<?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">28584</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2023.028584</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Resource Allocation for IRS Assisted mmWave Wireless Powered Sensor Networks with User Cooperation</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Resource Allocation for IRS Assisted mmWave Wireless Powered Sensor Networks with User Cooperation</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Resource Allocation for IRS Assisted mmWave Wireless Powered Sensor Networks with User Cooperation</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Lin</surname><given-names>Yonghui</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Zhu</surname><given-names>Zhengyu</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref><email>zhuzhengyu6@gmail.com</email></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>Network Center, Zhengzhou University</institution>, <addr-line>Zhengzhou, 450001</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>School of Electrical and Information Engineering, Zhengzhou University</institution>, <addr-line>Zhengzhou, 450001</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Zhengyu Zhu. Email: <email>zhuzhengyu6@gmail.com</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>22</day><month>9</month><year>2023</year></pub-date>
<volume>138</volume>
<issue>1</issue>
<fpage>663</fpage>
<lpage>677</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>26</day><month>12</month><year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted"><day>28</day><month>3</month><year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2024 Lin and Zhu</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Lin and Zhu</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_28584.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>In this paper, we investigate IRS-aided user cooperation (UC) scheme in millimeter wave (mmWave) wireless-powered sensor networks (WPSN), where two single-antenna users are wireless powered in the wireless energy transfer (WET) phase first and then cooperatively transmit information to a hybrid access point (AP) in the wireless information transmission (WIT) phase, following which the IRS is deployed to enhance the system performance of the WET and WIT. We maximized the weighted sum-rate problem by jointly optimizing the transmit time slots, power allocations, and the phase shifts of the IRS. Due to the non-convexity of the original problem, a semidefinite programming relaxation-based approach is proposed to convert the formulated problem to a convex optimization framework, which can obtain the optimal global solution. Simulation results demonstrate that the weighted sum throughput of the proposed UC scheme outperforms the non-UC scheme whether equipped with IRS or not.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Intelligent reflecting surface</kwd>
<kwd>millimeter wave</kwd>
<kwd>wireless powered sensor networks</kwd>
<kwd>user cooperation</kwd>
<kwd>resource allocation</kwd>
</kwd-group>
<funding-group>
<award-group id="awg1">
<funding-source>National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University</funding-source>
<award-id>2023D11</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg2">
<funding-source>program for Science &#x0026; Technology Innovation Talents in Universities of Henan Province</funding-source>
<award-id>23HASTIT019</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg3">
<funding-source>Natural Science Foundation of Henan Province</funding-source>
<award-id>20232300421097</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg4">
<funding-source>China Postdoctoral Science Foundation</funding-source>
<award-id>2020M682345</award-id>
</award-group>
<award-group id="awg5">
<funding-source>Henan Postdoctoral Foundation</funding-source>
<award-id>202001015</award-id>
</award-group>
</funding-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>The rapid expansion of the number of mobile devices has brought higher requirements for wireless applications, such as more extensive radio coverage, lower latency, higher data transmission rates and higher security, while the emergence of sixth-generation (6G) wireless technologies can perfectly meet such demands [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>] describe the vision of future 6G communication and network architecture, which presents emerging technologies such as artificial intelligence, blockchain, quantum communications, integration of wireless information and energy transfer, integrated sensing and communication, intelligent reflecting surface and big data. Millimeter-wave (mmWave) communication has been widely regarded as a key technology of 6G, which owns ultra-wide bandwidth and high transfer speed advantages to meet the enormous capacity demand for 6G wireless communications [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>]. An exhaustive survey of mmWave wireless communications for future 6G networks is described in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>], where the latest channel measurement, modeling and multiple input multiple output (MIMO) transceiver designs are summarized.</p>
<p>Also, energy harvesting (EH), as one of the main techniques to power future 6G wireless networks, has been introduced as an efficient method that allows wireless devices to capture the energy from external environments [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>]. Radio frequency (RF) EH technique can enable an aggressive energy supply to the wireless devices (WDs) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>]. As an promising and emerging EH technology, wireless power communication networks (WPCN) are of great interest as they have the potential to provide wireless power to energy-constrained devices such as the internet of things (IoT) and wireless sensor networks (WSN) to ensure their operation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>]. Compared to the traditional battery-powered way, WPCN always provides more reliable and sustainable power replenishment. In WPCNs, the placement optimization of power and information access points is researched, where the WDs harvest the RF energy in the downlink and employ the harvested energy to transmit information to a base station in the uplink [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>].</p>
<p>To improve the radio coverage and signal quality in a green way, an intelligent reflecting surface (IRS) has been proposed to reshape the signal propagation environment via passive reflecting arrays [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]. The transmitted signal can be reflected the receiver through the IRS and constitutes the received signal together with the signal transmitted by the direct link [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]. Thus, the reflected signal can be enhanced by properly adjusting the passive components of IRS [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>].</p>
<p>Recently, some research on IRS-aided wireless powered sensor networks (WPSN) has been studied in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>]. For maximizing the sum throughput in an IRS-aided WPCN, the closed-form solution for the phase shifts of the wireless information transfer has been derived, where a low complexity scheme was proposed to reduce the computational complexity of the semidefinite programming (SDP) scheme [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>]. Considering user cooperation (UC) in an IRS-assisted WPCN, the maximum throughput performance has been derived by jointly optimizing the power allocations, IRS phase shifts and the transmit time [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>]. By obtaining a closed-form solution by the Lagrange dual method and the Karush-Kuhn-Tucker conditions in an IRS-aided WPSN, Chu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] optimally designed the bandwidth allocation and the transmit time schedule. Li et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] have maximized the minimum throughput performance for IRS-aided UC in a WPCN. To simultaneously improve the performance of uplink information transmission and downlink energy transfer, Lyu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>] investigated a hybrid-relaying self-sustainable IRS WPCN. Zhai et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>] has considered multicast transmissions in a game-theoretic way in an IRS-aided WPCN, where the closed-form optimal phase shifts have been derived. For a backscatter-assisted WPCN with an IRS, Ramezani et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>] have studied the maximization of total network throughput through a two-stage algorithm. In an IRS-assisted multiuser MISO WPCN, Zheng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>] have
 maximized the weighted sum rate of all the energy-harvesting users by applying a block-structured optimization method. A novel dynamic IRS beamforming framework has been proposed to boost the sum throughput of an IRS-aided WPCN in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]. In order to strictly guarantee device quality-of-service (QoS) requirements, Zeng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>] have considered the non-linear energy harvesting in an IRS WPCN. In a multi-user IRS WPCN, Cao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>] have maximized the system throughput by optimizing jointly the energy beamforming, phase shift and time allocation. To maximize the sum throughput by applying the Lagrange dual method, a closed-form solution has been derived for the optimal power allocation, transmission time slots and phase shift for IRS-aided wireless powered IoT system [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>].</p>
<p>To tackle the issue of the uplink transmission of WDs in WPCNs depending on the harvested energy from the downlink, Wang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] proposed an energy efficient optimization method in IRS-assisted WPCN by the variable-substitution approach. In order to ensure fairness, Zeng et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>] studied a weighted sum throughput maximization in an active IRS-aided WPCN by applying three beamforming setups. Using the semidefinite relaxation method, Lyu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>] considered a sum rate maximization for the IRS-aided WPCN by jointly iteratively optimizing the time scheduling and the phase shift. In the presence of eavesdropper, Cao et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>] proposed three secure modes in physical layer security of an IRS-aided WPC system, where asymptotic ergodic secrecy capacity is analyzed and closed-form expression is obtained. A new transmission policy for an IRS-assisted WPSN with certain phase shifts is proposed by maximizing the system sum throughput in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>], in which IRS can collect energy to achieve its self-sustainability. In a MISO transmission form, a practical IRS can work in EH with a power budget constraint, and then utilize the harvesting energy to sustain its operations in the signal reflecting phase [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>]. Considering  cognitive loT devices, two transmission policies are studied with a successive interference cancellation technique [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>], where the interaction between primary and secondary networks is characterized by a Stackelberg game strategy. An IRS-aided wireless powered over-the-air computation Internet-of-Things network is investigated to propose a joint design of energy beamforming at the access point, downlink and uplink phase-shift matrices, as well as transmit power, in order to minimize the mean-squared error [<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>]. With the aid of an IRS, in wireless powered non-orthogonal multiple access (NOMA) IoT networks, by jointly optimizing the time allocation and phase shift matrices of wireless energy transfer and wireless information transfer, a novel resource allocation approach is proposed by maximizing the sum throughput in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>].</p>
<p>Integrating the IRS technology with sensor networks can achieve a self-sustaining system, specifically by embedding the IRS to the existing WPSN to reflect energy and information signals to improve the wireless energy transfer (WET) and wireless information transfer (WIT) capabilities of the WPSN. Also, to achieve a better performance with the IRS-assisted scheme, we consider a mmWave WPSN UC system in the uplink, i.e., one user not only completes his own signal transmission task, but also assists other users in completing signal transmission as a relay. Different from the existing works on the IRS-aided WPCN system, the research of transmission strategies in an IRS-assisted WPSN systems with UC in the mmWave band has not been made yet. We summarize our contributions as follows:
<list list-type="order">
<list-item>
<p>First, an IRS has been used to improve the performance of the WPSN system with UC in the mmWave channel, where two single-antenna wireless devices can harvest energy radiated by a hybrid access point (AP) to support the separate information transmission to the AP. Here, the IRS play a role in promoting the system performance of the downlink wireless energy harvesting and the uplink wireless information transmission by energy and information reflection for the IRS, respectively.</p></list-item>
<list-item>
<p>Second, it aims to maximize the weighted sum-rate through jointly optimizing the power, the time slots allocation and the IRS phase shift of the WET and WIT is used to evaluate the performance of the proposed system model. Since the original problem is non-convex with respect to the coupled variables of the power and the IRS phase shift, it is hard to solve directly.</p></list-item>
<list-item>
<p>Finally, to deal with the non-convexity of the original formulated problem, the semidefinite programming relaxation (SDR) technique is applied to convert the weighted sum-rate maximization (WSRM) problem to a convex optimization framework, which can obtain the global optimal solution. Simulation results proved that the IRS and the UC can improve the system performance compared with the two latest benchmarks.</p></list-item>
</list></p>
<p>The rest of the paper is organized as follows. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> introduces the system model of an IRS-aided WPSN system with mmWave channel. In <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>, a weighted throughput maximization problem with user cooperation is discussed carefully, and we develop a SDR-based algorithm to solve the original problem. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, our simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed SDR algorithm. In <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>, the paper is summarized.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label>
<title>System Model</title>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>, we investigate an IRS-aided mmWave WPSN system, which contains a single-antenna AP and two single-antenna wireless users (WUs). Due to the constrained energy of devices, the wireless communication links (WCLs) of harvesting energy in the UL are established between AP and WUs. In the downlink (DL), information signals also can be transmitted through these links. Without loss of generality, we assume that WU<sub>2</sub> is used as a relay between WU<sub>1</sub> and AP in the meantime. An IRS with <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> dynamically adjustable elements is equipped to strengthen WCLs, and only one-time signal reflection by the IRS is considered owing to the path loss. The phase shift matrix of IRS is defined as <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></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:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></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:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Denote <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>R</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> as the mmWave channel matrix for the channel of AP to IRS, IRS to WU<sub><italic>k</italic></sub>, where <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the channel between AP and WU<sub><italic>k</italic></sub>, WU<sub>1</sub> and WU<sub>2</sub>, <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and all channel gains are <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>&#x03B6;</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:mrow><mml:msub><mml:mi>h</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:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:msub><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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></inline-formula>, respectively. Also, we assume that all channels between different transceiver and receiver are independent and identically distributed complex Gaussian distribution of <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msup><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> depending on the path loss. In this paper, our research focuses on finding a suitable optimal algorithm for IRS phase shifting, the power, the time slots allocation and deriving an upper bound on the weighted sum-rate performance of the system model under study. Therefore, we assume that CSI is perfect and we can get the CSI acquisition method under the IRS assisted WPSN system. In the paper, we further elaborate on the reasons for assuming a perfect CSI and how to obtain it.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption>
<title>The IRS-aided mmWave WPSN system model</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28584-fig-1.tif"/>
</fig>
<p>For the mmWave channel of AP to IRS, IRS to WU<sub><italic>k</italic></sub>, <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the antenna response can be written as</p>
<p><disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><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:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>N</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> represent the incident signal&#x2019;s angles of azimuth and elevation, <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the wavelength and antenna spacing, respectively. Therefore, the mmWave channel matrix written as</p>
<p><disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the number of transmitting and receiving antennas, and <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the total number of paths, including one LOS direct path and <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> NLOS paths. <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the path loss and <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are a constant, the geographical distance and the path-loss exponent, respectively. The WET and WIT processes are considered within the time period <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> that usually be assumed <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In the WET, the AP charges WUs during time period <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the DL. At the same time, part of the energy transmitted by the AP will be reflected to the WUs through the IRS, and the received energy contains two parts, i.e., AP <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> WU<sub><italic>k</italic></sub>, AP <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> IRS <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> WU<sub><italic>k</italic></sub>, <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Thus, the received information signals at WUs 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>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the transmit power of the AP, and the <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the coefficient matrix of reflected energy by IRS. Define <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x225C;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the phase shift of the IRS and <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the energy signals satisfying <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at WU<sub><italic>k</italic></sub>, <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Hence, the harvested energy at WU<sub><italic>k</italic></sub> was donated as</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>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</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>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the efficiency of energy harvesting during the WET phase.</p>
<p>The time of the WIT phase is <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where WUs transmit the information to the AP and the IRS by using the harvested energy. In the WIT scenario, we assume that WU<sub>1</sub> and WU<sub>2</sub> can transmit information signals directly to the AP simultaneously, and WU<sub>2</sub> can act as a passive relay, reflecting some information signals from WU<sub>1</sub> to AP. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, to further express this process, the time allocation of the WIT phase is divided into three sub-phases:</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption>
<title>System time allocation of WET and WIT</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28584-fig-2.tif"/>
</fig>
<p><list list-type="order">
<list-item>
<p>In the first sub-phase, i.e., <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, WU<sub>1</sub> transmits the information signal to the AP and WU<sub>2</sub> using the harvested energy (i.e., WU<sub>1</sub> <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP, WU<sub>1</sub> <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> WU<inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>). Also, the signal of WU<sub>1</sub> is reflected to the AP and WU<sub>2</sub> via the IRS (i.e., WU<sub>1</sub> <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> IRS <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP, WU<sub>1</sub> <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> IRS <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> WU<sub>2</sub>);</p></list-item>
<list-item>
<p>In the second sub-phase, i.e., <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, WU<sub>2</sub> first decodes WU<sub>1</sub>&#x2019;s information signal and then forwards it to the AP and the IRS (i.e., WU<sub>2</sub> <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:mover><mml:mo stretchy="false">&#x27F6;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ID WU</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mover></mml:math></inline-formula> AP, WU<sub>2</sub> <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:mover><mml:mo stretchy="false">&#x27F6;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ID WU</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mover></mml:math></inline-formula> IRS <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP);</p></list-item>
<list-item>
<p>In the third sub-phase, i.e., <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, WU<inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> transmits the information signal to the AP and the IRS (i.e., WU<sub>2</sub> <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP, WU<sub>2</sub> <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> IRS <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP).</p></list-item>
</list></p>
<p>In the first sub-phase, the harvested energy obtained in WET is used in WET and the transmit power of WU<sub>1</sub> is</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:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then, the information signal received at AP and WU<sub>2</sub> are expressed respectively as</p>
<p><disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>AP</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the information signal from WU<sub>1</sub> with <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the IRS&#x2019;s reflection coefficient matrix with <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote the received noise power of the AP and WU<sub>2</sub> with variance <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, respectively. The achievable rates in this phase are expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the second sub-phase, the signal received at AP given by</p>
<p><disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>AP</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mover><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the transmit power of WU<sub>2</sub> within the subphase, <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the reflection coefficient matrix with <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the transmit information symbol of WU<sub>2</sub> associated with WU<sub>1</sub>&#x2019;s information. Then, the achievable direct rates from WU<sub>2</sub> to the AP are expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The information signals transmitted from WU<sub>1</sub> to AP have four different paths, where the signal of AP in the first path is the direct link from WU<inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (i.e., WU<sub>1</sub> <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP), the signal of AP in the second path is secondarily transmitted by WU<sub>2</sub> with proposed UC scheme (i.e., WU<sub>2</sub> <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mover><mml:mo stretchy="false">&#x27F6;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ID WU</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mover></mml:math></inline-formula> AP), the signal of AP in the third path is the direct link from WU<inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> via IRS (i.e., WU<inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> IRS <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP), and the signal in the fourth path is secondarily transmitted by WU<sub>2</sub> with UC scheme via IRS to AP (i.e., WU<sub>2</sub> <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mover><mml:mo stretchy="false">&#x27F6;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>ID WU</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mover></mml:math></inline-formula> IRS <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo></mml:math></inline-formula> AP). Therefore, the achievable rate from WU<sub>1</sub> to AP is given by</p>
<p><disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">min</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the third sub-phase, the information signal received at AP is written as</p>
<p><disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>AP</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denotes the transmit power of WU<inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in this sub-phase and the achievable rate from WU<inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:msub><mml:mi></mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to AP is expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The energy obtained by WU<sub>2</sub> in <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> time period should be greater than that consumed in the latter two sub-phases, so that the later work can be completed normally. So, there is</p>
<p><disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>T</mml:mi><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>According to the above transmission process, the time period <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in this WPSN need to satisfy the following time constraints written as</p>
<p><disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label>
<title>Weighted Throughput Maximization with User Cooperation</title>
<p>Using the derivation and definition from the previous step, a WSRM problem is formulated based on a UC scheme and then solved by jointly optimizing the phase shift matrices, time allocation, and power allocation. First, the WSRM problem is given by</p>
<p><disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are preference constants of <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. Problem (P1) is not convex due to the objective function and the constant modulus constraint in the phase shift matrices <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which leads to the time allocation <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and power allocation <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">p</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> cannot be solved efficiently.</p>
<p>For the non-convexity of problem (P1), we can introduce some transformation forms for the phase shift matrices to tackle it. So, we have</p>
<p><disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</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>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</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>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The optimal solution <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can be obtained by maximizing the signal-to-noise ratio (SNR), and it is equivalent to maximizing the expression to the right of equation in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">(20)</xref> with the constraint <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.By using the triangle inequality, we can obtain the upper bound of the objective function in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-20">(20)</xref> as</p>
<p><disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:munderover><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:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><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:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denotes the <italic>i</italic>-th element of <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.The equal sign in the formula will hold when <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><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:mi>N</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where arg(&#x00B7;) is the phase operator, and the optimal solutions <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> can be obtained. It should be noted that according to the asymptotical orthogonality of MIMO channels [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>], the reflect path information can be abandoned in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-6">(6)</xref>, i.e., we can reasonably consider the information that AP can only receive directly from WU<sub>1</sub> in the first sub-phase. Taking the similar operations for <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-21">(21)</xref>, we can also get the optimal solutions <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold">&#x0398;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Then, introducing auxiliary variables <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, another form of <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></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>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>relay</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></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:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. Thus, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">(16)</xref> can be reformed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></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:math></disp-formula></p>
<p>Define <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. So from the modulus constraint of <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:mrow><mml:mtext>n</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</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:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we have <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><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:math></inline-formula> and</p>
<p><disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">g</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>h</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:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>We further define <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x225C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the condition <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><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:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</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:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> must hold. In the meantime, <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> needs to satisfy <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mrow><mml:mtext>rank</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Therefore, <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and the constraint in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">(25)</xref> can be reformed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>21</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Accordingly, by introducing another auxiliary variable <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be recast as</p>
<p><disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>tr</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">G</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Due to the rank-one constraint causing the problem to be non-convex, so we use the SDR approach to remove this constraint, then (P1) can be reformulated as</p>
<p><disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>P</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo form="prefix">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C4;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>s</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>t</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>29</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2AB0;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><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:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</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:mn>1.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, the problem <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">(34)</xref> is now a convex optimization problem. Thus, the global optimal solution can be obtained by CVX in Matlab [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>], which is denoted as (<inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> ). The computational complexity of the SDP relaxation scheme is <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:mi>n</mml:mi><mml:msqrt><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>].</p>
<p>Combined with the above derivation, we can further obtain the optimal values as</p>
<p><disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The rank-one solution may be obtained from the relaxed WSRM (P3). So we employ the eigenvalue decomposition for <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>opt</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> to obtain the <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:msub><mml:mover><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x03A8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold">&#x03A8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:mi mathvariant="bold">&#x03A8;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> represents a unitary matrix, <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> represents a diagonal matrix. We can obtain <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold">&#x03A8;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">T</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is complex circularly symmetric Gaussian variables with <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D49E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x1D4A9;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">I</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then, the optimal <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is identified by <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">a</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo accent="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>and <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><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:mi>N</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label>
<title>Simulation Results</title>
<p>The simulation results are presented to evaluate the performance of the user cooperation scheme in IRS-aided mmWave WPSN. The illustration of the system is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>. We assume that AP and WU<sub><italic>k</italic></sub> are on the same level, and the distance between the IRS and this horizontal line is 4 meters and the distance between AP and IRS is <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> m. Finally, the settings of other parameters are shown in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>. In the specific simulation, some benchmark methods are introduced as the simulation comparison to show the superiority of the proposed method:</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption>
<title>Simulation model</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28584-fig-3.tif"/>
</fig><table-wrap id="table-1">
<label>Table 1</label>
<caption>
<title>Simulation parameters</title>
</caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th>Parameters</th>
<th>Characteristic</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>Path loss exponent</td>
<td>2</td>
</tr>
<tr>
<td>Noise power</td>
<td><inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><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:mo>&#x2212;</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>90</mml:mn><mml:mspace width="thinmathspace" /><mml:mrow><mml:mtext>dBm</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>Preference constants</td>
<td><inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>Number of multipaths in mmWave channel</td>
<td><inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>Constant in path loss</td>
<td><inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td>Energy harvesting efficiency</td>
<td><inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p><list list-type="order">
<list-item>
<p>IRS&#x002B;UC: IRS helps WUs to harvest energy through reflection in the WET phase. In the WIT phase, IRS reflects signals from WUs to AP, and WU<sub>2</sub> can receive and secondary transmit signals from WU<sub>1</sub> to AP as a relay in the UC scheme.</p></list-item>
<list-item>
<p>Non IRS&#x002B;UC: Following [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>], WUs only harvest energy through the direct link from AP in the WET phase and the UC scheme is considered in the WIT.</p></list-item>
<list-item>
<p>IRS&#x002B;Non UC: Following [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>], Only IRS works and UC scheme is canceled.</p></list-item>
<list-item>
<p>Non IRS&#x002B;Non UC: There are no IRS and UC schemes in the system.</p></list-item>
</list></p>
<p>We first evaluate the sum throughput <italic>vs</italic>. the distance <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> between the AP and WU<sub>1</sub> in <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref>. When <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> changes from 5 to 10 m, the channel between AP and WU<sub>1</sub> will be influenced, which will affect the sum throughput. In this simulation, <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn></mml:math></inline-formula> dBm, <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>25</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Whether equipped with IRS or not, sum throughput using UC outperform the sum throughput without the UC scheme, which shows that the UC scheme can effectively improve sum throughput in IRS-aided mmWave WPSN. When <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> m, the gap of sum throughput between &#x201C;IRS &#x002B; UC&#x201D; and &#x201C;IRS &#x002B; Non UC&#x201D; or &#x201C;Non IRS &#x002B; UC&#x201D; and &#x201C;Non IRS &#x002B; Non UC&#x201D; become smaller compared with <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> m. This is because the efficiency of the UC scheme will be affected when the distance between wireless users is large. At the same time, it can be known that the improvement of sum throughput by only using the UC scheme is greater than that only equipping with IRS.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption>
<title>Sum throughput <italic>vs</italic>. d<sub>1</sub></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28584-fig-4.tif"/>
</fig>
<p>In order to observe the sum throughput improvement with increasing <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we second compare the performance of some different schemes when <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> increases from 30 to 40 dBm in <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref>. We set <inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> m, <inline-formula id="ieqn-166"><mml:math id="mml-ieqn-166"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>25</mml:mn></mml:math></inline-formula> here. It can be seen from the figure that the sum throughput of four schemes increases with the increasing <inline-formula id="ieqn-167"><mml:math id="mml-ieqn-167"><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, but the &#x201C;IRS &#x002B; UC&#x201D; scheme outperforms that of other schemes. We can realize that the UC scheme can improve sum throughput significantly even if the WUs get less energy in WEL. This also provides a feasible way to make up for the lack of energy by introducing the UC scheme into WPSN.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption>
<title>Sum throughput <italic>vs</italic>. P<sub>0</sub></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28584-fig-5.tif"/>
</fig>
<p>Finally, the impact of the elements number <inline-formula id="ieqn-168"><mml:math id="mml-ieqn-168"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> of IRS on sum throughput is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref>. With the increasing <inline-formula id="ieqn-169"><mml:math id="mml-ieqn-169"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the sum throughput obtained by schemes with IRS is gradually increased due to the array gain and the sum throughput of schemes without IRS not changing. When about <inline-formula id="ieqn-170"><mml:math id="mml-ieqn-170"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn></mml:math></inline-formula>, &#x201C;IRS &#x002B; UC&#x201D; and &#x201C;Non IRS &#x002B; UC&#x201D; outperforms &#x201C;IRS &#x002B; Non UC&#x201D; and &#x201C;Non IRS &#x002B; Non UC&#x201D;. Then &#x201C;IRS &#x002B; Non UC&#x201D; is greater than &#x201C;Non IRS &#x002B; UC&#x201D; as <inline-formula id="ieqn-171"><mml:math id="mml-ieqn-171"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> continues to grow, and this is because the performance gain of increasing <inline-formula id="ieqn-172"><mml:math id="mml-ieqn-172"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> to that only equipping with IRS is greater than that only using UC scheme in mmWave WPSN.</p>
<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption>
<title>Sum throughput <italic>vs. N</italic></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_28584-fig-6.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label>
<title>Conclusion</title>
<p>In this paper, we proposed a UC scheme for IRS-aided mmWave WPSN. The WSRM problem is formulated to maximize the weighted sum throughout by jointly optimizing the phase shift matrix, time slots, and power allocation. Some efficient variable substitutions and SDP relaxation are introduced to convert the original non-convex problem into a convex problem that is easy to tackle. Finally, numerical results confirm that the weighted sum throughput of our proposed UC scheme is greater than that of non UC whether equipped with IRS or not.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>This work was supported in part by the open research fund of National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University (No. 2023D11), in part by Sponsored by Program for Science &#x0026; Technology Innovation Talents in Universities of Henan Province (23HASTIT019), in part by Natural Science Foundation of Henan Province (232300421097), in part by the Project funded by China Postdoctoral Science Foundation (2023T160596, 2020M682345), in part by the Henan Postdoctoral Foundation (202001015).</p></ack>
<sec><title>Funding Statement</title>
<p>This work was supported in part by the open research fund of National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University (No. 2023D11), in part by Sponsored by program for Science &#x0026; Technology Innovation Talents in Universities of Henan Province (23HASTIT019), in part by Natural Science Foundation of Henan Province (20232300421097), in part by the project funded by China Postdoctoral Science Foundation (2020M682345), in part by the Henan Postdoctoral Foundation (202001015).</p></sec>
<sec><title>Author Contributions</title>
<p>The authors confirm contribution to the paper as follows: study conception and design: Yonghui Lin, Zhengyu Zhu; data collection: Yonghui Lin, Zhengyu Zhu; analysis and interpretation of results: Yonghui Lin, Zhengyu Zhu; draft manuscript preparation: Yonghui Lin. All authors reviewed the results and approved the final version of the manuscript.</p></sec>
<sec sec-type="data-availability"><title>Availability of Data and Materials</title>
<p>This statement should make clear how readers can access the data used in the study and explain why any unavailable data cannot be released.</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="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Alsabah</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Naser</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mahmmod</surname>, <given-names>B. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Abdulhussain</surname>, <given-names>S. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Eissa</surname>, <given-names>M. R.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>6G wireless communications networks: A comprehensive survey</article-title>. <source>IEEE Access</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>,</italic> <fpage>148191</fpage>&#x2013;<lpage>148243</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chowdhury</surname>, <given-names>M. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shahjalal</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ahmed</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jang</surname>, <given-names>Y. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>6G wireless communication systems: Applications, requirements, technologies, challenges, and research directions</article-title>. <source>IEEE Open Journal of the Communications Society</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>,</italic> <fpage>957</fpage>&#x2013;<lpage>975</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Roh</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Seol</surname>, <given-names>J. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Park</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Millimeter-wave beamforming as an enabling technology for 5G cellular communications: Theoretical feasibility and prototype results</article-title>. <source>IEEE Communications Magazine</source><italic>,</italic> <volume>52</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>106</fpage>&#x2013;<lpage>113</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rappaport</surname>, <given-names>T. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xing</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>MacCartney</surname>, <given-names>G. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Molisch</surname>, <given-names>A. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mellios</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Overview of millimeter wave communications for fifth-generation (5G) wireless networks-with a focus on propagation models</article-title>. <source>IEEE Transactions on Antennas and Propagation</source><italic>,</italic> <volume>65</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>6213</fpage>&#x2013;<lpage>6230</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mumtaz</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dai</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Millimeter wave communications for future mobile networks</article-title>. <source>IEEE Journal on Selected Areas in Communications</source><italic>,</italic> <volume>35</volume><italic>(</italic><issue>9</issue><italic>),</italic> <fpage>1909</fpage>&#x2013;<lpage>1935</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</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>Huang</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Robust designs of beamforming and power splitting for distributed antenna systems with wireless energy harvesting</article-title>. <source>IEEE Systems Journal</source><italic>,</italic> <volume>13</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>30</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Niyato</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kim</surname>, <given-names>D. I.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Wireless networks with RF energy harvesting: A contemporary survey</article-title>. <source>IEEE Communications Surveys &#x0026; Tutorials</source><italic>,</italic> <volume>17</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>757</fpage>&#x2013;<lpage>789</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</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>Wang</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hao</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Robust beamforming designs in secure MIMO SWIPT IoT networks with a non-linear channel model</article-title>. <source>IEEE Internet Things Journal</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>1702</fpage>&#x2013;<lpage>1715</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ho</surname>, <given-names>C. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Wireless powered communication: Opportunities and challenges</article-title>. <source>IEEE Communications Magazine</source><italic>,</italic> <volume>53</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>117</fpage>&#x2013;<lpage>125</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Niu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Weighted sum secrecy rate maximization using intelligent reflecting surface</article-title>. <source>IEEE Transactions on Communications</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><italic>(</italic><issue>9</issue><italic>),</italic> <fpage>6170</fpage>&#x2013;<lpage>6184</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Placement optimization of energy and information access points in wireless powered communication networks</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>2351</fpage>&#x2013;<lpage>2364</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mi</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Resource allocation for secure wireless powered integrated multicast and unicast services with full duplex self-energy recycling</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>18</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>620</fpage>&#x2013;<lpage>636</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Niu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhen</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Robust design for intelligent reflecting surface assisted secrecy SWIPT network</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>4133</fpage>&#x2013;<lpage>4149</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</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>Ma</surname>, <given-names>M.</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>Liu</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Secrecy rate optimizations in nonlinear energy harvesting model-based mmWave IoT systems with SWIPT</article-title>. <source>IEEE Systems Journal</source><italic>,</italic> <volume>16</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>5939</fpage>&#x2013;<lpage>5949</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Niu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Simultaneous transmission and reflection reconfigurable intelligent surface assisted secrecy MISO networks</article-title>. <source>IEEE Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>25</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>3498</fpage>&#x2013;<lpage>3502</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</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>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</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>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Al-Dhahir</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Intelligent reflecting surface assisted wireless powered sensor networks for internet of things</article-title>. <source>IEEE Transactions on Communications</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>4877</fpage>&#x2013;<lpage>4889</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zheng</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Quan</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Intelligent reflecting surface enhanced user cooperation in wireless powered communication networks</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>901</fpage>&#x2013;<lpage>905</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhen</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Resource allocation for IRS assisted wireless powered FDMA IoT networks</article-title>. <source>IEEE Internet of Things Journal</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>8774</fpage>&#x2013;<lpage>8785</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</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 network</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>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lyu</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ramezani</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hoang</surname>, <given-names>D. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Optimized energy and information relaying in self-sustainable IRS-empowered WPCN</article-title>. <source>IEEE Transactions on Communications</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>619</fpage>&#x2013;<lpage>633</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhai</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zou</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Guo</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A stackelberg game approach for IRS-aided WPCN multicast systems</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>3249</fpage>&#x2013;<lpage>3262</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ramezani</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jamalipour</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Backscatter-assisted wireless powered communication networks empowered by intelligent reflecting surface</article-title>. <source>IEEE Transactions on Vehicular Technology</source><italic>,</italic> <volume>70</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>11908</fpage>&#x2013;<lpage>11922</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zheng</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bi</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y. J. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lin</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Joint beamforming and power control for throughput maximization in IRS-assisted MISO WPCNs</article-title>. <source>IEEE Internet Things Journal</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>8399</fpage>&#x2013;<lpage>8410</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</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>Zhou</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>IRS-aided WPCNs: A new optimization framework for dynamic IRS beamforming</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>4725</fpage>&#x2013;<lpage>4739</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zeng</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qiao</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Energy minimization for IRS-aided WPCNs with non-linear energy harvesting model</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>10</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>2592</fpage>&#x2013;<lpage>2596</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cao</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Resource allocation for IRS-assisted wireless powered communication networks</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>10</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>2450</fpage>&#x2013;<lpage>2454</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</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>Li</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</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> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Resource allocation for intelligent reflecting surface assisted wireless powered IoT systems with power splitting</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>2987</fpage>&#x2013;<lpage>2998</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gao</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xie</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Energy-efficient optimization for IRS-assisted wireless-powered communication networks</article-title>. <conf-name>IEEE 93rd Vehicular Technology Conference</conf-name>, <publisher-loc>Helsinki, Finland</publisher-loc>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zeng</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qiao</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Throughput maximization for active intelligent reflecting surface-aided wireless powered communications</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>992</fpage>&#x2013;<lpage>996</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="conf-proc"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lyu</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hoang</surname>, <given-names>D. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Intelligent reflecting surface assisted wireless powered communication networks</article-title>. <conf-name>IEEE Wireless Communications and Networking Conference Workshops (WCNCW)</conf-name>, <publisher-loc>Seoul, Korea (South)</publisher-loc>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cao</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lv</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gao</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>On the ergodic secrecy capacity of intelligent reflecting surface aided wireless powered communication systems</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>11</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>2275</fpage>&#x2013;<lpage>2279</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mi</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hao</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Khalily</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A novel transmission policy for intelligent reflecting surface assisted wireless powered sensor networks</article-title>. <source>IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing</source><italic>,</italic> <volume>15</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>1143</fpage>&#x2013;<lpage>1158</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zou</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hoang</surname>, <given-names>D. T.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Wireless powered intelligent reflecting surfaces for enhancing wireless communications</article-title>. <source>IEEE Transactions on Vehicular Technology</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><italic>(</italic><issue>10</issue><italic>),</italic> <fpage>12369</fpage>&#x2013;<lpage>12373</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>36.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mi</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hao</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Intelligent reflecting surfaces enabled cognitive internet of things based on practical pathloss model</article-title>. <source>China Communications</source><italic>,</italic> <volume>17</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>16</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>37.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Wireless-powered over-the-air computation in intelligent reflecting surface-aided IoT networks</article-title>. <source>IEEE Internet of Things Journal</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>1585</fpage>&#x2013;<lpage>1598</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>38.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xie</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Menon</surname>, <given-names>V. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mumtaz</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Exploiting benefits of IRS in wireless powered NOMA networks</article-title>. <source>IEEE Transactions on Green Communications and Networking</source><italic>,</italic> <volume>6</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>175</fpage>&#x2013;<lpage>186</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>39.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Rusek</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Persson</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lau</surname>, <given-names>B. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Scaling up MIMO: Opportunities and challenges with very large arrays</article-title>. <source>IEEE Signal Processing Magazine</source><italic>,</italic> <volume>30</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>40</fpage>&#x2013;<lpage>60</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>40.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Boyd</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vandenberghe</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2004</year>). <source>Convex optimization</source>. <publisher-loc>Cambridge, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>41.</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Grant</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Boyd</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>CVX: Matlab software for disciplined convex programming</article-title>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://cvxr.com/cvx/">http://cvxr.com/cvx/</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>42.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>He</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Peng</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabie</surname>, <given-names>K. M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Covert communication in downlink NOMA systems with channel uncertainty</article-title>. <source>IEEE Sensors Journal</source><italic>,</italic> <volume>22</volume><italic>(</italic><issue>19</issue><italic>),</italic> <fpage>19101</fpage>&#x2013;<lpage>19112</lpage>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
</back></article>