[論文レビュー] Capacity Bounds of Half-Duplex Gaussian Cooperative Interference Channel

Yong Peng, Dinesh Rajan|ArXiv.org|Jan 17, 2009

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 14被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、送信者協調（TC）にデコードアンドフォワード（DF）を、受信者協調（RC）にコンプレスアンドフォワード（CF）を用いた、2ユーザーのガウス干渉チャンネルにおけるハーフデュプレックス協調干渉チャンネル方式を提案する。TCは、従来の研究と比較して、特に協調リンクが強い場合に顕著に大きな可達レート領域を達成できることを示し、協調が理想状態（無限大の利得）にある場合には外挙動境界に一致することを示している。

ABSTRACT

In this paper, we investigate the half-duplex cooperative communication scheme of a two user Gaussian interference channel. We develop achievable region and outer bound for the case when the system allow either transmitter or receiver cooperation. We show that by using our transmitter cooperation scheme, there is significant capacity improvement compare to the previous results, especially when the cooperation link is strong. Further, if the cooperation channel gain is infinity, both our transmitter and receiver cooperation rates achieve their respective outer bound. It is also shown that transmitter cooperation provides larger achievable region than receiver cooperation under the same channel and power conditions.

研究の動機と目的

• ハーフデュプレックス協調ガウス干渉チャンネルにおける可達レートと外挙動境界の差を埋めること。
• ハーフデュプレックス動作下での送信者協調（TC）と受信者協調（RC）の性能向上を分析すること。
• 完全なチャネル状態情報が得られるハーフデュプレックス環境下で、TCおよびRCの可達レート領域と外挙動境界を導出すること。
• 同じチャネルおよびパワー制約下で、TCの可達レート領域がRCよりも厳密に大きいことを示すこと。
• 協調チャネル利得が無限大である場合、TCおよびRCがそれぞれの外挙動境界に達することを確立すること。

提案手法

• 送信者協調（TC）にデコードアンドフォワード（DF）戦略を用い、送信者間で強い協調リンクがあるものと仮定する。
• 受信者協調（RC）にコンプレスアンドフォワード（CF）戦略を用い、リレーターより受信機へのリンクが強いものと仮定する。
• 時間共有パラメータ α₁, α₂ および時間スロットごとのパワー分割を用いて、TCの可達レート領域を導出する。
• 協調利得が無限大である場合、MIMO多重アクセスチャネル（MAC）容量に基づいた外挙動境界を導出する。
• RCの3段階送信モデルに時間共有係数 λ₁, λ₂, λ₃ を導入する。
• 信号対干渉＋ノイズ比（SINR）および相互情報量の式を用いて、異なる干渉状態下での可達レートをモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハーフデュプレックスガウス干渉チャンネルにおける送信者協調（TC）は、従来の手法と比較してスペクトル効率をどのように向上させるか？
• RQ2 ハーフデュプレックス動作下での受信者協調（RC）の可達レート領域は何か？ また、TCと比較してどのように異なるか？
• RQ3 協調チャネル利得が無限大である場合、提案されたTCおよびRC方式はシステムの外挙動境界に達するか？
• RQ4 協調チャネル利得が増加するに従って、TCおよびRCの性能はどのようにスケーリングするか？
• RQ5 同じチャネルおよびパワー制約下で、なぜTCがRCよりも大きなレート領域を達成するのか？

主な発見

• 提案されたTC方式は、[9, 10]のRDPCベースの手法と比較して、協調リンクが強い場合に顕著に大きな可達レート領域を達成する。
• 協調チャネル利得が無限大である場合、提案されたTC方式の可達レート領域はシステムの外挙動境界に一致する。
• 受信者協調（RC）においても、協調利得が増加するに従い可達領域は外挙動境界に近づき、c₃₄ = ∞ のときにはその境界に達する。
• 同じチャネル条件およびパワー制約下で、TCの可達レート領域はRCのそれよりも厳密に大きい。
• [9, 10]のような従来の手法では顕著に残っていた可達領域と外挙動境界の差は、提案されたTC手法によって顕著に縮小または閉じられる。
• RCの外挙動境界は、1送信機・2受信機アフタントラスミッションのMIMO MACの容量として導出され、c₃₄ → ∞ のときに達成される。