We investigate the age-limited capacity of the Gaussian many channel with total $N$ users, out of which a random subset of $K_{a}$ users are active in any transmission period and a large-scale antenna array at the base station (BS). In an uplink scenario where the transmission power is fixed among the users, we consider the setting in which both the number of users, $N$, and the number of antennas at the BS, $M$, are allowed to grow large at a fixed ratio $\zeta = \frac{M}{N}$. Assuming perfect channel state information (CSI) at the receiver, we derive the achievability bound under maximal ratio combining. As the number of active users, $K_{a}$, increases, the achievable spectral efficiency is found to increase monotonically to a limit $\log_2\left(1+\frac{M}{K_{a}}\right)$. Using the age of information (AoI) metric, first coined in \cite{kaul2011minimizing}, as our measure of data timeliness or freshness, we investigate the trade-offs between the AoI and spectral efficiency in the context massive connectivity with large-scale receiving antenna arrays. Based on our large system analysis, we provide an accurate characterization of the asymptotic spectral efficiency as a function of the number of antennas and the number of users, the attempt probability, and the AoI. It is found that while the spectral efficiency can be made large, the penalty is an increase in the minimum AoI obtainable. The proposed achievability bound is further compared against recent massive MIMO-based massive unsourced random access (URA) schemes.


翻译:我们调查了高斯许多频道限龄容量,总用户为N美元,其中随机一组用户在任何传输期和基站(BS)的大型天线阵列中都活跃在任何传输期和大型天线阵列中。在用户中传输功率固定的上行链路假设中,我们考虑允许用户数($)和BS的天线数目($)以固定比率($zeta=\frac{M ⁇ N}$)大幅增长的设置。假设接收器的频道状态信息十分完善,我们将在最大比率组合下获得可实现性约束性。随着活跃用户数($K ⁇ a}增加,光谱效率的单数(1 ⁇ frac {M ⁇ K ⁇ a ⁇ right) 。利用信息年龄(AoI),我们第一次发现的准确度(Cite2011-minimali)用户(CSI),我们通过最接近的频率和最接近率的频率计算,我们的光谱系统在接收大量数据和直径系统中提高了一个快速数据的效率。

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