Intelligent reflecting surface (IRS) is an emerging technology that is able to reconfigure the wireless channel via tunable passive signal reflection and thereby enhance the spectral and energy efficiency of wireless networks cost-effectively. In this paper, we study an IRS-aided multiuser multiple-input single-output (MISO) wireless system and adopt the two-timescale (TTS) transmission to reduce the signal processing complexity and channel training overhead as compared to the existing schemes based on the instantaneous channel state information (I-CSI), and at the same time, exploit the multiuser channel diversity in transmission scheduling. Specifically, the long-term passive beamforming is designed based on the statistical CSI (S-CSI) of all links, while the short-term active beamforming is designed to cater to the I-CSI of all users' reconfigured channels with optimized IRS phase shifts. We aim to minimize the average transmit power at the access point (AP), subject to the users' individual quality of service (QoS) constraints. The formulated stochastic optimization problem is non-convex and difficult to solve since the long-term and short-term design variables are complicatedly coupled in the QoS constraints. To tackle this problem, we propose an efficient algorithm, called the primal-dual decomposition based TTS joint active and passive beamforming (PDD-TJAPB), where the original problem is decomposed into a long-term problem and a family of short-term problems, and the deep unfolding technique is employed to extract gradient information from the short-term problems to construct a convex surrogate problem for the long-term problem. The proposed algorithm is proved to converge to a stationary solution of the original problem almost surely. Simulation results are presented which demonstrate the advantages and effectiveness of the proposed algorithm as compared to benchmark schemes.


翻译:智能反射表面(IRS)是一种新兴技术,它能够通过缓冲被动信号反射来重新配置无线频道,从而以具有成本效益的方式提高无线网络的光谱和能效。在本文中,我们研究了IRS辅助的多用户多投入单输出(MISO)无线系统,并采用了双级传输(TTS),以降低信号处理复杂性,并与基于即时频道状态信息(I-CSI)的现有计划相比,引导培训间接费用;同时,利用传输时间安排中的多用户频道多样性。具体地说,长期被动波形成型是根据所有链接的统计性CSI(S-CSI)设计的,而短期主动波形成型(IMIS)系统则以优化的IRS阶段变换换方式调整所有用户的I-CSI渠道。我们提议在访问点(AP)的平均传输能力,这取决于用户个人变现的服务质量(QOS)限制。 设计短期的节流化优化优化问题是非Conx,而长期的系统变换的系统则以长期变现的变现为系统。

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