[论文解读] Achieving the Uniform Rate Region of Multiple Access Channels Using Polar Codes.
本文提出了一种用于两用户多址接入信道（MAC）的联合极化编码方案，通过将MAC视为额外的极化层级，实现了整个均匀速率区域。通过使用可调节解码顺序的联合连续干扰消除解码器，该方案在MAC容量区域内的所有速率对上均实现了可靠通信，优于以往针对MAC设计的极化码方案。
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.
研究动机与目标
- 设计能够实现两用户多址接入信道（MAC）整个均匀速率区域的极化码。
- 克服现有MAC极化码方案的局限性，这些方案无法实现完整的速率区域。
- 实现联合编码，仅使用一次极化变换，将两个用户的信号视为统一系统。
- 证明在联合连续干扰消除解码器中通过调整解码顺序，可实现对整个速率区域的覆盖。
提出的方法
- 整个系统建模为单一极化变换，将MAC作为额外的极化层级引入。
- 两个用户独立使用极化编码器编码其信息，但码构造是联合优化的。
- 在接收端采用联合连续干扰消除解码器，解码顺序动态调整以访问速率区域的不同点。
- 极化过程被扩展，将多址接入信道作为码设计中的结构组件。
- 该方案利用用户之间以及用户与信道之间的极化效应，实现在均匀速率区域内所有速率对的可靠通信。
- 该设计确保通过在联合SCL解码器中改变解码顺序，可访问MAC容量区域内的所有速率对。
实验结果
研究问题
- RQ1单一极化码构造能否实现两用户MAC的整个均匀速率区域？
- RQ2如何设计联合编码与解码，以支持MAC容量区域内的所有速率对？
- RQ3在极化编码MAC中，解码顺序在访问速率区域不同点时起到什么作用？
- RQ4将MAC视为额外极化层级，与传统方法相比，如何提升码性能？
- RQ5与现有MAC极化码设计相比，所提方案的性能增益是什么？
主要发现
- 通过在联合连续干扰消除解码器中调节解码顺序，所提方案实现了两用户MAC的整个均匀速率区域。
- 联合码构造将两个用户及MAC视为单一极化结构，实现了对速率区域的完整覆盖。
- 在二进制加性高斯噪声MAC上的仿真结果证实，该方案能够支持容量区域内的所有速率对。
- 与现有MAC极化码设计相比，该方案通过实现完整的均匀速率区域，优于以往方法。
- 结果表明，极化效应可扩展至将多址接入信道作为结构层级，从而实现最优性能。
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