Published August 1, 2012
| Version v1
Publication
Open
Distributed Beamforming for Relay Assisted Multiuser Machine-to-Machine Networks
Creators
- 1. Peking University
- 2. Beihang University
- 3. China United Network Communications Group (China)
Description
We consider signal transmission with the aid of multiple half-duplex single-antenna relay nodes using the amplify-and-forward (AF) strategy for a multiuser wireless machine-to-machine (M2M) communication system. In such a scenario, relay beamforming has been proved to be an effective way to improve system performance by employing spatial diversity gains. Early works have mostly focused on various centralized relay beamforming schemes based on global channel state information (CSI). Since global CSI is often unavailable due to geometric locations, power limitation, or other constraints of the relay nodes in M2M networks, our work aims to develop distributed algorithms that each relay node individually learns its own beamforming weights with local CSI. We propose two suboptimal relay beamforming schemes that only require local CSI to minimize mean square error (MSE) for all the users with nonorthogonal channels. For multiuser systems with orthogonal channels, we divide the optimization problem into multiple single user problems which then can be solved by each relay independently. Numerical simulations for the proposed algorithms are presented showing the performance of the proposed schemes is close to that of the optimal scheme with global CSI in terms of bit error rate (BER) criterion.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نحن نعتبر إرسال الإشارة بمساعدة العديد من عقد الترحيل أحادية الهوائي نصف المزدوجة باستخدام استراتيجية التضخيم والتوجيه (AF) لنظام اتصال لاسلكي متعدد المستخدمين من آلة إلى آلة (M2M). في مثل هذا السيناريو، ثبت أن تشكيل شعاع الترحيل هو وسيلة فعالة لتحسين أداء النظام من خلال توظيف مكاسب التنوع المكاني. ركزت الأعمال المبكرة في الغالب على مختلف مخططات تشكيل الحزم التتابعية المركزية بناءً على معلومات حالة القناة العالمية (CSI). نظرًا لأن CSI العالمي غالبًا ما يكون غير متاح بسبب المواقع الهندسية أو قيود الطاقة أو القيود الأخرى لعقد الترحيل في شبكات M2M، يهدف عملنا إلى تطوير خوارزميات موزعة تتعلم كل عقدة ترحيل بشكل فردي أوزان تشكيل الحزم الخاصة بها مع CSI المحلي. نقترح مخططين لتشكيل شعاع التتابع دون المستوى الأمثل لا يتطلبان سوى تحسين خدمة العملاء المحلي لتقليل متوسط الخطأ التربيعي (MSE) لجميع المستخدمين الذين لديهم قنوات غير متعامدة. بالنسبة للأنظمة متعددة المستخدمين ذات القنوات المتعامدة، نقسم مشكلة التحسين إلى مشاكل متعددة لمستخدم واحد والتي يمكن بعد ذلك حلها بواسطة كل مرحل بشكل مستقل. يتم عرض عمليات المحاكاة العددية للخوارزميات المقترحة التي توضح أن أداء المخططات المقترحة قريب من أداء المخطط الأمثل مع مؤشر خدمة العملاء العالمي من حيث معيار معدل خطأ البت (BER).Translated Description (French)
Nous considérons la transmission de signaux à l'aide de multiples nœuds de relais semi-duplex à antenne unique utilisant la stratégie d'amplification et de transmission (AF) pour un système de communication machine-à-machine (M2M) sans fil multi-utilisateur. Dans un tel scénario, la formation de faisceaux relais s'est avérée être un moyen efficace d'améliorer les performances du système en utilisant des gains de diversité spatiale. Les premiers travaux se sont principalement concentrés sur divers schémas de formation de faisceaux de relais centralisés basés sur des informations globales sur l'état des canaux (CSI). Étant donné que le CSI global est souvent indisponible en raison d'emplacements géométriques, de limitations de puissance ou d'autres contraintes des nœuds de relais dans les réseaux M2M, notre travail vise à développer des algorithmes distribués permettant à chaque nœud de relais d'apprendre individuellement ses propres poids de formation de faisceau avec le CSI local. Nous proposons deux schémas de formation de faisceaux de relais sous-optimaux qui ne nécessitent que des CSI locaux pour minimiser l'erreur quadratique moyenne (MSE) pour tous les utilisateurs avec des canaux non orthogonaux. Pour les systèmes multi-utilisateurs avec des canaux orthogonaux, nous divisons le problème d'optimisation en plusieurs problèmes d'utilisateur unique qui peuvent ensuite être résolus par chaque relais indépendamment. Des simulations numériques pour les algorithmes proposés sont présentées montrant que la performance des schémas proposés est proche de celle du schéma optimal avec CSI global en termes de critère de taux d'erreur binaire (ber).Translated Description (Spanish)
Consideramos la transmisión de señales con la ayuda de múltiples nodos de retransmisión de antena única semidúplex que utilizan la estrategia de amplificación y reenvío (AF) para un sistema de comunicación inalámbrica multiusuario de máquina a máquina (M2M). En tal escenario, se ha demostrado que la formación de haces de retransmisión es una forma efectiva de mejorar el rendimiento del sistema mediante el empleo de ganancias de diversidad espacial. Los primeros trabajos se han centrado principalmente en varios esquemas de formación de haces de retransmisión centralizados basados en la información global del estado del canal (CSI). Dado que la CSI global a menudo no está disponible debido a ubicaciones geométricas, limitación de potencia u otras restricciones de los nodos de retransmisión en redes M2M, nuestro trabajo tiene como objetivo desarrollar algoritmos distribuidos que cada nodo de retransmisión aprenda individualmente sus propios pesos de formación de haz con CSI local. Proponemos dos esquemas de formación de haces de retransmisión subóptimos que solo requieren que la CSI local minimice el error cuadrático medio (MSE) para todos los usuarios con canales no ortogonales. Para sistemas multiusuario con canales ortogonales, dividimos el problema de optimización en múltiples problemas de un solo usuario que luego pueden ser resueltos por cada relé de forma independiente. Se presentan simulaciones numéricas para los algoritmos propuestos que muestran que el rendimiento de los esquemas propuestos es cercano al del esquema óptimo con CSI global en términos del criterio de tasa de error de bits (Ber).Files
213727.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2f5296d7b5ae45a380e3081e35d18a4d
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التشكيل الشعاعي الموزع للشبكات متعددة المستخدمين بمساعدة المرحل من آلة إلى آلة
- Translated title (French)
- Formage de faisceau distribué pour les réseaux de machine à machine multi-utilisateurs assistés par relais
- Translated title (Spanish)
- Conformación de haz distribuida para redes de máquina a máquina multiusuario asistidas por relé
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2171685396
- DOI
- 10.1155/2012/213727
References
- https://openalex.org/W2030421949
- https://openalex.org/W2097736984
- https://openalex.org/W2098567664
- https://openalex.org/W2102636795
- https://openalex.org/W2124642768
- https://openalex.org/W2133748043
- https://openalex.org/W2136812100
- https://openalex.org/W2157332904
- https://openalex.org/W2166469289
- https://openalex.org/W2167447263
- https://openalex.org/W4232545183