[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出两种低复杂度协议——DSTC-ICRec 和 TDMA-ICRec——用于在 (J, R, N) 多址中继网络中实现多用户传输，其中中继和接收端采用线性处理。通过结合中继端的分布式空时编码与接收端的迫零干扰消除，这两种协议在保持线性复杂度约束的前提下，实现了全分集增益的并发传输。

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.

研究动机与目标

• 在中继和接收端严格限制线性复杂度的条件下，实现中继网络中高效多用户传输。
• 解决中继和接收端处理能力有限的多源中继网络中的干扰挑战。
• 设计支持源-中继和中继-接收端链路并发传输的协议，且中继端无需解码。
• 在接收端检测复杂度为线性的情况下，实现最大分集增益。
• 比较并发传输（DSTC-ICRec）与基于 TDMA 的传输（TDMA-ICRec）在分集增益和频谱效率方面的性能权衡。

提出的方法

• 中继端应用线性预编码转发信号，无需解码，保持线性复杂度。
• 在中继端采用分布式空时编码（DSTC），以利用多源之间的空间分集增益。
• 在接收端应用迫零干扰消除（IC）以抑制多用户干扰。
• DSTC-ICRec 协议通过线性处理和干扰消除，实现在两个传输阶段的并发传输。
• TDMA-ICRec 协议通过时隙调度实现传输，在 J = 2J-1 时获得最大可能的无干扰分集增益 R。
• 两种协议均确保接收端的解码复杂度与用户数成线性关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在中继和接收端处理复杂度受限的条件下，如何高效支持中继网络中的多用户传输？
• RQ2 在检测复杂度为线性且支持并发传输的条件下，可实现的最大分集增益是多少？
• RQ3 与基于 TDMA 的传输（TDMA-ICRec）相比，并发传输（DSTC-ICRec）在分集增益和频谱效率方面的性能如何？
• RQ4 在多源中继网络中，中继端的分布式空时编码能否有效支持干扰抑制？
• RQ5 使用 TDMA-ICRec 与 DSTC-ICRec 时，分集增益与符号速率之间的权衡是什么？

主要发现

• DSTC-ICRec 协议通过线性处理和迫零干扰消除，实现了源-中继与中继-接收端链路的并发传输。
• 当 J = 2J-1 时，TDMA-ICRec 协议实现了最大可能的无干扰分集增益 R。
• 两种协议均在接收端保持线性解码复杂度，且随用户数线性增长。
• 与 TDMA-ICRec 相比，DSTC-ICRec 在实现全分集增益的同时，具有更高的频谱效率。
• TDMA-ICRec 实现了最优分集增益，但因采用时分复用，导致频谱效率较低。
• 所提出的协议在多用户中继网络中有效平衡了分集增益、频谱效率与计算复杂度。