[论文解读] Distributed Interference Cancellation in Multiple Access Channel with Transmitter Cooperation

I-Hsiang Wang|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2010

Wireless Communication Security Techniques参考文献 12被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种分层模数格码传输方案，用于具有部分干扰认知和发射端协作的两用户高斯多址接入信道，无论信道参数如何，均实现了强用户容量的3比特内和弱用户容量的1.5比特内。该方案通过协作实现分布式干扰消除，且性能对协作链路容量超过阈值后具有鲁棒性。

ABSTRACT

We consider a two-user Gaussian multiple access channel with two independent additive white Gaussian interferences. Each interference is known to exactly one transmitter non-causally. Transmitters are allowed to cooperate through finite-capacity links. The capacity region is characterized to within 3 and 1.5 bits for the stronger user and the weaker user respectively, regardless of channel parameters. As a by-product, we characterize the capacity region of the case without cooperation to within 1 and 0.5 bits for the stronger user and the weaker user respectively. These results are based on a layered modulo-lattice transmission architecture which realizes distributed interference cancellation.

研究动机与目标

• 表征具有部分干扰认知和发射端协作的两用户高斯多址接入信道的容量区域。
• 将先前的恒定间隙结果推广至任意干扰功率，而不仅限于无穷大干扰。
• 证明协作仅提供与协作链路容量无关的有界功率增益。
• 开发一种基于格码编码和协作的实用分布式干扰消除方案。
• 证明所提出的方案在无论信道参数如何的情况下，均能实现接近最优的性能，且与容量的差距为常数。

提出的方法

• 提出一种三层传输架构：格码策略层（L）、协作层（C）和速率层（R），各层具有不同的编码和解码过程。
• 使用模数格码预编码，在发射端取消干扰，将干扰视为格码信道模型中的结构化噪声。
• 在协作层中，强发射端通过有限容量链路向弱发射端转发其信号的压缩版本。
• 应用傅里叶-莫茨金消去法，整合各层的速率约束，推导出总体可实现的速率区域。
• 在弱发射端使用高斯向量量化（VQ）对信号进行压缩以实现协作，尽管论文指出此方法次优。
• 在解码过程中引入有效噪声项以建模干扰和量化失真，通过参数αC优化功率分配，以最小化有效噪声方差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有部分干扰认知和发射端协作的两用户多址接入信道中，分布式干扰消除方案能否实现与容量的恒定差距？
• RQ2 当仅一个发射端非因果地知道干扰时，发射端协作如何影响容量区域？
• RQ3 协作链路容量对性能有何影响？是否提供无界增益？
• RQ4 在该干扰管理场景中，基于格码的策略是否优于随机分组方法？
• RQ5 与容量的性能差距是否与信噪比（SNR）和干扰噪声比（INR）等信道参数无关？

主要发现

• 无论信噪比（SNR）、干扰噪声比（INR）或协作链路容量如何，强用户容量区域的差距在3比特以内，弱用户容量区域的差距在1.5比特以内。
• 即使干扰功率增加，该差距仍保持恒定，将先前工作的恒定间隙结果扩展至任意干扰水平。
• 强发射端到弱发射端的协作链路并非实现恒定差距所必需，因为其仅提供有界功率增益。
• 即使从Tx1到Tx2的协作链路容量为无穷大，与非协作情况相比，容量区域每用户最多仅增加2比特。
• 所提出的方案通过分层格码策略实现了接近最优的性能，与基于随机分组的方法相比，与最优性的差距更小。
• 即使采用次优选择（如高斯VQ和启发式量化失真模型），性能仍具鲁棒性，通过进一步优化仍有提升空间。