[논문 리뷰] Achieving the Uniform Rate Region of Multiple Access Channels Using Polar Codes.

Hessam Mahdavifar, Mostafa El‐Khamy외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 10.

Error Correcting Code Techniques인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 두 사용자 다중접속 채널(MAC)에 대한 공동 폴라 코드 설계를 제안하며, MAC를 추가적인 편성 수준으로 간주함으로써 전체 균일 비율 영역을 달성한다. 적응형 복호 순서를 갖춘 공동 순차 제거 복호기를 사용함으로써, MAC의 용량 영역 내 모든 비율 쌍에서 신뢰할 수 있는 통신을 가능하게 하여 기존의 MAC용 폴라 코드 설계보다 뛰어난 성능을 발휘한다.

ABSTRACT

Designing polar codes for transmission over two-user multiple access channels is considered. In the proposed scheme, both users encode their messages using a polar encoder, while a joint successive cancellation decoder is deployed at the receiver. The encoding is done separately, while the codes are constructed jointly. This is done by treating the whole polar transformation on both users as a single polar transformation, wherein the multiple access channel (MAC) is regarded as one more level of polarization. We prove that our scheme achieves the whole uniform rate region by changing the decoding order in the joint successive cancellation decoder. Various simulation results over binary-additive Gaussian noise MAC are provided. At the end, a comparison is made with the existing results on polar codes for multiple access channels to emphasize the differences and the main advantages of our scheme.

연구 동기 및 목표

• 두 사용자 다중접속 채널(MAC)의 전체 균일 비율 영역을 달성하는 폴라 코드를 설계하기 위해.
• 기존의 MAC용 폴라 코드 설계가 전체 비율 영역을 달성하지 못하는 한계를 극복하기 위해.
• 두 사용자 신호를 통합된 시스템으로 간주하여 단일 폴라 변환을 사용하는 공동 인코딩을 가능하게 하기 위해.
• 공동 순차 제거 복호기에서의 복호 순서 적응이 MAC 용량 영역 내 전체 비율 영역 커버리지 가능성을 보여주기 위해.

제안 방법

• 전체 시스템이 단일 폴라 변환으로 모델링되며, MAC가 추가적인 편성 수준으로 통합된다.
• 두 사용자는 각각 폴라 인코더를 사용해 메시지를 독립적으로 인코딩하지만, 코드 설계는 공동 최적화된다.
• 수신단에서 공동 순차 제거 복호기가 사용되며, 복호 순서가 동적으로 조정되어 비율 영역의 다양한 지점에 접근할 수 있다.
• 편성 과정이 코드 설계의 구조적 구성 요소로 다중접속 채널을 포함하도록 확장된다.
• 두 사용자와 채널 간의 편성 효과를 활용하여 균일 비율 영역 내 모든 비율 쌍에서 안정적인 통신을 달성한다.
• 공동 SCL 복호기에서 복호 순서를 변경함으로써 MAC 용량 영역 내 모든 비율 쌍이 접근 가능하도록 설계가 보장된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 폴라 코드 설계가 두 사용자 MAC의 전체 균일 비율 영역을 달성할 수 있는가?
• RQ2 공동 인코딩과 복호가 MAC 용량 영역 내 모든 비율 쌍을 지원하도록 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ3 폴라 코드 기반 MAC에서 복호 순서가 비율 영역의 다양한 지점에 접근하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 MAC를 추가적인 편성 수준으로 간주함으로써 기존 방법 대비 코드 성능이 어떻게 향상되는가?
• RQ5 기존의 MAC용 폴라 코드 설계 대비 제안된 방법의 성능 향상은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 방법은 공동 순차 제거 복호기에서 복호 순서를 변경함으로써 두 사용자 MAC의 전체 균일 비율 영역을 달성한다.
• 두 사용자와 MAC를 단일 편성 구조로 간주하는 공동 코드 설계는 비율 영역의 전체 커버리지 가능성을 보장한다.
• 이진덧셈 가우시안 잡음 MAC에서의 시뮬레이션 결과는 해당 방법이 용량 영역 내 모든 비율 쌍을 지원할 수 있음을 확인한다.
• 기존의 MAC용 폴라 코드 설계가 전체 균일 비율 영역을 달성하지 못하는 데 반해, 제안된 방법은 이를 완전히 달성함으로써 기존 방법을 능가한다.
• 결과는 다중접속 채널이 편성의 구조적 수준으로 통합될 수 있으며, 이로 인해 최적의 성능을 달성할 수 있음을 보여준다.