[论文解读] An Algorithm to Realize Rate-Splitting in Gaussian Multi-access Channel

Xiaomao Mao, Huifang Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2016

Advanced Wireless Communication Techniques参考文献 3被引用 3

一句话总结

本文提出了一种实用算法，用于在高斯多址接入信道中计算速率分割多址接入（RSMA）的分割系数和逐次检测顺序。通过在系统参数与目标速率元组之间建立确定性映射，该算法实现了无需用户同步的高效、低复杂度RSMA实现，能够在容量多面体范围内实现任意速率元组。

ABSTRACT

Rate Splitting Multiple Access (RSMA) is a code division multi-access technique which can achieve any base in the multi-access capacity polymatroid without high coding complexity or synchronization among the transmitting users. In this paper, a practical algorithm is proposed to compute the splitting coefficients and the successive decoding order of virtual users in Gaussian RSMA transmission. Based on the proposed algorithm, a deterministic mapping is built between the system parameters and the objective rate tuple for RSMA. As a result, the application of the RSMA technique becomes possible in current communication systems.

研究动机与目标

• 实现高斯多址接入信道中速率分割多址接入（RSMA）的实际应用。
• 在无需用户同步的情况下，计算RSMA中虚拟用户的分割系数和检测顺序。
• 在系统参数与目标速率元组之间建立确定性映射。
• 在多址接入容量多面体范围内以低编码复杂度实现任意速率元组。
• 通过算法实现使RSMA适用于当前通信系统。

提出的方法

• 该算法基于信道状态信息和目标速率计算用户的分割系数。
• 通过确定虚拟用户的逐次检测顺序，以最小化误码地板并最大化频谱效率。
• 采用系统化程序将系统参数（如信道增益、功率约束）映射到期望的速率元组。
• 该方法确保通过速率分割使总速率达到容量区域的外边界。
• 采用类似贪心的优化方法，选择在功率和干扰约束下最大化总速率的检测顺序。
• 该算法设计为计算高效，适用于实时实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高斯多址接入信道中，如何高效计算RSMA的分割系数和检测顺序？
• RQ2 何种确定性映射可确保在容量多面体范围内的任意期望速率元组均可实现？
• RQ3 RSMA能否以低复杂度实现且无需用户同步？
• RQ4 何种算法结构可支持当前通信系统中RSMA的实际部署？
• RQ5 所提方法如何在功率约束下实现高斯多址接入信道的容量区域？

主要发现

• 该算法通过速率分割实现了多址接入容量多面体范围内任意速率元组的实现。
• 在系统参数与目标速率元组之间建立了确定性映射，确保了可靠的速率分配。
• 该方法在低编码复杂度下实现高谱效率，适用于实时系统。
• 该算法无需严格用户同步，提升了实用性。
• 所提方法支持灵活的速率自适应，并在不同信道条件下表现出鲁棒性能。
• 该算法确保总速率达到高斯多址接入信道容量区域的理论外边界。