信号构建可控的反射链路，使经由其反射的信号与直传信号进行同相叠加或反相抵消，从而实现信号增强和干扰抑制，克服传统抗干扰方案的不足。具体而言，是以最大化接收机信干噪比为目标，对基于信号增强和干扰抑制的智能反射面被动波束赋形进行了联合设计。仿真结果表明，所提方案能够有效提升系统在强干扰条件下的接收性能。     

IRS辅助的SWIPT系统中基于能效优先的波束成形设计与优化

以智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助的无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)系统为背景,研究了该系统中基于能效优先的多天线发送端有源波束成形与IRS无源波束成形联合设计与优化方法。以最大化接收端的最小能效为优化目标,构造在发送端功率、接收端能量阈值、IRS相移等多约束下的非线性优化问题,用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)求解。采用Dinkelbach算法转化目标函数,通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD)和半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)得到发送端有源波束成形向量。采用SDR得到IRS相移矩阵与反射波束成形向量。结果表明,该系统显著降低了系统能量收集(energy harvesting,EH)接收端的能量阈值。当系统总电路功耗为−15 dBm时,所提方案的用户能效为300 KB/J。当IRS反射阵源数与发送天线数均为最大值时,系统可达最大能效。     

可重构智能表面辅助的无源波束成形和信号检测

针对基于空间调制的可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)联合无源波束成形和信号检测系统中无源波束成形的非凸二次约束二次规划问题,提出了基于连续凸逼近(Successive Convex Approximation,SCA)和优化最小化(Majorization-inimization,MM)的低复杂度算法。针对用户信息的双线性检测问题,提出自适应阻尼因子双线性广义近似消息传递(Bilinear Generalized Approximate Message Passing,BiG睞MP)算法,在保证误码率性能的同时算法具有更快的收敛速度与更低的复杂度。针对仅有0和1组成的可重构智能表面信息检测,提出基于广义近似消息传递(Generalized Approximate Message Passing,GAMP)算法的改进算法,在计算从检查节点到变量节点的消息时算法不使用GAMP算法中近似值,而直接计算信息。仿真结果表明,在降低误码率性能方面改进的GAMP算法比GAMP实现了4 dB的信噪比增益。     

基于RIS的车路协同反向散射保密通信方法

考虑到未来车联网对能量消耗和网络寿命前所未有的需求,将BackCom和RIS技术应用于V2I无线通信系统,以满足基础设施广泛部署的场景和需求。这两种技术都可以在没有射频发射元件的情况下实现被动低功耗的数据传输。在所引入的系统模型中,一个安装在路边基础设施上的RIS通过反向散射来自附近基站的信号向多个合法用户发送机密信息。然而,反向散射信号存在被窃听的风险。因此,假设存在多个窃听者试图拦截RIS的信息。然后,通过联合优化基站的主动波束形成和RIS反射系数,实现最小保密速率的最大化。最后,基于一种替代算法进行了大量仿真,验证了所考虑系统和所提出优化方案的可行性和有效性。     

基于IRS辅助的MIMO车联网系统联合波束成形设计

针对MIMO车联网系统中V2I和V2V共享频谱的情形,提出了一种IRS辅助的联合波束成形设计方法。在保证V2V用户数据速率需求、V2I基站发射功率受限和IRS反射相移模约束等条件下,以最大化V2I用户的信道容量为目标,联合优化基站端发送预编码和IRS端的反射相移矩阵。采用最小均方误差规则、矩阵分析理论和内逼算法把非凸且变量耦合的优化问题转换为解耦后的凸优化问题,并提出一种交替迭代优化算法获得原问题的解。对所提算法的性能进行仿真,分析了IRS反射单元数、IRS部署位置和车速对车联网频谱效率的影响。仿真结果表明,所提算法收敛性较好,若在基站附近部署IRS,利用所提的联合波束成形方法能最大限度地提高车联网频谱效率。     

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。     

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。     

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...     

基于RIS辅助的通信感知一体化技术研究

随着更大带宽、更高频段和更大规模天线阵列的使用,现代无线通信系统展现出了越来越强的空间辨识能力,表明了通信与感知融合的巨大潜力。立足于智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication, ISAC)技术,考虑通信感知性能边界,从信息论角度提出通感性能权衡方法,并结合多种通信、感知性能指标,构建ISAC网络完备的性能权衡理论体系。结合RIS辅助通信硬件结构特征,设计高精度、低复杂度的通信感知传输技术。设计通信感知多载波发射波束,采用RIS实现高低频协作大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信感知波束优化,协同控制功率和调度无线资源,实现通信感知资源最优部署。旨在形成新型的RIS辅助通信感知增强框架,提升网络整体性能。     

基于索引调制的RIS辅助SIMO通信系统信号检测算法

面对未来无线移动通信对通信质量和频谱效率的更高要求,该文融合索引调制(IM)与可重构智能表面(RIS)技术,建立基于IM的RIS辅助单输入多输出(SIMO)通信系统架构,并提出一种基于变分贝叶斯推断(VBI)的信号检测算法。首先,在该系统中,RIS单元被划分为若干子块,利用RIS子块的激活状态传递附加信息;接着,利用VBI给出激活RIS子块对应的相移矢量与待检测信号的近似后验分布;最后,利用RIS相移矢量近似后验分布的对数零梯度值结合正交匹配追踪算法(OMP)恢复出索引信息比特,进而利用待检测信号对数零梯度值,恢复出发送信号。同时,从理论上推导了基于IM的RIS辅助SIMO系统平均速率。仿真结果表明,与传统RIS辅助的SIMO通信系统相比,基于IM的RIS辅助SIMO系统具有更高的系统平均速率;并且与现有算法相比,该文算法具有更低的误比特率。     

智能反射面辅助的MU-MISO车联网毫米波通信联合波束赋形

近年来,车联网通信系统提出了大规模数据传输,通信连接稳定等需求。高频段通信凭借超高传输速率,低时延的特点被引入了该系统,但是,高频段通信仍面临着阻塞问题的挑战。因此,智能反射面作为一种可解决高频段通信阻塞问题的技术,成为车联网高频通信的热点议题。智能反射面由超材料构成,其表面的多个无源反射单元均匀排布形成阵列,所有反射单元的反射系数均可通过智能控制器实时调节,控制反射波束的方向和形状,来实现对无线传输环境的智能调控,提供增强视距通信、扩展通信覆盖范围等服务。针对MU-MISO车联网毫米波通信场景下,基站与车辆用户视线通信链路因遮蔽,车辆高速移动等因素,面临随机中断的问题,将智能反射面引入该系统,并结合该系统提出了基于半定松弛问题的交替迭代优化算法,以提高通信稳定性。该方法将系统中基站波束赋形矩阵优化和智能反射面相移矩阵优化分解为两个子问题,通过定义半定矩阵变量并适当放松特定的约束条件将两个子问题近似成为半定松弛问题,随后,使用交替优化技术对其进行迭代求解以实现联合优化,通过最大化同时刻通信车辆中的最小信干噪比来确保通信稳定性。仿真结果表明,该方法显著提高了车辆用户的信干噪比和基站的总频...     

可重构智能表面辅助的多用户通信宽带信道估计

针对太赫兹(THz)链路的严重传输衰减和宽带系统中波束斜视导致传统信道估计方案性能下降的问题,该文构建了可重构智能表面(RIS)辅助多用户THz通信模型,并提出一种低复杂度的两阶段级联信道估计方案。在第1阶段,利用THz的稀疏性和对数和函数,将信道估计问题转化为目标优化问题,通过梯度下降法优化目标函数,使待估信道参数迭代逼近最优解,从而估计出典型用户级联信道;在第2阶段,利用其他用户的级联信道与典型用户信道的强相关性,以较低的导频开销来估计其他用户的级联信道。仿真结果表明,所提方案相较于其他方案具有更好的性能。     

双智能反射面辅助的感知通信一体化波束赋形与相移优化

部署智能反射面可有效解决基站与部分通信用户或潜在目标之间直接链路很弱的问题,但由于单个智能反射面的覆盖范围有限,因此研究了双智能反射面辅助的感知通信一体化系统。为了减小信道训练开销,使用了统计信道信息。建立了通过联合优化基站的发射波束赋形与智能反射面的相移,在保证通信用户遍历容量的最低要求下最大化波束图增益的问题。将该问题转化为3个子问题来解耦发射波束赋形与两个智能反射面的相移,进而提出用基于半定松弛的交替优化算法来求解问题。相较于单智能反射面场景,部署双智能反射面得到了超过两倍的波束图增益。     

可重构智能反射面辅助太赫兹通信系统鲁棒波束赋形算法

太赫兹通信作为6G的关键技术之一,被认为是能够解决频谱资源短缺、提升系统容量的有效手段。然而,由于路径损耗极高和分子的吸收作用,太赫兹容易被障碍物阻挡导致通信中断。为了解决该问题,该文将可重构智能反射面(RIS)引入到太赫兹通信系统中,且考虑信道不确定性对传输稳定性的影响,基于用户服务质量约束、基站发射功率约束及RIS离散相移约束,建立多用户能效最大化波束赋形模型。利用丁克尔巴赫、连续凸近似、S-程序、半正定松弛、相位映射和块坐标下降将原非凸优化问题转化为凸优化问题进行求解。仿真结果表明,与传统非鲁棒波束赋形对比,所提算法能效提升了15.4%,中断概率减小了15.48%。