[論文レビュー] Achieving the Uniform Rate Region of Multiple Access Channels Using Polar Codes.

Hessam Mahdavifar, Mostafa El‐Khamy+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2013

Error Correcting Code Techniques被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、複数ユーザーの複数アクセスチャネル（MAC）を追加の極化レベルとして扱うことで、全均一レート領域を達成する共同極性符号化方式を提案する。適応可能な復号順序を有する共同逐次取消復号器を用いることで、MACの容量領域内に存在するすべてのレートペアにおける信頼性の高い通信が可能となり、従来のMAC用極性符号設計を凌駃する。

ABSTRACT

Designing polar codes for transmission over two-user multiple access channels is considered. In the proposed scheme, both users encode their messages using a polar encoder, while a joint successive cancellation decoder is deployed at the receiver. The encoding is done separately, while the codes are constructed jointly. This is done by treating the whole polar transformation on both users as a single polar transformation, wherein the multiple access channel (MAC) is regarded as one more level of polarization. We prove that our scheme achieves the whole uniform rate region by changing the decoding order in the joint successive cancellation decoder. Various simulation results over binary-additive Gaussian noise MAC are provided. At the end, a comparison is made with the existing results on polar codes for multiple access channels to emphasize the differences and the main advantages of our scheme.

研究の動機と目的

• 2ユーザーの複数アクセスチャネル（MAC）の全均一レート領域を達成する極性符号の設計を目的とする。
• 従来のMAC用極性符号方式が全レート領域を達成できないという制限を克服することを目的とする。
• 両ユーザーの信号を統合的システムとして扱う1つの極性変換を用いた共同符号化を可能とすることを目的とする。
• 共同逐次取消復号器における復号順序の適応により、MAC容量領域内の全レートペアへのアクセスが可能であることを実証することを目的とする。

提案手法

• システム全体を1つの極性変換としてモデル化し、MACを追加の極化レベルとして統合する。
• 両ユーザーは極性符号器を独立して用いてメッセージを符号化するが、コード構成は共同最適化される。
• 受信側では共同逐次取消復号器が用いられ、復号順序を動的に調整することで、レート領域内の異なる点にアクセスする。
• 極化プロセスは、コード設計における構造的要因として複数アクセスチャネルを含めるように拡張される。
• 両ユーザーおよびチャネルにおける極化効果を活用することで、均一レート領域内のすべてのレートペアで信頼性の高い通信が達成される。
• 設計により、MAC容量領域内のすべてのレートペアが、共同SCL復号器における復号順序の変更によってアクセス可能となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つの極性符号構成により、2ユーザーのMACの全均一レート領域を達成可能か？
• RQ2 MAC容量領域内の全レートペアをサポートするための共同符号化および復号をどのように設計できるか？
• RQ3 極性符号化MACにおける復号順序は、レート領域内の異なる点にアクセスするために果たす役割は何か？
• RQ4 MACを追加の極化レベルとして扱うことで、従来の手法と比較してコード性能がどのように向上するか？
• RQ5 本手法は、従来のMAC用極性符号設計と比較して、どのような性能向上を達成するか？

主な発見

• 提案手法は、共同逐次取消復号器における復号順序の変更により、2ユーザーMACの全均一レート領域を達成する。
• 両ユーザーおよびMACを1つの極化構造として扱う共同コード構成により、レート領域の完全カバーが可能となる。
• バイナリ加法的ガウスノイズMACを用いたシミュレーション結果から、容量領域内に存在するすべてのレートペアをサポートできることが確認された。
• 従来のMAC用極性符号設計が全均一レート領域を達成できないのに対し、本手法は全レート領域を達成できることから、優れた性能を示す。
• 極化を複数アクセスチャネルを構造的レベルとして含めることが可能であり、最適性能を達成できることが実証された。