完美与不完善 CSI 下离散相移 IRS 辅助多用户网络的全局最优资源分配设计
信息论
2024-04-30 v2 math.IT
摘要
智能反射面（IRS）通过实现无线传播环境的定制，是未来通信系统中实现高频谱与能量效率的一种有前景的低成本方案。尽管关于 IRS 辅助多用户无线通信系统资源分配设计的研究众多，其最优设计及相应性能上界仍未被完全理解。为弥补这一知识缺口，本文研究了采用实用离散 IRS 相移器的 IRS 辅助多用户多输入单输出系统的最优资源分配设计。具体而言，我们联合优化基站处的波束成形向量与离散 IRS 相移，以在完美与不完善信道状态信息（CSI）已知情况下最小化总发射功率。为此，基于广义 Benders 分解（GBD）方法开发了两种新算法，分别获得完美与不完善 CSI 下的全局最优解。此外，为促进实际实现，我们利用连续凸近似（SCA）提出了两种相应的低复杂度次优算法，并保证收敛。特别地，针对不完善 CSI，我们采用有界误差模型刻画 CSI 不确定性，并提出一种新的变换以使鲁棒服务质量约束凸化。我们的数值结果证实了所提基于 GBD 的算法在考虑系统下对完美与不完善 CSI 的最优性。此外，我们揭示了两种所提基于 SCA 的算法均能在少量迭代内达到局部最优解。而且，与基于交替优化的现有最优方案相比，所提低复杂度基于 SCA 的方案实现了显著的性能增益。
引用
@article{arxiv.2310.04063,
title = {Globally Optimal Resource Allocation Design for Discrete Phase Shift IRS-Assisted Multiuser Networks with Perfect and Imperfect CSI},
author = {Yifei Wu and Dongfang Xu and Derrick Wing Kwan Ng and Robert Schober and Wolfgang Gerstacker},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.04063},
year = {2024}
}