In intelligent reflecting surface (IRS) aided wireless communication systems, channel state information (CSI) is crucial to achieve its promising passive beamforming gains. However, CSI errors are inevitable in practice and generally correlated over the IRS reflecting elements due to the limited training with discrete phase shifts, which degrade the data transmission rate and reliability. In this paper, we focus on investigating the effect of CSI errors to the outage performance in an IRS-aided multiuser downlink communication system. Specifically, we aim to jointly optimize the active transmit precoding vectors at the access point (AP) and passive discrete phase shifts at the IRS to minimize the AP's transmit power, subject to the constraints on the maximum CSI-error induced outage probability for the users. First, we consider the single-user case and derive the user's outage probability in terms of the mean signal power (MSP) and variance of the received signal at the user. Since there is a trade-off in tuning these two parameters to minimize the outage probability, we propose to maximize their weighted sum with the optimal weight found by one-dimensional search. Then, for the general multiuser case, since the users' outage probabilities are difficult to obtain in closed-form due to the inter-user interference, we propose a novel constrained stochastic successive convex approximation (CSSCA) algorithm, which replaces the non-convex outage probability constraints with properly designed convex surrogate approximations. Simulation results verify the effectiveness of the proposed robust beamfoming algorithms and show their significant performance improvement over various benchmark schemes.


翻译:在智能反射表面(IRS)辅助无线通信系统中,频道状态信息(CSI)对于实现其有希望的被动波束化增益至关重要。然而,CSI错误在实践中是不可避免的,而且与IRS的反映因离散阶段变化而导致的有限培训而导致的离散阶段转换使数据传输率和可靠性下降,因此,CSI错误在智能反射表面(IRS)辅助的无线通信系统(IRS)中对于智能反射表面(IRS)辅助无线通信系统(IRS)的影响至关重要。具体地说,我们的目标是联合优化在接入点(AP)主动传输预编码矢量和IRS的被动离散阶段转换,以最大限度地减少AP的传输机率,但受CSI-error的最大导力变化影响,从而降低数据传输能力。首先,我们考虑单一用户案例,从平均信号功率(MSP)到用户收到的信号的偏差性能差异。由于在调整这两个参数以尽可能降低超速率概率,我们提议以一维的不精确度调整其最优的速值来最大限度地进行精确的精确度,随后的SLIuservial-vial-vial-vial-vial-lax vical-x 。为了显示总体的精确到随后的精确的精确度,我们提议的精确的精确到随后的精确度,从一般用户的精确到事后的精确到事后的精确度。

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