IRS辅助SWIPT

原文Weighted Sum Power Maximization for Intelligent Reflflecting Surface Aided SWIPT

缩写说明

• IDRs: Information Decoding Receivers
• EHRs: Energy Harvesting Receivers
• CSCG: Circularly Symmetric Complex Gaussian denoted by $\mathcal{C}\mathcal{N}(x,{\sigma }^2)$(with mean $x$ and variance ${\sigma }^2$ )

主要内容

主要思路：

提出使用IRS协助多天线AP服务于多IDRs和多EHRs。因为能量一般路径损耗较大，难以满足需求（需要更大能量才能被接收，而信息信号只需要少量功率就可以成功解调）。

文章主要贡献：

• 提出一种联合优化发射机的预编码向量（波束赋形）、IRS的相移（反射幅度为1），在IDRs的单个信干噪比的约束下，最大化EHRs接收的加权和功率。
• 仅在AP处发送信息信号就可以同时服务于IDRs和EHRs，不需要专用的能量信号。（能量信号对于IDRs而言是干扰）

理论上而言，如果用户之间（IDRs和EHRs）之间的信道是统计独立的，那么不需要再使用专用的能量信号[^1]。文章中Ⅳ小节中详细证明：即使用户的信道在统计上不是独立的，仅发送信息信号就足以在EHRs处实现最大加权和功率。（专用能量信号不仅消耗发射机功率，还会对IDRs产生干扰）

实验

实验模型：

其中$r_1=2$。

可以看到使用IRS能够极大提升EHRs接收性能；LoS信道比瑞利衰落信道下EHRs效率更高（接收更多RF能量）。

红色虚线代表文献[^1]中提出的单独设计专用能量信号的方案。即：

1. 先最小化满足SINR条件的IDRs总功率
2. 剩下的能量通过波束赋形全部用于EHRs

可以看到联合设计>单独设计>无IRS。也证明了文章中的建议：不应使用专用能量信号。

作者说文献[^2]研究内容与本文相似。

[1]: Xu, Jie, Liang Liu, and Rui Zhang. “Multiuser MISO beamforming for simultaneous wireless information and power transfer.” IEEE Transactions on Signal Processing 62.18 (2014): 4798-4810.

[2]: Pan, Cunhua, et al. “Intelligent reflecting surface aided MIMO broadcasting for simultaneous wireless information and power transfer.” IEEE Journal on Selected Areas in Communications 38.8 (2020): 1719-1734.