Beamforming design for intelligent reflecting surface (IRS)-assisted multi-user communication (IRS-MUC) systems critically depends on the acquisition of accurate channel state information (CSI). However, channel estimation (CE) in IRS-MUC systems causes a large signaling overhead for training due to the large number of IRS elements. In this paper, taking into account user mobility, we adopt a deep learning (DL) approach to implicitly learn the historical line-of-sight (LoS) channel features and predict the IRS phase shifts to be adopted for the next time slot for maximization of the weighted sum-rate (WSR) of the IRS-MUC system. With the proposed predictive approach, we can avoid full-scale CSI estimation and facilitate low-dimensional CE for transmit beamforming design such that the signaling overhead is reduced by a scale of $\frac{1}{N}$, where $N$ is the number of IRS elements. To this end, we first develop a universal DL-based predictive beamforming (DLPB) framework featuring a two-stage predictive-instantaneous beamforming mechanism. As a realization of the developed framework, a location-aware convolutional long short-term memory (CLSTM) graph neural network (GNN) is developed to facilitate effective predictive beamforming at the IRS, where a CLSTM module is first adopted to exploit the spatial and temporal features of the considered channels and a GNN is then applied to empower the designed neural network with high scalability and generalizability. Furthermore, in the second stage, based on the predicted IRS phase shifts, an instantaneous CSI-aware fully-connected neural network is designed to optimize the transmit beamforming at the access point. Simulation results demonstrate that the proposed framework not only achieves a better WSR performance and requires a lower CE overhead compared with state-of-the-art benchmarks, but also is highly scalable in the numbers of users.


翻译:智能反射表面(IRS)辅助多用户通信系统(IRS-MUC)的成型设计,关键取决于获取准确的频道状态信息(CSI)。然而,IRS-MUC系统中的频道估算(CE)导致大量IRS元素导致培训的信号性间接费用。在本文中,考虑到用户流动性,我们采取了深层次学习(DL)的方法,以隐含地学习历史直线(LOS)频道功能,并预测IRS阶段的转变将在下一个时间档中采用,以最大限度地实现IRS-M(IRS)的加权超超超超速状态信息(CS-MUC)系统。在拟议的预测性方法下,我们可以避免全面CSI估计,并促进低度CEEE传输设计,这样,信号性能因以 $(flac) 的缩放规模而减少, 美元是IRS的元素数量,为此,我们首先开发一个基于时空状态预测(DLSB) 框架,在SAL-SAL-Deal-al-al-al-al-al-al-al-al-al-al-leval-lation Flaeval-lation Flation Formal-lation Slation Slation slation slation slational demotion slation slation slations a laut a laut the a laut the laut the a laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the laut the lad laut the laut the laut the laut the laut a laut a laut a lad lad the lad lad lad lad the lad lad the ladal ladal lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad lad la lad la

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