[論文レビュー] Bounds on Power and Common Message Fractions for RSMA with Imperfect SIC

Garima Chopra, Akhileswar Chowdary+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2022

Advanced Wireless Communication Technologies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、不完全な逐次干渉キャンセレーション（SIC）を伴うレートスプリットマルチアクセス（RSMA）における共通メッセージおよびプライベートメッセージのパワー割り当て、および共通メッセージの割合に関する解析的境界を導出する。これにより、強力ユーザーおよび弱いユーザーの両方が、周波数分割多重アクセス（OMA）よりも高いスループットを得られることを保証する。これらの境界はシミュレーションにより検証され、SICの不完全性下でも、境界内での適切なパrameter選択により、個々のユーザーのスループット向上が保証されることを示している。

ABSTRACT

Rate-Splitting multiple access (RSMA) has emerged as a key enabler in improving the performance of the beyond fifth-generation (5G) cellular networks. The existing literature has typically considered the sum rate of the users to evaluate the performance of RSMA. However, it has been shown in the existing works that maximizing the sum rate can result in asymmetric user performance. It significantly enhances one user's rate at the cost of the rate of another RSMA user. Further, imperfections can reduce the performance of successive interference cancellation (SIC)-based RSMA. Therefore, in this letter, we consider the imperfection in SIC and derive suitable bounds on fractions of the power allocated for common and private messages and the fraction of common message intended for each user in an RSMA pair such that their individual RSMA rates are greater than their respective orthogonal multiple access (OMA) rates. Through simulations, we validate the derived bounds. We show that they can be used to appropriately select the RSMA parameters resulting in users' RSMA rates being better than their respective OMA rates.

研究の動機と目的

• RSMAにおけるレート分配の不平等性を是正すること。特に、和スループット最大化が弱いユーザーの性能を低下させる可能性があることに対処する。
• SICの不完全性がRSMA性能に与える影響、特に個々のユーザーのスループットに与える影響を分析すること。
• 両ユーザーのRSMAスループットがOMAスループットを上回るように保証するための、共通/プライベートメッセージパワー割合および共通メッセージ割り当てに関する解析的境界を導出すること。
• 実際のSIC不完全性モデルを想定したシミュレーションを通じて、これらの境界を検証すること。

提案手法

• 強いユーザーおよび弱いユーザーのSINR式とレート制約を用いて、共通メッセージパワー割合（αc）の下限および上限を導出する。
• 個々のRSMAスループットがOMAスループットを上回ることを保証するための、共通メッセージとプライベートメッセージ間のパワー分割比（λ）の境界を提案する。
• ユーザー固有の共通メッセージ割合（τ）を導入し、チャネル利得およびSIC誤差係数βの関数として、その下限（τ_lower）および上限（τ_upper）を導出する。
• 不完全なSICを伴う2ユーザー下行リンクRSMAモデルを用い、干渉およびノイズをモデル化してスループット式を導出する。
• 数値最適化を用いて解析的境界を検証し、シミュレーテッドスループットと比較する。
• SIC誤差係数（β）、パワー分割（λ）、共通メッセージ割合（αc）を変化させたシナリオにおけるシミュレーションベースの検証を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RSMAペアの両ユーザーがOMAよりも高いスループットを得られるように保証するための、共通メッセージパワー割合（αc）の境界は何か？
• RQ2 SICの不完全性が存在する状況下で、共通メッセージとプライベートメッセージ間のパワー分割比（λ）は、個々のユーザーのスループット向上にどのように影響するか？
• RQ3 不完全なSIC下で、個々のRSMAスループットがOMAスループットを上回るように保証するためのユーザー固有の共通メッセージ割合（τ）の範囲は何か？
• RQ4 SIC誤差係数（β）は、RSMAにおけるOMAスループット超過の可能性にどのように影響するか？

主な発見

• γs=6 dB、γw=2 dBの場合、αcの解析的下限（0.683）および上限（0.776）は、両ユーザーがOMAスループットを超える数値的観測範囲と非常に近い。
• 解析的に導出したλの下限（0.865）は、レート式から導出される境界よりも保守的でないことが確認され、よりタイトな解析的境界であることが裏付けられた。
• β > 0.035の場合、強力ユーザーのRSMAスループットがOMAスループットを下回るため、SIC不完全性が性能を劣化させる臨界閾値が存在することが示された。
• τ_lowerおよびτ_upperの境界は、シミュレーション結果と非常に近接しており、妥当なパrameter領域を正確に予測できることを確認した。
• β > 0.05であっても和スループット（SR）はOMA和スループットを上回るが、β ≈ 0.035を超えると個々のユーザーの公平性が著しく低下する。
• シミュレーションにより、導出した境界内にαcおよびλを設定することで、不完全なSIC下でも両ユーザーがOMAを上回ることを確認した。