In this paper, we propose a downlink multiple-input single-output (MISO) transmission scheme, which is assisted by an intelligent reflecting surface (IRS) consisting of a large number of passive reflecting elements. In the literature, it has been proved that nonorthogonal multiple access (NOMA) can achieve the capacity region when the channels are quasi-degraded. However, in a conventional communication scenario, it is difficult to guarantee the quasi-degradation, because the channels are determined by the propagation environments and cannot be reconfigured. To overcome this difficulty, we focus on an IRS-assisted MISO NOMA system, where the wireless channels can be effectively tuned. We optimize the beamforming vectors and the IRS phase shift matrix for minimizing transmission power. Furthermore, we propose an improved quasi-degradation condition by using IRS, which can ensure that NOMA achieves the capacity region with high possibility. For a comparison, we study zero-forcing beamforming (ZFBF) as well, where the beamforming vectors and the IRS phase shift matrix are also jointly optimized. Comparing NOMA with ZFBF, it is shown that, with the same IRS phase shift matrix and the improved quasi-degradation condition, NOMA always outperforms ZFBF. At the same time, we identify the condition under which ZFBF outperforms NOMA, which motivates the proposed hybrid NOMA transmission. Simulation results show that the proposed IRS-assisted MISO system outperforms the MISO case without IRS, and the hybrid NOMA transmission scheme always achieves better performance than orthogonal multiple access.

中文翻译：

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节能 IRS 辅助 NOMA

在本文中，我们提出了下行链路多输入单输出（MISO）传输方案，该方案由由大量无源反射元件组成的智能反射面（IRS）辅助。文献中已经证明非正交多址（NOMA）可以在信道准退化时达到容量范围。然而，在传统的通信场景中，由于信道是由传播环境决定的，无法重新配置，因此很难保证准降级。为了克服这个困难，我们专注于 IRS 辅助的 MISO NOMA 系统，该系统可以有效地调整无线频道。我们优化波束成形向量和 IRS 相移矩阵，以最小化传输功率。此外，我们通过使用 IRS 提出了一种改进的准退化条件，可以确保 NOMA 达到高可能性的容量区域。为了进行比较，我们还研究了迫零波束成形 (ZFBF)，其中还联合优化了波束成形矢量和 IRS 相移矩阵。NOMA 与 ZFBF 的比较表明，在相同的 IRS 相移矩阵和改进的准退化条件下，NOMA 总是优于 ZFBF。同时，我们确定了 ZFBF 优于 NOMA 的条件，这激发了所提出的混合 NOMA 传输。仿真结果表明，所提出的 IRS 辅助 MISO 系统优于没有 IRS 的 MISO 情况，并且混合 NOMA 传输方案始终比正交多址实现更好的性能。可以保证 NOMA 达到容量区域的可能性很大。为了进行比较，我们还研究了迫零波束成形 (ZFBF)，其中还联合优化了波束成形矢量和 IRS 相移矩阵。NOMA 与 ZFBF 的比较表明，在相同的 IRS 相移矩阵和改进的准退化条件下，NOMA 总是优于 ZFBF。同时，我们确定了 ZFBF 优于 NOMA 的条件，这激发了所提出的混合 NOMA 传输。仿真结果表明，所提出的 IRS 辅助 MISO 系统优于没有 IRS 的 MISO 情况，并且混合 NOMA 传输方案始终比正交多址实现更好的性能。可以保证 NOMA 达到容量区域的可能性很大。为了进行比较，我们还研究了迫零波束成形 (ZFBF)，其中还联合优化了波束成形矢量和 IRS 相移矩阵。NOMA 与 ZFBF 的比较表明，在相同的 IRS 相移矩阵和改进的准退化条件下，NOMA 总是优于 ZFBF。同时，我们确定了 ZFBF 优于 NOMA 的条件，这激发了所提出的混合 NOMA 传输。仿真结果表明，所提出的 IRS 辅助 MISO 系统优于没有 IRS 的 MISO 情况，并且混合 NOMA 传输方案始终比正交多址实现更好的性能。其中波束形成向量和 IRS 相移矩阵也被联合优化。NOMA 与 ZFBF 的比较表明，在相同的 IRS 相移矩阵和改进的准退化条件下，NOMA 总是优于 ZFBF。同时，我们确定了 ZFBF 优于 NOMA 的条件，这激发了所提出的混合 NOMA 传输。仿真结果表明，所提出的 IRS 辅助 MISO 系统优于没有 IRS 的 MISO 情况，并且混合 NOMA 传输方案始终比正交多址实现更好的性能。其中波束形成向量和 IRS 相移矩阵也被联合优化。NOMA 与 ZFBF 的比较表明，在相同的 IRS 相移矩阵和改进的准退化条件下，NOMA 总是优于 ZFBF。同时，我们确定了 ZFBF 优于 NOMA 的条件，这激发了所提出的混合 NOMA 传输。仿真结果表明，所提出的 IRS 辅助 MISO 系统优于没有 IRS 的 MISO 情况，并且混合 NOMA 传输方案始终比正交多址实现更好的性能。我们确定了 ZFBF 优于 NOMA 的条件，这激发了提议的混合 NOMA 传输。仿真结果表明，所提出的 IRS 辅助 MISO 系统优于没有 IRS 的 MISO 情况，并且混合 NOMA 传输方案始终比正交多址实现更好的性能。我们确定了 ZFBF 优于 NOMA 的条件，这激发了提议的混合 NOMA 传输。仿真结果表明，所提出的 IRS 辅助 MISO 系统优于没有 IRS 的 MISO 情况，并且混合 NOMA 传输方案始终比正交多址实现更好的性能。