Transinformationsbasierte ARQ-Konzepte in Relay-Netzen
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurden Algorithmen zur Ressourcenallokation in 2-Hop-Relay-Netzen bei orthogonalem Vielfachzugriff entwickelt. Ziel war die fehlerfreie Übertragung eines Datenpaketes bei minimalem Ressourcenverbrauch. Betrachtete Optimierungsparameter waren Zeit bzw. Bandbreite (Anzahl der übertragenen Pakete), die Auswahl der zu beteiligenden Relays, die Sendeleistungen sowie die Übertragungsrate. Dazu wurde eine einfache Wiederholungscodierung an den Relays und auch das Konzept der inkrementellen Redundanz betrachtet. Ein wesentlicher Beitrag ist die Untersuchung des adaptiven Relay-Protokolls ADF, mit dem bei fester Coderate ein signifikant höherer Durchsatz als mit den klassischen AF- und DF-Protokollen erzielt wurde. Die nichtkonvexen Optimierungsprobleme wurden in Teilprobleme zerlegt, welche sich effizient lösen ließen. So wurde für die optimale Auswahl der zu beteiligenden Relay-Knoten und die Minimierung der Anzahl zu übertragener Pakete ein neuer Ansatz basierend auf dem Konzept der „Diminishing Marginal Returns" entwickelt. Das Problem der Leistungsallokation wurde mit Hilfe der Lagrange-Multiplikatoren-Methode gelöst. Die erzielten Ergebnisse wurden mit Referenzsystemen wie einem Relayfreien System oder einem System mit gleichmäßiger Verteilung der Ressourcen verglichen. Mit den neuen Verfahren konnten deutliche Verbesserungen hinsichtlich Energieverbrauch und Durchsatz erzielt werden. Die mit der Betrachtung von idealen kapazitätserreichenden Codierverfahren erzielten theoretischen Ergebnisse wurden auch mit Ergebnissen für reale Codes und imperfekte Kanalkenntnis verglichen. Für die Leistungsallokation wurde gezeigt, dass die entwickelten Algorithmen auch unter realistischeren Randbedingungen sehr effizient sind. Ihre Vorteile gegenüber konventionellen Referenzsystemen bleiben prinzipiell erhalten. Für Mehrnutzerszenarien wurden verschiedene Strategien zur gemeinsamen Kanal- und Netzwerkcodierung analysiert. Wenn das Relay weiterzuleitende Nachrichten in geeigneter Weise kombiniert, kann die spektrale Effizienz des Übertragungssystems deutlich erhöht werden. In diesem Zusammenhang wurde vor allem der Einfluss der Fehlerfortpflanzung am Relay untersucht. Außerdem konnten notwendige Diversitätsbedingungen nachgewiesen werden. Die Ressourcenallokation in Mehrnutzerszenarien mit Relay-Unterstützung wurde ebenfalls betrachtet. Durch die Aufteilung der Problemstellung in separate Teilprobleme konnten effiziente Lösungsansätze präsentiert werden. Exemplarisch wurde auch analysiert, wie stark sich der erreichbare Durchsatz reduziert, wenn keine vollständige Kanalkenntnis mehr vorliegt.
Publications
- "Power Optimization in Adaptive Relay Networks", IEEE Global Conference on Communications (GLOBECOM 2010), Miami, USA
Khan, A.; Kühn, V.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/GLOCOM.2010.5683506) - "Power versus Relay Selection in Adaptive Relay Networks", international Symposium on Wireless Systems (ISWCS'2010), York, UK
Khan, A.; Kühn, V.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/ISWCS.2010.5624285) - "Rate Optimization for Incremental Redundancy and Repetition Coding in Relay Networks", EUSIPCO 2011, Barcelona, Spain, 2011
Khan, A.; Kühn, V.
- „Resource Allocation for the DF Multiple Access Relay Channel with OFDMA", Proc. of the 9th International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS'12), pp. 351-355, Paris, France, 2012
Schedler, $.; Angierski, A.; Kühn, V.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/ISWCS.2012.6328388) - „Distributed Resource Allocation for the MARC with Amplify and Forward and Partial CSI", 9th International ITG Conference on Systems, Communications and Coding (SCC'2013), Munich, Germany, 2013
Schedler, S.; Kühn, V.
- „Resource Allocation for the Multiple Access Relay Channels and OFDMA", EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, 2013
Schedler, S.; Kühn, V.
(See online at https://doi.org/10.1186/1687-6180-2013-120)
