This paper considers a Gaussian multiple-access channel with random user activity where the total number of users $\ell_n$ and the average number of active users $k_n$ may grow with the blocklength $n$. For this channel, it studies the maximum number of bits that can be transmitted reliably per unit-energy as a function of $\ell_n$ and $k_n$. When all users are active with probability one, i.e., $\ell_n = k_n$, it is demonstrated that if $k_n$ is of an order strictly below $n/\log n$, then each user can achieve the single-user capacity per unit-energy $(\log e)/N_0$ (where $N_0/ 2$ is the noise power) by using an orthogonal-access scheme. In contrast, if $k_n$ is of an order strictly above $n/\log n$, then the capacity per unit-energy is zero. Consequently, there is a sharp transition between orders of growth where interference-free communication is feasible and orders of growth where reliable communication at a positive rate per unit-energy is infeasible. It is further demonstrated that orthogonal-access schemes in combination with orthogonal codebooks, which achieve the capacity per unit-energy when the number of users is bounded, can be strictly suboptimal. When the user activity is random, i.e., when $\ell_n$ and $k_n$ are different, it is demonstrated that if $k_n\log \ell_n$ is sublinear in $n$, then each user can achieve the single-user capacity per unit-energy $(\log e)/N_0$. Conversely, if $k_n\log \ell_n$ is superlinear in $n$, then the capacity per unit-energy is zero. Consequently, there is again a sharp transition between orders of growth where interference-free communication is feasible and orders of growth where reliable communication at a positive rate is infeasible that depends on the asymptotic behaviours of both $\ell_n$ and $k_n$. It is further demonstrated that orthogonal-access schemes, which are optimal when $\ell_n = k_n$, can be strictly suboptimal.


翻译:本文会考虑一个随机用户活动的高尔斯多通频道, 其中用户总数为$_ell_n美元, 活动用户平均数量为$0美元。 对于这个频道, 它会研究每个单位能源可以可靠传输的最大比特数, 函数为$\ell_n美元和美元。 当所有用户的概率为1, 即$\ell_n美元=kn美元, 显示美元是一个严格低于$_ log美元, 那么每个用户都可以实现每个单位能源的单一用户能力 $( e)/n美元。 对于这个频道,它研究每个单位能源的最小比特数, 函数为$_n_n美元, 当每个用户的代码能力为正数时, 当每个用户的代码能力为正数时, 当每个单位的通訊为正数时, 当每个用户的通訊能力为正数时, 当每个单位的通度为正数时, 。 当每个用户的通訊为正数, 当每个单位的通度是正数时, 当每个用户的通度是单位的通訊能力是正数时, 。

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