<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">24940</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2023.024940</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Performance Analysis of RIS Assisted NOMA Networks over Rician Fading Channels</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Performance Analysis of RIS Assisted NOMA Networks over Rician Fading Channels</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Performance Analysis of RIS Assisted NOMA Networks over Rician Fading Channels</alt-title>
</title-group>
<contrib-group content-type="authors">
<contrib id="author-1" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Gong</surname><given-names>Xianli</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Huang</surname><given-names>Chongwen</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-3">3</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-4">4</xref></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Yue</surname><given-names>Xinwei</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-5">5</xref></contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Yang</surname><given-names>Zhaohui</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-2">2</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-4">4</xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff-6">6</xref></contrib>
<contrib id="author-5" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Liu</surname><given-names>Feng</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="aff-1">1</xref><email>liuf@buaa.edu.cn</email></contrib>
<aff id="aff-1"><label>1</label><institution>School of Electronic and Information Engineering, Beihang University</institution>, <addr-line>Beijing, 100191</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-2"><label>2</label><institution>College of Information Science and Electronic Engineering, Zhejiang University</institution>, <addr-line>Hangzhou, 310027</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-3"><label>3</label><institution>International Joint Innovation Center, Zhejiang University</institution>, <addr-line>Haining, 314400</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-4"><label>4</label><institution>Zhejiang Provincial Key Laboratory of Information Processing, Communication and Networking (IPCAN)</institution>, <addr-line>Hangzhou, 310027</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-5"><label>5</label><institution>School of Information and Communication Engineering, Beijing Information Science and Technology University</institution>, <addr-line>Beijing, 100101</addr-line>, <country>China</country></aff>
<aff id="aff-6"><label>6</label><institution>Zhejiang Laboratory</institution>, <addr-line>Hangzhou, 311121</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Feng Liu. Email: <email>liuf@buaa.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub" date-type="pub" iso-8601-date="2022-11-22"><day>22</day>
<month>11</month>
<year>2022</year></pub-date>
<volume>135</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>2531</fpage>
<lpage>2555</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>17</day><month>6</month><year>2022</year></date>
<date date-type="accepted"><day>15</day><month>7</month><year>2022</year></date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2023 Gong et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Gong et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_24940.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>In this paper, we consider a downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) network assisted by two reconfigurable intelligent surfaces (RISs) over Rician fading channels, in which each user communicates with the base station by the virtue of a RIS to enhance the reliability of the received signal. To evaluate the system performance of our proposed RIS-NOMA network, we first derive the exact and asymptotic expressions for the outage probability and ergodic rate of two users. Then, we derive the exact and asymptotic upper bound expressions for the ergodic rate of the nearby user. Based on asymptotic analytical results, the diversity orders for the outage probability and the high signal-to-noise ratio (SNR) slopes for the ergodic rate of the two users are obtained in the high SNR regime. Moreover, we derive the system throughputs of the proposed RIS-NOMA network in delay-limited and delay-tolerant transmission modes. Numerical results confirm our analysis and demonstrate that: 1) The outage probability and ergodic rate of RIS-NOMA networks are superior to that of RIS-assisted orthogonal multiple access (OMA) networks; 2) The RIS-NOMA networks have ability to achieve a larger system throughput compared to RIS-OMA networks; and 3) The system performance of RIS-NOMA networks can be significantly improved as the number of reflecting elements and Rician factor increases.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>Non-orthogonal multiple access</kwd>
<kwd>reconfigurable intelligent surface</kwd>
<kwd>outage probability</kwd>
<kwd>ergodic rate</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1"><label>1</label><title>Introduction</title>
<p>As a promising multiple access technology in the next generation wireless communication network, non-orthogonal multiple access (NOMA) has the ability to tremendously enhance the spectral and energy efficiency [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. The distinguishing feature of NOMA is that multiple users with different quality-of-service requirements are served by exploiting the superposition coding scheme in the same time/frequency/code resource block [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>], the authors have proved that the outage probability and ergodic rate of NOMA can be better than that of conventional orthogonal multiple access (OMA). Zhu&#x00A0;et&#x00A0;al.&#x00A0;[<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>] have proposed an optimal power allocation scheme learned by adopting the deep deterministic policy gradient algorithm in multiple-input multiple-output NOMA vehicular edge computing.</p>
<p>Recently, reconfigurable intelligent surface (RIS) has been regarded as a promising technology for the next generation wireless communication, which can improve the spectral and energy efficiency of future wireless communication networks in a cost-effective way [<xref ref-type="bibr" rid="ref-9">9</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>]. Specifically, RIS is a low-cost planar array composed of a large number of reconfigurable passive elements, in which the amplitude and phase of the incident signal for each element can be changed independently [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>]. By adjusting the amplitude and phase coefficients of RIS elements through programmable controller, the electromagnetic signal can be reconfigured to significantly enhance the signal quality and the coverage of wireless communication [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>]. Compared with the conventional relaying technology, the advantage of RIS is that the passive reflection does not consume energy and it does not generate self-interference in full duplex (FD) mode [<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>]. The RIS-empowered multiuser uplink communication system has been investigated in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>], in which a channel estimation framework based on the parallel factor decomposition has been proposed to unfold the resulting cascaded channel model. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>], the authors have studied the downlink wireless communication system, in which the transmit beamforming and the RIS have been jointly optimized to maximize the energy efficiency of the system. A new joint design of the transmit beamforming and the phase shifting of the RIS has been proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-18">18</xref>], in which the sum rate of the multiuser system has been maximized by using deep reinforcement learning (DRL). In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>], the multiuser communication system assisted by RIS has been considered, in which the power allocation and the phase shifting of the RIS have been jointly optimized to minimize the sum transmit power. Considering RIS-empowered terahertz band communications, a DRL-based hybrid beamforming scheme has been proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>] to improve the communication coverage.</p>
<sec id="s1_1"><label>1.1</label><title>Related Work</title>
<p>Since both RIS and NOMA can greatly improve the spectrum and energy efficiency, it is critical to study their combined advantages to further enhance the spectrum and energy efficiency of future wireless communication networks. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], a simple RIS-NOMA transmission scheme has been designed, in which the outage performance of the cell-edge user has been improved with the assistance of RIS in a NOMA system. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>], the authors have investigated the performance of RIS-NOMA networks in terms of the outage probability, ergodic rate, and energy efficiency by exploiting 1-bit coding scheme. The effects of coherent phase shifting and random phase shifting on outage performance for RIS-NOMA networks have been investigated in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>]. By designing the passive beamforming weights, the authors in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>] have investigated the outage probability and ergodic rate of prioritized user for RIS-NOMA. The RIS reflection with discrete phase shifting for RIS-NOMA and RIS-OMA has been analyzed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>], a novel NOMA solution with RIS partitioning has been proposed to reduce the transmission interference. Considering the impact of the direct link from the base station (BS) to users on the network performance, the outage behaviors of multiple RISs-assisted NOMA networks have been studied by using discrete phase shifting in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>]. The authors in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>] have examined the outage performance of RIS-NOMA networks under presence of hardware impairment. In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>], the outage probability and ergodic rate of RIS-aided uplink and downlink NOMA networks have been investigated by employing continuous phase shifting. The authors in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] have studied RIS assisted downlink NOMA networks, in which the performance of the networks has been analyzed by using the coherent phase shifting.</p>
</sec>
<sec id="s1_2"><label>1.2</label><title>Motivation and Contributions</title>
<p>As mentioned in the above works, compared with the conventional relaying technology, the RIS is capable of reflecting the incident signal transmitted from the transmitter to the receiver in FD mode without self-interference and energy consumption, which not only enhances the spectrum and energy efficiency, but also has a very low cost. Therefore, the integration of RIS and NOMA can further improve the spectrum and energy efficiency of the next generation wireless communication networks. Furthermore, the current literature on RIS-NOMA mainly concentrates on the optimization problem, but the research on performance analysis is not enough. Compared with conventional NOMA systems, the performance analysis of RIS-NOMA systems is more complex and challenging owing to the influence of the RIS. These motivate us to study the performance of RIS assisted NOMA systems, which provides an important theoretical basis for deployment of RIS in the future.</p>
<p>In this paper, we consider a RIS assisted NOMA network, in which a pair of NOMA users in a cell cannot directly receive signals from the BS due to the obstruction of obstacles, and each user needs the help of a RIS. Moreover, we comprehensively analyze the performance of RIS-NOMA networks in terms of the outage probability, ergodic rate, and system throughput. The primary contributions of this paper are summarized as follows:
<list list-type="bullet">
<list-item><p>We derive the closed-form and asymptotic expressions for the outage probability of a pair of NOMA users over Rician fading channels for the proposed RIS-assisted NOMA network. To gain further insight, we obtain the diversity orders of the pair of NOMA users for RIS-NOMA network according to the asymptotic analyses at high signal-to-noise ratio (SNR). We observe that the diversity orders of the pair of NOMA users depend on the number of reflecting elements and Rician factor.</p></list-item>
<list-item><p>We compare the outage performance of the pair of users for RIS-NOMA and RIS-OMA networks. We demonstrate that the outage performance of RIS-NOMA outperforms that of RIS-OMA. We prove that the RIS-NOMA network is capable of improving outage performance with increasing the number of reflecting elements and Rician factor.</p></list-item>
<list-item><p>We derive the exact and asymptotic expressions for the ergodic rate of the pair of NOMA users over Rician fading channels for our proposed RIS-NOMA network. To approximate the exact ergodic rate, we also derive the exact and asymptotic upper bound expressions for the ergodic rate of the nearby user. Based on theoretical analyses, we obtain the high SNR slopes for the ergodic rate of the pair of NOMA users. We observe that the throughput ceiling appears in the ergodic rate of the distant user at high SNR. We demonstrate that the superiority of RIS-NOMA over RIS-OMA in terms of the ergodic rate. We evidence that the ergodic rate of RIS-NOMA becomes larger with the increase of the number of reflecting elements.</p></list-item>
<list-item><p>We analyze the system throughput of our proposed RIS-NOMA network in two transmission modes. In delay-limited transmission mode, we observe that the system throughput of RIS-NOMA converges to a constant at high SNR. Furthermore, we prove that the proposed RIS-NOMA is capable of enhancing the system throughput compared to RIS-OMA. In delay-tolerant transmission mode, we evidence that the proposed RIS-NOMA can achieve a larger system throughput than RIS-OMA at high SNR. Moreover, we confirm that as the number of reflecting elements increases, the system throughput of RIS-NOMA can be significantly improved in the two transmission modes.</p></list-item>
</list></p>
<p>The main notations used in this paper are explained as follows. <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> denotes the space of <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> complex-valued matrices. <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msup><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> represents the conjugate-transpose of <italic>V</italic>. <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> mean the probability density function (PDF) and cumulative distribution function (CDF) of random variable <italic>X</italic>, respectively. <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes a diagonal matrix. <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the probability. <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> stand for the expectation and variance, respectively.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2"><label>2</label><title>System Model</title>
<p>Consider a two-RIS assisted NOMA network with one single-antenna BS and two single-antenna users as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref>, in which the BS sends the superposed signals to the pair of NOMA users by means of two RISs. Assume that there is no direct link between the BS and each NOMA user due to strong attenuation, and each NOMA user needs a RIS to assist in communicating with the BS. <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the nearby user and the distant user, respectively. <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are RISs corresponding to <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. Each RIS has <italic>K</italic> reflecting elements. The reflecting phase shifting matrix of <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is denoted by <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>diag</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo fence="false" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> represent the amplitude coefficient and the phase shift of the <italic>k</italic>-th reflecting element of the RIS, respectively.</p>
<fig id="fig-1"><label>Figure 1</label><caption><title>System model of RIS assisted downlink NOMA networks</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-1.png"/></fig>
<sec id="s2_1"><label>2.1</label><title>Channel Model</title>
<p>It is assumed that the channel state information of all channels is completely known at the BS. The complex channel coefficients from the BS to <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and from <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are represented by <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">C</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x00D7;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, respectively. Assume that the wireless links for RIS-NOMA networks are modeled as Rician fading channels. The cascade channel gains from the BS to <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and from <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be expressed as <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The channel coefficient matrixes can be written as
<disp-formula id="eqn-1"><label>(1)</label><mml:math id="mml-eqn-1" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where the channel coefficients from the BS to the <italic>k</italic>-th reflecting element of <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and from the <italic>k</italic>-th reflecting element of <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are respectively given by
<disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Defining <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the distances from the BS to <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and from <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:mi>&#x03B7;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the Rician factor, path loss exponent, and frequency dependent factor, respectively. The fading gains <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> follow complex Gaussian distribution with zero mean and unit variance, i.e., <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x223C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">C</mml:mi><mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s2_2"><label>2.2</label><title>Signal Model</title>
<p>Based on the superposition coding scheme, the BS broadcasts superposed signal <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> means the normalized transmit power of the BS, <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the unit power signal transmitted to <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denoting the power allocation factor of <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. For simplicity, we assume a fixed power allocation between two users. The optimized power sharing between non-orthogonal users can further enhance the system performance of RIS-NOMA networks, which will be studied in future work. For user fairness, the power allocation factor satisfies <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The received signals at <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are respectively given by
<disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the additive white Gaussian noise with the mean power <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. On the basis of the successive interference cancellation (SIC) principle, the signal of <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is detected first at <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The received signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) at <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to detect signal <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by
<disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is the transmit SNR. After performing SIC, the signal of <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is detected at <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The received SINR of detecting signal <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> of <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be given by
<disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The signal of <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is directly detected by treating the signal of <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as interference at <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The received SINR of <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to detect its own signal can be given by
<disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s2_3"><label>2.3</label><title>RIS-OMA</title>
<p>For comparison, we regard the RIS-OMA scheme as the benchmark, in which the BS sends information to two OMA users through two RISs in two time slots. In each time slot, signal <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is transmitted from the BS to <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> by utilizing <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The observation at <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by
<disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The received SINR at <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for detecting its own signal can be given by
<disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s2_4"><label>2.4</label><title>Channel Statistics</title>
<p>In order to achieve optimal performance, we use the coherent phase shift design. For the wireless communication links of RIS-NOMA networks, our goal is to optimize the channel by adjusting the amplitude and phase of the RIS to achieve the optimal channel gain for each user. For the BS-RIS-<inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> link, we maximize <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the <italic>k</italic>-th element of <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. In order to achieve maximization, the sum of the phase of <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and the phase shift <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of the <italic>k</italic>-th reflecting element of the RIS is equal to zero. Therefore, we have
<disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> without loss of generality.</p>
<p>The channel coefficients <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from the BS to the <italic>k</italic>-th reflecting element and <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from the <italic>k</italic>-th reflecting element to <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> follow Rician distribution, hence the probability density function (PDF) of cascade Rician channel <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>] is expressed as
<disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the modified Bessel function of the second kind with order <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>]. The mean and variance of <inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are respectively written as
<disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the Laguerre polynomial and <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3"><label>3</label><title>Outage Probability</title>
<p>In communication systems, the outage probability can be defined as the probability that the outage occurs for a user when the information rate of the user is lower than its target rate. The outage probability is a widely used system performance metric in fixed-rate transmission systems. In this section, the outage performance of downlink RIS-NOMA networks is investigated.</p>
<sec id="s3_1"><label>3.1</label><title>Outage Probability of <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></title>
<p>By using the SIC scheme at nearby user <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the signal of distant user <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is detected first, and then its own signal is detected. Therefore, when both signals <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> cannot be successfully detected by <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, an outage occurs for <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eqs. (7)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be expressed as
<disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> represent the target SNRs with <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denoting the target rates of <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to detect signals <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively. The outage probability of <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is derived in the following theorem.</p>
<p><bold>Theorem 3.1.</bold> Under Rician fading channels, the closed-form expression for the outage probability of <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be approximated as
<disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>&#x225C;</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the lower incomplete Gamma function [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>], and <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the gamma function [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>].</p>
<p><italic>Proof:</italic> See <xref ref-type="sec" rid="app1">Appendix A</xref>.</p>
<p><bold>Remark 3.1.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eq. (17)</xref>, it is observed that the approximate outage probability of <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is subject to <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> when the target SNR and the power allocation coefficient are fixed. Specifically, increasing <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the approximate outage probability of <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA decreases. As a result, the outage performance of <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA can be enhanced.</p>
</sec>
<sec id="s3_2"><label>3.2</label><title>Outage Probability of <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></title>
<p>On account of the NOMA principle, the signal of <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is directly detected at distant user <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Thus the outage occurs for <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> when signal <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> cannot be successfully detected by <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In view of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eq. (9)</xref>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be expressed as
<disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The outage probability of <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is derived in the following theorem.</p>
<p><bold>Theorem 3.2.</bold> Under Rician fading channels, the closed-form expression for the outage probability of <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be approximated as
<disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>: See <xref ref-type="sec" rid="app1">Appendix B</xref>.</p>
<p><bold>Remark 3.2.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref>, it can be seen that the approximate outage probability of <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA depends on <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Similarly, as <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> increase, the approximate outage probability of <inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA decreases. Consequently, the outage performance of <inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA can be improved.</p>
</sec>
<sec id="s3_3"><label>3.3</label><title>Outage Probability of <inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>for RIS-OMA</italic></title>
<p>For RIS-OMA networks, <inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> detects its own signal <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in each time slot. Hence the outage occurs for <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> when its own signal cannot be successfully detected. According to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">Eq. (11)</xref>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA networks can be expressed as
<disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> is the target SNR with <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> being the target rate of <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to detect signal <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The derivation process of the outage probability for RIS-OMA networks is similar to that of RIS-NOMA networks. The outage probability of <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA networks can be provided in the following corollary.</p>
<p><bold>Corollary 3.1.</bold> Under Rician fading channels, the closed-form expression for the outage probability of <inline-formula id="ieqn-165"><mml:math id="mml-ieqn-165"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA networks can be approximated as
<disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-166"><mml:math id="mml-ieqn-166"><mml:msub><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3_4"><label>3.4</label><title>Diversity Analysis</title>
<p>In communication systems, the diversity order can be defined as the slope of the outage probability at high SNR. The diversity order describes the speed at which the outage probability decreases with the transmit SNR, which is usually used to evaluate the outage performance of wireless communication networks. The diversity order can be expressed as
<disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In order to obtain further insights, the approximate results of the outage probability are analyzed at high SNR, which can be used to determine the diversity order. The asymptotic outage probabilities of <inline-formula id="ieqn-167"><mml:math id="mml-ieqn-167"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-168"><mml:math id="mml-ieqn-168"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at high SNR for RIS-NOMA networks can be provided in the following corollary.</p>
<p><bold>Corollary 3.2.</bold> Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">(19)</xref>, when <inline-formula id="ieqn-169"><mml:math id="mml-ieqn-169"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the asymptotic expressions for outage probability of <inline-formula id="ieqn-170"><mml:math id="mml-ieqn-170"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-171"><mml:math id="mml-ieqn-171"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be respectively given by
<disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>Proof:</italic> Applying the series representation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>], when <inline-formula id="ieqn-172"><mml:math id="mml-ieqn-172"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we have <inline-formula id="ieqn-173"><mml:math id="mml-ieqn-173"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-174"><mml:math id="mml-ieqn-174"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, by extracting the first term (<inline-formula id="ieqn-175"><mml:math id="mml-ieqn-175"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) of series representation, the high SNR approximate expressions can be given by
<disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eqs. (25)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-26">(26)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">(19)</xref>, respectively, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eqs. (23)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">(24)</xref> can be obtained. The proof is completed.</p>
<p><bold>Remark 3.3.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eqs. (23)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">(24)</xref>, it can be observed that the asymptotic outage probabilities of <inline-formula id="ieqn-176"><mml:math id="mml-ieqn-176"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-177"><mml:math id="mml-ieqn-177"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA are related to <inline-formula id="ieqn-178"><mml:math id="mml-ieqn-178"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-179"><mml:math id="mml-ieqn-179"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-180"><mml:math id="mml-ieqn-180"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Hence the asymptotic outage probabilities of <inline-formula id="ieqn-181"><mml:math id="mml-ieqn-181"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-182"><mml:math id="mml-ieqn-182"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA increase with the increase of <inline-formula id="ieqn-183"><mml:math id="mml-ieqn-183"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-184"><mml:math id="mml-ieqn-184"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-185"><mml:math id="mml-ieqn-185"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> at high SNR.</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-23">Eqs. (23)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-24">(24)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-22">Eq. (22)</xref>, the diversity orders of <inline-formula id="ieqn-186"><mml:math id="mml-ieqn-186"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-187"><mml:math id="mml-ieqn-187"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be respectively calculated as
<disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Remark 3.4.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">Eqs. (27)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-28">(28)</xref>, we can observe that the diversity orders of <inline-formula id="ieqn-188"><mml:math id="mml-ieqn-188"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-189"><mml:math id="mml-ieqn-189"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA are influenced by the number of reflecting elements of RIS, the Rician factor, and the path loss exponent.</p>
<p><bold>Remark 3.5.</bold> It can be observed that the diversity orders increase as <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-190"><mml:math id="mml-ieqn-190"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-191"><mml:math id="mml-ieqn-191"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> increase. The outage probability curve becomes steeper with the increase of the diversity order, resulting in the faster convergence of the outage probability. Therefore, increasing the diversity order can improve the outage performance of RIS-NOMA at high SNR.</p>
<p><bold>Remark 3.6.</bold> Similarly, the diversity order of <inline-formula id="ieqn-192"><mml:math id="mml-ieqn-192"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA is <inline-formula id="ieqn-193"><mml:math id="mml-ieqn-193"><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, which is also in connection with <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-194"><mml:math id="mml-ieqn-194"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-195"><mml:math id="mml-ieqn-195"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3_5"><label>3.5</label><title>Delay-Limited System Throughput</title>
<p>The system throughput is an important performance metric in wireless communication systems. The research on system throughput is of great significance for practical implementation. In the delay-limited transmission mode, the information is transmitted from the BS to users at a constant rate, which leads to outage due to the influence of the wireless fading channels. Therefore, the system throughput depends on the outage probability in the delay-limited transmission mode. The delay-limited system throughput of RIS-NOMA is expressed as
<disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-196"><mml:math id="mml-ieqn-196"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-197"><mml:math id="mml-ieqn-197"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the outage probabilities from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eqs. (17)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">(19)</xref>, respectively.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4"><label>4</label><title>Ergodic Rate</title>
<p>The ergodic rate is a commonly used system performance metric in adaptive-rate transmission systems. In this section, the ergodic rates of two users for RIS-NOMA networks are analyzed.</p>
<sec id="s4_1"><label>4.1</label><title>Ergodic Rate of <inline-formula id="ieqn-198"><mml:math id="mml-ieqn-198"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></title>
<p>Based on SIC principle, if <inline-formula id="ieqn-199"><mml:math id="mml-ieqn-199"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can successfully detect the signal of <inline-formula id="ieqn-200"><mml:math id="mml-ieqn-200"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the achievable rate of <inline-formula id="ieqn-201"><mml:math id="mml-ieqn-201"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be given by <inline-formula id="ieqn-202"><mml:math id="mml-ieqn-202"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. On account of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eq. (8)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-203"><mml:math id="mml-ieqn-203"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks is expressed as
<disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-204"><mml:math id="mml-ieqn-204"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is obtained in the following theorem.</p>
<p><bold>Theorem 4.1.</bold> Under Rician fading channels, the exact expression for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-205"><mml:math id="mml-ieqn-205"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is calculated as
<disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mi>y</mml:mi></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-206"><mml:math id="mml-ieqn-206"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-207"><mml:math id="mml-ieqn-207"><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>: See <xref ref-type="sec" rid="app1">Appendix C</xref>.</p>
<p><bold>Remark 4.1.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eq. (31)</xref>, we can observe that the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-208"><mml:math id="mml-ieqn-208"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is dependent on <inline-formula id="ieqn-209"><mml:math id="mml-ieqn-209"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-210"><mml:math id="mml-ieqn-210"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-211"><mml:math id="mml-ieqn-211"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> when the target SNR and the power allocation coefficient are constants. More specifically, with the increase of <inline-formula id="ieqn-212"><mml:math id="mml-ieqn-212"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-213"><mml:math id="mml-ieqn-213"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-214"><mml:math id="mml-ieqn-214"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-215"><mml:math id="mml-ieqn-215"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA increases.</p>
</sec>
<sec id="s4_2"><label>4.2</label><title>Ergodic Rate of <inline-formula id="ieqn-216"><mml:math id="mml-ieqn-216"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula></title>
<p>Assuming that <inline-formula id="ieqn-217"><mml:math id="mml-ieqn-217"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can detect its own signal <inline-formula id="ieqn-218"><mml:math id="mml-ieqn-218"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the achievable rate of <inline-formula id="ieqn-219"><mml:math id="mml-ieqn-219"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be given by <inline-formula id="ieqn-220"><mml:math id="mml-ieqn-220"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In virtue of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eq. (9)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-221"><mml:math id="mml-ieqn-221"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks is expressed as
<disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-222"><mml:math id="mml-ieqn-222"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is obtained in the following theorem.</p>
<p><bold>Theorem 4.2.</bold> Under Rician fading channels, the approximate expression for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-223"><mml:math id="mml-ieqn-223"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is calculated as
<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-224"><mml:math id="mml-ieqn-224"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-225"><mml:math id="mml-ieqn-225"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-226"><mml:math id="mml-ieqn-226"><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>: See <xref ref-type="sec" rid="app1">Appendix D</xref>.</p>
<p><bold>Remark 4.2.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eq. (33)</xref>, it is observed that the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-227"><mml:math id="mml-ieqn-227"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is related to <inline-formula id="ieqn-228"><mml:math id="mml-ieqn-228"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-229"><mml:math id="mml-ieqn-229"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-230"><mml:math id="mml-ieqn-230"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Similarly, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-231"><mml:math id="mml-ieqn-231"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA increases with <inline-formula id="ieqn-232"><mml:math id="mml-ieqn-232"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-233"><mml:math id="mml-ieqn-233"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-234"><mml:math id="mml-ieqn-234"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s4_3"><label>4.3</label><title>Ergodic Rate of <inline-formula id="ieqn-235"><mml:math id="mml-ieqn-235"><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> <italic>for RIS-OMA</italic></title>
<p>For RIS-OMA networks, since <inline-formula id="ieqn-236"><mml:math id="mml-ieqn-236"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can detect its own signal <inline-formula id="ieqn-237"><mml:math id="mml-ieqn-237"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the achievable rate of <inline-formula id="ieqn-238"><mml:math id="mml-ieqn-238"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be given by <inline-formula id="ieqn-239"><mml:math id="mml-ieqn-239"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. According to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-11">Eq. (11)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-240"><mml:math id="mml-ieqn-240"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA networks can be expressed as
<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>OMA</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Similar to the derivation process of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eq. (31)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-241"><mml:math id="mml-ieqn-241"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be presented in the following corollary.</p>
<p><bold>Corollary 4.1.</bold> Under Rician fading channels, the exact expression for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-242"><mml:math id="mml-ieqn-242"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA is given by
<disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mi>y</mml:mi></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s4_4"><label>4.4</label><title>Slope Analysis</title>
<p>Similar to the diversity order, the high SNR slope can be defined as the slope of the ergodic rate at high SNR, which describes how fast the ergodic rate increases with the transmit SNR. The high SNR slope can be expressed as
<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>To gain deep insights into the system performance, the approximate ergodic rate at high SNR is studied, which can be used to calculate the high SNR slope. However, the approximate ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-243"><mml:math id="mml-ieqn-243"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at high SNR cannot be obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eq. (31)</xref>. For the convenience of analyses, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-244"><mml:math id="mml-ieqn-244"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be derived in the following theorem.</p>
<p><bold>Theorem 4.3.</bold> Under Rician fading channels, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-245"><mml:math id="mml-ieqn-245"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA can be calculated as
<disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>Proof:</italic> Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">Eq. (30)</xref>, by adopting the Jensen&#x2019;s inequality, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-246"><mml:math id="mml-ieqn-246"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be given by
<disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>On the basis of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-247"><mml:math id="mml-ieqn-247"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be expressed as
<disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>According to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-14">Eqs. (14)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-15">(15)</xref>, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-248"><mml:math id="mml-ieqn-248"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be calculated as
<disp-formula id="eqn-40"><label>(40)</label><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">D</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-37">Eq. (37)</xref> can be obtained. The proof is completed.</p>
<p><bold>Remark 4.3.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-37">Eq. (37)</xref>, we can observe that the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-249"><mml:math id="mml-ieqn-249"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is related to <inline-formula id="ieqn-250"><mml:math id="mml-ieqn-250"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-251"><mml:math id="mml-ieqn-251"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-252"><mml:math id="mml-ieqn-252"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Specifically, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-253"><mml:math id="mml-ieqn-253"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA increases with <inline-formula id="ieqn-254"><mml:math id="mml-ieqn-254"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-255"><mml:math id="mml-ieqn-255"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-256"><mml:math id="mml-ieqn-256"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The asymptotic upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-257"><mml:math id="mml-ieqn-257"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at high SNR for RIS-NOMA networks can be provided in the following corollary.</p>
<p><bold>Corollary 4.2.</bold> Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-37">Eq. (37)</xref>, when <inline-formula id="ieqn-258"><mml:math id="mml-ieqn-258"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the asymptotic upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-259"><mml:math id="mml-ieqn-259"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA can be given by
<disp-formula id="eqn-41"><label>(41)</label><mml:math id="mml-eqn-41" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Remark 4.4.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-41">Eq. (41)</xref>, we can observe that the asymptotic upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-260"><mml:math id="mml-ieqn-260"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA depends on <inline-formula id="ieqn-261"><mml:math id="mml-ieqn-261"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-262"><mml:math id="mml-ieqn-262"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-263"><mml:math id="mml-ieqn-263"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Similarly, increasing <inline-formula id="ieqn-264"><mml:math id="mml-ieqn-264"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <italic>K</italic>, <inline-formula id="ieqn-265"><mml:math id="mml-ieqn-265"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-266"><mml:math id="mml-ieqn-266"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the asymptotic upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-267"><mml:math id="mml-ieqn-267"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA increases at high SNR.</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-41">Eq. (41)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">Eq. (36)</xref>, the high SNR slope of <inline-formula id="ieqn-268"><mml:math id="mml-ieqn-268"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be calculated as
<disp-formula id="eqn-42"><label>(42)</label><mml:math id="mml-eqn-42" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Remark 4.5.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-42">Eq. (42)</xref>, we can observe that the high SNR slope of <inline-formula id="ieqn-269"><mml:math id="mml-ieqn-269"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is a non-zero value. This implies that the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-270"><mml:math id="mml-ieqn-270"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA tends to infinity at high SNR. The higher the high SNR slope, the steeper the ergodic rate curve, which results in the faster convergence of the ergodic rate. Hence the ergodic rate increases with the increase of the high SNR slope.</p>
<p>The asymptotic ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-271"><mml:math id="mml-ieqn-271"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at high SNR for RIS-NOMA networks can be presented in the following corollary.</p>
<p><bold>Corollary 4.3.</bold> Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-32">Eq. (32)</xref>, when <inline-formula id="ieqn-272"><mml:math id="mml-ieqn-272"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the asymptotic ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-273"><mml:math id="mml-ieqn-273"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA can be calculated as
<disp-formula id="eqn-43"><label>(43)</label><mml:math id="mml-eqn-43" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><italic>Proof:</italic> With the aid of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eqs. (9)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">(12)</xref>, we can obtain
<disp-formula id="eqn-44"><label>(44)</label><mml:math id="mml-eqn-44" display="block"><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In view of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-32">Eq. (32)</xref>, when <inline-formula id="ieqn-274"><mml:math id="mml-ieqn-274"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the asymptotic ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-275"><mml:math id="mml-ieqn-275"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be calculated as
<disp-formula id="eqn-45"><label>(45)</label><mml:math id="mml-eqn-45" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-43">Eq. (43)</xref> can be obtained. The proof is completed.</p>
<p><bold>Remark 4.6.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-43">Eq. (43)</xref>, it can be observed that the asymptotic ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-276"><mml:math id="mml-ieqn-276"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is a constant when the power allocation coefficient is fixed. Hence the asymptotic ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-277"><mml:math id="mml-ieqn-277"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA remains unchanged at high SNR.</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-43">Eq. (43)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">Eq. (36)</xref>, the high SNR slope of <inline-formula id="ieqn-278"><mml:math id="mml-ieqn-278"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be calculated as
<disp-formula id="eqn-46"><label>(46)</label><mml:math id="mml-eqn-46" display="block"><mml:msub><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Remark 4.7.</bold> From <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-46">Eq. (46)</xref>, it can be observed that the high SNR slope of <inline-formula id="ieqn-279"><mml:math id="mml-ieqn-279"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is zero. This means that the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-280"><mml:math id="mml-ieqn-280"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is a constant. Hence the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-281"><mml:math id="mml-ieqn-281"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA converges to a throughput ceiling at high SNR.</p>
<p>Similar to the derivation process of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-37">Eq. (37)</xref>, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-282"><mml:math id="mml-ieqn-282"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA networks can be obtained in the following corollary.</p>
<p><bold>Corollary 4.4.</bold> Under Rician fading channels, the upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-283"><mml:math id="mml-ieqn-283"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA is given by
<disp-formula id="eqn-47"><label>(47)</label><mml:math id="mml-eqn-47" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>The asymptotic upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-284"><mml:math id="mml-ieqn-284"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> at high SNR for RIS-OMA networks can be provided in the following corollary.</p>
<p><bold>Corollary 4.5.</bold> Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-47">Eq. (47)</xref>, when <inline-formula id="ieqn-285"><mml:math id="mml-ieqn-285"><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x2192;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the asymptotic upper bound for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-286"><mml:math id="mml-ieqn-286"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA can be given by
<disp-formula id="eqn-48"><label>(48)</label><mml:math id="mml-eqn-48" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Remark 4.8.</bold> Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-48">Eq. (48)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">Eq. (36)</xref>, the high SNR slope of <inline-formula id="ieqn-287"><mml:math id="mml-ieqn-287"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA networks is equal to <inline-formula id="ieqn-288"><mml:math id="mml-ieqn-288"><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s4_5"><label>4.5</label><title>Delay-Tolerant System Throughput</title>
<p>In the delay-tolerant transmission mode, the information is transmitted from the BS to users at any constant rate, which is subject to the channel conditions of the users. Hence the delay-tolerant system throughput of RIS-NOMA is expressed as
<disp-formula id="eqn-49"><label>(49)</label><mml:math id="mml-eqn-49" display="block"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-289"><mml:math id="mml-ieqn-289"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-290"><mml:math id="mml-ieqn-290"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the ergodic rates from <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eqs. (31)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">(33)</xref>, respectively.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5"><label>5</label><title>Numerical Results</title>
<p>In this section, numerical results are presented to evaluate the performance of RIS-NOMA networks over Rician fading channels. The effects of the Rician factor, the number of reflecting elements of the RIS, and the pass loss exponent on the performance of RIS-NOMA networks are discussed. The accuracy of the derived theoretical results can be verified by Monte Carlo simulations. In order to compare the performance with the RIS-NOMA networks, the conventional RIS-OMA networks are also provided. Without loss of generality, the power allocation factors of two users are set to <inline-formula id="ieqn-291"><mml:math id="mml-ieqn-291"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-292"><mml:math id="mml-ieqn-292"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the target rates of two users are set to <inline-formula id="ieqn-293"><mml:math id="mml-ieqn-293"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0005</mml:mn></mml:math></inline-formula> bits per channel use (BPCU) and <inline-formula id="ieqn-294"><mml:math id="mml-ieqn-294"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.002</mml:mn></mml:math></inline-formula> BPCU. In order to simplify the calculation, we adopt the normalized distance for dimensionless physical quantity. It is assumed that the distances from the BS to <inline-formula id="ieqn-295"><mml:math id="mml-ieqn-295"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and from <inline-formula id="ieqn-296"><mml:math id="mml-ieqn-296"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-297"><mml:math id="mml-ieqn-297"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are normalized to unity. The normalized distances from BS to <inline-formula id="ieqn-298"><mml:math id="mml-ieqn-298"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-299"><mml:math id="mml-ieqn-299"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, from <inline-formula id="ieqn-300"><mml:math id="mml-ieqn-300"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-301"><mml:math id="mml-ieqn-301"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and from <inline-formula id="ieqn-302"><mml:math id="mml-ieqn-302"><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> to <inline-formula id="ieqn-303"><mml:math id="mml-ieqn-303"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are set to <inline-formula id="ieqn-304"><mml:math id="mml-ieqn-304"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-305"><mml:math id="mml-ieqn-305"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-306"><mml:math id="mml-ieqn-306"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-307"><mml:math id="mml-ieqn-307"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively. For clarity, the main parameters used for numerical results are summarized in <xref ref-type="table" rid="table-1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="table-1"><label>Table 1</label><caption><title>The parameters for numerical results</title></caption>
<table frame="hsides">
<colgroup>
<col align="left"/>
<col align="left"/>
</colgroup>
<tbody>
<tr>
<th align="left">Monte Carlo simulations repeated</th>
<th align="left"><inline-formula id="ieqn-343"><mml:math id="mml-ieqn-343"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> iterations</th>
</tr>
<tr>
<td align="left">The power allocation factors</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-344"><mml:math id="mml-ieqn-344"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-345"><mml:math id="mml-ieqn-345"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.8</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">The targeted data rates</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-346"><mml:math id="mml-ieqn-346"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0005</mml:mn></mml:math></inline-formula> BPCU</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-347"><mml:math id="mml-ieqn-347"><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.002</mml:mn></mml:math></inline-formula> BPCU</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">The normalized distances</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-348"><mml:math id="mml-ieqn-348"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.4</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-349"><mml:math id="mml-ieqn-349"><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.5</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td align="left">The path loss exponent</td>
<td align="left"><inline-formula id="ieqn-350"><mml:math id="mml-ieqn-350"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<sec id="s5_1"><label>5.1</label><title>Outage Probability</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref> plots the outage probabilities of two users <italic>vs.</italic> the transmit SNR for RIS-NOMA networks. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-308"><mml:math id="mml-ieqn-308"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-309"><mml:math id="mml-ieqn-309"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> dB, and <inline-formula id="ieqn-310"><mml:math id="mml-ieqn-310"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. We can observe that the accurate outage probability curves given by Monte Carlo simulations are in good agreement with the derived theoretical outage probability results for RIS-NOMA networks, which verifies the accuracy of the derived theoretical outage probability results. It can be observed that the outage performance of RIS-NOMA networks is better than that of RIS-OMA networks. The reason is that RIS-NOMA can provide services for multiple users in the same time slot by adopting the superposition coding scheme, while RIS-OMA can only provide services for one user in each time slot. One can observe that the asymptotic outage probability curves converge to the derived theoretical results in the high SNR regime, which also demonstrates the accuracy of the theoretical analysis. As can be observed that the outage probability decreases with the increase of the transmit SNR. One can make the following observation from figure that the outage probabilities of two users converge to zeros in the high SNR regime and thus the non-zero diversity order can be obtained.</p>
<fig id="fig-2"><label>Figure 2</label><caption><title>Outage probability <italic>vs.</italic> the transmit SNR when <italic>K</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;8, &#x03BA; &#x003D; &#x2212;10&#x2005;dB, and &#x03B1; &#x003D; 2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-2.png"/></fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref> plots the outage probabilities of two users <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> for RIS-NOMA networks. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-311"><mml:math id="mml-ieqn-311"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> dB and <inline-formula id="ieqn-312"><mml:math id="mml-ieqn-312"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. It is observed that the outage probabilities of two users for RIS-NOMA decrease with increasing the number of reflecting elements <italic>K</italic>, thus the outage performance for RIS-NOMA can be improved. The reason is that the diversity orders of two users for RIS-NOMA depend on the number of reflecting elements.</p>
<fig id="fig-3"><label>Figure 3</label><caption><title>Outage probability <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> when &#x03BA; &#x003D; &#x2212;10&#x2005;dB and &#x03B1; &#x003D; 2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-3.png"/></fig>
<p>In order to explain the influence of the Rician factor on the outage performance of RIS-NOMA networks, <xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref> plots the outage probabilities of two users <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <inline-formula id="ieqn-313"><mml:math id="mml-ieqn-313"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-314"><mml:math id="mml-ieqn-314"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-315"><mml:math id="mml-ieqn-315"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. As can be seen from the figure that as the value of the Rician factor <inline-formula id="ieqn-316"><mml:math id="mml-ieqn-316"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the outage probabilities of two users for RIS-NOMA reduce, hence the outage performance of RIS-NOMA becomes better. This is due to the fact that the diversity orders of two users for RIS-NOMA are related to the value of the Rician factor. The reason behind this phenomenon is that there are a large number of LoS components of Rician fading channels, which greatly improves the outage performance of RIS-NOMA networks.</p>
<fig id="fig-4"><label>Figure 4</label><caption><title>Outage probability <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different &#x03BA; when <italic>K</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;8 and &#x03B1; &#x003D; 2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-4.png"/></fig>
<p>To further illustrate the impact of the path loss exponent on the outage performance of RIS-NOMA networks, <xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref> plots the outage probabilities of two users <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <inline-formula id="ieqn-317"><mml:math id="mml-ieqn-317"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-318"><mml:math id="mml-ieqn-318"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-319"><mml:math id="mml-ieqn-319"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> dB. It can be seen that the outage probabilities of two users for RIS-NOMA increase significantly with the decrease of the path loss exponent <inline-formula id="ieqn-320"><mml:math id="mml-ieqn-320"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, therefore the outage performance for RIS-NOMA deteriorates sharply. This is because that the path loss exponent reflects the number of obstacles in the propagation environment.</p>
<fig id="fig-5"><label>Figure 5</label><caption><title>Outage probability <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different &#x003B1; when <italic>K</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;8 and &#x03BA; &#x003D; &#x2212;10&#x2005;dB</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-5.png"/></fig>
</sec>
<sec id="s5_2"><label>5.2</label><title>Ergodic Rate</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref> plots the ergodic rates of two users <italic>vs.</italic> the transmit SNR for RIS-NOMA networks. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-321"><mml:math id="mml-ieqn-321"><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-322"><mml:math id="mml-ieqn-322"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> dB, and <inline-formula id="ieqn-323"><mml:math id="mml-ieqn-323"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. We can see from the figure that the Monte Carlo simulation ergodic rate curves are completely consistent with the derived theoretical ergodic rate results for RIS-NOMA, which demonstrates the accuracy of the derived theoretical ergodic rate results. Another observation is that the upper bound curve for ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-324"><mml:math id="mml-ieqn-324"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is very close to the derived theoretical ergodic rate. As can be observed from this figure that the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-325"><mml:math id="mml-ieqn-325"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> converges to a throughput ceiling at high SNR and therefore leads to a zero high SNR slope. The important observation is that the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-326"><mml:math id="mml-ieqn-326"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is higher than that of <inline-formula id="ieqn-327"><mml:math id="mml-ieqn-327"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA at high SNR. The reason is that the high SNR slope of <inline-formula id="ieqn-328"><mml:math id="mml-ieqn-328"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA exceeds that of <inline-formula id="ieqn-329"><mml:math id="mml-ieqn-329"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA. On the other hand, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-330"><mml:math id="mml-ieqn-330"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA is lower than that of <inline-formula id="ieqn-331"><mml:math id="mml-ieqn-331"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA at high SNR. This is because that <inline-formula id="ieqn-332"><mml:math id="mml-ieqn-332"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA has a smaller the high SNR slope compared with <inline-formula id="ieqn-333"><mml:math id="mml-ieqn-333"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-OMA.</p>
<fig id="fig-6"><label>Figure 6</label><caption><title>Ergodic rate <italic>vs.</italic> the transmit SNR when <italic>K</italic>&#x2009;&#x003D;&#x2009;20, &#x03BA; &#x003D; &#x2212;10&#x2005;dB, and &#x03B1;&#x2009;&#x003D;&#x2009;2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-6.png"/></fig>
<p>Considering the influence of the number of reflecting elements on the ergodic performance of RIS-NOMA networks, <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref> plots the ergodic rates of two users <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> for RIS-NOMA networks. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-334"><mml:math id="mml-ieqn-334"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> dB and <inline-formula id="ieqn-335"><mml:math id="mml-ieqn-335"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. We can observe from the figure that the ergodic rates of two users for RIS-NOMA increase as the number of reflecting elements <italic>K</italic> increases. Another observation is that the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-336"><mml:math id="mml-ieqn-336"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is extremely large with respect to that of <inline-formula id="ieqn-337"><mml:math id="mml-ieqn-337"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA with the increase of the number of reflecting elements. This is due to the fact that there is a throughput ceiling at high SNR for the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-338"><mml:math id="mml-ieqn-338"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA.</p>
<fig id="fig-7"><label>Figure 7</label><caption><title>Ergodic rate <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> when &#x03BA; &#x003D; &#x2212;10&#x2005;dB and &#x03B1;&#x2009;&#x003D;&#x2009;2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-7.png"/></fig>
</sec>
<sec id="s5_3"><label>5.3</label><title>System Throughput</title>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8</xref> plots the system throughput <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> for RIS-NOMA networks in delay-limited transmission mode. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-339"><mml:math id="mml-ieqn-339"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> dB and <inline-formula id="ieqn-340"><mml:math id="mml-ieqn-340"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. It can be seen that RIS-NOMA is capable of enhancing the system throughput compared to RIS-OMA. The reason is that the system throughput depends on the outage probability in delay-limited transmission mode. One can make the following observation from figure that the system throughput of RIS-NOMA converges to a constant at high SNR. This phenomenon indicates that the system throughput no longer increases with the increase of SNR when it reaches a fixed value at high SNR. Another observation is that as the number of reflecting elements increases, the system throughput of RIS-NOMA can be significantly improved.</p>
<fig id="fig-8"><label>Figure 8</label><caption><title>System throughput in delay-limited transmission mode <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> when &#x03BA; &#x003D; &#x2212;10&#x2005;dB and &#x03B1; &#x003D; 2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-8.png"/></fig>
<p>As a further advance, <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref> plots the system throughput <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> for RIS-NOMA networks in delay-tolerant transmission mode. The parameters are set to <inline-formula id="ieqn-341"><mml:math id="mml-ieqn-341"><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> dB and <inline-formula id="ieqn-342"><mml:math id="mml-ieqn-342"><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. It can be observed that RIS-NOMA can achieve a larger system throughput than RIS-OMA at high SNR. The main reason behind this is that the system throughput is related to the ergodic rate in delay-tolerant transmission mode. It is observed from the figure that the system throughput of RIS-NOMA becomes larger with increasing the number of reflecting elements.</p>
<fig id="fig-9"><label>Figure 9</label><caption><title>System throughput in delay-tolerant transmission mode <italic>vs.</italic> the transmit SNR with different <italic>K</italic> when &#x03BA; &#x003D; &#x2212;10&#x2005;dB and &#x03B1; &#x003D; 2</title></caption><graphic mimetype="image" mime-subtype="png" xlink:href="CMES_24940-fig-9.png"/></fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s6"><label>6</label><title>Conclusion</title>
<p>In this paper, the system performance of RIS-assisted downlink NOMA communication networks has been investigated in terms of the outage probability, ergodic rate, and system throughput over Rician fading channels. The exact and asymptotic expressions for the outage probability and ergodic rate of two users for RIS-NOMA networks have been derived. Based on the theoretical analyses, the diversity orders and high SNR slopes of the two users have been obtained at high SNR. In addition, the system throughputs of RIS-NOMA networks have been derived in delay-limited and delay-tolerant transmission modes. Simulation results have indicated that the outage probability and ergodic rate of RIS-NOMA outperform that of RIS-OMA. It has been shown that the system throughput of RIS-NOMA is superior to that of RIS-OMA. Moreover, it has been demonstrated that the system performance of RIS-NOMA networks becomes better with increasing the number of reflecting elements and Rician factor. Based on this work, we will consider extending the research to multiple users in the future. In addition, optimized power allocation and multiple antennas of device nodes are also promising research directions.</p>
</sec>
</body>
<back>
<fn-group>
<fn fn-type="other"><p><bold>Funding Statement:</bold> This work was supported in part by the Key R&#x0026;D Program of Zhejiang Province under Grant No. 2020C05005, in part by the National Natural Science Foundation of China under Grants U2033215, 91738301, 91538202, and 91638301, in part by the Program for New Century Excellent Talents in University under Grant NCET-09-0025, and in part by the Fundamental Research Funds for the Central Universities. The work of C. Huang was partially supported by the China National Key R&#x0026;D Program under Grant 2021YFA1000500, National Natural Science Foundation of China under Grant 62101492, Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China under Grant LR22F010002, Distinguished Young Scholars of the National Natural Science Foundation of China, Ng Teng Fong Charitable Foundation in the form of ZJU-SUTD IDEA Grant, Zhejiang University Education Foundation Qizhen Scholar Foundation, and Fundamental Research Funds for the Central Universities under Grant 2021FZZX001-21. The work of X. Yue was supported by the National Natural Science Foundation of China under Grant 62071052 and the R&#x0026;D Program of Beijing Municipal Education Commission under Grant KM202011232003.</p></fn>
<fn fn-type="conflict"><p><bold>Conflicts of Interest:</bold> The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p></fn>
</fn-group>
<ref-list content-type="authoryear">
<title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Choi</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elkashlan</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Application of non-orthogonal multiple access in LTE and 5G networks</article-title>. <source>IEEE Communications Magazine</source><italic>,</italic> <volume>55</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>185</fpage>&#x2013;<lpage>191</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MCOM.35</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Shirvanimoghaddam</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dohler</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Johnson</surname>, <given-names>S. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Massive non-orthogonal multiple access for cellular IoT: Potentials and limitations</article-title>. <source>IEEE Communications Magazine</source><italic>,</italic> <volume>55</volume><issue>(9)</issue><italic>,</italic> <fpage>55</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MCOM.2017.1600618</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qin</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elkashlan</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nallanathan</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Non-orthogonal multiple access for 5G and beyond</article-title>. <source>Proceedings of the IEEE</source><italic>,</italic> <volume>105</volume><issue>(12)</issue><italic>,</italic> <fpage>2347</fpage>&#x2013;<lpage>2381</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JPROC.2017.2768666</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Islam</surname>, <given-names>S. M. R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Avazov</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Dobre</surname>, <given-names>O. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kwak</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Power-domain non-orthogonal multiple access (NOMA) in 5G systems: Potentials and challenges</article-title>. <source>IEEE Communications Surveys and Tutorials</source><italic>,</italic> <volume>19</volume><issue>(2)</issue><italic>,</italic> <fpage>721</fpage>&#x2013;<lpage>742</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/COMST.2016.2621116</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Montalban</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Scopelliti</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fadda</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Iradier</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Desogus</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Multimedia multicast services in 5G networks: Subgrouping and non-orthogonal multiple access techniques</article-title>. <source>IEEE Communications Magazine</source><italic>,</italic> <volume>56</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>91</fpage>&#x2013;<lpage>95</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MCOM.2018.1700660</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fan</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Poor</surname>, <given-names>H. V.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>On the performance of non-orthogonal multiple access in 5G systems with randomly deployed users</article-title>. <source>IEEE Signal Processing Letters</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><issue>(12)</issue><italic>,</italic> <fpage>1501</fpage>&#x2013;<lpage>1505</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LSP.97</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Qin</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kang</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>A unified framework for non-orthogonal multiple access</article-title>. <source>IEEE Transactions on Communications</source><italic>,</italic> <volume>66</volume><issue>(11)</issue><italic>,</italic> <fpage>5346</fpage>&#x2013;<lpage>5359</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2018.2842217</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>X. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fan</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Fan</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Decentralized power allocation for MIMO-NOMA vehicular edge computing based on deep reinforcement learning</article-title>. <source>IEEE Internet of Things Journal</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><issue>(14)</issue><italic>,</italic> <fpage>12770</fpage>&#x2013;<lpage>12782</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JIOT.2021.3138434</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hou</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Reconfigurable intelligent surfaces: Principles and opportunities</article-title>. <source>IEEE Communications Surveys and Tutorials</source><italic>,</italic> <volume>23</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>1546</fpage>&#x2013;<lpage>1577</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/COMST.2021.3077737</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ma</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiao</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>6G wireless networks: Vision, requirements, architecture, and key technologies</article-title>. <source>IEEE Vehicular Technology Magazine</source><italic>,</italic> <volume>14</volume><issue>(3)</issue><italic>,</italic> <fpage>28</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MVT.10209</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pan</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kolb</surname>, <given-names>J. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elkashlan</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Reconfigurable intelligent surfaces for 6G systems: Principles, applications, and research directions</article-title>. <source>IEEE Communications Magazine</source><italic>,</italic> <volume>59</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>14</fpage>&#x2013;<lpage>20</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MCOM.001.2001076</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zappone</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alexandropoulos</surname>, <given-names>G. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Debbah</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuen</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Reconfigurable intelligent surfaces for energy efficiency in wireless communication</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>18</volume><issue>(8)</issue><italic>,</italic> <fpage>4157</fpage>&#x2013;<lpage>4170</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.7693</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hu</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alexandropoulos</surname>, <given-names>G. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zappone</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuen</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Holographic MIMO surfaces for 6G wireless networks: Opportunities, challenges, and trends</article-title>. <source>IEEE Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>27</volume><issue>(5)</issue><italic>,</italic> <fpage>118</fpage>&#x2013;<lpage>125</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MWC.7742</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pan</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nallanathan</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A framework of robust transmission design for IRS-aided MISO communications with imperfect cascaded channels</article-title>. <source>IEEE Transactions on Signal Processing</source><italic>,</italic> <volume>68</volume><italic>,</italic> <fpage>5092</fpage>&#x2013;<lpage>5106</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2020.3019666</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Towards smart and reconfigurable environment: Intelligent reflecting surface aided wireless network</article-title>. <source>IEEE Communications Magazine</source><italic>,</italic> <volume>58</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>106</fpage>&#x2013;<lpage>112</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MCOM.35</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wei</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alexandropoulos</surname>, <given-names>G. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuen</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Channel estimation for RIS-empowered multi-user MISO wireless communications</article-title>. <source>IEEE Transactions on Communications</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>4144</fpage>&#x2013;<lpage>4157</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2021.3063236</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Saad</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shikh-Bahaei</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Energy-efficient wireless communications with distributed reconfigurable intelligent surfaces</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>665</fpage>&#x2013;<lpage>679</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2021.3098632</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Mo</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuen</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Reconfigurable intelligent surface assisted multiuser MISO systems exploiting deep reinforcement learning</article-title>. <source>IEEE Journal on Selected Areas in Communications</source><italic>,</italic> <volume>38</volume><issue>(8)</issue><italic>,</italic> <fpage>1839</fpage>&#x2013;<lpage>1850</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.49</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shi</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shikh-Bahaei</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Beamforming design for multiuser transmission through reconfigurable intelligent surface</article-title>. <source>IEEE Transactions on Communications</source><italic>,</italic> <volume>69</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>589</fpage>&#x2013;<lpage>601</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.26</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alexandropoulos</surname>, <given-names>G. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xiong</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wei</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Multi-hop RIS-empowered terahertz communications: A DRL-based hybrid beamforming design</article-title>. <source>IEEE Journal on Selected Areas in Communications</source><italic>,</italic> <volume>39</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>1663</fpage>&#x2013;<lpage>1677</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.2021.3071836</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Poor</surname>, <given-names>H. V.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A simple design of IRS-NOMA transmission</article-title>. <source>IEEE Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>24</volume><issue>(5)</issue><italic>,</italic> <fpage>1119</fpage>&#x2013;<lpage>1123</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/COML.4234</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Performance analysis of intelligent reflecting surface assisted NOMA networks</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>21</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>2623</fpage>&#x2013;<lpage>2636</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2021.3114221</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ding</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Schober</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Poor</surname>, <given-names>H. V.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>On the impact of phase shifting designs on IRS-NOMA</article-title>. <source>IEEE Wireless Communication Letters</source><italic>,</italic> <volume>9</volume><issue>(10)</issue><italic>,</italic> <fpage>1596</fpage>&#x2013;<lpage>1600</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LWC.5962382</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hou</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Song</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Reconfigurable intelligent surface aided NOMA networks</article-title>. <source>IEEE Journal on Selected Areas in Communications</source><italic>,</italic> <volume>38</volume><issue>(11)</issue><italic>,</italic> <fpage>2575</fpage>&#x2013;<lpage>2588</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.49</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zheng</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Intelligent reflecting surface-assisted multiple access with user pairing: NOMA or OMA?</article-title> <source>IEEE Communications Letters</source><italic>,</italic> <volume>24</volume><issue>(4)</issue><italic>,</italic> <fpage>753</fpage>&#x2013;<lpage>757</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/COML.4234</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Khaleel</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Basar</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A novel NOMA solution with RIS partitioning</article-title>. <source>IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing</source><italic>,</italic> <volume>16</volume><issue>(1)</issue><italic>,</italic> <fpage>70</fpage>&#x2013;<lpage>81</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSTSP.2021.3127725</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>K. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Teh</surname>, <given-names>K. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Karagiannidis</surname>, <given-names>G. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Non-orthogonal multiple access (NOMA) with multiple intelligent reflecting surfaces</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><issue>(11)</issue><italic>,</italic> <fpage>7184</fpage>&#x2013;<lpage>7195</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2021.3081423</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hemanth</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Umamaheswari</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Pogaku</surname>, <given-names>A. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Do</surname>, <given-names>D. T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lee</surname>, <given-names>B. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Outage performance analysis of reconfigurable intelligent surfaces-aided NOMA under presence of hardware impairment</article-title>. <source>IEEE Access</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>,</italic> <fpage>212156</fpage>&#x2013;<lpage>212165</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/Access.6287639</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Cheng</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>K. H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Teh</surname>, <given-names>K. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Vincent Poor</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Downlink and uplink intelligent reflecting surface aided networks: NOMA and OMA</article-title>. <source>IEEE Transactions on Wireless Communications</source><italic>,</italic> <volume>20</volume><issue>(6)</issue><italic>,</italic> <fpage>3988</fpage>&#x2013;<lpage>4000</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2021.3054841</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gong</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Performance analysis for reconfigurable intelligent surface assisted downlink NOMA networks</article-title>. <source>IET Communications</source><italic>,</italic> <volume>16</volume><issue>(13)</issue><italic>,</italic> <fpage>1593</fpage>&#x2013;<lpage>1605</lpage>. DOI <pub-id pub-id-type="doi">10.1049/cmu2.12375</pub-id>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Simon</surname>, <given-names>M. K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2006</year>). <source>Probability distributions involving gaussian random variables</source>. <publisher-loc>USA</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Gradshteyn</surname>, <given-names>I. S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Ryzhik</surname>, <given-names>I. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2000</year>). <source>Table of integrals, series and products</source>. <edition>6th edition</edition>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic Press</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Primak</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Kontorovitch</surname>, <given-names>V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lyandres</surname>, <given-names>V.</given-names></string-name></person-group> (<year>2004</year>). <source>Stochastic methods and their applications to communications: Stochastic differential equations approach</source>. <publisher-loc>West Sussex, UK</publisher-loc>: <publisher-name>Wiley</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hildebrand</surname>, <given-names>B. F.</given-names></string-name></person-group> (<year>1987</year>). <source>Introduction to numerical analysis</source>. <publisher-loc>New York, NY, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Dover</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
</ref-list>
<app-group id="appg1">
<app id="app1"><label></label>
<title>Appendix A: Proof of Theorem 1</title>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eqs. (7)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">(8)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-16">Eq. (16)</xref>, based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-351"><mml:math id="mml-ieqn-351"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks is expressed as
<disp-formula id="eqn-50"><label>(A.1)</label><mml:math id="mml-eqn-50" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-352"><mml:math id="mml-ieqn-352"><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mo>&#x225C;</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">max</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-353"><mml:math id="mml-ieqn-353"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-354"><mml:math id="mml-ieqn-354"><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> with <inline-formula id="ieqn-355"><mml:math id="mml-ieqn-355"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Applying the series of Laguerre polynomials [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">33</xref>], the PDF of <inline-formula id="ieqn-356"><mml:math id="mml-ieqn-356"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is approximated as
<disp-formula id="eqn-51"><label>(A.2)</label><mml:math id="mml-eqn-51" display="block"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-357"><mml:math id="mml-ieqn-357"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-358"><mml:math id="mml-ieqn-358"><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-51">Eq. (A.2)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-50">Eq. (A.1)</xref>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-359"><mml:math id="mml-ieqn-359"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be approximated as
<disp-formula id="eqn-52"><label>(A.3)</label><mml:math id="mml-eqn-52" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using <inline-formula id="ieqn-360"><mml:math id="mml-ieqn-360"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-361"><mml:math id="mml-ieqn-361"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is expressed as
<disp-formula id="eqn-53"><label>(A.4)</label><mml:math id="mml-eqn-53" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Applying the lower incomplete Gamma function [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>], the outage probability of <inline-formula id="ieqn-362"><mml:math id="mml-ieqn-362"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be calculated as
<disp-formula id="eqn-54"><label>(A.5)</label><mml:math id="mml-eqn-54" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-363"><mml:math id="mml-ieqn-363"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-364"><mml:math id="mml-ieqn-364"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Thus, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eq. (17)</xref> can be obtained. The proof is completed.</p>
<p><bold>Appendix B: Proof of Theorem 2</bold></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eq. (9)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-365"><mml:math id="mml-ieqn-365"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be expressed as
<disp-formula id="eqn-55"><label>(B.1)</label><mml:math id="mml-eqn-55" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where the last equality holds because of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>.</p>
<p>Similarly, the PDF of <inline-formula id="ieqn-366"><mml:math id="mml-ieqn-366"><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x2211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by utilizing the series of Laguerre polynomials can be approximated as
<disp-formula id="eqn-56"><label>(B.2)</label><mml:math id="mml-eqn-56" display="block"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-367"><mml:math id="mml-ieqn-367"><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-368"><mml:math id="mml-ieqn-368"><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-56">Eq. (B.2)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-55">Eq. (B.1)</xref>, using <inline-formula id="ieqn-369"><mml:math id="mml-ieqn-369"><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-370"><mml:math id="mml-ieqn-370"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be approximated as
<disp-formula id="eqn-57"><label>(B.3)</label><mml:math id="mml-eqn-57" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>e</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>By referring to the lower incomplete Gamma function, the outage probability of <inline-formula id="ieqn-371"><mml:math id="mml-ieqn-371"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be calculated as
<disp-formula id="eqn-58"><label>(B.4)</label><mml:math id="mml-eqn-58" display="block"><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-372"><mml:math id="mml-ieqn-372"><mml:msub><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-373"><mml:math id="mml-ieqn-373"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BA;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Hence <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref> can be obtained. The proof is completed.</p>
<p><bold>Appendix C: Proof of Theorem 3</bold></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-8">Eq. (8)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-30">Eq. (30)</xref>, according to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-374"><mml:math id="mml-ieqn-374"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be expressed as
<disp-formula id="eqn-59"><label>(C.1)</label><mml:math id="mml-eqn-59" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x23DF;</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:munder><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The CDF of <inline-formula id="ieqn-375"><mml:math id="mml-ieqn-375"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be written as
<disp-formula id="eqn-60"><label>(C.2)</label><mml:math id="mml-eqn-60" display="block"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>y</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-17">Eq. (17)</xref>, the CDF of <inline-formula id="ieqn-376"><mml:math id="mml-ieqn-376"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is given by
<disp-formula id="eqn-61"><label>(C.3)</label><mml:math id="mml-eqn-61" display="block"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mi>y</mml:mi></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-61">Eq. (C.3)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-59">Eq. (C.1)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-377"><mml:math id="mml-ieqn-377"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be approximated as
<disp-formula id="eqn-62"><label>(C.4)</label><mml:math id="mml-eqn-62" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mi>y</mml:mi></mml:msqrt><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Hence <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-31">Eq. (31)</xref> can be obtained. The proof is completed.</p>
<p><bold>Appendix D: Proof of Theorem 4</bold></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-9">Eq. (9)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-32">Eq. (32)</xref>, in view of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-12">Eq. (12)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-378"><mml:math id="mml-ieqn-378"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for RIS-NOMA networks can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-63"><label>(D.1)</label><mml:math id="mml-eqn-63" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">H</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>&#x03D1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x23DF;</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:munder><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>The CDF of <inline-formula id="ieqn-379"><mml:math id="mml-ieqn-379"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be written as
<disp-formula id="eqn-64"><label>(D.2)</label><mml:math id="mml-eqn-64" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo movablelimits="true" form="prefix">Pr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-380"><mml:math id="mml-ieqn-380"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x003E;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>. According to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-19">Eq. (19)</xref>, the CDF of <inline-formula id="ieqn-381"><mml:math id="mml-ieqn-381"><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be given by
<disp-formula id="eqn-65"><label>(D.3)</label><mml:math id="mml-eqn-65" display="block"><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Y</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-65">Eq. (D.3)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-63">Eq. (D.1)</xref>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-382"><mml:math id="mml-ieqn-382"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be approximated as
<disp-formula id="eqn-66"><label>(D.4)</label><mml:math id="mml-eqn-66" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac><mml:msqrt><mml:mfrac><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Using <inline-formula id="ieqn-383"><mml:math id="mml-ieqn-383"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-384"><mml:math id="mml-ieqn-384"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is expressed as
<disp-formula id="eqn-67"><label>(D.5)</label><mml:math id="mml-eqn-67" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Applying Chebyshev-Gauss quadrature [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>], the ergodic rate of <inline-formula id="ieqn-385"><mml:math id="mml-ieqn-385"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be calculated as
<disp-formula id="eqn-68"><label>(D.6)</label><mml:math id="mml-eqn-68" display="block"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>ln</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo>&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">&#x0393;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03B3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x03C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x03C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C1;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:msqrt><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-386"><mml:math id="mml-ieqn-386"><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Hence <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eq. (33)</xref> can be obtained. The proof is completed.</p>
</app>
</app-group>
</back>
</article>









