[论文解读] Distortion Bounds for Source Broadcast Problems

Lei Yu, Houqiang Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2016

Wireless Communication Security Techniques参考文献 26被引用 3

一句话总结

本文通过一种新颖的“远端信道”方法，为无记忆广播信道上的联合源信道编码建立了新的内界和外界，推导出更紧致的外界界。该工作推广并统一了现有结果，恢复并扩展了高斯源和二元源广播在Wyner-Ziv设置下（即译码器具有与源相关联的侧信息）的最佳已知界。

ABSTRACT

This paper investigates the joint source-channel coding problem of sending a memoryless source over a memoryless broadcast channel. An inner bound and several outer bounds on the admissible distortion region are derived, which respectively generalize and unify several existing bounds. As a consequence, we also obtain an inner bound and an outer bound for the degraded broadcast channel case. When specialized to the Gaussian or binary source broadcast, the inner bound and outer bound not only recover the best known inner bound and outer bound in the literature, but also generate some new results. Besides, we also extend the inner bound and outer bounds to the Wyner-Ziv source broadcast problem, i.e., source broadcast with side information available at decoders. Some new bounds are obtained when specialized to the Wyner-Ziv Gaussian and Wyner-Ziv binary cases.

研究动机与目标

• 推导K用户无记忆广播信道上联合源信道编码可实现失真区域的更紧致内界和外界界。
• 推广并统一文献中已有的界，特别是针对高斯源和二元源的情形。
• 将框架扩展至Wyner-Ziv设置，其中译码器具有与源相关的侧信息。
• 提出一种基于远端信道的新型外界界推导技术，区别于传统的“向导辅助”方法。
• 恢复并改进高斯源和二元源广播问题的最佳已知性能界。

提出的方法

• 受Minero等人工作的启发，提出一种统一的混合编码框架，用于推导失真区域的内界。
• 通过在接收端构造原始网络的退化（更弱）版本，引入一种新的外界界推导技术。
• 与向导辅助方法对比，该方法构建的是“更弱”的网络而非“更强”的网络，从而实现更紧致的外界界。
• 将该方法应用于标准和Wyner-Ziv源广播问题，将译码器的侧信息纳入考虑。
• 使用多元覆盖与打包论证推导界，引入辅助随机变量及映射函数以生成估计值。
• 将界特化至高斯源和二元源，利用微分熵和互信息博弈结果处理高斯噪声情形。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一个统一框架，以推导K用户广播信道上联合源信道编码的更紧致内界和外界界？
• RQ2 所提出的远端信道方法在紧致性和通用性方面，相较于现有向导辅助外界界技术有何改进？
• RQ3 所推导的界在多大程度上能恢复或超越高斯源和二元源广播问题的最佳已知结果？
• RQ4 当框架扩展至译码器具有侧信息的Wyner-Ziv设置时，其含义是什么？
• RQ5 这些界是否可用于推导带宽不匹配的源广播系统的新性能极限？

主要发现

• 所提出的内界界恢复了高斯源和二元源广播场景下混合数字-模拟（HDA）编码的最佳已知性能。
• 外界界界恢复了高斯源和二元源的最紧致已知外界界，包括Tian等人和Khezeli等人所提出的界。
• 对于Wyner-Ziv高斯源和二元源广播情形，该框架生成了新的、更紧致的外界界，优于单用户切集界。
• 远端信道方法构建的网络严格弱于原始网络，从而实现了与向导辅助方法相比更优、更新颖的外界界推导。
• 所推导的界具有普遍性和统一性，涵盖了并扩展了联合源信道编码领域内多个现有结果。
• 该框架适用于标准和Wyner-Ziv源广播，且为带宽不匹配场景显式推导出相关界。