[论文解读] Distributed Interference Cancellation in Multiple Access Channels

I-Hsiang Wang|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2010

Wireless Communication Security Techniques参考文献 18被引用 6

一句话总结

本文提出了一种分层模运算格结构方案，用于K用户高斯多址接入信道，其中各发射端非因果地已知自身干扰。通过利用二进制展开模型揭示干扰管理的分层取消结构，并推导出紧致的内界与外界界，该方案在任意信道参数下，均能以恒定差距（K log₂K比特）逼近容量。

ABSTRACT

In this paper, we consider a Gaussian multiple access channel with multiple independent additive white Gaussian interferences. Each interference is known to exactly one transmitter non-causally. The capacity region is characterized to within a constant gap regardless of channel parameters. These results are based on a layered modulo-lattice scheme which realizes distributed interference cancellation.

研究动机与目标

• 解决在每个发射端仅非因果地知晓自身干扰的K用户高斯多址接入信道中分布式干扰取消的挑战。
• 在信噪比与干扰噪声比无关的条件下，将此类信道的容量区域刻画至恒定差距之内。
• 克服传统随机分组方案在部分信息干扰场景下性能损失无界的缺陷。
• 设计一种可扩展的传输策略，通过分层信号处理实现高效、结构化的干扰抑制。
• 建立一个理论框架，利用二进制展开模型，将确定性模型的洞见延伸至高斯情形。

提出的方法

• 引入二进制展开模型作为高斯信道的确定性近似，以揭示干扰管理的潜在分层结构。
• 设计一种具有K层的分层模运算格传输方案，其中每一层将高层信号视为干扰，并利用对应发射端已知的干扰进行取消。
• 在每一层中使用模运算格预编码，以实现分布式取消，灵感来源于脏纸编码与双重脏信道中的格策略。
• 通过扩展二进制展开模型中的技术推导外边界，确保其与可实现速率的紧致性。
• 通过在用户参与的所有层中求和各层速率，并使用傅里叶-莫茨金消去法消除辅助变量，建立内边界。
• 证明对于用户k，内边界与外边界之间的差距被限制在(K−k+1)(log K + ½)比特以内，且该差距与信道参数无关。

实验结果

研究问题

• RQ1 在每个发射端仅非因果地知晓自身干扰的K用户高斯多址接入信道中，能否实现分布式干扰取消？
• RQ2 此类信道的根本容量极限是什么？实际方案能多接近该极限？
• RQ3 在部分干扰知识场景下，基于格的策略是否优于传统随机分组方法？
• RQ4 二进制展开模型能否作为分析具有部分状态知识的高斯干扰信道容量的精确近似工具？
• RQ5 是否存在一种结构化、分层的传输方案，使得在所有信道参数下均能实现与容量的恒定差距性能？

主要发现

• 所提出的分层模运算格方案在任意SNR或INR值下，其和速率均与真实容量相差不超过K log₂K比特。
• 推导出的内边界与外边界之间的差距对于用户k被限制在(K−k+1)(log K + ½)比特以内，最坏情况下的差距呈O(K log K)量级。
• 二进制展开模型为高斯信道提供了紧致近似，使得可同时推导出具有恒定差距的内边界与外边界。
• 在部分信息干扰场景下，基于格的策略显著优于高斯随机分组，因为后者可能遭受无界的性能损失。
• 分层架构自然地从二进制展开模型的结构中浮现，通过分层信号处理实现分布式取消。
• 经调整的反证法技术（源自二进制展开模型）可导出与高斯情形下可实现速率相差恒定的外边界。