Weighted Sum Power Maximization for Intelligent Reflecting Surface Aided SWIPT

本文地址:https://arxiv.org/pdf/1907.05558.pdf

Abstract

首先: SWIPT : simultaneous wireless information and poweer transfer (SWIPT)
本文主要将 IRS 引入 一个 SWIPT的新场景中
目标是 :最大化 加权总功率 (在EHR端)
约束: 单个 IDR的SINR约束
方式: precoder和 phase shifts的联合优化

分析: 证明了在AP端发射information signals就可以服务IDRs和EHRs

Introduction

在IoT中,EHR所需的energy比IDR高10几个dB, 所以做rate和energy的tradeoff是至关重要的,主要是没人做过,而且在之前的研究中,IRS可以实现一个 interference -free zone。 (所以这个意思是在离IRS近的地方放EHR,远的放IDR?)

说明了传统SWIPT 不需要专用的能量信号的假设 是所有channle path 独立,但是由于IRS的存在,这个假设不适合IRS-aided的SWIPT系统
然后又证明在在arbitrary user的情况 不需要专用的能量信号 是成立的

System model

Weighted Sum Power Maximization for Intelligent Reflecting Surface Aided SWIPT_第1张图片

Weighted Sum Power Maximization for Intelligent Reflecting Surface Aided SWIPT_第2张图片

然后本文作者又从 special case: IRS-aided WPT来说起
Weighted Sum Power Maximization for Intelligent Reflecting Surface Aided SWIPT_第3张图片
然后利用Alternating optimization来得到suboptimal solution
具体而言,先固定 Θ \Theta Θ, 优化 v \pmb v vvv,再反过来
注意到第一步,固定 Θ \Theta Θ后, v \pmb v vvv就是 S S S最大特征值对应的特征向量,基于此再求
在这里插入图片描述
用的Succesive convex optimization 的方法,这种方法 主要就是 二次项 \geq其在某点的泰勒展开,然后把下界最大化,但是他没说这个点是哪个,(还是要迭代??)因为前面的也是要迭代的

case2: IRS-SWIPT
Weighted Sum Power Maximization for Intelligent Reflecting Surface Aided SWIPT_第4张图片
其实自己看这个 constraint 20 跟W_e 是负相关的,跟W_i是正相关的,目标是最大 \sum W_i+W_e,
得出的结论是W_e=0,只要最大化W_i就行
证明的思路: >= 和<=, >=很好证,因为SDR2,(就是W_e=0的情况)就是SDR1的special case;<= 是通过、forall SDR1的任意一个可行解可以构造SDR2的任意一个可行解,并且达到一样的optimum objective
在≤的case, 通过构造lagrange (KKT条件),分情况讨论
λ = 0 \lambda=0 λ=0比较容易理解,惩罚项为0,说明W_e跟目标没关系,所以最大化W_i就行,
t r ( H W e ∗ ) = 0 {\rm tr} (HW_e^*)=0 tr(HWe)=0 这个条件是保证feasible的,后面构造就构造 W_i = W_i*, W_m = W_m^*+W_e这样就可以达到SDR1的optimum value了(注意要代到SDR2的objective function里,不要代错了)

其实主要是弄清楚方法和思路,知道自己要做什么就快很多。不要像我一直开小差

Conclusion

本篇的亮点,对于我而言应该在于SCA这个technique,还有引入的新的场景,SWIPT, 蓦然觉得还是要加油,一天真正能静下来的时间太少了

Phrases

drastically 剧烈地
IDR: information decoding receivers
EHR: energy harvesting receivers
collaboratively 协作地
poss 拥有

information bearing
energy carrying
counterpart 配对的人/物

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