The analysis and optimization of single intelligent reflecting surface (IRS)-assisted systems have been extensively studied, whereas little is known regarding multiple-IRS-assisted systems. This paper investigates the analysis and optimization of a double-IRS cooperatively assisted downlink system, where a multi-antenna base station (BS) serves a single-antenna user with the help of two multi-element IRSs, connected by an inter-IRS channel. The channel between any two nodes is modeled with Rician fading. The BS adopts the instantaneous CSI-adaptive maximum-ratio transmission (MRT) beamformer, and the two IRSs adopt a cooperative quasi-static phase shift design. The goal is to maximize the average achievable rate, which can be reflected by the average channel power of the equivalent channel between the BS and user, at a low phase adjustment cost and computational complexity. First, we obtain tractable expressions of the average channel power of the equivalent channel in the general Rician factor, pure line of sight (LoS), and pure non-line of sight (NLoS) regimes, respectively. Then, we jointly optimize the phase shifts of the two IRSs to maximize the average channel power of the equivalent channel in these regimes. The optimization problems are challenging non-convex problems. We obtain globally optimal closed-form solutions for some cases and propose computationally efficient iterative algorithms to obtain stationary points for the other cases. Next, we compare the computational complexity for optimizing the phase shifts and the optimal average channel power of the double-IRS cooperatively assisted system with those of a counterpart single-IRS-assisted system at a large number of reflecting elements in the three regimes. Finally, we numerically demonstrate notable gains of the proposed solutions over the existing solutions at different system parameters.
翻译:对单一智能反映表面(IRS)辅助系统的分析和优化进行了广泛研究,而多IRS辅助系统则鲜为人知。本文件调查了双IRS合作协助下行链路系统的分析和优化,多亚硝纳基站在两个多元素IRS频道的帮助下为单一亚硝那用户提供服务。两个节点之间的通道都以里西亚退缩为模型。BS采用了即时的 CSI-适应性最大鼠标传输(MRT)同步的CSI(MRT)变速率(MRT)变速,两个IRS采用了合作性准静态转换设计。目标是最大限度地提高平均可实现率,这可以从多亚硝纳基站与用户之间的等量频道的平均频道能力中得到反映,以低阶段调整成本和计算复杂性相连接。首先,我们在一般里察系数、纯视线(LOS)和纯非视线(NLOS)之间对准的 CRAS 级(OVS) 合作性半阶段,我们将目前最优的系统中最优的系统 的系统 向更高级的系统 。我们目前最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 向最优的系统 最优的系统 向最优的系统 的系统 最优的系统 的系统 向最优的系统 展示的系统 向最接近的系统 的系统 的系统 向最接近的系统 的系统 最接近的系统 的系统 的系统 的系统 演示的系统 演示的系统 演示的系统 。我们的系统 的系统 的系统 的系统 的系统 的系统 最优的系统 的系统 的系统 的系统 最优的系统 的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统 最优的系统