Intelligent Reflecting Surface Aided MIMO Broadcasting for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer

卡鲁什-库恩-塔克条件 计算机科学 坐标下降 多输入多输出 发射机功率输出 最大功率转移定理 预编码 无线 基站 算法 迭代法 最优化问题 数学优化 发射机 功率(物理) 电信 波束赋形 频道(广播) 数学 量子力学 物理
作者
Cunhua Pan,Hong Ren,Kezhi Wang,Maged Elkashlan,Arumugam Nallanathan,Jiangzhou Wang,Lajos Hanzo
出处
期刊:IEEE Journal on Selected Areas in Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:38 (8): 1719-1734 被引量:826
标识
DOI:10.1109/jsac.2020.3000802
摘要

An intelligent reflecting surface (IRS) is invoked for enhancing the energy harvesting performance of a simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) aided system. Specifically, an IRS-assisted SWIPT system is considered, where a multi-antenna aided base station (BS) communicates with several multi-antenna assisted information receivers (IRs), while guaranteeing the energy harvesting requirement of the energy receivers (ERs). To maximize the weighted sum rate (WSR) of IRs, the transmit precoding (TPC) matrices of the BS and passive phase shift matrix of the IRS should be jointly optimized. To tackle this challenging optimization problem, we first adopt the classic block coordinate descent (BCD) algorithm for decoupling the original optimization problem into several subproblems and alternatively optimize the TPC matrices and the phase shift matrix. For each subproblem, we provide a low-complexity iterative algorithm, which is guaranteed to converge to the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) point of each subproblem. The BCD algorithm is rigorously proved to converge to the KKT point of the original problem. We also conceive a feasibility checking method to study its feasibility. Our extensive simulation results confirm that employing IRSs in SWIPT beneficially enhances the system performance and the proposed BCD algorithm converges rapidly, which is appealing for practical applications.

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