IRS 辅助的过载多天线系统：联合用户分组与资源分配

本文研究了一种智能反射面（IRS）辅助的多天线同步无线信息与功率传输（SWIPT）系统，其中配备 $M$ 根天线的接入点（AP）在存在相位误差的 IRS 辅助下，服务于 $K$ 个单天线信息用户（IU）和 $J$ 个单天线能量用户（EU）。我们明确关注 $K + J > M$ 且 $K \geq M$ 的过载场景。我们的目标是通过优化资源分配（包括时间、AP 处的发射波束成形以及 IRS 处的反射波束成形）来最大化所有 IU 中的最小吞吐量，同时保证每个 EU 处的最小收集能量。为此，我们提出了两种用户分组（UG）方案，即非重叠 UG 方案和重叠 UG 方案，其区别在于相同的 IU 是否可以存在于多个组中。不同的 IU 组在正交时域上被服务，而同一组中的 IU 通过空间复用与所有 EU 同时被服务。对应于两种 UG 方案的两个问题是混合整数非凸优化问题，难以求得最优解。我们基于大-M 表述、惩罚法、块坐标下降和连续凸近似为这两个问题提出了高效算法。仿真结果表明：1）所提鲁棒设计的非鲁棒对应方案不适用于存在相位误差的实际 IRS 辅助 SWIPT 系统，因为其无法满足能量收集约束；2）所提 UG 策略相比无 UG 或采用随机 UG 的基准方案能显著提升最大最小吞吐量；3）当 $K$ 与 $M$ 的绝对差值较小且能量收集（EH）约束不严格时，重叠 UG 方案的表现远优于其非重叠对应方案。