[論文レビュー] Outage Probability Analysis of Dual Hop Relay Networks in Presence of Interference

Bappi Barua, Mehran Abolhasan+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2012

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 41被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、レイノールズおよびナカガミ-m fading下で中継局および/または受信機に干渉が存在する2ホップアンプリファイ・アンド・フォワード（AF）リレーアクセスネットワークにおける、干渉加算ノイズ比（SINR）の累積分布関数（CDF）および確率密度関数（PDF）の閉形式表現を導出する。主な貢献は、任意の干渉源数と非同一分布（i.n.i.i.d.）の fading 条件下での解析的 outage 確率性能であり、モンテカルロシミュレーションにより検証されている。

ABSTRACT

Cooperative relaying improves the performance of wireless networks by forming a network of multiple independent virtual sources transmitting the same information as the source node. However, interference induced in the network reduces the performance of cooperative communications. In this work the statistical properties, the cumulative distribution function (CDF) and the probability density function (PDF) for a basic dual hop cooperative relay network with an arbitrary number of interferers over Rayleigh fading channels are derived. Two system models are considered: in the first system model, the interferers are only at the relay node; and in the second system model, interferers are both at the relay and the destination. This work is further extended to Nakagami-m faded interfering channels. Simulation results are presented on outage probability performance to verify the theoretical analysis.

研究の動機と目的

• 共channel干渉が2ホップAFリレーネットワークに与える影響を分析すること。
• 干渉制限環境下のレイノールズ faded 環境におけるSINRのCDFおよびPDFの閉形式表現を導出すること。
• より一般的な fading 条件を想定し、ナカガミ-m fading チャネルへの分析の拡張を図ること。
• outage 確率性能の理論的結果をモンテカルロシミュレーションにより検証すること。
• 現実的な干渉シナリオ下でのシステム信頼性評価のための統計的フレームワークを提供すること。

提案手法

• 干渉源が中継局にのみ存在する（SM1）および干渉源が中継局および受信機の両方に存在する（SM2）の2つのシステムモデルについて、SINRのCDFおよびPDFを導出する。
• 順序統計および一般化されたガンマ分布に基づく統計的モデリングを用い、非同一分布（i.n.i.i.d.）のレイノールズ faded 干渉チャネルを扱う。
• 標準数学表（例：GradshteynとRyzhik）に収録された積分恒等式を用い、指数関数および累乗関数を含む複雑な積分を解く。
• 干渉制限状態下における干渉源の統計的挙動を表現するための特徴的係数を導入する。
• 干渉チャネルゲインのPDFを修正し、パラメータを適切に置き換えることで、ナカガミ-m fading への分析の拡張を実施する。
• 最終的なCDFを閉形式で表現するために、メイジャーG関数および一般化超幾何関数を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数の干渉源が中継局および/または受信機に存在する2ホップAFリレーネットワークにおけるSINRの正確な統計的分布は何か？
• RQ2 レイノールズ fading 条件下で、干渉がAFリレーシステムのoutage 確率にどのように影響を与えるか？
• RQ3 干渉源が同一分布でない場合、SINRのCDFおよびPDFに閉形式表現を導出可能か？
• RQ4 レイノールズ fading の代わりにナカガミ-m fading を考慮した場合、システム性能はどのように変化するか？
• RQ5 シミュレーション結果は、理論的outage 確率表現の妥当性をどの程度裏付けているか？

主な発見

• 任意の数の干渉源が存在する2ホップAFリレーネットワークについて、レイノールズおよびナカガミ-m fading チャネル下でSINRのCDFおよびPDFの閉形式表現を導出できた。
• 導出されたCDF式（式23）は、i.n.i.i.d. レイノールズ faded チャネルに適用可能であり、中継局および受信機の両方からの干渉寄与を含む。
• 同分布（i.i.d.）の干渉源で等価電力を持つ場合、CDFは著しく簡略化され、j = L のとき特徴的係数が1つの非ゼロ項に簡略化される（式26）。
• 干渉チャネルゲインのPDFを修正し、パラメータを適切に置き換えることで、ナカガミ-m fading への分析の拡張が実現された（式27–28）。
• 理論的outage 確率結果はモンテカルロシミュレーションとよく一致しており、導出された表現の正確性が検証された。
• メイジャーG関数および一般化超幾何関数の使用により、複雑な積分を解析的に取り扱える形に表現可能となった。