[論文レビュー] Study of Buffer-Aided Space-Time Coding for Multiple-Antenna Cooperative Wireless Networks

Tong Peng, Rodrigo C. de Lamare|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2015

Cooperative Communication and Network Coding被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、送信電力制約のもとで、適応的リレーセレクションおよび調整可能な符号ベクトルを用いた複数アンテナ協調ネットワークのバッファ支援型空間時間符号化方式を提案する。バッファ記憶、フィードバックに基づく符号ベクトル最適化、および確率的勾配法を活用することで、従来のアンプ・アンド・フォワード方式に比べて高い符号化ゲインと向上した性能を達成しつつ、計算複雑性を低減する。

ABSTRACT

In this work we propose an adaptive buffer-aided space-time coding scheme for cooperative wireless networks. A maximum likelihood receiver and adjustable code vectors are considered subject to a power constraint with an amplify-and-forward cooperation strategy. Each multiple-antenna relay is equipped with a buffer and is capable of storing the received symbols before forwarding them to the destination. We also present an adaptive relay selection and optimization algorithm, in which the instantaneous signal to noise ratio in each link is calculated and compared at the destination. An adjustable code vector obtained by a feedback channel at each relay is employed to form a space-time coded vector which achieves a higher coding gain than standard schemes. A stochastic gradient algorithm is developed to compute the parameters of the adjustable code vector with reduced computational complexity. Simulation results show that the proposed buffer-aided scheme and algorithm obtain performance gains over existing schemes.

研究の動機と目的

• 複数アンテナ協調無線ネットワークにおけるスペクトル効率と信頼性の向上を目的とする。
• 従来のアンプ・アンド・フォワードリレーリングの性能制限を克服するため、バッファ支援型シンボル記憶と適応符号化を導入する。
• 高い符号化ゲインを維持しつつ、符号ベクトル最適化における計算複雑性を低減する。
• 受信地点からの即時のSINRフィードバックに基づく適応的リレーセレクションアルゴリズムを開発する。
• 調整可能な符号ベクトルのパラメータを効率的に計算するための確率的勾配法を設計する。

提案手法

• 各複数アンテナリレーセンタは、送信先に転送する前に受信シンボルを一時記憶するバッファを備える。
• 適応的リレーセレクションアルゴリズムは、受信地点で得られるすべてのリンクの即時のSINR値を比較し、最良のリレーセレクトを行う。
• 各リレーセンタでは、受信地点からのフィードバックを用いて調整可能な符号ベクトルを生成し、空間時間符号化ゲインを向上させる。
• 受信地点には最大尤度受信機が設けられ、送信信号を正確に復調する。
• 確率的勾配法を用いて、調整可能な符号ベクトルのパラメータを反復的に計算し、計算複雑性を低減する。
• システムは全電力制約のもとで動作し、リレートランスミッションにおけるエネルギー効率を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バッファ支援型リレーリングは、空間時間符号化協調MIMOネットワークの性能をどのように向上させるか？
• RQ2 即時のSINRフィードバックに基づく適応的リレーセレクションが、システムのアウトージー確率およびダイバーシティゲインに与える影響は何か？
• RQ3 調整可能な符号ベクトルの使用は、固定符号方式と比較して符号化ゲインをどのように向上させるか？
• RQ4 符号ベクトルパラメータ最適化における、性能向上と計算複雑性のトレードオフは何か？
• RQ5 確率的勾配法は、高い性能を維持しつつ、符号ベクトル計算の複雑性を効果的に低減できるか？

主な発見

• 提案されたバッファ支援型方式は、複数アンテナ協調ネットワークにおける従来の空間時間符号化方式よりも高い符号化ゲインを達成する。
• 即時のSINRフィードバックに基づく適応的リレーセレクションは、システムの信頼性を向上させ、アウトージー確率を低減する。
• 調整可能な符号ベクトルの使用は、固定または標準的な符号設計と比較して、より優れた誤り性能を実現する。
• 確率的勾配法は、符号ベクトルパラメータ最適化における計算複雑性を顕著に低減する。
• シミュレーション結果は、提案方式がビット誤り率およびスペクトル効率の観点で、従来のバッファ支援型および非バッファ支援型方式を上回ることを確認している。
• システムは電力制約下でも高い性能を維持しており、エネルギー効率性およびスケーラビリティを示している。