智能反射面辅助大规模MIMO的多波束多跳路由

智能反射面（IRS）被设想在未来无线通信系统中发挥重要作用，作为重构无线电信号传播环境的有效手段。在本文中，我们研究一种新的多IRS辅助大规模多输入多输出（MIMO）系统，其中多天线基站在正交波束上向一组远端单天线用户发送独立消息，这些波束随后由不同组的IRS通过其各自在多对视距（LoS）链路上的多跳无源波束成形进行反射。我们的目标是为每个用户选择最优IRS及其波束路由路径，以及基站/IRS处的有源/无源波束成形，使得所有用户中的最小接收信号功率最大化。由于一种用于避免不同用户间IRS反射信号所引发干扰的新型路径分离约束，该问题尤其难以求解。为应对此困难，我们首先在给定反射路径下基于实际码本推导出最优的基站/IRS有源/无源波束成形解。然后我们表明，由此产生的多波束多跳路由问题可被重新表述为一个等价的图优化问题，但它是NP完全的。为解决这一具有挑战性的问题，我们提出一种高效的递归算法来部分枚举可行路由解，该算法能够有效平衡性能与复杂度的权衡。数值结果表明，所提算法以低复杂度实现了近最优性能，并优于其他基准方案。针对多IRS辅助大规模MIMO网络的不同设置，还得出了关于最优多波束多跳路由设计的有益见解。