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Intelligent Reflecting Surface Aided Multicasting With Random Passive Beamforming

机译：随机被动波束形成智能反射表面辅助多播

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In this letter, we consider a multicast system where a single-antenna transmitter sends a common message to multiple single-antenna users, aided by an intelligent reflecting surface (IRS) equipped with ${N}$ passive reflecting elements. Prior works on IRS have mostly assumed the availability of channel state information (CSI) for designing its passive beamforming. However, the acquisition of CSI requires substantial training overhead that increases with ${N}$ . In contrast, we propose in this letter a novel random passive beamforming scheme, where the IRS performs independent random reflection for ${Q} geq $ 1 times in each channel coherence interval without the need of CSI acquisition. For the proposed scheme, we first derive a closed-form approximation of the outage probability, based on which the optimal ${Q}$ with best outage performance can be efficiently obtained. Then, for the purpose of comparison, we derive a lower bound of the outage probability with traditional CSI-based passive beamforming. Numerical results show that a small ${Q}$ is preferred in the high-outage regime (or with high rate target) and the optimal ${Q}$ becomes larger as the outage probability decreases (or as the rate target decreases). Moreover, the proposed scheme significantly outperforms the CSI-based passive beamforming scheme with training overhead taken into consideration when ${N}$ and/or the number of users are large, thus offering a promising CSI-free alternative to existing CSI-based schemes.
机译：在这封信中，我们考虑一个多播系统，其中单天线发射机向多个单天线用户发送通用消息，并由配备有<内联公式XMLNS：MML =“http：//的智能反射表面（IRS）。 www.w3.org/1998/math/mathml“xmlns：xlink =”http://www.w3.org/1999/xlink“> $ {n} $ 被动反射元素。在IRS上的事先作品主要假设用于设计其被动波束成形的信道状态信息（CSI）的可用性。但是，CSI的获取需要大量培训开销，即使用<内联公式XMLNS增加：MML =“http://www.w3.org/1998/math/mathml”xmlns：xlink =“http：//www.w3 .org / 1999 / xlink“> $ {n} $ 。相比之下，我们在这封字母中提出了一种新颖的<斜视xmlns：mml =“http://www.w3.org/1998/math/mathml”xmlns：xlink =“http://www.w3.org/1999/ XLink“>随机被动波束成形方案，其中IRS对<内联公式XMLNS执行独立的随机反射：MML =”http://www.w3.org/1998/math/mathml“xmlns：xlink =” http://www.w3.org/1999/xlink“> $ {Q} geq $ 每个信道一致性的1次不需要CSI收购的间隔。对于所提出的计划，我们首先得到了停电概率的封闭形式近似，基于哪个最佳<内联公式XMLNS：MML =“http://www.w3.org/1998/math/mathml”XMLNS： xlink =“http://www.w3.org/1999/xlink”> $ {q} $ 具有最佳停电性能有效获得。然后，为了比较目的，我们通过传统的基于CSI的无源波束形成导出了中断概率的下限。数值结果表明，一个小<内联公式XMLNS：MML =“http://www.w3.org/1998/math/mathml”xmlns：xlink =“http://www.w3.org/1999/xlink” > $ {q} $ 在高中中断制度（或高速率目标）和最佳<内联公式中是首选XMLNS：MML =“http://www.w3.org/1998/math/mathml”xmlns：xlink =“http://www.w3.org/1999/xlink”> $ {q} $ 随着停电概率的降低（或随着速率目标减少）变大。此外，所提出的方案显着优于CSI的被动波束成形方案，当<内联公式XMLNS：MML =“http://www.w3.org/1998/math/mathml”xmlns：xlink = “http://www.w3.org/1999/xlink”> $ {n} $ 和/或用户数很大，从而为现有的基于CSI的方案提供了一个有前途的CSI替代方案。

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