[論文レビュー] On the Optimality of Successive Decoding in Compress-and-Forward Relay Schemes

Xiugang Wu, Liang‐Liang Xie|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2010

Cooperative Communication and Network Coding被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、圧縮・転送リレーネットワークにおいて、複数のリレーや集合的デコードを伴う場合でも、逐次的デコードが常に元のメッセージの最適レートを達成することを示している。圧縮が逐次的デコードをサポートしない場合、レートは厳密に低くなることが証明され、集合的デコードは逐次的デコードよりもレート向上をもたらさない。これは、最近のフレームワークにおけるレート向上の真の要因は繰り返し符号化ではなく、遅延のあるブロック単位のバックワードデコードであることを強調している。

ABSTRACT

..... joint decoding provides more freedom in choosing the compression at the relay. However, the question remains whether this freedom of selecting the compression necessarily improves the achievable rate of the original message. It has been shown in (El Gamal and Kim, 2010) that the answer is negative in the single-relay case. In this paper, it is further demonstrated that in the case of multiple relays, there is no improvement on the achievable rate by joint decoding either. More interestingly, it is discovered that any compressions not supporting successive decoding will actually lead to strictly lower achievable rates for the original message. Therefore, to maximize the achievable rate for the original message, the compressions should always be chosen to support successive decoding. Furthermore, it is shown that any compressions not completely decodable even with joint decoding will not provide any contribution to the decoding of the original message. The above phenomenon is also shown to exist under the repetitive encoding framework recently proposed by (Lim, Kim, El Gamal, and Chung, 2010), which improved the achievable rate in the case of multiple relays. Here, another interesting discovery is that the improvement is not a result of repetitive encoding, but the benefit of delayed decoding after all the blocks have been finished. The same rate is shown to be achievable with the simpler classical encoding process of (Cover and El Gamal, 1979) with a block-by-block backward decoding process.

研究の動機と目的

• 複数のリレーを伴う圧縮・転送リレーシステムにおいて、集合的デコードが実現可能なレートを向上させるかを特定すること。
• 逐次的デコードをサポートしない圧縮が、元のメッセージのレートを向上させられるかを調査すること。
• 最近の複数リレー網におけるレート向上において、繰り返し符号化と遅延のあるデコードの役割を明確にすること。
• 圧縮選択が元のメッセージのデコードに無効となる条件を確立すること。

提案手法

• 圧縮・転送リレーネットワークにおける逐次的デコードと集合的デコードの下での実現可能なレートを分析的に比較すること。
• 複数リレーを伴う圧縮・転送方式のレート境界を、異なる圧縮戦略を考慮して形式的に導出すること。
• Limら（2010）の繰り返し符号化フレームワークを評価し、繰り返しの貢献と遅延のあるデコードの貢献を分離すること。
• 古典的符号化におけるブロック単位のバックワードデコードを用いて、繰り返し方式で観察されたレート向上を再現すること。
• 集合的デコードでもデコード不能な圧縮を特定し、それらが元のメッセージのデコードに全く寄与しないことを示すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数リレーを伴う圧縮・転送ネットワークにおいて、集合的デコードは逐次的デコードよりも高い実現可能なレートを提供するか？
• RQ2 逐次的デコードをサポートしない圧縮は、元のメッセージのレートを向上させられるか？
• RQ3 Lim ら（2010）の繰り返し符号化フレームワークにおけるレート向上は、繰り返しによるものか、遅延のあるデコードによるものか？
• RQ4 集合的デコードでもデコード不能な圧縮は、元のメッセージのデコードに何ら寄与しないものがあるか？

主な発見

• 複数リレーを伴う圧縮・転送方式において、集合的デコードは逐次的デコードよりも実現可能なレートを向上させない。
• 逐次的デコードをサポートしない圧縮は、元のメッセージの実現可能なレートを厳密に低下させる。
• 集合的デコードでもデコード不能な圧縮は、元のメッセージのデコードに何ら寄与しない。
• Lim ら（2010）の繰り返し符号化フレームワークにおけるレート向上は、遅延のあるデコードに起因する。
• 古典的符号化にブロック単位のバックワードデコードを適用することで、繰り返しフレームワークと同等の実現可能なレートが得られる。