[論文レビュー] Distributed Interference Cancellation in Multiple Access Channel with Transmitter Cooperation

I-Hsiang Wang|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2010

Wireless Communication Security Techniques参考文献 12被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、部分的干渉情報と送信機協調を有する2ユーザーのガウス複数アクセスチャネル（MAC）に対して、階層的モジュロ格子伝送方式を提案し、チャネルパラメータにかかわらず強いユーザーに対しては3ビット以内、弱いユーザーに対しては1.5ビット以内の容量を達成する。この方式は協調を介して分散型干渉キャンセレーションを実現し、協調リンク容量が閾値を超えると性能が安定する。

ABSTRACT

We consider a two-user Gaussian multiple access channel with two independent additive white Gaussian interferences. Each interference is known to exactly one transmitter non-causally. Transmitters are allowed to cooperate through finite-capacity links. The capacity region is characterized to within 3 and 1.5 bits for the stronger user and the weaker user respectively, regardless of channel parameters. As a by-product, we characterize the capacity region of the case without cooperation to within 1 and 0.5 bits for the stronger user and the weaker user respectively. These results are based on a layered modulo-lattice transmission architecture which realizes distributed interference cancellation.

研究の動機と目的

• 部分的干渉情報と送信機協調を有する2ユーザーのガウス複数アクセスチャネルの容量領域を特定すること。
• 従来の定数ギャップ結果を無限大の干渉に限らない任意の干渉レベルに拡張すること。
• 協調が、協調リンク容量とは無関係に有界なパワー増幅しか提供しないことの証明。
• 格子に基づく符号化と協調を用いた実用的で分散型の干渉キャンセレーション方式の開発。
• 提案方式がチャネルパラメータにかかわらず、容量に一定ギャップで近似する近似的最適性能を達成することの証明。

提案手法

• 3層構造の伝送アーキテクチャ（格子戦略層L、協調層C、レート層R）を提案し、各層で異なる符号化および復調手順を実装。
• 送信側での干渉キャンセレーションを実現するため、モジュロ・グリッドプレコーディングを用い、格子ベースのチャネルモデルにおいて干渉を構造的ノイズとして扱う。
• 協調層では、強い送信機が有限容量のリンクを通じて自身の信号の圧縮版を弱い送信機に転送する。
• 各層のレート制約を統合し、全体の実現可能レート領域を導出するためにフォーリエ＝モツキンの消去法を適用。
• 弱い送信機では、協調のための信号圧縮にガウス型ベクトル量子化（VQ）を採用するが、本稿ではこれが最適でないことを指摘。
• 復調時に干渉および量子化歪みをモデル化するための有効ノイズ項を導入し、パラメータαCを最適化することで有効ノイズ分散を最小化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 部分的干渉情報と送信機協調を有する2ユーザーMACにおいて、分散型干渉キャンセレーション方式が容量に一定ギャップで近づけるか。
• RQ2 干渉情報が非因果的に1つの送信機にのみ与えられる状況下で、送信機協調が容量領域に与える影響は何か。
• RQ3 協調リンク容量が性能に与える影響は何か。また、無限大の協調容量が無限大の利得をもたらすか。
• RQ4 この干渉管理状況において、格子ベースの戦略がランダム・ビニングを上回る性能を示せるか。
• RQ5 容量とのギャップがSNR や INR などのチャネルパラメータに依存しないか。

主な発見

• SNR、INR、または協調リンク容量にかかわらず、強いユーザーに対しては3ビット以内、弱いユーザーに対しては1.5ビット以内の容量領域が達成可能である。
• 干渉電力が増加してもギャップが一定に保たれ、従来の定数ギャップ結果が任意の干渉レベルにまで拡張されることを示した。
• 強い送信機から弱い送信機への協調リンクは、定数ギャップを達成するために必須ではなく、むしろ有界なパワー増幅しか提供しない。
• Tx1からTx2への協調リンク容量が無限大であっても、非協調状態と比較して1ユーザーあたり最大2ビットの容量増加にとどまる。
• 階層的格子戦略を用いることで、提案方式は近似的最適性能を達成し、ギャップの面でランダム・ビニングに基づく手法を上回る。
• ガウス型VQやヒューリスティックな量子化歪みの選択に対しても性能が安定しており、最適化によりさらなる改善が可能である。