Bistatic backscatter communication (BackCom) allows passive tags to transmit over extended ranges, but at the cost of having carrier emitters either transmitting at high powers or being deployed very close to tags. In this paper, we examine how the presence of an intelligent reflecting surface (IRS) could benefit the bistatic BackCom system. We study the transmit power minimization problem at the carrier emitter, where its transmit beamforming vector is jointly optimized with the IRS phase shifts, whilst guaranteeing a required BackCom performance. A unique feature in this system setup is the multiple IRS reflections experienced by signals traveling from the carrier emitter to the reader, which renders the optimization problem highly nonconvex. Therefore, we propose algorithms based on the minorization-maximization and alternating optimization techniques to obtain approximate solutions for the joint design. We also propose low-complexity algorithms based on successive optimization of individual phase shifts. Our results reveal considerable transmit power savings in both single-tag and multi-tag systems, even with moderate IRS sizes, which may be translated to significant range improvements using the original transmit power or reduce the reliance of tags on carrier emitters located at close range.


翻译:在本文中,我们研究智能反射表面(IRS)的存在如何有利于二相反射反射反射波通信系统。我们研究载体发射矢量的能量最小化问题,即其传送波束成形矢量与IRS相位转移联合优化,同时保证所需的反射波性能。这个系统设置的一个独特特征是,由载体发射者向读者发送信号所经历的IRS多次反射,使得优化问题高度不相容。因此,我们提出基于微小放大法和交替优化技术的算法,以获得联合设计的近似解决方案。我们还根据单相位转移的连续优化,提出低相容性算法。我们的结果显示,在单相和多相位系统中,即使有中度的IRS大小系统,也有大量的传输节能,这可能会使优化问题高度非相容化。因此,我们提出了基于微分级化法和交替优化法的算法,以获得联合设计的近点解决方案。我们还提出了低相容性算法,以单相位移动最优化为基础。我们的结果显示,在单相形和多相控系统中,即使是中等的IRS大小系统都可转化为重大范围的改进。

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