In this paper, we study the optimal resource allocation algorithm design for large intelligent reflecting surface (IRS)-assisted simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) systems. To facilitate efficient system design for large IRSs, instead of jointly optimizing all the IRS elements, we partition the IRS into several tiles and employ a scalable optimization framework comprising an offline design stage and an online optimization stage. In the offline stage, the IRS elements of each tile are jointly designed to support a set of different phase shift configurations, referred to as transmission modes, while the best transmission mode is selected from the set for each tile in the online stage. Given a transmission mode set, we aim to minimize the total base station (BS) transmit power by jointly optimizing the beamforming and the transmission mode selection policy taking into account the quality-of-service requirements of information decoding and non-linear energy harvesting receivers, respectively. Although the resource allocation algorithm design is formulated as a non-convex combinatorial optimization problem, we solve it optimally by applying the branch-and-bound (BnB) approach which entails a high computational complexity. To strike a balance between optimality and computational complexity, we also develop an efficient suboptimal algorithm capitalizing on the penalty method and successive convex approximation. Our simulation results show that the proposed designs enable considerable power savings compared to several baseline schemes. Moreover, our results reveal that by properly adjusting the numbers of tiles and transmission modes, the proposed scalable optimization framework indeed facilitates online design for large IRSs.


翻译:在本文件中,我们研究了大型智能反映表面(IRS)辅助的同步无线信息和电力传输系统的最佳资源分配算法设计。为了便利大型IRS的有效系统设计,而不是联合优化所有IRS元素,我们将IRS分成几个砖块,并采用一个包含离线设计阶段和非线性能源采集阶段的可缩放优化框架。在离线阶段,每个瓷砖的IRS元素是联合设计的,以支持一套不同的阶段性转变配置,称为传输模式,而最佳传输模式则从网上阶段的每张牌集中挑选出最佳传输模式。鉴于一个传输模式,我们的目标是通过联合优化波形配置和传输模式选择几个瓦子,将总基站的电力传输最小化,同时考虑到信息解码和非线性能源采集接收器的服务质量要求。尽管资源分配算法设计成一个非科尼波调调调调调调调调调频框架,但我们最妥善地解决了这一问题,方法是对在线传输工具采用直流(BnB)的组合和直线性传输模式选择总基站的传输模式,同时对高度进行高度设计。我们最精度的精度估算的精度估算的精度估算的精度的精度评估。

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