半双工菱形信道容量研究

本文考虑了一个由源节点S和目的节点D通过两个互不干扰的半双工中继节点R1和R2连接而成的双跳通信系统。在信息论文献中，这种配置被称为菱形信道。在此设置下，存在四种传输模式，即：1）S发送，R1和R2接收（广播模式）；2）S发送，R1接收，同时R2发送且D接收；3）S发送，R2接收，同时R1发送且D接收；4）R1、R2发送，D接收（多址模式）。假设所有发射机具有恒定功率约束，定义了一个参数$\Delta$，它捕获了信道的一些重要特征。证明了当$\Delta$=0时，可以通过连续中继（即以上述连续方式使用模式2和3）来达到信道容量。当$\Delta\neq$0时，该策略与信道容量之间可能存在无限大的差距。结果表明，为了达到接近容量0.71比特的速率，必须对$\Delta$>0和$\Delta$<0的情况进行不同处理。利用基于与割集界限相关的线性规划对偶问题的新上界，证明了对于$\Delta$<0和$\Delta$>0的情况，连续中继策略需要分别通过额外的广播模式（模式1）或多址模式（模式4）来增强。此外，还证明了在平均功率约束下，上述策略可以达到接近信道容量3.6比特的速率。