[論文レビュー] On Interference Alignment and the Deterministic Capacity for Cellular Channels with Weak Symmetric Cross Links

J. Buehler, Gerhard Wunder|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2011

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 7被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、線形決定的モデルを用いて、弱い対称的クロスリンクを有する2セル無線アップリンクの容量領域を特徴づけている。本稿では、同じセル内のユーザー間のチャネルゲイン差を活用して、不要受信機に干渉を整合化する干渉整合化方式を提案し、使用されていない信号次元に干渉を整合化することで、最適な和速率を達成する。

ABSTRACT

In this paper, we study the uplink of a cellular system using the linear deterministic approximation model, where there are two users transmitting to a receiver, mutually interfering with a third transmitter communicating with a second receiver. We give an achievable coding scheme and prove its optimality, i.e. characterize the capacity region. This scheme is a form of interference alignment which exploits the channel gain difference of the two-user cell.

研究の動機と目的

• 2つのユーザーが1セルに、1つのユーザーがもう1セルにある無線システムのアップリンク容量を、弱い対称的クロスリンク干渉下で分析すること。
• 干渉整合化の原則を用いて、容量領域に到達する最適な送信方式を開発すること。
• 決定的チャネルモデルを用いて、無線ネットワークにおける干渉管理の理論的基盤を確立すること。
• 達成可能な速率領域と一致する厳密な外側境界を提示し、提案された方式の最適性を証明すること。

提案手法

• 信号レベルを二進ベクトル内のビット位置に対応させる線形決定的チャネルを用いて無線アップリンクをモデル化する。
• パスロスを表現するためのシフト行列と、モジュロ2加算による信号重ね合わせを用いる。
• セル1の送信機が、意図する信号の使用されていない部分に一致させる信号次元を用いて、セル1の干渉を基地局2に整合化する符号化方式を設計する。
• セル1の2人のユーザーからの干渉を、基地局2における信号空間の下位ビットに一致させる干渉整合化を適用する。
• 部分的信号分解を用いて上位ビットと下位ビット成分に分けることにより、ファノの不等式とエントロピー不等式を用いて外側境界を導出する。
• 外側境界領域が達成可能な速率領域と完全に一致することを示すことにより、最適性を証明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 線形決定的モデル下で、弱い対称的クロスリンクを有する2セル無線アップリンクの容量領域は何か？
• RQ2 1つのセルに2人の同周波数ユーザーが存在する場合、その干渉を2番目の基地局への影響を最小限に抑えるためにどのように整合化できるか？
• RQ3 弱い干渉領域において、無線環境下での干渉整合化は、従来の干渉回避手法を上回る性能を示せるか？
• RQ4 提案された符号化方式は最適であり、一致する外側境界を用いてその最適性を証明できるか？

主な発見

• 容量領域は完全に特徴づけられ、一致する外側境界により最適性が証明された。
• 最適な方式は、セル1の2人のユーザーからの干渉を、基地局2における信号空間の使用されていない下位ビットに整合化することで実現される。
• 干渉が、セル2の意図する送信機が使用していない信号空間の部分に整合化される場合に、和速率が最大になる。
• 主な洞察は、セル1の2人のユーザー間のゲイン差が、弱い対称的クロスリンク下でも効果的な干渉整合化を可能にすることにある。
• 外側境界の導出には、信号を上位ビット成分と下位ビット成分に部分的に分解し、それぞれにエントロピー境界を適用する。
• 干渉の総和ゲインが最小の直接リンクゲイン以下である弱い干渉条件の下でも、結果は成立する。