[論文レビュー] Average Sum-Rate of Distributed Alamouti Space--Time Scheme in Two-Way Amplify-and-Forward Relay Networks

Trung Q. Duong, Chau Yuen+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2010

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 13被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、単素子アンテナを備えた二方向アンプ・アンド・フォワード（AF）リレーアーキテクチャにおいて、全スルーレイと効率を達成する分散アラモウティ空間時間符号（DASTC）を提案する。平均合計スルーレイの閉形式で、漸近的にタイトな近似をフォックスのH関数を用いて導出しており、モンテカルロシミュレーションにより検証され、従来の一方通行DASTC方式に比べ優れた性能を示す。

ABSTRACT

In this paper, we propose a distributed Alamouti space-time code (DASTC) for two-way relay networks employing a single amplify-and-forward (AF) relay. We first derive closed-form expressions for the approximated average sum-rate of the proposed DASTC scheme. Our analysis is validated by a comparison against the results of Monte-Carlo simulations. Numerical results verify the effectiveness of our proposed scheme over the conventional DASTC with one-way communication.

研究の動機と目的

• 従来の一方通行DASTC方式におけるスペクトル効率の損失を是正すること。
• 単素子アンテナを備えた端末を用いた分散アラモウティ符号化により、半二重モードリレーシステムでフルデュプレックスに近い性能を実現すること。
• 準静的レイリー fading環境下における平均合計スルーレイの閉形式で、漸近的にタイトな近似を導出すること。
• モンテカルロシミュレーションを用いて解析的結果を検証し、従来の一方通行DASTC方式と比較しての性能を評価すること。

提案手法

• 二つの単素子アンテナを持つ送信機が、単素子アンテナを備えたAFリレ一経由で分散アラモウティ符号化を用いて情報交換する二方向アンプ・アンド・フォワードリレープロトコルを提案する。
• リレーのアンプ・アンド・フォワード処理をチャネルの対称性を用いてモデル化することで、各送信機における瞬時エンドツーエンドの信号対インタークッションプラスノイズ比（SINR）を導出する。
• 指数分布に従う確率変数のモーメント生成関数（MGF）と逆ラプラス変換を用いて、有効SINRの逆数の累積分布関数（CDF）を導出する。
• フォックスのH関数を用いて平均合計スルーレイを閉形式で表現し、正確な性能解析を可能にする。
• ガウス超幾何関数および変形ベッセル関数を用いて、導出式におけるエンドツーエンドSINRの確率密度関数（PDF）を表現する。
• モンテカルロシミュレーションを用いて解析的近似を検証し、導出された合計スルーレイ式のタイトさと正確性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散アラモウティ空間時間符号は、単素子アンテナを備えた二方向半二重モードAFリレーネットワークにおいて、全スペクトル効率を達成できるか？
• RQ2 このようなDASTC方式の平均合計スルーレイの閉形式表現は何か？（準静的レイリー fading 条件下で）
• RQ3 平均合計スルーレイの漸近的近似は、正確なシミュレーション結果と比較してどの程度タイトか？
• RQ4 提案された二方向DASTC方式は、従来の一方通行DASTC方式に比べ、合計スルーレイの面でどのように優れているか？

主な発見

• 提案された二方向DASTC方式は、半二重モードリレーシステムにおいて双方向通信を可能にすることで、従来の一方通行リレーリングにおける50％のスペクトル効率損失を解消し、全スペクトル効率を達成する。
• 平均合計スルーレイはフォックスのH関数を用いて閉形式で導出されており、数学的に取り扱いやすく、漸近的にタイトな近似を提供する。
• 導出された合計スルーレイ式はモンテカルロシミュレーションにより検証され、さまざまなSNR領域で解析的結果と極めて良好に一致している。
• 提案された方式は、時間および周波数リソースの効率的利用のおかげで、特に高SNR領域において、従来の一方通行DASTCを上回る平均合計スルーレイを達成する。
• 解析により、エンドツーエンドSINRの分布は、変形ベッセル関数と超幾何関数の組み合わせにより正確に特徴づけられ、正確な性能評価が可能であることが明らかになった。
• 有効SINRの逆数のMGFおよびCDF式は、与えられた fading 偽定のもとで正確であることが示され、近似フレームワークの妥当性が裏付けられた。