We investigate the capacity of a broadcast channel with a multi-antenna base station (BS) sending independent messages to multiple users, aided by IRSs with N elements. In particular, both the distributed and centralized IRS deployment architectures are considered. Regarding the distributed IRS, the N IRS elements form multiple IRSs and each of them is installed near a user cluster; while for the centralized IRS, all IRS elements are located in the vicinity of the BS. To draw essential insights, we first derive the maximum capacity achieved by the distributed IRS and centralized IRS, respectively, under the assumption of line-of-sight propagation and homogeneous channel setups. By capturing the fundamental tradeoff between the spatial multiplexing gain and passive beamforming gain, we rigourously prove that the capacity of the distributed IRS is higher than that of the centralized IRS provided that the total number of IRS elements is above a threshold. Motivated by the superiority of the distributed IRS, we then focus on the transmission and element allocation design under the distributed IRS. By exploiting the user channel correlation of intra-clusters and inter-clusters, an efficient hybrid multiple access scheme relying on both spatial and time domains is proposed to fully exploit both the passive beamforming gain and spatial DoF. Moreover, the IRS element allocation problem is investigated for the objectives of sum-rate maximization and minimum user rate maximization, respectively. Finally, extensive numerical results are provided to validate our theoretical finding and also to unveil the effectiveness of the distributed IRS for improving the system capacity under various system setups.


翻译:本文研究了在多天线基站(BS)向多个用户发送独立消息的广播信道中,配备N个元件的智能反射面(IRS)辅助下的信道容量。具体而言,考虑了分布式与集中式两种IRS部署架构。对于分布式IRS,N个IRS元件构成多个IRS,每个IRS安装在一个用户集群附近;而对于集中式IRS,所有IRS元件均位于基站附近。为获取关键洞见,我们首先在视距传播和均匀信道设置假设下,分别推导了分布式IRS和集中式IRS所能达到的最大容量。通过刻画空间复用增益与无源波束赋形增益之间的根本权衡,严格证明了当IRS元件总数超过某一阈值时,分布式IRS的容量高于集中式IRS。基于分布式IRS的优越性,我们进一步研究了分布式IRS下的传输与元件分配设计。利用用户簇内与簇间的信道相关性,提出了一种基于空间域和时间域的高效混合多址接入方案,以充分挖掘无源波束赋形增益与空间自由度。此外,分别以总速率最大化和最小用户速率最大化为目标,研究了IRS元件分配问题。最后,通过大量数值结果验证了我们的理论发现,并揭示了分布式IRS在不同系统设置下提升系统容量的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月15日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月14日
Do RNN and LSTM have Long Memory?
Arxiv
19+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
2+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
10+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
6+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
9+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员