Uplink-downlink duality refers to the fact that under a sum-power constraint, the capacity regions of a Gaussian multiple-access channel and a Gaussian broadcast channel with Hermitian transposed channel matrices are identical. This paper generalizes this result to a cooperative cellular network, in which remote access-points are deployed as relays in serving the users under the coordination of a central processor (CP). In this model, the users and the relays are connected over noisy wireless links, while the relays and the CP are connected over noiseless but rate-limited fronthaul links. Based on a Lagrangian technique, this paper establishes a duality relationship between such a multiple-access relay channel and broadcast relay channel, when the relays use compression-based strategies. Specifically, we show that under the same total transmit power constraint and individual fronthaul rate constraints, the achievable rate regions of the Gaussian multiple-access and broadcast relay channels are identical, when either independent compression or Wyner-Ziv and multivariate compression strategies are used. The key observations are that if the beamforming vectors at the relays are fixed, the sum-power minimization problems under the achievable rate and fronthaul constraints in both the uplink and the downlink can be transformed into either a linear programming or a semidefinite programming problem depending on the compression technique, and that the uplink and downlink problems are Lagrangian duals of each other. Moreover, the dual variables corresponding to the downlink rate constraints become the uplink powers; the dual variables corresponding to the downlink fronthaul constraints become the uplink quantization noises. This duality relationship enables an efficient algorithm for optimizing the downlink transmission and relaying strategies based on the uplink.


翻译:上下链接的双重性是指以下事实:在超强限制下,高斯多接入频道和高斯广播频道的能力区域与埃米提亚转换频道矩阵完全相同。本文将这一结果概括为合作型蜂窝网络,在这一网络中,在中央处理器(CP)的协调下,远程接入点作为中继器用于为用户服务。在这个模型中,用户和中继器连接在噪音无线链接上,而中继器和中继器连接在无噪音但收费有限的前空链接连接上。根据拉格兰加技术,本文在多接入中继器和广播中导频道之间建立了双重性关系。当中继器使用压缩战略时,我们显示,在同一整体中,在为中央处理器(CP)的协调下传力量和个人前导速率限制下传,高斯多接入和广播中继频道的可实现率区域是相同的,在独立压缩或维奈尔-Ziv下链接下行和多变压缩战略上调时,两端链路的两端链路关系中,即对正向前端传输速度和直径路路的内端控制力制约下传的每个问题都可实现。关键观察显示,在可实现前端传输中端传输中端交付力驱动力和直向前端传输中,在前端交付力的每端交付力制约下传的每个问题之下,在可变回流中,可变回回流中,可变回回回回回回流中,在可变回流中,可变回流中转的每回流中,可变回变回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回率的每个问题中,即为为可变回回回回回回回回回回回回回回回回回回。。。回回回回回回回回。。。。。。。回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回

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