The fundamental capacity limits of intelligent reflecting surface (IRS)-assisted multi-user wireless communication systems are investigated in this paper. Specifically, the capacity and rate regions for both capacity-achieving non-orthogonal multiple access (NOMA) and orthogonal multiple access (OMA) transmission schemes are characterized under the constraints of a maximum number of IRS reconfiguration times. For NOMA, the ideal case with asymptotically large number of IRS reconfiguration times is considered, where the optimal solution is obtained by employing the Lagrange duality method. Inspired by this result, an inner bound of the capacity region for the general case with a finite number of IRS reconfiguration times is derived. For OMA, the optimal transmission strategy for the ideal case is to serve each individual user alternatingly with its effective channel power gain maximized. Based on this result, a rate region inner bound for the general case is derived. Finally, numerical results are provided to show that: i) a significant capacity and rate region improvement can be achieved by using IRS; ii) the capacity gain can be further improved by dynamically configuring the IRS reflection matrix.


翻译:本文对智能反射表面(IRS)协助的多用户无线通信系统的基本容量限制进行了调查,具体地说,在IRS重新配置的最大时间里,对智能反射表面(IRS)协助的多用户无线通信系统的基本容量限制进行了定性;具体地说,能力达到非横向多存(NOMA)和正方多存(OMA)传输系统的容量和比例区域,在最大数量的IRS重组时间里,对智能反射表面(IRS)协助的多用户无线通信系统的基本容量限制进行了定性;对于NOMA而言,对智能反射(IRS)重新配置方法取得最佳解决办法的理想情况是:在使用拉格双元双元方法的情况下,可以取得最佳的解决方案;受这一结果的启发,得出了一般情况中能力区域的内在界限,而IRS重组时间有限;对理想的传输战略是,每个用户的最好传输战略是交替服务,其有效的通道能量得到最大化;根据这一结果,得出了一般情况内带的速率区域。最后,提供了数字结果,表明:一是使用IRS的显著的能力和区域改进;二)可以通过动态配置矩阵来进一步提高能力增加能力。

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