[論文レビュー] Effective Relaying in Two-user Interference Channel with Different Models of Channel Output Feedback

Achaleshwar Sahai, Vaneet Aggarwal+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2011

Wireless Communication Security Techniques参考文献 15被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、2ユーザー干渉チャネルにおける9種の異なるフィードバックアーキテクチャの容量への影響を分析し、対称的線形確定チャネルでは正確な容量領域を導出し、対称的ガウスチャネルでは近似容量領域を導出する。弱干渉領域では、単一ユーザーのフィードバックを除くすべてのフィードバックモデルが同じ容量領域を達成するが、強干渉領域では、少なくとも1つの受信機が自身の送信機にフィードバックするモデルがすべて同じ和容量を達成する。

ABSTRACT

In this paper, we study the impact of different channel output feedback architectures on the capacity of the two-user interference channel. For a two-user interference channel, a feedback link can exist between receivers and transmitters in 9 canonical architectures (see Fig. 2), ranging from only one feedback link to four feedback links. We derive the exact capacity region for the symmetric deterministic interference channel and the constant-gap capacity region for the symmetric Gaussian interference channel for all of the 9 architectures. We show that for a linear deterministic symmetric interference channel, in the weak interference regime, all models of feedback, except the one, which has only one of the receivers feeding back to its own transmitter, have the identical capacity region. When only one of the receivers feeds back to its own transmitter, the capacity region is a strict subset of the capacity region of the rest of the feedback models in the weak interference regime. However, the sum-capacity of all feedback models is identical in the weak interference regime. Moreover, in the strong interference regime all models of feedback with at least one of the receivers feeding back to its own transmitter have the identical sum-capacity. For the Gaussian interference channel, the results of the linear deterministic model follow, where capacity is replaced with approximate capacity.

研究の動機と目的

• 異なるチャネル出力フィードバックアーキテクチャが2ユーザー干渉チャネルの容量に与える影響を調査すること。
• 9種のフィードバック設定すべてにおいて、対称的線形確定干渉チャネルの正確な容量領域を特定すること。
• 同じフィードバックモデルにおいて、対称的ガウス干渉チャネルの定数ギャップ容量領域を確立すること。
• 弱干渉および強干渉領域における、フィードバックアーキテクチャ間での和容量および容量領域性能を比較すること。

提案手法

• 単一から4本のフィードバックリンクを含む、9つの代表的なフィードバックアーキテクチャを用いて2ユーザー干渉チャネルをモデル化する。
• 線形確定モデルを用いて対称的干渉チャネルを特徴付け、情報理論的手法を用いて正確な容量領域を導出する。
• 確定的近似を用いてガウス干渉チャネルに結果を拡張し、近似容量領域を取得する。
• 容量領域および和容量の比較を通じて、弱干渉および強干渉領域におけるフィードバックモデルの影響を分析する。
• 対称性および干渉アライメントの原則を用いて、容量領域の導出を簡素化する。
• カットセット境界および実現可能スケームを用いて、特定の条件下でフィードバックモデル間の容量等価性を証明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるフィードバックアーキテクチャは、対称的2ユーザー干渉チャネルの容量領域にどのように影響を与えるか？
• RQ2 弱干渉領域において、自身の送信機にフィードバックを行う受信機が1つのみのフィードバックモデルは、他のモデルと同一の容量を達成するか？
• RQ3 強干渉領域において、どのようなフィードバック設定が同じ和容量をもたらすか？
• RQ4 線形確定モデルからの結果は、ガウス干渉チャネルへどの程度一般化可能か？
• RQ5 和容量が同一であっても、あるフィードバックアーキテクチャは他のものよりも容量領域を厳密に制限するものがあるか？

主な発見

• 弱干渉領域では、単一ユーザーのフィードバックを除く、すべてのフィードバックアーキテクチャが同一の容量領域を達成する。
• 弱干渉領域において、自身の送信機にフィードバックを行う受信機が1つのみのフィードバックモデルは、他のモデルと比較して厳密に小さい容量領域を達成する。
• 容量領域の差異にもかかわらず、弱干渉領域ではすべてのフィードバックモデルが同一の和容量を達成する。
• 強干渉領域では、少なくとも1つの受信機が自身の送信機にフィードバックするすべてのフィードバックモデルが同じ和容量を達成する。
• ガウス干渉チャネルにおいては、線形確定モデルからの結果が近似容量の観点で成立し、同一の等価性パターンが観察される。
• 弱干渉領域におけるフィードバックモデル間の容量領域等価性は、フィードバック量そのものではなく、対称的干渉アライメントおよびフィードバックの対称性に起因する。