This paper considers intelligent reflecting surface (IRS)-aided simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) in a multi-user multiple-input single-output (MISO) interference channel (IFC), where multiple transmitters (Txs) serve their corresponding receivers (Rxs) in a shared spectrum with the aid of IRSs. Our goal is to maximize the sum rate of the Rxs by jointly optimizing the transmit covariance matrices at the Txs, the phase shifts at the IRSs, and the resource allocation subject to the individual energy harvesting (EH) constraints at the Rxs. Towards this goal and based on the well-known power splitting (PS) and time switching (TS) receiver structures, we consider three practical transmission schemes, namely the IRS-aided hybrid TS-PS scheme, the IRS-aided time-division multiple access (TDMA) scheme, and the IRS-aided TDMA-D scheme. The latter two schemes differ in whether the Txs employ deterministic energy signals known to all the Rxs. Despite the non-convexity of the three optimization problems corresponding to the three transmission schemes, we develop computationally efficient algorithms to address them suboptimally, respectively, by capitalizing on the techniques of alternating optimization (AO) and successive convex approximation (SCA). Moreover, we conceive feasibility checking methods for these problems, based on which the initial points for the proposed algorithms are constructed. Simulation results demonstrate that our proposed IRS-aided schemes significantly outperform their counterparts without IRSs in terms of sum rate and maximum EH requirements that can be satisfied under various setups. In addition, the IRS-aided hybrid TS-PS scheme generally achieves the best sum rate performance among the three proposed IRS-aided schemes, and if not, increasing the number of IRS elements can always accomplish it.


翻译:本文研究了在多用户多输入单输出(MISO)干扰信道(IFC)中,智能反射面(IRS)辅助的同时无线信息与能量传输(SWIPT)问题。在该场景下,多个发射机(Tx)借助IRS在共享频谱中为各自对应的接收机(Rx)提供服务。我们的目标是通过联合优化发射机的发射协方差矩阵、IRS的相移以及资源分配,在满足接收机个体能量收集(EH)约束的条件下,最大化接收机的总速率。为此,基于经典的功率分割(PS)和时间切换(TS)接收机结构,我们考虑了三种实际传输方案:IRS辅助的混合TS-PS方案、IRS辅助的时分多址(TDMA)方案和IRS辅助的TDMA-D方案。后两种方案的区别在于发射机是否使用所有接收机已知的确定性能量信号。尽管这三种传输方案对应的优化问题具有非凸性,我们分别借助交替优化(AO)和逐次凸逼近(SCA)技术,开发了计算高效的次优算法。此外,我们为这些问题设计了可行性检验方法,并基于此构建了所提算法的初始点。仿真结果表明,在不同设置下,我们提出的IRS辅助方案在总速率和可满足的最大能量收集需求方面,均显著优于无IRS的对应方案。此外,在三种提出的IRS辅助方案中,IRS辅助的混合TS-PS方案通常能实现最佳的总速率性能;若非如此,增加IRS单元数量总能使其达到最佳性能。

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