[論文レビュー] A Multicast Approach for Constructive Interference Precoding in MISO Downlink Channel

Maha Alodeh, Symeon Chatzinotas+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2014

Advanced MIMO Systems Optimization参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、データ情報（DI）およびチャネル状態情報（CSI）を統合的に活用することで建設的干渉を活用する、MISO下行リンクチャネル向けの新規マルチキャストベースの precoding 方式を提案する。最大効率送信（MRT）に基づくアルゴリズムを用い、干渉を抑制するのではなく建設的干渉に転用することで、送信電力を最小化するとともにSINRを向上させ、建設的干渉とマルチキャストチャネル定式化の間の明示的双対性により、最先端技術を上回る性能を達成する。

ABSTRACT

This paper studies the concept of jointly utilizing the data information(DI)and channel state information (CSI) in order to design symbol-level precoders for a multiple input and single output (MISO) downlink channel. In this direction, the interference among the simultaneous data streams is transformed to useful signal that can improve the signal to interference noise ratio (SINR) of the downlink transmissions. We propose a maximum ratio transmissions (MRT) based algorithm that jointly exploits DI and CSI to gain the benefits from these useful signals. In this context, a novel framework to minimize the power consumption is proposed by formalizing the duality between the constructive interference downlink channel and the multicast channels. The numerical results have shown that the proposed schemes outperform other state of the art techniques.

研究の動機と目的

• 干渉を抑制するのではなく、建設的信号増幅に転用することでMISO下行リンクシステムにおける干渉問題を解決すること。
• データ情報（DI）とチャネル状態情報（CSI）を統合的に活用することで、MISO下行リンクにおける送信電力消費を最小化すること。
• precoding設計のための建設的干渉チャネルとマルチキャストチャネルの間の明示的双対性を確立すること。
• スペクトル効率およびエネルギー効率を向上させる実用的で低複雑度のprecodingアルゴリズムを開発すること。
• 電力効率およびSINR性能の観点で、既存の最先端precoding技術を上回ること。

提案手法

• 建設的干渉下行リンクチャネルとマルチキャストチャネルの間の双対性を形式的に定式化し、電力効率の良いprecodingを可能にする。
• DIとCSIを統合的に活用して干渉を建設的に整合化する最大効率送信（MRT）に基づくアルゴリズムを提案する。
• 所望の信号を最大化するとともに干渉を整合化してSINRを向上させるシンボルレベルprecoderを設計する。
• 送信電力最小化問題をマルチキャストビームフォーミング問題に再定式化し、凸最適化を用いて効率的に解けるようにする。
• 他のストリームからの干渉が所望の信号を劣化させるのではなく、強化するよう、建設的干渉制約を導入する。
• 非凸最適化問題を効率的に解くために、半定値緩和法を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MISO下行リンクチャネルにおいて、建設的干渉を体系的かつ一貫して活用することで、スペクトル効率およびエネルギー効率を向上させることができるか？
• RQ2 データ情報（DI）とチャネル状態情報（CSI）をどのように統合的に活用することで、効果的なシンボルレベルprecoderを設計できるか？
• RQ3 MISOシステムにおける建設的干渉チャネルとマルチキャストチャネルの間の数学的双対性は何か？
• RQ4 建設的干渉の形状制御により、送信電力を最小化しながらSINRを維持または向上させることができるか？
• RQ5 提案されたMRTベースの方式は、性能および複雑度の観点で、既存の最先端precoding技術と比較してどのように差をつけるか？

主な発見

• 提案方式は、従来の干渉ゼロフォーリングおよびエネルギー効率型precoding手法と比較して顕著な電力削減を達成した。
• 数値結果により、提案アルゴリズムが送信電力最小化の観点で最先端技術を上回ることが実証された。
• 建設的干渉とマルチキャストチャネルの双対性により、より効率的かつ取り扱いやすい最適化フレームワークが可能になった。
• MRTベースのアルゴリズムは干渉を建設的に整合化し、送信電力を増加させることなくSINRを向上させた。
• 計算複雑度を低く保ちながら、電力効率において優れた性能を達成した。
• さまざまなチャネル状態において一貫した利得がシミュレーションにより検証された。