IRS 辅助 MIMO 系统的中断与有限 SNR 分集-复用折衷分析：IRS 需要多大？
信息论
2022-09-14 v2 math.IT
摘要
智能反射面(IRS)通过在发射机与接收机之间构建有利信道，成为高容量无线通信系统有前景的赋能技术。然而，文献中尚缺乏针对 IRS 辅助多输入多输出(MIMO)系统通用、准确且易处理的断分析。本文中，我们首先借助大随机矩阵理论(RMT)刻画 IRS 辅助 MIMO 系统的互信息(MI)。基于此结果，推导了中断概率的闭式近似，并提出了一种基于梯度的算法以在统计信道状态信息(CSI)下最小化中断概率。我们还研究了有限信噪比(SNR)下的分集-复用折衷(DMT)。基于这些理论结果，我们进一步研究了 IRS 尺寸对系统性能的影响。在高 SNR 区域，我们给出了遍历互信息(EMI)与中断概率作为 IRS 尺寸函数的闭式表达式，从解析上揭示了增大 IRS 尺寸的收益迅速饱和。仿真结果验证了理论分析的准确性，并确认了部署更大 IRS 以提升系统性能所增加的成本。例如，对于一个在发射机与接收机均具有 20 根天线的 IRS 辅助 MIMO 系统，我们需要使 IRS 尺寸翻倍才能将吞吐量从其最大值的 90% 提升至 95%。
引用
@article{arxiv.2111.15123,
title = {Outage and Finite-SNR DMT Analysis for IRS-aided MIMO Systems: How Large IRSs Need to Be?},
author = {Xin Zhang and Xianghao Yu and S. H. Song},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.15123},
year = {2022}
}
备注
This paper has been accepted by IEEE J. Sel. Topics Signal Process., Special Issue on Advanced Signal Processing for Reconfigurable Intelligent Surface-aided 6G Networks