Expanding the Compute-and-Forward Framework: Unequal Powers, Signal Levels, and Multiple Linear Combinations
计算和转发框架允许高斯网络中的每个接收器直接解码所传输消息的线性组合。然后，所得到的线性组合可以用作中继、干扰对准和其他应用的端到端通信策略。最近的努力已经证明了在发射机处采用不等功率并且在每个接收机处解码多于一个线性组合的优点。然而，这两种技术都不自然地适合计算并转发的原始公式。本文提出了一个扩展的计算和转发框架，结合了这两种可能性，并允许直观的解释信号电平。在这个框架内，最近的可验证性和最优性结果是统一和推广。
2016-06-29 cs.IT math.IT
Cooperative Compute-and-Forward
我们研究了在计算和转发下用户合作的好处。与网络编码非常相似，计算转发网络中的接收器恢复发射器消息的有限域线性组合。恢复是通过线性码实现的：发射机将消息映射到线性码本，接收机尝试将输入的信号叠加解码为码字的整数组合。然而，如果信道增益不对应于合适的线性组合，则可实现的计算速率低。为了应对这一挑战，我们提出了一个合作的方法来计算和转发。我们设计了一个格编码的方法来块马尔可夫编码，我们构建了一个解码和转发风格的计算策略。发送器广播格形码字，解码彼此的消息，然后协作地发送分辨率信息以帮助接收器解码整数组合。使用我们的策略，我们表明，合作提供了一个显着的改善，在可实现的计算速率和多样性复用的权衡。
2012-03-03 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward over Block-Fading Channels Using Algebraic Lattices
先前的计算和转发（CF）方法大多基于将信道系数量化为整数。在这项工作中，我们研究的C\&F策略块衰落信道使用环上的构造A，以便允许更好的量化的信道。在解码错误概率和计算速率的优势，证明了，和建设优于C\&F策略的整数$\mathbb{Z}$。
2017-05-08 cs.IT math.IT
Ring Compute-and-Forward over Block-Fading Channels
准静态信道中的计算和转发协议通常采用基于有理数整数$\mathbb{Z}$、高斯整数$\mathbb{Z}\left[i\right]$或爱森斯坦整数$\mathbb{Z}\left[ω\right]$的格码，而其扩展到更一般的信道通常假设在发射机处的信道状态信息（CSIT）。在本文中，我们提出了一种新的方案，计算和转发块衰落信道中没有CSIT，这是被称为环计算和转发，因为衰落系数量化的代数整数环的规范嵌入。由于所采用的代数格的乘法闭包，中继能够解码格码字的代数整数线性组合。我们分析了它的可实现的计算速度，并显示它优于传统的计算和转发的基础上$\mathbb{Z}$格。通过研究Diophantine近似的代数共轭效应，证明了优化计算速率的自由度为${n}/{L}$，其中$n$为块数，$L$为用户数.
2019-05-10 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward Two-Way Relaying
在本文中，一个新的双向中继方案的计算和转发（CMF）框架和中继选择策略的基础上，提出了一个新的，它提供了一个更高的吞吐量比传统的双向中继方案。两种情况下的继电器或没有反馈传输能力被认为是。推导了每个中继节点计算速率的上界，并在此基础上，给出了在块瑞利衰落信道下系统中断概率的下界。数值结果表明，无反馈系统（M-CMF）的平均和速率仅在低信噪比下达到上界，而有反馈系统（A-CMF）的平均和速率在所有信噪比下都达到上界.然而，这两种方案的方法推导出的下限中断概率在所有SNR。
2014-10-10 cs.IT math.IT
The Degrees of Freedom of Compute-and-Forward
我们分析了计算转发中继网络在高信噪比条件下的渐近行为。我们考虑这样一个网络的一部分，由K个发射机和K个继电器。中继的目的是可靠地解码由发射机发送的消息的可逆函数。该系统的容量上界可以通过允许发射机之间和中继之间的充分合作，将网络转换为K × K多输入多输出（MIMO）信道来获得。因此，计算并转发的自由度的数量至多为K。在本文中，我们分析了自由度实现的计算和转发最近提出的Nazer和Gastpar格编码。我们表明，这种格实现最多达到2/（1+1/K）\leq 2自由度，从而表现出非常不同的渐近行为比MIMO上限。这就提出了一个问题，如果这种差距的格实现的MIMO上限是固有的计算和转发一般。我们回答这个问题的否定，提出了一种新的计算和实现实现K自由度的转发。
2012-04-20 cs.IT math.IT
Compute-Compress-and-Forward: Exploiting Asymmetry of Wireless Relay Networks
计算转发（CF）通过允许中继计算源消息的组合来利用无线网络中的干扰。在中继器处计算的消息组合是相关的，并且因此直接将这些组合转发到目的地通常会导致信息冗余和频谱效率低下。为了解决这个问题，我们提出了一种新的中继策略，称为计算压缩和转发（CCF）。在CCF中，源消息使用在嵌套编码和成形格链上构造的嵌套格码进行编码。CCF与CF的关键区别在于在中继的计算和转发阶段之间插入额外的压缩阶段，从而降低中继的转发信息速率。在每个中继器处的压缩阶段由两个操作组成：首先在适当选择的网格（称为量化网格）上对计算出的消息组合取模，然后在另一个网格（称为模网格）上取模。我们研究了量化和模格的设计，并提出了连续恢复算法，以确保源消息在目的地的可恢复性。在此基础上，我们制定了一个和率最大化问题，在一般的NP-难混合整数规划。一个低复杂度的算法，提出了一个次优的解决方案。数值结果表明，CCF优于现有的CF计划。
2015-03-19 cs.IT math.IT
Multistage Compute-and-Forward with Multilevel Lattice Codes Based on Product Constructions
提出了一种新的格结构。这种构造可以被认为是构造A，其代码可以分别表示为$L$线性码在$\mathbb{F}_{p_1},\ldots,\mathbb{F}_{p_L}$上的笛卡尔乘积;因此，被称为乘积构造。示出了这样的格，是好的量化和Poltyev良好的多级解码下的序列的存在。然后使用这个格族来生成嵌套格码序列，其允许在多级解码下实现与Nazer和Gastpar相同的计算速率用于计算和转发，这被称为基于格的多级计算和转发。受所提出的格码的启发，两个家庭的信号星座，然后提出了分离为基础的计算和转发的框架提出的Tunali \textit{et al.}连同一个多级编码/多级解码方案，专门为这些星座。该方案被称为基于分离的多级计算和转发，并且被示出具有由星座大小的最大公约数（可以不是素数）而不是星座大小本身支配的信道编码的复杂度。
2014-01-10 cs.IT math.IT
Distributed Compute-and-Forward Based Relaying Strategies in Multi-User Multi-Relay Networks
在本文中，我们提出了不同的实用分布式方案来解决基于计算和转发（CMF）的多用户多中继网络中的秩失效问题，没有中央协调器，其中的中继没有关于对方的先验信息。首先，提出了一种新的中继策略的基础上CMF，命名为增量计算和转发（ICMF），执行相当不错的中断概率。我们表明，分布式ICMF计划甚至可以超过集中式最优CMF在足够强的中继间链路的可实现的速率，具有更低的复杂性。然后，作为第二种方案，放大转发和计算（AFC）中的方程是在目的地，而不是在中继恢复。最后，将ICMF和AFC方案结合起来，提出了混合计算放大转发（HCAF）中继方案，该方案综合了ICMF和AFC的优点，大大提高了ICMF的性能。我们评估所提出的策略的中断概率的性能，并与传统的CMF策略，解码和转发（DF）策略，以及集中式最优CMF的结果进行比较。结果表明，所提出的计划相比，传统的计划，特别是对大量的用户和中继的显着优越性。
2015-04-04 cs.IT math.IT
The Compute-and-Forward Protocol: Implementation and Practical Aspects
在最近的工作中，Nazer和Gastpar提出了计算和转发策略作为物理层网络编码方案。他们描述了一种基于嵌套格的代码结构，其代数结构使该方案可靠且高效。在这项工作中，我们考虑实现他们的计划，真正的高斯通道和一维格子。我们将传输速率的最大化与格最短向量问题联系起来。我们明确，在这种情况下，最大似然准则，并表明，它可以通过使用非齐次丢番图近似算法来实现。
2011-07-01 cs.IT math.IT
Lattices over Eisenstein Integers for Compute-and-Forward
在本文中，我们考虑使用格码在爱森斯坦整数实现一个计算和转发协议在无线网络中的信道状态信息是不可用的发射机。我们扩展的计算和转发范式的Nazer和Gastpar解码爱森斯坦整数组合的传输消息在中继站通过证明存在一个序列对嵌套格在爱森斯坦整数，其中粗格是良好的覆盖和细格可以实现Poltyrev限制。使用这个结果，我们表明，在没有额外的计算复杂性的情况下，Eisenstein整数上的嵌套格型码本的中断性能和纠错性能都超过了Nazer和Gastpar所考虑的整数上的格型码本。
2014-10-21 cs.IT math.IT
Generalized Compute-Compress-and-Forward
计算转发（CF）通过利用结构化编码来利用无线通信中的干扰。CF的核心思想是计算来自多个源节点的码字的整数组合，而不是通过将其他码字视为噪声来解码单个码字。计算压缩转发（CCF）可以通过在接收端引入压缩操作来进一步提高网络性能。在本文中，我们开发了一个更一般的压缩框架，称为广义计算压缩和转发（GCCF），其中的压缩功能涉及多个量化和模格操作。我们表明，GCCF实现了更广泛的压缩率区域比CCF。我们还比较了我们的压缩率区域与基本Slepian-Wolf（SW）区域。我们表明，GCCF是最佳的意义上实现最小的总压缩率。我们还建立了GCCF实现SW区域的标准。此外，我们考虑一个两跳中继网络采用GCCF计划。我们提出了一个总速率最大化问题，并开发了一个近似算法来解决该问题。数值结果表明，GCCF的性能优于CCF和其他计划。
2017-03-20 cs.IT math.IT
Multilevel Coding Schemes for Compute-and-Forward
我们调查的技术设计调制/编码方案的无线双向中继信道。假设中继具有完美的信道状态信息，但假设发射机没有信道状态信息。我们认为物理层网络编码的基础上，多级编码技术。我们的多级编码框架的灵感来自计算和转发中继协议。事实上，我们表明，这里开发的框架自然有利于解码的码字的线性组合转发的中继节点。我们开发我们的框架与一般的调制格式铭记，但数值结果的情况下，每个节点发送使用QPSK星座与灰色标签。我们的讨论集中在中继器可以可靠地解码从端节点发送的码字的线性组合的速率上。
2011-07-27 cs.IT math.IT
Gaussian Multiple Access via Compute-and-Forward
计算和转发范式下使用的格码提出了标准高斯多址信道（MAC）的替代策略：接收器连续解码消息的整数线性组合，直到它可以反转和恢复所有消息。本文提出并分析了一种称为CFMA（计算前向多址接入）的多址接入技术。对于两个用户的MAC，它示出，没有时间共享，整个容量区域可以达到使用CFMA与单用户解码器，只要信号噪声比以上$1+\sqrt{2}$。对于两个以上的用户给出了部分分析。最后，该策略被扩展到所谓的脏MAC，其中两个干扰信号是已知的非因果关系的两个发射机在一个分布式的方式。我们的计划扩展了以前已知的结果，并给出了新的可实现的速率区域。
2016-08-28 cs.IT math.IT
Opportunistic Cooperation Strategies for Multiple Access Relay Channels with Compute-and-Forward
本文研究了计算转发技术在多址中继信道（MARC）中的应用。尽管计算并转发在提高网络吞吐量方面有很大的优势，但将其应用于MARC并不简单。本文提出了两种有效的机读目录与计算转发的协作策略。这两个建议的策略是机会主义的意义上说，中继和目的地之间的合作，只有当它是为了高传输效率的需要进行。在第一种策略中，中继通过发送其局部最优整数系数向量来帮助目的地，而不考虑目的地处的所得整数系数矩阵是满秩的。相比之下，在第二种策略中，中继转发其"最佳"系数向量，其总是确保在目的地处的满秩系数矩阵。这两种策略都能在高信噪比下实现两倍于现有策略的网络吞吐量。它们也具有较低的中断概率，独立于中继位置。此外，第一种策略几乎实现了二阶分集增益，而第二种策略恰好实现了二阶分集增益，这是现有策略无法实现的。
2020-08-08 cs.IT math.IT
Polynomially Solvable Instances of the Shortest and Closest Vector Problems with Applications to Compute-and-Forward
最短向量问题（SVP）的一个特殊实例出现在计算和转发的上下文中。尽管NP-硬度的SVP，我们将表明，这个特定的情况下，可以解决的复杂性顺序$O(nψ\log(nψ))$，其中$ψ= \sqrt{P\|{\bf h}\|^2+1}$取决于传输功率和规范的信道向量。然后，我们将我们的结果扩展到整数强迫，最后，引入一个更一般的一类格，其中SVP和最近向量问题（CVP）可以近似在一个常数因子。
2017-11-26 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward for the Interference Channel: Diversity Precoding
干扰对齐是解决多用户无线通信系统中干扰问题的一种新方法。最近，已经提出了计算并转发（CF）变换来近似K用户高斯对称干扰信道的容量，并且在无线网络中实际执行干扰对齐。然而，该技术在可实现的和速率方面表现出随机行为，特别是在高SNR下。在这项工作中，这种随机行为的起源进行了分析，并提出了一种新的预编码技术的基础上的黄金比例，以减少衰落的经验，在高信噪比下可实现的和速率。
2014-10-05 cs.IT math.IT
Compute and Forward: End to End Performance over Residue Class Signal Constellation
在这封信中，实现计算和转发（CF）的问题得到解决。我们提出了一个实用的信号模型来实现CF，它是建立在高斯整数格划分的基础上。我们提供了实用的解码功能，在中继和目的节点，从而提供了一个完整的CF分析框架。我们的主要结果是分析推导和仿真验证的联合边界的错误概率的端到端的CF性能。我们表明，性能是不受限制的线性组合解码在中继，但在目的地的系数矩阵的满秩要求。
2012-12-13 cs.IT math.IT
Preserving Confidentiality in The Gaussian Broadcast Channel Using Compute-and-Forward
本文研究了具有K>2个接收机和K个辅助机的无线广播信道中机密信息的传输。其目标是将所有消息可靠地传输到其预期接收者，同时对非预期接收者保密。基于嵌套格型结构、协同干扰、格型对齐和独立同分布设计了一种码书。编码此外，我们利用非对称计算和转发解码策略来处理有限的SNR制度。与以前的对齐方案，我们可以达到的速率是在任何有限的SNR值。此外，我们表明，我们的计划实现了最佳和安全的自由度自由度为1的K-接收机高斯广播信道与K个机密消息和K个助手。
2017-03-03 cs.IT math.IT
Efficient Decoding Algorithms for the Compute-and-Forward Strategy
我们在本文中解决的计算和转发（CF）物理层网络编码策略的解码方面。已知CF的原始解码器是渐近最优的。然而，其性能差距，在实际设置中的最佳解码器仍然是未知的。在这项工作中，我们开发和评估新的解码算法的CF操作在多址信道的性能。对于衰落信道，我们分析了ML解码器，并开发了一种新的基于丢番图近似的解码算法，数值显示优于原来的CF解码器。对于高斯信道，我们研究了最大后验概率（MAP）解码器。我们推导出一种新的MAP解码度量和开发实用的解码算法，数值证明优于原来的。
2014-04-17 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward on a Multi-User Multi-Relay Channel
在本文中，我们考虑一个系统中，多个用户与一个目的地的多个半双工中继的帮助下进行通信。基于计算和转发方案，每个中继，而不是解码用户的消息，解码一个整数值的线性组合，相关的发送消息。然后，它将线性组合转发到目的地。给定这些线性组合，由于线性组合不总是满秩的，所以目的地可能会或可能不会恢复所发送的消息。因此，我们提出了一种算法，其中我们优化的预编码因子在用户，使得方程是满秩的概率增加，传输速率最大化。我们通过一些数值例子，我们的算法的有效性和执行预编码分配的用户的优势。此外，我们表明，该计划可以优于标准的中继技术在某些制度。
2014-10-17 cs.IT math.IT
A Quadratic Programming Relaxation Approach to Compute-and-Forward Network Coding Design
利用物理层网络编码，计算转发是一种很有前途的中继方案，有效地利用用户之间的干扰，从而实现高速率。在本文中，我们考虑的问题，找到最佳的整数值系数向量的计算和转发方案中的中继，以最大限度地提高计算速度在该中继。虽然这个问题原来是一个最短的向量问题，这是怀疑是NP-困难的，我们表明，它可以放松到一系列的等式约束的二次规划。松弛问题的解作为最优系数向量的实值近似，并被量化为一组整数值向量，从中选择系数向量。我们的方法的效率的关键是，实值近似的封闭形式的表达式可以推导出与拉格朗日乘子方法。数值结果表明，与现有的方法相比，我们的方法提供了相当的速度在一个令人印象深刻的低复杂度。
2016-07-07 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward on a Multiaccess Relay Channel: Coding and Symmetric-Rate Optimization
我们考虑一个系统，其中两个用户与目的地通信的帮助下，一个半双工中继。基于计算转发方案，我们开发和评估的编码策略，是网络编码的精神。在该框架中，目的地解码与所发送的码字相关的两个整数值线性组合，而不是解码用户的信息消息。两种解码方案被认为是。在第一种情况下，中继计算其中一个线性组合，然后将其转发到目的地。目的地基于直接传输计算另一线性组合。在第二种情况下，考虑到通过直接链路在目的地可用的边信息，中继使用Wyner-Ziv压缩来压缩它得到的边信息，并将其传送到目的地。然后，目的地在本地计算这两个线性组合。对于这两种编码方案，我们讨论了设计标准，并推导出允许的码率。接下来，我们解决了功率分配和整数值系数的选择，以最大限度地提高提供的码率，提出了一种迭代坐标下降方法。分析表明，第一种方案可以优于标准的中继技术，在某些制度，和第二种方案，而依赖于可行的结构格码，最多可以达到相同的性能，定期压缩和转发的多址中继网络模型，我们研究。通过数值算例说明了结果。
2013-06-08 cs.IT math.IT
A Low-Complexity Message Recovery Method for Compute-and-Forward Relaying
计算和转发中继策略通过在中间中继对发送消息的线性组合进行解码来实现高计算速率。然而，如果所涉及的中继独立地选择要解码的消息的组合，则不能保证整个线性方程组在目的地是可解的。在这篇文章中，它表明，高斯衰落信道模型与两个发射机和两个中继，总是选择的组合，最大化的计算速率往往导致的情况下，原始消息无法恢复。它进一步表明，通过限制继电器选择精心设计的方程组，可以保证一个可解的系统，同时保持高的计算速率。所提出的方法具有恒定的计算复杂性，不需要继电器之间的信息交换。
2015-04-20 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward in Cell-Free Massive MIMO: Great Performance with Low Backhaul Load
在本文中，我们考虑了无小区的大规模MIMO系统的上行链路，其中大量的分布式单天线接入点（AP），同时通过有限的回程服务的用户数量少得多。第一次，我们调查的性能计算和转发（C&F）在这样一个超密集的网络与现实的信道模型（包括衰落，路径损耗和阴影）。利用路径损耗的特性，提出了一种低复杂度的C &F系数选择算法。我们还给出了一个贪婪的AP选择方法的消息恢复。此外，我们将C&F的性能与其他一些有前途的分布式大规模MIMO线性策略（如小小区（SC）和最大比合并（MRC））进行了比较。数值结果表明，C&F不仅减少了回程负载，但也显着增加系统的吞吐量对称的情况下。
2016-11-21 cs.IT math.IT
Phase Precoding for the Compute-and-Forward Protocol
计算转发（CoF）是一种利用代数结构码来抑制无线网络中的干扰和消除噪声的中继协议。我们建议使用相位预编码器在网络的发射机，其中继电器应用CoF策略。我们定义了{ \em相位预编码计算速率}，并证明了它大于CoF协议的原始计算速率。我们进一步给出了一个新的低复杂度的方法来寻找网络方程。我们最后表明，所提出的预编码方案增加了自由度（DoF）的CoF协议。这克服了Niesen和Whiting最近提出的CoF协议对DoF的限制。使用丢番图近似和代数几何的工具，我们证明了存在一个相位预编码器，接近最大自由度时，发射机的数量趋于无穷大。
2014-09-29 cs.IT math.IT
Quantized Compute and Forward: A Low-Complexity Architecture for Distributed Antenna Systems
我们考虑一个低复杂度版本的计算和转发方案，只涉及缩放，偏移（抖动消除）和标量量化的继电器。该方案适用于分布式天线系统的上行链路，其中天线单元必须非常简单，并且通过给定速率R0的正交完美链路连接到点处理器。我们考虑设计的非二进制LDPC码自然匹配所提出的计划。每个天线单元对其自己的量化信号执行单独的（分散的）置信传播解码，并且经由无噪声链路向联合处理器发送用户信息消息的线性组合，联合处理器通过高斯消除来检索用户消息。该方案的复杂度与编码块长度成线性关系，与系统规模（中继数目）成多项式关系。
2011-09-05 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward Network Coding Design over Multi-Source Multi-Relay Channels
网络编码是现代通信网络的一种新的和有前途的范例，它允许中间节点混合从多个源接收的消息。计算转发策略是网络编码的一种，其中中继将基于格码的代数结构，根据观察到的信道系数解码并转发源消息的线性组合。如果接收到足够多的线性方程，目的地将恢复所有发送的消息。本文在系统级设计了基于Fincke-Pohst的候选集搜索算法和网络编码系统矩阵构造算法来计算和转发网络编码系数，使得多源多中继系统的传输速率最大化。数值结果表明了我们提出的算法的有效性。
2020-03-01 cs.IT eess.SP math.IT
Compute-and-Forward: Harnessing Interference through Structured Codes
干扰通常被视为无线网络中通信的障碍。本文提出了一种新的策略，计算和转发，利用干扰，在网络中的用户之间获得显着更高的速率。其核心思想是中继应根据其观测到的信道系数来解码发送消息的线性函数，而不是将干扰视为噪声。在解码这些线性方程之后，中继简单地将它们发送到目的地，目的地给出足够的方程，可以恢复它们所需的消息。底层代码基于嵌套格，其代数结构确保码字的整数组合可以被可靠地解码。编码器将消息从有限域映射到格，解码器恢复格点的方程，然后将其映射回有限域上的方程。即使发射机缺少信道状态信息，该方案也是适用的。
2011-06-13 cs.IT math.IT
The Necessity of Scheduling in Compute-and-Forward
计算和转发（CF）是一种很有前途的中继方案，其不是在中继处解码单个消息或转发/放大信息，而是解码同时发送的消息的线性组合。目前的文献包括几个编码方案和CF中的自由度的结果，但对于具有固定数量的发射机和接收机的系统。然而，目前还不清楚CF在大量发射器的限制下如何表现。在本文中，我们调查的性能CF在该政权。具体而言，我们表明，随着发射机数量的增长，CF变得退化，在这个意义上，中继更喜欢解码只有一个（最强）用户，而不是任何其他线性组合的发送码字，对待其他用户的噪声。此外，总速率也趋于零。这使得有必要进行调度，以保持CF提供的卓越能力。事实上，根据调度，我们表明，非平凡的线性组合的选择，和速率不衰减，即使没有在发射机的状态信息，没有干扰对齐。
2017-05-22 cs.IT math.IT
A Unified Discretization Approach to Compute-Forward: From Discrete to Continuous Inputs
前向计算是一种编码技术，其使得网络中的接收机能够直接解码所发送码字的一个或多个线性组合。最初的努力集中在高斯信道和派生的可实现的速率区域通过嵌套格码和单用户（格）解码以及顺序（格）解码。最近，这些结果已被推广到离散无记忆信道通过嵌套线性码和联合典型性编码，最终在一个错误的解码速率区域恢复一个或多个线性组合从$K$用户。使用离散化的方法，本文将这一结果转化为一个错误的解码率区域的一类连续无记忆的信道，包括高斯信道的重要特殊情况。此外，本文推导出一个单一的，统一的表达离散和连续率区域通过代数推广雷尼的信息维。
2021-10-01 cs.IT math.IT
Reverse Compute and Forward: A Low-Complexity Architecture for Downlink Distributed Antenna Systems
我们考虑一个分布式天线系统，其中$L$天线终端（AT）连接到中央处理器（CP）通过数字无差错链路的有限容量$R_0$，并服务于$L$用户终端（UT）。该系统模型已被广泛研究的上行链路和下行链路，这是一般的多址中继和广播中继网络的实例。在这项工作中，我们专注于下行链路，并提出了一种新的下行链路预编码方案昵称为“反向量化计算和转发”（RQCoF）。对于这个计划，我们获得可实现的速率，并与现有的文献中的最先进的比较。我们还提供了一个现实的网络与衰落和路径损耗与$K > L$ UT的仿真结果，并表明，基于信道的用户选择产生很大的好处，基本上消除了秩不足的问题，在系统矩阵。
2012-02-07 cs.IT math.IT
Phase Precoded Compute-and-Forward with Partial Feedback
在这项工作中，我们提出了相位预编码的计算和转发（CoF）协议。我们推导出相位预编码的计算速率，并表明它是大于没有预编码器的CoF协议的原始计算速率。为了最大化相位预编码的计算速率，我们需要“联合”找到最佳相位预编码矩阵和相应的网络方程系数。这是一个混合整数规划问题，其中最佳的预编码器应在发射机和网络方程系数必须在中继计算。为了解决这个问题，我们引入相位预编码的部分反馈的CoF。它是一种量化预编码系统，其中中继站联合计算来自有限码本的准最佳预编码器和对应的网络方程。然后，将码本内的所获得的相位预编码器的索引反馈给发射机。“深孔相位预编码器”作为这种方案的一个例子。我们进一步模拟我们的计划与格码雕刻出的Gosset格，并表明显着的编码增益可以获得方程的错误性能。
2014-01-28 cs.IT math.IT
Asymptotically Optimal Scheduling for Compute-and-Forward
考虑具有$L$用户和单个中继的计算和转发（CF）中继网络。中继尝试解码所传输信号的线性函数。对于这样的网络，让所有$L$用户同时发送，特别是当$L$很大时，会导致中继能够解码的速率显著降低。事实上，使用$L$时，速率会很快变为零。因此，在每个传输阶段中，只有固定数量的用户应该进行传输，即，用户应该被安排。在这项工作中，我们研究了CF调度问题，并为确定最佳时间表奠定了基础，迄今为止，缺乏明确的理解。具体地说，我们从为什么当用户数很大时，可以找到好的调度机会的见解，然后，我们提供了一个渐近最优的，多项式时间调度算法，并分析它的性能。我们得出结论，CF下的调度提供了一个增益的系统和速率，最佳的缩放定律的$O(\log{\log{L}})$。
2018-11-06 cs.IT math.IT
Asymptotic Analysis on LDPC-BICM Scheme for Compute-and-Forward Relaying
计算转发（CAF）方案因其在双向中继信道上的高带宽效率而引起了人们的极大兴趣。在CAF方案中，中继尝试解码从其他终端或中继发送的消息的线性组合。研究实用的纠错码是实现低计算复杂性的CAF方案的关键。在本文中，我们提出了一种有效的比特交织编码调制（BICM）的CAF计划与相移键控（PSK）调制。特别是，我们研究的渐近译码性能的BICM计划与低密度奇偶校验（LDPC）码通过使用密度进化（DE）的方法。基于信道模型的非对称性，我们利用人口动力学方法的DE方程没有全零码字的假设。结果表明，对于QPSK和8 PSK调制的双向中继信道，LDPC-BICM方案提供了更高的可达速率相比，替代分离解码方案。
2019-01-16 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surfaces for Compute-and-Forward
在无线网络中，计算转发是一种很有前途的解决干扰和获得高传输速率的策略。然而，用户之间的无线信道的质量基本上限制了这种系统中可实现的计算速率。在本文中，我们介绍了使用智能反射面（IRSs），以提高计算和转发系统的计算能力的想法。为了这个目的，我们考虑多址接入信道（MAC），其中多个用户的目标是在无线网络中发送数据到基站（BS），其中BS有兴趣在相应的有限域中解码来自不同用户的数据的线性组合。考虑到计算和转发框架，我们表明，通过精心设计的IRS参数，这样的情况下的计算速度可以显着提高。更具体地说，我们制定了一个优化问题，其目的是通过优化IRS相移参数，以最大限度地提高系统的计算速度。然后，我们提出了一个交替优化（AO）的方法来解决低复杂度的问题。最后，通过各种数值结果，我们证明了IRS技术在提高计算转发系统性能方面的有效性，这表明它在未来具有大量计算需求的无线网络（如6G）中具有巨大的潜力。
2021-06-24 cs.IT cs.NI math.IT
Robust Successive Compute-and-Forward over Multi-User Multi-Relay Networks
本文研究了多用户多中继网络中高效的计算转发（CMF）方案。为了解决CMF设置中的秩失效问题并实现网络的完全分集，我们引入了两种新的CMF方法，即扩展CMF和连续CMF。前者基于在中继器上恢复多个方程，复杂度低。后者利用连续干扰消除（SIC），以提高系统的性能相比，国家的最先进的计划。这两种方法都可以在具有不同数量的用户、中继和中继天线的网络中使用，而反馈信道或信令开销可以忽略不计。我们得到了新的简洁的公式和显式的连续CMF方法的框架，以及一种方法，以减少其计算复杂性。我们的理论分析和计算机模拟表明，我们提出的CMF方法优于传统的方案的性能。此外，基于我们的仿真结果，连续CMF方法产生额外的信噪比增益，并显示出相当大的鲁棒性对信道估计误差，相比扩展CMF方法。
2016-01-07 cs.IT math.IT
Efficient Integer Coefficient Search for Compute-and-Forward
整数系数选择是计算转发（C-F）中继方案实现中重要的解码步骤。在C-F中选择最佳整数系数已被证明是一个最短向量问题（SVP），其一般形式是NP困难的。整数系数的穷举搜索在复杂度上仅对于少量用户是可行的，而诸如Lenstra-Lenstra-Lovasz（LLL）格点缩减算法的近似算法仅找到最短向量的指数因子内的向量。Sahraei和Gastpar针对实值信道的情况提出了一种C-F的最优确定性算法。在本文中，我们适应他们的想法，复值信道，并提出了一个有效的搜索算法，找到最佳的整数系数向量的高斯整数环和Eisenstein整数环。然后提出了第二种算法，将我们的搜索算法推广到整数强制MIMO C-F接收机。通过仿真和理论分析，对所提算法的性能和效率进行了评估.
2016-09-18 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward Strategies for Cooperative Distributed Antenna Systems
我们研究了一个分布式天线系统，其中$L$天线终端（AT）连接到中央处理器（CP）通过数字无差错链路的有限容量$R_0$，并为$K$用户终端（UT）。本文的主要工作如下：1）在上行链路中，采用“计算转发”（CoF）方法，研究有限信噪比下的系统优化问题; 2）在下行链路中，提出了一种新的预编码方案，称为“反向计算转发”（RCoF）; 3）在这两种情况下，我们都基于接收机处的标准标量量化来呈现CoF和RCoF的低复杂度版本，这导致离散输入离散输出对称无记忆信道模型，对于该模型，可以通过标准单用户线性编码来实现接近最优的性能; 4）针对大$R_0$的情况，提出了一种新的“迫零波束形成”（IFB）方案，该方案推广了流行的迫零波束形成，并获得了接近最优高斯脏纸编码的和速率性能。所提出的上行链路和下行链路系统优化特别关注AT和UT选择问题。我们提出了低复杂度的AT和UT的选择方案，并证明，通过Monte Carlo仿真在一个现实的环境中的衰落和阴影，所提出的方案基本上消除了系统矩阵的秩不足的问题，并大大减轻了非整数惩罚影响CoF/RCoF在高信噪比。与其他国家的最先进的信息理论的计划，如“量化reMap和转发”的上行链路和“压缩脏纸编码”的下行链路的比较，显示所提出的方法具有显着降低复杂度的竞争力的性能。
2013-03-05 cs.IT math.IT
Weak Secrecy in the Multi-Way Untrusted Relay Channel with Compute-and-Forward
研究了高斯多路中继信道中基于嵌套格码的计算转发方案的安全通信问题。所有节点采用半双工操作，只能通过不可信的中继交换机密消息。中继被假定为诚实但好奇的，即，符合系统规则并应用预期中继方案的窃听者。我们从一般情况下的单输入多输出（SIMO）L-用户多路中继信道，并提供了一个可实现的保密率区域下的弱保密标准。我们表明，安全可实现的总和速率是相当于计算速率和多址接入信道（MAC）的容量之间的差异。特别是，我们表明，所有节点必须编码他们的消息，使共同的计算速率元组落在中继的MAC容量区域之外。我们提供的单输入单输出（SISO）和多输入单输入（MISO）L-用户多路中继信道以及双向中继信道的结果。我们讨论了这些结果，并显示信道实现和可实现的保密率之间的依赖关系。我们进一步比较我们的结果，在文献中的不同方案的结果，并表明，该方案的计算和转发率接近无保密。
2014-06-23 cs.IT math.IT
Multilevel Coding Schemes for Compute-and-Forward with Flexible Decoding
本文研究了在发送端没有信道状态信息的情况下，无线双向中继信道的编码方案设计问题。在计算和转发范式的精神，我们提出了一个多级编码方案，允许计算（或解码）的一类功能的继电器。然后根据信道实现来选择要计算（或解码）的函数。我们定义这样一类的功能，可以在中继使用建议的编码方案进行解码，并推导出速率，普遍实现了一组信道增益时，这类功能是在中继。我们开发我们的框架与一般的调制格式铭记，但数值结果的情况下，每个节点使用QPSK星座传输。QPSK的数值结果表明，我们提出的方案所提供的灵活性导致比始终使用固定函数或通过在中继器处调整函数但在GF（4）上编码所能实现的速率高得多。
2011-12-14 cs.IT math.IT
Lossy Compression for Compute-and-Forward in Limited Backhaul Uplink Multicell Processing
我们研究了通过云无线接入网络的传输，其中多个基站（BS）通过有限容量的回程链路连接到中央处理器（CP）。我们提出了两个基于格的编码方案。在第一种方案中，基站按照计算并转发（CoF）的精神对所发送消息的线性组合进行解码，但与之本质上的不同之处在于，解码的方程被重新映射到信道输入符号的线性组合，以有损方式压缩发送到中央处理器，并且不要求是线性独立的。此外，与标准CoF相反，利用适当的多用户解码器来恢复发送的消息。第二编码方案通过还允许在每个中继节点处对解码的等式和接收到的信号进行联合压缩来推广第一编码方案。这两种方案一般都适用，但更适合于用户多于基站的情况。我们表明，这两个计划可以优于标准的CoF和连续的Wyner-Ziv计划在某些制度，并说明通过一些数值例子的收益。
2016-02-28 cs.IT math.IT
Asymptotic Analysis of Spatial Coupling Coding for Compute-and-Forward Relaying
计算转发（CAF）中继是提高无线双向中继信道带宽利用率的有效方法。在CAF方案中，中继被设计为解码由来自其他终端或中继的发送消息组成的线性组合。适用于CAF中继方案的纠错码及其译码算法的设计是一个重要的研究课题。在本文中，我们将提出一个渐近性能分析的LDPC码在双向中继信道的基础上密度进化（DE）。由于信道的非对称特性，我们采用种群动力学DE结合非对称信道的DE公式来获得BP阈值。此外，我们还评估了空间耦合LDPC码的渐近性能双向中继信道。结果表明，与相应的非耦合码相比，空间耦合码在双向中继信道的BP阈值上有所提高。最后，我们将比较的互信息率和速率可重复性之间的CAF方案和MAC分离解码方案。我们证明了CAF方案在高速率区域具有更高可靠性的可能性。
2018-07-03 cs.IT math.IT
The Hermitian Jacobi process: simplified formula for the moments and application to optical fibers MIMO channels
利用对称函数代数中的基的变化，我们计算厄米特雅可比过程的矩。经过仔细安排的条款和评估的行列式的“几乎上三角形”矩阵，我们最终得到一个时刻公式，这是相当简单的比一个来自\cite{Del-Dem}。作为一个应用，我们提出了厄米雅可比过程作为一个动态模型的光纤MIMO信道，并计算其香农容量足够小的功率在发送端。此外，当Hermitian Jacobi过程的大小大于矩阶时，我们的矩公式可以写成单位辐角处的平衡终止${}_4F_3$ -级数的线性组合。
2020-06-19 cs.IT math.CO math.IT
Low Complexity Coefficient Selection Algorithms for Compute-and-Forward
计算转发（C&F）已被提出作为一种有效的策略，以减少回程负载的分布式天线系统。寻找C&F中的最优系数通常被视为最短向量问题（SVP），这是N-P困难的。我们的工作和Sahraei最近的工作的一点是，C&F系数问题可以简单得多。由于C&F的特殊结构，近年来出现了一些低多项式复杂度的优化算法。然而，这些方法只能应用于实值通道和基于整数的格。在本文中，我们考虑了复整数基格的复值信道。我们首次提出了一个低多项式复杂度的算法来寻找复杂场景的最优解。然后，我们提出了一个简单的线性搜索算法，这是概念上的次优，但数值结果表明，性能下降是可以忽略不计的最佳方法相比。这两种算法都适用于任意代数整数上的格，并且性能明显优于格约简算法。这两种算法的复杂性进行了研究，从理论和数值。结果表明，我们提出的算法实现了更好的性能和复杂度的权衡相比，现有的算法。
2017-04-17 cs.IT math.IT
Secure Compute-and-Forward Transmission With Artificial Noise and Full-Duplex Devices
我们考虑一个窃听频道，有一个窃听者（夏娃）和一个诚实但好奇的中继（雷）。Ray和目的地（Bob）是全双工（FD）设备。由于我们的目的是不透露信息的秘密消息的中继，我们考虑缩放的计算和转发（SCF），其中缩放的网格编码是用于传输的源（爱丽丝）和鲍勃，以允许雷解码只有一个线性组合的两个消息。与此同时，雷发射人工噪声（AN）来迷惑夏娃。当Ray中继解码的线性组合时，Alice和Bob正在针对Eve发送AN。这可以是5G蜂窝通信场景，其中移动终端（MT）旨在在网络FD中继的帮助下向FD基站（BS）发送秘密消息。相对于现有文献，本文的创新之处在于：a）Bob和Ray是FD设备; b）Alice、Ray和Bob也发送AN;以及c）Alice、Bob和Ray不知道到Eve的信道。对于这种情况下，我们推导出在瑞利衰落条件下的信道夏娃的保密中断概率的界限，和可实现的保密中断率。
2016-06-14 cs.IT math.IT
Structured Compute-and-Forward with phase precoding scheme: Beyond integers
在这项工作中，我们专注于K-用户高斯对称复值干扰信道（GS-CIC）。无线网络中的计算和转发（CoF）协议已经被用于高斯对称实值干扰信道（GS-RIC），以近似地获得此类信道的容量，并且通过在目的地求解线性方程组来进行干扰对准（IA）。我们的目标是使该协议适用于GS-CIC。在高信噪比（SNR）下，该协议显示出强干扰和非常强干扰情况下可实现的和速率的衰落行为。在复数场中，这种类似于随机的行为与复交叉信道系数的相位有关。为了避免这种类似衰落的行为，我们考虑Z[i]-格码，我们提出了一个相位预编码方案的CoF协议与部分反馈。在该方法中，信道系数的相位然后将被反馈到发射机，以便选择最佳的预编码器因子来控制该随机行为。我们进一步模拟了该方案给出的可实现的和速率，并表明在限制可实现的和速率的随机行为方面可以获得显着的增益改善。
2016-05-10 cs.IT math.IT
Throughput Optimized Multi-Source Cooperative Networks With Compute-and-Forward
在这项工作中，我们研究了一个多源多播网络的帮助下，任意数量的中继，假设没有直接的链接是在每个S-D对。目标是找到所有源节点的最大公共组播吞吐量的基本限制，如果资源分配是可用的。提出了一种采用中继策略的传输协议，即计算转发（CPF）。{We调整文献中的方法以获得整数网络构造的系数矩阵（朴素方法、局部最优方法以及全局最优方法），以适合具有任意数目的继电器的一般拓扑。两个传输场景解决。第一种情况是延迟严格传输，其中每个消息必须在一个时隙内传递。第二种情况是延迟容忍传输，其中没有施加延迟约束。建立了最大化短期和长期公共多播吞吐量的相关优化问题，并给出了功率和时隙的最优分配。性能比较表明，CPF策略优于传统的解码转发（DF）策略。它还表明，随着更多的中继，CPF策略表现得更好，由于增加的多样性。最后，通过仿真，可以观察到，对于一个大的网络，在相对较高的信噪比制度，CPF与网络构造矩阵的局部最优方法可以执行接近的全局最优方法。
2014-06-04 cs.IT math.IT
Compute-and-Forward Can Buy Secrecy Cheap
我们考虑一个高斯多址信道与$K$发射机，（预期）接收机和外部窃听。发送者希望与接收者可靠地通信，同时对窃听者隐藏他们的消息。这种情况下已经研究了使用两种不同的编码技术，随机i.i.d.高斯编码和信号对齐编码。虽然，后者提供了一个非常高的SNR制度有前途的结果，将这些结果扩展到有限的SNR制度是一个具有挑战性的任务。在本文中，我们提出了一个新的晶格对齐计划的基础上的计算和转发框架，工作在任何有限的信噪比。我们表明，我们可实现的安全和率尺度与$\log(\mathrm{SNR})$，因此，在大多数SNR制度，我们的计划优于随机编码方案，其中的安全和率不随功率增长。此外，我们表明，我们的结果匹配的无限SNR制度的先前工作。此外，我们分析了我们的结果数值。
2015-04-22 cs.CR cs.IT math.IT
Improving Sum-Rate of Cell-Free Massive MIMO with Expanded Compute-and-Forward
无小区大规模多输入多输出（MIMO）采用大量分布式接入点（AP）经由相同的时间/频率资源来服务于少量用户设备（UE）。由于强大的宏分集增益，无小区的大规模MIMO可以大大提高可实现的和速率相比，传统的蜂窝大规模MIMO。然而，当在接收机处采用简单最大比合并（MRC）时，无小区大规模MIMO的性能受到用户间干扰（IUI）的上限。为了利用IUI，采用了扩展的计算和转发（ECF）框架。特别是，我们提出了功率控制算法的并行计算和连续计算的ECF框架，分别利用性能增益，然后提高系统性能。此外，我们提出了一个AP选择方案和不同的解码顺序的连续计算的应用。最后，数值结果表明，ECF框架优于传统的CF和MRC框架的可实现的和速率。
2021-11-21 cs.IT eess.SP math.IT
Cloud Compute-and-Forward with Relay Cooperation
我们研究了一个具有M个分布式接收天线和L个用户的云网络，这些用户将他们的消息发送到一个集中式解码器（CD），其中M>=L。我们认为云网络应用计算和转发（C&F）协议，其中选择L个天线/中继来解码传输消息的整数方程。在这项工作中，我们专注于最佳中继选择和物理层网络编码（PNC）的中继优化，旨在网络的吞吐量最大化。现有的文献优化PNC用户之间的最小速率的最大化。该策略最大化允许非对称速率的用户的总速率，而最优解的帕累托前沿的帮助下探索。将中继选择问题与一个联盟形成博弈相匹配，中继和CD合作以最大化其利润。提出了有效的联盟形成算法，该算法执行联合中继选择和PNC优化。仿真结果表明，与现有的结果相比，无论是在网络的总和率和球员的利润方面取得了相当大的改善。
2015-02-17 cs.GT cs.IT cs.NI
