In this paper, we investigate an intelligent reflecting surface (IRS) assisted cell-free multiple input multiple output (MIMO) communication system, where distributed multiple IRSs are dedicated deployed to assist distributed multiple base stations (BSs) for cooperative transmission. Our objective is to maximize the achievable sum-rate of the cell-free system by jointly optimizing the active transmit beamforming matrices at BSs and the passive reflecting beamforming matrices at IRSs, while the constraints on the maximum transmit power of each BS and the phase shift of each IRS element are satisfied. We propose an efficient framework to jointly design the BSs, the IRSs, and the user equipment (UEs). As a compromise approach, we first transform the non-convex problem into an equivalent form based on the fractional programming methods and then decompose the reformulated problem into two subproblems and solve them alternately. Particularly, we propose a Lagrangian dual sub-gradient based algorithm to solve the subproblem of optimizing the active transmit beamforming with nearly closed-form solutions. We reformulate the subproblem of optimizing the passive reflecting beamforming as a constant modulus constrained quadratic programming (CMC-QP) problem. We first provide two feasible solutions by proposing a pair of relaxation-based algorithms. We also develop a low-complexity alternating sequential optimization (ASO) algorithm to obtain closed-form solutions. All three algorithms are guaranteed to converge to locally optimal solutions. Simulation results demonstrate that the proposed algorithms achieve considerable performance improvements compared with the benchmark schemes.


翻译:在本文中,我们调查了一个智能反映表面(IRS) 辅助无细胞多输入多输出(MIMO) 的智能通信系统,在这个系统中,分布式多个IRS专门用来协助分布式多基站(BS) 进行合作传输。我们的目标是通过联合优化BS的主动传送光束矩阵和IRS的被动反映光成矩阵,使无细胞系统的可实现总和率最大化,同时满足对每个BS的最大传输力和每个IRS元素的分阶段转换的限制。我们提出了一个高效的框架,以联合设计BS、IRS和用户设备(UES)。作为一个折中办法,我们首先将非电离层问题转换成一个基于分数编程方法的同等形式,然后将重新组合的问题分解成两个子相容,并交替地解决。我们建议一个基于Lagrangia的双向子梯级算法,以解决优化主动传输的子问题,以近封闭式的解决方案组成。我们首先将优化的平流式系统化的平流结果转换成一个固定的平流系统。我们提出一个固定的平级平整式的平整式的平级方案。

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