Intelligent reflecting surface (IRS) is a promising technology to improve the performance of wireless powered communication networks (WPCNs) due to its capability to reconfigure signal propagation environments via smart reflection. In particular, the high passive beamforming gain promised by IRS can significantly enhance the efficiency of both downlink wireless power transfer (DL WPT) and uplink wireless information transmission (UL WIT) in WPCNs. Although adopting different IRS phase shifts for DL WPT and UL WIT, i.e., dynamic IRS beamforming, is in principle possible but incurs additional signaling overhead and computational complexity, it is an open problem whether it is actually beneficial. To answer this question, we consider an IRS-assisted WPCN where multiple devices employ a hybrid access point (HAP) to first harvest energy and then transmit information using non-orthogonal multiple access (NOMA). Specifically, we aim to maximize the sum throughput of all devices by jointly optimizing the IRS phase shifts and the resource allocation. To this end, we first prove that dynamic IRS beamforming is not needed for the considered system, which helps reduce the number of IRS phase shifts to be optimized. Then, we propose both joint and alternating optimization based algorithms to solve the resulting problem. Simulation results demonstrate the effectiveness of our proposed designs over benchmark schemes and also provide useful insights into the importance of IRS for realizing spectrally and energy efficient WPCNs.


翻译:智能反射表面(IRS)是改善无线电源通信网络(WPCNs)性能的一个大有希望的技术,因为它有能力通过智能反射重新配置信号传播环境,特别是IRS承诺的高被动波束成形收益可以大大提高WPCN中低链接无线电传输(DL WPT)和上链接无线信息传输(UL WIT)的效率。虽然对DL WPT和UL WIT采用不同的IRS阶段转换(即动态光谱化),原则上是可能的,但会产生额外的间接信号和计算复杂性,这是一个公开的问题,实际上是否有益。为了回答这个问题,我们认为,在多个装置使用混合接入点(HAP)来首先收获能源,然后使用非垂直多存取(NOMA)传输信息的情况下,IRS系统采用非横向多路程(ULWPT),我们的目标是通过所有装置(即动态光谱转换和资源分配)的利用所有装置(即动态光谱化)的节流转换,通过联合优化IRS阶段和资源分配。为此,我们首先证明,IRS的动态流转动式流路路基化的重要性是否真正有利。

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