Intelligent reflecting surface (IRS) has emerged as a promising technology to enhance the wireless communication network coverage and capacity by dynamically controlling the radio signal propagation environment. In contrast to the existing works that considered active or passive IRS only, we propose in this paper a new hybrid active-passive IRS architecture that consists of both active and passive reflecting elements, thus achieving their combined advantages flexibly. Under a practical channel setup with Rician fading where only the statistical channel state information (CSI) is available, we study the hybrid IRS design in a multi-user communication system. Specifically, we formulate an optimization problem to maximize the achievable ergodic capacity of the worst-case user by designing the hybrid IRS beamforming and active/passive elements allocation based on the statistical CSI, subject to various practical constraints on the active-element amplification factor and amplification power consumption, as well as the total active and passive elements deployment budget. To solve this challenging problem, we first approximate the ergodic capacity in a simpler form and then propose an efficient algorithm to solve the problem optimally. Moreover, we show that for the special case with all channels to be line-of-sight (LoS), only active elements need to be deployed when the total deployment budget is sufficiently small, while both active and passive elements should be deployed with a decreasing number ratio when the budget increases and exceeds a certain threshold. Finally, numerical results are presented which demonstrate the performance gains of the proposed hybrid IRS architecture and its optimal design over the conventional schemes with active/passive IRS only under various practical system setups.


翻译:智能反射表面(IRS)已经成为通过动态控制无线电信号传播环境来增强无线通信网络覆盖面和能力的一个有希望的技术,与仅考虑主动或被动IRS的现有工程相比,我们在本文件中提议一个新的由主动和被动反射元素组成的混合主动和被动IRS结构,以灵活地取得其综合优势。在只有统计频道状态信息(CSI)才具备的里西语淡化的实用通道设置下,我们研究多用户通信系统中混合的IRS设计。具体地说,我们形成了一个优化问题,通过设计混合IRS成型和主动/被动元素分配,最大限度地发挥最坏用户可实现的垂直能力,以统计 CSI为基础,我们提议建立一个新的主动和被动的IRS结构,但取决于对主动和被动能量消耗的各种实际限制,以及全部主动和被动的部署预算。为了解决这一具有挑战性的问题,我们首先以更简洁的形式介绍ERRS系统的实际能力,然后提出一个高效的线路算法,以最佳的方式解决问题。此外,我们指出,在预算配置的绝对性增长时,在预算结构下,积极增长时,要以所有部署的轨道下,而积极部署的公式必须显示,而积极部署的递增的系统之下,在最后的公式之下,而逐步的递增的递增。

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