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智能反射面辅助的环境反向散射通信系统信道估计算法研究

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电子与信息学报 2025年第1期47卷 75-83页

作者：徐勇军邱友静张海波重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

环境反向散射通信(AmBC)是一种新型的低功耗通信技术,它能利用周围环境中的射频(RF)信号源实现无源信息传输,但由于其存在双重衰落、障碍物阻挡等问题,导致反射链路信号强度弱。为此,该文将智能反射面(IRS)引入到AmBC系统中用以增强反... 详细信息

环境反向散射通信(AmBC)是一种新型的低功耗通信技术,它能利用周围环境中的射频(RF)信号源实现无源信息传输,但由于其存在双重衰落、障碍物阻挡等问题,导致反射链路信号强度弱。为此,该文将智能反射面(IRS)引入到AmBC系统中用以增强反射链路增益。然而,IRS与标签均为无源器件使得信道估计极具挑战性。为此,该文提出了一种IRS辅助的AmBC系统信道估计方案。首先,将信道分解为多个子信道,其中,反射链路的每个子信道对应一个IRS反射单元。然后,将最小二乘(LS)法作为估计准则,以最小化均方误差(MSE)为目标,探索了IRS反射模式与信道估计的联合设计。仿真结果表明,该信道估计方案具有良好的估计性能。

关键词：环境反向散射通信智能反射面信道估计

基于能量感知的智能反射面辅助无人机时效数据收集策略

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电子与信息学报 2025年

作者：张涛张迁朱颖雯代陈江苏开放大学信息工程学院南京航空航天大学计算机科学与技术学院南京邮电大学计算机学院

为了应对智能反射面(RIS)辅助的无人机(UAV)在物联网数据收集过程中能量高效利用与信息收集时效性之间的均衡问题，该文提出一种基于深度强化学习的数据收集优化策略。针对无人机在数据采集过程中的飞行能耗、通信复杂性及采集信息时效... 详细信息

为了应对智能反射面(RIS)辅助的无人机(UAV)在物联网数据收集过程中能量高效利用与信息收集时效性之间的均衡问题，该文提出一种基于深度强化学习的数据收集优化策略。针对无人机在数据采集过程中的飞行能耗、通信复杂性及采集信息时效性(AoI)约束，设计了一种基于双深度Q网络(DDQN)的联合优化方案，涵盖无人机轨迹规划、物联网设备调度以及智能反射面相位调整。该方案有效缓解了传统Q学习方法中Q值过估计的问题，使无人机能够根据实时环境动态调整飞行轨迹和通信策略，从而在提升数据传输效率的同时降低能量消耗。仿真结果表明，与传统方法相比，所提方案能够显著提高数据收集效率。此外，通过合理分配能量与通信资源，所提方案能够动态适应不同通信环境参数变化，确保系统在能耗与AoI之间达到最佳均衡。

关键词：无人机辅助通信时效性深度强化学习智能反射面

智能透射面与智能反射面联合辅助的多用户安全传输方案

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信息工程大学学报 2025年第1期26卷 1-7页

作者：杨少川黄开枝牛和昊王毅楚征信息工程大学河南郑州450001 郑州航空工业管理学院河南郑州450046 移动互联网安全技术国家工程研究中心北京100095 国防科技大学江苏南京210039 宁波诺丁汉大学浙江宁波315100

针对非完美窃听信道状态信息(CSI)的情况,提出一种智能透射面(ITS)与智能反射面(IRS)联合辅助的多用户安全传输方案。首先,构造最大化系统加权和安全速率(WSSR)优化问题;其次,设计一个WSSR最大化鲁棒波束赋形算法,用以交替设计多用户功... 详细信息

针对非完美窃听信道状态信息(CSI)的情况,提出一种智能透射面(ITS)与智能反射面(IRS)联合辅助的多用户安全传输方案。首先,构造最大化系统加权和安全速率(WSSR)优化问题;其次,设计一个WSSR最大化鲁棒波束赋形算法,用以交替设计多用户功率分配因子、ITS波束赋形向量和IRS相位偏移向量;再次,为了综合评估该系统的安全性能与能量效率,构造系统安全能量效率(SEE)优化问题,并设计一个SEE最大化鲁棒波束赋形算法;最后,分析所提算法的收敛性和计算复杂度。仿真结果表明,所提算法具有较好的安全性和鲁棒性。

关键词：智能透射面智能反射面安全能量效率鲁棒波束赋形

智能反射面辅助的星地融合网络鲁棒安全波束成形算法

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物理学报 2022年第7期71卷 338-346页

作者：肖圣杰林敏赵柏林志程铭南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003 国防科技大学电子对抗学院合肥230037

针对智能反射面辅助的星地融合网络,提出了一种基于窃听者非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形方法.首先,考虑到卫星利用点波束技术服务地球站,而地面基站通过多播技术服务多个地面用户,并且在两个网络实现频谱共享的情况,建立以系统... 详细信息

针对智能反射面辅助的星地融合网络,提出了一种基于窃听者非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形方法.首先,考虑到卫星利用点波束技术服务地球站,而地面基站通过多播技术服务多个地面用户,并且在两个网络实现频谱共享的情况,建立以系统总发射功率最小化为目标,基站用户服务质量和地球站安全可达速率为约束条件的联合优化问题;其次,为了求解该非凸问题,利用三角不等式和Holder不等式推导出窃听者非完美信道状态信息条件下的输出信干噪比上下界;接下来,进一步提出了基于半正定规划和惩罚函数相结合的鲁棒波束成形和功率控制联合优化方法,以实现星地融合网络的安全可靠传输.最后,计算机仿真结果验证了本文所提算法的有效性和优越性.

关键词：星地融合网络智能反射面鲁棒波束成形非完美信道状态信息

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智能反射面辅助的多天线通信系统鲁棒安全资源分配算法

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电子与信息学报 2024年第1期46卷 165-174页

作者：徐勇军符加劲黄琼黄东重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 重庆金美通信有限责任公司重庆400030 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室贵阳550025

为了解决蜂窝通信系统中因窃听者、障碍物阻挡和信道不确定性导致安全性低和传输质量差的问题,该文提出一种智能反射面(IRS)辅助的多天线通信系统鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑合法用户的安全速率约束、最大发射功率约束和IRS相移约... 详细信息

为了解决蜂窝通信系统中因窃听者、障碍物阻挡和信道不确定性导致安全性低和传输质量差的问题,该文提出一种智能反射面(IRS)辅助的多天线通信系统鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑合法用户的安全速率约束、最大发射功率约束和IRS相移约束,基于有界信道不确定性,建立了一个联合优化基站主动波束、IRS被动波束的鲁棒资源分配问题。然后,利用S-程序、连续凸近似、交替优化和罚函数等方法对含参数摄动的原非凸问题进行转换,得到可直接求解的确定性凸优化问题。最后,提出一种基于迭代的鲁棒能效最大化算法。仿真结果表明,该文算法具有较好的能效和较强的鲁棒性。

关键词：智能反射面多天线通信系统鲁棒性安全通信

智能反射面辅助的两跳中继无线供电通信网络吞吐量最大化研究

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通信学报 2022年第9期43卷 90-99页

作者：杨震冯璇吕斌南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

为了提高基于中继的无线供电通信网络(WPCN)的能量和信息传输效率,提出了双智能反射面(IRS)辅助的两跳中继无线传输方案。其中,IRS1和IRS2分别放置在混合中继节点(HRN)与用户、HRN和基站(BS)之间,使BS和HRN、HRN和用户之间构成反射链路... 详细信息

为了提高基于中继的无线供电通信网络(WPCN)的能量和信息传输效率,提出了双智能反射面(IRS)辅助的两跳中继无线传输方案。其中,IRS1和IRS2分别放置在混合中继节点(HRN)与用户、HRN和基站(BS)之间,使BS和HRN、HRN和用户之间构成反射链路,从而提高HRN到用户的能量传输、用户到HRN的数据传输和HRN到BS的数据转发效率。为了最大化系统吞吐量,考虑了能量、数据传输和数据转发的时间调度、IRS的相位和用户的传输功率的联合优化问题。为了解决该非凸优化问题,提出了高效的交替优化算法,从而求得该问题的次优解。此外,分析了所提算法的收敛性和计算复杂度。仿真结果表明,IRS能够有效提升基于中继的WPCN的吞吐量。此外,所提最优传输方案下的系统性能优于其他对照方案。

关键词：智能反射面中继无线供电通信网络相移优化能量传输

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智能反射面室内部署的位置规划方法

电子与信息学报 2024年第4期46卷 1314-1320页

作者：王文鼐耿心怡余锦涵吴炜王斌南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003

智能反射面(IRS/RIS)应用于实际无线通信系统时,如何优选布放位置及面板取向,是提升技术实效所面临的主要问题之一。RIS布放的数学规划问题,不仅有优化目标的设计,还要考虑通信环境的建筑物分布和可选部署面的有效散射截面。相比于室外... 详细信息

智能反射面(IRS/RIS)应用于实际无线通信系统时,如何优选布放位置及面板取向,是提升技术实效所面临的主要问题之一。RIS布放的数学规划问题,不仅有优化目标的设计,还要考虑通信环境的建筑物分布和可选部署面的有效散射截面。相比于室外较为开放的空间,RIS的室内部署存在更多限制性条件。针对室内既有墙面的RIS布放,该文设计了多终端接入选址规划模型和等价问题。为约化其非线性计算,通过单终端退化分析,给出目标函数的卡西尼卵形线分布特征,证明RIS布放范围限于各终端及基站在部署面投影的重叠区,提出基于对半搜索法的高效启发式算法。数值仿真了2种复杂室内结构的多终端接入场景,结果表明所提算法不仅有显著加速效益,还可扩展用于多RIS网络规划。

关键词：智能反射面室内部署位置规划算法设计

智能反射面赋能的联邦边缘学习及其在车联网中的应用

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通信学报 2023年第10期44卷 46-57页

作者：王平杨志伟李贺举同济大学电子与信息工程学院上海201804 上海自主智能无人系统科学中心上海201210

针对无线链路和数据分布的异构性导致在FEEL训练中很难实现无线通信和模型精度的最佳权衡的问题,提出了一种智能反射面(RIS)赋能的空中联邦边缘学习系统,其利用智能反射面的信道可重构性自适应地配置信号传播环境,并利用空中计算实现联... 详细信息

针对无线链路和数据分布的异构性导致在FEEL训练中很难实现无线通信和模型精度的最佳权衡的问题,提出了一种智能反射面(RIS)赋能的空中联邦边缘学习系统,其利用智能反射面的信道可重构性自适应地配置信号传播环境,并利用空中计算实现联邦边缘学习模型的快速聚合。具体来说,首先刻画无线信道和数据异构影响下的联邦优化算法收敛行为,并以此构造统一的无线资源优化问题,通过联合设计收发端波束成形方案和RIS相移来优化学习性能。仿真结果验证了所提方案的有效性,并证明RIS可以在数据异构前提下提高空中联邦边缘学习系统准确性。最后,探讨了其在车联网中应用的可能性。

关键词：联邦边缘学习数据异构智能反射面空中计算收敛分析车联网

智能反射面辅助的STBC-NOMA系统性能分析

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电子学报 2023年第8期51卷 2058-2066页

作者：李素月孟凡一王安红太原科技大学电子信息工程学院山西太原030024

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)技术以其低成本、灵活部署、易于融合其他关键技术的优势吸引了无线通信学术界和工业界的极大关注.传统的空时分组码(Space-Time Block Coding,STBC)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Mu... 详细信息

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)技术以其低成本、灵活部署、易于融合其他关键技术的优势吸引了无线通信学术界和工业界的极大关注.传统的空时分组码(Space-Time Block Coding,STBC)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)方案的巧妙结合(STBC-NOMA)已被证明能够有效地提高系统的鲁棒性和吞吐量.鉴于此,本文提出一种新的IRS辅助的STBC-NOMA系统的传输框架(IRS-STBC-NOMA). IRS辅助系统给远近不同的两个用户传输信号.采用两个分割的IRS实现STBC传输并利用IRS的相移设计实现发射信号控制,分别推导了所提出传输框架下每个用户的中断概率和遍历速率的闭合表达式;基于所得的分析表达式,给出了渐近或单调的理论分析,之后通过蒙特卡洛仿真进行了对比验证.与现有的STBC-NOMA方案相比,所提IRS-STBC-NOMA方案的中断性能和遍历速率均获得显著提升.

关键词：空时分组码非正交多址智能反射面中断概率遍历速率