[论文解读] Effective Relaying in Two-user Interference Channel with Different Models of Channel Output Feedback

Achaleshwar Sahai, Vaneet Aggarwal+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 25, 2011

Wireless Communication Security Techniques参考文献 15被引用 2

一句话总结

本文分析了九种不同的反馈架构对两用户干扰信道容量的影响，推导出对称确定性信道的精确容量区域，以及对称高斯信道的近似容量区域。结果表明，在弱干扰情形下，除单用户反馈外，所有反馈模型均达到相同的容量区域；在强干扰情形下，只要至少有一个接收端将其反馈发送至自身发射端，所有模型均达到相同的和容量。

ABSTRACT

In this paper, we study the impact of different channel output feedback architectures on the capacity of the two-user interference channel. For a two-user interference channel, a feedback link can exist between receivers and transmitters in 9 canonical architectures (see Fig. 2), ranging from only one feedback link to four feedback links. We derive the exact capacity region for the symmetric deterministic interference channel and the constant-gap capacity region for the symmetric Gaussian interference channel for all of the 9 architectures. We show that for a linear deterministic symmetric interference channel, in the weak interference regime, all models of feedback, except the one, which has only one of the receivers feeding back to its own transmitter, have the identical capacity region. When only one of the receivers feeds back to its own transmitter, the capacity region is a strict subset of the capacity region of the rest of the feedback models in the weak interference regime. However, the sum-capacity of all feedback models is identical in the weak interference regime. Moreover, in the strong interference regime all models of feedback with at least one of the receivers feeding back to its own transmitter have the identical sum-capacity. For the Gaussian interference channel, the results of the linear deterministic model follow, where capacity is replaced with approximate capacity.

研究动机与目标

• 研究不同信道输出反馈架构对两用户干扰信道容量的影响。
• 在所有九种反馈配置下，确定对称确定性干扰信道的精确容量区域。
• 在相同反馈模型下，建立对称高斯干扰信道的常数间隙容量区域。
• 比较弱干扰和强干扰情形下，不同反馈架构在和容量与容量区域性能上的差异。

提出的方法

• 建立包含九种标准反馈架构的两用户干扰信道模型，反馈链路数量从单条至四条不等。
• 采用线性确定性模型刻画对称干扰信道，并通过信息论技术推导精确容量区域。
• 利用确定性近似方法将结果扩展至高斯干扰信道，获得近似容量区域。
• 通过比较弱干扰和强干扰情形下各反馈模型的容量区域与和容量，分析反馈的影响。
• 应用对称性与干扰对齐原理，简化容量区域的推导过程。
• 结合割集界与可实现方案，证明在特定条件下，不同反馈模型之间存在容量等价性。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同反馈架构如何影响对称两用户干扰信道的容量区域？
• RQ2 在弱干扰情形下，仅有一个接收端将其反馈发送至自身发射端的反馈模型，是否与其他模型具有相同的容量？
• RQ3 在强干扰情形下，哪些反馈配置可实现相同的和容量？
• RQ4 线性确定性模型所得结果在多大程度上可推广至高斯干扰信道？
• RQ5 是否存在某些反馈架构，即使和容量保持不变，仍会严格限制容量区域，相较于其他架构？

主要发现

• 在弱干扰情形下，除仅有一个接收端反馈至自身发射端的模型外，所有反馈架构均达到相同的容量区域。
• 在弱干扰情形下，仅有一个接收端反馈至自身发射端的反馈模型，其容量区域严格小于其他模型。
• 尽管容量区域存在差异，但在弱干扰情形下，所有反馈模型的和容量完全相同。
• 在强干扰情形下，所有至少包含一个接收端反馈至自身发射端的反馈模型，均达到相同的和容量。
• 对于高斯干扰信道，线性确定性模型的结果在近似容量意义下依然成立，且观察到相同的等价模式。
• 弱干扰情形下反馈模型间容量区域的等价性，源于对称干扰对齐与反馈对称性，而非反馈数量本身。