[論文レビュー] Multi-User Transmissions for Relay Networks with Linear Complexity

Liangbin Li, Yindi Jing+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2010

Cooperative Communication and Network Coding被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、リレーや受信機で線形処理を行う (J, R, N) マルチアクセスリレーネットワークにおけるマルチユーザー伝送のための低複雑性プロトコル2つ—DSTC-ICRec および TDMA-ICRec—を提案する。リレーでの分散空間時間符号化と受信機でのゼロフォーシング干渉キャンセレーションを組み合わせることで、線形複雑性制約のもとで完全な分岐ゲインを達成する同時伝送を可能にする。

ABSTRACT

This paper considers transmission and detection schemes in a (J, R, N) multi-access relay network (MARN), where J single-antenna source nodes send independent messages to one N-antenna destination node through one R-antenna relay node. For complexity considerations, the network is under two linear constraints. The relay node linearly maps its received signals to generate the forwarded signals without decoding and the destination node has linear decoding complexity in the number of users. We propose two protocols to allow multi-user concurrent transmission in the network. Using distributed space-time coding (DSTC) at the relay and zero-forcing interference cancellation (IC) at the receiver, the protocol of DSTC-ICRec allows concurrent transmission in both the source-relay link and the relay-receiver link. When J = 2J-1, TDMA-ICRec achieves the maximum interference-free (int-free) diversity of R, at a lower symbol rate compared to DSTC-ICRec.

研究の動機と目的

• リレーおよび受信機における厳密な線形複雑性制約のもとで、効率的なマルチユーザー伝送を実現すること。
• リレーおよび受信機での処理能力が限られるマルチソースリレーネットワークにおける干渉の課題に対処すること。
• リレーでの復号なしに、送信元-リレーおよびリレー-受信機リンクの両方で同時に伝送を可能にするプロトコルを設計すること。
• 受信機での線形検出複雑性制約のもとで最大の分岐ゲインを達成すること。
• 同時伝送（DSTC-ICRec）とTDMAベースの伝送（TDMA-ICRec）の間で、分岐ゲインおよびスペクトル効率の観点から性能のトレードオフを比較すること。

提案手法

• リレーは復号を行わず、線形プリコーディングを適用して信号を転送し、線形複雑性を維持する。
• 複数の送信元における空間的分岐を活用するため、リレーで分散空間時間符号化（DSTC）が採用される。
• 受信機でゼロフォーシング干渉キャンセレーション（IC）が適用され、マルチユーザー干渉が抑制される。
• DSTC-ICRecプロトコルは、線形処理と干渉キャンセレーションを用いて、両ハップで同時に伝送を可能にする。
• TDMA-ICRecプロトコルは、時間スロットに伝送をスケジューリングすることで、J = 2J-1 のとき最大の干渉なし分岐ゲイン R を達成する。
• 両プロトコルとも、受信機での復号複雑性がユーザー数に比例して線形に増加する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リレーおよび受信機での線形処理制約のもとで、どのようにしてマルチユーザー伝送を効率的にサポートできるか？
• RQ2 線形検出複雑性および同時伝送のもとで、達成可能な最大分岐ゲインは何か？
• RQ3 分岐ゲインおよびスペクトル効率の観点から、同時伝送（DSTC-ICRec）とTDMAベース伝送（TDMA-ICRec）の性能はどのように比較できるか？
• RQ4 分散空間時間符号化は、マルチソースリレーネットワークにおける干渉抑制に効果的に機能するか？
• RQ5 TDMA-ICRecとDSTC-ICRecを用いる場合、分岐ゲインとシンボルレートのトレードオフはどのように変化するか？

主な発見

• DSTC-ICRecプロトコルは、線形処理とゼロフォーシング干渉キャンセレーションを用いて、送信元-リレーおよびリレー-受信機リンクの両方で同時に伝送を可能にする。
• TDMA-ICRecプロトコルは、J = 2J-1 のとき、最大の干渉なし分岐ゲイン R を達成する。
• 両プロトコルとも、受信機での復号複雑性がユーザー数に比例して線形に増加する。
• DSTC-ICRecは、TDMA-ICRecに比べて高いスペクトル効率を達成しながら、完全な分岐ゲインを実現する。
• TDMA-ICRecは最適な分岐ゲインを達成するが、時間分割多重によるためスペクトル効率が低くなる。
• 提案されたプロトコルは、マルチユーザーリレーネットワークにおける分岐ゲイン、スペクトル効率、計算複雑性のバランスを効果的に実現する。