The application of intelligent reflecting surface (IRS) depends on the knowledge of channel state information (CSI), and has been hindered by the heavy overhead of channel training, estimation, and feedback in fast-changing channels. This paper presents a new two-timescale beamforming approach to maximizing the average achievable rate (AAR) of IRS-assisted MIMO systems, where the IRS is configured relatively infrequently based on statistical CSI (S-CSI) and the base station precoder and power allocation are updated frequently based on quickly outdated instantaneous CSI (I-CSI). The key idea is that we first reveal the optimal small-timescale power allocation based on outdated I-CSI yields a water-filling structure. Given the optimal power allocation, a new mini-batch sampling (mbs)- based particle swarm optimization (PSO) algorithm is developed to optimize the large-timescale IRS configuration with reduced channel samples. Another important aspect is that we develop a model-driven PSO algorithm to optimize the IRS configuration, which maximizes a lower bound of the AAR by only using the S-CSI and eliminates the need of channel samples. The modeldriven PSO serves as a dependable lower bound for the mbs-PSO. Simulations corroborate the superiority of the new two-timescale beamforming strategy to its alternatives in terms of the AAR and efficiency, with the benefits of the IRS demonstrated.


翻译:智能反射表面(IRS)的应用取决于对频道状态信息(CSI)的了解,并且由于频道培训、估计和快速变化的渠道反馈的沉重管理费用,智能反射表面(IRS)的应用受到频道状态信息(CSI)的阻碍。本文件提出了一个新的双向波束法,以最大限度地实现IRS所协助的微粒表面优化系统的平均可实现速率(AAR),根据CSI(S-CSI)和基础站前代编码和电源分配的统计性相对不经常地进行配置。关键的想法是,我们首先展示基于过时的频道培训、估计和快速变化的渠道的大规模小型电力分配。我们首先展示基于频道状态培训、估计和反馈的小规模电力分配的最佳方式,将产生一个充水的结构。鉴于最佳的电力分配,正在开发一种新的小型批量采样(Mbs)基于粒子蒸汽优化(PSO),以便优化大型的IRSO配置。另一个重要方面是,我们开发一种模型驱动的PSO算法,以优化IRS配置,通过仅使用S-CSI所展示的低度战略,消除SMA-SISSO的升级的新型样品。

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