[論文レビュー] Impact of Interference on the Performance of RIS-Assisted Source DF Relaying Networks

Doaa Salim, Monjed H. Samuh+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2020

Advanced Wireless Communication Technologies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は再構成可能知能表面（RIS）を支援するデコードアンドフォワード（DF）リレーシングネットワークにおける周波数干渉（CCI）を調査し、レイリー fadingチャネル上での outage 確率の閉形式近似を導出する。結果から、リレータ数 $K$ が分岐次数とシステム性能を顕著に向上させる一方、RIS要素数 $N$ はコーディングゲインにほとんど影響を及ぼさず、分岐次数に影響を与えないことが示された。

ABSTRACT

This letter investigates the impact of co-channel interference (CCI) on the performance of a decode-and-forward (DF) relaying network with a reconfigurable intelligent surface (RIS)-assisted source. We consider one source, multiple DF relays, and one destination with CCI at both the relays and destination. We derive closed-form accurate approximations for the system outage probability assuming Rayleigh fading channels. In addition, we study the system performance at the high signal-to-noise ratio (SNR) regime, where closed-form expressions are derived for the asymptotic outage probability, diversity order, and the coding gain. The results show that the number of reflecting elements N at the source has a small effect on the coding gain of the system and not on the diversity order. Furthermore, findings illustrate that the number of relays K is affecting the diversity order and is more impactful on the performance than N. Finally, results show that utilizing RIS at the source node mitigates the interference effect at the relay nodes.

研究の動機と目的

• RIS支援DFリレーシングネットワークにおける周波数干渉（CCI）が引き起こす性能劣化を分析すること。
• レイリー fading 条件下でのシステム outage 確率の正確な閉形式近似を導出すること。
• 高SNR領域を評価し、性能分析のための分岐次数とコーディングゲインを抽出すること。
• 送信側にRISを導入することでリレーノードにおける干渉低減にどの程度寄与するかを評価すること。
• RISの反射要素数 $N$ とリレータ数 $K$ の性能向上効果を比較すること。

提案手法

• 1つのRIS支援送信機、$K$ 個のリレータ、1つの受信機、およびリレータと受信機に周波数干渉者が存在する2ホップDFリレーシングシステムをモデル化する。
• チャネル品質に基づいて最良のリレータを選択するためのオポチュニスティックリレーセレクションを用いる。
• 受信機における干渉＋ノイズ電力に対する所望信号電力の比として、エンドツーエンドのSINRを導出する。
• 干渉電力に対して中心極限定理の近似を適用し、最良のリレータ選択には順序統計を用いる。
• 二項定理および積分恒等式（例：[19, 式 (8.351.2)]) を用いて、CDFおよびoutage確率の閉形式表現を導出する。
• 指数CDFのテイラー級数展開を用いた高SNR漸近解析により、分岐次数とコーディングゲインを抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周波数干渉（CCI）は、RIS支援DFリレーシングネットワークのoutage性能にどのように影響するか？
• RQ2 RIS反射要素数 $N$ は、システムの分岐次数およびコーディングゲインにどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 リレータ数 $K$ は、システムの分岐次数および全体的な性能にどのように影響するか？
• RQ4 送信側にRISを導入することで、リレーノードにおける干渉効果はどの程度低減されるか？
• RQ5 高SNR領域における漸近的outage特性、分岐次数、およびコーディングゲインは何か？

主な発見

• リレータ数 $K$ はシステムの分岐次数に直接的な影響を及ぼすが、RIS要素数 $N$ は分岐次数に影響を与えない。
• コーディングゲイン $G_c$ は $N$ にほとんど影響を受けないため、反射要素数を増加させてもコーディングゲインの向上は限定的である。
• リレータ数 $K$ は要素数 $N$ よりもシステム性能に顕著な影響を及ぼすため、性能向上の観点から $K$ がより効果的な設計パrameterである。
• 送信側にRISを活用することで、リレーノードにおける干渉効果が効果的に低減され、信号復調の信頼性が向上する。
• 高SNR領域における漸近的outage確率、分岐次数、およびコーディングゲインの閉形式表現が導出され、妥当性が検証された。
• 導出されたoutage確率近似式は、任意の $N$（特に反射要素数が少ない場合）においても正確であり、中心極限定理に依存しない。