<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">28533</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2023.028533</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Fairness-Aware Harvested Energy Efficiency Algorithm for IRS-Aided Intelligent Sensor Networks with SWIPT</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Fairness-Aware Harvested Energy Efficiency Algorithm for IRS-Aided Intelligent Sensor Networks with SWIPT</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Fairness-Aware Harvested Energy Efficiency Algorithm for IRS-Aided Intelligent Sensor Networks with SWIPT</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Chen</surname><given-names>Yingying</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Tan</surname><given-names>Weiqiang</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Li</surname><given-names>Shidang</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref><email>shidangli@jsnu.edu.cn</email></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>School of Geography, Geomatics and Planning, Jiangsu Normal University</institution>, <addr-line>Xuzhou, 221116</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>School of Computer Science and Cyber Engineering, Guangzhou University</institution>, <addr-line>Guangzhou, 510006</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>School of Physics and Electronic Engineering, Jiangsu Normal University</institution>, <addr-line>Xuzhou, 221116</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Shidang Li. Email: <email>shidangli@jsnu.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic">
<year>2023</year></pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic"><day>03</day><month>8</month><year>2023</year></pub-date>
<volume>137</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>2675</fpage>
<lpage>2691</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>23</day><month>12</month><year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted"><day>14</day><month>3</month><year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2023 Chen, Tan and Li</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Chen, Tan and Li</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_28533.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>In this paper, a novel fairness-aware harvested energy efficiency-based green transmission scheme for wireless information and power transfer (SWIPT) aided sensor networks is developed for active beamforming of multi-antenna transmitter and passive beamforming at intelligent reflecting surfaces (IRS). By optimizing the active beamformer assignment at the transmitter in conjunction with the passive beamformer assignment at the IRS, we aim to maximize the minimum harvested energy efficiency among all the energy receivers (ER) where information receivers (IR) are bound to the signal-interference-noise-ratio (SINR) and the maximum transmitted power of the transmitter. To handle the non-convex problem, both semi-definite relaxation (SDR) and block coordinate descent technologies are exploited. Then, the original problem is transformed into two convex sub-problems which can be solved via semidefinite programming. Numerical simulation results demonstrate that the IRS and energy beamformer settings in this paper provide greater system gain than the traditional experimental setting, thereby improving the fairness-aware harvested energy efficiency of the ER.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>SWIPT</kwd>
<kwd>intelligent reflecting surfaces</kwd>
<kwd>fairness-aware harvested energy efficiency</kwd>
<kwd>semi-definite relaxation</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education, the National Natural Science Foundation of China</funding-source>
<award-id>62171119</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg2">
<funding-source>Key Research and Development Plan of Xuzhou</funding-source>
<award-id>KC20027</award-id>
<award-id>KC18079</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg3">
<funding-source>Joint Research Fund for Guangzhou University and Hong Kong University of Science and Technology</funding-source>
<award-id>YH202203</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg4">
<funding-source>Guangzhou Basic Research Program Municipal School (College)</funding-source>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>Increasing interest from both academia and industry has been drawn to the IRS as a candidate technology for future communication networks. The IRS consists of a variety of intelligent reflecting units that can be automatically changed to reflect signals in different environments to facilitate wireless transmission. In the event that the IRS is affiliated, radio-frequency (RF) signals are able to be transmitted with greater efficiency to intended receivers, and only unintentional receivers can interfere with the transmission. For example, RF signals are reflected in the direction that the transmitters intended for when they are transmitted from the transmitters. In addition, the IRS is an array of passive antennas that consumes substantially less power. In this regard, the IRS is considered to be a cost-effective way for wireless communication networks to improve their spectrum efficiency as well as their energy efficiency due to its cost effective approach.</p>
<p>There have been several previous studies that have investigated active signal transmission via transmitters and shift phase via IRSs in order to enhance the transmission performance for the IRS-assisted communication systems. In particular, Huang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>] investigated sum-rate maximization by optimizing both the transmit power of the transmitter as well as phase shift coefficients the IRS separately. According to [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>], the transmission power of a single-user IRS system was optimized using a combination of continuous transmit beamformer and discrete phase shift to minimize the transmission power while taking into account the SINR constraint. There was an investigation in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>] that sought to optimize both the beamforming weights and the phase shifts of IRS in order to maximize the spectral efficiency (SE) of a single antenna user. The work in that article [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>] investigated the security of the physical layer for the IRS-aided networks while taking into consideration imperfect CSI corresponding to the presence of multi-antenna potential eavesdroppers. Specially, for transmitter and IRS, beamformers as well as the covariance matrices for the artificial noise are optimized simultaneously as a way of increasing the total transmission rate. It was the authors of [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>] who employ convex constraints to approximate the unit modulus constraints of the phase shifters in order to maximize the secrecy rate between several legitimate users and multiple eavesdroppers by using convex constraints to approximate the unit modulus constraints. In spite of the fact that this approach simplifies the design of algorithms in a significant way, there may in fact be a significant performance loss as a result of this approach. In addition, various other setups are also used to study joint transmission and reflection designs, including OFDM [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>] and NOMA [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>].</p>
<p>In future wireless systems, one of the most significant concerns is the amount of energy consumed. In order to ensure high energy efficiency, it is possible to harvest energy from ambient radio frequency signals in order to achieve high performance [<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>]. As a result of using the SWIPT, there is the possibility that the user will be able to reap the benefits of both the energy and the information that is being conveyed at the same time. For example, Xu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>] introduced a very interesting transmission scheme for multiuser multiple-input single-output (MISO) SWIPT networks, which comprised a multiantenna transmitter that transmits signals of information to multiple wireless receivers with single antennas and an ER with only one antenna. Besides, a method for achieving robust beamforming was proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>] in which the minimum transmission power of the beam is limited by both the secrecy rate and efficiency of the channel parameters, as both play a critical role in determining the level of robustness of the beamforming. The embodiment of such a concept in practical systems is accomplished by both the PS and time switching (TS) receiver architectures, which are the common user architectures found in SWIPT-enabled systems [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]. When using SWIPT systems, we should be aware that the amount of energy harvested at the user end can be severely dictated by the path losses in long-range data transmissions, which can lead to a performance bottleneck at the user end as a result. With this in mind, multiple antennas and IRSs can be utilized simultaneously in the PS-enabled SWIPT-aided network in order to obtain increased transmission efficiency and to improve beamforming gains at both transmitter and IRS. It is quite evident that both the MISO and IRS can be applied to work together so as to mitigate the attenuation of signals caused by the long distance between the transmitter and energy harvesting receivers.</p>
<p>Recently, there have been a variety of combinations of SWIPT/RIS techniques investigated in order to gain the advantages of SWIPT/RIS and to reap their performance benefits. There are many different forms of communication that can be enhanced through the use of this technology, such as mobile edge computing [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>], secure transmission [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>], the Internet of Things [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>], and heterogeneous networks [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>]. For example, the deployment of IRS provides a new way for SWIPT-enabled Communication systems and allows more freedom for optimization. As a result, an increase in the efficiency of the transmission of information and energy can be obtained by combining active and passive beam forming to increase the system&#x2019;s service coverage. As reported in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>], penalty algorithms are capable of optimizing the active/passive beam forming process to minimize the amount of base-station transmitted power when certain conditions are met, such as satisfying the quality constraint for user service and the IRS modularity constraint. Several studies have been conducted in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] that demonstrate the optimization of maximum weighted energy as a means of ensuring the fairness of each user&#x2019;s performance, as well as that base-station&#x2019;s capability to transmit information beam forming meets the service quality requirements of both users that receive information and those who collect energy. To ensure fairness among multiple users, literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>] considered the weighting and rate maximization of users receiving information, and proposes an algorithm based on block coordinate descending to alternately optimize the precoding matrix at the AP as well as the phase shift vector to ensure fairness among users. Typically, the receiver of an Internet of Things application must simultaneously decode data and collect energy [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>]. According to a study published in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>], MISO systems with IRS-assisted downlink SWIPT were examined. In this system, the AP transmits both information and energy simultaneously to the user, who can then decode the data and obtain power through power splitting, where the goal is to minimize the transmitted power of base-station by combining the optimization of beam forming, power splitting factor and reflection phase shift at IRS. Based on literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>], the IRS-SWIPT system&#x2019;s performance was compared to the receiver with power splitting mode&#x2019;s decoding, forwarding, and relaying systems. Additionally, there is a robust beam-forming design that has been proposed in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>]. As a result of the interruption probability constraint, beam forming of AP and phase shift of IRS were combined to minimize the transmitted power by applying SDR and Bernstein type inequality in order to achieve the lowest transmitted power. As stated above, however, in the algorithms discussed above, there is no study on fairness-aware harvested energy efficiency within the confines of module-1 constraint of a SWIPT system based on IRS-assisted [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>].</p>
<p>Aiming to resolve the issue of active beamforming as well as passive beamforming in IRS-assisted SWIPT systems, the purpose of this paper is to examine the design and optimization of beamforming based on fairness-aware harvested energy efficiency criteria. Taking the harvested energy efficiency as the optimization objective, we determined the IRS passive beamforming vector of the transmitter as well as the IRS active beamforming vector under power control conditions, and IRS phase shift constraints. To solve the SINR constraints at the receiving end, we propose a method for calculating harvested energy efficiency and apply the alternate direction multiplier method in order to calculate the fairness-aware harvested energy efficiency from the receivers point of view. In this case, it means that the considered problem can be transformed into the standard semi-positive definite problem by performing SDR method for a given IRS-phase shift matrix. Once the active beamforming vector was optimized, the SINR constraint value under the IRS passive condition was calculated, which in turn was transformed into a convex optimization problem for the IRS phase shift matrix. Furthermore, an iterative algorithm of our interested communication systems is developed. The simulation results indicate that the developed RIS-SWIPT network with energy beamformer achieves an impressive performance improvement compared with the conventional transmission schemes.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>System Model and Problem Formulation</title>
<p>We study the downlink transmission of a MISO-SWIPT network consisting of one transmitter and one IRS as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>, where the transmitter serves <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> information users and <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> ERs with aid of the IRS where all the receivers have single antenna. Besides, the transmitter is equipped with <italic>M</italic> antenna while the IRS has <italic>N</italic> reflection elements. Assume <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the complex vector containing the channel coefficients between the <italic>M</italic> antennas of the transmitter and the IRS, <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote the complex vector containing the channel coefficients between the transmitter and the <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th IR and <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th ER, respevtively. <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the reflective channel between the IRS and <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th IR while <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote the reflective channel from the IRS to <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th ER. We further assume, in this paper, that all information about the channel state is always available at the transmitter, so that we can concentrate more effectively on the design of active beamforming techniques as well as passive beamforming techniques for the purposes of this paper.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>IRS-SWIPT Wireless Sensors System</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28533-fig-1.tif"/>
</fig>
<p>As a starting point, for the active beam assignment, this work does not only set the traditional information beam assignment at the transmitter, but also adds the energy beam assignment for the ERs for the active beam assignment. Due to the random nature of information, we assume that the signal <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for k-th receivers follow a Gaussian distribution, for example: <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, and the corresponding beamforming vector is <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Because while only the ER needs to capture the beam&#x2019;s energy and not decode any information, the transmitter is capable of generating pseudo-random sequences of energy signals for transmission through conventional lines. Hence, the energy beamforming vector is set as <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Specially, <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the high rank matrix, then there exists <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> separated energy beams in our considered model. Then, the conveyed signal at AP is</p>
<p><disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>Given that the active beamformer at the transmitter allows a maximum transmitting power of <italic>P</italic>, then the transmitting power constraint equals <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As a further step, we define the reflective parameters for the IRS based on the passive beamforming at the IRS. In this case, the reflection parameters are primarily comprised of the reflection amplitude and the rotation of the phase of the incident signal. Since the signal coverage problem is inherent, we typically set the reflection amplitude to 1 in order to maximize the reflected signal. Therefore, the reflection phase matrix endowed with passive beams is defined as <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>&#x225C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> refers to the reflection phase of the <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th reflection element. By virtue of the above definition, the receivers are capable of simultaneously receiving both the direct signal from the transmitter&#x2019;s direct path and the reflected signal from the IRS&#x2019;s reflection path. In the first instance, for each IR, the received signal for the <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th receiver is given by<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> represents the additive white Gaussian noise. Moreover, in view of the fact that the ER only considers the strength of the received signal without regard to the form of the signal, it is possible to generate the energy signal at the transmitter by using a pseudo-random sequence mechanism. As a result, it is perfectly feasible to eliminate the interference caused by the energy signal as soon as the IR has the knowledge of the pseudo-random sequence of the energy signal a prior. After the interference energy signal offset is taken into account, the SINR of the <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th IR can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>For the ER, the radio-frequency signals it receives are used to charge the battery. Thus, the harvested energy from the i-th ER is provided by</p>
<p><disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula></p>
<p>Herein, <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> refers to static energy consumed by the transmitter, while <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> refers to the static energy consumed by the IRS. As a result, the total consumed power can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi></mml:math></inline-formula> indicates the coefficient of the amplifier. In this study, we utilize the novel definition of harvested energy efficiency of <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th ER, which balances the harvested energy and the corresponding power consumption, can be found as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula></p>
<p>Taking into account the SINR at the IR and the energy receiving power at the ER, it is clear that the level of communication and harvested energy efficiency can be balanced by adjusting the active beam assignment at the transmitter as well as the reflection phase parameter at the IRS to produce a passive beam assignment. As a result, this paper aims to maximize the minimum collected energy efficiency in all ERs so that the harvested energy efficiency level is balanced among ERs in order to achieve this goal under the constraints of the transmitted power at the transmitter, the SINR constraint of all IR, and the reflection phase constraints of the reflective array on the IRS. As a result of the analysis above, the following problem formulation can be modelled:</p>
<p><disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the minimum communication SINR threshold for the <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>-th IR. As can be seen from optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref>, <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are highly coupled within the objective function and SINR constraints, which prevents the optimization from obtaining the global optimal solution directly. To be able to come up with a globally optimal solution, additional decomposition processes will have to be performed.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Design and Optimization of Beamforming Based on Harvested Energy Efficiency</title>
<p>Owing to the fact that the objective function of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref> is a max-min problem, several auxiliary variables are introduced to facilitate further derivation of the objective function, such as <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Then, we have</p>
<p><disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>C1</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>C6</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>C7</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Due to the coupling of variables, this paper will use an iterative method to optimize and solve different variables, that is, first fix the passive beam assignment reflection phase variable <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and optimize and solve the active beam assignment variable <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi></mml:math></inline-formula>. When the active beam assignment has been determined, it is then fixed, so that the passive beam assignment variable can be optimized iteratively until convergence is achieved.</p>
<sec id="s3_1">
<label>3.1</label>
<title>Design Active Beamforming Vectors with Fixed IRS Phase Shift Matrices</title>
<p>In the first instance, after confirming the passive beam assignment <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, this subsection focuses only on the active beam assignment variable <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Since <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0398;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is coupled to the channel at the time of its creation, when it is fixed, the channel becomes locally invariant. For writing convenience, the superimposed channel of direct path and reflection path at the IR and ER are defined as <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. According to the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref> after channel merging, we can deduce the active beamforming optimization problem as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since both of the optimization problems <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have non-convex quadratic constraints on the solution space, one could argue that the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> can be defined as a non-convex quadratic programming problem that cannot be solved directly due to the fact that it involves non-convex quadratic constraints. Here, the SDR method will be used to solve problems such as the one mentioned above. Firstly, the semi-positive definite matrix referred to the active beam is modeled as <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, whose rank equals to one. Hence, we can find the equivalent form of optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Since (C5) in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">(10)</xref> involves nonconvex constraints, we approximate these constraints around the initial value (<inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>) using Taylor expansion. Then, the left side of (C5) in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">(10)</xref> can be approximated as</p>
<p><disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2217;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></disp-formula></p>
<p>Therefore, the problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-10">(10)</xref> can be reformalted as</p>
<p><disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2217;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>9</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Nevertheless, due to the rank constraint (C9), the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">(12)</xref> remains non-convex and cannot be solved directly. We can remove the rank-constrained relaxation to obtain the semi-positive definite relaxation form of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">(12)</xref>, which can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the case of the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13</xref>), it should be obvious that the matrix <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi></mml:math></inline-formula> have been selected as variables, and that the optimization problem is a semi-positive definite programming problem (SDP), so it is convex and can be solved directly by using mature optimization tools that are portable [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]. It is supposed that the optimal solution referred to problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> is <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The above assumptions imply that when the rank of <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is less than or equal to 1, then <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can only be broken down into a vector form, and the conjugate transpose multiplication optimization problem is a tight semidefinite relaxation problem, while at the same time, the obtained solution is the optimal solution to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref>. Fortunately, the following theorem indicates that the <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is always less than 1. Moreover, we can decompose the optimal solution obtained from the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">(9)</xref> into the vector form, i.e., such as <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p>
<statement>
<p><bold>Theorem 3.1.</bold> The optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> is a tight semidefinite relaxation problem, which means the corresponding solution of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> always meets <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
</statement>
<p><bold>Proof.</bold> Firstly, we can obtain the Lagrange function of the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref>, which is given as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x02112;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2217;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:mi>b</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:mi>f</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the Lagrangian multipliers and the Lagrangian multipliers matrix, which correspond to constraints <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. As a result, we can obtain the Lagrangian dual function of the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x02112;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>In this way, we can construct the dual problem of optimization <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:munder></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Due to the fact that optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> falls into the SDP form, it is compact with the optimal solution of its dual problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">(16)</xref>, that is, the dual gap is zero [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>]. Because the strong duality is strictly established and the differentiable objective function is present in the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> along with all its corresponding constraints, optimal solutions are guaranteed to satisfy the Karush&#x2013;Kuhn&#x2013;Tucker (KKT) condition. To begin with, let&#x2019;s assume that the best solution to both the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> and the dual problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">(16)</xref> is <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, the KKT conditions related to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-13">(13)</xref> can be written as</p>
<p><disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>For the sake of representation, let us define the matrix <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. In this case, let the maximum eigenvalue of <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> be <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">(17)</xref>, we have</p>
<p><disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></disp-formula></p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">(17)</xref>, we know that <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>&#x2019;s null space is the span of <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which means that the rank relation between them is <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In the following, three cases are discussed: (1) If <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the ranks of <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are <italic>M</italic> and 0, respectively. This implies that, if the transmitter has a non-zero transmitting power constraint, it is not possible to meet the requirements of the SINR constraint, and therefore this case does not represent a valid example. (2) If <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> becomes a nonsemidefinite matrix. Therefore, there is a conflict between this condition and KKT conditions in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">(17)</xref>, so this case cannot be true. (3) According to the analysis above, we can conclude <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Then, the rank of <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which indicates <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Based on the Theorem 3.1, we can determine the optimal active beamforming vector <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. More specifically, the SVD decomposition of <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x039B;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x039B;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is a diagonal matrix with only one diagonal element <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the first column vector of unitary matrix <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the corresponding eigenvector. Moreover, the optimal active beamforming vector <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">W</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="bold">&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. To derive the passive beam configuration from the energy beam, we need to convert it into vectors in order to make the following calculation. Assume the rank of <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:math></inline-formula> is <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3_2">
<label>3.2</label>
<title>The Design of IRS Phase Shift Matrix with Fixed Active Beamforming Vectors</title>
<p>Previously, we discussed how the optimal solution for active beam assignment can be determined by correcting the passive beam assignment reflection phase parameter. Following the fixation of the vectors of the active beam <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the phase parameters of the endowed reflection of the passive beam will be optimized. In order to simplify the writing, the following variables associated with active beamforming are not designated with <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Accordingly, the passive beam assignment optimization problem can be expressed as follows:</p>
<p><disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. From the constraint conditions (<inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and (C5) of optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">(19)</xref>, it can be observed that the passive beam assignment vector <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> to be optimized is embedded in the diagonal matrix of passive beam assignment, so it cannot be solved directly and must be extracted and decomposed. As a first step, we combine the matrix form shown below:</p>
<p><disp-formula id="ueqn-20"><mml:math id="mml-ueqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center center center center center center center center center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-21"><mml:math id="mml-ueqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center center center center center center center center center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="ueqn-22"><mml:math id="mml-ueqn-22" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center center center center center center center center center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">o</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Furthermore, we have recombined the variables related to the phase parameters associated with passive beam-endowed reflection into a vector form, such as <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. As soon as algebraic recombination is performed, the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">(19)</xref> becomes equivalent to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">(20)</xref>, for example:</p>
<p><disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">T</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Z</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mtext>Tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munder><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:msub><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Owing to the rank-1 constraint with <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the problem still remains difficult to solve. By exploiting the SDR approach, the problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">(20)</xref> can be reexpressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">C</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>It can be obviously seen that the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">(21)</xref> is a SDP problem and a convex problem that can be directly solved with convex optimization tools. So we can assume that the solutions are <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Once <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> has been solved in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">(21)</xref>, if the rank of <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> equals to 1, <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be obtain by performing EVD of <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x22C6;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Otherwise, we are able to obtain <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> using the Gaussian randomization method. By using the definition of the phase shift matrix provided by IRS, we are able to obtain the IRS phase shift matrix <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Simulation Results</title>
<p>In this section, we will supply several numerical results relating to the harvested energy efficiency performance of the IRS-enabled system via an iterative procedure on the basis of an iterative algorithm created to verify the performance. For the simulation system, since the intelligent reflective surface is often artificially located, its position is relatively fixed, and it can be installed within sight range of the transmitter, we assume that the channel between the transmitter and the intelligent reflecting surface is Rice channel, which can be modeled as</p>
<p><disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>LoS</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>NLoS</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:msub><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> refers to the rice factor. <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> describe the line-of-sight and non-line-of-sight channel between the transmitter and intelligent reflecting surface, respectively. Due to the ability of receivers to be moved, they may be shielded by obstacles and no LoS path for strong signals exists for intelligent reflecting surface to receiver channels and the transmitter to receiver channels. As a result, we can assume that they are Rayleigh channels. Suppose we have the following channel fading model:</p>
<p><disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the channel fading value based on the reference distance <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> refers to the distance between two communications devices, <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the path-loss exponent. In view of the LoS path between the transmitter and the IRS, the path-loss exponent is set as <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In contrast, the transmitter is usually far away from the receiver and suffers from a large amount of fading, so the path-loss exponent <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is set as 3.5. Due to the fact that the intelligent reflecting surface is usually installed near the receivers, the path-loss exponent <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is 2.5. For the ERs to receive high-power wireless signals as much as possible, we set the distance between the transmitter and receiver to 3 meters. The distance between the transmitter and intelligent reflecting surface is <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> meters. We set the distance between the intelligent reflecting surface and receivers is 50 meters.</p>
<p>First, let&#x2019;s look at <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, which shows the convergence rate of the iterative algorithm discussed in this study when it comes to solving the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref> or <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref>. Based on <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, our iterative algorithm ensures that the harvested energy efficiency is monotonous throughout the iterative process of optimizing the minimum amount of harvested energy efficiency. It is also easy to see that in the first 4 iterations, there is a fast convergence rate, which can result in a higher energy efficiency of over 90-percent of the entire system. After 4 iterations, a convergence degree is close to being reached in terms of increase of harvested energy efficiency, which brings the speed guarantee to the real-time adjustment of the intelligent sensors networks.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>Efficacy of the proposed algorithm in terms of convergence</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28533-fig-2.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref> presents an experimental simulation that illustrates the changing minimum harvested energy efficiency as a function of the the maximum allowed transmitted power. As part of the setup for the system comparison, four cases were taken into consideration: (1) A system with an energy beamformer and an intelligent reflecting surface is the corresponding system setting for our algorithm. (2) In the system with energy beamformer but no intelligent reflectors, the setup is the same as the traditional system. As far as the AP is concerned, it transmits only information beamformer for SWIPT, which does not offer any IRS services. Then, the solution for the convention problem can be found in the same way as the solution for <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>. (3) System with no energy beam but intelligent reflector enables the verification of energy beamformer function, by allowing the AP to transmit only the information beamformer configuration to the ER, while the information beamformer transmits energy simultaneously to the ER when the SINR requirements are met. As a consequence, maximum minimum harvested energy efficiency can be expressed as the following constraint optimization problem:<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:mtable columnalign="right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mtext>&#x00A0;</mml:mtext><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x00A0;&#x00A0;&#x00A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Fairness-aware harvested energy efficiency varies with the maximum allowed transmitted power</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28533-fig-3.tif"/>
</fig>
<p>Based on the analysis, it appears that the problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">(24)</xref> has an identical structure as the optimization problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">(7)</xref> and that the same algorithm can be used to solve them. (4) The system has no energy beam and no intelligent reflective surface. With this system, only information beams are launched to work in conjunction with wireless communication systems of transmission of information and energy. Due to the lack of reflection paths, this problem can be solved by using the iterative algorithm of active beam design. From <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>, we can easily check that there is a practically linear relationship between the fairness-aware harvested energy energy and the transmitter power between 30 and 45 dBm. However, the max-min harvested energy efficiency achieve a constant value. The reason falls into the factthat the adverse effect of the maximum networks power consumption cannot be compensated by any of the schemes. In addition, as compared to (1) and (2) or (3) and (4) system settings, the IRS-aided system performs better than its non-IRS-aided counterpart, which indicates that IRS can increase the range of the transmitter&#x2019;s signals, improve the performance of fairness-aware harvested energy efficiency in poor channel environments. Furthermore, under the same hardware system conditions, the performance of the system with energy beamformer always exceeds those without, regardless of whether the IRS is equipped or not, which indicates the importance of energy beamformer. The reason is that a targeted design can be performed for the ER&#x2019;s channel by using the energy beamformer, while in the absence of energy beamformer, the channel of the ER can only be considered at the same time by sacrificing the optimality of the information beamformer, resulting in a decrease in system performance, which is why energy beams are necessary.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref> shows how the max-min harvested energy efficiency varies with SINR thresholds at the IR. Here, the maximum allowed transmit power is 40 dBm. With the iterative algorithm in a system setup incorporating IRS and energy beamformers, significant system performance gains can be achieved. The fairness-aware harvested energy efficiency exceeds the experimental values of the other three reference comparison groups. In addition, it can be also checked that the energy beamformer can improve performance gains in systems with or without smart reflectors in the range of entire SINR thresholds. It is because systems with an energy beamformer can better align the beamformer with a channel in the ERs, which offers a greater degree of freedom than systems with only the information beamformer.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Fairness-aware harvested energy efficiency varies with the minimum required SINR</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28533-fig-4.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>, the max-min harvested energy efficiency is shown at different distances between the IRS and the AP. Herein, the distance between the transmitter and the IRS in this experiment is 20 meter, and all individual receivers are arranged on the same plane, which means that the horizontal distance between the receivers and the transmitter or IRS is always the same. In addition, to study the effect of IRS on a system with different number of reflection elements, we have also set up a comparative experiment with a different number of reflection elements as well. Based on <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>, we can draw the following results: Firstly, as long as the receivers are not equipped with an IRS, the energy signals or information signals are mainly transmitted through the active beamformers assignment at the AP. When the horizontal distance between the receivers and the transmitter increases, the fairness-aware harvested energy efficiency will gradually decrease, because the longer the distance, the greater the channel fading. Secondly, it is important to note that as the ERs move away from the transmitter within the first 17 meters of installing IRS, its max-min-harvested-energy-efficiency decreases as the receiver moves away from the transmitter. As a result, it has been observed that if the distance between the transmitter and the IRS is increased from 17 to 19 meters, then the minimum power that can be received by the antenna increases gradually over time as the horizontal distance increases. This is because when the receivers moves away from the transmitter, they are also close to IRS. Hence, the receivers compensates for fading away from AP by receiving the reflected signal. Thirdly, according to the comparison of the experiment with and without intelligent reflectors, the attenuation of minimum energy received power is faster in the system without intelligent reflectors, whereas in the system with intelligent reflectors, the minimum energy received power is always higher than without intelligent reflectors, and the attenuation is slow, indicating that intelligent reflectors can significantly improve system performance gains. Finally, in comparing the gain of fairness-aware harvested energy efficiency between 40 and 80 different reflection elements, it can be found that the greater the number of reflection array elements, the greater is the gain in max-min harvested energy efficiency as compared to the lower number of reflection elements. The reason behind this is that with larger <italic>M</italic>, more array gain can be achieved, resulting in a greater degree of freedom in the spatial domain.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Fairness-aware harvested energy efficiency varies with the distance between the receivers and the transmitter on a horizontal plane</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28533-fig-5.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Conclusion</title>
<p>In the MISO SWIPT wireless sensor networks with IRS assistance, a transmitter with multiple antennas is used to simultaneously send energy signals to the ERs and information signals to the IR for a single antenna that is connected to the transmitter. In order to ensure a fair distribution of harvested energy efficiency among all ERs, the system in this study is designed to maximize the minimum energy receiving power in each receiver. In addition, the system has limitations in terms of a constrained SINR at the receivers, a constrained maximum transmitted power at the transmitter, and a constrained reflection phase at the IRS. As a result, both beamformers at the transmitter and the IRS are optimized. As the objective function and SINR constraint are highly coupled between active beamforming vector and passive beamforming, this study uses an iterative approach to fix the passive beamforming, then optimize the active beamforming vector, and finally fix the latter to optimize the former. As a result of simulations, IRS appears to be able to improve energy efficiency while maintaining fairness in harvesting.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>The authors wish to express their appreciation to the reviewers for their helpful suggestions which greatly improved the presentation of this paper.</p>
</ack>
<sec><title>Funding Statement</title>
<p>This work was supported in part by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education, the National Natural Science Foundation of China under Grant No. 62171119, the Key Research and Development Plan of Xuzhou under Grant Nos. KC20027, KC18079, in part by the Joint Research Fund for Guangzhou University and Hong Kong University of Science and Technology under Grant No. YH202203, the Guangzhou Basic Research Program Municipal School (College) Joint Funding Project.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement"><title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p>
</sec>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zappone</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Debbah</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuen</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Achievable rate maximization by passive intelligent mirrors</article-title>. <conf-name>2018 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP)</conf-name>, <publisher-loc>Calgary, AB, Canada</publisher-loc>, <publisher-name>IEEE</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Beamforming optimization for intelligent reflecting surface with discrete phase</article-title>. <conf-name>2019 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP)</conf-name>, <publisher-loc>Brighton, UK</publisher-loc>, <publisher-name>IEEE</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zappone</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alexandropoulos</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Debbah</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuen</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Reconfigurable intelligent surfaces for energy efficiency in wireless communication</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>18</volume><italic>(</italic><issue>8</issue><italic>),</italic> <fpage>4157</fpage>&#x2013;<lpage>4170</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2019.2922609</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ng</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Schober</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Robust and secure wireless communications via intelligent reflecting surfaces</article-title>. <source>IEEE Journal on Selected Areas in Communications</source><italic>,</italic> <volume>38</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>2637</fpage>&#x2013;<lpage>2652</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.2020.3007043</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chen</surname> <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liang</surname> <given-names>Y. -C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pei</surname> <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Guo</surname> <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Intelligent reflecting surface: A programmable wireless environment for physical layer security</article-title>. <source>IEEE Access</source><italic>,</italic> <volume>7</volume><italic>,</italic> <fpage>82599</fpage>&#x2013;<lpage>82612</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2019.2924034</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Garg</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nie</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Joint transmit precoding and reflect beamforming for IRS-assisted MIMO-OFDM secure communications</article-title>. <conf-name>2021 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM)</conf-name>, <publisher-loc>Madrid, Spain</publisher-loc>, <publisher-name>IEEE</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiong</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Joint active and passive beamforming design for the IRS-assisted MIMOME-OFDM secure communications</article-title>. <source>IEEE Transactions on Vehicular Technology</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>10369</fpage>&#x2013;<lpage>10381</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TVT.2021.3106351</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Raj</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Effective capacity analysis of reconfigurable intelligent surfaces aided NOMA networks</article-title>. <source>EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking</source><italic>,</italic> <volume>198</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13638-021-02070-7</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Effective capacity analysis of STAR-RIS assisted NOMA networks</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><italic>(</italic><issue>9</issue><italic>),</italic> <fpage>1930</fpage>&#x2013;<lpage>1934</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LWC.2022.3188443</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tan</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>You</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Optimal secure transmit design for wireless information and power transfer in V2X vehicular communication systems</article-title>. <source>AEU-International Journal of Electronics and Communications</source><italic>,</italic> <volume>118</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aeue.2020.153148</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Joint transmit beamforming and receive power splitting for MISO SWIPT systems</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>13</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>3269</fpage>&#x2013;<lpage>3280</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2014.041714.131688</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Song</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nie</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jiang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yin</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>On the secrecy for relay-aided SWIPT internet of things system with cooperative eavesdroppers</article-title>. <source>IEEE Access</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>,</italic> <fpage>28204</fpage>&#x2013;<lpage>28212</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2021.3058504</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Multiuser MISO beamforming for simultaneous wireless information and power transfer</article-title>. <source>IEEE Transactions on Signal Processing</source><italic>,</italic> <volume>62</volume><italic>(</italic><issue>18</issue><italic>),</italic> <fpage>4798</fpage>&#x2013;<lpage>4810</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2014.2340817</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ge</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Energy-efficiency maximization for secure multiuser MIMO SWIPT systems with CSI uncertainty</article-title>. <source>IEEE Access</source><italic>,</italic> <volume>6</volume><italic>,</italic> <fpage>2097</fpage>&#x2013;<lpage>2109</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2017.2781717</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Clerckx</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Schober</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ng</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kim</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Fundamentals of wireless information and power transfer: From RF energy harvester models to signal and system designs</article-title>. <source>IEEE Journal on Selected Areas in Communications</source><italic>,</italic> <volume>37</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>4</fpage>&#x2013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.2018.2872615</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Intelligent reflecting surface and artificial-noise-assisted secure transmission of mec system</article-title>. <source>IEEE Internet of Things Journal</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>(</italic><issue>13</issue><italic>),</italic> <fpage>11477</fpage>&#x2013;<lpage>11488</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JIOT.2021.3127534</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Si</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>IRS-aided SWIPT systems with power splitting and artificial noise</article-title>. <source>China Communications</source><italic>,</italic> <volume>19</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>108</fpage>&#x2013;<lpage>120</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.23919/JCC.2022.04.009</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhao</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Flexible and reliable multiuser SWIPT IoT network enhanced by UAV-mounted intelligent reflecting surface</article-title>. <source>IEEE Transactions on Reliability</source><italic>,</italic> <volume>71</volume><italic>(</italic><issue>22</issue><italic>),</italic> <fpage>1092</fpage>&#x2013;<lpage>1103</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TR.2022.3161336</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ntougias</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Krikidis</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Probabilistically robust optimization of IRS-aided SWIPT under coordinated spectrum underlay</article-title>. <source>IEEE Transactions on Communications</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>2298</fpage>&#x2013;<lpage>2312</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2022.3148425</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Joint active and passive beamforming optimization for intelligent reflecting surface assisted SWIPT under QoS constraints</article-title>. <source>IEEE Journal on Selected Areas in Communications</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>1735</fpage>&#x2013;<lpage>1748</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.2020.3000807</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Weighted sum power maximization for intelligent reflecting surface aided SWIPT</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>586</fpage>&#x2013;<lpage>590</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LWC.2019.2961656</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zargari</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Farahmand</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abolhassani</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Joint design of transmit beamforming, IRS platform, and power splitting SWIPT receivers for downlink cellular multiuser MISO</article-title>. <source>Physical Communication</source><italic>,</italic> <volume>48</volume><italic>(</italic><issue>9</issue><italic>),</italic> <fpage>101413</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.phycom.2021.101413</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Masoumi</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Emadi</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Performance analysis of cooperative SWIPT system: Intelligent reflecting surface versus decode-and-forward</article-title>. <source>AUT Journal of Modeling and Simulation</source><italic>,</italic> <volume>51</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>241</fpage>&#x2013;<lpage>248</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.22060/MISCJ.2019.16626.5165</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hao</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Robust beamforming design for IRS-aided secure SWIPT terahertz systems with non-linear EH model</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>746</fpage>&#x2013;<lpage>750</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LWC.2022.3142098</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ma</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xie</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Joint transmit and reflective beamforming design for IRS-assisted multiuser MISO SWIPT systems</article-title>. <conf-name>2020 IEEE International Conference on Communications (ICC)</conf-name>, <publisher-loc>Dublin, Ireland</publisher-loc>, <publisher-name>IEEE</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rose Hu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qian</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Energy efficient robust beamforming and cooperative jamming design for IRS-assisted MISO networks</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>2592</fpage>&#x2013;<lpage>2607</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2020.3043325</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Fu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Feng</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tang</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ng</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Robust secure beamforming design for two-user downlink MISO rate-splitting systems</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>19</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>8351</fpage>&#x2013;<lpage>8365</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2020.3021725</pub-id></mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back></article>