[论文解读] Capacity Bounds of Half-Duplex Gaussian Cooperative Interference Channel
本文提出了一种用于双用户高斯干扰信道的半双工协作干扰信道方案，采用解码转发（DF）进行发端协作（TC），采用压缩转发（CF）进行收端协作（RC）。结果表明，TC在强协作链路条件下显著优于以往工作，尤其在协作链路增益较强时，当协作理想（增益无限）时，其可译码速率区域与外 bound 完全匹配。
In this paper, we investigate the half-duplex cooperative communication scheme of a two user Gaussian interference channel. We develop achievable region and outer bound for the case when the system allow either transmitter or receiver cooperation. We show that by using our transmitter cooperation scheme, there is significant capacity improvement compare to the previous results, especially when the cooperation link is strong. Further, if the cooperation channel gain is infinity, both our transmitter and receiver cooperation rates achieve their respective outer bound. It is also shown that transmitter cooperation provides larger achievable region than receiver cooperation under the same channel and power conditions.
研究动机与目标
- 为缩小半双工协作高斯干扰信道中可译码速率与外 bound 之间的差距。
- 分析在半双工操作下，发端协作（TC）与收端协作（RC）的性能增益差异。
- 在具备完美信道状态信息的半双工环境下，推导TC与RC的可译码速率区域与外 bound。
- 证明在相同信道与功率约束下，TC的可译码速率区域严格大于RC。
- 证明当协作信道增益为无穷大时，TC与RC均能实现其各自的外 bound。
提出的方法
- 对发端协作（TC）采用解码转发（DF）策略，假设发端之间存在强协作链路。
- 对收端协作（RC）采用压缩转发（CF）策略，假设中继至接收端链路较强。
- 通过时隙时间共享参数 α₁, α₂ 及功率分配，推导TC的可译码速率区域。
- 基于协作增益为无穷大时的MIMO multiple access channel（MAC）容量，推导外 bound。
- 为RC的三阶段传输模型引入时间共享系数 λ₁, λ₂, λ₃。
- 利用信干噪比（SINR）与互信息表达式，建模不同干扰条件下的可译码速率。
实验结果
研究问题
- RQ1在半双工高斯干扰信道中，发端协作（TC）相较于以往方案如何提升频谱效率？
- RQ2在半双工操作下，收端协作（RC）的可译码速率区域为何？与TC相比有何差异？
- RQ3当协作信道增益为无穷大时，所提出的TC与RC方案能否达到系统外 bound？
- RQ4随着协作信道增益增加，TC与RC的性能如何变化？
- RQ5为何在相同信道与功率约束下，TC的可译码速率区域大于RC？
主要发现
- 所提出的TC方案在可译码速率区域上严格优于[9, 10]中基于RDPC的方案，尤其在协作链路较强时表现更优。
- 当协作信道增益为无穷大时，所提TC方案的可译码速率区域与系统外 bound 完全匹配。
- 对于收端协作（RC），随着协作增益增加，其可译码区域趋近于外 bound，当 c₃₄ = ∞ 时达到外 bound。
- 在相同信道条件与功率约束下，TC的可译码速率区域严格大于RC。
- 通过所提TC方法，以往方案（如[9, 10]）中可译码区域与外 bound 之间的差距显著缩小或完全消除。
- RC的外 bound 被推导为一个1发2收天线MIMO MAC的容量，该容量在 c₃₄ → ∞ 时被实现。
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