In this paper, we study the waveform and passive beamforming design for intelligent reflecting surface (IRS)-aided wireless power transfer (WPT). Generalized multi-user and low complexity single-user algorithms are derived based on alternating optimization (AO) framework to maximize the weighted sum output DC current, subject to transmit power constraints and passive beamforming phases unit modulus constraints. The input signal waveform and IRS passive beamforming phase shifts are jointly designed as a function of users' individual frequency-selective channel state information (CSI). The energy harvester nonlinearity is explored and two IRS deployment schemes, namely frequency selective IRS (FS-IRS) and frequency flat IRS (FF-IRS), are modeled and analyzed. This paper highlights the fact that IRS can provide an extra passive beamforming gain on output DC power over conventional WPT designs and significantly influence the waveform design by leveraging the benefit of passive beamforming, frequency diversity and energy harvester nonlinearity. Even though FF-IRS exhibits lower output DC current than FS-IRS, it still achieves substantially increased DC power over conventional WPT designs. Performance evaluations confirm the significant benefits of a joint waveform and passive beamforming design accounting for the energy harvester nonlinearity to boost the performance of single-user and multi-user WPT system.


翻译:在本文中,我们研究了智能反射表面无线电力传输(IRS)的波形和被动波形设计。通用多用户和低复杂单一用户算法基于交替优化框架(AO),以最大限度地实现加权总输出量 DC 电流,但需传输电力限制和被动波形单元模量限制。输入波形和IRS被动波形改变阶段是作为用户个人频率选择性频道状态信息(CSI)的一个函数共同设计的。能源采集器非线性功能得到探索,两种IRS部署计划,即频率选择性IRS(FS-IRS)和频率平板IRS(FF-IRS)和频率平板IRS(FF-IRS),得到建模和分析。本文强调,IRS能够通过利用被动成型、频度多样性和能源采集器不线国家信息(CSI)的好处,为DC产出显示比FS-IRS低, 其频率选择性IRS和频率部署计划(FS-IRS)和频率平坦的IRS(FF-IRS)的部署计划。本文强调,IRS能够对DC输出量化单一用户系统进行大幅增长业绩评估。

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