[논문 리뷰] Multi-User Transmissions for Relay Networks with Linear Complexity

Liangbin Li, Yindi Jing외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 20.

Cooperative Communication and Network Coding인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 (J, R, N) 다중접속 리레이 네트워크에서 리레이와 수신기에서 선형 처리를 수행하는 환경에서, 저복잡도 프로토콜인 DSTC-ICRec 및 TDMA-ICRec을 제안한다. 리레이에서 분산 공간-시간 코드화와 수신기에서 제로포싱 간섭 제거를 조합함으로써, 선형 복잡도 제약 조건 하에서 전체 다양성 이득을 달성하는 동시 전송을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 리레이와 수신기에서 엄격한 선형 복잡도 제약 조건 하에서도 효율적인 다중 사용자 전송을 가능하게 하기 위해.
• 리레이와 수신기에서 처리 능력이 제한된 다중 소스 리레이 네트워크에서 간섭 문제를 해결하기 위해.
• 리레이에서 복호화 없이도 소스-리레이 및 리레이-수신기 링크에서 동시 전송을 지원하는 프로토콜을 설계하기 위해.
• 수신기에서 선형 검출 복잡도 조건 하에서 최대 다양성 이득을 달성하기 위해.
• 동시 전송(DSTC-ICRec)과 TDMA 기반 전송(TDMA-ICRec) 간의 다양성 및 스펙트럼 효율성 측면에서의 성능 트레이드오프를 비교하기 위해.

제안 방법

• 리레이는 복호화 없이 선형 예측을 적용하여 신호를 전달함으로써 선형 복잡도를 유지한다.
• 다양한 소스 간의 공간 다양성을 활용하기 위해 리레이에서 분산 공간-시간 코드화(DSTC)를 적용한다.
• 다중 사용자 간섭을 억제하기 위해 수신기에서 제로포싱 간섭 제거(IC)를 적용한다.
• DSTC-ICRec 프로토콜은 선형 처리와 간섭 제거를 통해 양방향 전송에서 동시 전송을 가능하게 한다.
• TDMA-ICRec 프로토콜은 시간슬롯을 할당하여 J = 2J-1일 때 최대 다양성 이득 R을 달성한다.
• 두 프로토콜 모두 수신기에서 사용자 수에 비례하여 선형 복호화 복잡도를 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 리레이와 수신기에서 선형 처리 제약 조건 하에서 다중 사용자 리레이 네트워크에서 효율적인 다중 사용자 전송을 어떻게 지원할 수 있는가?
• RQ2 선형 검출 복잡도 조건과 동시 전송 조건 하에서 얻을 수 있는 최대 다양성 이득은 무엇인가?
• RQ3 동시 전송(DSTC-ICRec)과 TDMA 기반 전송(TDMA-ICRec) 간의 다양성 및 스펙트럼 효율성 측면에서의 성능 비교는 어떻게 되는가?
• RQ4 리레이에서의 분산 공간-시간 코드화가 다중 소스 리레이 네트워크에서 간섭 억제에 효과적으로 기여할 수 있는가?
• RQ5 TDMA-ICRec과 DSTC-ICRec을 사용할 경우 다양성 이득과 심볼 전송률 간의 트레이드오프는 어떻게 되는가?

주요 결과

• DSTC-ICRec 프로토콜은 선형 처리와 제로포싱 간섭 제거를 통해 소스-리레이 및 리레이-수신기 링크에서 동시 전송을 가능하게 한다.
• TDMA-ICRec 프로토콜은 J = 2J-1일 때 최대 간섭 없는 다양성 이득 R을 달성한다.
• 두 프로토콜 모두 수신기에서 사용자 수에 비례하여 선형 복호화 복잡도를 유지한다.
• DSTC-ICRec는 TDMA-ICRec보다 더 높은 스펙트럼 효율성과 함께 전체 다양성 이득을 달성한다.
• TDMA-ICRec는 최적의 다양성 이득을 달성하지만, 시간분할 multiplexing로 인해 스펙트럼 효율성이 낮아진다.
• 제안된 프로토콜들은 다중 사용자 리레이 네트워크에서 다양성 이득, 스펙트럼 효율성, 계산 복잡도 간의 균형을 효과적으로 달성한다.