[论文解读] Bounds on Power and Common Message Fractions for RSMA with Imperfect SIC

Garima Chopra, Akhileswar Chowdary+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2022

Advanced Wireless Communication Technologies被引用 4

一句话总结

本文推导了在非完美逐次干扰消除（SIC）条件下，速率分割多址接入（RSMA）中公共消息与专用消息的功率分配以及公共消息占比的解析边界，确保强用户和弱用户均获得高于正交多址接入（OMA）的速率。通过仿真验证了这些边界，表明在这些边界内合理选择参数可保证即使在SIC不完美时，各用户速率仍优于OMA。

ABSTRACT

Rate-Splitting multiple access (RSMA) has emerged as a key enabler in improving the performance of the beyond fifth-generation (5G) cellular networks. The existing literature has typically considered the sum rate of the users to evaluate the performance of RSMA. However, it has been shown in the existing works that maximizing the sum rate can result in asymmetric user performance. It significantly enhances one user's rate at the cost of the rate of another RSMA user. Further, imperfections can reduce the performance of successive interference cancellation (SIC)-based RSMA. Therefore, in this letter, we consider the imperfection in SIC and derive suitable bounds on fractions of the power allocated for common and private messages and the fraction of common message intended for each user in an RSMA pair such that their individual RSMA rates are greater than their respective orthogonal multiple access (OMA) rates. Through simulations, we validate the derived bounds. We show that they can be used to appropriately select the RSMA parameters resulting in users' RSMA rates being better than their respective OMA rates.

研究动机与目标

• 为解决RSMA中因和速率最大化而导致弱用户性能下降的不公平速率分配问题。
• 分析SIC不完美性对RSMA性能的影响，特别是对各用户速率的影响。
• 推导公共/专用消息功率占比以及公共消息分配的解析边界，使得两用户的RSMA速率均超过其OMA速率。
• 通过真实SIC不完美性模型的仿真验证这些边界。

提出的方法

• 利用信干噪比（SINR）表达式和用户速率约束，推导公共消息功率占比（αc）的下界和上界。
• 提出公共与专用消息之间功率分配比（λ）的边界，以确保各用户RSMA速率超过OMA速率。
• 引入用户特定的公共消息占比（τ），并推导其下界（τ_lower）和上界（τ_upper），作为信道增益和SIC误差因子β的函数。
• 采用两用户下行链路RSMA模型，结合非完美SIC，通过建模干扰与噪声推导速率表达式。
• 应用数值优化方法验证解析边界，并与仿真速率进行比较。
• 通过仿真验证在不同SIC误差水平（β）、功率分配比（λ）和公共消息占比（αc）下的边界性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种公共消息功率占比（αc）边界下，可保证RSMA对偶用户均获得高于OMA的速率？
• RQ2 在SIC不完美条件下，公共与专用消息之间的功率分配比（λ）如何影响各用户速率增益？
• RQ3 在非完美SIC条件下，何种用户特定公共消息占比（τ）的范围可确保各用户RSMA速率超过OMA速率？
• RQ4 SIC误差因子（β）如何影响在RSMA中实现高于OMA速率增益的可行性？

主要发现

• 推导出的αc下界（0.683）和上界（0.776）在γs=6 dB、γw=2 dB时，与数值仿真中两用户RSMA速率高于OMA速率的范围高度吻合。
• 通过解析推导得到的λ下界（0.865）比基于速率表达式的边界更不保守，验证了该解析边界的紧致性。
• 当β > 0.035时，强用户RSMA速率低于其OMA速率，表明存在一个临界阈值，超过后SIC不完美性将导致性能下降。
• τ_lower和τ_upper的边界经验证与仿真结果高度一致，证实其在预测可行参数区域方面的准确性。
• 即使在β > 0.05时，和速率（SR）仍高于OMA和速率，但个体用户公平性在β ≈ 0.035后显著下降。
• 仿真结果证实，只要在推导的边界内选择αc和λ，即可确保两用户在非完美SIC下仍优于OMA性能。