具有QoS约束的智能反射面辅助多用户通信的双时间尺度波束成形优化

智能反射面（IRS）是一项新兴技术，能够通过可调谐的无源信号反射来重构无线信道，从而以高性价比提升无线网络的频谱与能量效率。本文研究一种IRS辅助的多用户多输入单输出（MISO）无线系统，并采用双时间尺度（TTS）传输，以相较于基于瞬时信道状态信息（I-CSI）的现有方案降低信号处理复杂度与信道训练开销，同时在传输调度中利用多用户信道分集。具体而言，长期无源波束成形基于所有链路的统计CSI（S-CSI）设计，而短期有源波束成形则针对所有用户经优化IRS相移重构后的信道的I-CSI进行设计。我们的目标是在满足各用户独立服务质量（QoS）约束的前提下，最小化接入点（AP）的平均发射功率。所建立的随机优化问题是非凸的且难以求解，因为长期与短期设计变量在QoS约束中复杂耦合。为求解该问题，我们提出一种高效算法，称为基于原始对偶分解的TTS联合有源与无源波束成形（PDD-TJAPB），其中原问题被分解为一个长期问题和一族短期问题，并采用深度展开技术从短期问题中提取梯度信息，为长期问题构造凸代理问题。所提算法被证明能以概率1收敛到原问题的驻点解。仿真结果展示了所提算法相较基准方案的优势与有效性。