IRS辅助多天线系统的信道硬化：IRS应如何扩展？
信息论
2022-03-23 v1 math.IT
摘要
与有源阵列天线不同，智能反射面（IRS）可以在大尺寸下高效实现。这使得大规模 IRS 辅助 MIMO 系统的可处理实现成为可能，在这些系统中，大的不一定是阵列天线，而是无源 IRS。人们普遍认为，大型 IRS 辅助 MIMO 设置保留了大规模 MIMO 系统的基本特性，因此它们是确立大规模 MIMO 设置性能的在实现上可行的技术。这项工作对这一信念给出了严格的证明。我们表明，使用大型无源 IRS，发射机和接收机之间的端到端 MIMO 信道总是会发生硬化，即使 IRS 元素强相关。对于发射机和接收机之间的衰落直射链路和反射链路，我们的推导表明，随着 IRS 元素数量变得很大，端到端信道的容量依分布收敛于一个方差趋于零的实值高斯随机变量。这种下降的阶数取决于 IRS 物理尺寸的增长方式。我们显式地推导出了这个阶数。数值实验表明，即使在实际场景中，解析的渐近分布也几乎完美地匹配了容量的直方图。作为结果的一个应用示例，我们利用渐近表征来研究发射机与 IRS 之间的维度权衡。结果是直观的：对于给定的目标性能，IRS 越大，实现该目标所需的发射天线就越少。对于任意的遍历和中断性能，我们解析地表征了这种权衡。我们的研究表明，使用实际大小的 IRS，可以通过显著较小的端到端 MIMO 维度实现目标性能。
引用
@article{arxiv.2203.11592,
title = {Channel Hardening of IRS-Aided Multi-Antenna Systems: How Should IRSs Scale?},
author = {Ali Bereyhi and Saba Asaad and Chongjun Ouyang and Ralf R. Müller and Rafael F. Schaefer and H. Vincent Poor},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.11592},
year = {2022}
}
备注
17 pages, 11 figures