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0765-0019
Signal, Image, Parole
 

 ARTICLE VOL 35/2 - 2018  - pp.103-120  - doi:10.3166/ts.35.103-120
TITRE
Enquête sur un réseau de relais terrestre par satellite hybride S-DF sans fil sur un canal à évanouissement temporel sélectif

TITLE
An investigation of wireless S-DF hybrid satellite terrestrial relaying network over time selective fading channel

RÉSUMÉ

Cet article étudie la performance du réseau de communication de relais coopératif terrestre par satellite hybride (HSTCN, le sigle d’« hybrid satellite terrestrial cooperative relaying communications network» en anglais) sur les liaisons à évanouissement temporel sélectif en raison de la mobilité des noeuds. Les liaisons de satellite à destination (SD) et de satellite à relais (SR) sont soumises à un évanouissement temporel sélectif de Rician ombré indépendant et identique, les liaisons terrestres de relais à destination (RD) sont considérées indépendant et identique dans Nakagami-m à évanouissement temporel sélectif. Il évalue les performances d'un tel réseau en utilisant une coopération de décodage-transfert sélectif basée sur un codage de bloc espace-temps ayant des entrées multiples et sorties multiples (MIMO, le sigle de « Multiple-Input Multiple-Output » en anglais) avec un CSI imparfait. Une approche analytique est dérivée pour évaluer les performances du système en termes de probabilité d'erreur par paire (PEP, le sigle de « Pairwise Error Probability » en anglais ) moyenne par image et de plancher PEP asymptotique. En outre, un cadre est développé pour dériver l’ordre de diversité (OD). Cela démontre que l’OD complet pour la coopération de protocole peut être atteint lorsqu'il existe une connaissance du CSI parfait. Un cadre d'optimisation convexe (OC) est formulé pour obtenir les facteurs d'allocation de puissance source-relais optimaux qui améliorent de manière significative la fiabilité de bout en bout du système dans des scénarios de contrainte de puissance. Les résultats montrent la nature sélective et temporelle des liaisons et du CSI imparfait dégrade considérablement la performance du système. De plus, l'impact des angles d'élévation des satellites terrestes aux nœuds est explicitement démontré par des simulations. Il semble que le taux d'erreur du système diminue considérablement avec l'augmentation de l'angle d'élévation du satellite au niveau du relais lorsque la liaison SD subit de fortes ombrages fréquents et que les liaisons RD sont relativement fortes. Cependant, pour d'autres scénarios où les liaisons RD sont relativement faibles et que les liaisons SR subissent souvent une forte ombrage, une amélioration significative des performances peut être constatée en augmentant l'angle d'élévation du satellite au niveau de l'équipement utilisateur de destination. Les résultats analytiques montrent un excellent accord avec les résultats de la simulation.



ABSTRACT

This work investigates the performance of hybrid satellite terrestrial cooperative relaying communications network (HSTCN) over time-selective fading links arising due to the node mobility. Both satellite–to-destination (SD) and Satellite-to–relay (SR) links undergo the independent and identically distributed (i.i.d.) time-selective shadowed Rician fading, the terrestrial relay-to-destination links are assumed to be i.i.d. time-selective Nakagami-m faded. It evaluates the performance of such a network using multiple-input multiple-output (MIMO) space-time block-code (STBC) based selective decode-forward (S-DF) cooperation with imperfect CSI. An analytical approach is derived to evaluate the performance of the system in terms of per-frame average pairwise error probability (PEP) and asymptotic PEP floor. Further, a framework is developed for deriving the diversity order (DO). It demonstrates that full DO for cooperation protocol can be achieved when there is a knowledge of perfect CSI. A convex optimization (CO) framework is formulated for obtaining the optimal source-relay power allocation factors which significantly improve the end-to-end reliability of the system under power constraint scenarios. The results show the time selective nature of the links and imperfect CSI significantly degrades the system performance. Further, the impact of the satellite elevation angles at the terrestrial nodes is explicitlydemonstrated through simulations. The error rate of the system is seen to reduce significantly with increasing satellite elevation angle at the relay when the SD link experiences frequent heavy shadowing and the RD links are relatively strong. However, for other scenarios when the RD links are relatively weak and SR links experience frequent heavy shadowing, significant performance improvement can be seen by increasing the satellite elevation angle at the destination user equipment. The analytical expressions show excellent agreement with the simulation results.



AUTEUR(S)
INDRAJEET KUMAR, VIKASH SACHAN, Ravi SHANKAR, RITESH KUMAR MISHRA

MOTS-CLÉS
mobilité de nœud, décodage sélectif, codage de bloc espace-temps, réseau de satellites hybrides, probabilité d'erreur par paire.

KEYWORDS
node mobility, selective decode-forward, space-time block code, hybrid satellite network, pairwise error probability.

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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