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On the Optimal Delay Amplification Factor of Multi-Hop Relay Channels

机译：多跳中继信道的最佳延迟放大因子

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The abstract model of the multi-hop relay channel is fundamental to a vast variety of modern communication systems. This fact, coupled with the demand for ultra-reliable-low-latency communication (URLLC), motivates a new investigation of relay channels from a delay-vs-throughput perspective. This work seeks to analyze this tradeoff in the regime of asymptotically large, yet still finite delay. A new metric called the Delay Amplification Factor (DAF) is introduced, which allows analytic comparison of the asymptotic delay across different relay solutions, e.g. decode-&-forward (DF), compress-&-forward, etc. The optimal DAF (over all possible existing/future designs) is then characterized for two special settings, one with fixed-length coding and one with variable-length coding and 1-bit stop feedback. The results show that under some general conditions, the optimal end-to-end delay over an L-hop line network is asymptotically comparable to the delay over the single bottleneck hop, and it does not grow linearly with respect to L. The linearly growing delay penalty commonly encountered in DF and other schemes is thus an artifact rather than a fundamental limit of multi-hop relay communication.
机译：多跳中继信道的抽象模型是各种现代通信系统的基础。这一事实，加上对超可靠的低延迟通信（URLLC）的需求，促使人们从延迟与吞吐量的角度对中继信道进行新的研究。这项工作旨在分析在渐近大但仍然有限的延迟状态下的这种折衷。引入了一种称为延迟放大因数（DAF）的新度量，该度量允许对不同中继解决方案（例如，中继器）之间的渐近延迟进行分析比较。然后针对两种特殊设置对最佳DAF（在所有可能的现有/未来设计中）进行特征化描述，一种是固定长度编码，另一种是可变长度编码。和1位停止反馈。结果表明，在某些一般条件下，L跳线网络上的最佳端到端延迟与单瓶颈跳上的延迟渐近可比，并且相对于L并没有线性增长。因此，在DF和其他方案中通常会遇到的延迟损失是伪像，而不是多跳中继通信的基本限制。

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