Intelligent reflecting surface (IRS) is an emerging technology for wireless communications, thanks to its powerful capability to engineer the radio environment. However, in practice, this benefit is attainable only when the passive IRS is of sufficiently large size, for which the conventional uniform plane wave (UPW)-based far-field model may become invalid. In this paper, we pursue a near-field modelling and performance analysis for wireless communications with extremely large-scale IRS (XL-IRS). By taking into account the directional gain pattern of IRS's reflecting elements and the variations in signal amplitude across them, we derive both the lower- and upper-bounds of the resulting signal-to-noise ratio (SNR) for the generic uniform planar array (UPA)-based XL-IRS. Our results reveal that, instead of scaling quadratically and unboundedly with the number of reflecting elements M as in the conventional UPW-based model, the SNR under the new non-uniform spherical wave (NUSW)-based model increases with $M$ with a diminishing return and eventually converges to a certain limit. To gain more insights, we further study the special case of uniform linear array (ULA)-based XL-IRS, for which a closed-form SNR expression in terms of the IRS size and locations of the base station (BS) and the user is derived. Our result shows that the SNR is mainly determined by the two geometric angles formed by the BS/user locations with the IRS, as well as the dimension of the IRS. Numerical results validate our analysis and demonstrate the necessity of proper near-field modelling for wireless communications aided by XL-IRS.


翻译:智能反射面(IRS)作为一种新兴无线通信技术,因其塑造无线电环境的强大能力而备受关注。然而在实践中,该优势仅在无源IRS尺寸足够大时方能实现,此时传统的基于均匀平面波(UPW)的远场模型可能失效。本文针对超大规模IRS(XL-IRS)辅助的无线通信系统,开展近场建模与性能分析。通过考虑IRS反射单元的方向增益模式及其信号幅度的非均匀分布,我们推导了基于均匀平面阵列(UPA)的通用XL-IRS系统信噪比(SNR)的下界与上界。研究结果表明:与传统UPW模型中SNR随反射单元数M呈无界二次增长不同,在新型非均匀球面波(NUSW)模型下,SNR随M增长的边际收益递减,最终收敛至某一极限值。为获得更深入的认知,我们进一步研究了基于均匀线性阵列(ULA)的XL-IRS特例,推导出关于IRS尺寸、基站(BS)和用户位置的闭式SNR表达式。结果显示SNR主要由BS/用户位置与IRS形成的两个几何角度以及IRS维度共同决定。数值结果验证了理论分析,并揭示了XL-IRS辅助无线通信中进行合理近场建模的必要性。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
124+阅读 · 2020年9月8日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月2日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月1日
Arxiv
95+阅读 · 2022年8月2日
Arxiv
54+阅读 · 2022年1月1日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:00
21世纪的无人机战争
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:05
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:51
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员