Skip to content

方法Method

压缩转发中继

Compress-forward relaying

让中继压缩自己的观察供终点联合解释,用描述质量与描述链路容量共同约束可达率。

形式陈述 ​

对有限字母表、无输入成本的全双工离散无记忆中继信道 W(y2,y3|x1,x2),源消息均匀,中继当前输入只依赖过去的本地观察,要求终点平均块错误趋零。选取

p(x1)p(x2)W(y2,y3|x1,x2)p(y^2|y2,x2).

经典压缩转发(CF)方案可达到任意

R<I(X1;Y3,Y^2|X2),

只要压缩描述满足

I(Y2;Y^2|X2,Y3)≤I(X2;Y3).

左边是终点已有 Y3 时恢复中继描述所需的率,右边是它能从中继发送中取得的率。两条信息约束须同时按同一个联合分布计算。右端为正而描述率恰好取等时,可以独立地以很小概率擦除辅助描述,并把擦除标志包含在新描述中:所需描述率按未擦除概率缩小,源可达信息量则连续趋回原值,因此由闭包取得边界。

若右端为零,非严格约束要求左端也为零。给定 (X2,Y3) 后,描述仍只通过 Y2 依赖 X1,所以数据处理不等式给出

I(X1;Y^2∣X2,Y3)≤I(Y2;Y^2∣X2,Y3)=0.

这时描述没有增加终点关于源的互信息,退化为不发送描述的直接通信;可预先固定中继的输入日程以实现相应条件输入平均。不能把“两个零之间的严格不等式”当成这种边界的实现条件。零消息率本身总可由只发送一条消息达到。

源与中继的输入在这个经典内界中取产品分布;本页不把一般相关输入或另一种联合译码版本悄悄代入。它是可靠通信的可达内界,不是一般中继容量公式。

直觉

中继不必知道“消息到底是什么”,只要给终点另一份有帮助的观察。终点自己已有的信号可作为边信息,减少传送这份观察所需的比特数。

编码如何分工 ​

中继在一个块结束后,将观察 Y2n 映成辅助描述 Y^2n,再用Wyner–Ziv 分箱发送描述箱号。下一块通过中继码字把箱号送到终点。终点先结合自身的观察恢复描述,再用 (Y3n,Y^2n) 译源消息。

描述越精细,第一条可达率通常越大,但它所需的发送率也越大。约束保证这个描述真正能够通过中继链路,而不只是分析者在纸上赠送给终点的信息。

例子与边界

两个各自模糊的观察可以互补 ​

源发均匀 bit X1。中继见 Y2=X1⊕N2,终点直接见 Yd=X1⊕Nd,其中两个噪声相互独立并独立于源,翻转概率均为 1/4。另有一条正交、每次 1 bit 的无噪中继到终点链,故总终点输出为 Y3=(Yd,X2)。

取 X2 均匀独立,选无损描述 Y^2=Y2。两份观察不同的概率是 3/8,所以描述约束为

I(Y2;Y^2|X2,Y3)=H(Y2|Yd)=h2(3/8)≈0.9544<1.

描述能通过那条中继链。终点获得两份独立噪声观察后,可达源率为

I(X1;Y2,Yd)=1+h2(3/8)−2h2(1/4)≈0.3319.

单独任何一份观察只给 1−h2(1/4)≈0.1887。中继不能以 0.3319 的率完整译出消息,却仍能通过描述帮助终点达到这个更高的率,这正是 CF 与完整译码转发的区别。

压缩率必须真实可送达 ​

若本例的正交链只有 0.5 bit/次,无损描述不再满足约束。此时可以增大描述失真或改用其他方案,但不能仍引用 0.3319 并忽略中继传输的费用。

推论与应用

CF 适合中继观察与终点观察互补、但中继独自不足以译码的情形。它不要求压缩误差在原始信号的均方意义下最小,而要求描述对最终译码有用并能被可靠传送。选择辅助变量时,两项要求应一起优化。

参考资料
关系图谱14 个相邻概念 · 3 类关系

拖动节点调整位置。

显示关系

显示:依赖

  1. 前置三跳
  2. 前置二跳
  3. 前置一跳
  4. 当前条目
  5. 后续一跳
  6. 后续二跳
  7. 后续三跳
文字版关系按与当前条目的最短距离分组
类型化关系