We consider a two-way relay network in which two terminals $S_1$ and $S_2$ exchange information with the assistance of a DSF(decode-and-superposition-forward) relay terminal $S_3$. The network uses a half-duplex relay that can’t receive and transmit at the same time and frequency. There is not a direct link between the two terminals $S_1$ and $S_2$. Therefore the network needs two time slots to exchange information. In the first time slot, the two terminals $S_1$ and $S_2$ transmit to the relay terminal $S_3$ simultaneously. In the second time slot, the relay $S_3$ transmits to the terminals $S_1$ and $S_2$ as the DSF protocol. The conventional sum rate maximization problem is allocating relay’s power among FDMA sub-bands. In this paper, a sum rate maximization problem of allocating the total power among the three terminals is formulated for a single sub-band system. The total power constraint limits the sum of powers of the three terminals.
The solution of our problem is obtained by two steps. In the first step, we find the region where the optimal solution exists. The region is proved by reduction to absurdity. The region means that the powers of the two terminals $S_1$ and $S_2$ need relatively more power because of the interference between the signals of $S_1$ and $S_2$. In the second step, the closed-form optimal powers of the three terminals are found in the optimal solution region.
In numerical results, it is shown that the proposed power allocation outperforms the conventional power allocation. The more the channel is asymmetric, the more the performance is improved.
본 논문에서 단말 $S_1$ 과 $S_2$ 가 복호 후 중첩 재전송 중계 단말 $S_3$ 의 도움으로 서로 통신하고자 하는 양방향 중계 네트워크를 고려한다. 그 네트워크는 같은 시간과 같은 주파수에서 송수신을 동시에 할 수 없는 반이중(half-duplex) 중계기를 사용한다. 두 단말 $S_1$ 과 $S_2$ 사이에는 직접 링크(direct link)가 없음을 가정한다. 그로 인해 그 네트워크는 2개의 타임슬롯이 필요하다. 첫 번째 타임슬롯에서는 두 단말 $S_1$ 과 $S_2$ 가 중계 단말 $S_3$ 에게 동시에 송신한다. 두 번째 타임슬롯에서는 중계 단말 $S_3$ 가 두 단말 $S_1$ 과 $S_2$ 에게 DSF 프로토콜에 따라 송신한다. 기존의 합 전송량 최대화 문제는 중계기의 전력을 FDMA 부대역들(sub-bands)에게 할당한다. 본 논문에서는 하나의 부대역(sub-band)이 존재하는 상황에서 총 전력을 세 개의 단말에게 할당하는 합 전송량 최대화 문제를 공식화 하였다. 총 전력 제약은 세 단말의 합 소비 전력을 제한한다.
공식화된 문제의 답은 두 단계로 구한다. 첫 번째 단계에서는 최적의 답이 존재하는 영역을 찾는다. 그 영역은 귀류법으로 증명된다. 그 영역은 두 단말 $S_1$ 과 $S_2$ 가 상대적으로 더 많은 전력이 필요함을 의미한다. 그 이유는 $S_1$ 과 $S_2$의 신호가 서로 간섭을 일으키기 때문이다. 두 번째 단계에서는 그 최적의 답이 존재하는 영역에서 닫힌 형태의 답을 구한다.
모의실험에서는 제안된 전력 할당이 기존의 전력 할당보다 성능이 개선됨을 보였다. 채널이 비대칭일수록 더 많은 성능개선을 보였다.
