[논문 리뷰] Effective Relaying in Two-user Interference Channel with Different Models of Channel Output Feedback

Achaleshwar Sahai, Vaneet Aggarwal외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 25.

Wireless Communication Security Techniques참고 문헌 15인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 2사용자 간섭채널에서 9종류의 별개의 피드백 아키텍처가 영향을 미치는 용량을 분석하며, 대칭 결정론적 채널에 대해 정확한 용량 영역을 도출하고, 대칭 가우시안 채널에 대해 근사 용량 영역을 제시한다. 약간의 간섭 영역에서는 단일 사용자 피드백을 제외한 모든 피드백 모델이 동일한 용량 영역을 달성하는 반면, 강한 간섭 영역에서는 적어도 한 명의 수신기가 자신의 송신기로 피드백을 제공하는 모든 모델이 동일한 합용량을 달성한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다양한 채널 출력 피드백 아키텍처가 2사용자 간섭채널의 용량에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 모든 9종류의 피드백 구성에서 대칭 결정론적 간섭채널에 대한 정확한 용량 영역을 도출하는 것.
• 동일한 피드백 모델 하에서 대칭 가우시안 간섭채널에 대한 일정 갭 용량 영역을 설정하는 것.
• 약간의 간섭 및 강한 간섭 영역에서 피드백 아키텍처 간 합용량 및 용량 영역 성능을 비교하는 것.

제안 방법

• 단일에서 네 개의 피드백 링크에 이르는 9가지 표준 피드백 아키텍처를 갖춘 2사용자 간섭채널을 모델링한다.
• 선형 결정론적 모델을 사용하여 대칭 간섭채널을 특성화하고, 정보이론적 기법을 통해 정확한 용량 영역을 유도한다.
• 결정론적 근사법을 사용하여 결과를 가우시안 간섭채널으로 확장하여 근사 용량 영역을 도출한다.
• 약간의 간섭 및 강한 간섭 영역에서 피드백 모델 간 용량 영역과 합용량을 비교하여 피드백의 영향을 분석한다.
• 대칭성과 간섭 정렬 원리를 적용하여 용량 영역 유도를 단순화한다.
• 컷셋 경계와 구현 가능한 방법을 사용하여 특정 조건 하에서 피드백 모델 간 용량 동등성을 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 피드백 아키텍처는 대칭 2사용자 간섭채널의 용량 영역에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 약간의 간섭 영역에서, 오직 한 명의 수신기만 자신의 송신기로 피드백을 제공하는 피드백 모델이 다른 모델과 동일한 용량을 달성하는가?
• RQ3 강한 간섭 영역에서 어떤 피드백 구성이 동일한 합용량을 제공하는가?
• RQ4 선형 결정론적 모델의 결과가 가우시안 간섭채널로 어떻게 확장되는가?
• RQ5 합용량이 그대로 유지되더라도, 일부 피드백 아키텍처가 다른 것들에 비해 용량 영역을 엄격히 제한하는가?

주요 결과

• 약간의 간섭 영역에서, 오직 한 명의 수신기만 자신의 송신기로 피드백을 제공하는 피드백 아키텍처를 제외한 모든 피드백 아키텍처가 동일한 용량 영역을 달성한다.
• 약간의 간섭 영역에서, 오직 한 명의 수신기만 자신의 송신기로 피드백을 제공하는 피드백 모델은 다른 것들보다 엄격히 더 작은 용량 영역을 제공한다.
• 용량 영역의 차이에도 불구하고, 약간의 간섭 영역에서는 모든 피드백 모델이 동일한 합용량을 달성한다.
• 강한 간섭 영역에서, 적어도 한 명의 수신기가 자신의 송신기로 피드백을 제공하는 모든 피드백 모델이 동일한 합용량을 달성한다.
• 가우시안 간섭채널의 경우, 선형 결정론적 모델의 결과는 근사 용량 측면에서 동일하게 유지되며, 동일한 등가 패턴이 관찰된다.
• 약간의 간섭 영역에서 피드백 모델 간 용량 영역의 동등성은 피드백의 양만 때문이 아니라 대칭 간섭 정렬과 피드백 대칭성 때문이므로, 피드백의 양만으로는 설명되지 않는다.