智能反射面增强无线网络：双时间尺度波束成形优化

智能反射面（IRS）近来备受关注，被视为未来无线网络实现高频谱与能量效率的一种有前景的新方案。通过利用大量低成本无源反射单元，无线传播环境变得可控，从而有利于改善通信性能。现有关于IRS的工作主要依赖瞬时信道状态信息（I-CSI），然而由于其无源工作特性及单元数量庞大，对于IRS相关链路而言，这在实践中难以获取。为克服该困难，本文提出一种新的双时间尺度（TTS）传输协议，以在一般相关Rician信道模型下最大化IRS辅助多用户系统的可达平均和速率。具体而言，首先基于所有链路的统计CSI（S-CSI）优化无源IRS相移，其变化远慢于I-CSI；随后设计接入点（AP）的发射波束成形/预编码向量以适配经优化IRS相移后用户有效信道的I-CSI，从而相比基于所有信道I-CSI的现有方案显著降低了信道训练开销与无源波束成形复杂度。对于单用户情形，提出一种基于罚对偶分解（PDD）的新算法，其中IRS相移并行更新以减少计算时间。对于多用户情形，我们通过构造目标函数的二次代理（其无法以闭式显式表达）提出一种通用TTS优化算法。仿真结果验证了所提算法的有效性，并评估了S-CSI与信道相关性对系统性能的影响。