We investigate the fundamental multiple access (MA) scheme in an active intelligent reflecting surface (IRS) aided energy-constrained Internet-of-Things (IoT) system, where an active IRS is deployed to assist the uplink transmission from multiple IoT devices to an access point (AP). Our goal is to maximize the sum throughput by optimizing the IRS beamforming vectors across time and resource allocation. To this end, we first study two typical active IRS aided MA schemes, namely time division multiple access (TDMA) and non-orthogonal multiple access (NOMA), by analytically comparing their achievable sum throughput and proposing corresponding algorithms. Interestingly, we prove that given only one available IRS beamforming vector, the NOMA-based scheme generally achieves a larger throughput than the TDMA-based scheme, whereas the latter can potentially outperform the former if multiple IRS beamforming vectors are available to harness the favorable time selectivity of the IRS. To strike a flexible balance between the system performance and the associated signaling overhead incurred by more IRS beamforming vectors, we then propose a general hybrid TDMA-NOMA scheme with user grouping, where the devices in the same group transmit simultaneously via NOMA while devices in different groups occupy orthogonal time slots. By controlling the number of groups, the hybrid TDMA-NOMA scheme is applicable for any given number of IRS beamforming vectors available. Despite of the non-convexity of the considered optimization problem, we propose an efficient algorithm based on alternating optimization. Simulation results illustrate the practical superiorities of the active IRS over the passive IRS in terms of the coverage extension and supporting multiple energy-limited devices, and demonstrate the effectiveness of our proposed hybrid MA scheme for flexibly balancing the performance-cost tradeoff.


翻译:我们在一个动态智能反射表面系统(IRS)中调查基本多重存取(MA)机制,这个系统使用一个活跃的IRS来协助从多个 IOT 设备向接入点(AP)的上链接传输。我们的目标是通过在时间和资源配置中优化IRS成形矢量来最大限度地增加总吞吐量。为此,我们首先研究两种典型的IRS协助的IMA计划,即时分多重存取(TDMA)和非直角多重存取(NOMA)系统,方法是通过分析比较其可实现的总量和提出相应的算法。有意思的是,我们证明只给一个IRS的上端对多个 IOT 设备进行成型传输(AP AP), 诺马(NOTA) 计划通常实现比基于 TDMA 的图案更大的吞吐量, 而后者则可能比前方更差,如果有多个IRS 成形矢量的矢量来利用IRS 的有利时间选择性。为了在系统运行和由IRS(NOMA) 支持的间接间接支持的系统运行(IMIS-N) 上,我们提议SIMA IMA 的系统变压系统变压的变压的变压系统将一个可变式的变式的变压系统显示的变压的SDLTLTLDMA 系统在SDMA 系统显示的变式的变式的变换式的变式系统。

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